Сергей Деменок

Просто осязание. Все, имеющее форму, познается только через прикосновение

© ООО «Страта», 2021

Введение

Прикосновение – центральный элемент в идеях и фантазиях многих, но мало кто задумывается о природе этого ощущения. Людям легко вообразить впечатление от потери зрения или слуха (мы все можем закрыть глаза или заткнуть уши), или даже вкуса или запаха, но никто из нас на самом деле никогда не был в состоянии воссоздать ощущение потери прикосновения. Возможно, чувство прикосновения настолько глубоко вплетено в наше самоощущение, что мы не можем по-настоящему представить жизнь без него.

Владимир Набоков поднимал этот вопрос в «Лолите»: «Странно, что тактильное чувство, которое так бесконечно менее ценно для людей, чем зрение, в критические моменты становится нашим главным, если не единственным, обращением к реальности». Для Гумберта Гумберта прикосновение было настолько ценным опытом, что даже самый простой тактильный контакт с его любимой Лолитой вызывал неодолимые страсти.

Для всех нас опыт осязания является по сути эмоциональным, и отражение этого можно встретить в повседневной речи. К примеру, фразы: «Я тронут твоей заботой», или «Я не хотел задеть твои чувства», или метафоры вроде: «Ты такой колючий», или «Это грубо», или «Вы скользкий тип». Мы полностью привыкли описывать широкий спектр человеческих эмоций, действий и характеристик личности с точки зрения ощущений нашей кожи. В нашем языке тактильность тесно переплетена с эмоциональностью.

Метафоры, описывающие касание, действительно говорят нам что-то о чувствах кожи и их связи с человеческим познанием. Выражения «Я тронут» для обозначения «Я эмоционально затронут» и «Мои чувства» для обозначения «Мои нежные эмоции» используются в языке давно. И они не являются уникальными для русского языка или даже для индоевропейской языковой группы, поскольку встречаются также в таких отличных от наших языков, как баскский и китайский.

Слепые или глухие от рождения люди в большинстве имеют нормальное развитое тело (кроме зрительных или слуховых зон) и могут жить полноценной жизнью. Но если лишить новорожденных социального контакта, как это произошло в крайне неразвитых румынских детских домах в 1980-х и 1990-х годах, случится катастрофа: у детей замедлится развитие, возникнут расстройства психики и нестабильность эмоциональной сферы. К счастью, даже незначительное вмешательство – прикосновения попечителя в течение одного часа в день – может обратить вспять этот деструктивный процесс, если начать психоэмоциональное лечение в раннем возрасте.

Тактильность не является нашим врожденным навыком. У человеческого детеныша самое долгое детство – в природе нет другого существа, чье пятилетнее потомство не способно жить независимо. Если наше долгое детство не наполнено осязанием, особенно нежными человеческими прикосновениями, последствия окажутся драматичными.

Идея критической роли осязания в раннем развитии не всегда была признана. Основатель бихевиоризма Джон Б. Уотсон советовал родителям не уделять чрезмерного тактильного внимания детям: «Пусть ваше поведение всегда будет объективным и доброжелательным. Никогда не обнимайте и не целуйте их. Никогда не позволяйте им сидеть на коленях. Если нужно, поцелуйте их в лоб перед сном или пожмите им руку утром. Погладьте по голове, если они справились с трудной задачей».

Хотя большинство родителей сегодня не ограничивают общение со своими детьми случайным поглаживанием головы, такая проблема существует за пределами семьи. В стремлении защитить детей от сексуальных домогательств мы продвигаем политику ограничения прикосновений для учителей, тренеров и других взрослых, что, хотя и имеет смысл, создает непреднамеренный эффект развития гаптофобии. Вырастая в токсичной к прикосновениям среде, дети передают эти страхи своему потомству, формируя неполноценное общество.

Вы можете задаться вопросом: почему необходимые в раннем детстве прикосновения имеют такое же значение и для взрослых? Ответ заключается в том, что межличностные прикосновения являются важной формой социального взаимодействия. Они позволяют случайным сексуальным партнерам стать крепкой парой, они поддерживают связи между родителями и детьми, между братьями и сестрами. Тактильность объединяет людей в обществе и в рабочем коллективе, вызывая благодарность, сочувствие и доверие. Врачи, которые касаются своих пациентов, оцениваются как более заботливые, у их пациентов снижается уровень гормона стресса и улучшаются медицинские результаты. Даже проводящие опросы в торговом центре с большей вероятностью заставят вас принять участие, если слегка коснутся вашей руки.

Главная цель этой книги не подтвердить, что тактильность – это хорошо или важно. Скорее, объяснить, что особая организация сенсорных цепей нашего тела, от кожи до нервов и мозга, является странной, сложной и часто нелогичной системой, и особенности ее строения сильно влияют на нашу жизнь. Гены, клетки и нервные цепи, вовлеченные в чувство осязания, сыграли решающую роль в формировании уникального человеческого опыта.

Превосходство осязания кроется в деталях, сотворенных миллионами лет эволюции. Они в рецепторах двойного действия в нашей коже, заставляющих чувствовать приятную прохладу мяты и остроту чилийского перца. Они в особых мозговых центрах эмоционального осязания, без которых оргазм больше походил бы на чихание – судорожное, но неубедительное. И чтобы мы не подумали, будто все запрограммировано и предопределено, эти эмоциональные центры осязания становятся нервным перекрестком, где сталкиваются ощущения и ожидания, рождая мощные всплески культурных и жизненных переживаний, а также сообщая о контексте ситуации.

Активность в этих областях мозга определяет, будет ли то или иное прикосновение ощущаться эмоционально позитивным или негативным, в зависимости от ситуации, в которой оно происходит. Представьте, что ваш романтический партнер ласкает вас в приятные минуты, а не после того, как он сказал нечто глубоко оскорбительное. Точно так же в этих областях нервные сигналы, связанные с эффектом плацебо, гипнотическим воздействием или обычным предвкушением, могут притуплять или усиливать боль.

На самом деле не существует чистого ощущения прикосновения, поскольку к тому времени, когда мы почувствуем прикосновение, оно смешается с другими сенсорными данными, порывами, ожиданиями и немалой дозой эмоций. Есть хорошая новость: эти процессы больше не являются тайными. Совсем недавно в научном понимании осязания произошел настоящий прорыв, обнаруживший новые концепции, которые помогут объяснить наше самоощущение и опыт познания мира.

Глава 1. Кожа как социальный орган

Соломон Аш был полон волнения. Сегодня пасхальная ночь, и впервые за семь лет ему было позволено не ложиться спать. В теплом мерцании свечей он смотрел, как его бабушка наполняет лишний стакан вина, который не соответствовал количеству гостей.

«Для кого этот стакан?» – спросил Соломон.

«Это для пророка Илии», – объяснил дядя.

«Он и правда появится и выпьет немного вина?»

«Конечно, – ответил дядя. – Ты просто следи: когда придет время, мы откроем дверь, чтобы впустить его».

Большая семья собралась за столом и прочитала Агаду, в которой рассказывалось об исходе евреев из египетского рабства во времена Моисея. Следуя учению Талмуда, они зачитали молитвы, выпили вино, обмакнули петрушку в соленую воду и разделили праздничную трапезу согласно традиции свободных людей античного мира. После трапезы они открыли входную дверь, чтобы принять пророка. Через мгновение Соломону, вдохновленному ожиданием и пасхальным ритуалом, показалось, что бокал немного опустел, будто пророк сделал глоток, прежде чем выскользнуть за дверь и направиться к другим еврейским семьям.

Рисунок 1.1. Соломон Аш, ученый и преподаватель в области социальной и гештальтпсихологии, автор знаменитых экспериментов, посвященных конформности

Соломон Аш эмигрировал со своей семьей в Нью-Йорк в возрасте тринадцати лет и выучил английский, читая романы Чарльза Диккенса. Став старше, он увлекся психологией, особенно социальной, и получил докторскую степень в этой области в 1932 году в Колумбийском университете (рисунок 1.1). Позже он приписал свой интерес к этой области знания своему детскому опыту в ту пасхальную ночь.

Как коллективная вера собравшихся за столом на праздник Песах могла заставить его поверить в нечто невозможное, вроде глотка вина пророком? Это был не просто академический вопрос. С ростом влияния Гитлера и нацизма в Европе Аша особенно интересовали два связанных с ним социально-политических вопроса, которые привлекали его внимание на протяжении всей карьеры: как социальное формирует наши убеждения перед лицом явно неприглядной реальности? И как быстро мы можем принимать решения о характере другого человека?

Он писал: «Мы смотрим на человека, и сразу в нас формируется определенное впечатление о нем. Одного взгляда, нескольких произнесенных слов достаточно, чтобы рассказать нам о большем. Мы знаем, что такие впечатления формируются с удивительной быстротой и легкостью. Последующее наблюдение может обогатить или расстроить наше первое впечатление, но мы не способны предотвратить скорость нашей реакции, равно как и избежать восприятия определенного визуального объекта или прослушивания мелодии».

Аш хотел знать, существуют ли основополагающие принципы, которые руководят этим быстрым формированием впечатлений человека. В конце концов, все, с кем мы сталкиваемся, обладают множеством разнообразных характерных черт: чувством юмора, вежливостью, энергичностью, серьезностью… Каким образом воспринимаемые нами черты соединяются в восприятии, создавая общее впечатление о человеке и позволяя нам экстраполировать и прогнозировать его поведение в различных обстоятельствах? Каждая отдельная характеристика объединяется в единое целое, чтобы сформировать наше восприятие, или одна конкретная характеристика или их небольшая группа доминируют в нашем общем впечатлении?

В 1943 году, в разгар Второй мировой войны, Аш разработал эксперимент для решения этих вопросов. Он набирал добровольцев, в основном молодых женщин, что было естественно в военные годы, студентов курсов психологии разных университетов Нью-Йорка. «Я сообщу вам ряд характеристик, присущих конкретному человеку, – сказал он одной из испытуемых групп. – Пожалуйста, внимательно выслушайте их и постарайтесь составить впечатление об этом человеке. Позже вам будет предложено написать его краткую характеристику в нескольких предложениях. Я буду читать список медленно, но только один раз: умный… умелый… трудолюбивый… холодный… решительный… практичный… осторожный». Вторая группа услышала тот же список с одним изменением: «теплый» вместо «холодного».

Ответ от человека, услышавшего характеристику «холодный», гласил: «Очень амбициозный и талантливый человек, который не позволил бы кому-либо или чему-либо встать на его пути к цели. Своенравный. Он полон решимости не сдаваться, что бы ни случилось». Ответ «теплой» группы, напротив, был другим: «Человек со сложившимися взглядами, готовый убеждать других, искренний в споре и стремящийся, чтобы его позиция оказалась доминирующей». Испытуемых также попросили уточнить их впечатление, выбрав одно из двух противоположных качеств, таких как: щедрый / жадный, общительный / замкнутый, гуманный / безжалостный, сильный / слабый, надежный / не обязательный, недобросовестный / честный – и описать «холодных» и «теплых» людей.

После анализа ответов и применения специальных статистических критериев стало ясно, что различие между «теплым» и «холодным» было весьма значительным. Человек, которого описали как «теплого», чаще всего оценивался также как щедрый, общительный и гуманный, в то время как «холодного» человека считали жадным, замкнутым и суровым. Однако «теплый» человек не был оценен как более надежный, сильный или честный, что указывало на то, что дескриптор «теплый» не привел к общему положительному сдвигу во впечатлении. Скорее, восприятие кого-то как «теплого» указывает на определенную совокупность черт: готовность помочь, дружелюбие и, самое главное, надежность. Проще говоря, «теплые» люди не идентифицируются как угроза.

Последующие эксперименты и наблюдения за пределами лаборатории, проведенные Ашем и многими другими исследователями, показали, что характеристика теплый / холодный является самой сильной составляющей первого впечатления от человека, второй по влиянию была характеристика компетентный / некомпетентный. Это касалось не только оценки личностей, но также и групповых стереотипов при оценке многих стран и культур.

Почему мы так естественно реагируем на языковую метафору «теплого» человека? Вполне вероятно, что эта метафора имеет глубокие биологические корни. Мы часто используем понятия, знакомые по нашему чувственному опыту, для построения абстрактных психологических концепций. Как в нашей индивидуальной жизни, так и в ходе эволюции человека физическое ощущение тепла ассоциировалось с безопасностью, доверием и отсутствием угрозы, в основном благодаря опыту прикосновений матери.

Модель формирования впечатлений Аша предполагает очевидный вопрос: как соотносятся физическое и метафорическое тепло? Разве у взрослых простое тактильное ощущение тепла на коже вызывает чувство «тепла» по отношению к другому человеку? Чтобы исследовать этот вопрос, Лоуренс Уильямс и Джон Барг из университета Колорадо и Йельского университета провели эксперимент.

Секретарь, не знакомая с целью исследования, встречала испытуемых в вестибюле. В руках она держала чашку кофе, планшет и два блокнота. Затем, пока они поднимались на лифте в лабораторию, она просила каждого из представителей контрольной группы подержать свою чашку с кофе, пока записывала их анкеты в блокнот, прикрепленный к планшету. Затем забирала чашку обратно и провожала испытуемых к экспериментаторам. В некоторых случаях в чашке был горячий кофе, а в некоторых – кофе со льдом. В лаборатории испытуемым сразу же выдавали анкету для оценки личности, подобную той, которая использовалась в оригинальном исследовании Аша в 1943 году, но без теплых / холодных терминов (например, человек А был описан как умный, умелый, трудолюбивый, решительный, практичный и осторожный). После чего их попросили оценить этого вымышленного человека по десяти признакам, используя ранее описанный метод противоположностей (гуманный / жестокий, лживый / честный и т. д.).

Экспериментаторы обнаружили, что испытуемые, державшие чашку с горячим кофе, воспринимали условного человека значительно теплее (гуманнее, заслуживающим доверия, дружелюбным), чем те, кто держал чашку кофе со льдом. Занятно, что недолгий контакт кожи рук с физическим теплом действительно способствовал установлению тепла межличностного.

Влияет ли именно ощущение тепла при случайном тактильном контакте на наше впечатление о незнакомом человеке или это последствия касания в целом? Могут ли другие ощущения кожи подсознательно влиять на наши впечатления о людях и ситуациях?

Джон Барг, Джошуа Акерман и Кристофер Ночера, руководствуясь богатыми тактильными метафорами, к примеру, «весомые аргументы», «тяжелый случай», «гладкие переговоры» и «упорный оппонент», намеревались проверить эту гипотезу. Вначале они попросили случайных прохожих оценить кандидата на работу, просмотрев закрепленное резюме на легком или тяжелом планшете (340 г против 2041 г, последний весит как ноутбук среднего размера).

Опрашиваемые с тяжелым планшетом оценили кандидата в целом значительно лучше и проявили больший интерес. Тактильный опыт взаимодействия с тяжелым планшетом подсознательно заставлял испытуемых наделять соискателя большей работоспособностью и серьезными намерениями. Важно отметить, что тяжелый планшет не влиял на подсознательные впечатления о человеке в целом: например, на вероятность того, сложно ли будет кандидату влиться в новый рабочий коллектив.

Группа Барга продолжила исследование метафорической связи материалов и ощущений на примере выражения: «У меня был трудный день». В новом эксперименте прохожих попросили собрать несложный пазл, причем одна группа получила головоломку, в которой кусочки с обратной стороны были покрыты наждачной бумагой, а другая группа – идентичную головоломку с гладкими кусочками. Затем испытуемым дали задание прочесть фрагмент текста, описывающий социальное взаимодействие в двусмысленной ситуации. Когда испытуемых попросили объяснить прочитанное, участники первой группы описали взаимодействие как «состязание» (по сравнению с «дружеским соревнованием» в другой группе). Так физический опыт контакта с грубой текстурой поменял оценку происходящего в отрывке, сделав его метафорически более «грубым».

Наконец, экспериментаторы провели подобное исследование взаимодействия с грубыми / мягкими предметами, замаскировав его под фокус. Прохожим демонстрировали магический трюк и предлагали разгадать, в чем его секрет. Сначала испытуемым дали изучить предметы, использовавшиеся для фокуса, якобы для подтверждения того, что он не был поддельным. Одним из предметов был платочек из мягкой ткани, другой был сделан из твердого шершавого дерева. После завершения фокуса испытуемым дали прочесть тот же отрывок с неоднозначной ситуацией, но на этот раз им сообщили, что взаимодействие происходило между работником и начальником. Когда их попросили оценить начальника, участники, взаимодействовавшие с деревянным блоком, были значительно более склонны оценивать его как жесткого и строгого, в соответствии с твердостью как метафорой для неподатливой неэмоциональной личности.

Хотя исследования случайных прикосновений у Барга были хорошо проработаны, а их результаты полезны и интересны, у них есть серьезные ограничения. Самое главное – они не фиксируют впечатления, возникающие в реальных ситуациях. Гарантирован ли успех первого свидания, если ваша спутница будет пить горячий кофе, а не холодную газировку? Эксперименты, основанные на опросах, требуют, чтобы подсознательно сформированные впечатления стали осознанными и явными, а ответы испытуемых должны соответствовать заранее определенным шкалам измерения экспериментаторов. Это неестественная ситуация. В повседневной жизни мы постоянно формируем впечатления о людях и ситуациях, но не составляем одновременно с этим ментальные контрольные списки, оценивая их по признакам «гуманности против беспощадности» или «дискуссии против аргумента». Вот почему важно исследовать социальные роли осязания в повседневном контексте.

Национальная баскетбольная ассоциация (NBA) с ее сложной социальной средой, четкими показателями командных и индивидуальных достижений, множеством ударов грудью, объятиями, приветствиями игроков – прекрасная лаборатория тактильных взаимодействий. Это понимание пришло к группе исследователей Калифорнийского университета в Беркли, состоящей из Майкла Крауса, Кэсси Хуанга и Дахера Келтнера. Они предположили, что, поскольку межличностное общение может способствовать доверию и сотрудничеству, усиление контактов товарищей по команде в начале сезона ведет к более слаженной игре и, как следствие, улучшению показателей по ходу соревнований.

Чтобы измерить это, Краус и его коллеги впервые посмотрели видеозаписи игр, в которых участвовали все тридцать команд НБА (294 игрока) в первые два месяца сезона 2008–09. Они оценили возникновение, тип и продолжительность празднований (удары кулаком, прыжки, касания грудью), следовавших за успешным броском игрока. Для этих игр исследователи также составили рейтинги, используя индекс поведения, основанного на сотрудничестве, в том числе общение с товарищами по команде, передачу мяча и блокировку, то есть поведение, демонстрировавшее зависимость от других игроков, иногда за счет собственной индивидуальной работы.

Рисунок 1.2. Межличностное прикосновение прогнозирует увеличение производительности в НБА

Чтобы измерить индивидуальную и командную производительность в течение сезона, они обратились к статистике НБА. Когда данные были обработаны и применены соответствующие статистические метрики, результат показал, что празднования во время игр в начале соревнований приводили к более высоким показателям на протяжении всего сезона как для отдельных игроков, так и для команд (рисунок 1.2).

Но что если лучшие игроки и команды просто забивают чаще и, следовательно, имеют больше поводов для празднования? Это изменило бы интерпретацию соотношения количества касаний и успешности команды. Чтобы проверить это, Краус и его коллеги применили статистическую коррекцию для сокращения общего количества набранных очков, но зависимость между касаниями и эффективностью по-прежнему наблюдалась как для команд, так и для отдельных игроков.

Наконец, когда были проанализированы показатели сотрудничества, выяснилось, что оно в значительной степени объясняет связь между прикосновением и общим повышением успешности выступлений. Хотя исследования такого типа не могут однозначно доказать причинно-следственную связь, найденные корреляции убедительно показывают, что, по крайней мере, в контексте профессионального баскетбола, быстрое прикосновение во время празднования повышает индивидуальные и групповые показатели и способствует сыгранности.

Но для тех, кто не играет в НБА, какие социальные функции обеспечиваются межличностным контактом? Всегда ли социальный контакт направлен на укрепление доверия и сотрудничества? Чтобы приблизиться к решению этого вопроса, можно изучить некоторых из наших ближайших двоюродных братьев-приматов – бабуинов, шимпанзе, бонобо и мартышек. Эти виды живут большими социальными группами и имеют множество глаз и ушей, направленных по периметру их территории, чтобы обнаружить приближающуюся опасность и защитить себя от хищников. Их численность также обеспечивает силу, поскольку, хотя взрослый леопард почти всегда может одержать победу в схватке с одним павианом, группы бабуинов загоняют леопардов на дерево и даже иногда убивают их. Многие из этих крупных социальных единиц расположены в местах с легким доступом к еде. Стабильность, обеспеченная низким риском пострадать от хищника и большим количеством пищи, дает павианам много свободного времени для участия в сложной социальной жизни.

Например, Робин Данбар сообщает, что бабуины гелады, живущие в высокогорьях Эфиопии, проводят до двадцати процентов времени в уходе за своими кожей и мехом (груминг). Это огромные затраты времени на заботу о себе. Хотя уход за шерстью полезен для удаления мертвой кожи, паразитов, спутанных волосков и кусочков растительного материала, время, которое бабуины гелада (и многие другие виды приматов) посвящают этой задаче, далеко не пропорционально пользе для здоровья от чистой кожи и меха. Основная причина такого внимательного ухода за собой социальная, а не дерматологическая (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3. Социальный груминг у приматов

Приматы гелады живут большими группами, численность которых обычно составляет от ста до четырехсот особей, но в каждой из них есть более мелкие социальные единицы: гаремы, состоящие из четырех или пяти самок, их молодого потомства и одного самца. Когда молодые приматы гелады достигают половой зрелости, самцы гарема отправляют их в холостяцкую группу. Самки же остаются, гарантируя, что социальным ядром гарема будет родственная группа женских особей: матери, сестры, двоюродные сестры и тети. Эти женские гаремы образуют сплоченную и долговременную коалицию, которая укрепляется и поддерживается благодаря постоянной заботе. Сестринская солидарность проявляется несколькими способами, но особенно когда члену группы угрожает властный самец. Племенной самец в гареме должен постоянно контролировать своих самок, чтобы они не спаривались с другими молодыми самцами холостяцких групп, которые всегда слоняются поблизости. Помимо отпугивания холостяков, самец часто пытается запугать заблудшую самку своего гарема с помощью демонстрации силы и угрозы (тяжело дыша и скрежеща зубами). В этот момент ее родственники мчатся на помощь. Но в женской группе не все отношения одинаковы, и некоторые узы более прочны, чем другие: во внутренних конфликтах самки объединяются с наиболее близкой и ухаживающей напарницей.

В этих социальных группах приматов ухаживание имеет такой же социальный смысл, как и выбор друзей за обеденным столом для учеников старших классов. Матери ухаживают за своим потомством; спаривающиеся партнеры ухаживают друг за другом; друзья за друзьями, как в мужских, так и женских парах. И, как и у человеческих подростков, приматы с более высоким статусом получают больше внимания, нежели уделяют. Преданность создается и укрепляется посредством ухаживаний, поэтому члены группы с большей вероятностью придут на помощь одной из своих, когда с ней столкнется другая особь в гареме, или в более крупной группе, или даже хищник. Записывающее и воспроизводящее оборудование показало, что шимпанзе и макаки с большей вероятностью отвечают на сигнал бедствия (тем самым подвергая себя опасности), когда этот сигнал поступил от особи, за которой они недавно ухаживали.

Молодой самец шимпанзе или павиана может попытаться заслужить благосклонность более сильного самца, ухаживая за ним или заключив альянс на основе ухаживаний с другим молодым самцом, чтобы попытаться свергнуть главного племенного самца. Если попытка переворота окончится успехом, ему выгодно показать характерный жест свергнутому главарю, чтобы уменьшить вероятность нападения в попытке вернуть свой прежний статус. Если он умен, то сможет даже заставить бывшего короля стать союзником в борьбе с другими самцами во время переходного периода. Если свергнутый король считает, что не может восстановить свой статус, ему также выгодно примириться, поскольку он хотел бы остаться в группе и защитить свою последнюю партию потомства, даже если дни его власти остались позади.

Таким образом, социальное общение способствует укреплению сотрудничества и лояльности. Человеческие и нечеловеческие приматы одинаково используют груминг и другие формы социального контакта, чтобы успокоить, примирить конфликтующих, создать союзы, поощрить совместные действия и укрепить узы родства и дружбы. Появился ли этот тип поведения только в роду приматов или его следы есть и у других животных?

Существует, по крайней мере, еще один известный пример таких социальных ухаживаний и сотрудничества. Летучая мышь-вампир Desmodus rotundus летает по ночам, чтобы питаться кровью живых млекопитающих, чаще всего лошадей, ослов, крупного рогатого скота и тапиров. Для них это единственный источник пищи, так как их узкое горло не может вместить твердую пищу. Если у животного, на которое они охотятся, есть мех, летучие мыши используют свои клыки и щечные зубы, чтобы аккуратно сбрить участок, прежде чем проколоть кожу острыми верхними резцами и пустить кровь. Слюна летучих мышей содержит антикоагулянт, поддерживающий кровотечение в течение двадцати-тридцати минут, необходимых для употребления пищи. Иногда другая летучая мышь терпеливо ждет, пока первая не накормится раной.

Взрослая самка-вампир обычно весит около 40 г, при этом может употребить до 20 г крови, прежде чем насытится. Тем не менее, у летучих мышей-вампиров очень высокий метаболизм, и если они не смогут найти еду в течение двух ночей подряд, то потеряют около 25 % веса и окажутся на грани смерти.

В одном из ареалов их обитания, на северо-западе Коста-Рики, летучие мыши-вампиры живут в полых деревьях группами по восемь-двенадцать особей. Джеральд Уилкинсон и его коллеги из университета Колорадо ежедневно наблюдали за этими летучими мышами в течение многих месяцев. Они обнаружили, что животные с большей вероятностью ухаживали друг за другом, если были тесно связаны или жили по соседству. Уход также способствовал сотрудничеству особого вида: летучая мышь, за которой только что ухаживали, с большей вероятностью делила кровь со своей напарницей (рис. 1.4). Так груминг, казалось, служил своего рода побуждением к разделению пищи.

Рисунок 1.4. Летучие мыши-вампиры способны сосать кровь донора от 20 минут до часа

Выпрашивая еду у животного, только что вернувшегося с охоты, летучая мышь может прогнать голод еще на одну ночь, и поэтому у нее есть шанс полакомиться кровью. В мире летучих мышей это считается беспроигрышной сделкой: «Я позабочусь о тебе, а ты поделишься пищей. В следующий раз, возможно, я сделаю то же самое для тебя».

Мы видим много примеров того, что социальные связи способствуют доверию и сотрудничеству. В основе интерпретации этих результатов лежало предположение, что все эти млекопитающие – и приматы гелады, и люди, и летучие мыши – получили ранний опыт прикосновения матери, которое заставило их связать теплое, нежное социальное прикосновение с безопасностью. Что происходит, когда этого раннего материнского опыта не хватает?

В конце 1950-х годов Сеймур Левин и его сотрудники в Центре здоровья университета штата Огайо изучали роль ранней постнатальной жизни в развитии личности, особенно реакции на стресс. Они разводили норвежских крыс в лаборатории и вскоре после рождения брали трех детенышей из помета (который обычно состоит из десяти-двенадцати крысят) и осторожно прикасались к ним в течение пятнадцати минут. Эта процедура повторялась каждый день с теми же тремя детенышами, пока им не исполнялся двадцать один день. У повзрослевших крысят наблюдались положительные поведенческие черты: они были менее пугливы, более склонны исследовать новые условия и менее чувствительны к стрессу по сравнению со своими сверстниками. Взяв у них образцы крови, ученые обнаружили, что кратковременное воздействие стресса во взрослом возрасте вызывало у них более низкую секрецию гормонов стресса.

Эти первоначальные исследования не изучали причин, из-за которых касание вызывало поведенческие и гормональные изменения в реакции на стресс. Левин предположил, что изменения вызваны не касанием как таковым, а последующим поведением материнской особи. Когда детеныши были возвращены в их домашнюю клетку после прикосновений исследователей, они испускали ультразвуковые крики, и в ответ крыса-мать удваивала скорость их облизывания и ухода за ними. Это повышенное тактильное внимание сохранялось в течение всего периода наблюдения за детенышами.

Хотя поведение крыс-матерей само по себе удивительно, в конечном итоге интересно, релевантно ли снижение реакции на стресс у крысят, поглаженных человеком, для человеческого поведения. Интерес к этому вопросу побудил к экспериментам группу ученых в университете Макгилла во главе с Майклом Мини. Они изучили множество крыс-матерей (все норвежские крысы одного и того же лабораторного штамма, называемого Лонг-Эванс), некоторые из них часто вылизывают своих детенышей и ухаживают за ними, а другие делают это реже. Самые внимательные матери тратили в три раза больше времени на облизывание и уход, чем менее заботливые. Кроме того, поглаживание детенышей человеком могло бы нормализовать эту вариацию: после таких прикосновений невнимательные матери увеличивали время вылизывания своего потомства, чтобы приблизиться ко времени наиболее заботливых крыс-матерей.

Когда детеныши матерей с низким уровнем заботы вырастали, у них ухудшалось пространственное обучение и наблюдалось более осторожное поведение по сравнению с детенышами заботливых матерей. Кроме того, они реже изучали новую среду или соглашались пробовать новый тип пищи. Их нервозность может быть связана с передачей сигналов гормона стресса: у взрослых крыс, потомков матерей с низким уровнем ухода наблюдалось увеличение гормональных реакций, вызванных стрессом в течение всей жизни.

Какой вывод мы должны сделать из корреляции между матерями с низким уровнем ухода и усиленной реакцией на стресс их детенышей? Приводит ли низкий уровень ухода к этим эффектам или это простое совпадение? Могут ли матери, реже заботящиеся о своем потомстве, передать эти черты своим детенышам генетически?

В бихевиористских исследованиях для изучения проблем воспитания часто требуются эксперименты, в которых близнецов распределяют в разные семьи. Такой же эксперимент провели с крысами. В течение двенадцати часов после рождения у самки с низким уровнем внимания к потомству забрали двух детенышей и поместили их в помет к заботливой крысе-матери. Когда крысята выросли, у них снизились поведенческие и гормональные стрессовые реакции по сравнению с братьями и сестрами. У детенышей с перекрестным воспитанием гораздо больше шансов вырасти в заботливых родителей. И наоборот, у детенышей, которых забрали от заботливой матери к невнимательной самке, наблюдалась повышенная реакция на стресс, и они вырастали в особей с низким уровнем заботы.

Эти результаты свидетельствуют о поведенческой, а не генетической передаче реакции на стресс. Но последствия высокого уровня заботы должны каким-то образом изменять мозг и гормональную систему детенышей, поэтому эти эффекты все еще носят биологический характер. Фактически теперь мы знаем некоторые биохимические детали того, как материнское вылизывание меняет экспрессию генов и лежит в основе передачи поведенческих паттернов от поколения к поколению. В этих «эпигенетических сигналах» природные и воспитательные факторы встречаются на молекулярном уровне.

Если воспитание потомства, устойчивого к стрессу, благотворно, то почему бы всем матерям-крысам не начать вылизывать детенышей почаще, наделяя их тем самым преимуществом? Этот тип отбора может происходить даже в том случае, если способ передачи является поведенческим, а не генетическим: если крысята матерей с низким уровнем заботы находятся в невыгодном положении в плане выживания и размножения, то разве не будут доминировать крысята, выросшие в более заботливой среде? Ответ сложен и не совсем ясен.

Дикая норвежская крыса, населяя большое разнообразие экологических ниш, от городских свалок до лугов и лесов, сталкивается с широким спектром проблем, включая опасность от различных хищников, поиск источников пищи и приспособление к погодным условиям. Майкл Мини и его коллеги предположили, что в некоторых экологических нишах, где мало пищи и много хищников, может быть выгоднее иметь более высокую степень реактивности на стресс. Чтобы понять, как происходят изменения в родительском поведении у крыс, живущих в неблагоприятных условиях, можно провести аналогию с балансированием человека между работой и семьей. Крысы-матери чаще покидают гнездо в поисках пищи и, следовательно, имеют меньше времени на уход за потомством.

Что нам может сказать связь между тактильной стимуляцией у матери-крысы и реакцией на стресс у ее детенышей о других видах? Давайте рассмотрим филогенетическое дерево от корней до самой кроны.

Вот крошечный обитатель почвы, питающийся бактериями, круглый червь C. Elegans, который достигает длины около 1 мм в зрелости, через три дня после рождения. Биологи без ума от этого создания, поскольку его легко выращивать в лаборатории, оно быстро размножается и к тому же прозрачно. Теперь у нас есть полная карта его нервной системы, состоящей из 302 нейронов (по сравнению с 500 миллиардами в человеческом мозге). Только шесть из них являются сенсорными рецепторами, встроенными в стенку тела. Эти нейроны осязания доносят информацию, заставляющую червя двигаться вперед или назад, в зависимости от того, с чем он сталкивается (частицы почвы, поверхностное натяжение жидкости, другой червь).

В эксперименте новорожденных червей выращивали в группах по тридцать-сорок особей в лабораторной посуде, заполненной питательными веществами, они достигали своей полной длины, подобно диким червям, собранным в почве. Когда сенсорные рецепторы этих взрослых червей, выращенных в колонии, стимулировали постукиванием по краю стенки коробки, они, как правило, меняли направление и начинали двигаться в обратную сторону. Однако, когда червь рождался и вырастал в изоляции от других червей, он не достигал своей потенциально возможной длины и имел более слабую реакцию на постукивания по стенке коробки. Изолированные черви, как правило, двигались прямо, как будто не чувствовали вибрации.

Катарина Ранкин и ее коллеги из университета Британской Колумбии обнаружили, что они могут полностью обратить вспять дефицит развития как длины тела, так и реакции на вмешательство. Ученые поместили коробку с новорожденным червем в ящик на подкладке, после чего опускали этот ящик с высоты 5 см на стол тридцать раз в течение нескольких минут. Эта процедура также обратила вспять некоторые биохимические и структурные изменения в шести сенсорных нейронах, которые, как считается, ослабили их способность сообщать сенсорные реакции другим нейронам. Даже у такого простого организма, как червь, обладающего только шестью чувствительными к прикосновению нейронами, самка которого не занимается воспитанием детей, тактильная стимуляция играет важную роль в развитии организма и нервной системы, и ее воздействие сохраняется во взрослом возрасте.

Считается, что у людей осязание является первым чувством, которое развивается внутриутробно, примерно через восемь недель беременности. В этот момент человеческий плод имеет длину около 1,5 см, весит около 1 г и демонстрирует первую мозговую активность. Сенсорное восприятие продолжает развиваться от рефлексивного к преднамеренному поведению по мере прогрессирования беременности. С помощью ультразвукового монитора можно увидеть реакции малышей на прикосновения матери и их ответные осознанные толчки.

Когда рождаются человеческие дети, большинство матерей и отцов уделяют им достаточное тактильное внимание. В исследованиях, где изучалась роль чувства осязания в развитии ребенка, рассматривались случаи депривации у недоношенных детей, изолированных в инкубаторах. Результаты подобных исследований ясно показывают, что у таких младенцев и недоношенных детей имеется широкий спектр проблем, от замедления роста и нарушения функции иммунной системы до торможения когнитивного и моторного развития и появления расстройств привязанности. Как и у детенышей крысы, эти эффекты не ограничиваются детством. Постоянная сенсорная депривация младенцев приводит к значительно более высокой частоте ожирения, диабета двух типов, болезней сердца и желудочно-кишечных заболеваний во взрослом возрасте. Нейропсихиатрические проблемы у взрослых также встречаются гораздо чаще, включая тревожность, испорченное настроение, психоз и слабый самоконтроль.

Конечно, следует в должной степени критически относиться к этим эпидемиологическим исследованиям: например, дети, воспитанные в недоукомплектованных детских домах, вероятно, будут недоедать, а также получать некачественную медицинскую помощь и с большей вероятностью вырастут бедными. Аналогично недоношенные дети имеют множество проблем развития, которые не связаны с лишением прикосновения. Важно понимать, что, хотя указанные корреляции никогда не могут быть окончательно признаны в качестве причины нарушений развития, тщательные методы анализа могут повысить нашу уверенность в этом. Например, исследования показали, что существуют весомые последствия дефицита прикосновений, даже когда у населения в порядке уровень питания, медицинское обслуживание и доходы.

Хорошая новость: не требуется больших усилий, чтобы исправить пагубные последствия дефицита прикосновений у младенцев. В недоукомплектованных детских домах нежный массаж и упражнения в течение 20–60 минут в день в основном могли обратить вспять негативные последствия депривации прикосновений.

Рисунок 1.5. Метод ухода кенгуру для недоношенных детей. Ребенок носит только подгузник, чтобы максимизировать контакт кожа-к-коже. Обычно именно матери обеспечивают основную часть «ухода кенгуру», но отцы также могут помогать

Дети, получающие сенсорную терапию, быстрее набирают вес, реже подхватывают инфекции, лучше спят и меньше плачут; они быстрее прогрессируют в развитии двигательной координации, внимания и когнитивных навыков.

Для недоношенных детей существует эффективный метод обеспечения нежной тактильной стимуляции, он называется «уход кенгуру». Эта техника вынужденно возникла в переполненном отделении интенсивной терапии новорожденных Института лечения младенцев в Боготе, Колумбия. В 1978 году доктор Эдгар Рей Санабрия столкнулся со страшной 70-процентной смертностью в этом отделении, главным образом от респираторных заболеваний и инфекций. Не хватало врачей, медсестринского персонала и инкубаторов. Доктор Санабрия призвал матерей уделять больше часов в день кожному контакту грудь к груди с недоношенными детьми, чтобы согреть их и обеспечить грудное вскармливание. Тактильный контакт не был основой техники «ухода кенгуру», но оказался одним из его основных преимуществ. Внедрение этого метода быстро снизило уровень смертности в отделении Санабрии до 10 процентов. Техника «уход кенгуру» не требует больших затрат и чрезвычайно эффективна, она распространилась по всему миру и положительно изменила уход за новорожденными (рисунок 1.5).

Одно недавнее исследование было посвящено двум группам недоношенных младенцев, одна из которых получала «уход кенгуру» в течение двух недель после рождения, а другая – стандартную инкубаторную помощь. Удивительно, но явные преимущества раннего контакта кожа-к-коже все еще можно было увидеть у детей даже в десятилетнем возрасте. Дети после такого ухода стали более стрессоустойчивыми, у них улучшились показатели сна, когнитивный контроль и взаимопонимание с матерью.

Из повседневного опыта мы знаем, что прикосновение может использоваться вместе с другими сенсорными сигналами для передачи широкого спектра эмоциональных намерений, включая поддержку, согласие, оценку, доминирование, привлечение внимания, сексуальный интерес, игру и вовлечение. Эти намерения были задокументированы в исследованиях, основанных на анкетах, в которых участникам было предложено записать краткий отчет сразу после того, как они коснулись кого-либо или себя. Анкеты полезны, но у них есть недостаток: вся удивительная мультисенсорная и ситуативная сложность реального мира затрудняет выявление точной роли осязания в любом взаимодействии.

Давайте копнем немного глубже. Способно ли прикосновение передать специфические эмоции или оно только усиливает эмоции, в основном передаваемые другими чувствами, такими, как звук или зрение? Или, возможно, ответ лежит где-то посередине: прикосновение может передавать эмоции, но только в целом, ограничиваясь сигналом и общим тоном: тепло / близость / доверие против боли / дискомфорта / агрессии. Мэтью Хертенштайн из университета Депо, Индиана, и его коллеги начали проводить интересные эксперименты, посвященные роли социального контакта в эмоциональном общении.

В одном исследовании пары студентов в университете Калифорнии сидели за столом и были разделены черным занавесом. Им не разрешали видеться или общаться. Одному субъекту, названному кодировщиком, показали лист бумаги, содержащий произвольно выбранное из списка слово, определяющее эмоцию. Затем его просили передать эту эмоцию, коснувшись голого предплечья другого субъекта любым подходящим способом в течение примерно пяти секунд. Принимающие субъекты, или декодеры, не могли видеть прикосновения, потому что их руки были расположены на стороне кодировщика. После каждого прикосновения декодеру предлагалось записать намерение кодировщика в лист ответов, состоящий из двенадцати возможных слов, описывающих эмоции (гнев, отвращение, страх, счастье, грусть, удивление, сочувствие, смущение, любовь, зависть, гордость и благодарность), перечисленные в случайном порядке, либо вариант «ни один из этих терминов». Все прикосновения, записанные на видео, позже оценивались другой группой, которая не знала ни предполагаемой, ни получаемой эмоции.

Проанализиров данные по 106 парам субъектов, ученые обнаружили, что эгоцентричные эмоции смущения, зависти и гордости не были эффективно переданы, а просоциальные эмоции любви (кодируются в основном поглаживанием и переплетением пальцев), благодарность (рукопожатие) и сочувствие (поглаживание) были расшифрованы значительно лучше. Позже другой группе испытуемых предложили расшифровать характер прикосновений, используя один и тот же список из двенадцати эмоций плюс опцию «ничего из вышеперечисленного». Они так же легко смогли назвать любовь, благодарность, сочувствие, гнев, страх и отвращение, но не другие эмоции. Исследователи пришли к выводу, что люди действительно могут передавать различные эмоции при помощи тактильного взаимодействия, следовательно, прикосновение не ограничивается усилением или затенением других чувств.

Конечно, значение прикосновений и ожидания от них различаются в разных культурах, в конкретных взаимодействиях между полами и даже в конкретных ситуациях. Когда в Испании был повторен эксперимент с анонимным касанием руки, результаты были практически идентичны. Однако в таком же исследовании, проведенном в Калифорнии, проявились любопытные гендерные особенности. Когда женщина пыталась передать гнев мужчине, он никогда точно не расшифровал значение ее прикосновения. Попытка мужчины выразить сочувствие женщине посредством анонимного прикосновения также осталась нераспознанной.

Эти лабораторные эксперименты полезны для определения границ того, что может сообщить прикосновение само по себе, но, разумеется, никто не использует анонимное касание в подобных условиях реальной жизни. Во-первых, большая часть сенсорного общения не происходит между незнакомыми людьми, в большинстве случаев это более интимная форма взаимодействия. Во-вторых, прикосновение всегда существует в контексте.

Из нашего собственного опыта мы знаем, что одно и то же ощущение прикосновения имеет разное эмоциональное значение в зависимости от пола, приложенного усилия, личной истории и общего контекста взаимодействия. Рука на плече может передать самые разные намерения: от дружеского участия или сочувствия до сексуального интереса или социального доминирования. И, конечно, культурное влияние на социальное общение, особенно на публичное, огромно.

В 1960-х годах психолог Сидни Джурард наблюдал за парами людей, которые беседовали в кофейнях по всему миру. Он методично исследовал одно и то же количество пар в каждом месте в течение одинакового времени. Джурард обнаружил, что пары в Сан-Хуане, Пуэрто-Рико, касались друг друга в среднем 180 раз в час по сравнению со 110 касаниями в час в Париже, двумя в час в Гейнсвилле, штат Флорида, и нулем в час в Лондоне. Подобные различия наблюдались и среди людей из 26 разных стран в залах вылета международного аэропорта на западном побережье Соединенных Штатов. Прощальное объятие было широко распространено среди людей из Соединенных Штатов, регионов Латинского / Карибского бассейнов и Европы, но случалось гораздо реже среди людей, родившихся в Северо-Восточной Азии.

Мощное влияние культуры, пола и ситуации на восприятие прикосновений поднимает ключевой вопрос: как может одно и то же действие (скажем, короткое сжатие плеча рукой), совершенное с одинаковым усилием и приводящее к точно таким же сигналам от кожи и мышц в мозг, осознаваться нами столь по-разному? Важно отметить, что эти ощущения не одинаковы для каждого из нас в тот момент, когда мы их испытываем, а затем по-своему интерпретируем. Скорее, мы в самом деле чувствуем себя по-разному с самого первого момента, как осознаем прикосновение.

Тактильное восприятие сжатого плеча от властного босса в корне отличается от такого же прикосновения, полученного от приятеля, которое, в свою очередь, ощущается не так, как касание любовника. Наш жизненный опыт, начиная с утробы матери и заканчивая настоящим моментом, впитывая культурные особенности, гендерные роли и личную историю, оставляет отпечатки на сыром материале тактильных ощущений, чтобы в конечном итоге создать наше весьма нюансированное восприятие прикосновений. Эта комбинация прошлого с настоящим должна происходить за одну десятую секунды. Наша задача будет состоять в том, чтобы изучить особенности биологии кожи, нервов и мозга, лежащих в основе этого важнейшего аспекта нашей жизни как социальных животных.

Глава 2. Малое в большом, большое в малом

Даже у великих мыслителей случаются плохие дни. Аристотель, например, столкнулся с проблемой когнитивного превосходства человека. Как люди могут быть умнее других существ, если у ястреба сильнее зрение, у собаки лучше обоняние, а у кошек острее слух? Размышляя над этой дилеммой, он пришел к выводу, что высший интеллект нашего вида предопределило необычайно развитое чувство осязания:

«Многие животные оставляют позади человека, но в осязании он значительно превосходит всех прочих существ, и именно поэтому он самый умный из животных. Известно, что в человеческом роду богатство или недостаток ума зависит от этого органа чувств, поскольку те, у кого жесткая кожа, плохо соображают, но те, у кого нежная кожа, остроумны».

Биологические исследования осязания не подтверждают ни основание, ни выводы Аристотеля. На самом деле наше тактильное восприятие далеко не самое развитое среди всех млекопитающих. Кроме того, у людей, по-видимому, нет никакой корреляции между интеллектом и мягкостью кожи или остротой восприятия прикосновения. Вероятно, Аристотель основывался на стереотипах о классах современного ему общества: по его мнению, рабы и им подобные, чьи ладони стер ручной труд, были не способны к интеллектуальным занятиям, в отличие от философов и знати, элиты с нежной кожей.

Аристотель не знал, что у нас (и других животных) есть множество сенсорных датчиков на коже, каждый из которых представляет собой специальный аппарат микроскопического размера, созданный эволюцией для сбора информации о нашем тактильном мире. Нервные волокна, которые передают информацию от этих сенсорных датчиков к спинному мозгу, предназначены для конкретного типа ощущений: один для материалов, другой для вибрации, третий для растяжения и так далее. Когда мы используем тактильную информацию, чтобы играть на скрипке, заниматься любовью и пить кофе, нам не нужно думать о множестве различных датчиков на коже. Потоки информации от этих датчиков смешиваются и обрабатываются в нашем мозгу, так что к тому времени, когда мы получаем к ним осознанный доступ, они складываются в единое восприятие объекта. Более того, сенсорная информация подсознательно комбинируется с данными от зрения, слуха и проприоцепции (исходящее от нервных окончаний в мышцах и суставах ощущение положения нашего тела в пространстве), чтобы создать богатое детализированное восприятие.

Кожа – это граница между нашим внутренним и внешним мирами и, благодаря этой топологии, она является зоной прикосновений. Помимо восприятия тактильной информации, кожа служит барьером для отражения вредных раздражителей, таких как паразиты, микробы, механические и химические повреждения, ультрафиолетовое излучение и т. д. Справиться с этой задачей ей помогает собственная специализированная ветвь иммунной системы, которая выделяет особые гормоны. Размеры кожи человека на удивления велики. Если бы вы попали в фильм ужасов, где злобный убийца-психопат освежевал ваше тело, кожа, полученная в результате, весила бы примерно столько же, сколько шар для боулинга (6 кг). Именно кожа – самый большой орган человеческого тела. Чтобы осознать величину общей площади поверхности кожи, разложите девять коробок для пиццы большого размера на полу.

Существует два основных типа кожи: покрытая волосами и безволосая. Для обозначения последней в медицине принят термин «голая», и вам может показаться, что она встречается во множестве гладких мест: на нежной щеке Киры Найтли, к примеру. Однако, приглядевшись, вы обнаружите, что этот прекрасный участок женского лица на самом деле покрыт множеством тонких, коротких и светлых волосков, называемых пушковыми. Они растут и в других на первый взгляд гладких местах на теле человека, таких, как внутренний бицепс или внутренняя поверхность бедра.

Эти мягкие пушковые волосы обладают важной способностью впитывания, отводя пот от кожи и повышая эффективность испарительного охлаждения. Только на ладонях рук (включая внутренние стороны пальцев), на ступнях ног, губах, сосках и участках гениталий обнаруживается настоящая голая кожа. У женщин кожа малых половых губ и клитор голые, но кожа больших половых губ покрыта волосами. У мужчин крайняя плоть и кожа, покрывающая головку полового члена, голая, но тело пениса покрыто волосами.

Волосатая и гладкая кожа имеют одинаковое строение. Представьте себе двухслойный торт с разделенной на подслои верхушкой (рисунок 2.1). Оба типа кожи имеют наружный подслой уплощенных мертвых клеток кожи (роговой слой) и три нижележащих подслоя, каждый из которых сочетает нескольких типов живых клеток, включая кератиноциты, клетки Лангерганса (которые являются частью иммунной системы) и меланоциты. Меланоциты производят гранулы пигмента меланина, который определяет цвет кожи. Вместе эти четыре подслоя составляют эпидермис. Клетки эпидермиса постоянно регенерируются. Новые, созданные делением клеток в самом глубоком подслое, постепенно мигрируют вверх. При этой миграции клетки сжимаются, выталкиваются наверх, а их структура разрушается, оставляя в роговом слое жесткие шелушащиеся клетки, которые в конечном итоге сбрасываются с поверхности кожи. Таким образом, эпидермис полностью обновляется примерно каждые пятьдесят дней. Ниже эпидермиса расположен еще один слой, дерма, где находятся нервы, кровеносные сосуды, потовые железы и густая сеть эластичных волокон.

Рисунок 2.1. Строение кожи

Волосатая кожа имеет как тонкие бледные волоски, так и более длинные, и более толстые, лучше видимые глазу защитные волоски. Эпидермис у голой кожи обычно толще, чем у волосатой. У него также другая форма – волнистая, а не плоская. На поверхности кожи мы узнаем эти волнистые гребни, называемые папиллярными гребнями, как отпечатки пальцев (а также отпечатки пальцев ног, ладоней и подошвы). Внутренняя поверхность волнистого эпидермиса образует дополнительные структуры, называемые первичными и вторичными эпидермальными грядами, и мы можем рассматривать их как отпечатки пальцев, обращенные внутрь.

Отпечатки пальцев обладают глубоким эмоциональным и духовным значением. В них есть нечто захватывающее – это видимый знак человеческой индивидуальности, зашифрованный природным художником. Отпечатки пальцев у плода в утробе начинают формироваться в возрасте примерно 26 недель и складываются в законченный рисунок при рождении. В традиции народа динех (также известного как навахо) Духовые Ветры, как жизненная сила, исходят из отпечатков пальцев:

«Существуют узоры на кончиках наших пальцев, такие же, как и на пальцах наших ног. Ветра живут в этих местах, в спиралях… Эти Ветра, выглядывающие из узоров на кончиках наших пальцев ног, удерживают нас на Земле. Те, что на кончиках пальцев рук, держат нас в небесах. Из-за этого мы не падаем, когда движемся».

Это трогательное описание. Но какова функция отпечатков пальцев (и отпечатков ладоней, пальцев ног и подошв) с биологической точки зрения? Давняя гипотеза утверждает, что они помогают лазать и хватать, но эта идея была оспорена. Когда измерили трение между кончиком пальца и гладкой сухой поверхностью, обнаружили, что, вопреки ожиданиям, отпечатки пальцев снизили эффективность захвата примерно на 30 процентов. Однако, если поверхность влажная или шероховатая, отпечатки пальцев увеличивают трение и стабилизируют захват. В этом отношении они напоминают автомобильные шины: гоночные авто, которые сталкиваются только с гладкими сухими трассами, оснащены гладкими шинами, чтобы максимально увеличить площадь контакта между шиной и дорожным полотном и тем самым обеспечить максимальное сцепление. Напротив, легковые автомобили, как правило, движутся по мокрым и неровным поверхностям, и в этих условиях шины с канавками, прорезанными для отвода воды от зоны контакта, превосходят их.

Рисунок 2.2. Отпечатки пальцев человека, коалы и шимпанзе практически неразличимы. Эволюционные пути человека и коал разошлись, по крайней мере, 70 миллионов лет назад, но люди и коалы имеют общие отпечатки пальцев, в то время как другие виды, являющиеся близкими родственниками коал, их не имеют

Отпечатки пальцев не являются исключительно человеческой прерогативой: у коал, горилл и шимпанзе они тоже есть (рисунок 2.2). И даже для приматов они не уникальны. На самом деле, они характерны для многих видов млекопитающих. В Австралии они есть у коал, но не у их близких родственников – волосатоносых вомбатов или других лесных жителей – древесных кенгуру. Отпечатки пальцев обнаружили у североамериканских ласк, но не у других членов этого семейства. В настоящее время нет уверенности в том, что наличие отпечатков пальцев у конкретного вида связано с его хватательным поведением. Несмотря на их символическое значение, мы до сих пор не знаем, для чего нужны отпечатки пальцев.

Принято считать, что морщинистые подушечки пальцев после принятия ванны – результат процесса, при котором вода постепенно поглощается мертвыми клетками кожи рогового слоя. Однако это мнение было опровергнуто в 1936 году. Ключевое наблюдение, связанное с этим феноменом, заключается в том, что морщины на пальцах рук и ног не возникают, если электрические сигналы, поступающие от спинного мозга к коже, прерываются из-за разрыва нерва или применения препарата, блокирующего нервные сигналы. В частности, реакция морщин требует ответвления подсознательной вегетативной нервной системы, называемого симпатическим оттоком.

Марк Чанцизи и его коллеги из 2AI Labs предположили, что, как и отпечатки пальцев, морщинки нужны, чтобы увеличить сцепление на мокрой поверхности. Исследователи отмечают морщинки у макак и шимпанзе и предполагают, что они обеспечивают адаптацию приматов к влажным скользким условиям. В поддержку этой гипотезы Кириакос Кареклас и его коллеги из университета Ньюкасла показали, что подопытные с морщинистой кожей пальцев могли переносить влажные шарики из одного контейнера в другой значительно быстрее, чем их собратья с пальцами без морщинок. Однако морщинистые пальцы не дают никаких преимуществ при работе с сухими шариками.

Как расположены специальные сенсорные датчики на коже и как это влияет на наше тактильное восприятие? Чтобы исследовать вопрос, давайте рассмотрим ежедневную работу, которую выполняют наши руки, и разложим ее составляющие. Допустим, вы опаздываете на просмотр фильма и с облегчением обнаруживаете свободное место для парковки возле кинотеатра. Стоя перед механическим парковочным счетчиком старого образца, вы видите, что он принимает монеты только одного достоинства. Вы начинаете рыться в карманах в поисках нужной монеты, пытаясь обнаружить ее среди прочего барахла. Вы исследуете содержимое карманов, пробуя каждый предмет наощупь, пока не найдете монету, достанете ее и вставите в щель автомата. Затем вы берете ручку и поворачиваете. Поворачивая ее, вы чувствуете правильное движение механизма в сцеплении автомата, вибрацию падающей монеты внутри и, наконец, скручивающую силу, когда ручка поворачивается, чтобы вернуться в исходное положение.

Это элементарная задача, мы выполняем ее почти автоматически, с минимальными умственными усилиями, и все же по сложности алгоритма она превосходит программу любого современного робота. Следовательно, даже простые тактильные задачи требуют обширного потока информации (а также расчетов относительно физики нашего тела и внешнего мира). Оплачивая парковку, мы опираемся на четыре основных типа сенсорных датчиков и связанных с ними нервных волокон, встроенных в гладкую кожу кончиков пальцев.

Залезая в карман брюк (в свою сумочку или рюкзак) и пытаясь определить достоинство монеты одним касанием, вы можете заодно обнаружить и потрогать флэш-накопитель USB, две таблетки ибупрофена, мелкие монетки, прежде чем узнаете нужную, основываясь на размере, текстуре и ребристых краях. В этом процессе задействованы все четыре основных типа сенсорных датчиков на коже ваших пальцев, но ключевой датчик, который позволяет определять края объектов, локальную кривизну и грубую текстуру, называется клетками Меркеля. Они названы в честь немецкого анатома Фридриха Меркеля, который впервые описал их в 1875 году, назвав Tastzellen, или «осязательные клетки».

Эти особые эпидермальные рецепторы сгруппированы в ячейках, состоящих из различных клеток. Ячейки расположены на вершинах первичных эпидермальных гребней, на границе эпидермиса и дермы. Клетки Меркеля соединены с отдельным нервным волокном, которое передает информацию к спинному мозгу и, в конечном счете, к сенсорным областям головного мозга. Эта электрическая информация кодируется скачками напряжения.

Клетки Меркеля расположены в самой глубокой части эпидермиса, где она граничит с дермой на вершинах первичных эпидермальных гребней. Клетки Мейснера находятся только в самых мелких частях дермы и во в впадинах между эпидермальными грядами, в то время как тельца Пачини и окончания Руффини расположены глубже в дерме. Нервные волокна, принимающие сигналы от тельца Мейснера и Пачини, посылают электрические сигналы в мозг на короткое время, только в начале и в конце устойчивого прикосновения, в то время как те, которые получают сигналы от окончаний Руффини и клеток Меркеля, непрерывно сигнализируют в течение всего сенсорного раздражения. Также показаны свободные нервные окончания, являющиеся датчиками определенных химических веществ, температуры, боли и зуда. Это будет обсуждаться в следующих главах.

Ключевой вопрос заключается в том, как механическая энергия деформации кожи преобразуется в электрический сигнал в нервном окончании. Лучшая из существующих гипотез заключается в том, что метаморфоза происходит с помощью молекул, встроенных в мембрану нервного окончания, – ионных каналов. Эти молекулы образуют пору, закрытую в состоянии покоя, но когда клеточная мембрана растягивается, пора открывается, позволяя положительным ионам, таким как натрий и кальций, проникать в нервную клетку и вызывать электрический импульс.

Клетки Меркеля присутствуют в очень высокой плотности на коже губ и кончиках пальцев, в низкой плотности на других гладких областях и при очень низкой плотности на волосистой коже. Они чувствительны к очень малым силам, которые продавливают кожу всего лишь на 0,05 мм, и продолжают реагировать более сильно (увеличивающейся мощью импульсов), пока не начнут срабатывать максимально в ответ на вдавливания около 1,5 мм. Электрография работы отдельных нервных волокон, передающих сигналы клеток Меркеля, показывает, что они продолжают вызывать импульсы до тех пор, пока кожа остается вдавленной. Искусственная электрическая стимуляция нервного волокна Меркеля в предплечье, по словам участников опыта, вызывала ощущение, будто «мягкая кисточка нежно касается кожи».

Клетки Меркеля позволяют нам различать отдельные элементы текстуры кончиками пальцев, например шероховатые выступы на краю монеты. Важно отметить, что способность клеток Меркеля различать тактильные характеристики вытекает из их особой структуры, местоположения и связей. Поскольку они расположены в относительно неглубоком слое кожи, то могут реагировать на небольшие углубления, создаваемые текстурированными поверхностями. И поскольку они плотно упакованы в кончиках пальцев и каждый из них иннервируется одним нервным волокном, этот набор датчиков может устранить разницу между двумя элементами на поверхности объекта, которые находятся на расстоянии всего лишь около 0,7 мм друг от друга.

Вернемся к нашему примеру с автоматом на парковке и монетой. Нащупав нужную, вы зажмете ее между большим и указательным пальцами и подготовитесь к маневрированию в направлении прорези для монет. Как вы определяете, какое усилие приложить этим движением? Вы не хотите использовать максимальную силу костей для всего, что захватываете – подходящее усилие для удержания монетки может быть пагубно для схватывания яйца или руки ребенка. При этом нельзя использовать меньше силы, иначе монетка выскользнет из руки. Для этой работы служит другой датчик кожи, называемый чувствительными тельцами Мейснера (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3. Механорецепторы. Реагируют на давление и вибрации

Как и клетки Меркеля, тельца Мейснера расположены на границе между дермой и эпидермисом. Они находятся не только на дермальной стороне границы, но и во впадинах между гребнями, где эпидермис тоньше всего. Каждое тельце Мейснера состоит из нервного волокна овальной формы, смешанного со слоями нейрональных клеток, называемых шванновскими. Вместе они образуют выпуклую инкапсулированную структуру, тельце, которое привязывается к соседним клеткам кожи «строительными кабелями», состоящими из белка коллагена. Тельца Мейснера физически деформируются перетягиванием этих «кабелей», когда кожа вдавливается, а потом обратно возвращается в форму.

Массив телец Мейснера на кончиках пальцев даже более плотный, чем у клеток Меркеля, и они расположены еще ближе к поверхности кожи. Эти свойства могут привести к убеждению, что тельца Мейснера также созданы для передачи информации о тонких свойствах объектов, таких как текстура, края и кривизна.

Однако электрография нервных волокон, иннервирующих тельца Мейснера, обнаружила совершенно разные реакции. Во-первых, волокна Мейснера запускают импульсы только в самом начале и в самом конце длительного вдавливания кожи: когда внешняя капсула первоначально деформируется, а затем снова, когда она возвращается на место. Это означает, что, в отличие от дисков Меркеля, тельца Мейснера плохо реагируют на длительное давление на кожу, а скорее сильно активируются слабой низкочастотной вибрацией, которая многократно вдавливает и изменяет форму капсулы. Во-вторых, отдельное нервное волокно передает и собирает сигналы от многих телец Мейснера, расположенных на кожной поверхности размером около 10 кв. мм. Хотя тельца Мейснера собраны в кончиках пальцев с большой плотностью, электрография показывает, что они не могут распознать тонкие черты предметов. Переплетающаяся сеть мейснеровой системы создана для того, чтобы улавливать крошечные, мимолетные движения, но локализовать их способна не всегда.

Какое отношение все это имеет к необходимой силе захвата монеты? Оказывается, что, когда вы хватаете и перемещаете объект, на вашей коже появляются микроскопические борозды этого объекта. Эти микроповреждения обнаруживаются тельцами Мейснера, которые посылают электрические сигналы нейронам спинного мозга, сокращающим соответствующие мышцы пальцев, чтобы увеличить силу захвата до тех пор, пока борозды не выровняются. Это позволяет рукам деликатно манипулировать объектами, используя минимальное усилие. Поскольку управление захватом, руководимое тельцами Мейснера, это спинномозговой процесс, он работает как рефлекс: вам не нужно думать о том, чтобы сжать монету чуть сильнее, когда вы перемещаете ее из кармана в прорезь для монет, это происходит естественно.

Представьте себе альтернативную биологию человека, в которой тельца Мейснера сигнализировали бы в течение всего периода давления на кожу, а не только в начале и конце. Будь это так, они стали бы чувствительнее к приложенной силе. В этой альтернативной вселенной тельца Мейснера реагируют на основное усилие, необходимые для захвата объекта, подавляя слабые сигналы, генерируемые локальными вибрациями микроповреждений. Полезный сигнал об эффективности захвата утонул бы в море шума, и точное управление захватом не состоялось бы. Без точного контроля сцепления мы не смогли бы развить навыки управления разнообразными инструментами и, весьма вероятно, создать человеческую цивилизацию, какой мы ее знаем. Иногда даже мельчайшие биологические особенности оказываются критически важными.

Пройдемся дальше по нашему алгоритму для парковочного автомата. Теперь вы готовы разместить монету в слоте. Вставляя ее, вы начинаете ощущать взаимодействие с внутренними стенками щели. Вы подсознательно используете эту тактильную обратную связь, чтобы изменить траекторию вашей руки, кисти и пальцев и плавно вставить монету. Для этой части задачи самый важный сенсор – тельце Пачини. Тельца Пачини выглядят весьма мило, каждое из них состоит из отдельного нервного волокна, завернутого в множество концентрических слоев поддерживающих клеток с заполненными жидкостью пространствами. В поперечном сечении они выглядят как лук. На один палец приходится около 350 телец Пачини, расположенных в более глубоких областях дермы. Электрография нервных волокон Пачини показывает, что, как и тельца Мейснера, они плохо реагируют на длительное усилие, но испускают импульсы только в начале и конце процесса деформации кожи. Столь же слабо распознавая поверхностные особенности объекта, они чрезвычайно чувствительны к крошечным вибрациям и почти независимы от места приложения силы: одно тельце Пачини на кончике пальца благодаря слоистой оболочке и глубокому расположению, может быть активировано вибрацией, возникающей в любом месте на пальце. В некотором смысле, свойства телец Мейснера (чувствительные к небольшим вибрациям, но нечувствительные к устойчивой силе или мелким пространственным деталям) проявляются еще более экстремально в тельцах Пачини, которые, в свою очередь, наиболее чувствительны к высокочастотным вибрациям в диапазоне от 200 до 300 герц, при которых они могут обнаружить деформацию кожи порядка 0,00001 мм (в двести раз меньше диаметра волоска).

Другая роль сенсоров телец Пачини заключается в предоставлении высококачественного нейронного изображения переходных и вибрационных раздражителей, передаваемых руке объектом, удерживаемым ею. Этот объект может быть монетой, как в нашем примере, но, что более важно, это может быть инструмент или зонд. Используя тот или иной инструмент, к примеру, лопату, мы можем осязать происходящее на другом конце инструмента почти так же, как если бы касались его пальцами. Представьте, что вы раскапываете кучу гравия лопатой, а затем делаете то же самое с кучей рыхлого верхнего слоя почвы. Вы можете легко различить свойства гравия или почвы посредством лопаты, даже если ваши руки находятся далеко от точки контакта. Кроме того, с опытом способность интерпретировать этот вид сенсорной информации на большом расстоянии улучшается. Таким образом, смычок скрипача, скальпель хирурга, гаечный ключ механика или зубило скульптора фактически становятся сенсорными расширениями тела.

Этот эффект не ограничивается простыми инструментами. Автомобильные энтузиасты приходят в восторг от «ощущения на дороге» – достоверности тактильной информации о дорожном покрытии, передаваемой в руки водителя через целый ряд связанных механических частей (шины, колеса, рулевые тяги, рулевая колонка, рулевое колесо). И они расстраиваются, когда технологические нововведения мешают ощущению дороги, как в этом обзоре Porsche Boxster:

Как и любая другая компания, стремящаяся уменьшить расход бензина, Porsche заменяет традиционное гидравлическое рулевое управление на электрическое. Описать разницу в ощущениях между ними нелегко. Но, традиционно, управлять Porsche – это все равно что, закрыв глаза, следовать руками по своему лицу, ощущая каждую складку, каждый волосок щетины, находя верный путь. Электрическое рулевое управление Boxster дает более приглушенные ощущения.

Поэтому в следующий раз, когда вы будете водить свой Porsche старой школы с гидравлическим рулевым управлением и смаковать тонкие ощущения от дороги, подумайте, как сенсорные датчики Пачини формируют ваш опыт. Более того, даже если вы слишком сильно нажали педаль газа и теперь крепко держитесь за руль от страха, вы все равно сможете ощутить это прекрасное «чувство дороги», потому что тельца Пачини сообщают только о высокочастотных вибрациях, передающихся через рулевое колесо, а не постоянное усилие от побелевших пальцев.

Возвращаемся к нашему примеру с автоматом. Когда вы слышите, как монета падает в счетчик, вы поворачиваете ручку парковочного автомата. Это действие активирует все три из ранее упомянутых сенсорных датчиков. Клетки Меркеля предоставят вам информацию о краях и кривизне ручки, а также об устойчивой силе ее сопротивления вашему повороту. Мейснеры дают вам низкочастотные вибрации и сигналы микроскольжения, которые вы используете рефлексивно для точной настройки силы захвата. И тельца Пачини передают высокочастотные колебания внутреннего механизма. Четвертая система, вступающая в игру, похоже, участвует в ощущении горизонтального растяжения кожи и называется окончаниями Руффини. Окончания Руффини образуют удлиненную капсулу в глубокой дерме, где концы нервных волокон соединяются с коллагеновыми волокнами кожи. Длинная ось окончания Руффини обычно проходит параллельно поверхности кожи, что может объяснить, почему они столь чувствительны к горизонтальному растяжению и менее чувствительны к надавливаниям. Также окончания Руффини присутствуют в коже кисти с гораздо меньшей плотностью, чем три других датчика, поэтому они не столь хорошо локализуют источник давления. Электрография нервных волокон Руффини показывает, что они активны во время длительного растяжения и слабо чувствительны к вибрации. Их стимуляция иногда может вызывать ощущение растяжения кожи.

Как именно мозг использует информацию от нервных волокон Руффини, изучено недостаточно. Сигналы Руффини, возможно, сигнализируют о движении объекта вдоль поверхности кожи, обнаруживая растяжение в месте надавливания. Еще более интересное предположение, что окончания Руффини предоставляют мозгу информацию о текущем положении руки и пальцев с помощью сигналов растяжения кожи: например, когда вы вытягиваете пальцы, гладкая кожа на них и на ладони растягивается. Предположим, что эти окончания могут выполнять аналогичную функцию в других местах, где горизонтальное растяжение кожи указывает положение конечности. Например, волосатая кожа над локтем растягивается при сгибании локтевого сустава, и это помогает информировать мозг о состоянии руки и ее готовности к определенным движениям.

Рассматривая четыре типа датчиков прикосновения к голой коже на рисунке 2.3, мы видим занимательную функциональную симметрию: два рецептора неглубокие, а два – глубокие; два сигнала короткие, и два – непрерывные. Четыре потока информации передаются независимо друг от друга в спинной мозг. Каждое нервное волокно предназначено для своего типа датчика: например, он не будет связан как с окончанием Руффини, так и с тельцем Пачини. Каждый из этих четырех типов нервных волокон представляет собой «выделенную линию», созданную для передачи собственного типа информации к спинному мозгу и стволу мозга.

Четыре системы сенсорных рецепторов, которые мы исследовали, называются механорецепторами, потому что они обладают общим свойством преобразования механической энергии, доставляемой на кожу, в электрические сигналы. В коже также есть сенсоры, реагирующие на немеханические раздражители. Как волосатая, так и гладкая кожа имеют свободные нервные окончания, которые заканчиваются в эпидермисе и участвуют в реакциях на боль, зуд, определенные химические вещества, воспаление и температуру.

Чувство осязания на волосистой части кожи исследовано гораздо менее тщательно, чем на голой. Волосистая кожа включает в себя все четыре классических механорецептора, встречающихся на гладкой коже, хотя, как правило, с гораздо меньшей плотностью. Большая часть ощущений на волосистой коже рождается от взаимодействия волос и разнообразных тканей. В волосистой коже комплексы нервных волокон Меркеля находятся в скоплениях вокруг основания защитных волосяных фолликулов, где они могут деформироваться при изгибе волос, что приводит к стойкому сигналу. Тем не менее, основной сенсорный сигнал от отклонения волос короткий и обеспечивается особыми оголенными нервными волокнами, которые опутывают основу волосяного фолликула сеткой, напоминающей тюремную камеру. Их называют продольными ланцетными окончаниями, и они могут обнаружить минимальные отклонения волос. Как и наши домашние питомцы, мы знаем, что поглаживание вдоль роста волос намного приятнее, чем если гладить против их роста. Это происходит из-за способности продольных ланцетных окончаний по-разному реагировать на отклонение волос в направлении роста к коже и против него. Волосы также иннервируются лассообразными периферическими окончаниями, и эти нервные волокна, по-видимому, отчаянно сигнализируют о выдергивании волос.

Защитные волоски имеют скопления окончаний Меркеля, окружающие крайнюю часть волосяного фолликула. Волосы как щитка, так и пазухи иннервируются продольными ланцетными и периферическими окончаниями. Здесь продольные ланцетные окончания показаны как единая популяция. Фактически существует по меньшей мере три различных типа продольных ланцетных окончаний, каждый из которых передает немного другой сигнал в ответ на отклонение волос. При сравнении анатомии тактильных датчиков в гладкой и волосистой коже становится ясно, что, хотя эти два типа кожи являются тесно связанными, они тем не менее остаются двумя разными органами, каждый из которых эволюционировал для обнаружения различных типов тактильных раздражителей.

Луи Брайль, младший из четырех детей, родился в 1809 году в небольшом городке, расположенном примерно в двадцати пяти милях к востоку от Парижа. Его отец, Симон-Рене, был успешным кожевником, и малыш Луи любил играть в его мастерской. Когда ему было три года, Луи пошел в мастерскую, чтобы поиграть с шилом. Он положил голову на верстак, чтобы лучше видеть, и, пытаясь пробить кусок кожи, проткнул себе глаз острым шилом. Травмированный глаз заразился, и инфекция в конечном итоге распространилась на другой глаз, оставив его полностью слепым к пяти годам. (Это произошло задолго до изобретения антибиотиков.) Луи вскоре научился ориентироваться в своем городе, используя трость, созданную его отцом, который был полон решимости обеспечить мальчику полноценный контакт с окружающим миром. Луи поразил учителей местной школы своим умом и упорством, и поэтому в возрасте десяти лет ему предложили место в специальной школе-интернате при Национальном институте слепой молодежи в Париже.

Эта школа, одна из первых в мире для слепых детей, была основана филантропом Валентином Гаюи. Там учили читать, используя систему, разработанную Гаюи, в которой литеры латинского алфавита, сделанные из медной проволоки, были втравлены в плотную бумагу, формируя выпуклые отпечатки, которые затем можно было «прочитать» пальцами. Система Гаюи была полезной, но довольно ограниченной. Для различения отдельных букв требовалось много пальцев, поэтому скорость чтения была низкой. Поскольку сами отпечатки букв по необходимости были большими, одна страница могла содержать всего несколько предложений, а изготовление книг с использованием системы Гаюи было трудоемким и дорогостоящим. (Когда Луи прибыл в школу, существовало только три таких книги на всех учеников.) И, конечно же, слепые дети не могли писать с помощью этого метода.

Используя несколько доступных книг на языке Гаюи и слушая лекции, Луи быстро выучился, но мечтал об альтернативной системе чтения и письма для слепых, более быстрой и простой в использовании. В 1821 году, когда ему было двенадцать лет, он услышал о тактильной системе письма, изобретенной офицером французской армии капитаном Жаком Барбье, который разработал свою «ночную запись» для окопных условий на поле боя, где опасно говорить или разводить огонь, не привлекая внимание противника. Система Барбье – строй выпуклых точек и тире – превосходила буквы Гаюи, обученный солдат мог прочесть их одним движением пальцев. Но это все еще было слишком медленно и громоздко для чтения длинных отрывков текста.

Вдохновленный ночным письмом Барбье, Луи работал над созданием более компактного и эффективного тактильного алфавита. После долгих ухищрений с шилом, инструментом, ослепившим его много лет назад, Луи остановился на компактной сетке из двух-трех рядов выпуклых точек, чтобы создать код, в котором каждая буква латинского алфавита имела соответствующий уникальный узор. Он также разработал рифленый планшет и стилус, чтобы слепой мог легко писать на бумаге. Впечатляюще, что он создал почти окончательную версию системы письма для слепых, которая теперь носит его имя, всего лишь к пятнадцати годам.

Став учителем в парижской школе, Луи продолжал публиковать книги о своей системе письма и другом коде с точками, который он разработал для музыкальных записей. К сожалению, шрифт Брайля не был принят при его жизни ни в школе, где он преподавал, ни где-либо еще. Директор Гаюи был заинтересован в продвижении своего собственного метода тактильного письма, которое легко читали и зрячие люди.

После решительных протестов учеников шрифт Брайля был окончательно принят в парижскую школу через два года после его смерти от туберкулеза в возрасте сорока трех лет. Вскоре шрифт распространился по всему франкоязычному миру, но ему потребовалось гораздо больше времени, чтобы укорениться в других местах, особенно в Соединенных Штатах, которые официально не принимали его до 1916 года. Сегодня шрифт Брайля является всеобщим стандартом. В мире используются разные системы Брайля, включающие языки, основанные не на латинском алфавите (например, греческий и русский), и те, которые используют пиктограмму вместо алфавита (например, китайский), а также механические прессы Брайля и даже компьютерные интерфейсы (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4. Алфавит Брайля

Самые опытные пользователи алфавита Брайля в среднем читают со скоростью около 120 слов в минуту, а некоторые могут разгоняться до скорости 200 слов. Это требует чрезвычайно быстрой обработки тактильной информации: каждый символ Брайля должен быть распознан в течение примерно 1/20 секунды (50 миллисекунд).

Когда Луи Брайль разработал свою систему письма, он не знал о свойствах сенсорных окончаний кожи. Он основывался на собственном тактильном опыте, установив достаточно далекое расстояние между точками, чтобы точка не могла быть принята за соседнюю, и достаточно компактное для того, чтобы полная решетка из двух рядов могла уместиться под одним кончиком пальца.

Какие из четырех видов сенсоров на кончике пальца настроены для кодирования символов Брайля? Чтобы ответить на этот вопрос, Кеннет Джонсон и его коллеги из Медицинской школы университета Джона Хопкинса сделали запись работы одиночных нервных волокон, в то время как символы Брайля были отсканированы на кончике пальца субъекта. Затем они нанесли на график электрическую активность в сетке, чтобы сформировать визуальное изображение информации, передаваемой четырьмя различными типами нервных волокон (рисунок 2.5A). Этот замечательный эксперимент продемонстрировал, что только волокна Меркеля точно представляли рисунок точек Брайля. Волокна Мейснера создавали размытое изображение, в то время как глубинные датчики (Пачини и Руффини) вообще не могли кодировать точки Брайля. Когда этот эксперимент был повторен с использованием увеличенных латинских букв системы Гаюи, волокна Меркеля также смогли их кодировать, но полученное в результате изображение нейронов выявило неопределенность, присущую этой системе. Изучив рисунок 2.5B, вы можете увидеть, что нейронные реакции на некоторые буквы легко спутать: C, G, O и Q почти идентичны, R выглядит как H, а P аналогичен F. Действительно, когда испытуемых просили назвать римские буквы, отсканированные на кончике пальца, эти группы букв оказались наименее узнаваемыми.

Рисунок 2.5. Реакция одиночных аксонов, иннервирующих кончик пальца человека, на рельефные буквы Брайля и Гаюи

Если бы слепой читатель системы Брайля потерял пальцы, смог бы он распознавать точки другими чувствительными участками тела, например, половыми органами? Это возможно в принципе, так как гениталии (как гладкие, так и покрытые волосами, как мужские, так и женские) чувствительны и могут обнаружить крошечные вмятины на коже. Тем не менее, их рецепторы не позволяют определить точное местоположение, текстуру или форму объектов, прижатых к коже. Эти участки кожи терпят неудачу в попытках различить слабое касание, потому что плохо снабжены мелкими сенсорами осязания, прежде всего окончаниями Меркеля.

Типичный нейрон имеет клеточное тело, содержащее ядро с молекулой ДНК и другие органеллы, а также два различных типа выступающих волокон, дендриты и аксоны. Дендрит, разветвленная структура для приема сигналов, пассивно проводит электрические сигналы через тело клетки к аксону, передатчику внутри нейрона. В начале аксона существует особая зона, которая генерирует импульсы. Эти импульсы могут распространяться регенеративным способом (словно пламя, движущееся вниз по фитилю, непрерывно воспламеняющее каждый следующий сегмент) на большие расстояния. Достигая концевого участка аксона (терминали), импульс серией биохимических реакций запускает высвобождение химического нейротрансмиттера, который рассеивается через крошечный заполненный жидкостью промежуток, чтобы активировать особые рецепторы нейротрансмиттера в дендрите следующего нейрона. Место такого контакта между нейронами называется синапсом. Процесс, посредством которого электрические сигналы преобразуются в химические, а затем вновь в электрические в принимающем нейроне, называется синаптической передачей.

Нейроны, передающие тактильную информацию от кожи к спинному и головному мозгу, устроены не как типичные дендритно-аксонные структуры. Вместо этого у них есть единственный длинный аксон, идущий от точки на коже, которую они ощущают, к спинному мозгу. Тело клетки прикреплено к аксону небольшим отростком, лежащим в глубине. Клеточные тела многих сенсорных нейронов сгруппированы вместе в структуру, называемую ганглием дорсального корешка, который находится непосредственно за спинным мозгом. Существует множество пар дорсальных корешковых ганглиев (по одной на каждой стороне тела), каждая из которых связана с одной из позвоночных костей.

Задумываясь об электрических сигналах, мы представляем импульсы в наших ноутбуках или смартфонах, движущиеся со скоростью, не многим меньшей скорости света, около 1076651136 км в час. Передача электрических импульсов в нервной системе гораздо более медленный процесс. Аксоны, несущие информацию от механорецепторов кожи, могут передавать импульсы со скоростью около 241 км в час. На такое способны некоторые из наиболее быстрых аксонов в нервной системе, но они все еще более чем в 4 млн раз медленнее сигналов в электронных устройствах.

Представьте, что огромный великан лежит в мировом океане. Голова его находится в Балтиморе, а ноги болтаются в водах у Кейптауна, Южная Африка. Если в понедельник в полдень он коснется большим пальцем ноги водорослей, активировав свои механорецепторы, то не почувствует ничего до полудня среды, когда сигнал достигнет неокортекса его мозга, и он не сможет дергать ногой до субботнего утра. Ключевой момент в том, что электрическим сигналам, идущим от кожи в мозг, требуется время, а импульсам из отдаленных частей тела, таких, как пальцы ног, требуется больше времени, чем из более близких мест, например, лица.

Мы представляем нейроны, как и другие клетки, микроскопическими по размеру. В некотором смысле это так: клеточные тела сенсорных нейронов в ганглиях дорсального корешка имеют диаметр от 0,01 до 0,05 мм. Самое большое из этих клеточных тел имеет примерно тот же диаметр, что и человеческий волос. Однако поразительно, насколько длинным должен быть сенсорный нейрон, чтобы передавать импульсы.

Давайте рассмотрим аксон механосенсорного нейрона, который иннервирует пятку. Он идет от пятки вверх по ноге в таз и проходит через дорсальный корешковый ганглий, чтобы войти в спинной мозг у первого крестцового спинного нерва. Затем он будет продолжать подниматься вверх по спинному мозгу, оканчиваясь синапсом в области ствола головного мозга, называемой грацильным ядром. У человека этот нейрон имеет длину около 152 м. Представьте, какой он у жирафа. Эти нейроны – самые длинные клетки в организме.

Однако они не конечная точка для тактильных сигналов, а лишь первая остановка на этом пути. Аксоны нейронов грацильного ядра поднимаются дальше, пересекая противоположную сторону мозга, и передают свои импульсы на другую обрабатывающую станцию в области, называемой таламусом, которая, в свою очередь, отправляет свои аксоны в кору – обширную структуру на поверхности мозга. Область, в которой оканчиваются эти аксоны из таламуса, называется первичной соматосенсорной корой («первичной», потому что это первая из нескольких областей коры, которая получает сенсорную информацию). Эта область расположена в полосе сразу за центральной бороздой, которая разделяет мозг на переднюю и заднюю части. Поскольку аксоны, несущие сенсорную информацию, пересекают середину тела тела до того, как достигают коры, правая сторона коры реагирует на сенсорную информацию с левой стороны тела, и наоборот.

В конце 1930-х годов Уайлдер Пенфилд, Герберт Джаспер и их коллеги из Монреальского неврологического института начали использовать электроды для локальной стимуляции мозга эпилептиков во время операции. Эта процедура помогала идентифицировать точную область мозга, вызвавшую припадки у пациентов, так называемый эпилептический очаг, чтобы его можно было удалить с минимальным повреждением для соседних здоровых тканей. В мозге нет конкретного источника эпилепсии, поэтому составление карты эпилептического очага необходимо было делать индивидуально для каждого пациента. Для этой процедуры голову пациента выбривали и стабилизировали, а затем использовали скальпель. После этого Пенфилд миниатюрной пилой отрезал круговой лоскут кости диаметром около теннисного мяча (позже его возвращали на место).

Поскольку в ткани головного мозга не ощущается боли и нет механосенсоров, эту процедуру можно проводить под местной анестезией, чтобы обезболить кожу головы, кости и оболочку мозга, оставляя пациента в сознании. У Пенфилда был ручной стимулирующий электрод – устройство, размером и формой напоминавшее электрическую зубную щетку с металлической иглой на рабочем конце и проводом, прикрепленным к противоположной стороне. Он был подключен к аппарату, обеспечивающему слабые удары током для искусственной активации нейронов на кончике электрода.

Пенфилд методично перемещал электрод по открытой поверхности мозга, спрашивая пациента: «Что ты сейчас чувствуешь?» Пациент мог ответить: «Я чувствую покалывание в левом запястье», или «Я чувствую запах подгоревшего хлеба», или «Я слышу музыку, которую слышал в последний раз в детстве». Манипуляции с центральной бороздой вызывали подер гивание ноги, сжатие кулака или высовывание языка. Стимуляция первичной соматосенсорной коры вызывала жужжание или покалывание в разных местах на противоположной стороне тела. Пациенты сообщали, что эти вызванные мозгом ощущения совсем не похожи на естественные прикосновения, и с привычным осязанием их не спутаешь. Скорее, они походили на грубый симулякр сенсорного опыта, оторванный от настоящей палитры ощущений и контекста.

Помощник Пенфилда записывал каждое движение или ответ пациента в тетрадь с пронумерованными линиями. Затем, после стимуляции, он вставлял булавку с крошечным пронумерованным флажком, чтобы сопоставить номер стимуляции с зарегистрированной реакцией. Через некоторое время поверхность мозга выглядела как миниатюрная версия поля для гольфа. Проанализировав результаты, ученые обнаружили удивительную картину: в первичной соматосенсорной коре существует карта поверхности тела. Когда сигналы от прикосновений поступают в ствол мозга, а затем передаются в таламус и кору головного мозга, они не полностью перемешиваются. Скорее, аксоны, которые иннервируют соседние участки кожи, остаются рядом друг с другом, и, за некоторыми исключениями, такие соседские отношения сохраняются вплоть до коры для формирования сенсорной карты.

Тем не менее, карта немного странная (рисунок 2.6), поскольку ее составные части были поделены и пересобраны, так, например, лоб примыкает к большому пальцу, а гениталии, как мужские, так и женские, соседствуют с пальцами ног. Кроме того, руки, губы и язык на карте огромны. Ноги лишь несколько увеличены, а спина, туловище и гениталии относительно небольшие. Конечно, конфигурация ясна: области, которые увеличены на карте коры – это те, которые имеют высокую плотность механорецепторов в коже, особенно телец Меркеля, обеспечивающих разницу ощущений при касании.

Рисунок 2.6. Сенсорная карта поверхности тела Пенфилда

Рисунок 2.7. Звездонос. Одиннадцать пар мясистых лучей-придатков окружают нос этого животного

Рисунок 2.8. Сенсорная карта звездоноса в первичной соматосенсорной коре

Является ли увеличение определенных областей кожи на сенсорной карте уникальным явлением для млекопитающих с их сверхчувствительными пальцами и губами? Чтобы ответить на этот вопрос, мы можем исследовать полуводное североамериканское млекопитающее по имени звездонос, или звездорыл (рисунок 2.7). Это маленькое почти слепое существо, примерно в два раза больше мыши, роет тоннели с помощью сильных передних лап возле ручьев и прудов, где оно может как прятаться, так и плавать. Щупальца в виде звезды вызывают разные реакции у людей: некоторые находят их милыми, но большинство внешность звездоноса шокирует.

Каждый луч наделен группами клеток Меркеля вместе с тельцами Пачини и свободными нервными окончаниями, формируя изящные тактильные органы, возможно, самые чувствительные среди млекопитающих. Звездоносные кроты используют свои лучи, исследуя от десяти до пятнадцати мест каждую секунду. Обнаружив добычу в виде червя, улитки или мелкой рыбы, они немедленно пожирают ее; время от обнаружения до поглощения пищи составляет около 120 миллисекунд.

Неудивительно, что на сенсорной карте первичной соматосенсорной коры крота со звездным носом видно огромное увеличение звезды за счет туловища, хвоста и задних лап (рис. 2.8). Этот принцип дизайна примени́м ко многим видам: участки кожи с высокой плотностью механосенсорных рецепторов увеличены на основной сенсорной карте мозга.

Копнув глубже, можно обнаружить, что на самом деле существует серия сенсорных карт, расположенных в смежных областях коры. Первичная соматосенсорная кора у приматов разделяется на четыре меньшие по размеру зоны, каждая со своей причудливо искаженной картой. Помимо получения информации непосредственно от таламуса, эти четыре области тесно связаны друг с другом. Они также отправляют информацию в соседние области, высшую соматосенсорную кору, не связанную напрямую с таламусом. В настоящее время в соматосенсорной коре головного мозга приматов найдено в общей сложности десять различных карт тела (четыре в первичной коре, шесть в верхней коре) и еще могут быть обнаружены другие.

Итак, где именно во всем этом множестве взаимосвязанных карт мозга происходит чудо? Как возникает наше богатое, нюансированное и глубокое чувство осязания из этой сумасшедшей паутины разумной плоти? Мы сознательно воспринимаем давление на конкретное место нашего тела, потому что активирована определенная группа нейронов в коре. Это может происходить естественным путем, путем стимуляции кожи, или искусственно – путем прямой стимуляции мозга, как это делал Пенфилд. Но это только первая небольшая часть объяснения. Многое еще предстоит понять о том, как мозг создает наш опыт в тактильном мире. Однако есть несколько общих принципов, которые стоит знать.

Информация поступает от кожи к мозгу. Каждый нейрон в первичной соматосенсорной коре в конечном итоге получает поступающую информацию от многих нервных волокон, иннервирующих соседние участки кожи. Например, одиночное нервное волокно, проходящее через руку и передающее информацию клеток Меркеля от кончика пальца к спинному мозгу, будет реагировать на стимуляцию только в небольшой точке около 1 мм в диаметре на кончике пальца.

Но из-за этой конвергентной передачи сигналов управляемый нейрон на карте первичной соматосенсорной коры, вероятно, реагирует на стимуляцию в гораздо более широкой области, около 5 мм в диаметре. Важно отметить, что эта конвергентная сигнализация не является случайной и, следовательно, не просто размывает точность тактильной информации. Скорее, подключая определенную группу управляемых волокон к одному и тому же корковому нейрону, можно создать кортикальный нейрон, реагирующий на конкретный сенсорный элемент, например, тонкий стержень, проложенный поперек подушечки пальца. Конвергентная передача сигналов еще более драматична в областях, которые редко иннервируются: один нейрон в части сенсорной карты, представляющей спину, может быть активирован стимулами на поверхности размером более 50 кв. см кожи.

В первичной соматосенсорной коре конвергенция приводит к минимальному смешиванию информации: сигналы от четырех механосенсорных рецепторов хранятся раздельно. Некоторые группы нейронов реагируют преимущественно на Меркеля, другие – на Мейснера, а третьи – на Пачини. Так, например, один столбец кортикальной ткани диаметром около 0,6 мм может принимать сигналы Мейснера с подушечки большого пальца левой ноги, а другой – сигналы Меркеля с правой стороны нижней губы.

Последовательная обработка в мозге извлекает все более сложную сенсорную информацию. Если мы рассмотрим блок-схему областей в коре головного мозга, которые обрабатывают сенсорную информацию, на первый взгляд она покажется перемешанной (рисунок 2.9). Однако при дальнейшем рассмотрении начинают проявляться некоторые закономерности. Есть четыре области, которые составляют первичную соматосенсорную кору, каждая из которых получает сигналы аксонов непосредственно от таламуса, хотя область 3b получает их львиную долю. Напротив, область 2 получает немного информации от таламуса, но также активируется всеми тремя другими основными областями неокортекса: 3a, 3b и 1.

Рис. 2.9. Схема соединений сенсорных областей обработки в мозге

Сделав записи нейронов в области 3b во время стимулирования кожи, мы обнаружим, что наиболее эффективный стимул для их активации довольно прост – это тонкий стержень, проложенный поперек кончика пальца под определенным углом. Однако этот же простой стимул слабо активирует нейроны в области 2, которые сильно реагируют только на более сложные стимулы, такие как двумерные или трехмерные фигуры (например, бейсбольный мяч в руке). Если лабораторные животные получат повреждения в области 3b, результат будет удивительным: животные станут нечувствительны к прикосновениям настолько, что, кажется, они не подозревают о качестве или даже о существовании сенсорных раздражителей. Напротив, повреждение области 2 производит гораздо более тонкий эффект: эти животные все еще могут различить материалы, но их способность распознавать объекты с помощью одного прикосновения теряется.

Схема активизации работы мозга для областей обработки прикосновений позволяет нам понять эти выводы. Область 3b получает базовую сенсорную информацию, которая обрабатывается минимально. В результате нейроны в этой области реагируют на простые раздражители, как можно было бы предвидеть благодаря прямой конвергенции аксонов, передающих механосенсорные сигналы. Поскольку область 3b является местом для хранения сенсорной информации, ее повреждение наносит сокрушительный удар, лишая большинство нижестоящих ступеней мозга обработки важных данных. Область 2 принимает не только прямые сигналы от таламуса, но также информацию от других основных областей тактильного взаимодействия, включая обработку и вычисления, которые выполняют эти области. Как следствие, область 2 может распознавать более сложные свойства раздражителей, к примеру, движение объекта, его кривизну и трехмерную форму. Когда область 2 повреждена, воздействие на ощущение прикосновения слабее, так как это лишь один из нескольких путей передачи информации в верхние области.

Последовательная обработка продолжается с возрастающей сложностью, поскольку сенсорная информация перемещается дальше во вторичную соматосенсорную кору. Нейроны в этой области объединяют сигналы в более обширных областях (например, по всей руке или ноге), включая зоны по обе стороны тела. Вторичная соматосенсорная кора играет важную роль в идентификации объекта, особенно через прикосновение. Поражения в этой области вызывают незначительные нарушения: потерю способности распознать объект одной рукой, а затем ее выполнение другой рукой.

Параллельная обработка разделяет сложную сенсорную информацию в разные потоки для действий. В конечном счете, представление о тактильном мире в мозге служит достижению определенной цели: принятию решения, формированию памяти или инициированию действия. Обработанная информация, вытекающая из высшей соматосенсорной коры, разделяется на два разных потока. Один поток, проходящий через область мозга, называемую островком, информирует об эмоциональных реакциях, гомеостазе и некоторых других функциях. Сейчас известно, что островок имеет решающее значение для самоощущения. Другой поток протекает через область, называемую задней теменной корой, и главным образом участвует в интеграции сенсорных данных с информацией от других органов чувств для планирования, выполнения и точной настройки движений, включая манипуляцию объектами.

В то время как первичная соматосенсорная кора в основном надежно и постоянно реагирует на сенсорную информацию, на высшие сенсорные центры мозга сильнее влияют такие когнитивные факторы, как внимание, контекст, мотивация и ожидания. Мы вернемся к этим областям в следующих главах, когда будем рассматривать высшие когнитивные аспекты осязания.

Мы обсуждали, как искаженная природа сенсорных карт человеческого мозга с большими пальцами, губами и ступнями отражает плотность сенсорных рецепторов в определенных областях кожи. Но есть еще один важный фактор: сенсорные карты не предопределены на всю жизнь, они могут меняться с приобретением индивидуального сенсорного опыта. Известным примером таких изменений можно считать скрипачей, альтистов и виолончелистов, уделяющих музыке не менее двенадцати часов в неделю. Для игры на этих инструментах пальцы левой руки постоянно задействованы в переборе струн и создании эффектов вибрато – задачи, включающей в себя как усиленную тактильную стимуляцию, так и исключительную ловкость рук. Правая рука требует гораздо меньше отдельных движений пальцами и тактильной обратной связи.

Когда музыкантам просканировали мозг для измерения импульсов их рук в первичной соматосенсорной коре, было обнаружено, что сенсорная карта для пальцев левой руки была значительно больше, чем для пальцев правой: примерно в 1,8 раза. Такие же результаты были получены в трех исследованиях, проведенных в других лабораториях с использованием схожих методов. Однако интерпретация этого явления не так проста. Лежащее на поверхности объяснение состоит в том, что годы практики игры на скрипке или виолончели привели к увеличению территории левой руки на сенсорной карте. Другое предположение: люди, родившиеся с необычайно сильными левосторонними наклонностями или развившие их, с большей охотой занимаются струнными инструментами и преуспевают как исполнители – точно так же, как дети тяготеют к тем видам спорта, для которых у них есть природные данные и склонности. Возможно, они выбирают инструмент интуитивно, на основе врожденных сенсорно-моторных способностей.

Проверить эти два объяснения можно измерением сенсорной карты рук до и после музыкальной тренировки. Конечно, чтобы стать опытным исполнителем, требуются годы, что затрудняет проведение исследования. Существуют ли тактильные ощущения, быстрее вызывающие изменения в сенсорной карте? Яркий пример – кормление грудью у крыс. Норвежские крысы в лаборатории приносят в помете от восьми до двенадцати детенышей. В первые несколько дней после родов они тратят около 80 процентов своего времени на кормление двенадцатью сосками, распределенными в два ряда на их вентральной (нижней) поверхности тела.

При измерении через 12–19 дней после рождения вентральная часть первичной сенсорной карты кормящей крысы была примерно в 1,6 раза больше, чем у контрольных крыс. (Контрольные крысы были либо самками крыс соответствующего возраста, либо не кормящими матерями, чьих детенышей забрали при рождении.) Через 15–30 дней после изъятия детенышей область брюшной полости на карте кормящих крыс сократилась до размера, который был у них до беременности. Эти данные свидетельствуют о том, что расширенный сенсорный опыт действительно может вызвать динамические изменения в сенсорной карте, которые, по крайней мере, в некоторых ситуациях могут происходить в течение нескольких дней, а не лет.

Все мы участвуем в эксперименте медленной тактильной депривации на протяжении всей нашей взрослой жизни. Приблизительно с двадцати до восьмидесяти лет плотность клеток Меркеля и телец Мейснера постепенно уменьшается примерно в три раза (рисунок 2.10), а точность ориентирования в пространстве падает примерно в той же степени. Означает ли это, что снижение чувствительности к легкому прикосновению у пожилых людей можно полностью объяснить потерей поверхностных механорецепторов на коже? Возможно, нет.

Рис. 2.10. Плотность телец Мейснера уменьшается с возрастом на гладкой коже на подошвенной поверхности большого пальца

Подсказка в том, что снижение остроты пространственных ощущений не является равномерным по всей поверхности тела: чувствительность кончиков пальцев снижается примерно в 2,5 раза, а подошв и ступней – в четыре раза больше. Это различие объясняется тем, что старение также связано со снижением скорости распространения сигналов: примерно с 241 км в час до 177 км в час в нервных волокнах, передающих сигналы Меркеля и Мейснера мозгу. Это замедление нервных импульсов ухудшает прохождение сенсорной информации в большей степени из отдаленных областей, таких как пальцы, чем в более близких областях, таких как руки или губы. Нарушение тактильных ощущений на ступнях и пальцах ног – важный фактор, способствующий снижению устойчивости при ходьбе у пожилых людей, что часто приводит к тяжелым травмам.

Даже при старении женщины имеют лучшую различительную способность, нежели мужчины: в среднем они могут различить бороздки, которые находятся примерно на 0,2 мм ближе друг к другу. Обусловлено ли это тем, что кожа женских пальцев мягче, чем у мужчин? Нет – кожа на кончиках пальцев у женщин была столь же неровной. Возможно, дело в неких гендерных особенностях в соматосенсорной схеме мозга или способности сосредоточиться на задаче? Пока у нас нет никаких доказательств в поддержку или опровержение этой теории.

Даниэль Голдрайх и его коллеги из университета МакМастера в Онтарио, Канада, высказали более простую гипотезу: может быть, в среднем женщины лучше воспринимают тактильную информацию, потому что у них пальцы поменьше? Если бы одинаковое количество клеток Меркеля, датчиков, различающих самое легкое прикосновение, были равномерно распределены по большим и маленьким кончикам пальцев, то у маленьких пальцев была бы более высокая плотность сенсора и, следовательно, более высокая острота. Это все равно, что 10-мегапиксельная камера в вашем мобильном телефоне против 5-мегапиксельной. Чтобы проверить эту гипотезу, ученые пригласили сотню добровольцев, пятьдесят мужчин и пятьдесят женщин, и предложили им распознать несколько неровных поверхностей. Также они тщательно измеряли площадь подушечки указательного пальца каждого субъекта.

Невозможно напрямую измерить плотность клеток Меркеля в кончиках пальцев без болезненной биопсии кожи. Но поскольку обнаружилось, что клетки Меркеля сгруппированы вокруг основания потовых пор на гладкой коже, которые можно измерить, протирая кончик пальца водорастворимой краской и затем прижимая его к стандартному оптическому сканеру, эти поры использовали в качестве косвенного показателя плотности клеток Меркеля. Было показано, что плотность потовых пор значительно выше на маленьких пальцах.

Гольдрайх и его коллеги пришли к выводу, что размер пальца определяет тактильную остроту независимо от пола. Такое объяснение приводит ко многим другим вопросам: как насчет механосенсорных рецепторов на других частях тела, отличных по размеру? Есть ли фиксированное количество механосенсоров для ноги, груди или пениса?

В настоящеее время мы пришли к пониманию, что в коже есть разные датчики, каждый из которых настроен на извлечение различных аспектов информации о тактильном мире. Эти потоки информации отправляются в мозг, где через серию последовательных и параллельных операций первичные данные, полученные от отдельных тактильных датчиков, объединяются для извлечения более сложной тактильной информации: формы объекта, точной текстуры и ощущения от незадействованных концов инструмента. Как мы увидим в дальнейших главах, эти датчики – лишь небольшая часть полного спектра сенсорного опыта.

Глава 3. Анатомия нежности

В комнате присяжных было жарко и душно. В воздухе висели пылинки, размеренно тикали часы. Густой запах, исходивший от одежды присяжных, насыщал жаркий воздух ароматами мужского одеколона, пота и табачного дыма. В тот день рассматривалось странное дело. Как ни удивительно, в суде обсуждалась одна из загадок тактильной нейробиологии: что мешает мастурбации быть яркой?

Одно из развлечений жителей Балтимора – выполнять обязанности присяжных в суде округа, что происходит довольно часто. Каждый год зеленый конверт с правительственной печатью может появиться в вашем почтовом ящике, и каждый год горожане готовятся провести долгие часы в здании суда. В тот день подсудимый – невысокий мускулистый девятнадцатилетний парень, работающий ночным сторожем, решил сам представлять себя на процессе, сэкономив на услугах адвоката.

Прокурор изложил дело: молоденькая подруга подсудимого оказалась в отделении скорой помощи, голодная, избитая и обезвоженная. Сначала она не хотела рассказывать свою историю, но постепенно разговорилась. Однажды днем она и ее парень, подсудимый, лежали у него дома на кровати и дурачились. Он попросил приласкать его рукой, и она приступила. Когда он жаловался, что она делает это неправильно, девушка пыталась менять технику и добавить немного грязных разговоров. Но этого было недостаточно, и, как он объяснил, «она делает это или слишком быстро, или слишком медленно». Он пришел в ярость, а затем совершенно потерял контроль, нанося ей удары в лицо и грудь. Затем он приковал ее наручниками к каркасу кровати и удерживал в плену два дня, периодически насилуя. Медицинские эксперты подтвердили слова девушки, но были обеспокоены исходом дела, так как она сказала, что все еще любит своего парня.

Когда подсудимому пришло время выступить в свою защиту, он попросил принести видеопроигрыватель и включил кассету. На видео была домашняя вечеринка спустя несколько недель после инцидента. Молодые люди пили пиво под громкие звуки рэпа. Вскоре камера запечатлела его девушку, очевидно, в состоянии алкогольного опьянения: ее речь была бессвязной, а взгляд рассеянным.

Потом обвиняемый спросил: «Итак, в ту ночь я тебя не бил, верно?»

«Я чудесно провела время!» – согласилась она.

«Я имею в виду, – спросил он, – я никогда не связывал и не нападал на тебя, верно?»

«О чем ты говоришь?» – не поняла она.

«Когда ты сказала, что я изнасиловал тебя, это было ложью, не так ли?»

«Ерунда, – сказала она. – Забудь об этом и веселись».

Когда объявили приговор, обвиняемый был ошеломлен, не в силах поверить, что видео не спасло его. Присяжные осудили его по всем пунктам обвинения: изнасилование, избиение и незаконное лишение свободы. В своем заявлении перед вынесением приговора он пытался, но не слишком удачно, выглядеть сокрушенным:

«Сожалею о случившемся. У меня дурной характер. Я признаю это. Но поверь мне, это действительно была плохая мастурбация».

Теперь давайте представим, в духе Квентина Тарантино, что пылающая праведным гневом жертва затащила своего насильника в переулок за зданием суда и заставила его пройти болезненную биопсию сурального нерва. Этот нерв проходит по задней части икроножной мышцы и иннервирует наружный край стопы. Разрезав нерв, чтобы исследовать его с помощью микроскопа, мы увидели бы поперечное сечение аксонов чувствительных нервов, вперемешку.

Аксоны большого диаметра, А-волокна, покрыты слоем изолирующего белка миелина для ускорения нейронных сигналов и имеют несколько подгрупп с различными функциями. Группа A-волокон, называемая A-альфа, очень быстро передает информацию от специальных датчиков, встроенных в мышцы, суставы и сухожилия. Их сигналы позволяют сформировать мысленное представление о том, где ваше тело находится в пространстве.

Эта способность, называемая проприоцепцией, позволяет вам, например, ощущать положение и движение вашей руки, даже когда ваши глаза закрыты и вы ничего не трогаете.

Другая группа A-волокон, A-бета, передает быстрые сигналы от механорецепторов кожи: Меркеля, Мейснера, Руффини и Пачини, обеспечивающих тонкое осязание, а также быстрые импульсы от отклонения волос. Третий тип, А-дельта, имеет меньший диаметр и меньше оболочек из белка миелина, поэтому передает сигналы со средней скоростью. Некоторые А-дельта волокна доносят ощущения боли и температуры, такие как острая, колющая боль, обжигающая жара и холод.

Суральный нерв также содержит аксоны гораздо меньшего диаметра, называемые С-волокнами, в которых отсутствует изолирующий миелин. Из-за этих структурных особенностей электрические сигналы в C-волокнах распространяются неспешно, со скоростью около 3 км в час. Для сравнения, информация от кожных механосенсоров течет со скоростью около 1241 км в час по волокнам А-бета, а проприоцептивные сигналы распространяются со скоростью около 402 км в час по волокнам А-альфа. Различная скорость проводимости этих волокон ограничивает виды информации, которую они могут нести. Быстрые волокна необходимы для передачи постоянно меняющихся, детализированных сигналов о форме объекта, текстуре, вибрации и дистанционном зондировании с помощью инструментов – точной тактильной информации, кодируемой механосенсорами, которая позволяет нам различать едва ощутимые прикосновения. Например, шрифт Брайля нельзя было бы прочитать, если содержащаяся в нем информация передавалась бы по медленным C-волокнам, для этого требуются быстрые A-волокна.

С-волокна, напротив, не созданы для того, чтобы информировать части мозга, участвующие в анализе осязательных ощущений, а скорее предназначены для медленной интеграции информации и распознавания эмоционального тона конкретного прикосновения. В течение многих лет считалось, что С-волокна несут только информацию о боли, температуре и воспалении (не остром, колющем, хорошо локализованном компоненте боли, а скорее о ее медленном, жгучем, пульсирующем, ноющем проявлении). Однако в последнее время стало ясно, что некоторые C-волокна передают особый вид тактильной информации: похоже, они настроены на межличностное взаимодействие. Эти аксоны, называемые С-тактильными волокнами, являются сенсорами ласки.

С-тактильные волокна иннервируют только кожу, покрытую волосами, а их концы обвивают волосяные фолликулы, позволяя им реагировать на отклонение волосинок. У нас пока нет четких изображений C-тактильных волокон в коже человека. Тем не менее, используя генетические хитрости при исследовании мышей, Дэвид Джинти и его коллеги из Медицинской школы университета Джона Хопкинса смогли ввести флуоресцентные молекулы в различные группы сенсорных нейронов. Это исследование показало, что определенные типы волосяных фолликулов иннервируются C-тактильными волокнами. Похоже, что это эквивалент человеческих волосков. Интересно, что эти типы фолликулов также иннервируются волокнами A-дельта и A-бета, а их продольные ланцетные окончания чередуются друг с другом в красивой структуре, напоминающей деревенскую изгородь. Очевидно, что покрытая шерстью мышиная кожа имеет отличную от человеческой структуру. Тем не менее эти результаты указывают, что отклонение волос может вызывать гамму ощущений, даже когда задействован лишь один их тип: быстрый, анализирующий, эмоционально нейтральный сигнал, отправленный волокнами А-бета, и медленный, рассеянный, приятный сигнал от С-тактильных волокон.

Изучение роли С-тактильных волокон в тактильных ощущениях осложняется тем фактом, что волосистая кожа также иннервируется быстрыми А-бета и среднескоростными А-дельта-волокнами, передающими сигналы от отклонения волос, а также четырьмя обычными механорецепторами. Невозможно просто погладить волосистую кожу и измерить восприятие, вызванное одними С-тактильными волокнами либо с помощью поведенческих тестов, либо с помощью сканирования мозга, поскольку любое прикосновение также активировало бы реакции А-волокон. В течение многих лет эта проблема перекрывающихся сигналов мешала нашему пониманию работы тактильных датчиков.

Рассмотрим историю пациентки Г. В возрасте тридцати двух лет она потеряла осязание и теперь ничего не чувствует дальше своего носа, а если закрывает глаза, то понятия не имеет, где находятся ее конечности в пространстве. Такой неврологический дефицит – большая редкость. Пациентка умна и не имеет явных проблем с мышлением или настроением. Способность ее мускулов сокращаться и тем самым двигать телом также не пострадала. Однако, поскольку у нее нет проприоцептивного чувства, ей приходится полагаться в основном на зрение, чтобы понять, где расположены ее конечности. Как следствие, ее движения медленны и плохо координированы, и для передвижения она должна использовать инвалидное кресло. После долгой терапии Г. смогла жить самостоятельно в собственном доме.

Биопсия грудного нерва пациентки указала на источник ее сенсорной слепоты. Она потеряла свои большие миелинизированные волокна: волокна А-альфа, которые несут проприоцептивную информацию, и волокна А-бета, передающие сигналы от механорецепторов кожи.

Поскольку А-дельта волокна и С-волокна Г. остались нетронутыми, ее ощущения боли и температуры находятся в норме. Таким образом, она является обладательницей одного из редчайших расстройств – острой сенсорной нейронопатии. Некоторые люди с таким синдромом сообщают, что их тела стали ощущаться как чужеродная сущность. У других возникает ощущение гиперчувствительности своих тел, возможно, потому, что они сильно фокусируют внимание на том, чтобы обнаружить ослабленные ощущения от прикосновения.

Сама пациентка согласилась стать объектом многих исследований. Хотя она утверждает, что в повседневной жизни полностью лишена сенсорных ощущений, в лаборатории обнаружили интересное исключение. Когда покрытой пушком кожи ее предплечья касались мягкой кистью или слегка поглаживали кончиками пальцев, у нее появлялось смутное приятное ощущение без сопутствующего чувства боли, температуры, зуда или щекотки.

Сосредоточившись, Г. обычно могла сказать, какой руки дотронулись, но не могла точно определить, где именно. Важно отметить, что легкие прикосновения на безволосой коже ладони она вовсе не ощущала. Эти смутные приятные ощущения передавались сохранившимся С-тактильными волокнами, которые иннервируют волосатую, но не голую кожу. Удивительно, но эта и другие пациенты не могли распознать быстрое эмоционально нейтральное прикосновение, но, кажется, сохранили едва функционирующую систему для восприятия заботливого прикосновения, внушающего чувство безопасности.

Работают ли C-тактильные волокна Г. так же, как у здоровых людей, или их свойства изменились в ответ на потерю соседних A-волокон? Электрография сигналов единичных нервных волокон в руке здорового человека обнаружила, что C-тактильные волокна реагировали на прикосновения к волосистой коже, но не на простое вдавливание или вибрацию кожи. (С-тактильные волокна не активируются при любом типе прикосновения к голой коже ладони.)

Одиночные А-бета волокна могут быть зафиксированы у здоровых субъектов, но все они реагируют иначе, нежели C-тактильные волокна. Волокна А-бета будут реагировать как на поглаживание предплечья, так и на другие формы тактильной стимуляции, к примеру, текстурированные поверхности, края и вибрация. И, конечно же, они реагируют на прикосновения к голой коже ладони и пальцев. Наиболее важно, A-бета наиболее эффективно активируются интенсивными стимулами: чем быстрее удар, тем сильнее реакция. Волокна A-бета способны различать широкий спектр свойств прикосновения, в то время как C-тактильная система, похоже, настроена на обнаружение определенного типа прикосновения: легкое прикосновение в определенном диапазоне скорости. Эта настройка оптимальной скорости имеет решающее значение для восприятия. Наиболее приятные поглаживания относятся к диапазону от 3 до 10 см в секунду, и именно они наиболее сильно активируют C-тактильные волокна.

Поглаживания предплечья здоровых испытуемых вызывают активацию первичных и вторичных соматосенсорных кортикальных слоев, участвующих в тонкой форме восприятия и различающих текстуру. Они управляются информацией, передающейся от волокон А-бета, а также областью, называемой задним островком, вовлеченной в эмоциональные аспекты сенсорной обработки.

Эксперименты доказывают, что C-тактильные волокна функционируют как детекторы поглаживаний, которые иннервируют волосистую кожу и сигнализируют заднему островку, вызывая тягучее, смутное, приятное ощущение. Важно отметить, что этот путь функционирует у всех людей, а не только у тех, кто страдает сенсорной нейронопатией, как пациентка Г.

В Норрботтене, обширном, но малолюдном регионе Швеции, расположенном за Северным полярным кругом в XVII веке или, возможно, даже раньше, родился человек, который не чувствовал боли. В результате он часто получал травмы, начиная от ссадин на коже до переломов костей и заканчивая повреждениями суставов. Эта особенность передалась по наследству его семье. На протяжении многих лет жительницы Норрботтена нередко выходили замуж за своих двоюродных или даже родных братьев, что повлекло распространение наследственной нечувствительности к боли, присутствующей в регионе и по сей день.

У пациентов, страдающих от этого состояния, сильно снижаются восприятие как глубокой, так и поверхностной боли, а также ощущение температуры. Эти люди когнитивно здоровы, их чувство осязания не ухудшено, как и их проприоцепция и координация движений. Генетическое тестирование показало, что мутация Норрботтена нарушает ген, который кодирует белок, под названием NGFbeta. Поскольку NGFbeta требуется для выживания небольших сенсорных нейронов, неудивительно, что при биопсии нервов у этих пациентов обнаруживается потеря C-волокон и A-дельта-волокон, за исключением больших миелиновых A-альфа и A-бета волокон.

У пациентов с синдромом Норрботтена C-тактильные волокна, обнаруживающие поглаживание, были повреждены. Сканирование мозга таких пациентов показывает, что медленные поглаживания предплечья вызывали лишь слабую активацию задней инсулины, а норрботтенцы считали такое поглаживание значительно менее приятным, чем участники контрольной группы, соответствующие по возрасту и полу. Соберем кусочки пазла вместе: результаты, полученные от пациентов с синдромом Норрботтена, испытывающими недостаток C-тактильных волокон, и пациентами, лишенными C-волокон, такими как Г., показывают, что C-тактильные волокна приводят в действие особую систему мозга, отвечающую за ощущения от поглаживаний.

Таким образом, у нас есть две отдельные и работающие параллельно сенсорные системы в коже, которые отражают принципиально разные аспекты нашего тактильного мироощущения. Быстрые волокна A-бета передают сенсорную информацию, позволяющую различать едва ощутимые стимулы в любой части тела. Система C-волокон создает смутное эмоционально положительное ощущение только на волосистой коже. Получается сенсорная волна, передающая как важную социальную информацию, необходимую для правильного эмоционального развития новорожденных, так и социальные связи в дальнейшей жизни, развивающие доверие и сотрудничество у людей и других животных.

Зачем вообще нужна медленная диффузная система из C-тактильных волокон? Разве информация, передаваемая С-тактильными волокнами, не является лишь отрывком информации, уже закодированной в волокнах А-бета? Почему бы просто не обнаружить поглаживания с помощью волокон А-бета и быстрых механосенсоров? Один из возможных ответов: если мы представим, что эмоциональная информация о прикосновении определяется его скоростью, тогда, может быть, проще иметь специальные детекторы с низкой скоростью, такие как С-тактильные волокна. В детекторах широкого диапазона, подобных тем, которые иннервируются А-бета-волокнами, информация, кодирующая эмоциональную значимость, скрывается в других тактильных сигналах, которые не имеют эмоционального значения, и поэтому их трудно извлечь.

Ну тогда почему бы просто не иметь группу быстрых A-бета волокон, которые настроены на оптимальную скорость поглаживания? Это позволило бы отличать заботливые поглаживания и в то же время быстро воспринимать информацию. На этот вопрос нет однозначного ответа. Возможно, временная интеграция, вызванная медленными сигналами, эффективнее для восприятия эмоционального прикосновения. Или, может быть, волокна А-бета просто слишком энегозатратны, так как используют много энергии, а их миелиновый слой занимает больше места внутри нерва. Если вам не нужна скорость, выгодно не платить за нее биологическую цену, а вместо этого использовать дешевое медленное волокно. А возможно, что С-волокна развились первыми, и что эта ранняя система сдерживала дальнейшие эволюционные изменения.

Важно отметить, что эти две сенсорные системы, быстрая и медленная, не полностью разделены. Существует двусторонняя связь между задним островком, основным кортикальным узлом C-тактильной системы поглаживаний и первичным высшим соматосенсорным кортикальным слоем. Каждый из них может влиять на другой, и вся система находится под мощной мультисенсорной и эмоциональной модуляцией, связанной с ситуативным и социальным контекстами. Одно и то же поглаживание может ощущаться совершенно иначе, если исходит от возлюбленной, а не от незнакомца, или даже от возлюбленной в минуты нежности, а не в середине неразрешенного спора. В то время как наиболее сильная реакция на поглаживания наблюдается в задней части инсула, недавнее исследование показало, что первичная соматосенсорная кора также может активироваться поглаживанием и что степень активации может зависеть от социально-когнитивных факторов, таких как информация, предположительно полученная из несоматосенсорных областей мозга.

В прошлой главе мы обсудили важную роль социального контакта в развитии и укреплении доверия и сотрудничества в самых разных ситуациях между детьми и взрослыми, коллегами и любовниками. Поглаживание сообщает, что вы в безопасности. Нежно касающийся вас человек вызывает доверие, такое же, которое мы испытываем к матери, гладившей нас первой; он или она – не угроза. C-тактильная система играет решающую роль в этом взаимодействии.

Прикосновения активируют не только задний островок и соматосенсорные кортикальные слои, но также другие области мозга, объединяющие многие виды сенсорной и моторной информации. К ним относятся области коры, участвующие в социальном познании, такие как верхняя височная борозда, медиальная префронтальная кора и передняя поясная извилина. Конечно, исследования таких областей проводились на здоровых людях, поэтому эти центры социального познания, вероятно, также получали быстрые А-бета тактильные сигналы. Тем не менее, они показали значительно меньшую активность в ответ на быстрое поглаживание, чем на медленное, что согласуется с важной ролью C-тактильной системы в управлении их реакциями и, по-видимому, социальной связью.

Взрослые с расстройствами аутистического спектра сталкиваются с рядом проблем в социальном общении и пытаются различить намерения других. Они склонны испытывать отвращение к определенным формам социального взаимодействия и оценивают ласки менее положительно, чем большинство из нас. Кроме того, существует положительная корреляция между тяжестью заболевания и снижением воспринимаемой заботы: пациенты с наиболее тяжелым аутизмом дали самые низкие оценки поглаживаний из всех. По результатам сканирования мозга таких пациентов, наблюдалась наименьшая активация определенных центров социального познания (медиальной префронтальной коры головного мозга и верхней височной борозды) при поглаживании рук с оптимальной скоростью.

Это исследование, хотя и провокационное, и интересное, оставляет много неразрешенных вопросов. Где на самом деле происходит сбой сенсорной обработки поглаживаний? C-тактильные волокна людей с тяжелым аутизмом кодируют поглаживания нормально или же существует дефект в функционировании кожи и чувствительных нервов? И, пожалуй, самое главное: в чем его причина? Сбой в ощущениях мешает аутичным людям воспринимать и совершать прикосновения? И не мешает ли он различать социальные намерения других? Напомним, что пациенты с синдромом Норрботтена, у которых нет C-тактильных волокон, кажутся когнитивно-нормальными и не имеют признаков аутизма (хотя этот конкретный вопрос не был тщательно изучен). Люди с аутизмом, ведя менее социальную жизнь по причинам, не связанным с прикосновениями, могут не иметь такого опыта в раннем возрасте.

То, что мы можем ощущать прикосновения актеров с экрана, как если бы чувствовали их нашей собственной кожей, – результат нейронной информации, получаемой задним островком, основным корковым центром, активируемым поглаживаниями, и важным узлом в эмоциональном восприятии мозга. В дополнение к C-тактильным волокнам, задний островок также получает тщательно обработанную визуальную информацию.

Удивительно, что наблюдение тактильного взаимодействия, показанного в кино, активирует задний островок человека таким же образом, как если бы он получал ласки в реальности. Еще более поразительно, что задний островок наиболее сильно реагирует на фильм, показывающим оптимальную скорость ласк, в отличие от более быстрой или более медленной стимуляции, и самому зрителю приятнее наблюдать такие визуальные фрагменты.

Пациенты с синдромом Норрботтена с отсутствующими C-тактильными волокнами оценили видео с поглаживаниями как менее приятное, нежели участники контрольной группы, и почти не реагировали на скорость поглаживаний. В целом как нормальные субъекты, так и пациенты Норрботтена оценивали видео с поглаживаниями таким образом, как это было закреплено в их собственном тактильном опыте.

Мы, люди, крайне восприимчивы к эмоциональному прикосновению не только в нашем собственном тактильном опыте, но и при наблюдении за другими. Это важная особенность познания, помогающая отслеживать изменения нашего положения в той или иной социальной группе.

Глава 4. Перец чили, свежая мята и летучие мыши-вампиры

Отправимся в путешествие. Вот план: вы получите рюкзак с двумя пакетами, некоторые будут наполнены свежими листьями мяты, а другие – острым перцем хабанеро. Вы также получите планшет, карандаш, запасную пару носков и билет в кругосветный рейс. Ваша задача: путешествовать по всему миру и посещать самые разные места, от больших городов до самых отдаленных уголков джунглей. В каждом месте вы будете находить самых разных людей – молодых и старых, богатых и бедных, а затем втирать им в кожу измельченные листья мяты или нарезанный кубиками перец чили, просить их поделиться ощущениями и записать свои ответы. Можно экспериментировать – попробуйте наносить образцы как на гладкую кожу губ, так и на волосистую кожу предплечья. Но эти вещества не должны касаться языка, чтобы можно было честно различить их воздействие.

В Балтиморе вы обнаружите, что люди описывают тактильное ощущение от хабанеро как «жгучее», а от мяты – «прохладное». Это привычные ассоциации. В реальности, если измерить термометром фактическую температуру мяты или перца чили, мы обнаружим, что они не горячие или прохладные в прямом смысле слова. И балтиморцы (как и многие другие) часто используют эти слова в переносном смысле, например, слово «горячий» может быть синонимом «сексуального». Использование слова «круто» как синонима «стильно» и «жарко» как «сексуально» – это метафоры, характерные для определенного времени и места.

Люди во времена Шекспира, похоже, не использовали ни одну из этих языковых конструкций. Являются ли «горячий перцовый» или «холодный мятный» лишь локальными, контекстными метафорами или отражают более глубокую биологическую реальность? Если они обусловлены конкретными культурными особенностями, можно ожидать, что в вашем кругосветном путешествии найдутся сообщества людей, которые не описывают тактильные ощущения от перца чили или мяты таким образом.

Однако если бы ваш опрос обнаружил широкую популярность этих выражений, станет ли это доказательством того, что горячий перец чили и холодная мята являются биологически обусловленными метафорами? Не совсем. Предположим, что в течение многих лет идея о горячем перце чили и прохладной мяте возникла в одном месте и распространилась по всему миру благодаря культурным контактам.

В то время как различные виды мяты растут повсеместно, перец чили возник в Южной Америке и до европейской колонизации доставлялся только в Центральную Америку и Карибский бассейн. Он не был известен в Европе, Африке или Азии до того, как Колумб вернулся из Нового Света. Но уже вскоре перец и мята были вывезены европейскими державами, особенно Испанией и Португалией, в другие их колонии. Сейчас это трудно представить, но в кухне таких стран, как Индия и Таиланд, не было представления об огненном перце чили вплоть до XVI века. В настоящее же время на Земле вряд ли остались места, где он неизвестен. Чтобы надежно подтвердить эту теорию, понадобится машина времени, которая перенесет вас, скажем, в Таиланд XV века.

Насколько известно, подобное этнографическое исследование (не говоря уж о путешествии во времени) еще не был осуществлен, но с биологической точки зрения мы можем предсказать его результаты. Учитывая наши знания о биологии осязания мы прогнозируем, что почти любой человек в мире назовет перец чили горячим, а мяту – прохладной, даже если он или она впервые испытали эти тактильные ощущения и никогда не слышали их описания от других. Похоже, что метафоры «прохладная мята» и «жгучий перец» биологически знакомы нам с рождения.

Основное действующее вещество мяты – ментол, а его эквивалентом в перце чили является химическое вещество капсаицин. Менее острые сорта перца чили, такие как анахайм, содержат низкую концентрацию капсаицина, в то время как очень жгучие, к примеру перец Бхут Джолокиа, могут производить примерно в тысячу раз больше этого химического вещества. Так почему же мы биологически предрасположены воспринимать ментол как прохладный, а капсаицин как горячий?

Одна из теорий гласит, что в коже есть определенный вид нервных окончаний, которые чувствуют холод, и другой вид, реагирующий на ментол. Сигналы, передаваемые этими различными волокнами, сходятся в мозге: мята и охлаждение могут ощущаться одновременно, поскольку активируют одну и ту же область мозга, предназначенную для ощущения холода. Аналогичным образом отдельные восприимчивые к теплу и капсаицину нервные волокна направляют свои импульсы в чувствительную к теплу область мозга.

Эта гипотеза основывается на конвергенции сигналов в соматосенсорной коре, и, хотя она разумна и привлекательна, на самом деле абсолютно неверна. Откуда нам это известно?

Во-первых, мы можем регистрировать импульсы от отдельных чувствительных нервных волокон в руке, которые отзываются как на тепло и капсаицин, так и на другие отдельные нервные волокна, реагирующие и на ментол, и на охлаждение. Они показывают, что температурные и химические сигналы присутствуют в нейронах, иннервирующих кожу задолго до того, как любые сигналы достигнут мозга.

Во-вторых, у нас есть молекулярные доказательства. В эпидермальном слое кожи имеются свободные нервные окончания, содержащие датчики на внешней мембране, которые называются TRPV1. Эта молекула белка реагирует как на тепло, так и на капсаицин, открывая ионный канал – пору, позволяющую положительным ионам течь внутрь, тем самым вызывая срабатывание сенсорного нейрона. Также существуют свободные нервные окончания, содержащие другой датчик, – TRPM8, который отзывается как на ментол, так и на охлаждение. Ответ на нашу загадку заключается в том, что метафора рождается не в культуре или даже в области мозга. Она закодирована в сенсорных молекулах нервных окончаний кожи.

Как развивалась эта молекулярная метафора? Как термодатчики, такие как TRPV1 и TRPM8, стали чувствительными к элементам растительных продуктов: капсаицину и ментолу? Мы не можем знать наверняка последовательность эволюционных событий, породивших эти двухфункциональные датчики. Наилучшим предположением является то, что TRPV1 и TRPM8 эволюционировали у некоторых животных в качестве датчиков температуры и что некоторые растения позднее разработали соединения, которые активировали бы их, чтобы сдерживать хищников. Таким образом, растения, продуцирующие ментол и капсаицин, будут обладать преимуществами выживания и размножения и станут более распространенными в популяции этого вида. В этом сценарии именно эволюция растений, а не животных, изначально определяет свойства сенсоров.

Дэвид Джулиус и его коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Франциско изучили молекулярные свойства TRPV1 и TRPM8. Они использовали генетические манипуляции, чтобы заставить клетки почек или яйца лягушек, выращенные в пробирке, производить большое количество TRPV1 или TRPM8 во время записи показаний датчиков клеточной мембраны, которые стимулируются электрическими импульсами. Исследования показали, что особенности этих молекул объясняют аспекты нашего повседневного тактильного опыта.

К примеру, масло эвкалиптового дерева содержит вещество, называемое эвкалиптолом, которое, подобно ментолу, может активировать TRPM8, вызывая ощущение прохлады. Вот почему экстракт эвкалипта часто используется в успокаивающих кремах для кожи, жидкостях для полоскания рта и горла.

Функция TRP также может повлиять на пляжный отдых. Если вы слишком долго находитесь на солнце, то возникший солнечный ожог приведет в движение каскад воспалительных процессов в вашей коже, включая выработку соединений, называемых простаноиды и брадикинины. Эти химические вещества понижают температурный порог активации TRPV1 с 43 °C до 30 °C. В результате, когда вы вернетесь домой с пляжа и пойдете в душ, чтобы смыть оставшийся песок и солнцезащитный крем, температура воды, которую вы обычно выбираете, будет казаться слишком высокой.

Другой пример – кормушки для птиц. В то время как у млекопитающих есть стандартная форма TRPV1, активируемая как капсаицином, так и теплом, птицы совершенно равнодушны к капсаицину, так как вообще не могут его обнаружить. Орнитологи часто засыпают семена в кормушках семенами перца чили, чтобы белки не воровали птичью еду. Интересно, что птицы и ростки перца находятся в симбиозе. Когда млекопитающие едят перец, они обычно разрушают семена своими зубами. Птицы же не имеют зубов и поэтому пропускают большую часть семян через пищеварительную систему без повреждений. Испражняясь, они распространяют жизнеспособные семена в новые места. Это беспроигрышная ситуация и для птиц, и для растений.

Через несколько лет после открытия TRPV1 ученые использовали методы генной инженерии для выведения мышей, лишенных этого белка, и измерили их реакцию на капсаицин и тепло. Было установлено, что у этих мутантных мышей полностью отсутствуют поведенческие и электрические реакции на капсаицин. Тем не менее, их реакции на тепло были снижены, но не пропали полностью. Например, когда их хвосты помещали в горячую воду (50 °C), они в конечном итоге убирали их, но это занимало в четыре раза больше времени, чем у нормальных мышей. Эти результаты показывают, что помимо TRPV1 должны существовать и другие тепловые датчики.

Семейство каналов TRPV было связано с диапазоном чувствительности к теплу: TRPV4 и TRPV3 в клетках почек реагировали на теплые температуры ниже диапазона TRPV1, а TRPV2, наоборот, откликался на экстремальную жару (>52 °C), что значительно выше порога для TRPV1. Таким образом, последовательная активация каналов TRPV с различными пороговыми значениями обнаруживает реальный диапазон температур кожи, от прохладной до теплой, от жаркой до мучительно горячей. TRPV3 и TRPV4 были также найдены в кератиноцитах – основном типе клеток эпидермиса, где заканчиваются свободные нервные окончания. Это говорит о том, что соседние клетки кожи могут помочь свободным нервным окончаниям обнаружить повышение температуры. Также выяснилось, что TRPV3, один из детекторов тепла, активируется соединениями из широкого спектра специй, включая камфару, мускатный орех, корицу, орегано, гвоздику, корицу и лавровый лист, некоторые из которых связаны с восприятием тепла.

Прогноз ясен: TRPV4 и TRPV3 обнаруживают слабое тепло, а TRPV2 – экстремальное. Взятые вместе, эти три дополнительных датчика TRPV должны учитывать остаточное восприятие тепла, когда ген TRPV1 удален или белок TRPV1 блокируется лекарством. Удивительно, но лабораторные мыши, которым не хватает TRPV3, TRPV4 или TRPV2, по отдельности или вместе, не испытывают дефицита в восприятии тепла. Этот результат убедительно свидетельствует о том, что в коже есть еще больше детекторов тепла, которые нам еще предстоит идентифицировать, и что это могут быть молекулы не из семейства генов TRPV.

Аналогичная неясная ситуация и в восприятии охлаждения. Подопытные мыши с отсутствующим геном TRPM8 показали полную потерю реакции на ментол и эвкалипт, нанесенные им на кожу, и некоторое снижение реакции на легкое охлаждение. В частности, их реакции на небольшое охлаждение (ниже 25 °C) были значительно снижены, но их реакции на сильный холод (менее 14 °C) оказались нормальными. Этот результат указывает, что должны быть дополнительные молекулярные датчики для холода, особенно сильного холода, которые остаются неоткрытыми.

При нанесении на кожу мяты чувствуется прохлада, а перца чили – тепло или даже жжение, но каково ощущение от хрена или его японского брата – васаби? Это не совсем ощущение жара, но скорее напоминает теплое жжение. Васаби, хрен и желтая горчица содержат химическое вещество под названием AITC (аллилизотиоцианат), которое активирует другой сенсор семейства TRP под названием TRPA1. Еще одна активирующая TRPA1 группа соединений включает аллицин и DADS (диаллилдисульфид), содержащиеся в чесноке и луке, и объясняют их влияние на кожные ощущения, в том числе слезотечение, вызванное активацией TRPA1 в роговице глаза (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1. 3D-изображение ионного канала TRPA1, известного как васаби-рецептор. Белок встроен в клеточную мембрану и реагирует на внешние раздражители, от васаби до слезоточивого газа. Кроме того, он участвует в проведении болевого сигнала при воспалении и зуде

Рецептор активируется разнообразными острыми соединениями растений, в частности васаби, хреном и желтой горчицей, а также сходными по структуре продуктами из лука и чеснока и структурно отличным соединением – олеокантолом, который содержится в оливковом масле. Интересно, что несколько различных семейств растений, в частности семейство васаби / хрен / горчица и семейство лук / чеснок / лук-порей / шалот независимо друг от друга создали химические вещества для активации TRPA1, предположительно в целях защиты от поедания их животными, хотя эти соединения также обладают антимикробными свойствами.

В течение многих лет шеф-повара знали, что едкие химические вещества в чесноке и луке, вызывающие раздражение кожи и глаз, высвобождаются, когда луковица порезана или раздавлена. Если луковица не повреждена, фермент, вырабатывающий аллицин и родственные вяжущие соединения, задерживается в специальных отделах внутри растительных клеток и не может воздействовать на его субстрат. Аллицин также частично разрушается из-за высоких температур приготовления. Это означает, что приготовление неповрежденной луковой или чесночной головки даст меньшую концентрацию активирующих TRPA1 вяжущих соединений, и как результат: при незначительном раздражении кожи и глаз вы получите вкусную закуску.

Желтодревесник (Зантоксилум) известен как «дерево щекотки, или зубной боли», потому что его сок и ягоды вызывают онемение и покалывание при попадании внутрь. Действительно, ягоды зантоксилума, «сычуаньские перцы», ценятся за ощущение покалывания, которое они добавляют в пряные блюда из этого региона Китая. Эти покалывания предполагают взаимодействие с сенсорными нейронами. Как в Восточной Азии, так и в Северной Америке препараты из желтодревесника используются в народной медицине в качестве обезболивающего. Активным ингредиентом зантоксилума является химическое вещество под названием гидроксил-альфа-санскул.

Учитывая то, что мы узнали о действии других растительных соединений на сенсорные нейроны, иннервирующих кожу, можно предположить, что гидроксил-альфа-санскул активирует некоторый тип канала TRP в этих клетках. Однако это не тот случай. Гидроксил-альфа-санскул с помощью нового механизма возбуждает сенсорные нейроны, блокируя ионный канал под названием двухпоровый калиевый канал. Каналы этого типа обычно допускают медленную утечку положительных ионов из нейрона, поэтому, когда он блокируется, положительный заряд быстро накапливается внутри клетки, вызывая в ней импульсы и отправляя сигналы в мозг. Нейроны, которые активируются препаратами зантоксилума, включают С-тактильные волокна, передающие легкое приятное прикосновение – датчики ласки; и волокна Мейснера, передающие вибрацию на умеренных частотах. Но пока доподлинно неизвестно, почему их активация вызывает ощущение покалывания.

Летучие мыши-вампиры удивительны, и не только из-за их причудливых образов в фильмах ужасов. Мы познакомились с этим видом ранее, изучая их социальное взаимодействие и совместные трапезы, но теперь давайте рассмотрим их тактильные специализации для кормления. Летучие мыши-вампиры занимают уникальную экологическую нишу – они единственные известные млекопитающие, у которых весь запас пищи состоит из крови теплокровных животных (других млекопитающих и птиц). Некоторые виды летучих мышей питаются насекомыми или фруктами, но летучие мыши-вампиры могут проглотить только жидкость, а без нее умрут с голоду.

Летучие мыши-вампиры отправляются в полет, чтобы найти добычу и обычно садятся на спину или на гребни шеи. Затем они приступают к поиску подходящего места, чтобы сделать аккуратный укус и извлечь около двух чайных ложек крови. Они ищут место, которое не обременено слишком большим количеством волос или меха и где кровеносные сосуды проходят близко к поверхности кожи. Для поиска спрятанных кровеносных сосудов очень важна способность обнаруживать тепло на расстоянии. Людвиг Кюртен и Уве Шмидт из Университета Бонна изучили летучих мышей-вампиров в лаборатории и показали, что они способны обнаружить инфракрасное излучение, испускаемое кожей человека на расстоянии около 15 см.

У большинства видов летучих мышей лицевая структура способствует эхолокации, но только у летучих мышей-вампиров есть набор из трех носовых ямок, окружающих нос. Кожа этих ямок тонкая, безволосая и лишена желез, что делает ее идеальным местом для размещения инфракрасных датчиков. Ямки также отделены от окружающих частей мордочки слоем плотной соединительной ткани, служащей теплоизолятором. В результате температура носовых ямок составляет около 30 °C, что значительно ниже температуры окружающей кожи (37 °C). Это позволяет датчикам тепла в носовых ямках различать жар добычи и тепло собственной мордочки.

Так какой датчик использует летучая мышь-вампир для обнаружения инфракрасного излучения? Мы уже знаем, что TRPV1 у людей и мышей может регистрировать температуры выше 42 °C, но очевидно, что этого недостаточно. Чтобы найти инфракрасный датчик у летучих мышей-вампиров, Дэвид Джулиус, Елена Грачева и их коллеги провели хитрый эксперимент. Они собрали летучих мышей-вампиров и фруктовых летучих мышей, которые не чувствуют инфракрасного излучения. Затем они тщательно проанализировали скопления тел нейрональных клеток, которые иннервируют мордочку (тройничный ганглион), и проанализировали их экспрессию гена TRPV1. Они обнаружили, что на самом деле есть две различные формы TRPV1, представленные в сенсорных нейронах тройничного ганглия: длинная форма с тепловым порогом 43 °C и короткая форма, которая активируется при гораздо более низкой температуре, около 30 °C, чуть выше нормальной температуры носовых ямок. У фруктовых летучих мышей есть только длинная форма в тройничных ганглиях, в то время как летучие мыши-вампиры обладают обеими формами примерно в равной степени.

Летучая мышь-вампир обладает сверхчувствительной формой TRPV1, позволяющей обнаруживать инфракрасное излучение для кормления. Но что это значит для остальных частей ее тела? В конце концов, летучая мышь-вампир должна обнаруживать тепло и в других точках. Исследования ганглиев дорсальных корешков, скоплений нейронов, иннервирующих другие области, показали только сверхчувствительную короткую форму TRPV1. Это объясняет, почему летучие мыши-вампиры поддерживают нормальную термочувствительность в других областях тела, которые не используются для нахождения кровяного рациона.

Вы когда-нибудь задавались вопросом: если гремучей змее завязать глаза, сможет ли она точно поразить свою жертву? Благодаря группе бесстрашных исследователей во главе с Питером Хартлином из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне мы теперь знаем ответ. Эти ученые осторожно завязали глаза подопытным гремучим змеям и поместили их на постамент в центре круглого корпуса. Затем они заставили их атаковать источник тепла, имитировавший движения живого существа прямо перед ними. Даже когда оба глаза были полностью закрыты, змея смогла нанести точный удар в пределах пяти градусов от цели.

Как гремучей змее это удается? Дело не в обонянии: змеи атакуют теплый предмет без запаха или заключенный в щит, блокирующий запах. Однако, если вы поместите теплый предмет за специальную стеклянную панель, которая блокирует инфракрасное излучение, змея больше не сможет нанести точный удар. Подобно летучим мышам-вампирам, гремучие змеи чувствуют инфракрасное излучение, излучаемое теплыми предметами. Более того, они способны обнаружить цель на максимальном расстоянии около 99 см по сравнению с 15 для летучих мышей-вампиров.

Структура, обеспечивающая чувствительность гремучей змеи к инфракрасному излучению, представляет собой ямочный орган – небольшую полость, расположенную между глазом и ноздрей. Если органы ямок с каждой стороны закрыты или повреждены, то гремучие змеи больше не смогут наносить точный удар, находясь в темноте. Гремучие змеи – не единственный тип змей с такой ямкой, обнаруживающей инфракрасное излучение. Существует целая группа пресмыкающихся под названием ямкоголовые гадюки (подсемейство Crotalinae), которая включает мокасиновых змей, пикоголовых змей и бушмастеров в Америке, храмовых гадюк в Азии.

Рисунок 4.2. Гремучая змея может обнаруживать инфракрасное излучение с помощью своего ямочного органа, который содержит модифицированную чувствительную к температуре форму TRPA1. Верхняя стрелка указывает на ноздрю, нижние – на ямочный орган

Ямка похожа на примитивную камеру-обскуру. Спереди имеется небольшое отверстие, а сзади – тонкая, чувствительная к инфракрасному излучению мембрана, растянутая таким образом, чтобы с обеих сторон было воздушное пространство (рисунок 4.2).

Змея может обнаружить расплывчатый контур теплого кролика в инфракрасном диапазоне, даже если он спрятан в кустах (или на улице темно). Инфракрасное змеиное зрение можно использовать для обнаружения не только теплых объектов на более холодном фоне, но и прохладных объектов на более теплом фоне, например лягушки, выпрыгивающей из пруда на нагретую солнцем траву.

Можно предположить, что молекулярный датчик, обнаруживающий инфракрасное излучение в ямочном органе гремучей змеи, является той же сверхчувствительной формой TRPV1, которую используют летучие мыши-вампиры. Когда Дэвид Джулиус и его коллеги исследовали ганглии тройничного нерва, где находятся сенсорные нейроны, иннервирующие орган ямки, они обнаружили, что рецепторов TRPV1 там гораздо меньше, чем можно было бы ожидать для инфракрасного датчика ямочного органа. Однако они неожиданно обнаружили, что рецептор васаби, TRPA1, в тройничном ганглии змеи в четыреста раз больше. Это было странное открытие, так как TRPA1 млекопитающих вообще не активируется под воздействием тепла. Гремучие змеи, у которых нет лицевых органов, реагирующих на инфракрасное излучение, имеют слабо чувствительную к теплу форму TRPA1. Мы считали TRPA1 датчиком васаби только потому, что первым делом нам довелось изучать TRPA1 у млекопитающих. В другом случае мы бы сказали, что TRPA1 – это датчик температуры, который также может быть активирован васаби и чесноком.

Удавы и питоны принадлежат к семейству змей примерно на 30 млн лет старше ямкоголовых гадюк. У них также есть инфракрасно-зондирующие ямки, обычно по 13 штук с каждой стороны, расположенные в два ряда, один над, а другой под ртом. Отверстия этих ямок не сужены, и поэтому они не функционируют как камеры-обскуры. Скорее, у каждой ямки есть особое поле зрения, ограниченное ее положением на морде змеи. Из поведенческих тестов мы знаем, что питоны и удавы не так чувствительны к инфракрасному излучению, как гремучие змеи, поэтому неудивительно было обнаружить, что TRPA1 у питонов был менее чувствителен к теплу, чем у гремучих змей, но более чувствителен, чем TRPA1 у крысиных змей.

Сравнивая последовательности генов TRPA1 у людей, питонов и гремучих змей, можно заметить, что модификация TRPA1 для придания ему чувствительности к теплу развивалась в змеином роду дважды: один раз у древних удавов и питонов, а затем снова у более молодых ямкоголовых гадюк. Иногда процесс случайной мутации и естественного отбора приводит к молекулярному и структурному решению проблемы, к примеру, инфракрасного зондирования, у разных организмов, с разницей в миллионы лет. Это замечательный процесс конвергентной эволюции.

Не все существа используют свои инфракрасные детекторы, чтобы найти добычу. Например, большинство животных убегают или улетают от лесных пожаров, но огненные жуки Северной Америки (меланофилы), напротив, устремляются к ним. Их побуждает отнюдь не стремление к самосожжению. Жуки прибывают на место пожара как раз в тот момент, когда пламя стихает, а затем совокупляются в комфортном теплом пепле. Затем самка откладывает яйца под обугленную кору недавно сожженных деревьев. Личинки огненного жука вылупятся следующим летом и начнут питаться обугленной древесиной. У живого дерева есть химическая защита, делающая его несъедобным для личинок.

В некоторых случаях огненных жуков манили и другие горячие места, включая фабрики и даже футбольные матчи на стадионе, где многие зрители курили. Возможно, наиболее впечатляющее нашествие такого рода произошло в центральной Калифорнии в августе 1925 года. Когда огромный пожар поглотил нефтяной резервуар возле города Коалинги, к нему начали слетаться огромные количества огненных жуков. Газеты того времени подсчитали, что миллионы огненных жуков прилетели на Коалингу и оставались там в течение нескольких дней после тушения пожара.

Поскольку Коалинга расположена в засушливой долине, можно предположить, что жуки прилетели из западных предгорьев Сьерра-Невада, примерно в 80 милях от города. У жуков-меланофилов есть по одной ямке для обнаружения инфракрасного излучения на каждой стороне живота. Много лет спустя Хельмут Шмитц и Герберт Бузак из Боннского университета оценили количество инфракрасного излучения, которое могло бы поступить на эти датчики с расстояния около 130 км. Они обнаружили, что его присутствие не просто заметить в постоянном тепловом шуме, производимом телом огненного жука. Нервная система насекомого выполняет сложную задачу по извлечению этого слабого сигнала, который запускает миграционное поведение. На сегодняшний день мы точно не знаем, используют ли огненные жуки инфракрасные датчики, к примеру, TRPV1, или летучие мыши-вампиры свои TRPA1, или совершенно иной механизм – возможно, даже не из группы TRP.

Если ввести слово «рай» в поиске картинок браузера, экран заполнится сотнями изображений тропических пляжей. Чем это объясняется? Частично, по крайней мере, для людей, живущих в богатых обществах, – ассоциациями с размеренным отдыхом. Но почему тогда поисковый запрос «рай» не вызывает картины других популярных мест отдыха, таких как горнолыжный курорт или Диснейленд? Причина в погоде: рай – это место, где нашим телам не приходится работать очень усердно, чтобы поддерживать внутреннюю температуру примерно на уровне 36 °C.

Мы, люди и другие гомеотермические животные (млекопитающие и птицы), с трудом переносим отклонения нашей внутренней температуры более чем на несколько градусов. Если жарко, мы потеем, пьем холодные напитки или прыгаем в бассейн, чтобы охладиться. Если же нам холодно, мы дрожим и надеваем свитер. Эти гомеостатические рефлексы и поведение требуют, чтобы мы постоянно контролировали внутреннюю температуру и температуру внешнего мира, ощущаемую через кожу. Нам нужно знать, когда кожа холодная или горячая, чтобы требовать физиологической реакции для поддержания внутренней температуры в узком диапазоне. Пороги человеческого TRPM8 и TRPV1 хорошо откалиброваны для этой задачи: TRPM8 активируется при температуре ниже 25 °C, а TRPV1 активируется при температуре выше 43 °C.

Если пороги активации TRPM8 и TRPV1 в самом деле предназначены для поддержания комфортной температуры, мы можем ожидать, что эти пороги в активной зоне будут отличными у животных. Действительно, когда ДНК, кодирующая TRPM8 у курицы, крысы и лягушки (когтистая лягушка Xenopus laevis), использовалась для искусственной экспрессии каналов TRPM8, было показано, что куриный TRPM8 был настроен на более теплый порог активации: около 30 °C, соответствующий защите его внутренней температуры 42 °C. Лягушка нуждается только в распознании сильного холода и имеет встроенный «охладитель» TRPM8, активируемый при температуре ниже 19 °C (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3. Порог реакции TRPM8 на охлаждение коррелирует с температурой тела. Эти кривые температурного отклика были получены посредством искусственной экспрессии TRPM8 от лягушки, крысы и курицы

Пороги чувствительности к теплу также, кажется, устанавливаются температурой активной зоны. Например, человеческий TRPV1 просыпается при температуре выше 43 °C, но у рыбы-зебры этот показатель равен 33 °C. Как итог: пороги для обнаружения горячего и холодного у разных животных не случайны. Видимо, они имеют смысл с точки зрения регулирования температуры, которой необходимо достичь каждому животному, чтобы нормально функционировать физиологически.

Чем объясняются крайности в индивидуальных предпочтениях температуры у людей? Мы знаем, что люди с более тонким слоем жира в организме предпочитают теплую среду, что имеет смысл с точки зрения регулирования температуры внутри тела. Мы также знаем, что физически активные люди производят больше тепла за счет мышечного сокращения и потому предпочитают более низкие температуры. Частично это объясняет, почему маленькие дети и подростки часто не хотят надевать пальто. Существует также ежедневное циклическое изменение температуры тела и, следовательно, предпочтение внешней температуры. Но существуют ли реальные различия в чувствительных к температуре молекулах или устройстве кожи и мозга, которые могли бы объяснить некоторые из этих индивидуальных изменений?

Мы знаем, что разные виды животных могут иметь варианты TRPV1 и TRPM8, которые настроены на разные температуры. Для крыс и людей существуют препараты, блокирующие TRPV1 вызывающие гипертермию, повышение температуры тела. Лекарства, которые активируют TRPM8, могут делать то же самое. Существует также редкая рецессивная мутация у людей, называемая WNK1 / HSN2. Две копии этого мутантного гена вызывают серьезную дегенерацию сенсорных нейронов, но единственные копии носителей мутации не затрагиваются.

Тем не менее, тщательное измерение порогов обнаружения тепла и холода показало, что у носителей WNK1 / HSN2 тепловой порог немного смещен в холодную сторону, а их холодный порог наоборот – в более теплую, чем у людей сходного возраста и пола. Кажется, что генетические изменения в человеческом TRPV1 или TRPM8 могут составлять часть индивидуальных температурных предпочтений, но это пока не доказано.

Глава 5. Боль и эмоции

В свой четырнадцатый день рождения, стремясь произвести впечатление на друзей, мальчик спрыгнул с крыши дома в Лахоре (Пакистан). При приземлении он поднялся с земли и сказал, что в порядке, но умер на следующий день от сильного внутреннего кровотечения. Несмотря на серьезные травмы, он не жаловался на боль, поэтому семья не обратилась к врачу. Неудивительно: это был не обычный мальчик. Его хорошо знали как уличного артиста, который вставлял ножи в руки и танцевал на горящих углях. Говорят, он совсем не чувствовал боли.

Хотя мальчик умер до того, как его могли тщательно обследовать, последующие изыскания Джеффри Вудса, генетика в больнице Адденбрука в Кембридже, Англия, выявили шесть дополнительных случаев, когда способность чувствовать боль полностью отсутствовала с рождения. Все эти люди были детьми из семей клана Куреши Бердари в сельских районах северного Пакистана, но поскольку эта особенность является результатом редкой и случайной генетической мутации, подобное может произойти в любой точке мира.

Пакистанские семьи, которые изучал Вудс, эмигрировали в Англию и иногда практиковали заключение браков между двоюродными братьями и сестрами. Ни один из шести детей в жизни не испытывал боли: ни на коже, ни в мышцах, ни в костях или внутренних органах. Они редко плакали в младенчестве. Не то чтобы они не ощущали боль, но были к ней безразличны. Неврологические осмотры показали, что у детей было нормальное сенсорное восприятие мелких механических раздражителей (вибрация, давление, текстура), легкого тепла и охлаждения (но не болезненных перепадов температуры), щекотки и ласки. Ударив себя случайно по большому пальцу молотком, они чувствуют давление удара, но не испытывают боли от него.

У обследованных детей были здоровые рефлексы, кишечник и мочевой пузырь работали нормально, не наблюдалось никаких явных нарушений познания, настроения или социального взаимодействия. Когда их попросили описать значение слова «боль», ни один не смог дать правильный ответ, хотя старшие знали, какие действия могут вызвать боль у других, и могли убедительно ее имитировать. Важно отметить, что потеря чувства физической боли не уменьшила способность этих детей испытывать боль эмоционально – их чувства могли быть задеты. Также не подлежала сомнению их способность сочувствовать боль других людей.

На первый взгляд кажется, что жизнь без боли прекрасна, но это вовсе не так. Боль возникает в ответ на раздражители, повреждающие ткани. Без нее мы не научимся уклоняться от острых лезвий, кипящих жидкостей или вредных химикатов. Люди с врожденной нечувствительностью к боли постоянно травмируются. Они кусают собственные языки, ломают кости, изнашивают суставы и режут роговицы, неосознанно втирая песок в глаза. Многие не доживают до подросткового возраста.

Для большинства таких людей смерть часто становится результатом банального повреждения: убить могут плохо подогнанная обувь, повреждающая ноги, горячая пища, обжигающая пищевод, или даже слишком тесное нижнее белье, которое врезается в кожу живота. Бактериальная инфекция, причиненная такими травмами, является постоянной угрозой.

Результаты сканирования мозга пострадавших пакистанских детей были нормальными, также как и биопсия шовного нерва. В отличие от пациентов с синдромом Норрботтена, о которых мы говорили ранее, у этих детей было нормальное количество различных типов сенсорных волокон – от быстрых Альфа-волокон до медлительных С-волокон. Анализ их ДНК показал, что все шестеро детей имели мутации в одном и том же гене – SCN9A, отвечающем за выработку чувствительности к напряжению натриевого канала, который необходим для распространения электрических сигналов в нейронах.

Однако присутствие SCN9A почти полностью ограничено нейронами, передающими информацию о боли от кожи и внутренних органов. Другие нейроны используют разные гены натриевых каналов. Следовательно, нейроны, передающие болевые сигналы в мозг, присутствуют, но не подают сигналов. Вот почему результаты биопсии икроножного нерва у детей выглядят нормальными, в то время как они совсем не чувствуют боли. Когда клетки почек использовались для искусственной экспрессии мутантной ДНК SCN9A у этих пациентов, функция натриевых каналов вообще не наблюдалась, только плоская линия электрического тока (рисунок 5.1). В настоящее время нет способа восстановить этот ток и, следовательно, нет эффективной терапии врожденной нечувствительности к боли.

Особые мутации в гене SCN9A, вызывающие врожденную нечувствительность к боли, относятся к типу, называемому мутациями с потерей функции: они приводят к тому, что ген не может продуцировать рабочий белок. Эти мутации наследуются рецессивным образом, поэтому для заболевания у человека должно быть две копии гена SCN9A с соответствующей мутацией, по одной от каждого родителя. Это объясняет, почему болезнь чаще встречается в семьях, практикующих близкородственные браки. Другие типы генной мутации называются мутациями усиления функции. В случае гена SCN9A мутации с усилением функции создают чувствительные к напряжению натриевые каналы с аберрантными свойствами. Человеку достаточно унаследовать только один мутантный ген усиления функции, чтобы его реакция на боль стала ужасающей.

Проблемы начинаются сразу после рождения, часто с первым испражнением: ребенок пугается, и его лицо постепенно приобретает выражение крайнего ужаса. Безутешно крича, новорожденный цепляется за взрослого. Его тело напрягается и горит, а лицо искажается гримасой. Приступы длятся пару минут и могут случаться несколько раз в день. Часто они возникают вследствие какого-нибудь простого действия, затрагивающего рот или задний проход: кормления, вытирания. Когда малыши подрастают, то сообщают о боли в области заднего прохода, челюсти или глаз, которая затем распространяется. Боль сразу же становится жгучей, колющей и рассеянной; взрослые пациенты описывают ее как самую страшную агонию, которую только можно представить. Все женщины-матери, испытавшие это страдание, сообщали, что оно намного хуже боли при родах. Большинство из них сказали, что сделали бы аборт, узнав о том, на какие муки обречен их ребенок, унаследовавший злосчастный ген.

Это состояние было названо пароксизмальным экстремальным болевым расстройством, и оно также является результатом мутации усиления функции в гене SCN9A.

Рисунок 5.1. Мутации гена SCN9A могут вызывать резкие изменения восприятия боли и гена потенциал-зависимого натриевого канала. Здесь различные версии гена SCN9A были искусственно введены в клетки почек. Гены натриевых каналов вызываются с помощью электрической цепи, чтобы быстро сдвинуть напряжение на мембране клетки с –80 милливольт до 0 милливольт, примерно имитируя то, что происходит, когда нейрон запускает электрический всплеск для передачи информации вдоль своего аксона

Нормальный SCN9A производит типичный ген натриевого канала: короткий внутренний поток положительного тока, который полностью прекращается в течение нескольких миллисекунд. SCN9A у пациента с врожденной нечувствительностью к боли несет мутацию W897X, которая делает ген полностью нефункциональным. SCN9A у пациента с пароксизмальным экстремальным болевым расстройством несет мутацию G1607R и приводит к тому, что сигнал нормально активируется, но инактивируется медленно и не полностью.

На рисунке 5.1 показан натриевый сигнал при мутации SCN9A. Когда клетка деполяризована, сигнал активируется нормально, но инактивируется медленно и не полностью. В результате чувствительные к боли нейроны превращаются в «пулеметы»: стимулы, которые могут заставить нормальные нейроны запускать один или два электрических всплеска, теперь перманентно подрывают их. Из-за этой электрической сигнализации даже безобидный стимул может вызвать приступ крайней боли. К счастью, существуют лекарства, которые могут способствовать инактивации чувствительных к напряжению натриевых каналов, в том числе полученных из гена SCN9A. У некоторых пациентов они могут вызывать полное облегчение, а у многих других – снизить частоту и тяжесть болевых приступов.

Однако даже без лечения страдающие крайним болевым синдромом и пароксизмальной болезнью обычно живут полной жизнью. Могут иметь детей, карьеру и нормальную продолжительность жизни. В некотором смысле это противоречит здравому смыслу: если бы вам пришлось выбирать между двумя мутантными формами SCN9A, одним, который сделает вас нечувствительным к боли, но почти гарантирует, что вы умрете молодым, или другим, который принесет вам случайные приступы невыносимой боли, но не повлияет на нормальную продолжительность жизни, что бы вы предпочли?

Представьте, что вы ходите по дому без обуви и бьетесь пальцами ног о тяжелый деревянный стул. Боль приходит не сразу. Сначала ощущается покалывание на тех пальцах ног, которые вы ударили, но оно быстро проходит. Затем, после некоторого перерыва, приходит вторая волна пульсирующей и рассеянной боли. Первая волна переносится в спинной мозг смесью миелиновых A-дельта-волокон среднего диаметра, передающих электрические импульсы со скоростью около 112 км в час, и миелинизированных A-бета-волокон большого диаметра со скоростью 241 км в час. Вторая волна боли передается C-волокнами малого диаметра, сообщающими сигналы гораздо медленнее, со скоростью около 3 км в час. Все участки кожи иннервируются как быстрыми, так и медленными болевыми волокнами (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2. Первичная боль наступает быстро, она хорошо локализована и играет смыслоразличительную роль; вторичная боль рассеяна, имеет эмоциональную нагрузку и большую продолжительность. Первичная боль переносится покрытыми тонкой миелиновой оболочкой волокнами А-дельта среднего диаметра и волокнами А-бета большого диаметра и в плотной миелиновой оболочке, а вторичная – С-волокнами без оболочки. Один из способов это выяснить – перевязка, сжимающая и блокирующая А-волокна, но оставляющая С-волокна свободными. Благодаря ей первичная боль не ощущается, а вторичная остается на своем месте

Разница во времени между первой и второй волнами боли наиболее заметна в точках, удаленных от мозга, таких, как пальцы ног. Для сравнения, лицевая боль также имеет быстрые и медленные компоненты, но разрыв между тем, когда они ощущаются, намного меньше, и поэтому две волны боли не так четко различимы. Это время задержки второй волны сильнее выражено у крупных животных. Для динозавра длиной в 27 метров (например, диплодока), который ударил бы хвостом по плавающему бревну, первая волна боли прибыла бы примерно через секунду, в то время как вторая волна дошла бы до мозга за целую минуту.

Начальная волна боли быстрая, точная и определяющая – она доставляет информацию о непосредственной угрозе. Представьте, что вы берете ручку горячего горшка: первая волна боли заставляет вас немедленно отдернуть руку. Вы уже размахиваете рукой в воздухе, чтобы успокоить первую боль, когда приходит вторая волна. Она начинается медленно, долго не проходит и кажется нелокализованной. Она может быть ноющей, жгучей или пульсирующей. Вторичная боль требует постоянного внимания, мотивирует поведение, которое уменьшает дальнейший ущерб и помогает выздоровлению (например, поддержка травмированной ноги во время ходьбы).

Боль – это не единое дискретное ощущение, даже когда ощущается «здесь и сейчас». Наш опыт подсказывает, что она может иметь разные качества. При описании сенсорных качеств боли люди используют такие термины, как острый, пульсирующий, вспыхивающий, жгучий, покалывающий, тупой, ноющий и тяжелый. Как возникают эти разные типы ощущений? Существует три основных категории датчика боли: механический, термический и полимодальный. Особые сенсорные качества боли возникают как из характера нейронной активности, так и из-за относительной степени активации каждого из этих трех датчиков боли, возможно, их сочетания.

В отличие от датчиков давления, вибрации, текстуры и ласки, которые имеют специализированные структуры или сложные связи с волосяными фолликулами, чувствительные к боли нейроны используют простые свободные нервные окончания. В коже эти свободные нервные окончания проникают в эпидермис. Механические датчики боли легче всего активируются при сильном давлении: если вы порежетесь ножом, или ударите ногу во время ходьбы, или защемите кожу молнией, эти рецепторы отправят сигналы в мозг. Некоторые из этих сенсорных молекул встроены в свободные концы A-дельта-волокон, поэтому информация дойдет быстро. Датчики термической боли также расположены в свободных концах другой группы A-дельта-волокон и реагируют на температуры ниже приблизительно 5 °C или выше приблизительно 46 °C. Существует также подмножество окончаний C-волокон, реагирующих на более широкий класс раздражителей: на термическое, механическое или химическое воздействие. Эти полимодальные датчики боли отвечают за вторую волну боли, и их более широкая восприимчивость к различным типам боли помогает объяснить, почему эта волна менее специфична, чем первая.

Клеточные тела A- и C-волокон, которые несут болевые сигналы, расположены в ганглиях дорсального корешка и входят в спинной мозг в области, называемой дорсальным рогом. Это похоже на анатомию чувствительных нервов для осязания и ласки пальцами, как обсуждалось в прошлых главах. Волокна боли Cи A-дельта создают возбуждающие связи с нейронами, расположенными в дорсальном роге. Есть несколько слоев в дорсальном роге, содержащих нейроны, которые получают различные типы сенсорной информации, в том числе проприоцепцию (переносится сверхбыстрыми волокнами А-альфа), легкие механические ощущения (переносят быстрые волокна А-бета), ласку (переносится другой группой медленных C-волокон) и боль.

Для наших целей нет необходимости изучать детальную анатомию этих слоев. Однако следует помнить о важном общем принципе: разные потоки различных типов сенсорных раздражителей (боль, легкое прикосновение, ласка и т. д.), как правило, по отдельности проходят через спинной мозг к головному, но при этом наблюдается заметное смешение сигналов.

Например, тип нейрона в спинном роге позвоночника под названием нейрон широкого динамического диапазона объединяет информацию о боли и легком прикосновении. Это смешение боли с сигналами не-боли в спинном мозге может объяснить, почему такое действие, как потирание разбитого локтя, может временно притупить страдание от этой травмы.

Интеграция нейронов широкого динамического диапазона и различных типов болевых сигналов может иногда приводить к сенсорным иллюзиям. Например, некоторые нейроны широкого динамического диапазона в спинном роге позвоночника получают информацию о боли как от внутренних органов, так и от кожи. Страдающие стенокардией (недостаточным притоком крови к сердечной мышце) часто испытывают ощущение боли, идущее будто от левой руки, даже если эта конечность не повреждена. Эта «приведенная боль» подтверждает, что мы не всегда можем точно расшифровать сенсорный мир. В этом случае электрическая схема спинного мозга построена таким образом, что это создает путаницу. Возникает вопрос: есть ли преимущество в том, что болевые сигналы сходятся и создают двусмысленность? Краткий ответ: мы не знаем.

Нет единой области мозга, которая отвечает за регистрацию боли. Скорее, восприятие боли распределяется по группе областей мозга, каждая из отвечает за свой аспект. Существует по крайней мере пять различных нервных путей, которые несут информацию о боли от нейронов спинного рога позвоночника, но мы сфокусируемся только на трех из них.

Спиногипоталамический путь активирует гипоталамус, структуру в основании головного мозга, чтобы произвести быстрые подсознательные, вызванные болью изменения частоты сердечных сокращений и температуры тела: дыхание, сокращение основных мышц и секрецию гормонов. Волокна второго, спиноталамического пути, возникают в нейронах спинного рога позвоночника, пересекают срединную линию, поднимаются в спинном мозге, а затем образуют синапсы в таламусе. Таламические нейроны, в свою очередь, посылают волокна в первичные и вторичные соматосенсорные кортикальные слои. Если электрод помещается в спиноталамический тракт и несколько его волокон кратковременно активируются, возникает отчетливо локализованное, явно выраженное болезненное ощущение.

Выполнив сканирование мозга во время болевого стимула, ученые обнаружили, что первая волна боли сначала коррелировала с активацией спиноталамального тракта и первичного и вторичного соматосенсорных кортикальных слоев. Вторая волна боли была сильнее всего связана с активацией третьего восходящего пути (спиномезенцефальным трактом), который активирует парабрахиальное ядро в стволе головного мозга и через дальнейшие синаптические реле – инсулу, миндалину и переднюю извилистую кору.

Почему важны эти нейроанатомические детали? Дело в том, что эти цели спинномозгового тракта в головном мозге участвуют в эмоциональных и когнитивных реакциях на боль. Их активация придает боли ее характерный отрицательный эмоциональный тонус. Они также объединяют ощущение боли с другой информацией о ситуации: в безопасности ли я или под угрозой? Была ли эта боль ожидаемой или неожиданной? Каковы ее последствия?

При описании боли люди используют такие слова, как «грубая», «жестокая» и «невыносимая». Когда боль возникает, мы воспринимаем ее не как серию отдельных сенсорных и эмоциональных компонентов, а как единое неприятное чувство. Эмоциональные и сенсорные ощущения полностью смешаны. Тем не менее, при некоторых повреждениях головного мозга больные могут различить составные части боли.

Локальная травма боковой части таламуса и первичных и вторичных соматосенсорных кортикальных клеток приводит к синдрому, при котором сенсорно-дискриминационные свойства болевого стимула утрачиваются. Невероятно, но люди с таким типом повреждения могут описать неприятную эмоциональную реакцию на болевое раздражение, но совершенно не в состоянии определить качество боли (жжение по сравнению с замерзанием, резкость или рассеянность) или даже указать ее местонахождение на теле. И наоборот, повреждение задней инсулы или дорсальной передней поясной извилины, центральных узлов аффективно-эмоционального болевого контура, приводит к так называемой болевой асимблии. Пациенты с этим расстройством могут точно сообщить о качестве, интенсивности и локализации болевого стимула, но им не хватает отрицательного эмоционального отклика на боль. Поскольку болевые асимболики больше не осознают разрушительного характера боли, их отклик на раздражитель замедлен. Они чувствуют боль, но, похоже, их это не беспокоит. Болевые асимболики не мазохисты; они не наслаждаются болью и не ищут ее. Боль просто не имеет эмоционального резонанса для них, ни положительного, ни отрицательного.

Боль по своей сути эмоционально негативна, во многом так же, как оргазм эмоционально позитивен. Нормальное переживание оргазма и нормальное переживание боли означают одновременную активацию нескольких областей мозга для создания ощущения, которое мы воспринимаем как единое целое. Боль и оргазм требуют первичной и более высокой реакции соматосенсорной коры для сенсорно-дискриминирующей части и другой области для аффективно-эмоциональной части: задний островок, передняя поясная извилина и связанные области для боли; и вентральная сегментарная область и ее дофаминовые нейроны для удовольствия. Без эмоциональных компонентов боль и оргазм – довольно прохладные, рефлексивные переживания.

Солнечный ожог вызывает аллодинию – болезненное ощущение в ответ на сенсорные раздражители, которые обычно безвредны, к примеру, легкое поглаживание загорелой кожи. Аллодиния имеет много общих черт со спонтанной болью, возникающей в отсутствие какого-либо специфического стимула на теле. Существуют две ключевые особенности ощущений от аллодинии и спонтанной боли от повреждения тканей. Во-первых, эти формы постоянной боли воспринимаются обобщенно: например, ожог сделает поврежденную область более чувствительной не только к нагреву, но и к механическому раздражению. Если вы обожгли подушечку большого пальца во время приготовления пищи, а затем попытались взять карандаш, безобидное механическое раздражение также вызовет боль. Во-вторых, воспаление, возникающее в ответ на повреждение ткани (включая симптомы отека, покраснения и ощущения жара), не ограничиваясь поврежденной областью, распространится на некоторое расстояние за ее пределы. Так, небольшой ожог на подушечке большого пальца вызывает воспаление всего пальца на несколько дней; эта пострадавшая область и немного ткани за ее пределами будут испытывать аллодинию и спонтанную боль.

Воспаление и постоянная боль, связанная с ним, вызваны сложным синтезом химических импульсов, называемых воспалительным супом. Это смесь кислот, которая стимулирует и повышает чувствительность ноцицепторов и приводит к гипералгезии. Когда ткань повреждена, ее клетки высвобождают ряд соединений, называемых простаноидами, воздействующих на рецепторы, такие как TRPV1, на концах болевых волокон С-типа. Поврежденная ткань может также активировать лейкоциты, такие как тучные клетки и макрофаги, заставляя их высвобождать соединение под названием брадикинин, которое, подобно простаноидам, снижает температурный порог активации TRPV1 со 43 °C до 30 °C. Другие соединения, выделяемые из макрофагов: белки TNF-альфа и NGF, также действуют для сенсибилизации болевых волокон C-типа. Активированные тучные клетки высвобождают гистамин, расширяющий кровеносные сосуды, что приводит к нагреванию, покраснению и опуханию окружающих тканей.

Первоначально считалось, что нервные волокна были просто адресатами этих болезненных химических сигналов. В настоящее время точно установлено, что контакты чувствительных к боли C-волокон также посылают сигналы обратно в ткань в петле положительной обратной связи. Нервные окончания выделяют молекулу CGRP, способствующую расширению кровеносных сосудов и утечке плазмы. Они также вырабатывают другую молекулу, активирующую тучные клетки, – вещество P. Непрерывный ток химических сигналов между поврежденной тканью, лейкоцитами, кровеносными сосудами и ослабляющими С-волокнами – одна из причин, почему боль и воспаление сохраняются в течение нескольких дней или недель после травмы. Эти химические сигналы поступают и в соседние здоровые ткани, вызывая в них обратную связь, поэтому отек может распространяться, но только в ограниченных масштабах. Так, повреждение большого пальца может вызвать отек и боль в руке, но при отсутствии инфекции этого, вероятно, не случится.

Фрэнсис Макглоун, исследователь тактильного восприятия, любит спрашивать: «Почему существует хроническая боль, а хроническое удовольствие – нет?» Хороший вопрос. Мы убедились, что боль необходима для побуждения к поведению, минимизирующему повреждение тканей, а те, у кого отсутствует восприятие боли, редко доживают до взрослого возраста. Но бывает, боль мучает еще долго после заживления тканей, иногда всю жизнь.

Постоянная боль вызывается не только изменениями окончаний чувствительных к боли волокон. Наблюдаются также изменения в синапсах спинного мозга, где эти волокна контактируют с нейронами позвоночного канала. Когда нервные импульсы передаются к центральному терминалу чувствительных к боли C-волокон, они вызывают выброс возбуждающего глютамата-нейротрансмиттера. Глютамат рассеивается через крошечную синаптическую щель, разделяющую два нейрона, и связывается с рецепторами глютамата на нейроне позвоночного канала, что приводит к распространению болевых сигналов через спинной и головной мозг. Когда этот синапс многократно стимулируется, как в случае постоянной боли, он становится сильнее и эффективнее.

Считается, что некоторые молекулярные и клеточные изменения, кодирующие воспоминания в мозге, аналогичны тем, которые лежат в основе этой формы хронической боли, возникающей в спинном мозге. Даже если воспаление на коже или другой ткани прекратилось и способности чувствительных к боли нервных окончаний нормализовались, изменения в спинном мозге могут продолжаться месяцами или годами. В некоторых случаях хроническая боль, возникающая в спинном мозге, длится всю жизнь. Было бы чрезвычайно полезно найти способ избирательного ослабления этих синапсов, передающих боль в позвоночном канале, и сейчас в этой области проводится множество исследований.

Один из типов постоянной боли, почти не поддающийся лечению, – это фантомная боль в конечностях. После ампутации около 60 процентов пациентов испытывают чувство хронической боли в удаленной конечности. Иногда это жжение, порой – ноющая боль. Это явление чаще встречается, когда потеря конечности происходит во взрослом возрасте, и в равной степени вероятно в результате хирургической ампутации и вследствие тяжелой травмы. Первоначально фантомные боли считали следствием повреждения нервных окончаний в культе, но ни повторные операции, ни местные анестетики, введенные в область ампутации, не помогли ее устранить.

Вероятно, что по крайней мере часть фантомных болей зависит от возбуждающих синапсов нервных волокон позвоночного канала. В течение многих лет операция по ампутации проводилась исключительно под общим наркозом. В этом случае болевые сигналы от процедуры распространяются от периферии к позвоночному каналу, но блокируются на более поздних стадиях движения к мозгу. Частота возникновения фантомных болей в конечностях, по-видимому, несколько снижается, когда в дополнение к общей анестезии местные обезболивающие препараты вводят в ампутируемую область до и во время операции, предотвращая болевые сигналы от попадания в спинной мозг. Препараты, вызывающие постоянное усиление синапсов, получаемых нейронами позвоночного канала, также способствовали некоторому уменьшению частоты фантомных болей.

Когда синапсы, передающие информацию о боли в спинном мозге, постоянно усиливаются, сигналы, которые нейроны спинного мозга посылают в мозг, тоже изменяются, как и сам мозг. Это напоминает представление на карте тела пальцев рук опытных скрипачей – с годами оно непрерывно расширяется. Для пациентов с ампутацией, испытывающих фантомную боль, представление области пораженных конечностей, а также других областей на карте тела первичной соматосенсорной коры часто увеличено. Однако у пациентов с ампутированной конечностью, не страдающих от хронической боли, эти увеличения не проявляются.

13 апреля 2003 года рядовой Дуэйн Тернер, военный медик США, разгружал запасы во временном оперативном центре в тридцати милях к югу от Багдада, когда его подразделение подверглось нападению. Много месяцев спустя Тернер вспоминал тот день в интервью:

Враг бросил гранату к одной из стен, я и некоторые другие парни были прямо в середине взрыва. Я побежал к передней части машины и увидел несколько раненых. Я откинулся на спинку кресла и оценил ситуацию: рядом было много пострадавших, и я не собирался оставлять их там. Поэтому я занялся своим делом, ведь я хорошо знаю этих парней. Я знаю их, мы едим с этими парнями, мы спим рядом, и я не хотел, чтобы погиб кто-то из нашей части. Они были почти братьями для меня. На войне мы становимся одной семьей. Я знаю, что если бы мой настоящий брат был там, я бы спас его.

Тернер получил осколочные ранения от гранаты в правой ноге, бедре и животе, но это его не остановило. Он неоднократно выбегал из укрытия, чтобы вытащить своих товарищей в безопасное место, и был еще дважды ранен: одна пуля попала в его левую ногу, а другая сломала кость в правой руке. Он едва заметил, что его подстрелили.

Я видел, как летят пули, и думал, что они попадают в землю, а в меня бьют камешки из-под ног, потому что я чувствовал лишь мелкие царапины. Я действительно не понимал, что происходит, пока кто-то не сказал мне: «Док, Док, у тебя кровотечение». Я говорил: нет, это не моя кровь, а кого-то из друзей. Пытался не думать об этом, но потом подумал: может, так и есть.

Рядовой Тернер в конце концов потерял сознание от потери крови, но через несколько минут ему пришлось очнуться, чтобы помочь своим товарищам. Он и другие раненые солдаты были позже эвакуированы на вертолете. Армия, присуждая Дуэйну Тернеру Серебряную Звезду за доблесть, подсчитала, что по меньшей мере двенадцать солдат погибли бы без его помощи.

Хотя примечательно, что в пылу боя рядовой Тернер смог игнорировать боль от осколочных ран и даже не осознавать, что его подстрелили, это вовсе не уменьшает его героизм. Вообще, пренебрежение сильной болью в пылу битвы совсем не редкость. Подполковник Генри Бичер собрал статистические данные о боли у раненых солдат, которых он лечил во время вторжения союзников в Италию и Францию в годы Второй мировой войны. Он отмечал, что около 75 процентов тяжело раненных мужчин сообщили, что их боль была незначительной, и отказались от обезболивающего лекарства, когда его предлагали на поле битвы. И все же несколько дней спустя, выздоравливая в госпитале, те же самые пациенты активно сопротивлялись куда меньшей боли от забора крови. Солдаты – не сверхлюди с невероятно высоким порогом терпимости к боли. Скорее это обычные люди в критической ситуации, когда когнитивные и эмоциональные стрессоры в бою ослабляют восприятие боли.

Когнитивные и эмоциональные факторы могут притупить или усилить восприятие боли. Можем ли мы понять эту познавательную и эмоциональную модуляцию восприятия боли с точки зрения сети центров обработки боли в мозге? В целом да, но многие детали еще предстоит проработать. Удивительный факт заключается в том, что мозг контролирует полученную информацию. Он не просто принимает все данные, а затем искажает их восприятие и реакции, основанные на текущем эмоциональном или когнитивном состоянии; скорее, через эти нисходящие нервные волокна он контролирует, какая сенсорная информация будет получена из спинного мозга. Это странное и нелогичное положение вещей. Мозг, будто медиацентр, активно и подсознательно подавляет или усиливает болевую информацию время от времени. Осознание того, что во многих случаях мы имеем дело с цензурированной информацией, смущает тех, кому хотелось бы иметь доступ к нефильтрованной реальности и рациональному управлению собственными мыслями.

Итак, информация из сенсорно-дискриминационной и аффективно-эмоциональной областей мозговой сети, обрабатывающих боль, сходится в нескольких местах, включая переднюю поясную извилину, островок, префронтальную кору и миндалину. Затем эти области посылают сигналы в структуру ствола головного мозга под названием периакведуктальное серое вещество, которая, в свою очередь, возбуждает структуры, расположенные ниже в стволе головного мозга – клетки голубоватого пятна и ростровентальная медулла, отправляющие аксоны вниз к позвоночному каналу, где он и образуют синапсы, способные либо подавлять, либо усиливать передачу сигналов от периферических чувствительных к боли волокон.

В ростровентральном мозговом веществе есть внутренние клетки, увеличивающие сигнал, и другие, внешние, которые уменьшают их срабатывание в ответ на боль. Увеличение внутриклеточной активности усиливает передачу болевых сигналов в позвоночном канале и улучшает восприятие боли, в то время как увеличение внеклеточной активности имеет противоположный эффект. Именно эта схема позволяет мозгу получать или передавать информацию о поступающей боли.

Болеутоляющие свойства опийного мака и его производных, таких как морфин, были известны по меньшей мере с 3400 г. до н. э. в Шумере. Шумеры называли мак «Хул Гил» («растение радости») и экспортировали его в Ассирию и Египет, откуда он широко распространился. Эффект от морфина имитирует действие собственных морфиноподобных молекул мозга – эндорфинов и энкефалинов. Рецепторы для этих опиоидов широко распространены в организме и нервной системе, но особый тип, называемый мю-опиоидным рецептором, сконцентрирован в нисходящих болевых путях, в периакведуктальном сером, ростровентральном мозговом веществе и поверхностных слоях позвоночного канала.

Микроинъекции морфина в периакведуктальную серую область достаточно, чтобы вызвать сильную анальгезию, опосредованную возбуждением внеклеточных клеток и ингибированием внутриклеточных клеток в ростровентральном мозговом веществе. Обезболивающий эффект серой области периакведуктала настолько силен, что специальная электрическая стимуляция этой области может заменить химические анестетики во время операции.

Некоторым людям, страдающим от боли, которая плохо сбивается лекарствами, имплантировали электроды в их периакведуктальную серую область, чтобы они могли самостоятельно стимулировать свой мозг с помощью портативного устройства. Облегчение боли посредством самостимуляции периакведуктального серого вещества может блокироваться лекарственными средствами, которые влияют на мю-опиоидные рецепторы, участвуя в деятельности эндорфинов и энкефалинов в обезболивающем эффекте.

Вооружившись этим знанием о нисходящей модуляции боли, давайте вернемся к рядовому Тернеру. Очевидно, что поведение его было обусловлено вниманием. Рядовой Тернер был сосредоточен на спасении своих друзей, находясь под огнем; его мысли не были направлены на собственное тело. В лаборатории, когда испытуемые отвлекаются от болевого стимула, например, отвечая на вопросы или выполняя логическую задачу, их показатель интенсивности боли снижается. Этот связано с уменьшением активности в первичной соматосенсорной коре и островке. И наоборот, когда субъекты получают указание сосредоточиться на своей боли, их оценки ее интенсивности повышаются, отражая повышенную активность в этих же областях мозга. Важно отметить, что эмоциональная составляющая восприятия боли практически не меняется при сфокусированном внимании.

В лабораторных условиях мы можем разработать эксперименты, в которых избирательно задействуются механизмы внимания и эмоций. Однако в реальном мире их не так легко отделить. Рядовой Тернер был сосредоточен на продолжающейся перестрелке и попытках спасти однополчан, но действовал не с холодной головой. Скорее, он был полон эмоций: страха, сострадания, гордости и осознания братства с ранеными товарищами.

Негативные эмоции улучшают восприятие боли, но перцептивно и анатомически отличным способом от эффектов внимания. Отрицательные эмоции усиливают вызванную болью активность в передней части поясной извилины коры головного мозга и повышают оценки болевых неприятных ощущений, но не их интенсивность. В результате сенсорно-дискриминационный и аффективно-эмоциональный аспекты восприятия боли подвержены когнитивной и эмоциональной модуляции. А в реальном мире познавательное и эмоциональное тесно взаимосвязаны. Например, неприятное болевое ощущение, когда оно не прекращается, затрагивает префронтальную кору, область, занятую мыслями и опасениями о будущих последствиях постоянной боли: как долго это будет продолжаться? начнется ли боль снова? можно ли её контролировать или нет?.. У многих людей это создает порочный круг, петлю положительной обратной связи, в которой тревога усиливает неприятное ощущения боли, что, в свою очередь, вызывает дополнительное беспокойство и новые размышления. Вот почему транквилизаторы (например, бензодиазепины) могут быть полезны при лечении боли, особенно хронической. Не влияя непосредственно на восприятие боли, эти препараты уменьшают тревогу и, следовательно, помогают ослабить неприятные ощущения и разорвать петлю положительной обратной связи. В среднем люди, страдающие от перепадов настроения, подвержены значительно большему риску развития хронической боли.

Активируя спино-гипоталамический путь, боль вызывает группу реакций типа «бей или беги», включая увеличение частоты сердечных сокращений, потоотделение, частоту дыхания, сокращение основных мышц и т. д. Мы ощущаем эти реакции как сознательно, так и подсознательно, и они способствуют возникновению чувства тревоги. Когда вы чувствуете, что сердце бьется быстрее, то ощущаете себя более скованно и небезопасно. Это еще одна положительная обратная связь: подсознательные реакции, вызванные болью, провоцируют беспокойство, которое, в свою очередь, усиливает боль.

Часть болевого контура мозга, включая островок, переднюю поясную извилину и префронтальную кору, играет решающую роль в сравнении ожиданий боли с реальными болевыми ощущениями и тем самым создает прогнозы на будущее. Одним из оцениваемых параметров является угроза извне. Внутренняя боль оценивается как менее интенсивная, опасная и неприятная, чем боль, которая неожиданно вторгается из внешней среды.

В лаборатории выяснили, что внутренняя боль связана со снижением активации как в первичной соматосенсорной коре, так и в передней части поясной извилины, по сравнению с тем же болевым стимулом, генерируемым извне. Другими словами, хотя можно случайно больно ударить по пальцу молотком, по крайней мере, вы знаете, как уменьшить вероятность того, что это произойдет в будущем. Это знание уменьшает чувство угрозы и тем самым ослабляет боль. И наоборот, незнание того, когда болевые стимулы появятся снова, повышает как интенсивность, так и неприятные ощущения.

Когда пациентам дают сахарную таблетку или другое плацебо и говорят, что она поможет, многие действительно чувствуют облегчение. Хотя частота и степень положительного эффекта варьируются в зависимости от типа боли и личности пациента, в среднем эффект плацебо вызывает значительную анальгезию примерно у 30 процентов пациентов. Механизм, лежащий в основе эффекта плацебо, сложен и, вероятно, включает как компоненты, снижающие беспокойство, так и компоненты, борющиеся с неприятными ощущениями. Исследования мозга показали, что анальгезия плацебо связана с выделением эндорфинов / энкефалинов в некоторых частях эмоционального болевого контура, в том числе в передней поясной извилине, префронтальной коре и миндалине, а также в серой области периакведуктала.

Налтрексон – препарат, блокирующий мю-опиоидные рецепторы, также препятствует действию плацебо, предполагая, что требуется выработка эндорфинов и энкефалинов. Вариант эффекта плацебо также работает для усиления ощущаемой боли: если пациентам сказать, что они получают обезболивающее средство, которое вряд ли сработает, то об облегчении боли сообщит меньшее количество людей, даже если им назначат очень эффективные анальгетики, к примеру, оксикодон или морфин. Или, если людям дают инертное контрольное лечение, но говорят, что оно усиливает боль, тогда, в среднем, пациенты сообщают об усилении болевого ощущения. Это называется эффектом ноцебо, и его биологическая основа плохо изучена, но, по-видимому, он связан с усилением активации областей восприятия боли как в спинном, так и в головном мозге.

Садисты хорошо осведомлены о когнитивной и эмоциональной модуляции восприятия боли, которую они используют для усиления боли и страха. Зная, что предчувствие боли может значительно увеличить ее восприятие, они часто позволяют своим жертвам видеть и слышать, как терзают других, чтобы сосредоточить их на предвосхищении страданий. Мучители также понимают, что переживание боли усиливается чувством угрозы. Это достигается путем унижения жертв (раздеванием, сексуальным насилием) и непредсказуемым графиком сна / бодрствования / кормления и пыток.

К счастью, те же схемы эмоционального и когнитивного контроля, которые используют садисты для максимизации страданий, потенциально могут помочь уменьшить боль, особенно хроническую. Ряд основанных на осознанности практик, например медитация, йога, тай цзи и метод Фельденкрайза обладают таким эффектом.

Может ли тренировка осознанности ослабить боль? Давайте рассмотрим это в контексте медитации, для которой существует полезная литература, исследующая восприятие боли и ее нервные процессы. Одним из способов уменьшения боли было бы обучение контролю над реакциями «бей или беги», что принесло бы ослабление тревоги и уменьшение болевых ощущений. Это могло бы прервать один из циклов положительной обратной связи, поддерживающих хроническую боль. Другой способ – научиться эмпирически открывать себя боли, т. е. воспринимать ее не как угрозу. Это непредвзятое обучение могло бы затем привести к уменьшению неприятного болевого синдрома.

Исследования, проведенные группой Ричарда Дэвидсона в Висконсинском университете, Мэдисон, показали, что опытные буддистские медитаторы (более десяти тысяч часов практики) сообщают о равной интенсивности боли, но уменьшении неприятных болевых ощущений в ответ на тепловое воздействие по сравнению с теми же ощущениями у новичков. Сканирование головного мозга медитаторов показало сниженную исходную активность, но увеличенную начальную вызванную болью активность в инсулах и передней части поясной извилины, которая ослаблялась при повторной стимуляции. Авторы предполагают, что медитативная тренировка для развития осознанности уменьшает предчувствие боли и увеличивает набор полезных ресурсов внимания во время боли, чтобы обеспечить эффективное обучение. Такое обучение уменьшит восприятие угрозы, связанной с ней тревоги и сопутствующих реакций типа «бей или беги».

Дзен – это другая форма медитации. Вместо того чтобы открывать себя опыту, человек ищет более обособленную форму саморегуляции. Цель состоит не в том, чтобы научиться, а в том, чтобы изолироваться, сокращая оценочные процессы высшего порядка. Когда группа Пьера Рейнвилля в Университете Монреаля изучала опытных медитирующих в технике дзен с помощью термического болевого стимула, они обнаружили результат, аналогичный результату в группе Дэвидсона: опытные медитаторы сообщали о снижении болевых ощущений и усилении вызванной болью активности инсулина и передней поясной извилины коры по сравнению с не медитирующими. Одна из интерпретаций этих результатов визуализации состоит в том, что дзен-медитирующие так хорошо воспринимают повторяющуюся боль как не-угрозу (вероятно, с вовлечением префронтальной коры), что обучаются со временем полностью игнорировать ее. Похоже, это лишь одна из множества когнитивных и эмоциональных стратегий для уменьшения боли.

Боль и негативные эмоции тесно переплетены. В повседневной жизни мы считаем неприятие со стороны сверстников, семьи или даже незнакомцев «обидным», а разочарование в любви называем «разбитым сердцем». Вы помните, что это не первый наш шаг в тактильные метафоры. Мы увидели, что чувство осязания по сути является эмоциональным чувством, а социальное и физическое тепло тесно взаимосвязаны. Охлаждающая мята и жгучий перец показали нам, как метафора кодируется в сенсорных молекулах TRPM8 и TRPV1.

Мы знаем, что восприятие боли имеет анатомически отчетливый эмоциональный компонент, который может быть затронут повреждением островка или передней поясной извилины коры головного мозга. Но какова связь между физической и эмоциональной болью? Есть некоторые наводящие на размышления корреляции. Исследования показали, что люди, чьи чувства легко задеть, особенно социально отчужденные, также склонны оценивать физическую боль как более неприятную.

Удивительно, но обезболивающие препараты, даже легкие, могут уменьшить социальную боль. Но, пожалуй, наиболее убедительным открытием является то, что социальное отчуждение и физическая боль активируют перекрывающиеся области цепи эмоциональной боли в мозге. Когда испытуемых исключали из участия в виртуальном бросании мяча на компьютере, даже эта легкая форма социального остракизма вызывала активацию дорсальной передней поясной извилины и переднего изолятора.

В другом исследовании была проанализирована гораздо более мощная форма социального отторжения: людям, которых недавно бросили, показывали фотографии их бывших возлюбленных. В результате среагировали не только центры эмоциональной боли, но и вторичная соматосенсорная кора и сенсорно-дискриминирующий центр боли. Сходство эмоциональной и физической боли – не просто метафора поэтической речи. Она реальна и закодирована в схеме эмоциональной боли мозга. Социальное отчуждение действительно ранит.

Глава 6. Щекотка и царапание

Семанза жил в округе Рукунгири в сельской местности Уганды. Он страдал от такого невыносимого зуда, что постоянные расцарапывал до крови кожу, но это не приносило даже временного облегчения. Ему в голову пришла идея разбить глиняный горшок и использовать неровный край одного из осколков в качестве инструмента для почесывания. В конце концов он расцарапал кожу так сильно, что произошло заражение. Годы беспощадного зуда и царапины сделали его кожу настолько грубой, что игла шприца не могла проникнуть сквозь нее.

Мозес Катабарва, эпидемиолог и работник здравоохранения в Картеровской программе помощи больным онхоцеркозом, который встречался с Семанзой в 1992 году, сказал, что его кожный покров будто скрыт под засохшей грязью. Никто из его деревни не хотел приближаться к нему, поэтому Семанза жил в одиночестве.

Источником невыносимого зуда Семанзы был онхоцеркоз, инфекция, вызванная паразитическим круглым червем Onchocerca volvulus. Она также известна как речная слепота, поскольку иногда может поражать глаз и зрительный нерв. Червь попадает в организм человека в личиночной форме от укуса черной мухи, обитающей в тропиках. Болезнь вызывается не червем непосредственно, а бактерией, обитающей в кишечнике паразита, и высвобождается после смерти червя, вызывая иммунную реакцию человека-носителя.

Около 18 миллионов человек заболели онхоцеркозом, почти все из них проживали в Африке, несколько случаев было зарегистрировано в Венесуэле и Бразилии. Онхоцеркоз не смертелен, но причиняет сильнейшие страдания. Эта болезнь сегодня ослепила около 270 000 человек. Известно, что в Либерии инфицированные рабочие на каучуковой плантации помещают свои мачете в костер, а затем используют раскаленные лезвия в качестве инструмента для ослабления непрекращающегося зуда. Конечно, зуд мешает и сну, и, как объясняет Мозес Катабарва, «дети с червями не могут сосредоточиться, потому что царапают себя весь день и всю ночь». Среди жертв этой болезни нередки самоубийства.

Хотя вакцины от онхоцеркоза не существует, болезнь можно контролировать с помощью фармацевтических препаратов. Лечение убивает новорожденных червей (микрофилярий). Это приводит к двухдневному приступу зуда, еще более мучительному, чем обычно, но потом следует долгожданное облегчение.

Семанзе повезло получить такой препарат в рамках программы, проводимой по инициативе Катабарвы. Через два года после начала лечения зуд исчез, кожа была частично исцелена, Семанза воссоединился со своей общиной и даже женился.

Зуд может продолжаться недолго или длиться несколько дней. В случае нелеченного онхоцеркоза – остаться на всю жизнь. Чесотку вызывают как механические раздражители, к примеру, шерстяной свитер или легкие движения лапок насекомого по коже, так и химические, например воспаление от ядовитого плюща. Зуд также бывает следствием повреждения чувствительных нервов, в некоторых случаях – опухолей головного мозга, вирусной инфекции или психических заболеваний, например обсессивно-компульсивного расстройства. Также он нередко встречается как побочный эффект некоторых терапевтических и рекреационных лекарств. Зуд сильно зависит от когнитивных и эмоциональных факторов.

Непреодолимая мучительная природа зуда хорошо известна. В «Инферно» Данте мошенники, включая алхимиков, самозванцев и фальшивомонетчиков, страдают в Восьмом круге ада, испытывая вечный зуд. Лишь тех, кто совершил предательство, например, Иуду Искариота, постигла вероятно худшая судьба в Девятом круге ада – замерзание во льду.

Вопрос, лежащий на стыке биологии и философии: зуд – это уникальная форма осязания, качественно отличающаяся от других видов прикосновений, или просто другой вид стимуляции, основанный на одном или нескольких сенсорных ощущениях? Сталкивались ли мы с чем-то подобным на страницах этой книги? Зуд и другие ощущения похожи, как инструменты осязания, вроде саксофона и фортепиано: каждый из них создает звук, но эти звуки качественно отличаются? Или это как отношения между бибоп-джазом и классической фортепианной музыкой: они четко различимы по своей музыкальной структуре и контексту, но рождаются из одного и того же музыкального инструмента? В прошлом этот вопрос обсуждали бы философы. Сегодня же к этой дискуссии могут подключиться и биологи.

Те, кто считает, что зуд – это скорее подвид других ощущений, а не уникальный тип осязания, характеризуют его как особый тип боли слабого характера. Действительно, зуд и боль имеют определенное сходство. Оба реагируют на различные стимулы: механические, химические, а иногда и термические. В частности, боль и зуд можно активировать химическими продуктами воспаления и иногда уменьшить противовоспалительными препаратами. Оба сильно зависят от когнитивных и эмоциональных факторов, включая внимание, беспокойство и ожидание. Оба сигнализируют о вторжении предметов или веществ, которых следует избегать; другими словами, это мотивационные ощущения, требующие ответных действий. Боль приводит к рефлексивному абстинентному ответу; зуд вызывает реакцию царапания. Царапание для снятия боли считается защитным действием. Оно заставляет нас сбросить с кожи ядовитых членистоногих, таких как пауки, осы или скорпионы, или тех, которые передают болезнетворные патогены: малярийных комаров или чумных блох.

Если считать чесотку только слабой или прерывистой формой боли, то увеличение ее интенсивности или частоты может поднять зуд до порога ощущения боли или, наоборот, ослабление болезненного раздражителя может вызвать ощущение зуда. Однако при изучении в лабораторных условиях этого никогда не происходит. Слабая боль – это просто слабая боль, а сильный зуд – просто сильный зуд. Еще одно ключевое различие между зудом и болью заключается в их локализации на теле. Боль может широко ощущаться на коже, в мышцах, суставах и внутренних органах, а зуд ограничен внешним слоем кожи (волосистым и голым) и слизистыми оболочками, примыкающими к коже, подобно тем, которые находятся во рту, горле, глазах, носу, на малых половых губах и в заднем проходе. В кишечнике случаются боли, но никак не зуд.

Если зуд является уникальной формой осязания, то можно ожидать, что в коже обнаружатся волокна сенсорных нейронов, специально активирующие стимулы зуда, и что при электрической стимуляции в лаборатории можно вызывать зуд, но не болевое ощущение. Это предположение называется теорией маркированных линий, в отличие от теории декодирования паттернов, которая утверждает, что одни и те же сенсорные нейроны в коже могут сигнализировать либо о зуде, либо о боли, в зависимости от схемы электрического возбуждения.

В 1997 году Мартин Шмельц и его коллеги обнаружили первые признаки специфических для зуда сенсорных нервных волокон у людей с помощью микронейрографии – методики, при которой тонкий электрод пропускается через кожу в сенсорный нерв для регистрации электрической активности отдельных волокон. Они открыли популяцию медленных немиелинизированных С-волокон, реагировавших, когда гистамин (химическое вещество, вызывающее зуд, которое обычно вырабатывается в организме) наносился на крошечные участки кожи у добровольцев. Реакция началась как раз в тот момент, когда испытуемые сообщили об ощущении зуда. Интересно, что эти волокна не предназначались только для небольшого участка кожи, но распространялись, чтобы иннервировать область около 7 см в диаметре. Поскольку волокна не реагировали на механическую стимуляцию, считалось, что они специфичны для зуда и поддерживают теорию маркированных линий. Однако через несколько лет та же группа исследователей обнаружила, что, по крайней мере, некоторые из этих чувствительных к зуду C-волокон также могут быть электрически активированы болевым стимулом, что противоречит теории маркированных линий.

Отчасти трудность в интерпретации этих результатов заключается в том, что используемым стимулом к зуду был гистамин, так как этот гормон является лишь одним из множества различных триггеров зуда, которые действуют через различные химические пути. Действительно, большинство из нас имели опыт лечения зуда антигистаминным кремом и обнаружили, что он работает только в некоторых случаях. Из этих экспериментов мы не знаем, чувствительны ли нервные волокна также к боли. И поэтому доказательство существования специально маркированных для зуда нейронов остается неустановленным. Трудность доказательства заключается в невозможности проникнуть внутрь нерва и нацелиться на определенное волокно. С мышами удалось добиться гораздо большего прогресса в этой области, используя генетические, анатомические и электрические методы записи.

Чесотку могут вызывать различные виды стимуляции кожи. Во многих случаях у нас еще нет понимания молекулярных событий, лежащих в основе передачи зуда. Для большинства зудящих раздражителей путь оказывается косвенным. Например, когда кожа постоянно раздражается или локально реагирует на аллерген, запускается воспалительный каскад. Молекулы, выделяемые иммунными клетками, такие как гистамин из тучных клеток, могут связываться с рецепторами гистамина, расположенными на оголенных концах сенсорных нейронов в эпидермисе, и вызывать у них электрические импульсы. В другом примере природный белок BAM8-22 будет связываться с другим рецептором на проводящих зуд нервных окончаниях в коже.

Иногда происходит прямая активация рецептора зуда молекулой из окружающей среды. Например, противомалярийное лекарство хлорохин хорошо известно, как вызывающее кожный зуд. Хлорохин связывается непосредственно с другим рецептором в сенсорных нейронах. Ключевой момент: существует по крайней мере три различных молекулярных датчика, способные активировать нейроны, обнаруживающие зуд, и, хотя некоторые из них непосредственно активируются сигналами в окружающей среде, большинство реагирует на химический сигнал в организме, который служит посредником.

Если действительно существуют маркированные для зуда нейроны, то, во-первых, мы должны научиться блокировать ощущение зуда, оставляя другие сенсорные ощущения, такие как боль или температура, без изменений. Во-вторых, выборочная активация этих выделенных нейронов должна вызывать восприятие зуда, но не боль или другие ощущения прикосновения. В-третьих, анатомическое распределение нервных окончаний должно отражать известную локализацию ощущений зуда, чтобы они присутствовали в эпидермисе кожи и внешних слизистых оболочках, но не в мышцах, суставах, внутренних органах.

Один из подходов к идентификации маркированных нейронов заключается в том, чтобы попытаться определить молекулу нейротрансмиттера, используемую такими сенсорными нейронами для обнаружения зуда и связи со своими целями в спинном мозге, а затем использовать генетические манипуляции для удаления этой молекулы у мыши.

Сантош Мишра и Марк Хун из Национального института здравоохранения так и поступили, сделав обоснованное предположение, что передатчиком нейронов зуда может быть молекула под названием NPPB. Когда они проводили тесты на мыши-мутанте с отсутствующим NPPB, то обнаружили, что у нее был серьезный дефицит реакции при ощущении зуда, вызванном широким спектром раздражителей, включая как гистамин, так и хлорохин. Самое важное, что мыши с отсутствием NPPB имели нормальную реакцию на боль, температуру и легкое прикосновение.

NPPB высвобождается сенсорными нейронными терминалами на целевые нейроны в позвоночном канале. Эти нейроны обладают рецепторами, которые связывают NPPB и затем распространяют электрический сигнал дальше по направлению к мозгу. Когда NPPB был искусственно синтезирован и введен в спинной мозг мышей, это заставило их царапать себя так, будто они реагировали на зуд. После введения специального токсина в спинной мозг, который избирательно разрушал нейроны, содержащие рецептор NPPB, мыши не реагировали ни на зудящие раздражители кожи, ни на инъекции NPPB в спинной мозг. Результаты исследования предполагают, что нейроны, использующие NPPB, представляют собой проводящий канал для зуда. Если это так, то избирательная активация этих нейронов должна вызывать зуд, но не боль или ощущение легкого прикосновения.

Структура приводящих путей зуда, безусловно, подтверждает его уникальность и качественное отличие от боли. Тем не менее, мы еще не знаем, что происходит с потоком информации о зуде на пути к мозгу. Он почти наверняка смешивается с другими сенсорными ощущениями, потенциально снижая свою специфичность.

С практической стороны, идентификация специфических для зуда рецепторов и нейротрансмиттеров открывает двери для новых методов лечения. В будущем лечение хлорохином от малярии, возможно, совместят со вторым препаратом, который блокирует MrgprA3. Поскольку многие виды зуда не снимаются антигистаминными или другими противовоспалительными препаратами (такими как стероиды), их можно эффективно лечить новыми лекарствами, которые избирательно блокируют рецепторы MrgprCll или NPPB, или рецепторы GRP. Как всегда, при разработке таких препаратов возникнут трудности. Например, NPPB выполняет жизненно важную сигнальную функцию в сердце, и поэтому побочные эффекты антагониста NPPB делают их непригодными в качестве средств, контролирующих зуд.

Чесаться в ответ на зуд достаточно приятно. Даже зная, что зуд станет еще сильнее после того как почесывание прекратится, большинство из нас не могут перестать делать это. Не случайно в повседневной речи слово «зуд» стало синонимом сильного желания.

В одном неприятном эксперименте добровольцев лечили кусочками листьев коровника, которые вызывают сильное ощущение зуда. Их наносили либо на предплечье, либо на лодыжку, либо на спину, а затем царапали эти участки маленькой щеткой. Каждые 30 секунд испытуемые должны были оценивать интенсивность зуда и удовольствие, возникающее при его царапании. Экспериментаторы обнаружили, что почесывание спины было наиболее эффективным в уменьшении восприятия зуда, а царапание лодыжки оказалось самым приятным ощущением.

Почему царапание временно снимает ощущение зуда? В настоящее время мы не до конца это понимаем. Одна теория утверждает, что наше восприятие зависит от баланса зуда и болевых сигналов, которые сходятся в определенном месте в спинном мозге; почесываясь, мы производим легкую боль, конкурирующую с ощущением зуда, и тем самым уменьшаем его. Боль от укола, электростимуляции, обжигающей жары или холода также помогает уменьшить зуд. В некоторых случаях даже легкое царапание оказывает тот же эффект.

Другая теория гласит, что когда на коже возникает очень локализованный стимул, например, от лапок насекомого, он может активировать сенсорные нейроны зуда, и что это локальное ощущение проходит через спинной мозг в головной, беспрепятственно вызывая ощущение зуда. Тем не менее, если поцарапать эту область, активируются сенсорные датчики на широком участке кожи, что задействует тормозные схемы в спинном мозге, ослабляющие передачу ощущения зуда в мозг. Возможно, возникающий царапающий рефлекс сложился в результате эволюции, чтобы уменьшить воздействие токсинов и инфекций, переносимых насекомыми.

Хорошо известно, что такие опиаты, как героин и оксикодон, могут вызывать сильные приступы зуда. Героиновые наркоманы предпочтут партию вещества, вызывающую особо сильный зуд, основываясь на верном представлении о том, что зуд и психотропная сила связаны. Консультанты по наркотикам и сотрудники служб пробации научились внимательно отслеживать царапины – признак хронического употребления опиатов. Зуд, вызываемый опиатами, также встречается в клинических условиях: около 80 % пациентов, получающих опиаты для облегчения боли, испытывают его, даже если опиат вводится непосредственно в жидкость, окружающую спинной мозг, сводя к минимуму его прямое воздействие на мозг и сенсорные нервы.

Долгое время зуд, вызванный опиатами, считали побочным эффектом обезболивания. Предполагалось, что если болевые и зудящие сигналы сходятся и конкурируют в спинном мозге, то блокирование болевых сигналов сместит баланс силы в сторону зуда. Эта вполне разумная гипотеза оказалась совершенно неверной. Опиатная анальгезия и опиатный зуд – совсем разные явления. Один набор нейронов, расположенный во втором слое позвоночного канала, получает болевые сигналы и экспрессирует слизистый рецептор. Когда опиаты, например героин, связывают мю-опиоидный рецептор, распространение электрических сигналов в мозг блокируется, что приводит к облегчению боли. Опиаты имитируют естественное действие эндорфинов, выделяемых нисходящей системой модуляции боли. Отдельный набор нейронов в спинном мозге находится в слое позвоночного канала и получает сигналы зуда, передаваемые нейротрансмиттером GRP.

Эти нейроны, передающие зуд, экспрессируют гибридный рецептор, в котором одна часть представляет собой рецептор GRP, а другая часть – особый тип мю-опиоидного рецептора под названием MOR1D. Когда вы принимаете опиат, анальгезия и зуд появляются одновременно, но опосредуются особыми молекулами рецептора и отдельными нервными цепями в спинном мозге. Хорошая новость в том, что, вероятно, мы способны создать комбинацию терапевтических лекарств или нового производного морфина, которые смогут уменьшать боль, не вызывая зуда.

Так же, как в мозгу нет определенного места для ощущения боли, так и за ощущение зуда отвечает не единственный участок. Зуд активирует как сенсорно-дискриминационные области, такие как таламус, первичную и вторичную соматосенсорную кору, так и более аффективно-эмоционально-когнитивные области, такие как миндалина, островок, передняя поясная извилина и префронтальная кора. Боль и зуд также активируют области, участвующие в планировании и координации движений, для получения и обработки реакции снятия и расчесывания, соответственно.

Мы уже упоминали, что различные формы повреждения головного и спинного мозга могут привести к хроническому зуду. К ним относятся травмы, определенные виды инсульта, опухоли головного мозга, инфекции, рассеянный склероз и другие аутоиммунные нарушения. Хронический зуд также может быть вызван повреждением сенсорных нервов (компрессия, травма, опухоли, диабет или инфекции). Как и в случае боли, взаимодействие между сенсорными нервами и мозгом – сложный процесс, и когда сенсорные нервы, передающие зуд, повреждены, аберрантные сигналы зуда распространяются в мозг. Продолжающаяся бомбардировка головного мозга этими сигналами (или их полное отсутствие) может в конечном итоге перестроить цепи зуда в мозгу. Например, люди с ампутированными конечностями могут страдать как от фантомного зуда, так и от фантомной боли.

Одна из наиболее распространенных форм зуда, возникающая в результате повреждения нейронов, вызывается опоясывающим лишаем. Это распространенная инфекция чувствительных нервов вирусом опоясывающего герпеса, сопровождающаяся болезненной сыпью и чаще всего поражающая пожилых или людей с ослабленной иммунной системой. Опоясывающий лишай разрушает сенсорные нейроны и, особенно когда поражает кожу головы, может привести к хроническому лихорадочному зуду, который не лечится ни антигистаминами, ни стероидами.

Наиболее драматичным примером последствий этого заболевания в медицинской литературе считается случай пациентки М. Тридцатидевятилетняя женщина заболела опоясывающим лишаем и успешно вылечилась противовирусным препаратом. Однако вскоре после этого она почувствовала зуд и онемение на правой стороне лба, который начала царапать ногтями. Ее терапевт не обнаружил инфекций или аллергических реакций на коже и предположил психосоматическое происхождение зуда – возможный результат депрессии и обсессивно-компульсивного расстройства. Тем не менее, лечение соответствующими препаратами также не смогло облегчить страдания М. Днем она еще могла контролировать желание почесаться, но ночью яростно царапала кожу во сне. Она пыталась надевать шапочки для сна, но утром не обнаруживала шапки на себе и находила следы крови на подушке. Однажды утром, спустя десять месяцев после начала заболевания, она с ужасом обнаружила грязную зеленоватую жидкость, стекающую по ее лицу.

М. прибыла в отделение неотложной помощи в больнице общего профиля штата Массачусетс, где вскоре было установлено, что она процарапала кожу и череп и добралась уже до обнаженного мозга; зеленоватая жидкость оказалась её собственной спинномозговой жидкостью. Хирурги покрыли ее рану кожным трансплантатом, но М. вскоре процарапала его во сне. Тогда на нее надели пенопластовый шлем и крепкие рукавицы для ношения перед сном.

Психиатрическое тестирование показало, что на самом деле она не страдала от обсессивно-компульсивного расстройства или галлюцинаций, но ее неконтролируемое чесание делало ее опасной для самой себя. Она провела два года в закрытой медицинской палате, а сегодня, спустя долгое время, живет самостоятельно. Она научилась контролировать свою ночную чесотку и приняла стратегию выживания: если хочет почесаться, то делает это осторожно с помощью мягкой ткани. Повреждение мозга от царапин оставило ее частично парализованной и изменило личность, что нередко случается при травмах лобной доли.

В некотором смысле правая часть лба М., которая потеряла большую часть своих нервных волокон, во многом похожа на ампутированную конечность: мозг получает прерывистую и неверную информацию из области тела и пытается интерпретировать эти сигналы. Также вероятно, что мозг перестроился в ответ на повреждение нерва и что эта перестройка связана с хроническим зудом. Зуд не может быть вызван исключительно активностью в зудящих центрах головного мозга, поскольку блокирование сигналов в оставшихся чувствительных нервах лба обеспечивает временное облегчение. Также маловероятно, что мозг функционирует совершенно нормально, а хронический зуд является просто результатом аберрантных сигналов в сенсорных нервах. Скорее всего, сигналы от оставшихся сенсорных нервов запускают аберрантную активность в зудящих центрах мозга, создавая адский, неумолимый зуд.

Когда посетители пришли на бесплатную лекцию в немецкий университетский город Гиссен, они не сразу поняли, что стали участниками необычного эксперимента. Лекция, представленная в сотрудничестве с общественной телевизионной станцией, называлась «Зуд – что за ним стоит?» Видеокамеры в зале снимали как аудиторию, так и выступающего. Целью эксперимента было определить, может ли ощущение зуда возникнуть у аудитории при просмотре фотографий блох, клещей, царапин и сыпи на коже. В качестве контрольных объектов также были представлены изображения купальщиков и матерей с младенцами (мягкая увлажненная кожа, предполагающая отсутствие зуда). Неудивительно, что значительное увеличение частоты почесываний в аудитории было вызвано изображениями, связанными с зудом.

Последующие эксперименты в лабораторных условиях с использованием аналогичного видео подтвердили этот вывод и показали, что даже испытуемые со здоровой кожей могут «заразиться» зудом. Согласно одному из предположений, это объяснялось тем, что наиболее чуткие люди чаще испытывали зуд сами, когда наблюдали, как другой человек чешется. Однако, по результатам анкетирования, никакой корреляции между эмпатией и распространением социального зуда не было обнаружено. Вместо этого люди с наибольшей склонностью испытывать отрицательные эмоции (высокий невротизм) скорее были подвержены заражению социальным зудом.

Почему наблюдение за ударом молотка по чужому пальцу обычно не заставляет нас отдергивать собственные пальцы, а наблюдение за тем, как кто-то чешется, заставляет тоже чувствовать зуд и почесываться? Наилучшее предположение заключается в следующем: на протяжении большей части нашей истории мы постоянно подвергались воздействию болезнетворных микробов и паразитов. Если человек рядом с вами чешется, есть немалая вероятность, что и вы также подвергаетесь воздействию того же опасного насекомого, червя и т. д. И поэтому вы адаптивно чувствуете зуд и чешетесь, чтобы не пострадать. Боль, напротив, обычно не передается от человека к человеку.

Представьте, что вы находитесь в вагоне метро, и сидящий рядом человек начинает бесконтрольно чесаться. Этот незнакомец явно измучен, но, если быть честным, вашей первой реакцией будет сострадание или отвращение? Андре Жид исследовал этот вопрос:

«Зуд, от которого я страдал месяцами… недавно стал невыносимым и последние несколько ночей почти не давал мне спать. Я вспоминаю Иова, ищущего кусок стекла, которым можно поцарапать себя, и Флобера, чья переписка на исходе жизни говорит о похожих зудах. Я говорю себе, что каждый из нас страдает по-своему; но я верю, что настоящая боль не будет сильно отвлекать меня и в конце концов станет более терпимой. Настоящая боль – это нечто благородное, величественное; зуд же – глупая, нелепая болячка; того, кто страдает, нужно пожалеть; тот, кто беспрерывно чешется, вызывает лишь смех».

Безжалостный зуд действительно может быть худшей пыткой. Возможно, Данте стоило зарезервировать его для ужаснейших грешников в последнем круге ада.

Глава 7. Иллюзия и трансценденция

Тактильный мир удивительно запутан и сложен. Трудно отделить один сенсорный раздражитель от другого. В начале XX века психологи, изучавшие восприятие, стали осознавать, что многие из наиболее важных и мотивирующих тактильных ощущений, таких как влажность, жирность или липкость, не имеют специальных детекторов в коже, а скорее рождаются в результате «сенсорного смешения». Эти старые научные статьи восхитительны. В экспериментах по изучению «липкости» М. Дж. Зиглер из Принстонского университета использовал серию все более и более жутких раздражителей.

В 1923 году он цитировал своего ученого предшественника, который утверждал, что «ужасно липкое чувство ощущается, когда в темноте на палец падает небольшой кусочек холодного вареного картофеля». Обнаружив, что холодный вареный картофель на самом деле был недостаточно липким, он искал более эффективный сенсорный стимул, в конце концов остановившись на мокрой детской перчатке, наполненной увлажненной овсяной мукой. Зиглер пришел к выводу, что липкость – это смесь ощущений от холода и мягкой текучести, и заявил, что «опыт прикосновения к действительно липкому» всегда воспринимается неприятно.

Чтобы изучить восприятие влажности через прикосновение, И. М. Бентли из Корнелльского университета сначала стремился устранить из эксперимента другие чувства. В его опытах участникам всегда завязывали глаза, а их уши и носы забивали ватой. Их правые руки закрепляли ладонями вниз, оставляя средние пальцы свисать с края стола. Пальцы испытуемых погружали в стакан с разными жидкостями – ртутью, нефтью, водой, маслом, патокой, бензолом и эфиром. Бентли утверждал: «Когда палец касается влажной поверхности или рука либо все тело погружается в жидкость, испытуемые сообщают, что чувствуют себя влажными. Это яркий пример смешения психических процессов и их значимости; в данном случае – ощущения с восприятием». После многих опытов он пришел к выводу, что восприятие влажности также было смесью ощущений, на которую сильнее всего влияли температура и давление.

Были ли Бентли и Зиглер правы насчет смешанной природы восприятия прикосновений, которые они изучали, или мы вправе ожидать, что когда-нибудь будут обнаружены уникальные молекулы, определяющие влажность или липкость в выделенных сенсорных нейронах? Наверняка верным будет первый ответ. Ни эксперименты по человеческому восприятию с записью отдельных сенсорных нервных волокон, ни молекулярно-генетические исследования не указывают на выделенные сенсорные нейроны для этих ощущений.

Возможно, вы не считаете это весомым аргументом. В конце концов, лишь совсем недавно мы получили убедительные доказательства существования уникальных рецепторов зуда, а до этого он считался результатом смешения ощущений. Но мы должны помнить уроки прошлого: только научные факты биологии, а не философские рассуждения, помогут разрешить эту проблему.

Итак, что мы узнали о прикосновении? У нас в коже есть множество различных нервных окончаний, от простых нервов до специализированных структур сложной формы. Каждая из них представляет собой молекулярную машину, отрегулированную эволюцией для извлечения различных аспектов информации о нашем тактильном мире. Нервные волокна, передающие информацию от сенсорных датчиков на коже к спинному мозгу, в основном (но не полностью) предназначены для механических ощущений: один настроен для грубой текстуры, другой для вибрации, третий – для растяжения. Удивительно, но у нас даже есть специальные рецепторы для восприятия ласки, зуда и, вполне вероятно, сексуального прикосновения. Некоторые из этих потоков информации передаются быстрыми волокнами, а некоторые – медленными, поэтому они поступают в мозг с разными задержками. Чаще всего медленно передаваемая информация, например, от датчиков ласки или второй волны боли, активирует эмоционально-аффективно-когнитивные участки сенсорных цепей мозга, в то время как быстрая информация, как и у традиционных механодатчиков, активирует сенсорно-дискриминирующую центры. Потоки сенсорной информации от этих различных специализированных детекторов объединяются с сигналами о внимании, эмоциональном состоянии и опыте так, что сознательный доступ к ощущению прикосновения находится в форме единого и полезного различающего и эмоционального восприятия.

Важно отметить, что наш мозг не является пассивным получателем сенсорной информации; он также может посылать нисходящие сигналы в спинной мозг, чтобы увеличивать или уменьшать усиление сенсорных сигналов до того, как они достигнут головного мозга. Это особенно наглядно прослеживается в системе нисходящей боли, но, вероятно, актуально и для других аспектов осязания. Сенсорные схемы головного и спинного мозга эволюционировали для решения конкретных проблем: как найти еду, избежать опасности, опознать приятеля, защитить потомство и т. д. Действительно, все осязательные ощущения (да и ощущения любого рода) играют свою роль. Наши сенсорные схемы созданы для того, чтобы делать выводы о тактильном мире, основываясь на ожиданиях, основанных как на историческом опыте наших предков, так и нашем индивидуальном опыте. И, наконец, мы узнали, что межличностное общение не только играет особую роль в раннем развитии человека, но и продолжает играть решающую роль на протяжении всей социальной жизни, содействуя доверию и сотрудничеству и, таким образом, глубоко влияя на наше восприятие других.

Все эти открытия о прикосновениях важны, поскольку помогают понять главную особенность нашего человеческого опыта. Но на данный момент наше знакомство с осязанием было довольно ограниченным. Необходимо исследовать не только смешанные ощущения от прикосновения, но также и эффект от взаимодействия прикосновения и его отсутствия. Мы должны вый ти за рамки простых тактильных ощущений и изучить иллюзии, повседневные галлюцинации и те трансцендентные переживания прикосновений, которые, на первый взгляд, кажутся сверхъестественными.

Мы настроены уделять меньше внимания сенсорным сигналам, возникающим в результате наших собственных движений, по сравнению с теми, которые исходят из внешнего мира. Например, когда мы идем по улице, то едва замечаем ощущения от нашей одежды, касающейся кожи. Однако, если мы испытываем эти ощущения, стоя на месте, они становятся очень заметны и требуют немедленного внимания: кто или что натирает нас? Это имеет смысл: сгенерированные извне ощущения скорее вызовут нашу реакцию, потому что могут нести угрозу или другое важное сообщение.

Ослабленное восприятие собственных сенсорных сигналов наблюдается во многих тактильных ситуациях. В прошлых главах мы узнали, что боль, причиняемая другим человеком или посредством случайных раздражителей, воспринимается острее, чем собственная боль. И, конечно же, сексуальный контакт, при котором партнер движется независимо, в корне отличается от самоудовлетворения, когда мозг предсказывает ваши стимулирующие движения, даже если используется механическое устройство, такое как вибратор.

Какова неврологическая причина ослабления восприятия собственных сенсорных сигналов? Один из самых ясных ответов дает исследование щекотки. Тактильное ощущение от щекотки самого себя намного слабее, чем от щекотки другим человеком. Сара-Джейн Блейкмор и ее коллеги из Института неврологии в Лондоне провели эксперименты, в которых испытуемых либо щекотали, либо им давали указание самостоятельно щекотать себя, когда те находились в устройстве для сканирования мозга. Эксперимент тщательно контролировался, чтобы местоположение, сила и характер щекотки были одинаковыми в обоих случаях.

Щекотка привела к активации как сенсорно-дискриминирующих частей сенсорной цепи, таких как первичный и вторичный соматосенсорные кортикальные слои, так и определенных областей в эмоционально-аффективно-когнитивной сенсорной цепи, таких как передняя поясная извилина. Когда испытуемые щекотали себя сами, активация сенсорных центров мозга уменьшалась по сравнению с обычным щекотанием. В то же время происходила сильная стимуляция мозжечка, структуры мозга, получающей сигналы прикосновений и инструкции от других областей мозга, которые инициируют движение, например, электрические импульсы, проходящие через нейроны для управления мышцами кисти и руки во время щекотки. Мозжечок активируется, когда инструкции по движению специально связаны с сенсорной обратной связью от датчика кожи. Затем он посылает сигналы сенсорным центрам мозга и другим областям, которые ослабляют эту активацию и тем самым притупляют ощущения от щекотки.

Неудача самостоятельной стимуляции зависит от тесной корреляции между щекочущим движением и ощущением касания. Когда специальный прибор для щекотки в руках экспериментатора работал с задержкой в 200 миллисекунд, ощущение стимуляции стало намного сильнее. Изменение направления щекотки также повышало активность импульсов. Визуализация мозга в этих условиях показала, что, поскольку команды движения были отделены от ощущений кожи на этой части тела, мозжечковая активность снижалась, что привело к усилению активации сенсорной цепи мозга и повышенному восприятию щекотки. Интересно, что некоторые люди с повреждением мозжечка или шизофренией испытывают более острые ощущения, когда щекочут себя. В обоих этих случаях мозжечковые контуры, сравнивающие команды движения с сенсорной обратной связью, работают со сбоями. Результатом неисправности становится то, что ощущения от прикосновения к самому себе воспринимаются так, будто приходят из внешней среды.

Тактильная путаница при шизофрении или повреждении мозжечка напоминает о другом состоянии, которое испытывали все мы – сновидениях. В одном из экспериментов женщина, которая только что пробудилась от стадии быстрого сна (в которой чаще всего возникают сновидения), сообщала о более сильной реакции на щекотку. Возможно, соответствующие схемы для обмена информацией между кортексом и мозжечком подавляются во время стадии быстрого сна, и требуется время, чтобы вернуться в сознание после пробуждения.

Во время фазы быстрого сна команды поступают из мозговых центров управления, но активно блокируются, не достигая спинного мозга и в конечном итоге не контролируя мышцы. Из-за этой блокады тело почти полностью расслабляется, и даже мышцы, которые обычно сокращаются во время других стадий сна, становятся расслабленными. По этой причине вы не можете поддерживать быстрый сон, сидя в кресле, – в конечном итоге упадете и проснетесь.

Вялый паралич, возникающий во время быстрого сна, порождает другое явление. Хотя большинство людей быстро восстанавливает контроль над своими мышцами после пробуждения, некоторые испытывают период в десятки секунд или даже минут между пробуждением и моментом, когда блокада моторных сигналов к спинному мозгу окончательно снимается. В этой ситуации люди не спят, но временно парализованы. Когда генерируются команды на движение, не возникает соответствующих тактильных сигналов или проприоцептивной обратной связи, поэтому мозг делает вывод, что тело придавлено чем-то огромным и не может двигаться. Эта тактильная галлюцинация довольно распространена и, вероятно, повлияла на народные сказки о злобных демонах сна, сжимающих грудь и живот, которые встречаются во многих культурах.

Сенсорные иллюзии также могут быть забавными и обращаться к подсознательному, открывая стратегии восприятия мозга. Существует множество тактильных иллюзий, например такая. Закройте глаза и вытяните руку.

Если в это время ассистент совершит шесть постукиваний с равными интервалами времени по вашему запястью, затем внутреннему локтю и, наконец, предплечью, то вы почувствуете первое постукивание, а остальные будут «скакать» вдоль руки по направлению к локтю. Мы знаем, что этот эффект создается в мозгу, а не каким-либо механическим воздействием на кожу, потому что «кролик» прыгает даже при анестезии промежуточной области кожи. Кроме того, когда иллюзия «прыгающего кролика» выполнялась при сканировании мозга, в соматосенсорной коре мозга наблюдалась соответствующая скачкообразная активация в промежуточных участках вдоль карты руки.

Наш мозг естественным образом связывает воедино информацию из разных органов чувств, создавая целостное восприятие событий и объектов. Предварительное ожидание также может создавать иллюзии, когда ощущение касания совпадает с другим сенсорным стимулом, таким, как звук. Например, когда вы потираете ладони, то одновременно ощущаете кожу на своей ладони и слышите шепчущий шум. В одном из интересных экспериментов участников попросили потереть ладони, в то время как соседний микрофон улавливал результирующие звуки и воспроизводил их через наушники.

В некоторых испытаниях звук в наушниках был усилен высокочастотными аудиокомпонентами, в результате чего люди воспринимали свою кожу как более гладкую и сухую – больше похожую на бумагу. Отсюда и название эффекта: «иллюзия пергаментной кожи». Интересно, что когда звук задерживался на десятую секунды, иллюзия исчезала, и кожа испытуемых ощущалась нормально. Чтобы мозг преобразовал звуковой импульс в восприятие более гладкой и сухой кожи, этот звук должен появиться в результате соприкосновения ладоней.

В 1846 году психолог Эрнст Вебер сообщил, что большая холодная монета, помещенная на лоб, кажется гораздо тяжелее теплой. Это заметный эффект: большинство испытуемых в эксперименте воспринимали холодную монету в четыре раза тяжелее, чем теплую. Аналогичный результат наблюдался, когда монета была помещена на предплечье. Вообще говоря, мы не ожидаем, что холодные объекты автоматически будут тяжелее, поэтому наиболее вероятное объяснение этого эффекта лежит в сенсорных нервах, а не мозге.

Многие сенсорные нейроны клеток Меркеля, которые постоянно реагируют на давление, также активируются внезапным охлаждением кожи, и именно их активация, вероятно, лежит в основе иллюзии «температурного веса». Следовательно, не все тактильные иллюзии возникают из наших ожиданий или какого-либо процесса в мозге вообще. В их появлении участвуют и особые настройки сенсорных нейронов в коже.

Теперь давайте перейдем от иллюзорного к трансцендентному. Почти каждый испытывал прекрасное чувство от интимного прикосновения. Как оно объясняется с точки зрения нейробиологии? Дело не только в мягкости, тепле и податливости. В конце концов, обниматься с вашей собакой тоже восхитительно, и иногда она может быть даже мягче и теплее вашего партнера, но романтического флера в этом нет. Конечно, большую часть удовольствия от любовного прикосновения можно объяснить эмоциональной и когнитивной изменениями сенсорного восприятия в мозге. Мы обсуждали, как эти состояния обусловливают восприятие боли, поэтому неудивительно, что они также могут влиять на другие ощущения прикосновения. Но вибрация любящего прикосновения не может быть объяснена исключительно происходящим в мозге.

В дополнение к сенсорным нервам, несущим информацию в мозг, существуют автономные нервные волокна, которые позволяют мозгу фактически изменять свойства кожи. Эмоциональное состояние человека может вызвать подсознательную активацию вегетативной нервной системы, что повлияет на потоотделение, кровообращение в области прикосновения, мурашки на нашей коже, особенно на руках.

Конечно, эти эмоционально обусловленные изменения сопровождаются другими изменениями в организме: частотой дыхания, сердечных сокращений, тонусом основных мышц и т. д. Точно так же потоотделение влияет на то, как будут активироваться ваши текстуры и датчики давления, когда вы исследуете кожу вашего партнера. Эти непроизвольные изменения свойств кожи приведут к тому, что ваша кожа покажется иной и вашему партнеру, а ваше собственное эмоциональное состояние изменится, воспринимая реакции партнера на прикосновение к вам. Это двойной диалог между разумом и кожей, который в лучшем случае отражается от одного тела к другому в позитивном ключе.

Схема нашего тела – внутренняя карта мозга, она может расширяться и трансформироваться, захватывая неодушевленные объекты, к которым мы прикасаемся и которыми управляем. Это объясняет, почему мы инстинктивно наклоняем голову, управляя автомобилем, проезжающим через туннель, и почему техасские политики, носящие ковбойские шляпы, прячут головы, проходя через высокие дверные проемы Капитолия – их шляпы стали автоматическими продолжениями их тел. Точно так же сенсорная карта тела землекопа включает в себя его лопату и другие инструменты, каждый из которых может стать тактильным придатком. Эти полезные и странные эффекты не ограничиваются предметами, которых мы касаемся в реальности. Мы можем реагировать на сенсорные раздражители, вообще не воздействующие на наши тела.

Маленькие дети любят, когда их щекочут. Это знают все родители: после того как детей пощекотали несколько раз, уже не нужно больше прикасаться к ним, чтобы заставить ерзать от смеха, – достаточно пошевелить пальцами на пару сантиметров выше их ребер. Эффект будет еще ярче, если вы во время щекотки издадите звук, а затем повторите его, не прикасаясь к малышу. С возрастом большинство взрослых теряют эту чувствительность к ненастоящей щекотке, хотя и не все.

Один из эквивалентов мнимой щекотки – это фантомная вибрация сотового телефона. В опросе медицинского персонала в академическом медицинском центре в штате Массачусетс 68 процентов пользователей сотовых телефонов сообщили, что иногда чувствуют вибрацию сотового телефона, когда на самом деле он не вибрирует или даже когда его нет рядом. Те, кто носил телефон в нагрудном кармане, чаще испытывали фантомные вибрации, чем те, кто носит его в сумке. Фантомная вибрация мобильного телефона не возникает в результате какого-либо стимула, следовательно, это нечто вроде полномасштабной галлюцинации. И мнимая щекотка, и фантомная вибрация сотового телефона – продукт ожидания, основанный на предшествующем личном опыте. Если бы эти явления были исследованы на сканере головного мозга, вполне вероятно, что оба показали бы активацию соответствующей области на карте тела первичной соматосенсорной коры.

Люди часто упоминают о таинственных тактильных ощущениях. «Мой дедушка может чувствовать перемену погоды, тогда у него случаются боли в коленях», «У меня всегда возникает зуд на шее перед плохими новостями». Такие утверждения, как правило, произносятся убежденно. Подразумевается, что эти явления, которые нельзя объяснить с точки зрения науки, требуют привлечения потусторонних, сверхъестественных интерпретаций. В случае артрита коленного сустава можно предположить, что изменения атмосферного давления, которые предшествуют погодным явлениям, могут незначительно изменить конфигурацию тканей коленного сустава, тем самым обеспечивая натуралистическое объяснение.

Однако основная масса доказательств сопоставляется с этой идеей: несмотря на широко распространенные убеждения, которые сохранились со времен Гиппократа, исследования не установили четкой связи между болью при артрите и погодой. В случае зудящей шеи наиболее вероятным объяснением является предвзятость: времена, когда за зудом не следовали плохие новости, забываются, и вспоминаются только подтверждающие случаи, что приводит к ложной корреляции.

Хорошо известно, что, лишившись всей соответствующей сенсорной информации в лаборатории, мы не можем обнаружить чье-то присутствие позади нас, а тем более их взгляд. Но в реальном мире мы не подвержены такой крайней депривации. Мы можем обнаружить объекты и движение по краям нашего поля зрения, которые не входят в наше сознательное восприятие. Когда событие полностью выходит за пределы нашего поля зрения, мы часто ощущаем другие сигналы, например, звук останавливающихся шагов, или затихание разговора, или изменение давления воздуха, когда дверь в комнату открывается. Важно отметить, что нам не нужно сознательно следить за этими сенсорными сигналами, чтобы они влияли на наше восприятие. Как и в случае с фантомной вибрацией сотового телефона, когда мы слышим, как продолжающийся разговор останавливается или меняет ритм или громкость позади нас, или когда мы чувствуем легкий ветерок, сопровождающий открытие двери, наш мозг делает вывод, основанный на прошлом опыте, и создает тактильное ощущение там, где ничего не существует.

Когда сталкиваешься с опытом, который глубоко эмоционален, или противоречащий интуиции, это в корне человеческая реакция – искать объяснения за пределами мира природы. Прикосновение по своей природе эмоционально, и поэтому опыт прикосновения часто подвержен таким наклонностям. И все же для объяснения таинственных или трансцендентных ощущений прикосновения в сверхъестественном нет необходимости.

Включает ли это электрическое прикосновение романтической любви, вызывающее беспокойство чувство наблюдения, облегчение боли от осознанной практики или прикосновение, необходимое новорожденным для развития и интеграции в общество, трансцендентный аспект осязания преобладает, когда мы понимаем, что эти чувства вытекают из развитой природы нашей кожи, нервов и мозга. В конечном счете, биология осязания показывает нам, что естественное столь же глубоко и гуманно, как и сверхъестественное.

Content

Сергей Деменок
Просто осязание. Все, имеющее форму, познается только через прикосновение

Введение

Глава 1. Кожа как социальный орган

Глава 2. Малое в большом, большое в малом

Глава 3. Анатомия нежности

Глава 4. Перец чили, свежая мята и летучие мыши-вампиры

Глава 5. Боль и эмоции

Глава 6. Щекотка и царапание

Глава 7. Иллюзия и трансценденция