В 2013 году нейробиолог Майкен Недергард и сотрудники ее лаборатории обнаружили, что во время медленного сна у мышей значительно увеличивается объем межклеточной жидкости в мозге[27]. Происходит натуральная “промывка мозгов”: организм избавляется от продуктов жизнедеятельности, накопленных за день в тканях мозга. В частности, удаляются бета-амилоиды – белковые молекулы, чрезмерное скопление которых опасно для клеток мозга.
Считается, что именно из-за этих скоплений погибают нервные клетки таламуса при фатальной семейной бессоннице. Скопление бета-амилоидов также способствует развитию болезни Альцгеймера – нейродегенеративного заболевания, прогрессирование которого сопровождается и ухудшением качества сна[28].
В 2016 году группа Недергард выяснила, что во время глубокого сна в межклеточной жидкости мозга уменьшается содержание ионов калия, зато увеличивается содержание ионов кальция, магния и водорода[29]. Эти изменения приводят к тому, что сигналы, ранее возбуждавшие некоторые клетки, больше не вызывают их активации. Если искусственно вернуть концентрации ионов в межклеточной жидкости к нормальному уровню, характерному для состояния бодрствования, то и активность мозга изменится соответствующе – станет “дневной”.
По-видимому, “промывка” непосредственно влияет на работу нервной системы и несовместима с ее дневной деятельностью. Поэтому и существуют два разных состояния: сон и бодрствование. Не исключено, что похожие механизмы виновны в искаженном восприятии реальности во время переходов от сна к бодрствованию и наоборот.
Состояния, когда паралич мышц наступает до засыпания или не успевает пройти сразу при пробуждении (сонный паралич), когда паралич мышц вообще не наступает во сне, и лунатизм – не единственные, которым иногда приписывают мистическую природу. Примерно 90 % людей с ампутированными конечностями описывают странные ощущения – словно недостающая часть их тела все еще на месте[30]. Этот феномен назвали синдромом фантомной конечности. И характерен он не только для людей. Кошки, оставшиеся с тремя лапами, нередко пытаются несуществующей четвертой копать в лотке, чесать себя за ухом, хватать игрушки и даже царапать собак. Кто-то верит, будто фантомные конечности подтверждают существование “нематериальной”, “тонкой”, “эфирной”, “астральной” оболочки тела. Но объяснение на самом деле гораздо проще.
При утрате руки или ноги ранее связанные с ними зоны коры головного мозга никуда не деваются. Просто клетки, получавшие сигналы от ампутированной конечности, утрачивают исходные функции и начинают принимать сигналы от других частей тела. Видимо, поэтому некоторые люди испытывают ощущения в фантомной руке, когда кто-нибудь прикасается к их губам (области коры, отвечающие за обработку сигналов от рук и от губ, обычно расположены рядом)[31].
Нередко утраченная конечность у людей начинает болеть. Согласно одной гипотезе, в такой фантомной боли виновата уже упомянутая способность нервных клеток образовывать новые нервные связи[32]. Клетки, ранее воспринимавшие боль в конечности, получают сигналы из новых источников, возбуждаются – и порождают неприятные ощущения. Другая же гипотеза гласит, что нервные клетки могут активироваться спонтанно[33]. Например, клетки спинного мозга кошек, отвечающие за передачу сигналов от конечностей в головной мозг, способны возбуждаться, даже если все нервы, которые подходят к спинному мозгу от периферии тела, перерезаны[34].
Нейрофизиолог Вилейанур Рамачандран, автор книги “Фантомы мозга” (Phantoms in the Brain)[35], предложил собственное объяснение фантомной боли. Мозг по-прежнему посылает сигналы мышцам утраченной конечности по нисходящим нервным путям и ожидает ответных сигналов. Не получая обратной связи, он может решить, что нечто постороннее мешает мышцам сокращаться, придавливает конечность. Стремясь избежать повреждения несуществующей конечности, мозг посылает все новые сигналы (увы, с тем же отрицательным результатом). Поскольку он безуспешно пытается пошевелить конечностью снова и снова, неприятное ощущение сдавленности с каждым разом усиливается, вплоть до возникновения боли.
Оказывается, мозг можно обмануть и заставить поверить, что конечность в порядке. Для лечения фантомной боли у людей с ампутированной рукой Рамачандран разработал специальный зеркальный ящик[36]. Человек помещает в него здоровую руку и видит ее отражение на том самом месте, где находилась бы вторая рука, до ампутации. Его просят сжимать руку, глядя в ящик. При этом человек испытывает иллюзию, будто у него две руки, с которыми все в порядке, – и боль, как правило, проходит[37]. Впрочем, стоит оговориться: проведено еще достаточно мало аккуратных исследований, так что рано делать окончательные выводы об эффективности этой процедуры[38].
Позже ученые придумали еще один способ лечить фантомную боль – с помощью виртуальной реальности[39]. Людей обучали управлять компьютерной моделью утраченной части тела, используя мышцы, оставшиеся на месте ампутации. Оказалось, это тоже уменьшает боль.
Рамачандран описал эксперимент, демонстрирующий, что своеобразные “фантомные конечности” могут появиться и у здорового человека<48>. Перед испытуемым кладут муляж руки, а его собственную руку прячут за перегородкой. Экспериментатор несколько раз одновременно прикасается к руке добровольца и к муляжу. Через некоторое время испытуемый заявляет, что чувствует прикосновения к искусственной руке, как будто та стала частью его тела. Если же теперь внезапно ударить по муляжу большим резиновым молотком, реакция пациента будет весьма эмоциональной.
В подобных экспериментах эмоциональная реакция обычно регистрируется полиграфом (его часто называют детектором лжи). Когда человек испытывает сильные эмоции, у него меняются различные физиологические параметры. В частности, усиливается потоотделение. Кожа увлажняется – и ее электрическое сопротивление падает (току становится проще через нее проходить), что и фиксируется прибором.
В контрольной группе испытуемых к их рукам и к муляжам прикасаются не одновременно. В таких условиях иллюзии у людей не возникает, и они реагируют спокойней, если с муляжом что-то происходит. Самый первый подобный эксперимент (правда, без молотка) провели психологи Мэтью Ботвиник и Джонатан Коэн: восемь из десяти добровольцев ощутили, будто резиновая рука, которую поглаживали одновременно с их собственной рукой, – часть их тела[40].
В 2015 году в журнале Scientific Reports вышла статья, авторам которой удалось развить эти идеи и создать иллюзию целого фантомного тела[41]. В одном из экспериментов на добровольцев надевали очки виртуальной реальности и просили смотреть вниз, словно разглядывая свой живот. При этом испытуемые видели вместо собственного тела пустоту. Экспериментаторы кисточкой много раз дотрагивались до тел добровольцев, а те одновременно видели в свои очки, как кисточка “прикасается” к пустому месту. Когда затем к “невидимому телу” в виртуальной реальности подносили не кисточку, а нож, то, как и в экспериментах с резиновой рукой, волнение испытуемых усиливалось. Иллюзия фантомного тела не возникала, если реальные и виртуальные прикосновения не совпадали по времени.
Похожие эксперименты проводились и на животных. В 2016 году в Journal of Neuroscience вышла статья, авторы которой описали иллюзию фантомного хвоста у мышей[42]. Ученые помещали грызуна в специальную камеру, ограничивающую передвижения, и клали чуть сбоку кусок резинового хвоста. Один экспериментатор некоторое время легко прикасался к мышиному хвосту и к муляжу одновременно или неодновременно, а затем его коллега, ничего не знавший об условиях эксперимента (“ослепленный”), просто по