Мозг материален - страница 24

На самом деле лечение с помощью вживленных электродов давно стало рутинным. Вы сто раз про него слышали, просто могли не задумываться о его природе. Конечно, сейчас я говорю о кохлеарных имплантатах – устройствах, которые возвращают человеку способность слышать.

Если задуматься, любые рецепторные клетки решают одну и ту же задачу: переводят разнообразные сигналы из внешнего мира на универсальный, понятный мозгу язык электрических импульсов. На входе может быть что угодно: фотоны, если это клетка-колбочка; молекулы, если клетка обонятельного эпителия; механические колебания, если волосковая клетка внутреннего уха. На выходе всегда получаются нервные импульсы. По их частоте и по тому, от каких именно клеток они поступают, мозг может делать выводы о том, что происходит в мире. Потенциально это позволяет восстанавливать работу любых утраченных органов чувств (по большому счету мозгу вообще неважно, есть ли у него тело, – мозгу важно, чтобы он получал такие электрические импульсы, как будто бы у него есть тело), но задача эта технически непростая. Самых больших успехов человечество на сегодня добилось именно в воссоздании слуха.

Вот у нас есть внешний мир, а в нем звуки – колебания воздуха. Эти колебания передаются на барабанную перепонку, потом на слуховые косточки, а потом в главную часть слухового органа, улитку внутреннего уха. Там есть волосковые клетки – слуховые рецепторы, которые, как следует из названия, обладают волосками, особенными тонкими выростами, способными отклоняться в результате механических воздействий. Это, в свою очередь, приводит к тому, что волосковая клетка открывает мембранные каналы, запускает каскад внутриклеточных изменений и в конце концов выбрасывает во внешнюю среду глутамат – нейромедиатор, который уже воспринимается настоящими нервными клетками.

Существенно здесь то, что эта система конструктивно неспособна кодировать частоту звука непосредственно, по принципу “сколько пришло колебаний, столько и отправим нервных импульсов”. Мы, люди, умеем воспринимать довольно высокочастотные звуки, вплоть до 20 000 Гц. В то же время наши нервные клетки умеют генерировать нервные импульсы не чаще одного раза в миллисекунду, то есть на частоте 1000 Гц, а обычно и того меньше: клеткам нужно время, чтобы открывать-закрывать мембранные каналы, восстанавливать концентрацию ионов по обе стороны мембраны и вообще приходить в себя[69]. Поэтому, для того чтобы закодировать частоту звука, в нашей слуховой системе используется просто положение волосковых клеток внутри улитки. Чем ближе они к началу улитки, тем сильнее они возбуждаются в ответ на звуки высокой частоты; чем дальше вглубь, тем сильнее возбуждаются на низкочастотные звуки. В основном это обусловлено механическими свойствами базилярной мембраны, на которой находятся клетки-рецепторы: она узкая и жесткая в начале, широкая и гибкая в конце, и из‐за этого колебания разных частот достигают на ней максимальной амплитуды в разных местах[70].

Чувствительные окончания слухового нерва подсоединены к улитке по всей ее длине. При этом мозг ожидает, что если он получил самый сильный сигнал от нервного окончания в начале улитки, значит, это у нас звук высокой частоты; а если в конце улитки, то, соответственно, низкой частоты. Это удобное свойство (оно называется “тонотопическая организация”) позволяет подключиться к этим чувствительным окончаниям слухового нерва непосредственно – в том случае, если волосковые клетки у человека погибли.

Кохлеарный имплантат состоит из двух частей: съемной внешней и вживленной внутренней. Они удерживаются вместе с помощью магнита. Внешняя часть содержит микрофон, преобразователь звука и радиопередатчик. Внутренняя часть завершает процесс обработки сигнала, сортирует его по частотам и отправляет импульсы на стимулирующие электроды (в современных устройствах их от 16 до 22). Все электроды закреплены в гибком силиконовом стержне, введенном внутрь улитки. Высокие частоты передаются туда, где мозг ожидает обнаружить высокие частоты. Низкие – туда, где низкие.