Холодный свет газоразрядных ламп освещает человека в смешной шапочке, усеянной электродами. Он неподвижно и внимательно следит за видео на экране компьютера: чья-то рука совершает простое действие, один палец касается другого и возвращается на место, снова касается и возвращается, снова, еще раз. Пока человек наблюдает за движением, электроды шапочки регистрируют, что активность моторной коры увеличивается: мозг как будто неподвижно «проигрывает» такое же движение рукой. Одновременно с этим снижается другая электрическая активность мозга, мю-ритм.
Пока человек наблюдает за движением, электроды шапочки регистрируют, что активность моторной коры увеличивается: мозг как будто неподвижно «проигрывает» такое же движение рукой.
Это снижение электрической активности — характерная подпись зеркальных нейронов, системы клеток, которую связывают с эмпатией, интерпретацией чужого поведения и способностью учиться через подражание. Впервые обнаруженные в 1990‑х, зеркальные нейроны все еще остаются загадкой — пока до конца не ясно: ни как работает это зеркало в голове, ни как ломается при заболеваниях. Да и существует ли вообще как обособленная группа нейронов.
Обезьяна видит — обезьяна делает
В 1992 году нейробиологи университета Пармы сделали случайное открытие. Они надеялись изучить активность нервных клеток моторной коры, чтобы отделить нейронные реакции, вызванные внешним стимулом, от реакций, связанных непосредственно с движением. Для этого в моторную кору мозга обезьяны вживили электроды, после чего стали учить животное извлекать предметы разного размера и формы из коробки при предъявлении стимула. И внезапно обнаружили, что когда экспериментатор брал еду или клал ее в коробку, у обезяны активировалась небольшая часть нейронов моторной коры без какого-либо видимого движения. Движения не было, но нейроны почему-то все равно искрили.
Casile et al. / Neuroscientist, 2011
Последующие исследования подтвердили, что нейроны удивительным образом активизировались не только когда обезьяна сама выполняла какое-то действие, но и когда наблюдала, как это же действие выполнял экспериментатор или другая обезьяна. Странным нейронам было все равно, брала ли макака арахис сама или просто смотрела, как арахис берет кто-то другой. При этом нейроны не реагировали в темноте, когда было невозможно увидеть чужое действие, а также игнорировали действия, выполненные инструментом, а не руками. Например, если экспериментатор брал арахис пинцетом — обезьяньи нейроны не пытались «проиграть» действие в своей моторной коре. Несколько лет спустя эти клетки получили название, которое подчеркивало их способность отражать наблюдаемые действия, — зеркальные нейроны.
Поначалу эксперимент группы из университета Пармы ажиотажа не вызвал. Новые данные о существовании системы зеркальных нейронов появлялись, но долгое время публикации оставались малочисленными. По крайней мере до тех пор, пока в 2010 году не появилось первое электрофизиологическое исследование пациентов с эпилепсией — данные с вживленных в головной мозг электродов подтвердили существование нейронов со схожей активностью и у людей.
Figueiredo et al. / Brazilian Journal of Psychiatry, 2023
Первое инвазивное электродное исследование повысило интерес к теме, и количество публикаций с тех пор значительно выросло. Тем не менее, изучать зеркальные нейроны людей до сих пор сложно. В первую очередь потому, что вживить здоровому человеку электрод в мозг для исследовательских целей — практически невозможно. Поэтому зеркальные нейроны по большей части изучают неинвазивными методами: с помощью транскраниальной магнитной стимуляции, магнитно-резонансной томографии и электроэнцефалографии, позитронно-эмиссионной томографии, магнитоэнцефалографии, а также через психологические тесты, направленные на оценку способности к распознаванию эмоций. По мнению скептиков, методы непрямой визуализации мозга не могут убедительно доказать существование зеркальных нейронов у людей, и именно поэтому так много ученых оспаривают их существование.
Bonini et al. / Trends in Cognitive Sciences, 2022
Миф о зеркале
Вопреки скепсису одной части научного сообщества, другая часть считает, что зеркальные нейроны существуют. По мнению этих нейробиологов, активация зеркальных нейронов происходит автоматически, как только человек видит стимул, и сохраняется в течение короткого времени после его окончания. А в определенных условиях активность клеток дополнительно усиливается: например, если действие знакомо наблюдателю, логично и представлено последовательно. Так, если на движения в танце смотрит танцор, то его зеркальные нейроны активируются значительно сильнее, чем если бы человек никогда танцами не занимался. На активацию зеркальной системы влияет и возможность эмпатии: если уколоть иглой руку человека, то отклик будет сильнее, чем если уколоть неодушевленный предмет.
При этом оказалось, что совершенно не обязательно, чтобы стимул был визуальный — подойдут и звуки. У слепых с рождения людей зеркальная система обеспечивает восприятие действий исключительно на основе звуков, без необходимости визуального опыта.
Со временем зеркальные нейроны обнаружили не только у приматов, но и у крыс, летучих мышей и птиц — это позволило предположить, что зеркальный механизм может быть универсальным для высших позвоночных: другие виды тоже используют его для обучения, интерпретации ситуации и социального функционирования.
Bonini et al. / Trends in Cognitive Sciences, 2022
Впрочем, сейчас исследователи ставят под сомнение изначально приписываемое зеркальным нейронам влияние на социальные функции. Например, нейробиолог Грегори Хикок в своей книге 2014 года «Миф о зеркальных нейронах» предположил, что их значение переоценено. Он раскритиковал популярные теории, объясняющие сложные когнитивные процессы — такие как речь и понимание намерений — только лишь работой зеркальных нейронов. По мнению Хикока, многие из этих функций вполне могли быть результатом работы более сложных нейронных сетей.
Другие вопросы, которые до сих пор возникают у ученых к зеркальным нейронам, как правило, касаются их уникальности: действительно ли это обособленный тип клеток, объединенных в специализированные группы? Мозг часто представляют как машину предсказаний, которая сравнивает поступающую информацию с ожиданиями и постепенно уточняет свои предсказания на основе прошлих ошибок. Зеркальные нейроны вписываются в эту модель, как предсказатель ощущений, связанных с наблюдаемыми действиями: если я вижу быстро идущего человека, то могу предположить, что он куда-то опаздывает, потому что до этого сам ускорил шаг по той же причине. Возможно, зеркальные нейроны — просто функциональная адаптация, встроенная в различные нейронные сети. Если это так, то «зеркальность» распределена по всему мозгу, а не ограничена специфическим локализованным набором клеток.
Пока даже само функционирование зеркальных нейронов все еще спорный вопрос, одним из методов их исследования остается изучение кривых зеркал — функциональных поломок при заболеваниях, для которых характерны нарушения эмпатии, социального взаимодействия, восприятия эмоций и других функций,
Хотя нельзя сказать наверняка, что первично: нарушение в работе зеркальных нейронов приводит к симптомам или симптоматика отражается на работе нейронов.
. Может быть, из осколков этих зеркал рано или поздно удастся собрать целостную картину?
Тысяча осколков
Одна из первых групп заболеваний, в которых усмотрели нарушение работы системы зеркальных нейронов, — расстройства аутистического спектра (РАС). Трудности в социальных взаимодействиях при аутизме могут быть вызваны в том числе изменением плотности связей между теменной и лобной областями мозга. Другое возможное объяснение — как раз нарушения в работе системы зеркальных нейронов.
Подтверждением такой точки зрения может быть недавняя работа, в которой у людей с аутизмом обнаружили дефицит имитации и отзеркаливания поведения собеседника. Они могут не ответить улыбкой на улыбку собеседника и не повторить любое другое выражение его лица, что усложняет невербальную коммуникацию. В норме, когда человек видит, как кто-то улыбается, зеркальные нейроны активируются, будто мы сами улыбаемся. Это приводит к эмоциональному отклику: ощущению радости или тепла, которое побуждает улыбнуться в ответ. Зеркальные нейроны помогают не только понять действие собеседника, но и запустить эмоциональную реакцию, которая делает социальное взаимодействие более естественным и взаимным. Предполагается, что у людей с аутизмом эта цепочка может нарушаться, а это мешает интерпретировать невербальные сигналы и формировать эмоциональные отклики.
Метаанализы исследований с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии показали, что при выполнении задач, связанных с имитацией и наблюдением за действиями, у участников с расстройством аутистического спектра действительно наблюдались нетипичные активации в областях мозга, связанных с зеркальными нейронами. Эти области включают премоторную кору, нижнюю теменную дольку и островок.
Области, выделенные красным, указывают на гиперактивацию у людей с аутизмом по сравнению с типичными. Синие — более слабую активацию
Chan & Han / Molecular Autism, 2020
Кроме того, ученые обнаружили, что у пациентов с аутизмом слабее, чем в норме подавляется
Мю-ритм — колебания биопотенциалов в сенсомоторной области коры головного мозга с частотой от 8 до 13 герц.
— один из признаков включения зеркальной системы. И поскольку система зеркальных нейронов работала у них не так активно, ученые выдвинули гипотезу разбитого зеркала (broken mirror hypothesis), которая объясняет симптомы аутизма сбоем в их работе.
Но не все исследователи согласны с этой гипотезой. В некоторых работах никаких аномалий в работе зеркальных нейронов при аутизме обнаружить не удалось. Ученые не нашли значительных различий в активации зон мозга, отвечающих за движения, при наблюдении за чужими действиями у людей с аутизмом и без. В экспериментах на подавление мю-ритма существенное влияние оказывали условия эксперимента, но не
Возможно, впрочем, что такое расхождение результатов связано с возрастом пациентов, принимавших участие в исследованиях. У детей с РАС разница в активации зеркальных нейронов оказалась более выражена, чем у взрослых пациентов.
.
Это ставит под вопрос теорию о том, что у людей с аутизмом есть уникальный сбой в работе зеркальных нейронов, который мешает им, скажем, интуитивно копировать чужую мимику или жесты, такие как протягивание руки для рукопожатия. Очень может быть, что зеркало на самом деле не разбито, но вот гипотеза после этих исследований дала трещину.
Кривое зеркало
Нарушения в способности понимать и интерпретировать эмоции, мысли и намерения других людей, в которых потенциально задействованы зеркальные нейроны, характерны не только для расстройств аутистического спектра. Так, сложности с обработкой информации наблюдаются при пограничном расстройстве личности и обсессивно-компульсивном расстройстве.
Для пограничного расстройства личности характерны трудности с управлением эмоциями и восприятием социальных ситуаций. По одной из гипотез, симптомы пограничного расстройства связаны с нарушением социального познания, но зеркальные нейроны в этом случае — лишь подготовительный этап. Они отвечают за простые, базовые формы социального восприятия, например сочувствие через наблюдение. Когда мы видим, как кто-то ушибся, зеркальные нейроны помогают нам «почувствовать» боль другого. Затем натупает черед более сложного анализа: интерпретации мотивов и мыслей других людей, которые функционируют независимо от «зеркала» в голове и при пограничном расстройстве личности могут быть затронуты меньше.
Подготовительный этап при анализе чужого поведения у людей с пограничным расстройством личности сбоит. Например, при наблюдении эмоционально нагруженных сцен, изображающих потерю, разлуку и другие негативные события, у людей с пограничным расстройством личности ученые обнаружили повышенную активацию областей мозга, связанных с системой зеркальных нейронов. Эта гиперчувствительность может объяснить чрезмерные эмоциональные реакции на негативные стимулы при пограничном расстройстве личности: система зеркальных клеток увеличивает, раздувает и растягивает их, словно кривое зеркало.
При пограничном расстройстве личности все дело именно в зеркальных нейронах? ↓
Конечно, пограничное расстройство личности нельзя свести к нарушению в работе лишь зеркальных нейронов. Это сложное сочетание дисфункций в работе разных частей мозга, которые затрудняют управление собственными эмоциями и понимание других людей.
Так, в развитие эмоциональной нестабильности при пограничном расстройстве личности вовлечена гиперактивность миндалевидного тела — области мозга, которая отвечает за обработку эмоций, особенно негативных, таких как страх и гнев. У людей с пограничным расстройством личности миндалевидное тело может реагировать слишком сильно на негативные стимулы, например на гневное или грустное выражение лица другого человека. Это приводит к чрезмерной эмоциональной реакции и затрудняет возвращение к спокойному состоянию после эмоционального всплеска.
Sosic-Vasic et al./ Neuroimage Clin, 2019
Избыточная реакция на внешние стимулы обнаружена и при обсессивно-компульсивном расстройстве. Основная особенность расстройства — навязчивые мысли (обсессии) и ритуальные действия (компульсии), направленные на снижение тревоги. Например, боязнь испачкаться сопровождается ритуальным мытьем рук.
Ученые заметили, что у пациентов с обсессивно-компульсивным расстройством области мозга, связанные с отвращением (например, островковая доля), активируется при наблюдении за тем, как другой человек пачкает руки. При этом отвращение, когда пачкался кто-то другой, по амплитуде было сопоставимо с реакцией на грязь на своих собственных руках. Нарушение работы зеркальных нейронов в таких случаях могло означать сбой в обработке контекста. Мозг реагировал так, как если бы загрязнение непосредственно касалось самого человека, — он как будто слишком сильно «отзеркаливал» внешний стимул. Напротив, тревога снижалась, когда пациенты видели, как другой человек моет руки, хотя логически это никак не могло уменьшить их собственную испачканность.
То есть если зеркало существует, при поломках оно может не только разбиваться, но и искривляться. При пограничном расстройстве личности это проявляется в чрезмерной эмоциональной реакции на социальные стимулы и сложности в адекватной интерпретации эмоциональных сигналов. При обсессивно-компульсивном растройстве — в трудности при различении чужих и собственных эмоций. Однако прямых доказательств сбоя в работе зеркальных нейронов при этих заболеваниях по-прежнему нет. Если зеркало пограничного расстройства личности и обсессивно-компульсивного расстройства и правда кривое, пристально заглянуть в него еще только предстоит.
Под патиной
В то время как одни заболевания, вроде пограничного расстройства личности, приводят к неконтролируемым всплескам эмоций, другие отличаются эмоциональной холодностью. Такое эмоциональное притупление, при котором человек слабо реагирует на окружающее и социальные взаимодействия,
Эмоциональные нарушения — лишь один из симптомов шизофрении, для которой также характерныгаллюцинации, бред и нарушение когнитивных способностей.
.
Вероятно, эмоциональная холодность при шизофрении также связана с изменениями в системе зеркальных нейронов. Например, когда в экспериментах пациентам с шизофренией показывали изображения людей с радостной, грустной или нейтральной мимикой, они хуже ее отзеркаливали. Они были менее экспрессивны в выражениях счастья и печали, а зачастую и вовсе отвечали на мимику невпопад, то есть на счатье — грустной миной, а на печаль — улыбкой. При этом во время попытки дать эмоциональный отклик в различных областях мозга, в том числе тех, которые участвуют в работе системы зеркальных нейронов, были видны помехи. Например, снижалась активность в премоторной коре.
Lee et al. / Schizophrenia Research, 2014
Другие ученые установили, что после первого эпизода шизофрении происходят структурные нарушения в белом веществе в областях мозга, где расположены зеркальные нейроны. Словно бы зеркало в голове покрылось патиной. Исследователи предположили, то эти изменения могут приводить к снижению эффективности передачи сигналов между нижней теменной долей и премоторной корой — а это влияет на способность интерпретировать действия и намерения других людей: ведь чем пятнистее поверхность зеркала, тем сложнее ему хоть что-то отразить.
Интересно, что у пациентов с шизофренией удалось обнаружить связь между активностью зеркальных нейронов и нарушениями памяти, внимания, восприятия и других когнитивных симптомов, а также положительным прогнозом лечения. Чем более существенным было подавление мю-ритма (то есть чем лучше работали зеркальные нейроны) до начала лечения, тем меньше были первоначальные когнитивные нарушения и более сохранной оставалась дофаминергическая система мозга. Кроме того, большее подавление мю-ритма предсказывало, насколько эффективно пойдет восстановление после эпизода писихоза и насколько хорошо сработают нейролептики.
Так же, как и в случае с исследованиями аутизма, пограничного расстройства личности или обсессивно-компульсивного расстройства, изменения в активности зеркальных нейронов при шизофрении пока остаются лишь корреляциями с неясной причинно-следственной связью. А кривые, разбитые или мутные зеркала — остаются непрозрачными. При этом за спорами о форме и принципах нормальной работы зеркальных нейронов четкой глади целых зеркал пока тоже не разглядеть. Тем интереснее в них всматриваться.
Материал подготовлен в рамках проекта института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ «Я пошел в науку», поддержанного Министерством образования и науки Российской Федерации.
