Нейроны действуют сообща, в виде чрезвычайно сложной сети. Ее сложность предусматривает высокий уровень интеграции (взаимного сотрудничества) и дифференциации (взаимных различий). Это означает, что существует система различных нейронных сетей (субсистем), которые и динамически связаны, и вместе с тем дифференцированы [13]. Результат – «организованный хаос». Подобные процессы известны под названием самоорганизующейся системы, производящей паттерны и структуры, взаимодействующие с их окружением, но не поддающиеся прямому воздействию внешних факторов. Наглядный пример самоорганизации – водоворот в потоке воды, где форма воронки водоворота определяется скоростью потока и объемом воды, но сам водоворот остается стихийным и саморегулирующимся.
Подобную самоорганизацию мы обнаруживаем в электрических явлениях мозга. Нейроны взаимодействуют посредством изменения напряжения, высвобождающего нейромедиаторы в синапсах, или соединениях между клетками. Совокупное изменение напряжения создает постоянно меняющиеся электрические поля [14]. Это приводит также к постоянным колебаниям магнитных полей вдоль одновременно активирующихся дендритов – так называются разветвленные отростки нейронов. Во время каждого вида активности в мозге все электрические и магнитные паттерны миллионов или миллиардов нейронов меняются каждую миллисекунду. Но ни количество нейронов, ни точная форма дендритов, ни отдельно взятые электрические паттерны конкретных нейронов, по-видимому, не играют решающей роли в обмене информацией. Вместо этого обмен обуславливают постоянно меняющиеся, вызванные самоорганизацией паттерны электромагнитных полей, формирующихся вдоль дендритов специализированных нейронных сетей.
Влияние электромагнитной активности на функции мозга
Постоянные изменения электромагнитного поля в мозге и вокруг него фиксируются с помощью ЭЭГ, по которой можно даже сделать выводы об электрической активности сердца (ЭКГ). Далее возникает вопрос о том, какую роль электромагнитная активность нейронных сетей может играть в работе мозга и в воспринимаемом сознании. Помехи для электромагнитного поля мозга, по-видимому, оказывают влияние на функции мозга, так как несколько исследований показали явные изменения в функционировании нейронных сетей при воздействии внешних магнитных или электрических полей, направленном на мозг. Содействие или препятствование работе нейронных сетей посредством электрической или магнитной стимуляции позволяет изучать функции этих сетей и в то же время порой вызывает определенный опыт разума и могут обладать терапевтическим потенциалом.
Магнитная стимуляция
Когда воздействие магнитных полей направлено на мозг, как при транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС, см. рис. на с. 236), оно может, в зависимости от продолжительности и силы примененной магнитной энергии, либо возбуждать, либо подавлять активность определенных участков мозга. Таким образом, направленные магнитные поля способны вызывать временное возбуждение или подавление местных функций мозга, влияя на постоянно меняющиеся электромагнитные поля нейронов, иногда дольше, чем оказывается воздействие, но, по-видимому, без каких-либо длительных последствий [15]. В итоге транскраниальная магнитная стимуляция позволяет составить карту функций конкретных участков коры головного мозга. Функции небольших участков коры можно изучить в течение миллисекунд, что дает ученым возможность исследовать вклад нейронных сетей коры головного мозга в специфические когнитивные функции.
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС)
Но при высокой интенсивности ТМС может также вызвать временное нарушение функций мозга. Прерывание электромагнитных процессов в коре головного мозга может сопровождаться мгновенным нарушением зрения или опыта физического движения. Стимулирование затылочных долей с центром обработки зрительной информации может вызвать временную слепоту. По-видимому, существует прямая связь между наличием электромагнитного поля и функционированием нейронной сети. Потеря этого поля вызывает потерю функций.
Электрическая стимуляция
Электростимуляция местных нейронных сетей также нарушает нормальное функционирование мозга, что описали в 1958 году нейрохирург Уайлдер Пенфилд и в 2004 году – нейробиолог Олаф Бланке. Местная электростимуляция иногда провоцировала у пациентов с эпилепсией видения образов из прошлого (но панораму жизни – никогда), вспышек света, звуков и (очень редко) ощущение отделенности от тела. Этот искусственно вызванный опыт никогда не бывал тождественным типичному ОСО или внетелесному опыту с подтверждаемыми элементами, а также не вызывал изменений жизни. Применение слабой электроэнергии иногда или не вызывает никакого эффекта, или дает стимулирующий эффект, к примеру, в случае стимуляции двигательной коры, отчего конечности пациента непроизвольно двигаются. Но во время стимуляции с более высоким уровнем энергии электромагнитные поля самого пациента исчезают, приводя к потере функций стимулируемого участка коры. Опять-таки потеря электромагнитного поля влечет за собой потерю функций [16].
Терапевтический эффект
Применение местной и направленной электроэнергии, воздействующей на мозг, также может оказывать длительный терапевтический эффект и функциональные изменения в некоторых участках мозга, и в конечном итоге – приводить к различному опыту, связанному с разумом. Изменение электромагнитного поля вызывает изменения функций. Если эффект транскраниальной электростимуляции (ТЭС), подобно эффекту ТМС, кратковременный, то транскраниальная стимуляция постоянным током (ТСПТ, или микрополяризация) вызывает перманентные функциональные изменения в некоторых областях мозга, так как воздействует на его кору [17]. Это явление можно использовать, чтобы помочь пациентам с тяжелой депрессией, не поддающейся лечению антидепрессантами. Состояние мозга, соответствующее большому депрессивному расстройству, у таких устойчивых к терапии пациентов было продемонстрировано с помощью сканов фМРТ и ПЭТ, показывающих, что некоторые участки мозга (такие как субгенуальная поясная кора) чрезмерно активны, а другие (например префронтальная кора) весьма малоактивны.
Антидепрессанты могут изменить к лучшему эти нарушенные паттерны активности при тяжелой депрессии, но тех же результатов можно добиться с помощью различных видов электротерапии – например электросудорожной терапии (ЭСТ), при которой мощный электрический ток вызывает эпилептический припадок (судороги); стимуляции блуждающего нерва; а с недавних пор – с помощью имплантирования глубинных электродов в гипер– и гипоактивные участки мозга: эта методика известна под названием глубокой стимуляции мозга (DBS) [18]. Точный механизм этого явления неизвестен, однако было обнаружено, что оно дает клинические улучшения, подтвержденные с помощью фМРТ. В недавней статье в Nature рассказывалось о том, как пациент, который провел в коме более шести лет после того, как перенес травматическое повреждение мозга, пришел в себя после глубокой стимуляции таламуса [19].
