Memisli.Knyazeva

Ещё в конце XIX века большинство ведущих учёных считали, что мозг — единое целое, сплошная сеть⁰, собирающаяся в этакий супер-нейрон. Как так вышло?

Присаживайтесь поудобнее, это лучший научный детектив XIX-XX века. А ещё узнаем:

• в чём виноваты микроскопы?

• как нобелиат уничтожил теорию, в которую верил до самой смерти?

• почему враги получили одну нобелевку на двоих?

Диктатура сети: с чего всё началось

В 1860-х немецкий анатом Отто Дейтерс совершил прорыв. Он первым «вырезал» нейрон из мозга и увидел его во всей красе: разветвлённые дендриты, длинный аксон. Несмотря на сплетни популяризаторов, он не был сторонником концепции единства мозга, а поддерживал идею нейрона как отдельной сущности¹.  

Однако, это не помешало другому немцу прийти к противоположному выводу. Весной 1872 года анатом Йозеф фон Герлах, разрабатывает новый метод окрашивания нервной ткани, добавив к кармину золото. Не сказать, что слишком качественный — разрешение снимков было по-прежнему так себе².

Его наблюдения противоречили данным Дейтерса. Он увидел не отдельные нейроны, а сложную переплетённую сеть³, которой позавидует любой паук. Да что там, даже человек-паук.

В результате Герлах постулирует ретикулярную теорию строения мозга: клетки образуют единое целое переплетением отростков⁴. Его также называют ретикулумом. Реже, синтицием.

Чтобы лучше понять концепцию, представьте мегаполис. Улицы и переулки переплетаются, соединяя разные районы. Так и нейроны, по мнению Герлаха, соединены в сплошную сеть — но не города, а единого суперорганизма.

В общем-то, прекрасно понимаю его. Со стрёмными световыми микроскопами рассмотреть границы клеток нереально. По сравнению с нынешними они скорее древние лупы (без за, азаза). Плюс, нервная ткань быстро разрушается, аксоны и дендриты тесно переплетаются. Не говоря уже о том, что у каждого нейрона тысячи синапсов⁵.

Из-за широкой известности Герлаха публикация завирусилась. Ретикулярная теория превратилась в мейнстрим и доминировала около 20 лет. Но, как часто бывает в науке, революция пришла, откуда не ждали. Иронично, что первый удар по ретикуляризму нанесёт разработка самого яркого сторонника этой теории.

Всегда двое их — учитель и ученик

Герлах быстро сдаст позицию главного популяризатора ретикуляризма. Уже в феврале 1873-го итальянец Камилло Гольджи разрабатывает чёрную реакцию — революционный метод окрашивания нервной ткани. По слухам, он случайно задел мензурку и пролил нитрат серебра на срезы свиного мозга. СДВГШники, ю ноу зис филинг.

Вообще, чёрная реакция работала как бы оооочень плохо, если не сказать ужасно — окрашивались только 1-5% нейронов⁶. Парадоксально, но именно это и было нужно исследователю.

Теперь, Гольджи различал все тонкие «веточки и побеги» там, где Герлах видел «деревья, ветвящиеся друг на друга в сумеречном лесу», :

Я столкнулся с конкретным фактом; это было существование образования, которое я назвал диффузной нервной сетью.

— Камилло Гольджи⁷

Серебро «сменило» золото, Гольджи — Герлаха, став новой звездой. Он активно и местами агрессивно поддерживает ретикулярную теорию до самой смерти. Даже когда от неё откажутся остальные учёные. Вот это моногамия, вот это я понимаю!

Нейронная доктрина против всех

Вернёмся в первую половину XIX века. Не переживайте, мы ненадолго. С 1839 года в центре внимания биологов клеточная теория ещё одного немца, биолога Теодора Шванна. Основной постулат вы знаете: все ткани животных и растений состоят из клеток⁸. Казалось бы, учитывая работы Дейтерса и других учёных, о каком единстве мозга вообще может идти речь?

Ретикуляристы отвечают: «Вы не понимаете, ЭТО ДРУГОЕ!!!11!», и записывают мозг в исключения. Эта позиция вызывала вопросы, но далеко не у всех. Да и наблюдения Гольджи так убедительны… были до 1891 года 😁

Тогда ещё один немецкий анатом Генрих фон Вальдейер публикует обзор работ множества учёных, включая испанца Рамон-и-Кахаля⁹. Формируется альтернативная ретикулярной теория — нейронная доктрина. Она утверждает, что мозг состоит из отдельных клеток, а не сливается в единое целое.

Содержательно вклад Вальдейера не слишком велик, не считая самого термина «нейрон»¹⁰. В первую очередь он помог именно авторитетом, своим и журнала, ведь испанские публикации никому тогда не сдались¹¹.

Война за независимость нейронов: восход Кахаля

С публикации Вальдейера начинается первая нейробиологическая война. Хорошо, что без солдат и пушек. Учёные спорят об устройстве мозга больше 10 лет: одни требуют показать те самые «промежутки» или границы между нейронами, а другие пытаются опровергнуть концепцию ретикулума.

Здесь мы должны получше познакомимся со вторым главным героем нашего детектива, испанским анатомом Сантьяго Рамон-и-Кахалем (да, это один человек).

В 1887-88 годах он усовершенствовал чёрную реакцию повторной обработкой, и показал, что окрашивание не затрагивает другие клетки мозга¹². То есть они точно не сливаются воедино.

Казалось бы, всё ясно, какая война после такого? Но нет, Гольджи непреклонен. На конференциях, в журналах, на лекциях и в переписке с другими учеными они с Кахалем ведут идеологическую войну. Пока зимой 1906 года её не прервёт шокирующая новость 😧

Два учёных, одна нобелевка

Кахаль и Гольджи делят нобелевскую премию¹³. Всё бы ничего, случай не редкий, но❗️не для прямых антогонистов. Cантьяго даже посчитал, что это шутка студентов, пока не увидел газеты:

Какая жестокая ирония судьбы – соединить в пару, как сиамских близнецов, сросшихся плечами, научных противников с такими противоположными характерами!

— Сантьяго Рамон-и-Кахаль, Воспоминания о моей жизни¹⁴

Гольджи был в ярости: разве можно признать правоту нейронной доктрины? Подумайте сами. Разрабатываешь ты революционный метод окрашивания, становишься популярным и уважаемым. Потом какой-то испанец опровергает твои научные представления с помощью твоего же метода. Вишенка на торте — ты делишь с ним нобелевскую премию.

Короче, у Камилло знатно подгорело. Всю нобелевскую лекцию Гольджи посвящает доказательствам ретикулярной теории и критике нейронной доктрины¹⁵. Кахаль куда нейтральнее и даже хочет мира, но самих ретикуляристов зовёт «фанатиками». В своей лекции он позволил себе лишь прощальную шпильку:

Было бы очень удобно, если бы нервные клетки действительно образовывали непрерывную сеть. К сожалению, природа, похоже, не знает о нашей интеллектуальной потребности в удобстве и единстве и очень часто находит удовольствие в усложнении и разнообразии.

— Сантьяго Рамон-и-Кахаль, Нобелевская лекция¹⁶

Через 20 лет Гольджи умрёт, ещё через 8 умрёт и Кахаль. Они так и не увидят электронный микроскоп, который забьёт последний гвоздь в гроб ретикуляризма, продемонстрировав те самые промежутки — синапсы¹⁷.

Так мир принял нейронную теорию, а Кахаль стал отцом нейробиологии.

Помните серию Доктора Хауса, в которой он вылечил соседа-военного от фантомных болей ⁰? В 7 лет я не поверил, но реальность оказалась интереснее.

Боль фантома: что могло бы мучать Ника Вуйчича

Тема фантомных болей заинтересовала учёных в 1990-х, хотя знали о ней ещё в XVI веке ¹ и раньше. А проблема серьёзная. Представьте, у вас чешется рука, которой нет 😱

Так вот, фантомные ощущения вроде зуда и дискомфорта испытывают ~90% ампутантов ², а две трети из них мучает боль ³.

Врачи пробовали всё: обезболы, удаление нервов в культе, операции на позвоночнике — боль почти всегда возвращалась ⁴. Пока не появился человек со сложно произносимым именем. Им был Альберт Эйнштейн Вилейанур Рамачандран.

Это его работа вдохновила авторов «Доктора Хауса», но для подробностей нужно разобраться, как мы вообще ощущаем тело. Итак, слово дня: проприоцепция.

Мозг, который «видит» без глаз

Получает информацию наш GPS от специальных нервных клеток в мышцах, суставах и сухожилиях — проприоцепторов. Они передают мозгу данные о положении тела, и вы не падаете, когда закрываете глаза или оказываетесь в чёрной-чёрной комнате. Особенно хорошо GPS ведёт к холодосу по ночам. Важно уточнить: рецепторы на коже другого типа, но данные от них также дополняют картину.

Мозг ведёт учёт тела и собирает данные в специальную модель внутри головы. Назвали эту модель просто — «схема тела». Это то, как ваш мозг видит и ощущает вашу физическую оболочку, её части и их взаимодействие.

С этими понятиями и связаны открытия, из-за которых фантомные боли попытались лечить с помощью обычного советского… зеркала.

Откуда берутся фантомы

Рамачандран уже был известен в научных кругах, но самый поразительный его вклад был как раз в лечении фантомных болей. Что же он открыл?

В 1994 Вилейанур доказал, что проприоцепционная система перестаивается в ответ на внешние стимулы ⁶. По его данным, реорганизация происходит в течение 48 часов после ампутации, эта перестройка и порождает фантомы.

Влияет как опыт и ожидания, так и частичная предзаданность схемы тела. Разберём основные механизмы.

1. Парализованный фантом: мозг «учится» боли

Представьте, что ваша рука долгое время неподвижна, как будто застряла в гипсе. Вы пытаетесь пошевелить ею, но ничего не происходит. Мозг посылает сигналы, но рука не отвечает. После ампутации мозг продолжает считать, что рука там и по-прежнему парализована. Так формируется что-то вроде «усвоенного паралича».

Это не единственный механизм «застывания». Похожие случаи имеют и другие причины. К примеру, солдаты, потерявшие руку при взрыве гранаты, сообщали, что фантомная рука «застыла» в момент перед броском. Более того, фантомные боли описаны даже для тех, кто сразу родился без конечности.

А ещё фантом может мёрзнуть или болеть артритом. Мозг также продолжает «оживлять» старые сигналы, не получая обратной связи. Это уже куда больше похоже на следующий тип.

Деформированный фантом: мозг «застревает»

Человек пытается пошевелить фантомной рукой, мозг посылает команды, но по-прежнему не получает обратной связи. Он продолжает посылать и усиливать моторные сигналы, из-за чего фантомная конечность принимает нереальные положения. Зато боль очень даже реальная. Поверьте, ничего подобного ни вы, ни я никогда не испытывали.

Иногда другие части тела захватывают участки коры, отвечавшие за ампутированную конечность. Один из первых пациентов Рамачандрана чувствовал прикосновения к фантомной руке, когда трогали лицо. Когда он улыбался или двигал губами, активировался участок коры, отвечавший за руку. Мозг обманывался, считая, что та ещё на месте.

Как такое вообще лечить? Немножко спойлерну: нужно мыслить out of the box, но это не последняя роль, так сказать, box 😂

Повторная ампутация: как «отрезать» фантом

Ненадолго забежим вперёд и посмотрим, к каким двум ошеломляющим выводам пришёл Вилейанур:

1. Боль — это иллюзия, существующая только в вашем мозге, как и любой другой сенсорный опыт.

2. Более того, ощущение нашего тела — это тоже иллюзия, которую мозг создаёт для удобства управления.

А как лечить иллюзию? Конечно, другой иллюзией.

Коробка с секретом: почти что зеркало ЕИНАЛЕЖ

Зеркало возникло не сразу. Сначала Рамачандран думал о VR, но разработка исчерпала бы весь бюджет. Нужно было что-то попроще с той же механикой. Дальше всё как в сериале.

Вилейанур берёт большую деревянную коробку с зеркалом посередине. Оно располагается так, чтобы пациенты как бы «видели» фантомную руку. Люди двигают здоровой рукой, мозг «смотрит» на отражение, но воспринимает его как реальость. Начинается магия: парализованные фантомы «шевелятся», а деформированные возвращаются в нормальное положение ⁷. Как это работает?

Упражнения с коробкой активируют зрительные и проприоцептивные схемы мозга. Вот, в чём фишка:

• зрительная обратная связь говорит, что рука снова двигается;

• проприоцепция сообщает, что никакой руки нет.

Чтобы разрешить сенсорный конфликт, мозг выбирает самый простой путь:

Ну и чёрт с ним, нет никакой руки!

Со временем фантомная конечность и боль просто исчезают, хотя с пальцами бывают проблемы.

Нюансы адаптации для телека

В «Докторе Хаусе» боль исчезла мгновенно, а в жизни терапия занимает несколько недель. Пациенты постепенно усложняют упражнения, мозг адаптируется к новой реальности. В своих исследованиях Рамачандран описывал случай, когда пациент заметил улучшения после трёх недель терапии.

Правда, выборка была всего из 10 человек, а контрольных групп не было вовсе⁷. Несмотря на это, его метод показал эффективность в лечении больных.

Подтвердилась ли эта эффективность исследованиями сейчас? Ну… как сказать.

Доказательные доказательства: что говорят исследования

В 2018 году вышел Кохрейновский обзор 62 исследований⁸, где сравнивали зеркальную терапию (ЗТ) с другими методами реабилитации после инсульта. Результаты показали, что ЗТ помогает:

• улучшить двигательные функции верхних конечностей;

• восстановить повседневную активность;

• уменьшить двигательные нарушения.

С уменьшением боли всё сложнее — качество доказательств ниже. В обзорах 2021 года из Китая⁹ и Бразилии¹⁰ также подтвердили эффективность метода. Но что насчёт фантомных болей?

Обзор 2018 года, основанный на 15 исследованиях, также критикует методологию, но делает обнадёживающий вывод: «Зеркальная терапия, по-видимому, эффективна для снижения боли, уменьшая её интенсивность и частоту. Это простой, доступный и недорогой метод лечения фантомных болей» ¹¹. Другой обзор литературы того же года по фантомным болям в конечностях показал, что в рандомизированных контролируемых исследованиях зеркальная терапия уменьшала боль ¹².

Несмотря на все данные, мы всё ещё не можем быть уверенными на 100%. Ситуация проста, в большинстве случаев методология исследований — полный отстой. Метод по-прежнему популярен среди практиков, но «нужно больше исследований», как пишут в заключениях почти любой публикации.

Доктор Хаус был прав

Не только в том, что все лгут, но и что зеркальная терапия может лечить.  Даже сцена из сериала всё же могла произойти в реальной жизни — Рамачандран действительно описывал случаи, когда пациенты чувствовали улучшение уже при первом сеансе терапии ⁷ ¹³. Другой вопрос: вернулась ли боль к соседу спустя день-два?

Рамачандран доказал, что иногда даже околомистические проблемы можно решить товарами из соседнего магазина.

В век культа высоких технологий часто не хватает именно таких креативных и простых решений. Самое сложное — выбраться out of the box, поэтому всегда думайте головой 🌞

Изначально текст был подготовлен для тгк «Мемысли Князева» @memysliknyazeva. Там больше такого, но вы решайте сами — надо оно вам или нет.

Источники

[0]
House, M.D., «The Tyrant», Episode 6.3, FOX Network, 5th, 2009

[1]
L. Nikolajsen, T. S. Jensen, Phantom limb pain, BJA: British Journal of Anaesthesia, Volume 87, Issue 1, 1 June 2001, Pages 107–116, doi: 10.1093/bja/87.1.107

[2]
Melzack, R. (1990). Phantom limbs and the concept of a neuromatrix. Trends in Neurosciences, 13(3), 88–92. doi: 10.1016/0166-2236(90)90179-e

[3]
Stankevicius, A., Wallwork, S. B., Summers, S. J., Hordacre, B., & Stanton, T. (2020). Prevalence and Incidence of Phantom Limb Pain, Phantom Limb Sensations and Telescoping in Amputees: A Systematic Rapid Review. European Journal of Pain.
doi: 10.1002/ejp.1657

[4]
Culp CJ, Abdi S. Current Understanding of Phantom Pain and its Treatment. Pain Physician. 2022 Oct; 25(7): E941-E957.

[5]
Bisiach, E., & Luzzatti, C. (1978). Unilateral Neglect of Representational Space. Cortex, 14(1), 129–133.
doi:10.1016/s0010-9452(78)80016-1

[6]
Ramachandran, V. S. (1994). Phantom Limbs, Neglect Syndromes, Repressed Memories, and Freudian Psychology. Selectionism and the Brain, 291–333.
doi:10.1016/s0074-7742(08)60254-8

[7]
Ramachandran, V. S., & Rogers-Ramachandran, D. (1996). Synaesthesia in Phantom Limbs Induced with Mirrors. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 263(1369), 377–386.
doi:10.1098/rspb.1996.0058

[8]
Thieme, H., Morkisch, N., Mehrholz, J., Pohl, M., Behrens, J., Borgetto, B., & Dohle, C. (2018). Mirror therapy for improving motor function after stroke. Cochrane Database of Systematic Reviews.
doi:10.1002/14651858.cd008449.pub3

[9]
Zhang Y, Xing Y, Li C, Hua Y, Hu J, Wang Y, Ya R, Meng Q, Bai Y. Mirror therapy for unilateral neglect after stroke: A systematic review. Eur J Neurol. 2022 Jan;29(1):358-371.
doi: 10.1111/ene.15122

[10]
Nogueira NGHM, Parma JO, Leão SESA, Sales IS, Macedo LC, Galvão ACDR, de Oliveira DC, Murça TM, Fernandes LA, Junqueira C, Lage GM, Ferreira BP. Mirror therapy in upper limb motor recovery and activities of daily living, and its neural correlates in stroke individuals: A systematic review and meta-analysis. Brain Res Bull. 2021 Dec; 177:217-238.
doi: 10.1016/j.brainresbull.2021.10.003.

[11]
Campo-Prieto, P; Rodríguez-Fuentes, G (November 14, 2018). "Effectiveness of mirror therapy in phantom limb pain: A literature review". *Neurologia*. 37 (8): 668-681.
doi: 10.1016/j.nrl.2018.08.003

[12]
Kaur, A; Guan, Y (2018). Phantom limb pain: A literature review". Chin J Traumatol. 21 (6): 366–368.
doi: 10.1016/j.cjtee.2018.04.006

[13]
Ramachandran, V. S., Rogers-Ramachandran, D., & Cobb, S. (1995). Touching the phantom limb. Nature, 377(6549), 489–490.
doi: 10.1038/377489a0

[14]
Ну и конечно замечательная книга, из которой я впервые узнал о том, что зеркальная терапия — не фейк. На неё я ссылаюсь во время поста настолько часто, что заколебался бы ставить индексы:

Ramachandran, V.S., Blakeslee, S.: "Phantoms in the Brain: Probing the Mysteries of the Human Mind", 1998, William Morrow & Company