Чарльз Скотт Шеррингтон получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1932 году за исследования функций нейронов. Так вот, еще в 1895 году он начал опыты, в которых перерезал обезьянам афферентный, или чувствительный, нерв, по которому сенсорные импульсы поступают в позвоночник. Та конечность, у которой такой нерв был перерезан, теряла чувствительность, обезьяна переставала воспринимать прикосновения, боль, не получала информацию о положении конечности в пространстве. Результат таких опытов был неочевиден. Несмотря на то что двигательные нервы не были повреждены, конечность обездвиживалась. Обезьяна переставала ею пользоваться. Объясняя этот факт, Шеррингтон стал сторонником идеи, что все наши движения есть реакция на какой-либо стимул. Эта концепция стала называться «рефлексологической теорией движения». На долгие семь десятков лет в ученом мире стало господствовать убеждение, что начало любого действия — это рецепторная информация, которая ведет к срабатыванию рефлекса. При этом даже сложные поступки есть просто комбинация более простых рефлекторных движений, которые, в свою очередь, запускаются сенсорным раздражением. Обезьяны с обездвиженными руками очень хорошо вписывались в эту концепцию.
Гром грянул неожиданно, когда Эдвард Тауб, повторяя опыты Шеррингтона, пошел немного дальше. Он не только нарушил чувствительность одной руки, но и зафиксировал повязкой подвижность второй, здоровой руки. И произошло удивительное: обезьяны начали пользоваться «обездвиженной» рукой. Аналогичные удивительные результаты Тауб получил, перерезав чувствительные нервы обеих рук, а позже всего позвоночника, исключив возможность срабатывания каких-либо рефлексов.
Этими опытами Тауб убедительно опроверг «рефлексологическую теорию» и открыл путь для новых идей. Также Таубу удалось объяснить неподвижность конечностей в опытах предшественников. Он предположил, что после операции у обезьяны возникает спинальный шок, в результате которого она не может шевелить рукой. Пытаясь и не получая результата, обезьяна фиксирует такую модель поведения и перестает пытаться использовать непослушную руку, мозг перестраивается под использование здоровой руки. Когда спинальный шок проходит, и возможность двигать рукой восстанавливается, модель поведения «использовать только здоровую руку» уже четко сформирована, и прооперированная рука остается неподвижной и далее. Тауб назвал это явление «усвоенным неиспользованием».
Вообще-то «усвоенное неиспользование» было открыто значительно раньше Натальей Бехтеревой и было разработано как «теория устойчивого патологического состояния мозга». Бехтерева обнаружила, что поведение, которое формируется во время болезни, не проходит даже после излечения, когда причины, которые взывали это поведение, уже отсутствуют.
Опыты Тауба дополнили представление о «пластичности мозга». Сама концепция «пластичности мозга» говорит о том, что структура мозга не жестко зафиксирована (причем каждый участок выполняет свои вполне определенные функции), а структура пластична, и функции участков коры могут меняться, и притом достаточно существенно.
Когда Пенфилд проводил свои исследования, он использовал достаточно грубые электроды, которые затрагивали активность тысяч нейронов. Майкл Мерцених применил метод микрокартирования. Он использовал микроэлектроды, которые могли фиксировать активность отдельных нейронов. Мерцених исследовал небольшие области размером порядка одного-двух квадратных миллиметров. Проделав отверстие в черепе обезьяны над той областью, которая соответствовала кисти руки, и подключив электрод к одному из нейронов, он прикасался к различным местам кисти, пока не находил то место, на прикосновение к которому реагировал этот нейрон. Так удавалось построить карты значительно более детальные, чем это было у Пенфилда.
Составив карту кисти руки одной из обезьян, Мерцених затем удалил ей средний палец. Через несколько месяцев он повторил картирование и выяснил удивительные вещи. Карта среднего пальца исчезла, а карты соседних пальцев увеличились в размерах и заняли ее место. Когда в другом опыте он сшил вместе два пальца обезьяны, то впоследствии обнаружил, что их карты слились в одну.
В итоге на многочисленных примерах удалось убедительно показать основной принцип пластичности мозга: карты коры формируются постоянно и могут меняться в зависимости от того, с чем сталкивается мозг. Но что заставляет кору меняться, каков принцип этих изменений и как они влияют на поведение? Чтобы ответить на эти вопросы, опишем сначала базовые понятия, связанные с мозгом.