Для начала позвольте несколько слов о мозговых волнах. Нейроны в мозге действуют подобно миллионам крошечных электрических батарей. Генерируемое ими электрическое поле можно записать при помощи сенсоров – электродов, которые крепятся к поверхности головы. Запись волновой активности мозга называется электроэнцефалограммой, или ЭЭГ. ЭЭГ часто используют для исследования и оценки клинических расстройств: от судорожной активности при эпилепсии до аномальных ритмов, характерных для нарушений сна.

ЭЭГ можно также записать и проанализировать на компьютере, чтобы детально разобраться в том, как мозг воспринимает информацию. Есть техника изучения того, как мозг обрабатывает определенные стимулы, например слова или картинки. Ученые показывают эти слова или картинки исследуемым на экране компьютера, снимая при этом ЭЭГ. При помощи компьютерного алгоритма ученые фиксируют активность мозга примерно в течение секунды после представления каждого вида изображений или слов. Таким образом определяется так называемый событийно связанный вызванный потенциал (ССВП) – мозговые волны при обработке подобного рода стимулов. В аспирантуре мои однокашники прозвали тех, кто занимался такими исследованиями в тюрьмах, «ССВП-мафией».

ССВП обычно длится около секунды. Ученые разделяют его на первичные, вторичные и более поздние компоненты. Первичные, длящиеся примерно первые 200 миллисекунд, отражают обработку сенсорных впечатлений и то, сколько внимания она потребовала. Сильная первичная реакция означает, что либо слово или картинка захватили внимание исследуемого, либо он очень сосредотачивался, рассматривая их. Вторичные компоненты имеют место между 200– и 500-миллисекундой после предъявления стимула и отражают работу памяти, опознание в контексте и моторные процессы, связанные с генерированием реакции на стимул. Чем больше памяти участвует, тем больше вторичные компоненты. Наконец, поздние компоненты обычно длятся от 500-й до 1000-й миллисекунды и отражают процесс идентификации и оценивания. Если вы глубоко задумаетесь о чем-то, это, скорее всего, покажут большие поздние компоненты.

Пики и падения ССВП называют по их порядковому номеру и полярности. Первый негативный пик называется N100, третий положительный пик – P300. Положительные и негативные отклонения одинаково важны. Если маленькая батарея (группа нейронов) направлена вверх, получается положительная волна, если вниз, получается отрицательная.

Я познакомился с ССВП в довольно любопытных обстоятельствах. Я участвовал в исследовании, в котором при помощи ССВП оценивался слуховой диапазон косаток. Еще в Дэвисе я услышал лекцию аспиранта Майкла Шимански, который работал над мобильной системой для записи мозговой активности косаток в океанариуме «Морской мир Африка – США» в калифорнийском Вальехо. Заинтересованный исследованием Майкла, я вызвался помочь ему в разработке мобильной ЭЭГ-системы для косаток. У меня был четырехлетний опыт работы в отделении анестезии ветеринарного факультета, где я отслеживал активность мозга у животных во время хирургических операций. Майкл обрадовался новому помощнику, который разбирался в технике, и мы с тех пор стали друзьями на всю жизнь.

Мы сделали сенсоры и вставили их в трехдюймовые присоски, которые крепятся к голове косатки для записи мозговых волн. Дрессировщики океанариума приучили косаток неподвижно держаться у края бассейна, пока мы закрепляли присоски. У косаток нет ушной раковины или наружного уха. Они воспринимают звуки под водой через челюсть. Поэтому мы проигрывали им звуки под водой при помощи специального устройства с уместным названием гидрофон.

Исследование было сопряжено с большими техническими трудностями, но через два года разработок и доработок, испытаний и проверок мы разобрались, как надо записывать мозговые реакции косаток на звуки. Мы воспользовались тем, что мозг автоматически реагирует на звуки, если они на различаемых им частотах. Это называется акустический стволовой вызванный потенциал (АСВП), он очень короткий, длится всего семь миллисекунд. Фактически это последовательность реакции первых семи нейронных ядер слухового пути, по мере того как мозг распознает звук. То есть, когда мы регистрировали АСВП, это значило, что косатки различают звук такой частоты. И наоборот, если мы не видели АСВП, это значило, что киты на такой частоте звуков не слышат. Эта техника обычно используется для диагностики проблем со слухом у детей, повреждений при травмах мозга или для оценки потери слуха, например из-за частого посещения рок-концертов.

Мы обнаружили, что косатки могут воспринимать частоты в десять раз выше, чем может слышать человек. Также они слышат звук на гораздо более низких частотах. Благодаря этой работе флот США изменил программу своих океанских экспериментов. Исследования ВМФ были скорректированы таким образом, чтобы шумы, производимые в ходе экспериментов, не вмешивались в оптимальные частоты, воспринимаемые косатками. Запись мозговой активности двух косаток океанариума по кличке Яка и Вигга опубликовал престижный журнал {40} . Даже двадцать лет спустя они по-прежнему остаются самыми крупными животными, у которых записаны волны мозга. Мы с Майклом очень горды проделанной работой, как и тем, что благодаря ей были предприняты усилия по защите слуха и акустического сообщения между косатками.

Мои занятия ССВП у косаток также познакомили меня с различными парадигмами исследования здоровых мозговых волн у животных и людей. У меня было любимое задание для записи ССВП, к тому же одно из самых легких. Это так называемая oddball [2] . Участникам исследования предъявляют серию звуков разного тона. У большинства звуков одинаковая высота (стандартные стимулы), но иногда она выше (девиантный стимул). Испытуемый должен как можно быстрее нажать кнопку, услышав более высокий звук, но только этот звук и никакой другой. Иногда мы включаем какие-нибудь забавные произвольные звуки, просто чтобы слегка запутать. Ими мы проверяем реакцию мозга на новый стимул.

Oddball-тест существует уже больше полувека. Оказывается, что девиантные стимулы вызывают очень активную и впечатляющую реакцию мозга. Самый заметный компонент называется Р300 (третий положительный пик после предъявления девиантного стимула). Р300 – чрезвычайно комплексная волна; я много лет посещал ежегодные конференции, на которых ученые обсуждали исключительно что они думают о значении этого компонента. С момента открытия компонента Р300 в 1965 году {41} о нем опубликованы тысячи научных трудов.