От носа дюймах в тридцати есть личности моей фронтир, до рубежа я суверен – здесь личный пагус и домен. Чужак, никак не наяву тебя брататься позову; не смей границу пересечь: пусть нет ружья, плевок – мой меч.

Телесная осознанность простирается за пределы физического тела в пространство, непосредственно его окружающее, – в наше периперсональное пространство, внутри которого мы можем дотягиваться до предметов и хватать их. Уже на ранних этапах изучения этой темы было высказано предположение, что схема тела и образ тела могут вмещать в себя посторонние предметы, такие как одежда и орудия. Современные исследования подтверждают это, обнаруживая, что использование орудий труда изменяет репрезентации тела. Благодаря новейшим достижениям в области понимания телесной осознанности ученые могут создавать сложные протезы конечностей, способные взаимодействовать с мозгом и ощущаться как реальная часть тела, а не как громоздкая инородная конструкция.

Каждый из нас населяет тот объем пространства, в котором находится наше тело, но в то же время мы испытываем чувство владения пространством, непосредственно окружающим наше тело, – это наше личное пространство, образующее границу между нами и другими людьми. В общественных местах мы следуем негласным правилам, касающихся этих невидимых границ, и постоянно соблюдаем дистанцию, отделяя себя от других.

В любом другом месте, кроме людных мест, близость постороннего человека вызывает у нас дискомфорт: вторгаясь в наше личное пространство, посторонний вторгается в нашу частную жизнь.

Американский антрополог Эдвард Т. Холл в своей книге «Скрытое измерение» (The Hidden Dimension, 1966) определяет личную дистанцию как «небольшую защитную сферу или пузырь, поддерживаемый организмом между самим собой и другими», то есть наиболее сокровенный из «череды невидимых пузырей», или «зон дистанции», которыми мы окружены. Зоны дистанции измеряемы, и каждая из них вызывает уникальные мультисенсорные ощущения. Публичная дистанция (три с половиной метра и более) находится «далеко за пределами круга вовлеченности», и лишь в пределах трех внутренних зон происходит межличностное взаимодействие. Официальная деловая и социальная коммуникация осуществляется на периферии социальной дистанции (от двух до трех с половиной метров), откуда «хорошо видна структура кожи, волос, состояние зубов и одежды, […] а глаза и рот собеседника становятся различимы в зоне наиболее острого зрения». На близкой социальной дистанции (от полутора до двух метров)«зона резкого фокуса охватывает нос и части обоих глаз; либо отчетливо виден весь рот, один глаз и нос. На этом расстоянии осуществляется обезличенное взаимодействие. […] Люди, работающие вместе, обычно придерживаются близкой социальной дистанции. Это также весьма характерно для людей, которые присутствуют на случайной светской вечеринке».

Дальний предел личной дистанции Холл устанавливает на уровне чуть менее полутора метров – «на расстоянии вытянутой руки», или «как раз на дистанции легкого прикосновения в точке, когда два человека могут соприкоснуться пальцами, если вытянут обе руки». На этом расстоянии «размер головы воспринимается как нормальный […] и иногда можно почувствовать запах изо рта». На близком расстоянии (от 30 до 75 сантиметров) «человек может обхватить другого человека», и «есть видимая обратная связь от глазных мышц». «Жена может безнаказанно оставаться в кругу близкой личной зоны мужа, – пишет Холл, – но для другой женщины все будет совершенно иначе».

Предпоследний рубеж – зона интимной дистанции (от 15 до 45 сантиметров), где «тепло от тела другого человека, звук, запах и ощущение дыхания – все это вместе сигнализирует о несомненной близости к другому телу», и поэтому нахождение на таком расстоянии от другого «не считается приличным для взрослых американцев среднего класса». Хотя в общественном транспорте «незнакомые люди могут вступать в такие пространственные отношения, которые обычно считаются интимными, […] в метро у пассажиров есть способы обороны, лишающие интимное пространство в общественном транспорте подлинной интимности». Основная тактика, которую пассажиры используют во избежание интимных прикосновений, как пишет Холл, «заключается в том, чтобы быть как можно более неподвижным и, если часть туловища или конечности касается другого человека, по возможности отстраниться. Если это невозможно, то мышцы в затронутых местах поддерживаются в напряжении». Еще более близкой является внутренняя интимная дистанция (до 15 сантиметров). Это «дистанция любовных утех и борьбы, утешения и защиты», где «физический контакт или высокая вероятность физического участия превалируют в сознании обоих людей». На этом расстоянии острота зрения снижается, но запах и тепло тела другого человека легко различимы; речь «играет весьма незначительную роль в процессе коммуникации», а «шепот имеет эффект расширения дистанции»¹.

Таким образом, Холл связал зоны дистанции с моделями поведения, отметив, что «положение людей по отношению друг к другу сигнализирует об их отношениях, или о том, что они чувствуют друг к другу, или о том и другом». Он также обратил внимание на то, как безмолвный язык расстояний между телами, названный им проксемикой, отличается в разных культурах, и посвятил отдельный раздел своей книги проксемическим паттернам арабов, европейцев и японцев и их отличиям от американцев. «Эти многообразные невысказанные, неоформленные различия, – писал он, – часто приводят к искажениям смыслов при взаимодействии представителей разных культур, независимо от благости намерений»².

Наибольший интерес для Холла представляло межкультурное деловое взаимодействие, а также то, как мышление людей и использование ими окружающего пространства могут повлиять на архитектуру и городской дизайн. Очень важно, что при этом он признавал, что «границы Я выходят за пределы тела» и что «ощущение человеком пространства тесно связано с его самоощущением» – это идеи, вынашивавшиеся неврологами еще с начала ХХ века и теперь уже подтвержденные современными исследованиями мозга³.

Периперсональное пространство

Проведенные в 1980-х годах исследования на макаках позволили установить, что в различных частях мозга обезьян имеются клетки, реагирующие на различные виды внешних сенсорных стимулов. В одной из работ 1981 года итальянские ученые с помощью микроэлектродов регистрировали активность 72 нейронов, получающих информацию от ротовой полости, расположенных в премоторной коре трех свинохвостых макак. Все клетки реагировали на ту или иную сенсорную стимуляцию одним из трех способов. Клетки первого типа остро реагировали на пассивное прикосновение ко рту или коже вокруг него; клетки второго типа реагировали на те же пассивные прикосновения, но заметно активизировались, если обезьяна совершала какое-либо движение ртом сразу после прикосновения; наконец, клетки третьего типа реагировали только тогда, когда прикосновение сопровождалось движением. Более половины клеток также реагировали на зрительную стимуляцию; некоторые отвечали только на зрительные стимулы, другие проявляли повышенную активность, когда после зрительной стимуляции обезьяна совершала определенное движение ртом⁴.

Последующие исследования, которые проводились в 1994 и 1997 годах, выявили, что эта же область мозга обезьян содержит большое количество нейронов, реагирующих на зрительные стимулы в пространстве, непосредственно окружающем руку и кисть, независимо от положения конечности и движений глаз; клетки расположены соматотопически, причем соседние клетки реагируют на стимулы, находящиеся на соседних участках тела или вблизи них; субпопуляции клеток реагируют на объекты, находящиеся вблизи тела, и продолжают кодировать их расположение даже в темноте, когда объекты уже убраны. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в премоторной коре макак имеются нейроны, реагирующие как на сенсорные, так и на зрительные стимулы, а также кодирующие карты тела и той области, что непосредственно его окружает. Эти клетки, вероятно, обеспечивают интеграцию сенсорной и моторной информации перед передачей сигналов в моторную кору и другие зоны мозга, вовлеченные в выполнение движений. Клетки с такими же свойствами были обнаружены и в других областях головного мозга, в частности, в теменной доле, где кодируются телесные репрезентации «высшего порядка»⁵.

При этом эксперименты с использованием необычного метода стимуляции позволили выявить неожиданный организующий принцип. Стоит отметить, что электрическая стимуляция моторной коры головного мозга обезьян – относительно распространенный метод исследования, который применяется с конца XIX века. Обычно стимуляция осуществлялась в моторной коре с одной стороны мозга короткими импульсами длительностью не более 50 миллисекунд, достаточными для того, чтобы вызвать подергивания соответствующих групп мышц на противоположной стороне тела, не распространяя их на смежные области мозга. Однако в работе 2016 года группа исследователей стимулировали премоторную кору макак в течение более длительных периодов времени, что позволило им обнаружить, что продление стимуляции примерно до 500 миллисекунд вызывает сложные, осмысленные движения.

Более того, стимуляция различных зон премоторной коры вызывала разные типы сложных движений. Стимуляция одной зоны в определенном полушарии вызывала движения «рука-рот» на противоположной стороне тела, при которых рот обезьяны открывается, рука принимает позу точного захвата, а предплечье, локоть, плечо и шея вращаются, поднося руку ко рту. Стимуляция соседней зоны вызывала различные движения рта, такие как жевание и облизывание, другой зоны – движения карабканья и подпрыгивания, третьей – защитные движения, такие как закрывание глаз, отворачивание головы и заслонение лица рукой. Важно отметить, что зоны, вызывающие различные типы движений, были топографически распределены в моторной и премоторной коре, и стимуляция определенной зоны вызывала точно такое же скоординированное движение, при котором конечность на противоположной стороне тела оказывалась в идентичном положении и позе, независимо от ее положения до начала стимуляции⁶.

Первопроходческие труды Пенфилда в 1920–30-х годах показали, что моторная область коры головного мозга человека содержит относительно точную карту тела. Как мы уже выяснили, эта область необходима не только для выполнения движений, но и для их планирования. Результаты исследования 2016 года свидетельствуют о том, что премоторная кора, по крайней мере, мозга обезьян, также содержит карты пространства вокруг тела и карты действий, отражающие положение конечностей и репертуар действий, которые могут быть совершены в окружающем пространстве. Первичное обнаружение этих карт действий оказалось спорным из-за длительной электрической стимуляции, а также потому, что полученные результаты ставили под сомнение традиционные представления о работе моторной коры. Однако с момента открытия карты действий были различными методами обнаружены в мозге у самых разных видов млекопитающих, не только у приматов: от мышей и крыс до белок и кошек.

Неврологи называют наше личное пространство периперсональным и рассматривают его как интерфейс, связывающий тело с окружающей средой, рабочее пространство, или пространство действий, в котором мы взаимодействуем с объектами. Некоторые также считают его зоной безопасности, опоясывающей тело. В книге «Скрытое измерение» Холл предположил, что наша личная дистанция простирается на расстояние вытянутой руки, и в настоящее время исследователи используют этот показатель в качестве условной меры периперсонального пространства. Большинство специалистов согласны с тем, что мозг воспринимает это ближнее пространство иначе, чем пространство более отдаленное, однако точные его границы до сих пор неясны. В некоторых исследованиях обнаруживаются заметные различия в представлениях мозга о пространстве, находящемся в пределах досягаемости вытянутой руки, и о пространстве, лежащем за ней, что свидетельствует о наличии четкой границы между ближним и дальним пространством. Однако в других исследованиях обнаруживается гораздо более плавный переход от ближнего к дальнему.

Тем не менее существует целый ряд свидетельств, указывающих на то, что периперсональное пространство кодируется в правой теменной доле. В 1941 году невролог Уолтер Рассел Брейн описал две группы пациентов, у которых в результате повреждения правого полушария наблюдались различные виды зрительной дезориентации. В одной группе было три пациента, которые с большим трудом различали близлежащие объекты или указывали на более далекие в левой части зрительного поля, а в другой – три пациента, которые полностью утратили способность следовать по знакомым маршрутам, поскольку ошибочно поворачивали не направо, а налево. Брейн объяснил все эти проявления «невниманием или игнорированием левой половины внешнего пространства» и пришел к выводу, что оценка того, что он назвал «дистанцией хватания» и «дистанцией ходьбы», зависит от правой теменной доли⁷.

Связанный с этим феномен, именуемый систематической ошибкой внимания, расширяет представление о том, каким именно образом мы воспринимаем ближнее и дальнее пространство. Подобно тому, как левое полушарие мозга контролирует правую сторону тела, а правое – левую, каждое полушарие также стремится направить свое внимание на противоположную сторону. Это явление не вполне симметрично – левое полушарие уделяет правой стороне тела несколько больше внимания, чем правое – левой, что приводит к общему перекосу внимания на правую половину.

Однако если речь идет о восприятии периперсонального пространства, то здесь тенденция прямо противоположна. В лабораторных условиях игнорирование часто измеряется с помощью задачи на рассечение линии. Когда участники эксперимента, не имеющие повреждений мозга, видят горизонтальную линию, разделенную надвое короткой вертикальной чертой, они склонны воспринимать левую половину линии немного длиннее правой, но ошибаются чаще, когда линии показаны вблизи, чем когда они находятся на удалении. Более того, как показало одно из исследований 2002 года, транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) правой теменной доли приводит к изменению результатов этого задания, смещая внимание испытуемых вправо. Все это подтверждает тезис о том, что ближнее пространство кодируется правой теменной долей и что мозг проводит различие между ближним и дальним пространством⁸.

Поэтому зачастую для изучения границы между ближним и дальним пространством ученые используют именно задачу на рассечение линии. В одном из исследований 2007 года участники с помощью лазерной указки производили бисекцию линий, демонстрируемых им с различных дистанций как в пределах, так и за пределами вытянутой руки. Результаты оценки точности показали постепенный сдвиг в смещении внимания слева направо между ближним и дальним расстояниями, но также выявили устойчивые различия в скорости этого сдвига в зависимости от длины руки. Испытуемые с более длинными руками демонстрировали более постепенное смещение внимания, что свидетельствовало о том, что их ближнее пространство было шире, чем у испытуемых с более короткими руками, и что объем ближнего пространства был прямо пропорционален длине рук⁹. В развитие этих результатов в 2011 году исследователи использовали тот же метод для изучения объема периперсонального пространства у участников с диагностированной клаустрофобией, то есть иррациональным страхом замкнутых пространств и мест скопления людей. Испытуемых снова попросили разделить надвое линии в ближнем и дальнем пространстве с помощью лазерной указки, а для определения размера ближнего пространства каждого участника использовали скорость сдвига в смещении внимания. Это показало тесную связь между размерами ближнего пространства и субъективными оценками участниками степени испытываемой ими тревоги: чем сильнее их страх перед замкнутыми пространствами, тем больше их периперсональное пространство. Учитывая сделанный в 2007 году вывод о том, что размер ближнего пространства прямо пропорционален длине рук, исследователи также проверили, испытывают ли участники с более длинными руками клаустрофобию, но не обнаружили никакой связи между этими двумя показателями. Вероятно, это связано с тем, что периперсональное пространство выполняет несколько различных функций: длина руки может влиять на управление действиями, в то время как клаустрофобия – на ее роль в обеспечении защиты тела¹⁰.

Таким образом, периперсональное пространство – это мультисенсорная сфера, непосредственно окружающая наше тело. Наш мозг комбинирует тактильные (осязательные) и зрительные стимулы, возникающие в этом поле, давая нам ощущение, что это пространство принадлежит нам. Но звук и слух также играют свою роль, и исследования, включающие задание на взаимодействие звука и осязания, позволяют предположить, что слуховые и тактильные стимулы также могут изменять границы нашего периперсонального пространства. В работе 2015 года участники с завязанными глазами слушали различные звуки, воспроизводимые через пару громкоговорителей, одновременно прикасаясь к среднему пальцу правой руки. Каждый звук длился в течение трех секунд. Некоторые звуки становились более интенсивными и воспринимались участниками как приближающиеся к правой руке, другие – менее интенсивными и воспринимались как удаляющиеся от руки, третьи сохраняли постоянную громкость. Такая звуковая динамика повлияла на восприятие тактильных стимулов – участники распознавали прикосновения, связанные с приближающимися («надвигающимися») звуками, на доли секунды раньше, чем прикосновения, связанные с удаляющимися звуками. При прослушивании звука женского крика время реакции участников на прикосновение к пальцу также сокращалось, в то время как при прослушивании звука детского смеха эффект был обратным. Таким образом, звуки, вызывающие эмоции, по-видимому, формируют границы периперсонального пространства в зависимости от того, какую именно эмоцию вызывает тот или иной звук. Услышанный смех ребенка пробуждает положительные эмоции и расширяет периперсональное пространство. Напротив, звук женского крика вызывает негативные эмоции и сужает пространство, как и «надвигающийся» звук, поскольку он часто означает приближение объекта, который может представлять угрозу¹¹.

Исследователи из Женевы использовали вариацию этого подхода в своем эксперименте 2015 года, чтобы изучить периперсональное пространство вокруг различных частей тела. Они обнаружили, что слуховые и зрительные стимулы усиливают обработку сенсорных стимулов, приложенных к рукам, лицу и туловищу, но в разной степени. Полученные результаты свидетельствуют о том, что размер периперсонального пространства различен для каждой части тела, причем ближнее пространство вокруг туловища является самым большим, а вокруг руки – самым маленьким. Эти опыты также показали, что при приближении звуковых и зрительных раздражителей периперсональное пространство вокруг всех трех частей тела сужается, а при удалении раздражителей расширяется только периперсональное пространство руки. Это согласуется с идеей о том, что периперсональное пространство в целом выполняет защитную функцию, а периперсональное пространство вокруг руки – специализированные функции целенаправленного действия, такие как манипулирование предметами и использование орудий¹².

Таким образом, периперсональное пространство – это не просто невидимый пузырь или сфера, как это представлял себе Эдвард Т. Холл в 1960-х годах: оно состоит из отдельных пузырей или подзон, окружающих части тела, и у каждой из частей есть свое. Несмотря на конфликтующие результаты по вопросу о том, где именно проходит эта граница и какова природа перехода между ближним и дальним пространством, зачастую до сих пор считается, что это единая зона с четкой границей, внутри которой интегрируются стимулы разного рода, вызывающие усиленные реакции мозга и изменения в поведении. Как поясняется в исследовании 2018 года, теория полей пытается примирить эти данные: она переосмысляет периперсональное пространство «как набор градиентных полей, описывающих поведенческую релевантность действий, направленных на создание или избегание контакта между внешними объектами и телом»¹³.

Использование орудий

В культовой вступительной сцене фильма Стэнли Кубрика «Космическая одиссея 2001 года» показан «рассвет человека». В доисторические времена группа обезьян, борющихся за выживание в бесплодной саванне, были озадачены внезапным появлением большого черного монолита. Позже одна из них садится рядом со скелетом крупного животного, подбирает кость и использует ее как орудие для охоты на добычу и борьбы с соперниками. Затем она подбрасывает кость в воздух, и, когда та, вращаясь, падает на землю, в кадре появляется космический корабль, летящий по орбите Земли. Имеется в виду, что использование орудий труда было движущей силой человеческой эволюции, которая миллионы лет спустя привела к созданию технологий космической эры.

В самом деле, репрезентации орудий, похоже, занимают особое место в мозге, где они тесно связаны с репрезентациями руки. Затылочная доля, расположенная в задней части мозга, занимается преимущественно обработкой зрительной информации, как и соседние области височной доли. Эти подобласти зрительной системы имеют решающее значение для формирования концептуальных знаний, что подтверждают пациенты с их локальным повреждением, у которых оно приводит к неспособности идентифицировать ту или иную конкретную категорию объектов.

Руки и инструменты выглядят совершенно по-разному и относятся к отдельным категориям объектов. Однако в левом затылочно-височном сочленении имеется специализированная область, где предпочитаемые руки взаимно перекрываются предпочитаемыми орудиями, и область эта активируется при виде фотографий как рук, так и орудий, но не других частей тела и не других неодушевленных предметов или движений. Мы знаем, что опыт имеет решающее значение для формирования структуры и функций развивающегося мозга. Удивительно, но, как показало исследование 2017 года, эта область наложения «рук-орудий» остается нетронутой как у людей, родившихся без рук, так и у слепых. То есть область «рук-орудий» является врожденной и, формируясь вне зависимости от приобретенного опыта, выполняет важную эволюционную функцию¹⁴.

Обилие экспериментальных данных, опубликованных за последнюю четверть века, свидетельствует о том, что использование орудий труда изменяет как периперсональное пространство вокруг руки, так и схему тела. В одном из первых исследований, которое было опубликовано в 1996 году, японские ученые обучали макак притягивать к себе граблями удаленные предметы и при этом регистрировали активность нейронов в первичной соматосенсорной коре. Они обнаружили большое количество двухмодальных клеток, которые реагировали как на осязательные, так и на зрительные раздражители и срабатывали, когда обезьяны использовали руку, а также когда исследователи прикасались к руке или подносили к ней кусочки пищи. По мере того как обезьяны использовали грабли, их зрительные рецептивные поля резко увеличивались в размерах, реагируя на пищу не только тогда, когда она находилась рядом с рукой, но и когда она появлялась в пределах всей длины граблей и в любой точке пространства, куда можно было ими дотянуться [32]. Клетки мозга реагировали таким образом, хотя и кратковременно, даже когда обезьяны не смотрели на пищу, – рецептивные поля сокращались до нормальных размеров примерно через три минуты, даже если обезьяны просто держали грабли, но не использовали их¹⁵.

Случаи пациентов с повреждениями мозга подтверждают, что использование инструмента расширяет периперсональное пространство руки. Некоторые пациенты с повреждением правого полушария не могут распознать прикосновение к левой руке, если в это же время чувствуют прикосновение к правой, – это явление называется кроссмодальной экстинкцией. Но когда прикосновение к левой руке сопровождается зрительными стимулами в правом зрительном поле, выраженность экстинкции зависит от расстояния между зрительным раздражителем и правой рукой. Так, пациенты в исследованиях 2000 и 2005 годов почти во всех случаях не могли опознать прикосновение к левой руке, если раздражители находились очень близко к правой руке, тогда как при предъявлении раздражителей на большем расстоянии экстинкция была выражена в гораздо меньшей степени. При использовании граблей правой рукой, однако, экстинкция в дальнем пространстве становилась очень сильно выраженной, то есть зрительные стимулы, предварительно поданные на конце граблей, соперничали с прикосновениями к левой руке, поскольку использование граблей расширяло периперсональное пространство вокруг правой руки. Это происходило при условии фактического использования орудия: простое удержание граблей в руке не давало такого эффекта. При этом степень расширения периперсонального пространства в результате использования орудия не зависит напрямую от его длины. Грабли длиной 30 сантиметров вызывали экстинкцию на том же расстоянии, что и грабли длиной 60 сантиметров, хотя эффект был не таким сильным, а гибридные грабли длиной 60 сантиметров с зубцами, расположенными на середине их длины, оказывали тот же эффект, что и грабли длиной вдвое меньше. Это свидетельствует о том, что периперсональное пространство выходит за пределы наконечника используемого орудия и что степень его расширения зависит не от длины орудия как такового, а от диапазона, в пределах которого орудие может использоваться по назначению¹⁶.

Генри Хэд и Гордон Холмс предвидели нечто подобное более ста лет назад. «Именно существованию “схем” мы обязаны способностью проецировать наше осознание позы, движения и местоположения за пределы собственного тела на конец какого-либо инструмента, находящегося в руке, – писали они в своей монументальной работе 1911 года. – Без этих схем мы не смогли бы ни схватить палочками, ни воспользоваться ложкой в моменты, когда наши глаза не устремлены на тарелку. Все, что участвует в сознательном движении нашего тела, добавляется к нашей модели нас самих и становится частью этих схем: способность какой-нибудь женщины к локализации вполне может распространяться на перо в ее шляпе»¹⁷. Макдональд Критчли развил эту мысль в своем обзоре 1950 года «Образ тела в неврологии».

Личность человека в определенной степени может включать в себя и его одежду. […] Водитель автомобиля, велосипедист, пилот самолета – все они в конкретный момент времени имеют образ тела, включающий в себя их транспортное средство. Так, автомобилист, протискивающийся сквозь городские пробки, ограничен не анатомией, а расстоянием между капотом и брызговиком. Такой тип расширенного образа тела, конечно, относится не к обучающимся новичкам, а только к опытным автомобилистам, велосипедистам или пилотам. Более того, это не относится и к пассажиру движущегося транспортного средства, поскольку его образ тела редко достигает такой степени единства с машиной, как это происходит у того, кто ее ведет и направляет.

В образ тела могут быть включены и другие неодушевленные предметы, не только одежда. Так, слепой человек, нащупывающий дорогу в незнакомой обстановке, может рассматриваться как обладатель образа тела, простирающегося вплоть до наконечника его трости. Хирург, орудующий зондом в полости тела пациента, и солдат, уверенно обращающийся со смертоносным оружием, также могут служить примерами расширения образа тела за счет инструмента. В таких случаях необходим навык, поскольку о новичке, который неуклюже возится с инструментом, еще нельзя сказать, что он встроил неодушевленный предмет себе в образ тела¹⁸.

В соответствии с данными современных исследований мозга, предложенное Критчли описание образа тела оказывается весьма точным. В 2009 году группа исследователей из Лиона (Франция) подтвердили гипотезу о том, что использование орудий модифицирует схему тела. Ученые просили участников схватить предметы при помощи механического хватательного устройства длиной 40 сантиметров и регистрировали движения инфракрасных светодиодов, расположенных на руках и на хватательном устройстве, при помощи трехмерной системы отслеживания движений в высоком разрешении. Использование прибора не только приводило к переменам в хватательных движениях, которые они впоследствии производили без него, но и влияло на восприятие прикосновений. Руке, использовавшей хвататель, впоследствии требовалось больше времени, чтобы начать хватательные движения, причем сами движения были медленнее, хотя и оставались точными, а прикосновения к локтю, запястью и кончику пальца воспринимались как более удаленные друг от друга, чем на самом деле. Использование хватательного устройства удлинило мозговую репрезентацию руки, и это изменение наблюдалось в течение 15 минут. Полученные данные свидетельствуют о том, что схема тела очень динамична и может быть быстро обновлена с учетом особенностей используемых орудий¹⁹.

Почти 10 лет спустя, в 2018 году, участники очередного эксперимента, держа в одной руке деревянную палку, ощущали прикосновение по всей ее длине. Когда они сами перемещали палку, касаясь ею другого предмета, то могли с высокой точностью локализовать прикосновение, а если палку перемещали за них, то их результаты были лишь слегка менее точными. Отсутствие существенных различий, вероятно, объясняется тем, что при активном перемещении палки в дополнение к вибрациям, возникающим при соприкосновении палки с другим предметом, поступает также больше сигналов обратной связи, двигательных сигналов. Таким образом, нервная система воспринимает палку как продолжение тела, поэтому осязательная чувствительность распространяется на всю ее длину²⁰.

Используя ЭЭГ в ходе последующего исследования 2019 года, ученые продемонстрировали, что мозг реагирует на прикосновение к палке примерно так же, как и на прикосновение к телу. Прикосновение к палке, которую участники эксперимента держали в правой руке, практически сразу активизировало левую первичную соматосенсорную кору, а затем активность быстро распространилась на теменную долю. Аналогичная картина активности наблюдалась у человека, пережившего рак и – вследствие удаления опухоли мозгового ствола – утратившего чувство положения и движения правой руки в пространстве (проприоцепцию), что подтверждает ранее сделанный исследователями вывод о том, что способность локализовать прикосновение к палке зависит от вибраций. Таким образом, мозг задействует механизмы восприятия прикосновений на теле для восприятия прикосновений к воплощенным орудиям (тем, которые находятся в руках или используются телом)²¹.

Исследование с использованием магнитно-резонансной томографии, проведенное в 2009 году на обезьянах, еще раз показывает, что использование орудий связано с долговременными изменениями в сером и белом веществах мозга. После двухнедельного интенсивного обучения использованию граблей у трех макак наблюдалось увеличение объема серого вещества в соматосенсорной, теменной и височной областях, которые как раз связаны с навыками использования орудий, а также увеличение объема белого вещества в мозжечке²². Можно утверждать, что мозг встраивает используемое рукой орудие в свои репрезентации тела и окружающего пространства. Во многих публикациях делается вывод о том, что для этого необходимо активное пользование инструментом, но есть также данные, позволяющие предположить, что активное использование не всегда необходимо. В одном из исследований 2017 года испытуемые видели зеркальное отражение своей правой руки, использующей механический захват, что создавало у них впечатление, будто захват производится их левой рукой. После этого они воспринимали пары осязательных стимулов на правой руке как находящиеся на большем удалении друг от друга, чем на самом деле, что говорит о том, что использование захвата удлинило нейронную репрезентацию руки. При этом восприятие прикосновений к левой руке изменялось совершенно аналогичным образом, хотя она все это время находилась под столом и была вне поля зрения²³. В другом эксперименте, проведенном в 2014 году, было продемонстрировано, что одна лишь мысль участников об использовании какого-либо инструмента изменяла кинематику осуществляемых ими в дальнейшем движений, что дает основание полагать, что для включения воображаемого орудия в схему тела достаточно даже просто мысленных образов²⁴.

Использование орудий – это своего рода окно в мир пластичности репрезентаций тела. Эксперименты, проведенные на обезьянах, пациентах с повреждениями мозга и контрольных испытуемых, показывают, что использование орудия не только перестраивает репрезентации тела в мозге, но и расширяет периперсональное пространство. В результате того же эксперимента 2014 года ученые пришли к выводу, что мозг воспринимает инструмент не как внешний объект, а как продолжение тела, наделенное способностью к чувственному восприятию. По сути, инструмент «обретает плоть», что облегчает овладение навыками его использования²⁵.

Периперсональное пространство, свойства которого кажутся весьма схожими со свойствами, традиционно связываемыми со схемой тела, вполне может оказаться этаким внешним компонентом схемы тела – а возможно, что термины «схема тела» и «периперсональное пространство» вовсе обозначают разные аспекты одной репрезентации. Некоторые исследователи используют эти два термина как взаимозаменяемые, а группа исследователей из Лиона предлагает «рассматривать их как две стороны одной медали»²⁶.

Протезы конечностей

В 2000 году немецкие археологи, проводившие раскопки в некрополе Шейх-Абд-эль-Курна на территории древних Фив, недалеко от современного Луксора (Египет), вошли в погребальную камеру, построенную высокопоставленным египетским вельможей эпохи XVIII династии (ок. 1550–1300 гг. до н. э.) для членов его семьи. Как это было принято в Древнем Египте, эта гробница впоследствии была расширена за счет дополнительных погребальных камер, соединенных с усыпальницей рядом узких шахт. В одной из примыкающих комнат находились мумифицированные останки нескольких человек, а также погребальная керамика, характерная для XXI и XXII династий (ок. 1065–740 гг. до н. э.). Одна из мумий была расчленена на несколько частей, вероятно, в результате расхищения гробницы черными копателями, хотя в остальном она сохранилась достаточно хорошо. К правой ноге мумии с помощью льняных ремней был прикреплен искусственный большой палец, который сегодня считается самым древним в мире протезом.

Экспертиза раздробленных мумифицированных останков показала, что они принадлежали женщине 55 лет, которую – как было установлено на основе надписи на мумии – звали Табакетенмут, она была дочерью жреца и жила где-то в промежутке между 950 и 710 годами до нашей эры. По мнению ученых, гангрена пальца ноги могла развиться вследствие диабета, однако, какова бы ни была причина, палец был ампутирован задолго или по крайней мере за некоторое время до смерти, поскольку рана успела полностью зажить и уже не требовала наложения швов, а культя была покрыта неповрежденным слоем кожи. Принадлежавший этой женщине искусственный большой палец ноги, сегодня выставленный в Национальном музее египетской цивилизации в Каире, отличается изящной формой и анатомической точностью, он даже снабжен фигурно выточенным ногтем. Протез состоит из трех частей – длинного куска темного плотного дерева, заменявшего ампутированный палец, деревянной пластины меньшего размера, к которой деревянный палец крепился с помощью шнурка, пропущенного через ряд отверстий, и мягкой верхней части из материала, похожего на кожу [33]. Его создатель явно понимал как функцию большого пальца, так и его строение: устройство плотно прилегает к стопе, его нижняя поверхность плоская, что улучшает устойчивость, а конструкция даже включает в себя простейшее подобие сустава для предоставления его владельцу некоторой гибкости²⁷.

Более совершенные разработки появились лишь спустя 2300 лет. Немецкий рыцарь Готфрид Гётц фон Берлихинген после потери правой руки во время осады Ландсхута в 1504 году изготовил из чугуна два протеза, причем один из них был оснащен подвижными пальцами, способными захватывать предметы. В конце XVI века французский военный хирург Амбруаз Паре разработал и попытался создать протезы, которые работали бы по принципу естественных конечностей. Он сконструировал искусственные ноги с механическими наколенниками, которые можно было фиксировать, когда человек стоял на месте, но подлинной жемчужиной его творчества стала механическая искусственная рука, оснащенная десятками защелок, пружин и разъемов, которые обеспечивали независимое движение каждого из пальцев. Рука, получившая название Le Petit Lorrain [34], использовалась в бою капитаном французской армии, который утверждал, что она работает настолько хорошо, что с ее помощью он может ухватиться за поводья своей лошади²⁸.

В начале XXI века были разработаны современные интерфейсы «мозг-компьютер», позволяющие создавать протезы конечностей, управляемые силой мысли. В основе этих устройств лежат микроэлектродные массивы, вживляемые непосредственно в моторную кору головного мозга, которые считывают активность мозга, связанную с инициацией и контролем движений. Эта информация передается на компьютерный чип, который расшифровывает паттерн активности и преобразует его в команды, которые можно направить в роботизированную конечность. Одним из первых примеров такой системы является нейроинтерфейс BrainGate, разработанный исследователями Брауновского университета в Провиденсе (штат Род-Айленд, США) в сотрудничестве с компанией Cyberkinetics, Inc. Впервые BrainGate был продемонстрирован в 2002 году, когда ученые из Брауновского университета имплантировали в мозг добровольца с параличом специальное устройство, что позволило ему дистанционно управлять через Интернет протезом руки, находящимся за пять с половиной тысяч километров в Университете Рединга (Англия), а затем управлять движениями электрического кресла-каталки²⁹.

Впрочем, по сегодняшним меркам даже система BrainGate кажется примитивной. Прогресс в понимании нейробиологических механизмов, лежащих в основе телесной осознанности, в сочетании с разработками в области робототехники, машиностроения и материаловедения способствует созданию более сложных протезов конечностей, которые будут не только выглядеть и ощущаться более реалистично, но и задействуют принципы мультисенсорной интеграции, что позволит полноценно встроить их в репрезентации тела в мозге. Протезы нового поколения будут оснащены искусственной кожей и нервами, оборудованными миниатюрными синтетическими рецепторами, которые будут посылать в мозг мультисенсорную обратную связь. Это может звучать как научная фантастика, но устройства с такими свойствами и возможностями уже находятся в стадии разработки.

В 2018 году специалисты из Университетского колледжа Лондона опубликовали одно из немногих исследований в области нейронных репрезентаций искусственных конечностей у людей, подвергшихся ампутации. В сотрудничестве с коллегами из Нидерландов, Англии, Канады и Израиля они отобрали 32 одноруких и 24 двуруких человека, подобранных по возрасту и полу, и с помощью анкеты выяснили их ежедневные привычки в использовании протеза. У половины испытуемых была ампутирована одна из рук, а другая половина родилась без кисти. Двое участников не имели протеза, еще у троих он был, но на момент исследования они им не пользовались. Остальные регулярно пользовались активным протезом, либо косметическим, либо обоими. После этого все испытуемые прошли обследование с функциональной нейровизуализацией во время просмотра изображений предметов, рук и протезов разных конструкций, что позволило выявить связь между активностью в области выбора руки в затылочно-теменном сочленении и использованием протеза, причем между двумя группами участников наблюдались значительные различия. Изображения протезов вызывали гораздо более сильную реакцию у испытуемых с одной рукой, чем у испытуемых с двумя руками, причем у тех, кто регулярно пользовался протезом, эта реакция была более выраженной, чем у тех, кто им не пользовался. Кроме того, реакция одноруких участников не зависела ни от типа протеза, изображенного на картинке, ни от их знакомства с ним – изображения незнакомых протезов вызывали такую же реакцию, как и изображения их собственных. У тех, кто регулярно пользовался протезом, также наблюдалась более сильная функциональная связь между этой областью мозга, отвечающей за выбор руки, и связанными с руками соматосенсорными и моторными областями. Исследователи пришли к выводу, что протезы активизируют области мозга, участвующие в кодировании репрезентации тела, и что использование протеза приводит к ее «воплощению». Важно отметить, что полученные результаты также свидетельствуют о том, что чем чаще человек пользуется протезом, тем выше степень «воплощенности» устройства³⁰.

Однако некоторые люди пользуются протезами нерегулярно, а некоторые и вовсе не пользуются. Протезы не ощущаются как настоящие конечности, и их владельцы не могут в полной мере контролировать их, так что задача состоит в создании устройств, обеспечивающих сенсорную обратную связь с мозгом. С этой целью врачи и инженеры из Чикагского института реабилитации и Северо-Западного университета разработали новую хирургическую процедуру – направленную мышечную реиннервацию, при которой оставшиеся в культе нервы перенаправляются к мышцам груди, которые ранее были связаны с утраченной конечностью. Благодаря новому нервному снабжению эти мышцы усиливают двигательные команды ампутированного нерва и могут быть использованы для управления роботизированной рукой. При успешном выполнении эта процедура действительно повышает качество управления протезом. В норме двигательные команды для сжимания кулака передаются руке по срединному нерву. Если после ампутации остаток срединного нерва хирургическим путем пересадить в грудную мышцу, то эта мышца сможет генерировать сигнал о сжимании кисти. Когда люди с ампутированной рукой думают о том, чтобы сжать ладонь в кулак, реиннервированная грудная мышца сокращается и электрический сигнал дает механизированной руке команду о закрытии кисти.

Направленная мышечная реиннервация также может восстановить некоторые сенсорные функции. В 2006 году бывшая морская пехотинка Клаудия Митчелл, потерявшая руку в результате мотоциклетной аварии в возрасте 24 лет, стала первой в мире женщиной, получившей бионическую руку, управляемую подобным образом. Через три месяца после операции она начала ощущать покалывание в отсутствующей руке при прикосновении к груди. По прошествии пяти месяцев она воспринимала любое прикосновение к груди как исходящее от утраченной руки, а к шестому «у нее появилось относительно слабовыраженное ощущение среднего пальца на боковой стенке грудной клетки»³¹.

С тех пор исследователи из Чикагского института реабилитации занимаются разработкой системы, обеспечивающей искусственное осязание протезов конечностей. Как сообщается в их публикации 2011 года, система состоит из миниатюрного робота, оснащенного датчиками давления, вибрации, силы и температуры, который крепится к протезу посредством клейких накладок и соединен с небольшим плунжером на пластиковой манжете, надеваемой на культю. Когда на датчики роботизированной системы оказывается давление, они дают сигнал плунжеру надавить на реиннервированный нерв, вызывая сенсорные ощущения, проецируемые на отсутствующую конечность и воспринимаемые как исходящие от протеза. Исследователи использовали эту систему для создания эффекта резиновой руки у двух людей с ампутированными руками – синхронное поглаживание резиновой руки и датчиков робота вызывало ощущение прикосновения к искусственной руке, что позволяет предположить, что искусственные осязательные ощущения помогали ампутированным людям «воплотить» искусственную руку³².

Совсем недавно, в 2018 году, исследователи из Массачусетского технологического института и Бригамской женской больницы в Бостоне создали мышечно-нервный интерфейс, передающий проприоцептивные сигналы в мозг. Он состоит из двух мышечных сухожилий, которые удаляются хирургическим путем во время ампутации и соединяются таким образом, что при пересадке в культю пациента одна мышца растягивается при сокращении другой, и наоборот. Проведя ряд экспериментов на мышах, исследователи сконструировали два таких мионейронных интерфейса «агонист-антагонист» (agonist-antagonist myo-neural interfaces, AMIs) и пересадили их в культю 53-летнего мужчины с ампутацией ниже колена перед установкой протеза голеностопа и ступни [35]. Трансплантаты оснащены мышечными веретенами и механическими рецепторами, поэтому, когда человек двигает протезом, эти рецепторы передают информацию по сохранившимся нервам в культе, которые затем по спинному мозгу доставляют ее в головной мозг. Мозг интерпретирует эти сигналы как ощущения позы и скорости движения сустава, что позволяет ему соотнести двигательные команды с ошибками в движении, повышая эффективность управления протезом³³.

Существует гораздо более простой метод передачи проприоцептивной обратной связи на протезы конечностей. У людей, имеющих обе руки, вибрация локтевых сухожилий на определенных частотах создает иллюзию движения, так что рука воспринимается как согнутая назад в анатомически невозможное положение. Люди с ампутированными конечностями, прошедшие процедуру направленной реиннервации, также испытывают подобную иллюзию мышечной вибрации. При воздействии вибрации на реиннервированные мышцы люди с ампутированной рукой воспринимают сложные движения своей утраченной кисти, запястья или локтя в зависимости от того, какой нерв снабжает вибрирующую мышцу. В очередном исследовании, проведенном в 2018 году с участием двух пациентов с ампутированными выше локтя руками, вибрация мышц, подключенных к срединному нерву, вызывала различные ощущения сгибания пальцев; вибрация мышц, подключенных к лучевому нерву, вызывала ощущения разгибания пальцев; вибрация остаточных мышц бицепса и трицепса вызывала иллюзию различных хватательных, щипковых, разгибательных, локтевых и вращательных движений руки. Это позволило пациентам распространить чувство владения на свои протезы и улучшить контроль над устройствами, хотя это и вызвало также возникновение фантомных ощущений, которые мешали обратной связи³⁴.

Современные протезы могут обеспечивать для пользователей мультисенсорную обратную связь. Одно из таких устройств, разработанное исследователями из Швейцарии и Италии, представляет собой роботизированную руку с гибридным принципом одновременной сенсорной и проприоцептивной обратной связи. В каждый из пальцев роботизированной руки встроены датчики, которые передают на компьютер информацию о положении в пространстве и силе воздействия. Эта информация преобразуется в последовательности электрических импульсов, которые затем поступают на многоканальные электроды, имплантированные непосредственно в локтевой и срединный нервы в верхней части руки. После небольшой тренировки два пациента с ампутацией ниже локтя, оснащенные такой роботизированной рукой, смогли распознавать пассивные движения роботизированной руки, идентифицировать размер и форму предметов, которые они хватали с ее помощью, а также отличать пенопласт от пластика по их консистенции³⁵.

Сенсорная обратная связь дает и другие преимущества. Протез ноги, оснащенный датчиками стопы и колена, подключенными непосредственно к остаточному большеберцовому нерву в культе, давал людям ощущение движения колена и прикосновения подошвой отсутствующей стопы к земле. При наличии сенсорной обратной связи они ходили быстрее и медленнее утомлялись, чем без нее. (Тот факт, что сенсорная обратная связь снижает потребление кислорода при ходьбе, подтверждает тезис о том, что передовые протезы дают спортсменам-паралимпийцам несправедливое преимущество.) В исследовании 2019 года ученые обнаружили, что обратная связь также снижает фантомные болевые ощущения, воспринимаемые как возникающие в отсутствующей конечности³⁶. В еще одном исследовании того же года представлены некоторые свидетельства в пользу того, что сенсорная обратная связь может также уменьшать искажения в восприятии фантомной конечности, такие как, например, телескопирование – восприятие фантомной конечности как более короткой, чем недостающая конечность³⁷.

В скором времени на смену вышеописанным протезам придут еще более совершенные устройства. Так, исследователи из Института биоробототехники в Пизе (Италия) разработали искусственный кончик пальца, оснащенный массивом нейроморфных датчиков, способных преобразовывать сенсорную информацию в электрические импульсы; инженеры-биомедики из Школы медицины Университета Джона Хопкинса изобрели многослойную электронную кожу, позволяющую людям воспринимать прикосновения и болевые ощущения от протеза руки; инженеры из Корнельского университета разработали протез руки с оптическими датчиками натяжения, способными определять степень спелости помидора по его мягкости. Материаловеды и инженеры из Национального университета Сингапура разработали прототип электронной кожи, способной передавать информацию о прикосновениях и температуре посредством тысяч искусственных рецепторов. Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) совсем недавно изготовили прототип мягкой и растягивающейся пневматической кожи, обеспечивающей осязательную обратную связь благодаря тонкой металлической пленке с датчиками натяжения³⁸.

Наконец, искусственные конечности могут быть на постоянной основе прикреплены к кости в ампутационной культе с помощью винтов, изготовленных из нержавеющих металлов, таких как титан, или их сплавов. Новые костные клетки присоединяются к фиксатору в процессе так называемой остеоинтеграции, что позволяет удерживать протез на месте в течение длительного времени³⁹. На самом деле технологии нейропротезирования развиваются настолько быстро, что пользователи протезов, скорее всего, будут иметь возможность регулярно обновлять свои устройства. Конечно, основным препятствием для получения современного протеза является его высокая стоимость, но такие технологии, как 3D-печать, уже позволяют сделать искусственные конечности более доступными для широкого круга людей.