Чтобы видеть, мозг не нужен

Последнее десятилетие в неврологии стало настоящей эпохой «переоткрытий и подтверждений»: информация о функциях отдельных структур мозга, которую патологоанатомы и нейрохирурги десятилетиями собирали по крупицам, теперь доступна в «легкоусвояемой» форме фМРТ.

Но как бы нейробиологи ни изощрялись в постановке экспериментов на крысах, обезьянах или птичках, самые интересные случаи все равно приходят из клинической практики. Беатрис де Гелдер из голландского Тилбургского университета и соавторы публикации в Current Biology

описали пациента, способного «видеть» без самой важной части зрительного анализатора – зрительной коры обеих полушарий.

Больной Т. полностью потерял способность видеть из-за двух инсультов, «уничтоживших» за 36 дней до эксперимента нейроны зрительной коры – анализирующей части «зрительной системы». Сетчатка глаза, также как и зрительный нерв сохранны, что позволяет ему регистрировать свет, но не дает возможности различать объекты: он не смог распознать ни цвет, ни форму, ни размеры или ориентацию помещаемых перед ним на разное расстояние объектов. В зрительных экспериментах, где предлагалось выбрать один из двух вариантов, срабатывала теория вероятности – к сожалению для пациента, он угадывал только 50%.

Кстати, способность каким-то образом почувствовать цвет «невидимого» объекта недавно была показана другим пациентом, повреждение мозга которого оставило для мужчины невидимым часть нормального «поля зрения».

Зато он справился с двумя другими задачами, требующими, казалось бы, куда более сложного анализа: во-первых, он реагировал на выражение лица исследователей, а во-вторых – смог самостоятельно пройти через коридор, заставленный объектами разной формы и размеров. При этом месяц, прошедший после второго инсульта, он передвигался или с чьей-то помощью, или с белой тростью в руках. К сожалению, в статье отсутствует описание ощущений больного с его собственных слов.

Гелдер не стала искать у пациента экстрасенсорных способностей, объяснив это «замыканием» импульсов от сетчатки на подкорковом уровне.

Но вот с точной локализацией управляющих нейронов возникла небольшая проблема. Зрительная информация в виде отдельных импульсов от сетчатки у здорового человека сначала направляется на нейроны «четверохолмия», из которых уже идет к коре. Там же, судя по всему, и происходит «переключение» на другие центры.

А вот найти эти самые центры при ходьбе по коридору пока не представляется возможным, ведь для функциональной магнитно-резонансной томографии необходимо как минимум «зафиксировать» исследуемого. Если исследования продолжатся, то Гелдер наверняка изыщет способ найти эти самые «короткие пути», а пока ей остается только осторожно корректировать учение Павлова об анализаторах, согласно которому должны быть три составляющие: регистрирующая, проводящая и обрабатывающая («проекция сенсора»).

Сейчас ученые ищут возможность перевести это «пока не до конца изученное чувство» в более осознанную форму.

О других планах авторы исследования пока рассказывать не стали, как минимум из этических соображений. Но если им удастся найти спонсора, пациент Т. наверняка получит очень интересную работу на несколько лет вперед, тем более что для него не всё потеряно.

Четыре глаза на один хвост

Чтобы увидеть какой-нибудь предмет, необходимы как минимум три составляющие: источник света, сам объект и регистрирующее устройство – будь то видеокамера, фотоумножитель или обычный, но куда сложнее устроенный глаз. Источниками света для человечества до изобретения факелов, свечей, и галогенных лампочек традиционно выступали солнце, луна и звезды, изредка «подкрепляемые» вспышками молнии, пожарами и редкими природными явлениями вроде северного сияния.

Некоторые виды из ушедших в пещеры, норы или в морскую пучину подальше от солнечного света совсем отказались от органа зрения, другим же пришлось практически заново собирать свои глаза, совершенствуя детали для максимальной светочувствительности.

Так, рыба-привидение Dolichopteryx longipes «создала» глаз, использующий для фокусировки не только линзы, но и тысячи мельчайших зеркал.

Жизнь рыб и других жителей моря на глубине больше километра яркой не назовешь – даже в самую тихую погоду свет сюда практически не проникает. Не удивительно, что облик опистопроктовых рыб, к которым и относится выловленный авторами публикации в Current Biology между Новой Зеландией и Самоа образец, максимально подстроен под улавливание света.

Полупрозрачные кости черепа и минимальное количество тканей вокруг глаз даже принесли этому семейству прозвище призраков. Дополните облик зеркальной чешуей на брюхе, прозрачными плавниками и вытянутыми, телескопическими глазами со сверхразвитой сетчаткой – и вы получите типичного представителя.

В их сетчатке нет колбочек, отвечающих за цветное зрение, зато палочки и содержание в них фоточувствительного пигмента родопсина гораздо больше, чем у наземных животных.

Другая отличительная особенность находки – «двойные глаза», смотрящие одновременно и вверх и вниз.

Дело в том, что на такой глубине часть света приходит не сверху, от небесных светил, а снизу или сбоку, от таких же отшельников, самостоятельно или с помощью симбионтов освоивших биолюминесценцию. Если учесть что доля этих видов составляет 80%, то отказываться от регистрации этого света было бы нерационально.

До сегодняшнего дня ученые считали, что «боковое» освещение улавливается благодаря прозрачному черепу и сильно выпуклым глазам. Но такая система не обладает должным разрешением, то есть не позволяет рассмотреть объект, определить расстояние до него или направление движения.

Рыбы-призраки пошли несколько другим путём, создав две независимые системы – одну для солнечного света, другую для лучей из глубин.

Если верхняя ничем не отличается от гипертрофированного глаза соседей по морской пучине, то в нижней в дополнение к линзам – роговице и хрусталику – есть ещё и многочисленные зеркальца, отражающие свет на сетчатку.

Причем их поверхности располагаются не параллельно, а под углом друг к другу, образуя одно большое сферическое зеркало, в результате фотоны света, падающего на всю площадь, «собираются» на маленьком участке боковой стороны сетчатки по аналогии с гиперболоидом или параболоидом. Естественно, это в разы повышает не только светочувствительность всей системы, но и её разрешающую способность. Последняя была рассчитана при компьютерном моделировании зрения.

Могут ли рыбы настраивать свой орган, как это успешно делал инженер Гарин, пока неизвестно. Зато обнаруженный феномен можно использовать в практических целях: в случае поражения основных светочувствительных зон сетчатки у человека таким образом можно «перевести» изображение на неиспользуемую периферию, осталось только вырастить подобные зеркальца в человеческих клетках.