Изучение фосфенов, зрительных ощущений, возникающих независимо от воздействия света, возможно, в будущем приведет к созданию «электроглаза» - протеза для слепы.
Г. ОСТЕР.
Глаз - такой орган чувств, который можно легко отключить, войдя, например, в абсолютно темную комнату или завязав глаза непроницаемой повязкой. Однако зрительное восприятие не прекращается впечатления полной темноты не будет. По мере того, как глаза привыкают к темноте, особенно если расслабиться в положении лежа или сидя, поле зрения оживает появляются облачка, и движущиеся пятна пастельных тонов, обычно синеватых, зеленоватых, оранжеватых, и желтоватых. Слегка нажав на глаз, можно вызвать, и другие изображения. Они называются фосфенами (от греческих «фос» - свет, и «файнейн» - являться). Фосфены образуются в глазу, и мозге, и относятся к явлениям восприятия, свойственным каждому человеку. Поэтому изучение фосфенов чрезвычайно интересно, как с психологической, так, и с эстетической точки зрения. Так, как форма фосфенов тесно связана со строением глаза, зрительных путей, и зрительной области коры головного мозга, они представляют благодатный материал для изучения тончайшей функциональной организации мозга.
Фосфены могут появляться самопроизвольно, и могут быть вызваны. Самопроизвольно опн возникают только при отсутствии обычных для зрения раздражителей, в особенности если человек длительное время был лишен нормального зрительного восприятия. Фосфены, по всей вероятности, то самое «свечение», «видение света», о котором говорят религиозные мистики, размышляющие в темноте. Темнота не является обязательным условием для появления фосфенов, необходимо лишь отсутствие привычных внешних зрительных раздражителей. Фосфены представляют собой опасность для водителя тяжелого буксирного трактора, часами пристально всматривающегося в сложную пургу. Часто видят фосфены летчики, особенно во время одиночных полетов при безоблачном небе.
Способностью, проходящей с годами, легко вызывать фосфены обладают дети. Возможно, ребенок воспринимает фосфены, как нечто реальное, поскольку он еще не способен отделить это внутреннее явление от окружающего его внешнего мира. О значении фосфенов в развитии ребенка свидетельствуют исследования Роды Келлог (Сан-Франциско), изучившей около 300 тысяч рисунков маленьких детей разных национальностей. Дети в возрасте от двух до четырех лег, которые уже способны орудовать карандашом, но еще не в состоянии изобразить реалистическую картину, рисовали фигуры, носящие явный характер фосфенов. Не были ли фосфены также частью восприятия мира, отразившейся в искусстве детства человеческого рода? Похожие на фосфены фигуры можно видеть в пещерных рисунках человека доисторической эпохи, в народном и профессиональном творчестве различных эпох, и культур.
Фосфены можно вызвать различными механическими способами. Они возникнут, например, если сильно дуть на голову или слегка нажать пальцами на глазное яблоко. Фосфены можно увидеть, дотронувшись кончиками пальцев до век закрытых глаз. Появляются фосфены в месте, противоположном точке нажатия с внешнего края, если надавить на веки около носа, внизу, если прикоснуться к центру верхнего века.
При сильном нажатии на глазное яблоко возникают более живописные фосфены. Если приложить указательные пальцы к глазному яблоку у носа и слегка надавить на них по направлению к вискам, поле зрения освещается, а через несколько секунд является мерцающее изображение в виде шахматной доски или двигающегося поля ярких точек, расположенных изящным сложным узором вокруг светящегося центра. Постепенно отпуская пальцы, можно увидеть, как шахматная доска исчезает, при этом иногда центр остается освещенным. Если теперь снова надавить на глаза, появятся яркие изломанные липин, напоминающие систему кровеносных сосудов, а если пальцы убрать, снова на некоторое время возникает прекрасное филигранное изображение. В узоре шахматной доски, который смещается, если перевести взгляд, в, какой-то степени, возможно, отражается расположение нервной системы сетчатки. С другой стороны, филигран может возникнуть в ходе дальнейшего зрительного процесса, так, как он остается неизменным независимо от того, куда человек смотрит. Я знаю женщину, которая, нечаянно протерев утром глаза полотенцем, видит такие сильные фосфены, что они накладываются на её обычное зрение еще несколько часов спустя.
Фосфены, возникающие под действием давления, подобно наружному свету, влияют на «последовательный образ» («послеобраз»). «Послеобраз» - это тот образ, который возникает перед глазами после того, как человек несколько секунд пристально смотрел на яркий источник света. «Послеобраз» может быть отрицательным. Он возникает, если перевести взгляд с яркого света на слабо освещенную белую стену. Появится темное изображение. Отрицательный «послеобраз» возникает также, если просто закрыть глаза, и нажать на них. «Свет» от появившихся фосфенов, и будет служить фоном. Образующиеся при нажатии на глаза фосфены имеют свои собственные отрицательные образы. При легком нажатии на глазное яблоко появляются фосфены в виде темных кругов, но только в том случае, если глаз приоткрыт, и устремлен на хорошо освещенную поверхность.
Разнообразные по форме фосфены образуются при резком движении глаз в темноте. Просыпаясь, например, в темной комнате, можно увидеть характерные для этого случая фосфены веерообразный взрыв желтых искрящихся дуг. Сначала они четко различимы, но при попытке вызвать их снова становятся расплывчатыми. Покойный Бернард Небел из Аргонской национальной лаборатории детально исследовал фосфены, возникающие при движении. Он предположил, что они могут быть вызваны инерционным сопротивлением, действующим на сетчатку со стороны стекловидного тела - прозрачного геля, заполняющего глазное яблоко.
Фосфены возникают также под действием различных химических веществ, в частности спирта. Человеку, находящемуся в состоянии белой горячки, мерещится иногда поле ярких движущихся пятнышек, которые он принимает порой за ползущих по стене насекомых. Такие же фосфены вызываются токсинами скарлатины. Некоторые наркотики часто вызывают фосфены абстрактных форм. Фосфены, по-впдпмому, являются важной характеристикой мозговой интоксикации психотропными средствами.
Ярко выраженные фосфены связаны с рядом болезненных состояний организма. Их иногда видит человек, страдающий мигренью. Обычно они появляются в поле зрения, противоположном месту локализации боли. Фосфены, регулярно сопровождающие движение глаза, служат офтальмологам одним из симптомов отслойки сетчатки. Беспокоящие человека фосфены могут быть следствием давления, вызванного либо опухолью, либо сосудистыми нарушениями внутри черепа, на зрительный нерв или на области мозга, связанные со зрением.
Для экспериментальных целей фосфены удобно вызывать с помощью электрических импульсов.
Детальное исследование форм фосфенов, вызванных электрическим раздражением, проведено Максом Кнолем с сотрудниками из Высшей технической школы в Мюнхене *. К вискам человека прикладывали металлические электроды, которые для лучшего контакта обертывались фетром, пропитанным солевым раствором. Электроды присоединялись к низковольтному генератору прямоугольных импульсов (напряжение один вольт, сила тока порядка миллиампера). Ученый обнаружил, что с точки зрения появления фосфенов наибольшей эффективностью обладают импульсы, следующие с частотой, близкой к частоте биотоков (от пяти до сорока герц). Испытанию подвергалось более тысячи человек. Все они после адаптации к темноте видели мерцающий свет, а около половины их видели геометрические фигуры, форма которых зависела от частоты импульса.
Кноль выделил 15 классов фосфенов, в каждый из них входит несколько аналогичных по форме фигур. Для каждого человека спектр фосфенов - зависимость формы от частоты - был постоянным, и повторялся даже через полгода. Подобная зависимость наводит на мысль о существовании явления резонанса, при котором различные группы нервных клеток, возбужденных электрическим током, начинают функционировать вместе с определенной скоростью.
В руководимой мной лаборатории исследовалась зависимость интенсивности мерцающего поля от частоты. Нами установлено, что существует максимальная частота, выше которой мерцающий свет исчезает**. Обычный световой импульс при частоте перерывов выше так называемой критической перестает мелькать, и становится постоянным. Например, вольфрамовая лампа испускает мерцающий свет при частоте тока 30 герц, но он становится постоянным при частоте тока 60 герц. Мерцание электрических фосфенов не переходит в постоянное свечение с увеличением частоты. При частоте выше 40 герц поле становится черным. Фосфены вдруг исчезают, оставляя человека с таким ощущением, будто он находится один в космосе. Помимо эмоционального эффекта, это явление заслуживает изучения, чтобы отделить чисто неврологические аспекты зрения от тех, которые связаны с воздействием внешнего света.
Используя два независимых генератора и четыре электрода, мы изучали одновременное действие импульсов разных частот. Частота каждого импульса была несколько выше критической, поэтому импульсы по отдельности не вызывали никаких фосфенов. Одновременное воздействие импульсов вызывает волнообразные фосфены, медленно пересекающие поле зрения. По-видимому, в, каких-то нервных клетках происходит «смешение» сигналов, периодическое взаимодействие которых вызывает интерференцию. Так же действует слуховой аппарат, когда в результате наложения частот, воспринимаемых в отдельности каждым ухом, мы слышим один звук.
При сочетании с нормальным зрением мерцающие фосфены начинают обретать форму. Если пристально смотреть на ярко освещенную белую поверхность, то наводимые высокочастотным импульсом (около 100 герц) фосфены принимают вид контурной карты. Периодическое прерывание света (с частотой прикладываемого напряжения) приводит к тому, что контуры фосфенов становятся расплывчатыми, а интенсивность их уменьшается. Это - еще одно явление интерференции, при котором частота импульсации определяется соответствующими частотами электрического, и светового сигнала. Г. Бриндли из Кембриджского университета установил, что если частота светового сигнала кратна частоте электрического импульса, то результат наложения определяется отношением фаз колебаний. Им также открыто еще одно интересное явление интерференция наступает в в том случае, когда частота прерываемого света намного превышает критическую. Очевидно, информация о частоте поступает в зрительную систему и тогда, когда свет - при отсутствии электрического сигнала - будет казаться постоянным. Тот факт, что зрительные нервы дифференцируют высокие частоты, не вызывает удивления. Это свойство характерно, и для слуховых нервов.
Как я уже говорил, фосфены возникают в различных отделах зрительного пути. Их можно вызвать и непосредственным возбуждением участков коры головного мозга, отвечающих за зрение. Это происходит, например, при операциях на мозге, проводимых под местным обезболиванием, когда пациент находится в сознании.
Методика электрического возбуждения коры головного мозга разработана В. Пенфилдом с сотрудниками (Монреальский нейрологический институт). Два близко расположенных электрода, к которым подводится переменный ток, прикладывают к различным участкам коры головного мозга. Возбуждение зрительных центров затылочной части коры головного мозга приводит к тому, что человек перестает видеть окружающую обстановку, и видит только движущиеся пятна света. Если переместить электроды в соседние, связанные со зрением области, то он уже различает фосфены геометрической формы. При дальнейшем перемещении электродов вперед часто возникают галлюцинаторные зрительные картины, связанные с прошлым опытом испытуемого. Эти явления выражены так ярко, как если бы они происходили в действительности. Экспериментами Пенфилда не удалось установить точно, в, какой части коры головного мозга возникают фосфены. Возможно, это место приложения электродов, а может быть, и другие области, куда поступает электрический импульс. В любом случае появление электрических фосфенов связано с движением глаза, так, как они перемещаются в направлении взгляда.
Со зрением связана существенная часть человеческого мозга. Основная часть наиболее богатой извилинами зрительной области коры головного мозга оказалась недоступной для поверхностных электродов Пенфилда. Для ее возбуждения необходимы Другие методы, настойчивый поиск которых может завершиться созданием глазных протезов для людей, потерявших зрение в результате травмы глаз или зрительных нервов. Зрительный участок коры головного мозга можно возбудить, даже если больной не воспринимал свет в течение нескольких лет. В Кембридже Бриндли, и Левин на основании топологии зрительной коры рассчитали, что если окажется возможным возбудить 50 тесно примыкающих друг к другу зрительных центров, больной получит достаточно разрешающей энергии для чтения отдельных печатных букв. Чтобы он читал с нормальной скоростью, потребуется возбудить около 600 центров. Бриндли и Левин сначала поставили эксперименты на обезьянах. Под волосяной покров черепа животных помещали мельчайшие защищенные силиконовым пластиком резонаторы (по сути, радиоприемники). Через отверстия в черепе каждый резонатор соединялся с платиновым электродом, примыкающим к определенным участкам коры головного мозга. При перемещении над черепом источника сигналов, настроенного на собственные частоты резонаторов, возбуждались соответствующие электроды.
После предварительных исследовании на обезьянах Бриндли, и Левин испытали систему 80 электродов на человеке-добровольце. Женщина, ослепшая на оба глаза в результате глаукомы, видела два точечных фосфена, если возбуждаемые электроды находились на расстоянии 2,5 миллиметра.
Для слепых от рождения метод вживления резонаторов, по-видимому, не будет эффективен. Такие больные не видят фосфены в отличие от тех, которые потеряли зрение в результате несчастного случая или болезни. Сейчас мы совместно с офтальмологами изучаем характер фосфенов, вызываемых, как под действием давления, так и электрическим возбуждением, у больных, страдающих различными видами слепоты, начиная с отслойки сетчатки, затем при заболеваниях зрительного нерва и, наконец, при поражениях зрительной коры, вызванных опухолями. Цель работы состоит в том, чтобы выяснить, на, каком уровне зрительной системы может быть вызвано видение фосфенов, а, следовательно, где сможет человек, когда-то вмешаться в зрительный процесс, создав глазной протез.
Сокращенный перевод с английского.
(«Сайентифик Американ»).
