Текст книги "Счастливое старение. Рекомендации нейробиолога о том, как жить долго и хорошо"

Глава 2,5. Интерлюдия

КРАТКАЯ БИОГРАФИЯ МОЗГА

Каждый из нас начинал свою жизнь в виде одной клетки – оплодотворенной яйцеклетки, которая затем разделилась на две клетки, разделившиеся еще на две каждая и так далее по экспоненте. В самом начале жизни, на этапе деления клеток, начинается их дифференциация и специализация; со временем из них формируется кожа, пальцы ног, кровеносные сосуды, сухожилия, клетки поджелудочной железы и головного мозга – в общем, все органы и части человеческого организма. Примерно на четвертой неделе созревания плода на эхограмме можно увидеть зарождающийся мозг. О чем думает этот молодой формирующийся мозг, или он лишен мысли и ждет рождения, чтобы начать свою умственную жизнь?

Древнегреческие врачи Герофил и Эразистрат открыли нервную систему в III веке до нашей эры, определив мозг как место обитания мысли. Пожалуй, было бы справедливо назвать их первыми нейробиологами. Ранее Аристотель и другие мыслители считали, что функция мозга – охлаждать кровь, учитывая множество извилин и складок в нем. Говорят, что Библия учит нас главенству этики, а древние греки – главенству знаний и рациональности[96]96
  S. Innes, “Review of The Cambridge Introduction to Emmanuel Levinas by Michael Morgan,” Religious Studies 48, no. 4 (2012): 552–557, http://www.jstor.org/stable/23351460.


[Закрыть]. Хотя стоит отметить, что в Библии все же есть упоминания о мозге, в частности здесь: Иов, 12:3 (ответ Иова Софару: «Но и у меня есть разум, как у вас»), а также Иеремия, 5:21 («Выслушай это, народ безрассудный и безумный: есть у этих людей глаза, но они не видят, уши есть у них, но они не слышат»)[97]97
  Библия в переводе Кулакова. Синодальный перевод несколько отличается: «И у меня есть сердце, как у вас» (Иов, 12:3), «Выслушай это, народ глупый и неразумный, у которого есть глаза, а не видит, у которого есть уши, а не слышит» (Иер., 5:21). В английском тексте автор также использует альтернативный перевод, который содержит упоминание о головном мозге (brain) в обоих примерах, чего нет в распространенных версиях Библии. Прим. пер.


[Закрыть]. Эти слова были написаны примерно за три сотни лет до того, как Герофил и Эразистрат приступили к изучению мозга. Как авторам Ветхого Завета удалось узнать об этом за столетия до древних греков – это вопрос к теологам, историкам литературы и науки, а не к простому нейробиологу вроде меня.

На четвертой неделе созревания плода можно распознать четыре структуры головного мозга. Одна из них, глазной пузырь, образует основные элементы зрительной системы, такие как зрительный нерв, сетчатка и радужная оболочка. Еще через неделю начинает выделяться ствол мозга и мозжечок, в том числе те нейронные сети, которые со временем будут управлять движением, циклами сна и бодрствования и терморегуляцией. Темп роста количества нейронов в утробе матери достигает 250 тысяч в минуту[98]98
  L. K. Jones, “Neurophysiological Development across the Lifespan,” in Neurocounseling: Brain-Based Clinical Approaches, ed. T. A. Field, L. K. Jones, and L. A. Russell-Chapin (Alexandria, VA: John Wiley & Sons, 2017).


[Закрыть]. Все эти специализированные системы с их скромным происхождением из одной клетки обретают свое место в головном мозге и теле. Ранние недифференцированные клетки называют стволовыми, поскольку они подобны стеблю («стволу») цветка, который со временем образует лепестки и листья, пестики и тычинки – все составляющие цветка. Поскольку стволовые клетки способны стать чем угодно, их используют на переднем крае борьбы за восстановление стареющих и поврежденных тканей, а также поиска методов лечения болезней. На раннем этапе исследований эти клетки можно было получить только из выброшенных человеческих эмбрионов. Во время президентства Джорджа Буша – младшего разгорелись споры об этичности подобного подхода. Однако в 2017 году, когда ученые нашли способ выделять стволовые клетки из клеток кожи взрослого человека, дискуссии утратили актуальность. Стволовые клетки можно использовать в рамках целого ряда методов медикаментозного лечения. На протяжении следующих 20 лет мы вполне можем стать свидетелями того, как терапия с их применением заменит контактные линзы и слуховые аппараты, увлажнители для кожи и заместительную гормональную терапию, а также лечение диабета и рака. Возможно, она даже сможет повернуть вспять распад «следов» памяти.

По мере деления и дифференциации клеток плода постепенно формируются различные фрагменты головного мозга. Один из первых таких фрагментов – зрительная система, сразу же за которой формируются другие анализаторы чувственного восприятия. На двадцатой неделе развития плода слух полностью функционирует[99]99
  В литературе чаще встречается порог в 25 недель как дата, после которой аудиальная система считается функционирующей, но развитие продолжается и после этого, в частности, заметно меняется слуховой диапазон. Прим. ред.


[Закрыть]. Развивающийся плод слышит окружающий мир через фильтр околоплодных вод, стенок матки и мышц – этот звук напоминает то, что вы услышали бы, опустив голову под воду в ванной или бассейне. Плод способен отмечать изменения громкости, тона, ритма и продолжительности звуков. На основе этой информации развивающийся мозг начинает собирать свою схему, формировать нейронные связи, которые задают саму природу и структуру звукового мира в рамках подготовки к жизни за пределами материнской утробы. На этом этапе мозг плода выделяет басовые партии и аккорды музыки наряду с тоном и ритмическим рисунком речи. Через год после рождения младенец демонстрирует свои предпочтения или осведомленность об определенных звуковых образах, с которыми он сталкивался в утробе матери.

На двадцать восьмой неделе плод открывает глаза и даже начинает моргать. Нос развивается на седьмой неделе, но две крохотные ноздри, которые формируются примерно на одиннадцатой неделе, остаются закрытыми до 27-й недели. В этот период будущий ребенок начинает ощущать запахи и узнает аромат матери – это важная часть связи между младенцем и матерью, обеспечивающая подготовку ребенка к будущему кормлению грудью, поскольку запахи в утробе матери аналогичны по химическому составу запаху грудного молока. По данным новых исследований, младенец узнает запах матери еще до освобождения ноздрей от слизистых пробок, поскольку околоплодная жидкость протекает сквозь его ротовую и носовую полость.

Почему человек находится на вершине пищевой цепи?[100]100
  Я благодарен Дэну Кауфману из DARPA за формулировку этой идеи. Из личного общения с Дэном Кауфманом 14 июля 2018 года.


[Закрыть] Мы не самые быстрые бегуны – даже кошка бегает быстрее. Мы поднимаем не самый большой вес. У нас нет клыков, как у льва, смертельно опасного яда, как у гремучей змеи, брони, как у носорога. В школе нас учат, что это обусловлено отстоящими большими пальцами и применением орудий труда. В действительности же все дело в головном мозге.

Все наши мысли и опыт опосредованы мозгом, структурными единицами которого являются специализированные клетки – нейроны. Мозг взрослого человека содержит в среднем 85 миллиардов нейронов. Электрический механизм головного мозга потребляет огромный объем «топлива» – примерно 20 процентов запаса энергии всего организма, хотя на сам мозг приходится всего 2 процента веса тела. Считается, что мозг потребляет 20 ватт энергии; в 1978 году такой мощности было достаточно для питания стереосистемы моего автомобиля при полной нагрузке.

Мозг младенца во многом похож на большой участок невозделанной земли, а его развитие равносильно прокладке трактором колеи в высокой траве. Нейрон – это особая клетка, предназначенная для передачи информации в виде нервных импульсов. Длинная линия передачи нейрона, аксон, подобна автомагистрали. Его ответвляющиеся дендриты напоминают оживленный город с дорогами местного значения, подъездными путями, улицами, проездами и узкими переулками. В обоих случаях имеются существенные ограничения. Не так легко проложить дорогу по твердой гранитной почве или сквозь гору; не каждый нейрон может образовать синапс (установить связь) с любым другим нейроном. Топографические пределы головного мозга ограничивают создание некоторых видов связей и способствуют формированию других. Допустим, на вашем участке невозделанной земли есть тропы, уже протоптанные оленями, – это и будет самый простой способ построить дорогу. Кроме того, в одних местах выгоднее иметь тропу, чем в других, скажем, колодец. Мозг получает общие инструкции о топографии местности на основе информации, закодированной в ДНК, которую можно назвать маршрутной картой, содержащей, помимо всего прочего, все оленьи тропы.

За первый год жизни в мозге происходит рост огромного числа нейронов. В этот период также увеличивается и количество новых связей – более одного миллиона в минуту в момент рождения[101]101
  Center on the Developing Child, “Five Numbers to Remember about Early Childhood Development,” brief, 2009, www.developingchild.harvard.edu.


[Закрыть], а к шести месяцам до двух миллионов новых связей в минуту[102]102
  E. Santos and C. A. Noggle, “Synaptic Pruning,” in Encyclopedia of Child Behavior and Development, ed. S. Goldstein and J. A. Naglieri (Boston: Springer, 2011).


[Закрыть]. Нейроны в мозге младенца начинают устанавливать связи друг с другом по мере того, как он постигает окружающий мир; каждая из них представляет тот или иной элемент опыта, воспоминание или восприятие. Когда малыш узнаёт, что после появления солнечного света ранним утром ему дают пищу или что плач привлечет того, кто поменяет подгузник, в его мозге возникает электрохимическая реакция. В крохотном пространстве между двумя нейронами формируется новая связь, называемая синапсом. После установления синаптической связи между нейронами их электрическая активность синхронизируется, или, как говорят нейробиологи, они срабатывают одновременно. Подобная активация нейронов во взаимодействии составляет суть мысли, обучения, памяти и опыта. Связи такого рода образуются во всем мозге, причем число связей каждого отдельного нейрона может доходить до тысячи. Выполнив необходимые вычисления, вы обнаружите, что к наступлению взрослого возраста в человеческом мозге формируется больше связей (больше возможных мыслей и состояний мозга), чем существует частиц в известной нам Вселенной. Возможно, это и есть одна из причин того, почему нам так трудно прогнозировать поведение друг друга.

Примерно с шести месяцев нейронные пути, передающие электрические импульсы, начинают действовать более эффективно благодаря биологически изобретательному механизму эволюционной адаптации, который обеспечивает их изоляцию. Слой миелина – жирного электроизолирующего биологического материала – покрывает линии передачи и увеличивает их скорость. Миелин белого цвета, тогда как тела нейронов серые. То, что мы называем белым веществом мозга, – это пучки высокоэффективных линий передачи, связывающих вычислительные узлы серого вещества.

Существуют сотни видов нейронов. Как одна клетка (оплодотворенная яйцеклетка) порождает каждый из них? Белки определяют, как нейроны обретают свою идентичность, а также как и когда аксоны и дендриты образуют отростки по направлению к целевым клеткам и формируют синаптические связи. Гены белка в вашей ДНК содержат инструкции, как и когда создавать соответствующие белки. В двадцати трех парах хромосом человека примерно 20–25 тысяч белок-кодирующих генов[103]103
  https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/gene.


[Закрыть]. (Количество генов, не кодирующих белки, составляет около 26 тысяч. У некоторых людей не хватает одной хромосомы в паре, из-за чего у них диагностируют моносомные заболевания, такие как синдром Тернера, тогда как у других есть третья хромосома, что вызывает трисомные заболевания, например синдром Дауна.)

Рост и развитие нервной системы зависят от экспрессии определенных генов в определенных местах в определенный момент периода развития. Большинство основных инструкций в отношении формирования нервной системы можно найти в организмах, разделенных миллионами лет эволюции. ДНК человека на 99 процентов совпадает с ДНК шимпанзе[104]104
  K. Wong, “Tiny Genetic Differences between Humans and Other Primates Pervade the Genome,” Scientific American, September 1, 2014, https://www.scientificamerican.com/article/tiny-genetic-differences-between-humans-and-other-primates-pervade-the-genome/.


[Закрыть]. А как насчет бананов, которые так любим мы и наши родственники-обезьяны? Наша ДНК на целых 60 процентов совпадает с ДНК банана, а также с ДНК вьющейся вокруг него плодовой мушки. Это объясняется тем, что многие гены, необходимые для ведения клеточного «домашнего хозяйства» (для выполнения базовых клеточных функций, репликации ДНК, управления жизненным циклом клетки, содействия делению клеток), есть у всех растений и животных.

Эти генетические «схемы» возникли в далеком прошлом. Общий предок человека и шимпанзе жил от 4 до 13 миллионов лет назад. А ДНК человека с ДНК банана частично совпадают потому, что животные и растения произошли примерно 3–4 миллиарда лет назад от общего предка по имени LUCA (от англ. last universal common ancestor – «последний универсальный общий предок»). Благодаря этому генетическому сходству нейробиологи получили большую часть известной нам информации, изучая простые организмы, которые легче исследовать как с технической, так и с этической точки зрения. Если вы хотите произвести впечатление осведомленного человека, вскользь упомяните в разговоре C. elegans (червя) и Drosophila melanogaster (плодовую мушку) – благодаря этим двум организмам мы многое узнали о работе нашей ДНК.

РОЛЬ ПОИСКОВ И ВХОДЯЩЕЙ ИНФОРМАЦИИ

Мозгу младенца предстоит сначала исследовать окружающий мир, а затем создать нейронные сети, отражающие это понимание. Некоторые представления о мире кажутся изначально запрограммированными[105]105
  Я осторожно использую термины «статистический вывод» и «статистический анализ». Как именно мозг осваивает такие сложные вещи, как язык, – вопрос спорный. Существует мнение, что мозг имеет модульную структуру и некоторые из этих модулей «запрограммированы». Такой термин можно встретить как в научных статьях, так и в научно-популярной литературе. Некоторые считают, что мозг имеет генетическую предрасположенность, но опыт формирует ее, а также что «запрограммированный» – это слишком сильно сказано. Здравомыслящие ученые не согласны с таким утверждением. Необходимо просто подождать, когда будет проведено больше экспериментов и получено больше данных.


[Закрыть], например осознание – в возрасте двух месяцев – того, что предметы падают вниз, а не вверх. Но являются ли такие представления врожденными или приобретенными – до сих пор предмет дискуссий. К этому возрасту младенцы накапливают большой опыт взаимодействия с окружающим миром.

Две функции мозга, исследование и создание нейронных сетей, эффективно дополняет третья важная функция, достигающая пика своего развития в преклонном возрасте, – прогнозирование. Наш мозг пытается находить закономерности как в физическом мире, так и в мире идей, а также делать прогнозы о них. Так происходит формирование категорий, построение логических выводов и решение задач – другими словами, выполнение операций в рамках высшей когнитивной деятельности.

Мозг начинает воспринимать информацию еще в тот период, когда плод находится в утробе матери, но делает это в состоянии, которое лучше всего описать как полубодрствование – сонное состояние. Как зарождающийся, формирующийся мозг «включается», чтобы функционировать на постнатальном уровне? Нейробиолог Эван Балабан описал мозг эмбриона следующим образом:

Большинство из нас, биологов, рассчитывают увидеть нечто напоминающее деятельность взрослого мозга, разве что не в такой степени. Мы ожидаем медленного начала и постепенного развития этого процесса. Однако вплоть до самого рождения плода наблюдаем множество различных состояний, в которых находится мозг, и ни одно из них не имеет ничего общего с пребыванием в сознании[106]106
  “Entrevista a Evan Balaban. CASEIB 2010”. (Интервью с Эваном Балабаном, размещенное UC3M 21 декабря 2010 года. https://www.youtube.com/watch?v=sIqD98W9k64.)


[Закрыть].

Что представляют собой эти состояния – нечто напоминающее сон, или пребывание в коме, или что-то совершенно иное? Для того чтобы ответить на этот вопрос, Балабан (а он разбирается в электронике) разработал небольшой передатчик, способный записывать волны мозговой активности эмбрионов. Мы уже знаем, что при обычных обстоятельствах мозг эмбриона не получает значительной стимуляции из внешнего мира, но дополнительные стимулы извне очень сильно влияют на его развитие. Обеспечение такой стимуляции новорожденному имеет решающее значение для нормального развития мозга, а отсутствие может повлечь за собой ужасные последствия.

В момент рождения рецепторы пяти чувств (зрение, слух, осязание, вкус, обоняние) продолжают выполнять работу, начатую в утробе матери, прокладывая себе путь к соответствующей области мозга, для того чтобы доставить в ваше сознание отпечаток объектов внешнего мира. Однако для дальнейшего роста им необходима перцептивная стимуляция. В этот период для младенца все в новинку – ощущение того, как молоко течет по горлу, звук голосов в коридоре, многоцветность окружающей среды.

На протяжении примерно шести первых месяцев жизни мозг младенца не способен четко различить источник информации, поступающей через органы чувств; зрение, слух, обоняние, осязание и вкус младенца образуют единую перцептивную репрезентацию – психолог Уильям Джеймс назвал это «цветущим и жужжащим беспорядком»[107]107
  W. James, The Principles of Psychology (London: MacMillan, 1890).


[Закрыть]. Как поется в песне группы Grateful Dead, «беда с тобой, беда со мной. У тебя есть два глаза, но ты все равно не видишь». Те области, которые со временем станут слуховой, сенсорной и зрительной корой головного мозга, эмпирически не дифференцированы, а информация, поступающая от различных сенсорных рецепторов, способна устанавливать контакт с различными областями мозга в ожидании синаптического прунинга (удаления избыточных связей), который будет осуществляться на более позднем этапе жизни.

Под влиянием всех этих сенсорных помех все ощущения сливаются, и младенец получает беспорядочный поток сенсорных впечатлений. Визуальные стимулы, поступающие через глаза, смешиваются с информацией, поступающей через уши, нос, рот и кожу. Младенец первых месяцев жизни находится в состоянии «психоделического великолепия», в котором зеленый свет может иметь вкус, а голос матери вызывать ощущение тепла и гладкости на коже. Некоторые младенцы так и не достигают сенсорной дифференциации, в связи с чем у них развивается синестезия[108]108
  B. Brogaard, “Serotonergic Hyperactivity as a Potential Factor in Developmental, Acquired and Drug-Induced Synesthesia,” Frontiers in Human Neuroscience 7 (2013): 657.


[Закрыть]. По некоторым данным, взрослые, у которых наблюдаются определенные формы деменции, могут вернуться в это состояние; существует предположение, что именно это отчасти объясняет, почему некоторые люди преклонного возраста внезапно начинают проявлять интерес к искусству.

Наше младенческое «я» учится разделять сенсорные данные только во взаимодействии с окружающим миром: так мы узнаем, что звуки имеют внутреннее ментальное качество, отличающееся от вкуса. Научившись дифференцировать ощущения, мы проходим этап повторного интегрирования информации, поступающей от органов чувств. Мы узнаем, что, когда у кого-то двигаются губы, из них обычно исходит звук; что падение чего-либо на землю обычно сопровождается звуком и, возможно, вибрацией; что резкий запах означает острый вкус.

Пока все это происходит, младенческий мозг стремительно развивается[109]109
  L. K. Low and H. J. Cheng, “Axon Pruning: An Essential Step Underlying the Developmental Plasticity of Neuronal Connections,” Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences 361 (2006): 1531–1544.


[Закрыть], образуя гораздо больше связей, чем ему понадобится; аксоны и дендриты соединяются с большим количеством нейронов, чем необходимо для нормального функционирования в зрелом возрасте[110]110
  Low and Cheng, “Axon Pruning.”


[Закрыть]. Главная задача мозга в первые несколько лет жизни – создать на основе сенсорной информации как можно больше связей, поскольку младенческий мозг не знает, какие именно из них понадобятся впоследствии. Формируется огромное количество новых нейронных связей. Этот процесс можно представить себе как строительство дома: перед возведением стен вы можете проложить гораздо больше проводов и кабелей, чем требуется, поскольку стоимость их прокладки на этом этапе относительно низка, а то, что вам не понадобится, можно просто игнорировать. Однако мозг, будучи биологическим организмом, не просто игнорирует ненужные связи – он избавляется от них, сокращая или используя процедуры ведения клеточного «домашнего хозяйства» для их демонтажа.

Примерно с двухлетнего возраста начинается процесс прунинга продолжительностью в 20 лет: мозг избавляется от неиспользуемых синаптических связей. К 10 годам отсекается около 50 процентов связей, сформировавшихся до двух лет, и процесс продолжается до 20 с лишним лет. Некоторые психические заболевания взрослых (с поздним началом), такие как шизофрения, вероятно, обусловлены неполным прунингом префронтальной коры в подростковом возрасте[111]111
  Z. Petanjek et al., “Extraordinary Neoteny of Synaptic Spines in the Human Prefrontal Cortex,” Proceedings of the National Academy of Sciences 108, no. 32 (2011): 13281–13286.


[Закрыть]. Вы можете спросить: «А почему бы нейронам не установить связи со всеми остальными нейронами навсегда?» Во-первых, в таком случае мозг стал бы огромным – 20 километров в диаметре![112]112
  Я благодарен Майклу Газзанига за эти вычисления.


[Закрыть] Во-вторых, прунинг позволяет нам сформировать эффективный мозг в ответ на условия, в которых мы находимся. Прунинг заставляет мозг специализироваться, создавать локальные сети, способные функционировать независимо от других сетей и автоматизировать определенные задачи[113]113
  Из личного общения с Майклом Газзанигой 15 июля 2018 года.


[Закрыть]. В конечном счете образуются тысячи модулей, и каждый выполняет свою функцию.

Рассмотрим в качестве примера речевое развитие. Младенческий мозг восприимчив к изучению любого языка. Мы рождаемся с нейронными сетями, которые выделяют форму и структуру отдельных согласных и гласных звуков, грамматики, синтаксиса и всех остальных элементов языка. Ребенок китайских родителей предрасположен к изучению китайского языка не в большей мере, чем к изучению испанского. На каком языке будет говорить малыш, зависит от того, какому воздействию будет подвержен его мозг. По всей видимости, количество языков, которые может изучать очень маленький ребенок, неограничено. Исследования опровергли старую «народную мудрость», что якобы многоязычный ребенок лишь частично владеет каждым из языков, на которых говорит. Разные языки сосуществуют в головном мозге, не мешая друг другу. Иначе говоря, дело не в том, что максимальный объем вашего словарного запаса составляет 30 тысяч слов и вам необходимо делить его между тремя или четырьмя языками, – каждый язык получает свое место для хранения словарного запаса в головном мозге, и предела пока никто не нашел.

Зиад Фазах внесен в Книгу рекордов Гиннесса как человек, который разговаривает на 59 языках. (Сам он утверждает, что свободно владеет «всего» пятнадцатью языками одновременно и что ему необходимо немного попрактиковаться, чтобы свободно разговаривать на остальных языках, которые он знает.) Поэт XVII столетия Джон Мильтон владел английским, латынью, французским, немецким, греческим, ивритом, итальянским, испанским, арамейским и сирийским языками. Один из самых поразительных известных мне полиглотов – когнитивист Дуглас Хофштадтер; он увлекается переводом стихотворений с одного языка на другой, наблюдая при этом формальные и структурные ограничения поэтической формы. Я слышал, что однажды он перевел стихотворение, написанное 500 лет назад на старофранцузском языке, на современный английский, шекспировский английский, французский, итальянский, немецкий и русский языки, пытаясь сохранить метрические особенности оригинала. Он выполнил даже перевод на английский, в котором первая буква каждой строки соответствовала названию стихотворения и имени поэта.

Как со всем этим связан синаптический прунинг? Мозг младенца способен освоить примерно тысячу звуков языков мира[114]114
  I. Maddieson and K. Precoda, UCLA Phonological Segment Inventory Database (UPSID), n.d., http://web.phonetik.uni-frankfurt.de/upsid_info.html; S. Shih, personal communication, August 7, 2018.


[Закрыть]. Когда малыш слышит определенное подмножество звуков в своей среде, его мозг выстраивает соответствующие нейронные связи. Ни один ребенок не слышит всю тысячу звуков одновременно, а многое из того, что он все-таки слышит, ему не понадобится – например, речь иностранца, прошедшего мимо на улице, или искаженные звуки, произнесенные человеком с набитым ртом. Мы так быстро и легко распознаем родную речь, потому что в нашем мозге нет конкуренции со стороны других языков, которые были отсечены. Этот эффективный механизм приносит пользу даже полиглотам, поскольку, когда они погружаются в разговор на определенном языке, их мозг настроен на восприятие звучания именно этого языка, что приводит к активации нейронов, соответствующих этим звукам, а нейроны, представляющие другие звуки, остаются в тени.

Процесс прунинга и создания синаптических связей в значительной мере основан на способности головного мозга воспринимать большое количество данных и организовывать их в порядок и структуру. Представьте себе, что мир – это статистическая система, формирующая мозг в ходе повторяющихся взаимодействий. В этом смысле мозг – гигантская машина статистического анализа.

Мы обучаемся благодаря совместной встречаемости тех или иных объектов. Маленькие дети узнают, что сочетание звуков st в начале английских слов start и stop представляет общий кластер начальных звуков английских слов, но не испанских. (Испанцы, разговаривая по-английски, прибавляют гласный звук к слову start и произносят его как estart.) Маленькие дети узнают, что сочетания wszszn нет в английском языке, хотя оно есть в польском. Статистический вывод – это основа и для других знаний. Мы узнаем, что прикосновение к горячей конфорке газовой плиты определенно вызывает боль. Плач младенца, по статистике, обычно приводит к тому, что рядом с ним появляется мама.

Чем больше опыта вы накапливаете в чем-то, тем лучше ваша база данных о том, что является нормой, и тем точнее становятся ваши мысленные репрезентации. Маленький ребенок, услышавший тридцать примеров употребления звука «ă», менее эффективно распознает его по сравнению с подростком, который слышал этот звук 30 тысяч раз. Такой статистический вывод применим не только к языку, но и практически ко всему, что мы изучаем. Так, мы учимся читать, распознавая буквы алфавита даже тогда, когда они начертаны разными шрифтами, а также теми шрифтами, которых мы никогда не видели. Наш мозг знает, как в среднем выглядит буква «a», и, подобно магниту, приводит различные варианты формы этой буквы к среднему. Таков общий принцип перцептивного обучения. Квадраты, круги, красный цвет, собаки, дома, столы, чашки, гамбургеры – мозг формирует для всего этого категории, опираясь на множество увиденных примеров. Мы выходим на такой уровень, когда при виде искаженного и геометрически невозможного треугольника, не похожего ни на что виденное нами ранее, все равно распознаем в нем треугольник.

Взаимодействие с окружающей средой посредством движения и исследования тоже играет важную роль для нормального нейронного роста и развития. В младенческом возрасте именно так мы учимся протягивать руку и хватать, у нас формируется восприятие глубины и важные зрительно-двигательные схемы. Успешное установление контакта с движущейся целью, такой как вращающаяся игрушка над кроваткой, или способность поймать мяч – важные действия, имеющие особое название, интерцептивная синхронизация. Этот навык служит предпосылкой для развития математического мышления и обычно формируется еще до того, как ребенок обретает способность воспринимать такие абстрактные понятия, как числа[115]115
  O. T. Giles et al., “Hitting the Target: Mathematical Attainment in Children Is Related to Interceptive-Timing Ability,” Psychological Science 29, no. 8 (2018): 1334–1345.


[Закрыть].

Интерцептивная синхронизация заставляет отрабатывать и развивать сети прогнозирования в головном мозге: нам необходимо уметь предсказывать местоположение движущихся объектов в будущем на основании их нынешнего местоположения, скорости и направления движения. Аналогичные вычисления нужно выполнить и при перемещении руки, для того чтобы откалибровать хватательное движение. Все эти действия подчиняются чувству количества и порядка. Возможно даже, перцептивная синхронизация – обязательное условие владения языком, поскольку для его успешного использования требуется умение определять последовательность во времени. Для понимания устной или письменной речи звуки, возникающие достаточно близко друг от друга во времени, нужно располагать в правильном порядке. Слово tsar не означает то же самое, что star: мы можем понять смысл сказанного только благодаря способности за долю секунды определять, следует t до s или после него.

Интерцептивная синхронизация – одна из форм нейропластичности, или способности мозга изменять свои нейронные схемы с учетом информации о внешней среде для обеспечения зрительно-моторной координации на основании опыта.

КРИТИЧЕСКИЕ ПЕРИОДЫ И НЕЙРОПЛАСТИЧНОСТЬ У ДЕТЕЙ И ВЗРОСЛЫХ

Развитие мыслительных способностей – это сложный четырехсторонний процесс с участием генетических инструкций, которые содержит ДНК, топографии мозга, стимуляции со стороны внешней среды, а также культуры, в которой мы растем. Развитие коры головного мозга зависит от опыта. В момент рождения перцептивная система ожидает поступления информации, которую она сможет ассимилировать, чтобы выстроить соответствующие нейронные связи. Отчуждение маленьких детей от нормальной среды, как социальной, так и физической, во время ранних критических периодов развития может привести к серьезным негативным последствиям на более поздних этапах жизни. Термин «критический период» употребляется для описания временного промежутка, в течение которого с помощью положенного воздействия со стороны внешней среды необходимо развить определенный навык или способность, иначе эта возможность будет утрачена. Временной ряд таких интервалов представляет собой статистическое распределение, а это значит, что после определенного возраста развитие соответствующей способности становится крайне маловероятным. Поскольку нейрофизиологическое развитие на протяжении критических периодов – это совокупность множества процессов, после их истечения повторение таких временных промежутков затруднено.

Если вы изучали психологию, то помните некоторые известные примеры. У котят, лишенных поступления зрительной информации в критический период, так и не сформировалось нормальное зрение. У котят, которым надели повязку, мешавшую одному глазу получать зрительную информацию, бинокулярное зрение или восприятие глубины не сформировалось даже после того, как повязку сняли. Котята, выросшие в темноте, так и не научились видеть, хотя с глазами у них было все в порядке. (В настоящее время многие ученые выражают сожаление по поводу того, что в 1950-х годах подобные эксперименты считались этичными.) Над людьми эксперименты не проводились, однако у детей, родившихся слепыми на один глаз, зрение которых было восстановлено после критического периода (посредством удаления катаракты, например), восприятие глубины тоже не сформировалось. Здесь ключевой момент заключается в том, что поступающие через глаза сигналы сообщают зрительной коре, когда расти и как организовать свою работу. То же самое касается других систем чувственного восприятия.

Как и в случае зрения, нормальное развитие аудиальной системы требует информации из окружающей среды. Для младенцев с потерей периферического слуха также важен критический период. Чтобы кохлеарные импланты, обеспечивающие поступление входной информации, функционировали действительно эффективно, необходимо вживлять их в самом начале жизни[116]116
  J. K. Niparko et al., “Spoken Language Development in Children following Cochlear Implantation,” Journal of the American Medical Association 303 (2010): 1498–1506; J. G. Nicholas and A. E. Geers, “Sensitivity of Expressive Linguistic Domains to Surgery Age and Audibility of Speech in Preschoolers with Cochlear Implants,” Cochlear Implants International 19, no. 1 (2018): 26–37.


[Закрыть]. Имплантация в подростковом или более позднем возрасте не приводит к нормальному восприятию речи, хоть и обеспечивает преимущество в плане выживания, позволяя реципиенту слышать звук приближающихся объектов, которых он не видит, как в случае движущегося позади автомобиля.

Существует ряд предубеждений насчет развития головного мозга. Так, считается, что звуковые стимулы, поступающие через уши, проложат себе путь к слуховой коре. Однако если опыт не подтверждает этот стереотип (например, из-за поражения периферического слуха), происходит нечто иное. Следовательно, в ранние годы мозг подобен глине, из которой в определенных пределах можно вылепить нечто в соответствии с окружающей (почти любой) средой.

Десятки лет мы считали, что для освоения любого языка детям необходимо получать слуховую информацию. Из последнего же исследования, результаты которого были опубликованы в 2018 году, стало известно, что для освоения статистических основ языка мозгу необходим не звук, а собственно язык – даже язык жестов[117]117
  M. L. Hall et al., “Auditory Access, Language Access, and Implicit Sequence Learning in Deaf Children,” Developmental Science 21, no. 3 (2018): e12575.


[Закрыть]. Если при раннем обнаружении глухоты маленького ребенка знакомят с языком жестов в критический период развития речи, мозг продолжает выполнять свою работу, осваивая жесты в качестве настоящего родного языка, как он осваивал бы голландский, японский или суахили. Такой вывод объясняет, почему глухие дети, получившие кохлеарные импланты после достижения 18–24 месяцев, во многих случаях развиваются хуже глухих собратьев, познакомившихся с языком жестов в первый год жизни.