Текст книги "Какой объем мозга нам реально нужен?"

4
«Период расцвета»: когда он наступает и как долго длится?

В мире физики 1905 год считается удивительным. Именно тогда Альберт Эйнштейн опубликовал четыре статьи, навсегда изменившие понимание некоторых физических явлений: он вывел формулу соотношения массы и энергии E=mc²; изложил основы корпускулярно-волнового дуализма; разработал теорию броуновского движения, а также предложил теорию относительности. Ученому на тот момент было двадцать шесть лет, это как раз тот возраст, когда когнитивные процессы полностью развиты, но при этом мозг еще не начал стареть. Можно ли сказать, что это был «период расцвета» Эйнштейна с точки зрения развития неврологии и когнитивных процессов?

Говорят, что высочайшие таланты в области теоретической физики и математики делали свои самые лучшие открытия до тридцати лет. Несомненно, есть много примеров таких ранних вундеркиндов. Уникальность названных областей заключается в том, что в них простые познавательные способности могут значить намного больше, чем опыт. Маловероятно, что нейрохирурги, журналисты, руководители компаний, художники (да и в целом большинство из нас) добьются лучших результатов в первом десятилетии своей карьеры. По сути, есть доказательства, что если рассматривать определенные навыки, то самая большая разница между теми, кого можно назвать самыми лучшими, и теми, кого мы просто считаем довольно успешными, заключается в дополнительных часах практики, то есть в дополнительном опыте, который у них был.

Благодаря сочетанию опыта и биологически заданного плана наш мозг серьезно меняется на протяжении всей жизни. Мы рождаемся незрелыми и беспомощными и к старости становимся такими же беспомощными и доживаем до маразма. При этом все функции нашего мозга сначала проходят определенные этапы развития, а затем, если что-то не убивает нас, развитие идет в обратном направлении. Когда же мы доходим до стадии, на которой наш мозг «достаточно развит», и когда мы достигаем пика развития? В этой главе мы рассмотрим, как мозг растет и развивается, когда он достигает пика работоспособности и как долго он «достаточно развит» для того, что нам нужно.

С рождения человеческие младенцы – довольно беспомощные создания. В отличие от детенышей других биологических видов они не могут спрятаться от опасности, не говоря уже о том, чтобы убежать от нее. Они не способны сами согреться или найти себе пищу. По сути, они вообще не могут никак выжить самостоятельно. Чтобы найти компромисс между формой таза, с которым женщина может ходить вертикально, и максимальным размером головы, с которой младенец может пройти через такой таз, природа сделала так, что при рождении у человеческих младенцев тело и мозг развиты меньше, чем даже у наших ближайших родственников в животном царстве.

Довольно долго ребенок не может выживать в мире самостоятельно. Однако уже в первые несколько лет жизни он делает невероятные успехи, любой родитель с гордостью подтвердит это. Возьмем хотя бы язык: в первый год младенец вдруг начинает разбивать поток шума, произнесенного окружающими людьми, на отдельные слова, затем узнает смысл каждого из них и запоминает их сочетания. Уже через пару лет он будет регулярно узнавать и использовать несколько новых слов каждый день. Всего через несколько лет ребенок будет применять сложные системы символов, такие как рисунки, буквы и цифры, чтобы передать свои мысли другим и систематизировать информацию из окружающего мира. Это подвиг, на который не способно ни одно другое животное. Скорость развития мозга и его функций в первые несколько лет жизни человека действительно впечатляет, учитывая такой невыгодный с точки зрения биологии старт.

Поскольку мы не можем непосредственно наблюдать большую часть такого быстрого развития мозга, первые признаки, которые мы замечаем, – это новые физические и сенсорные способности: издавать звуки, распознавать предметы и подбираться к ним, первая улыбка. Все эти моменты происходят в довольно предсказуемой последовательности, поэтому, несмотря на то что некоторые малыши сначала делают первые шаги, а потом произносят первые слова, а другие наоборот, все дети начинают ходить до того, как научатся бегать, и сначала произносят отдельные слова, а потом – полные предложения. Эти ключевые этапы являются важными маркерами, поскольку свидетельствуют о том, что, как и мышцы, нервные цепи развиваются правильно и постепенно начинают работать все лучше. Чтобы понять, нормально ли развивается мозг в самом раннем возрасте, проще задать родителям вопрос о том, начал ли их ребенок ходить или говорить, чем пытаться оценить его психическую жизнь.

Так как в диапазоне нормального развития существует большая вариативность, мы не можем точно узнать, ждет ли великая судьба маленькую Анжелу, которая научилась ходить, когда ей было всего десять месяцев. Несмотря на то что нельзя ничего предсказать для конкретного человека, мы можем сказать, что в среднем у детей, которые прошли определенные этапы развития раньше в пределах нормального диапазона, как правило, структура мозга «лучше» (например, больше серого вещества) и у них более высокие оценки в тестах на познавательные способности даже много десятилетий спустя. А у некоторых из тех, кто отстает в раннем развитии, скорее всего, впоследствии будут и другие признаки атипичного развития, и в конечном итоге все может закончиться диагнозом расстройства, которое, как мы понимаем, будет отражать отклонения в развитии мозга, включая аутизм и шизофрению.

Когда мозг развивается как надо, ребенок, достигая ранних этапов развития, может значительно увеличить скорость познания окружающего мира. Еще до ползания, чем лучше он контролирует движения пальцев и рук, тем больше вещей он может потрогать, бросить или попробовать на вкус. Таким образом, развитие двигательных навыков помогает быстрее развивать другие сенсорные и когнитивные способности в цикле, называемом «последовательным развитием».

Именно поэтому многие родители, которые это понимают, покупают так называемые развивающие игрушки: они дают ребенку интересные объекты, которые стимулируют ребенка, что, в свою очередь, ускоряет развитие мозга.

Интересно, что недавно ученые из США исследовали вопрос, действительно ли взрослые способны вмешаться в развитие маленьких детей таким образом, и пришли к выводу, что это вполне возможно. Группа психологов набирала трехмесячных младенцев, которые еще не умели хватать близлежащие объекты, поскольку этот навык обычно появляется между четырьмя и шестью месяцами. Потом они две недели учили детей хватать предметы. Ученые использовали варежки, покрытые липучкой, цепляющей игрушки, за которыми тянулись дети. По истечении срока малыши, у которых были варежки с липучками и которые, следовательно, успешно научились брать игрушки, больше были склонны к тому, чтобы пытаться схватить предметы даже без варежек. Кроме того, спустя год у них оказались гораздо лучше развиты навыки моторики и внимание, чем у тех, у кого на варежках не было липучки. Поэтому, если дать младенцам больше возможностей и стимулов для изучения новых объектов на столь раннем этапе жизни, у них будут преимущества в развитии мозга в долгосрочной перспективе.

Давайте ненадолго перейдем к техническим вопросам. Что же включает в себя нормальное развитие человеческого мозга? Начнем с того, что у всех позвоночных все происходит по одному и тому же сценарию. Мозг начинает развиваться примерно с третьей недели после зачатия. Сначала все клетки одинаковы, но постепенно они начинают меняться и становиться клетками определенного типа, и в конечном итоге образуются сложные структуры. Процесс контролируют сигнальные молекулы, которые, образно говоря, сообщают недифференцированным клеткам, куда пойти и кем стать. В первые несколько недель беременности мозг становится гладкой трубкообразной структурой со вздутиями в форме луковиц, которые потом становятся тремя главными отделами мозга (передним, средним и задним). На сроке в семь или восемь недель начинают вырабатываться нейроны и появляться отдельные структуры мозга, включая извилины и борозды (как мы уже отмечали ранее, это те самые гребни и канавки, которые видны на поверхности мозга; они образуются, когда мы «упаковываем» обширный внешний слой коры головного мозга в маленький череп).

В течение первых нескольких лет жизни человеческий мозг продолжает сильно меняться. Особенно важно, что меняется количество нейронных связей. У младенцев их намного больше, чем у взрослых, и многое из того, что происходит в мозге в подростковом возрасте, – это как раз постепенное сокращение связей. Можно воспринимать это как процесс повышения эффективности: менее нужные соединения ослабевают или исчезают, в то время как часто используемые укрепляются, благодаря чему образуется более простая и эффективная сигнальная система.

Еще один фактор, повышающий скорость и эффективность прохождения сигнала по различным путям в коре, – это миелинизация аксонов, длинных тонких частей нейронов, проводящих электрические сигналы к другим клеткам. Если вы помните, в главе 1 мы рассказывали, что миелин – это жироподобное вещество, которое покрывает аксоны и работает как изолента на электропроводке[11]11
  Эта аналогия не совсем верна – изолента на электрическом проводе конечно же не ускоряет проведение электрического тока. В отличие от нее миелиновая оболочка, создающая на аксоне отдельные изолированные участки, позволяет сигналу не распространяться между ближайшими участками его мембраны, а сразу перепрыгивать через изолированные участки, тем самым увеличивая скорость проведения импульса.


[Закрыть]: делает так, чтобы сигнал передавался как можно быстрее по аксону. Миелинизация происходит не сразу. И порядок, в котором миелиновые оболочки формируются вокруг отростков нервных клеток, становится понятным, когда мы смотрим на него с точки зрения работы новых функций у ребенка в процессе развития. Если не вдаваться в детали, пути, связанные с обработкой сенсорной информации, например передающие визуальные и слуховые сигналы, покрываются миелиновой оболочкой в первую очередь. Затем идут моторные пути, связанные с движением, а уже в последнюю очередь – корково-ассоциативные пути, имеющие отношение к интеграции информации и познавательным способностям более высокого уровня. Если говорить об их местоположении, то начинается миелинизация в спинном мозге и стволе головного мозга и постепенно движется к передним областям головного мозга. Ранняя миелинизация происходит еще до рождения, но большая часть – в первые несколько лет жизни.

Последними будут миелинизированы пути, находящиеся в префронтальной коре, то есть в самом переднем отделе мозга, отвечающем за познавательные функции высшего уровня. С точки зрения эволюции эта область увеличилась совсем недавно, и именно она отличает человеческий мозг от мозга других биологических видов. В отличие от большинства областей мозга префронтальная кора созревает только в старшем подростковом возрасте, а миелинизация путей в этой области может продолжаться, когда человеку уже за двадцать. Это говорит о том, что более сложные познавательные функции, зависящие от этой области мозга, также продолжают развиваться. Это такие функции, как кратковременная память – способность держать информацию в уме, пока вы как-то с ней работаете, – и аспекты контроля внимания, а также управляющие функции, например способность быстро выбирать и переключаться между разными раздражителями, привлекающими внимание. Эти функции достигают пика у большинства людей уже в течение третьего десятилетия жизни, что подтверждает медленное созревание этой части мозга.

То, как развивается мозг, подсказывает нам порядок, в котором будут развиваться различные аспекты познавательной функции. Когнитивное развитие ребенка можно оценить уже в очень раннем возрасте. Несмотря на то что младенцы не могут нам рассказать, что происходит у них внутри, есть несколько приемов, разработанных специалистами по возрастной психологии, чтобы надежно оценить когнитивные различия между младенцами, а также изменения способностей по мере развития ребенка. Один из примеров таких приемов – визуальный интерес[12]12
  Первым, кто начал рассматривать визуальный интерес как метод исследования, был американский психолог Роберт Фанц (1925–1981). – Примеч. перев.


[Закрыть]. Дети обычно дольше смотрят на новые для них вещи. Они как бы запрограммированы на то, чтобы незнакомые предметы считать более интересными, что является разумной стратегией познания мира. Психологи используют это качество. Они помещают два предмета в область зрения ребенка, а затем измеряют, на что он смотрит дольше. Таким образом можно проверить, используя объективные критерии, различает ли ребенок, например, знакомого человека на фотографии и того, кого он никогда не видел раньше, или помнит ли он предмет, который ему показали за несколько минут до того. Поэтому такие способности, как различение форм, предметов и звуков, а также их запоминание, можно проверить в самом начале жизни.

Первым, кому удалось описать когнитивное развитие человека в более широком смысле, был швейцарский психолог Жан Пиаже, живший в первой половине XX века. Пиаже считал, что есть четыре основные стадии когнитивного развития, между которыми при переходе с одной на другую видны явные различия. На первой, «сенсомоторной», стадии младенцы еще не могут пользоваться языком, и они узнают о мире через физическое взаимодействие с ним. На «дооперационной» стадии, которая длится примерно с двух до семи лет, у детей формируются определенные концепции, они начинают рассуждать и удивляться, почему все именно так, как есть. Тем не менее им трудно понять какие-то вещи, находящиеся за пределами их собственного понимания мира, их логика часто ошибочна. На стадии «конкретных операций» (примерно от семи до одиннадцати лет) способность детей рассуждать о реальных (конкретных) событиях формируется полностью, однако они по-прежнему не могут полноценно анализировать гипотетические события. Это последняя способность, формирующаяся на стадии «формальных операций», которая характеризуется появлением новых навыков, например абстрактного мышления и метапознания (осознания процесса мышления).

Пиаже первому удалось описать последовательность стадий постепенного развития познавательных функций. Эта теория до сих пор считается довольно точным описанием развития ребенка, хотя последующие эксперименты и современная нейробиология позволили нам подробнее рассмотреть разные аспекты развития в различных областях работы мозга. В частности, со времен Пиаже мы очень много узнали о том, как лучше классифицировать те или иные когнитивные функции и от каких нейронных сетей и участков мозга зависит каждая из них.

Один из аспектов, почему теории Пиаже считались новаторскими, состоял в том, что ученый описал ребенка как активного ученика, самостоятельно обновляющего свои знания о мире, изучая новое. Это звучит логично, но возникает вопрос: что же ограничивает скорость изучения нового? Неужели нужно просто накопить определенный опыт и иметь некие возможности, чтобы перейти на следующую стадию? Или способность ребенка учиться в конечном счете зависит от размера структур или связей в развивающемся мозге, или от их зрелости, или от соответствия определенным целям?

Чтобы ответить на эти вопросы, давайте рассмотрим, как развивается язык, самый главный навык, отличающий человека от других видов. В большинстве культур дети с самого рождения слышат человеческую речь. По сути, есть доказательства, что вторя и радуясь, когда малыш начинает гулить, мы инстинктивно даем ему множество стимулов, которые помогают ему на самых первых этапах овладения языком. Очевидно, что язык, которым вы в конечном итоге овладеваете, полностью зависит от среды, где вы находитесь. То есть у нас, людей, хорошо получается учить языки, но мы не «запрограммированы» на изучение какого-то конкретного языка.

Также мы знаем, что есть критические периоды, в течение которых мозг особенно чувствителен к некоторым аспектам языка. Например, все дети различают на слух звуки «р» и «л», однако взрослые, в раннем возрасте не слышавшие их, например японцы, не могут различить эти звуки. Поэтому считается, что есть период пластичности мозга, когда человеку нужно услышать эту разницу. На примере детей, воспитанных в неблагоприятных условиях, которым не уделяли должного внимания или даже подвергали жестокому обращению, мы видим, что им трудно научиться свободно использовать грамматику языка, если в период до полового созревания они не слышали грамматически правильной речи. И многие из нас могут подтвердить, что чем позже мы начинаем учить второй язык, тем труднее нам его выучить и меньше вероятности, что получится освоить его на хорошем уровне.

Есть некий биологический фактор изучения языка или по крайней мере период, когда человеческий мозг особенно пригоден для его развития. Это может быть связано с тем, что в начале жизни мозг пластичнее. Возможно, от этого особенно зависит успех изучения языка. Или наоборот, изучение языка может быть связано с какими-то специализированными нервными структурами, с помощью которых язык закрепляется вмозге.

Если посмотреть на мозг сверху, кажется, что он симметричен – состоит из двух половин, называемых полушариями, между которыми проходит глубокая канавка. В процессе развития многие функции мозга оказываются связаны с определенным полушарием. Примерно у 90 % правшей и 50 % левшей с точки зрения развития языка доминирует левое полушарие. Это означает, что в доминирующем полушарии развиваются две важные языковые области – область Брока в лобной доле и область Вернике в задней части головного мозга. Повреждение этих областей ведет к проблемам с различными аспектами языка. Как правило, если повреждена область Брока, то люди испытывают проблемы с воспроизведением речи, а если область Вернике, то с пониманием и усвоением.

Развитие языка – это прекрасный пример того, насколько сложен и специфичен человеческий мозг. Но, если прочитать книгу Стивена Пинкера «Язык как инстинкт», становится ясно, что язык действительно свойствен только человеку и является его особенностью. Поэтому не очень правильно рассматривать его как пример развития типичных функций мозга. Чтобы ответить на наш вопрос о том, когда же мозг достигает пикового развития, нам нужно рассмотреть более общую функцию мозга.

Если овладение языком – неудачный пример, чтобы понять, какой мозг нам нужен для развития, давайте тогда рассмотрим процесс обучения и память. Существует множество разных форм памяти, о которых говорят психологи, и их можно очень по-разному классифицировать. Например, по времени: кратковременная память может работать от нескольких секунд до нескольких минут, а долговременная хранит воспоминания всю жизнь. Или по способу использования памяти: эпизодическую память вы используете, когда вспоминаете события, свидетелем которых стали (что, где, кто), а процедурную память – когда придерживаетесь уже освоенных навыков, например завязываете шнурки или едете на велосипеде.

Если рассматривать разные формы памяти, то люди овладевают большинством из них далеко не лучше других биологических видов. Многие животные намного превосходят людей, например в развитии ассоциативного обучения, то есть они лучше понимают связи между двумя определенными событиями или сигналами. Вспомните хотя бы собаку Павлова, которая начинала истекать слюной, когда слышала звонок, или веселого лабрадора, который четко знает, что, если кто-то обувается сразу после завтрака, значит, он пойдет гулять. Как показывает опыт, многие другие виды отлично обучаются этому, например голуби: их можно научить довольно легко различать предметы сложной формы и понимать, есть внутри еда для них или нет. То же самое с маленькими детьми, и это может подтвердить всякий, кто играл с шестилетками в игру, где нужно запомнить расположение одинаковых карточек. По сути, этот навык развивается, и пик его приходится на ранний период жизни человека, поэтому разница между шестилетним ребенком и тридцатишестилетним человеком заметна лишь слегка. Итак, если голуби, маленькие дети и лабрадоры смогли запомнить связи посредством сигналов и вознаграждений, можно ли сделать вывод, что для этой формы памяти не нужен настолько развитый мозг и такие сложные нейронные сети, чем, скажем, для языка?

Один ответ можно дать исходя из того, что происходит в жизни на более поздних этапах. После сорока лет способность создавать новые ассоциации снижается, сначала постепенно, а затем все быстрее. Особенно это касается форм памяти, за которые отвечает гиппокамп, например способности связывать предметы и местоположение («Где я оставил свои ключи вчера вечером?»). Подобные провалы в памяти характерны для ранних стадий болезни Альцгеймера, которая обычно начинается именно в этой области мозга, хотя довольно часто наблюдаются у здоровых пожилых людей. Если представить себе кривую навыка ассоциативного обучения людей, то пикового положения она достигнет рано, потом в течение примерно тридцати пяти лет будет идти без изменений, а с пятого десятилетия устремится вниз.

В противоположность этому языковые навыки со временем укрепляются. Если бы мы построили график того, как изменяется ваш словарный запас с течением жизни, он выглядел бы совсем по-другому. Быстрее всего мы запоминаем новые слова в первые годы жизни, но в целом словарный запас продолжает увеличиваться, поскольку мы сталкиваемся со все большим количеством слов: слушая радио и смотря телевизор, в разговорах с людьми и в книгах, которые читаем. В английском языке, в отличие от некоторых других языков, не всегда существует прямая корреляция между тем, как слова пишутся и как произносятся. Поэтому один из способов оценки величины словарного запаса – дать человеку список слов, которые читаются не по правилам (например, yacht – яхта, cough – кашлять, though – хотя), и попросить их прочитать его вслух. Очевидно, что это тест на один конкретный вид памяти, и можно предположить, что он станет хуже с возрастом, как и другие. Однако этому виду памяти не страшно не только «нормальное» старение, но и многие нейродегенеративные болезни. Более того, этот тест психологи и неврологи традиционно проводят, когда хотят получить представление о предыдущем уровне интеллектуального развития человека при оценке степени повреждения мозга после травмы или при деменции, потому что такая память действительно не страдает от заболеваний.