Модуль 13 - Организация полушария мозга и биология сознания

Сходные левое и правое полушария нашего мозга выполняют разные функции. Эта латерализация проявляется после повреждения головного мозга. Исследования, собранные за более чем столетие, показали, что несчастные случаи, инсульты и опухоли в левом полушарии могут ухудшить чтение, письмо, речь, арифметические рассуждения и понимание. Подобные поражения в правом полушарии имеют менее заметные эффекты.

Означает ли это, что правое полушарие просто для езды - бесшумное, «подчиненное» или «второстепенное» полушарие? Многие считали, что так было до 1960 года, когда исследователи обнаружили, что «малое» правое полушарие в конце концов не было таким ограниченным. История этого открытия - захватывающий эпизод в истории психологии.

Расщепление мозга

В 1961 году два нейрохирурга из Лос-Анджелеса, Филип Фогель и Джозеф Боген, предположили, что серьезные эпилептические припадки были вызваны усилением аномальной мозговой активности, колеблющейся между двумя полушариями головного мозга. Если это так, они задавались вопросом, могут ли они положить конец этой биологической игре в теннис, перерезав мозолистое тело (см. РИСУНОК 13.1)? Эта широкая полоса аксонных волокон соединяет два полушария и передает сообщения между ними. Фогель и Боген знали, что психологи Роджер Сперри, Рональд Майерс и Майкл Газзанига разделили мозг кошек и обезьян таким образом без каких-либо серьезных побочных эффектов.

Так оперировали хирурги. Результат? Судороги почти исчезли. Пациенты с этим раздвоенным мозгом были на удивление нормальными, их личность и интеллект практически не пострадали. Проснувшись после операции, один даже пошутил, что у него «раскалывающая головная боль» (Gazzaniga, 1967). Делясь своим опытом, эти пациенты значительно расширили наше понимание взаимодействий между двумя полушариями неповрежденного мозга.

Совет к экзамену AP: классические исследования расщепленного мозга известны в психологии, а это значит, что они, вероятно, будут обнаружены на экзамене Ap®.

Чтобы оценить эти открытия, нам нужно на минуту сосредоточиться на своеобразной природе нашей визуальной проводки. Как показано на РИСУНКЕ 13.2, информация из левой половины вашего поля зрения поступает в ваше правое полушарие, а информация из правой половины вашего поля зрения идет в ваше левое полушарие, которое обычно контролирует речь. (Обратите внимание, однако, что каждый глаз получает сенсорную информацию как из правого, так и из левого полей зрения.) Данные, полученные одним полушарием, быстро передаются другому через мозолистое тело. У человека с разорванным мозолистым телом такой обмен информацией не происходит.

Зная эти факты, Спени и Газзанига могли отправлять информацию в левое или правое полушарие пациента. Когда человек смотрел на точку, они высвечивали стимул справа или слева от нее. Они могли бы сделать то же самое с вами, но в вашем неповрежденном мозгу полушарие, получающее информацию, мгновенно передало бы новости другой стороне. Поскольку операция на разделенном мозге прервала коммуникационные линии между полушариями, исследователи могли с этими пациентами опросить каждое полушарие отдельно.

В раннем эксперименте Газзанига (1967) попросил этих людей смотреть на точку, когда он высвечивал HE-ART на экране (РИСУНОК 13.3). Таким образом, HE появился в их левом поле зрения (которое передает в правое полушарие), а ART - в правом поле (которое передает в левое полушарие). Когда он затем попросил их рассказать, что они видели, пациенты сообщили, что видели АРТ. Но когда их попросили указать на слово, которое они видели, они были поражены, когда их левая рука (контролируемая правым полушарием) указала на НЕ. Получив возможность выразить себя, каждое полушарие сообщало о том, что оно видело. Правое полушарие (контролирующее левую руку) интуитивно знало, о чем не могло устно сообщить.

Когда изображение ложки показывалось их правому полушарию, пациенты не могли сказать, что они видели. Но когда их попросили определить, что они видели, ощупывая набор скрытых предметов левой рукой, они с готовностью выбрали ложку. Если экспериментатор сказал: «Верно!» пациент может ответить: «Что? Верно? Как я мог выбрать правильный объект, если не знаю, что видел?» Разумеется, здесь говорит левое полушарие, сбитое с толку тем, что знает невербальное правое полушарие. Некоторых людей, перенесших операцию на расщепленном мозге, в течение некоторого времени беспокоила неуправляемая независимость их левой руки, которая могла расстегнуть рубашку, когда правая рука застегивала ее, или положить продукты из продуктового магазина обратно на полку после правой руки. положите их в тележку.Это было так, как если бы каждое полушарие думало: «Я даже наполовину решил надеть сегодня свою зеленую (синюю) рубашку». В самом деле, как сказал Сперри (1964), хирургия расщепленного мозга оставляет людей «с двумя отдельными умами». С разделенным мозгом оба полушария могут понять и следовать инструкциям по копированию -одновременно - разные фигуры левой и правой рукой (Franz et al., 2000; см. также РИСУНОК 13.4). (Читая эти отчеты, я представляю пациента, наслаждающегося в одиночестве игрой «камень, ножницы, бумага» - левая рука против правой.)

Когда «два ума» расходятся, левое полушарие выполняет мысленную гимнастику, чтобы рационализировать реакции, которые оно не понимает. Если пациент выполняет команду, отправленную в правое полушарие («Иди»), происходит странная вещь. Не осознавая порядок, левое полушарие не знает, почему пациент начинает ходить. Однако, когда его спрашивают, почему, пациент не отвечает: «Я не знаю». Вместо этого интерпретирующее левое полушарие импровизирует: «Я иду в дом за кока-колой». Газзанига (1988), который считает этих пациентов «самыми очаровательными людьми на земле», пришел к выводу, что левое полушарие в сознании является «интерпретатором» или агентом прессы, который мгновенно строит теории, объясняющие наше поведение.

Правые и левые различия в неповрежденном мозге

Итак, как насчет 99,99+ процентов из нас с неразделенным мозгом? Выполняет ли каждое из наших полушарий определенные функции? Исследования показывают, что это так. Когда человек выполняет задачу восприятия , например, мозговые волны, кровоток и потребление глюкозы показывают повышенную активность в правом полушарии. Когда человек говорит или считает, активность в левом полушарии увеличивается .

Драматическая демонстрация полушарной специализации происходит перед некоторыми типами операций на головном мозге. Чтобы определить местонахождение языковых центров пациента, хирург вводит успокаивающее средство в артерию шеи, питающую кровью левое полушарие, которое обычно контролирует речь. Перед инъекцией пациент лежит, руки в воздухе, болтает с врачом. Можете ли вы предсказать, что, вероятно, произойдет, когда лекарство усыпит левое полушарие? Через несколько секунд правая рука человека ослабевает. Если левое полушарие контролирует язык, пациент потеряет дар речи, пока действие препарата не прекратится. Если лекарство ввести в артерию правого полушария, левая рука обмякнет, но человек все равно сможет говорить.

Для мозга язык - это язык, будь то разговорный или жестовый. Подобно тому, как слышащие люди обычно используют левое полушарие для обработки речи, глухие люди используют левое полушарие для обработки языка жестов (Corina et al., 1992; Hickok et al., 2001). Таким образом, инсульт левого полушария нарушает жестикуляцию глухого человека так же, как он нарушает речь слышащего человека. У обоих задействована одна и та же область мозга (Corina, 1998). (Подробнее о том, как мозг поддерживает язык, см. Модуль 36.)

  • отлично умеет делать выводы (Биман и Кьярелло, 1998; Боуден и Биман, 1998; Мейсон и Джаст, 2004). Левое полушарие, обозначенное вспыхнувшим словом «стопа», особенно быстро распознает тесно связанное с ним слово « пятка» . Но если заправить ногой, криком и стеклом , правое полушарие быстрее распознает другое слово, отдаленно связанное со всеми тремя ( разрезать ). И если дана проблема, похожая на прозрение - «Какое слово идет к ботинку, лету и земле ?» - правое полушарие быстрее, чем левое, распознает решение: лагерь . Как объяснил один пациент после инсульта правого полушария: «Я понимаю слова, но мне не хватает тонкостей».
  • помогает нам модулировать нашу речь, чтобы прояснить смысл - например, когда мы спрашиваем: «Что нас ждет впереди?» вместо "Что это на дороге, голова?" (Heller, 1990).
  • помогает организовать наше самоощущение. Люди, страдающие частичным параличом, иногда упорно отрицают свое нарушение, как ни странно заявляя, что они могут двигать парализованной конечностью, если повреждено правое полушарие (Berti et al., 2005).

Просто глядя на два полушария, такие похожие невооруженным глазом, кто бы мог подумать, что они вносят уникальный вклад в гармонию целого? Тем не менее, различные наблюдения - людей с раздвоенным мозгом, людей с нормальным мозгом и даже мозга других видов - прекрасно сходятся, не оставляя сомнений в том, что у нас есть объединенный мозг со специализированными частями (Hopkins & Cantalupo, 2008; MacNeilage et al. ., 2009; и см. Крупный план: Руки на следующей странице).

Крупный план

Ручка

Почти 90 процентов из нас в основном правши (Leask & Beaton, 2007; Medland et al., 2004; Peters et al., 2006). Примерно 10 процентов из нас (несколько больше у мужчин, несколько меньше у женщин) левши. (Некоторые люди пишут правой рукой, а бросают мяч левой или наоборот.) Почти все правши (96 процентов) обрабатывают речь преимущественно в левом полушарии, которое, как правило, является немного большим полушарием (Hopkins, 2006 г.). Левши более разнообразны. Семь из десяти обрабатывают речь в левом полушарии, как это делают правши. Остальные либо обрабатывают язык в правом полушарии, либо используют оба полушария.

Унаследована ли управляемость?

Судя по наскальным рисункам, инструментам и костям рук и предплечий доисторических людей, этот поворот вправо произошел давно (Corballis, 1989; MacNeilage et al., 2009). Праворукость преобладает во всех человеческих культурах, даже у обезьян и обезьян. Более того, это появляется до воздействия культуры: более 9 из 10 плодов сосут большой палец правой руки (Hepper et al., 1990, 2004). Исследования близнецов показывают лишь небольшое генетическое влияние на индивидуальную маневренность (Vuoksimaa et al., 2009). Но повсеместная распространенность правшей у людей и других приматов предполагает, что на праворукость влияют гены или некоторые пренатальные факторы.

Большинство людей также бьют правой ногой, смотрят в микроскоп правым глазом и (вы заметили?) Целуются правильно - наклонив голову вправо (GuntUrkun, 2003).

ТАК, ВСЕ ЛИ ПРАВО БЫТЬ ЛЕВОЙ РУКОЙ?

Судя по повседневному разговору, с левшой не все в порядке. Быть «выходящим из левого поля» едва ли лучше, чем быть «бестактным» (производным от французского слова «левый»). С другой стороны, праворукость - это «прямо», чем обычно является любой «праведник», «правая рука» «в здравом уме».

Левшей больше, чем обычно, среди людей с нарушениями чтения, аллергией и мигренью (Geschwind & Behan, 1984). Но в Иране, где студенты сообщают, какой рукой они пишут на вступительных экзаменах в университет, левши превзошли правшей по всем предметам (Noroozian et al., 2003). Левша также более распространена среди музыкантов, математиков, профессиональных игроков в бейсбол и крикет, архитекторов и художников, включая таких знаменитостей, как Микеланджело, Леонардо да Винчи и Пикассо. «Хотя левши должны терпеть толчки локтей за обеденным столом, правые столы и неудобные ножницы, плюсы и минусы левши кажутся примерно одинаковыми.

Биология сознания

Что представляет собой «двойная обработка», которую раскрывает сегодняшняя когнитивная нейробиология?

Сегодняшняя наука исследует биологию сознания. Эволюционные психологи предполагают, что сознание должно давать репродуктивное преимущество (Бараш, 2006). Сознание помогает нам действовать в наших долгосрочных интересах (рассматривая последствия), а не просто искать краткосрочного удовольствия и избегать боли. Сознание также способствует нашему выживанию, предугадывая то, как мы кажемся другим, и помогая нам читать их мысли: «Он выглядит действительно рассерженным!

Подобные объяснения по-прежнему оставляют нас перед «трудной проблемой»: каким образом клетки мозга, болтающие друг с другом, создают наше осознание вкуса тако, идеи бесконечности, чувства страха? Сегодняшние ученые ищут ответы.

Когнитивная неврология

По словам нейробиолога Марвина Мински (1986, стр. 287), ученые предполагают, что «разум - это то, что делает мозг». Мы просто не знаем, как это происходит. Даже несмотря на все химические вещества, компьютерные чипы и энергию в мире, мы все еще не понимаем, как создать сознательного робота. Тем не менее, сегодняшняя когнитивная нейробиология - междисциплинарное исследование активности мозга, связанной с нашими умственными процессами, - делает первый маленький шаг, связывая определенные состояния мозга с сознательными переживаниями.

Потрясающая демонстрация сознания проявилась при сканировании мозга необщительного пациента - 23-летней женщины, которая попала в автомобильную аварию и не показала никаких внешних признаков сознательного осознания (Owen et al., 2006). Когда исследователи попросили ее представить, как она играет в теннис, сканирование с помощью фМРТ выявило активность мозга в той области мозга, которая обычно контролирует движения рук и ног (РИСУНОК 13.5). Исследователи пришли к выводу, что даже в неподвижном теле мозг и разум могут оставаться активными. Последующее исследование 22 других «вегетативных» пациентов выявило еще 3, которые также показали значимые ответы мозга на вопросы (Monti et al., 2010).

Многие когнитивные нейробиологи изучают и картируют сознательные функции коры головного мозга. Основываясь на ваших паттернах корковой активации, теперь они могут ограниченным образом читать ваши мысли (Bor, 2010). Они могут, например, сказать, какой из 10 похожих объектов (молоток, дрель и т. Д.) Вы просматриваете (Шинкарева и др., 2008).

Несмотря на такие успехи, остается много разногласий. Согласно одной точке зрения, сознательные переживания возникают в результате синхронизированной активности мозга (Gaillard et al., 2009; Koch & Greenfield, 2007; Schurger et al., 2010). Если стимул активирует достаточно скоординированную нейронную активность в масштабе всего мозга - с сильными сигналами в одной области мозга, запускающей активность в другом месте, - он преодолевает порог сознания. Более слабый стимул - возможно, слово вспыхнуло слишком быстро, чтобы его можно было осознать - может вызвать локализованную активность зрительной коры, которая быстро угасает. Более сильный стимул задействует другие области мозга, например, связанные с речью, вниманием и памятью. Такая реверберирующая активность (обнаруженная при сканировании мозга) - верный признак сознательного осознания. Как синхронизированная деятельность производит осознание - как материя порождает разум - остается загадкой.

Двойная обработка: двойственное мышление

Многие открытия в когнитивной нейробиологии говорят нам об определенной области мозга (например, упомянутой выше зрительной коре), которая становится активной с определенным сознательным опытом. Такие находки многим кажутся интересными, но не шокирующими. (Если все психологическое одновременно является биологическим, тогда все наши идеи, эмоции и духовность должны каким-то образом воплотиться.) Многих из нас поражает растущее свидетельство того, что у нас есть, так сказать, два разума, каждый поддерживается собственным нейронным оборудованием.

В любой момент мы с вами осознаем немногим больше, чем то, что находится на экране нашего сознания. Но под поверхностью бессознательная обработка информации происходит одновременно по множеству параллельных дорожек. Когда мы смотрим на летящую птицу, мы сознательно осознаем результат нашей когнитивной обработки («Это колибри!»), Но не нашу дополнительную обработку цвета, формы, движения и расстояния птицы. Одна из великих идей недавней когнитивной нейробиологии заключается в том, что большая часть работы нашего мозга происходит вне сцены, вне поля зрения. Восприятие, память, мышление, язык и отношения - все они действуют на двух уровнях - сознательном, преднамеренном «большом пути» и бессознательном, автоматическом «низком пути». Сегодняшние исследователи называют это двойной обработкой. Мы знаем больше, чем знаем. Иногда наука подтверждает широко распространенные убеждения.В других случаях, как показывает следующая история, наука более странная, чем научная фантастика.

Во время моего пребывания в Шотландском университете Сент-Эндрюс я познакомился с когнитивными нейробиологами Дэвидом Милнером и Мелвином Гудейлом (2008). Из-за угарного газа местная женщина, которую они называют Д.Ф., получила повреждение мозга, из-за которого она не могла распознавать и различать предметы визуально. Сознательно она ничего не видела. Тем не менее, она демонстрировала слепое зрение- она ​​будет действовать так, как если бы она могла видеть. Когда ее попросили вставить открытку в вертикальный или горизонтальный почтовый ящик, она могла сделать это без ошибок. Несмотря на то, что она не могла определить ширину блока перед собой, она могла схватить его с расстояния между большим пальцем правой руки. Если бы вы испытали временную слепоту (с помощью магнитных импульсов к первичной зрительной области коры головного мозга), это тоже привело бы к слепому зрению, поскольку вы правильно угадываете цвет или ориентацию объекта, который вы не можете осознанно видеть (Boyer et al., 2005).

Как это могло произойти? Разве у нас нет единой визуальной системы? Гудейл и Милнер знали из исследований на животных, что глаз отправляет информацию одновременно в разные области мозга, которые выполняют разные задачи (Weiskrantz, 2009, 2010). Разумеется, сканирование мозговой активности DF показало нормальную активность в области, связанной с достижением, хватанием и перемещением объектов, но повреждение в области, связанной с сознательным распознаванием объектов. (См. Другой пример на РИСУНКЕ 13.6.)

Итак, приведет ли обратное повреждение к противоположным симптомам? Действительно, есть несколько таких пациентов, которые могут видеть и узнавать объекты, но им трудно указывать на них или хватать их.

Насколько странно сложна эта вещь, которую мы называем зрением, - заключают Гудейл и Милнер в своей книге с метко названным « Зрение невидимое» . Мы можем думать о нашем видении как о единой системе, контролирующей наши действия, управляемые визуально, но на самом деле это система двойной обработки. Дорожка визуального восприятия позволяет нам «думать о мире» - узнавать вещи и планировать будущие действия. Визуальный трек действий направляет наши текущие движения.

В редких случаях эти двое конфликтуют. Показанная иллюзия полого лица , люди ошибочно воспринимают внутреннюю часть маски как выступающее лицо (РИСУНОК 13.7). Тем не менее, они без колебаний и точно будут тянуться к перевернутой маске, чтобы отстрелять похожую на жука цель, застрявшую на лице (Kr6liczak et al., 2006). То, чего не знает их сознательный разум, знает их рука.

Другой пациент, потерявший всю левую зрительную кору - оставив его слепым к объектам, представленным в правой части поля зрения - он не воспринимает сознательно (De Gelder, 2010). То же самое верно и для людей с нормальным зрением, зрительная кора которых отключена с помощью магнитной стимуляции. Это говорит о том, что области мозга ниже коры обрабатывают информацию, связанную с эмоциями.

Людям часто трудно принять, что большая часть наших повседневных мыслей, чувств и действий действует за пределами нашего сознательного понимания (Bargh & Chartrand, 1999). Понятно, что мы склонны считать, что наши намерения и осознанный выбор управляют нашей жизнью. Но сознание, хотя и позволяет нам осуществлять произвольный контроль и сообщать о своих ментальных состояниях другим, является лишь верхушкой айсберга обработки информации. Сосредоточение на какой-либо деятельности (например, чтение этого модуля, я бы хотел подумать) увеличивает общую мозговую активность не более чем на 5 процентов по сравнению с исходным уровнем. И даже когда вы отдыхаете, в вашей голове кружатся «очаги темной энергии» (Raichle, 2010).

Эксперименты показывают, что когда вы двигаете запястьем по своему желанию, вы сознательно принимаете решение переместить его примерно за 0,2 секунды до фактического движения (Libet, 1985, 2004). В этом нет ничего удивительного. Но волны вашего мозга прыгают примерно на 0,35 секунды до того, как вы осознанно воспринимаете свое решение двигаться (РИСУНОК 13.8)! Этот потенциал готовности позволил исследователям (с помощью сканирования мозга fMR1) предсказать - с точностью 60% и на 7 секунд вперед - решения участников нажать кнопку левым или правым пальцем (Soon et al., 2008). Поразительный вывод: иногда сознание опаздывает к стороне, принимающей решение.

Запуск автопилота позволяет нашему сознанию - генеральному директору нашего разума - контролировать всю систему и решать новые задачи, в то время как нейронные помощники автоматически берут на себя рутинные дела. Идя знакомым путем к следующему уроку, ваши ноги делают работу, в то время как ваш разум репетирует презентацию, которую вы собираетесь провести. Мозг и тело опытного теннисиста автоматически реагируют на приближающуюся подачу, прежде чем он осознает траекторию мяча (что занимает около трех десятых секунды). То же самое и для других опытных спортсменов, для которых действие предшествует осознанию. Итог : в повседневной жизни мы в основном работаем как автоматические наводящие камеры, но с ручным (сознательным) управлением.

Наша бессознательная параллельная обработка выполняется быстрее, чем последовательная сознательная обработка, но оба важны. Последовательная обработка позволяет решать новые проблемы, требующие нашего пристального внимания. Попробуйте следующее: если вы правша, вы можете двигать правой ногой по плавному кругу против часовой стрелки, и вы можете писать число 3 несколько раз правой рукой, но, вероятно, не одновременно. (Попробуйте сделать что-нибудь не менее сложное: трижды постучите равномерно левой рукой и четыре раза постучите правой рукой.) Обе задачи требуют сознательного внимания, которое может быть только в одном месте одновременно. Если время - это способ природы не позволять всему происходить одновременно, тогда сознание - это способ природы не позволять нам думать и делать все одновременно.

Прежде, чем вы двинетесь дальше

СПРОСИТЕ СЕБЯ: Какие примеры того, что вы делаете на «автопилоте»? Какое поведение требует вашего сознательного внимания?

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ: каковы два пути разума и что такое «двойная обработка»?

ПОПУЛЯРНЫЕ СТАТЬИ