Американский железнодорожный рабочий Финеас Гейдж, который жил в XIX веке, был самым известным человеком, повредившим лобную долю, которая выступает в роли «начальника мозга». В результате взрыва во время строительных работ он был ранен металлическим стержнем диаметром 3 см и длиной 1 м, который прошел над скулой и пронзил мозг, пробив лобную кость. То, что он выжил, было чудом с учетом медицинских технологий того времени, но близкие говорили, что после несчастного случая его личность полностью изменилась. До этого случая он был приятным молодым человеком, но после травмы стал эгоистом и постоянно сквернословил. Его уволили за плохое поведение, и он закончил свою жизнь бродягой. Однако мало кому известно, что психическое состояние Гейджа постепенно улучшалось вплоть до его смерти. Этот пример демонстрирует изменчивость мозга.

Поскольку лобная доля играет важную роль в организации поведения, ее повреждение может привести к различным функциональным дефектам. Пациенты с повреждениями лобных долей не демонстрируют ухудшение способности к обучению и/или снижение интеллекта в стандартных тестах на IQ, но у них часто проявляются дефекты способности быстро принимать решения или выполнять работу в нужном порядке. Например, если в кулинарном рецепте сказано использовать пшеничную муку, но есть только рисовая, таким людям будет трудно решить, использовать ли рисовую муку в качестве альтернативы. Или, если по рецепту сначала рыбу нужно обвалять в муке, а затем в яйцах, человек может сделать все в обратном порядке.

При повреждении лобной доли часто встречается психологическая инертность. Это проявляется, например, в виде поведения, похожего на симптомы обсессивно-компульсивного расстройства, при котором люди снова и снова моют руки, чтобы избежать появления микробов. Дети часто проявляют компульсивное поведение, потому что развитие их лобных долей еще не завершено.

Поскольку лобная доля отвечает за подавление импульсов, люди с повреждениями этой области мозга не справляются с контролем своего поведения, и социальная жизнь для них может стать трудной. Это может проявляться, например, в сексуальной расторможенности или поведения без учета контекста обстановки. Семьи пациентов с поврежденными лобными долями часто жалуются на то, что человек, который раньше был тихим и искренним, после несчастного случая стал жестоким, безответственным и ленивым. Те же симптомы встречаются у людей с психическими расстройствами, вызванными не только травмой (опухолью, инсультом и т. п.) головного мозга. Они могут появляться при функциональных нарушениях, когда возникают проблемы с передачей сигналов от одного нейрона к другому.

Поскольку симптомы пациентов с повреждением лобной доли сходны с различными симптомами психических заболеваний, исследователи психических заболеваний сосредоточили свое внимание на изучении лобной доли. Во многих исследованиях сообщается, что по результатам МРТ активность лобной доли у пациентов с шизофренией снижена, по сравнению с показателями здоровых людей, и у них слабее механизм сдерживания активности лобной доли, измеряемый нейрофизиологическими методами. Немаловажный фактор – нарушение функциональной связности, что проявляется в виде аномалий в коммуникации между лобной и височной долями. Если у пациента наблюдаются проблемы коммуникации между лобной долей, отвечающей за речь, и височной долей, воспринимающей и обрабатывающей речь, он не сможет отличить внутренний голос, который генерируется в его сознании, от внешних голосов, которые он слышит на самом деле. В результате больной воспринимает внутренний голос как внешний, что порождает слуховые галлюцинации.

Изменения в головном мозге у пациентов с биполярным расстройством отчасти похожи на изменения при шизофрении, например отмечается уменьшение объема коры, но есть и явные различия. В целом степень изменений мозга при биполярном расстройстве занимает промежуточную позицию между изменениями при шизофрении и при монополярной депрессии[76]. Известно, что, когда пациент с биполярным расстройством принимает литий, объем коры головного мозга увеличивается (хотя механизм такого действия недостаточно изучен).

У пациентов с биполярным расстройством повышена активность миндалевидного тела, которое тесно связано с эмоциями, в то время как активность лобной доли, которая связана с когнитивными процессами, снижена, что приводит к дисбалансу между эмоциями и когнитивными процессами, по сравнению со здоровыми людьми[77]. Среди пациентов с быстроцикличным биполярным расстройством, у которых часто происходят смены настроения, есть случаи, когда на ЭЭГ появляются паттерны мозговых волн, наблюдаемые у пациентов с эпилепсией. И иногда методы лечения эпилепсии эффективны при биполярных расстройствах, что позволяет предположить наличие общности в патофизиологии этих заболеваний. И у тех и у других пациентов наблюдаются нарушения функциональных связей в латеральной префронтальной коре, участвующей в управлении нейронными цепями, и такие же нарушения можно обнаружить у здоровых родственников пациентов с биполярным расстройством, что указывает на то, что изменения в мозговом субстрате, как правило, передаются по наследству[78].

Тревожное расстройство и злоупотребление наркотиками, которое часто сопровождает биполярное расстройство, тоже тесно связаны с дисфункцией лобной доли. Когда у мышей повреждается медиальная префронтальная кора, они продолжают воспринимать опасную ситуацию таковой, даже когда опасность миновала. У пациентов с тревожным расстройством активация медиальной префронтальной доли, которая позволяет осознать, что ситуация, вызывающая страх, сменилась на безопасную, тоже снижена. В прошлом были случаи, основанные на этих результатах, когда предпринимались попытки хирургического лечения пациентов с рефрактерным тревожным расстройством цингулотомией[79]. Кроме того, миндалевидное тело, которое относится к лимбической системе и, как известно, участвует в контроле страха, также играет важную роль в возникновении симптомов тревожного расстройства.

Поскольку мозг функционирует благодаря многочисленным межнейрональным связям его разных отделов, нельзя считать, что механизм развития биполярного расстройства локализуется только в лобной доле. У пациентов с биполярным расстройством есть одна важная особенность – эмоциональная нестабильность, которая возникает из-за нарушения связей лобной доли и лимбической системы.

Лимбическая система – это древнейшая структура мозга, которая управляет обонянием, памятью и эмоциями, и миндалевидное тело относится к ней. Из-за аномалии связи лобной доли с лимбической системой возникает дисбаланс между тем центром, который распознает эмоциональные стимулы и реагирует на них, и центром, который избирательно воспринимает эмоции и регулирует их, что провоцирует чрезмерную реакцию на негативные стимулы[80]. Когда люди концентрируются на задачах, цепи от префронтальной области до латеральной височной доли и гиппокампа, отвечающие за эмоции и беспорядочные мысли, временно замирают, тем самым повышая эффективность работы мозга. У пациентов с биполярным расстройством наблюдается повышенная активность этих цепей. Из-за этого человек не способен контролировать отвлекающие мысли, что приводит к снижению эффективности выполнения задач и появлению депрессивных симптомов. Уменьшение объема гипоталамуса, который контролирует температуру тела и обмен веществ, а также уменьшение числа соединений с корой головного мозга являются причинами различных физических симптомов у таких пациентов[81].