Текст книги "О чём он вообще думает? Мозг подростка: время уникальных возможностей"

Кора лобных долей: регулятор когнитивных способностей

Для адекватного планирования деятельности требуются различные навыки. У Сюзанны много дел. Чтобы справляться с ежедневным объемом домашней работы, ей приходится выполнять несколько задач одновременно. Планирование деятельности – сложный процесс. Он требует умения расставлять приоритеты и противостоять отвлекающим факторам, чтобы достичь поставленных целей в долгосрочной перспективе.

Планирование относится к исполнительным (или управляющим) функциям, отвечающим за целенаправленное поведение. Примеры такого поведения – распланированное выполнение школьной домашней работы или подключение внимания на уроках (даже на фоне болтовни одноклассников на задней парте). Подобными регулирующими навыками в большей степени обладают взрослые, нежели подростки. В рамках концепции «нового образования» учащимся предоставлялась изрядная степень независимости, что зачастую оказывалось им не по зубам. В настоящее время родители снова усиленно контролируют своих детей, в частности благодаря онлайн-системам отслеживания школьной успеваемости. Нередко взрослые узнают об отметках даже раньше самих учеников. Правда, такая форма контроля может всерьез тяготить подростков. Необходимо сбалансированное решение: следует, разумеется, предоставлять подросткам свободу в процессе становления их независимой личности (без неусыпного родительского контроля и диктата), но в то же время направлять их и помогать им, пока окончательно не сформируются их исполнительные функции. Найти этот баланс бывает непросто, к тому же не существует унифицированного критерия свободы и контроля. Кто-то, возможно, уже планирует свою деятельность вполне самостоятельно, а кому-то, наоборот, все еще нужна дополнительная поддержка.

Планирование требует отлаженного взаимодействия между различными управляющими функциями мозга

Чтобы понять назначение исполнительных функций и происходящие в них изменения, мы подробно рассмотрим строение коры, внешнего извилистого слоя большого мозга (см. главу 1). Кора лобных долей – важнейшая область мозга, управляющая исполнительными функциями.

Лобная кора расположена (как следует из названия) в передней части черепа и занимает около трети всех корковых структур. О ее росте известно довольно много. Мы знаем, что в период между рождением и 4–6 годами количество клеток мозга в лобной коре резко увеличивается, а затем идет на убыль. Период сокращения количества нейронов считается чрезвычайно важным: оптимально работающие клетки сохраняются (и становятся сильнее), а менее значимые – удаляются. Этот этап длится до 20–25 лет. Поэтому возраст между 6 и 20 годами является ключевым для обучения: именно в этот период на формирование мозга можно заметно влиять.

Попробуем разобраться, как изменения в росте лобной коры связаны с исполнительными функциями. Повторюсь: кора лобных долей – самый крупный участок коры, и не все области головного мозга выполняют одни и те же задачи. Некоторые отделы мозга наделены всего лишь одной, очень специфической функцией: гипоталамус, к примеру, отвечает за регуляцию биоритма. Кора же отличается многообразием функций, в выполнении которых участвуют различные отделы коры. Поскольку этих отделов великое множество, они называются по своему местоположению в той или иной плоскости лобной коры: верхние и нижние, вентральные (внутренние) и дорсальные (внешние), передние и задние, медиальные (серединные) и латеральные (боковые).

Внутри коры лобной доли различают три зоны: моторную, латеральную и медиальную. Эти зоны управляют всевозможными типами поведения человека. Моторная кора располагается ближе к задней части лобной коры и важна для инициирования и выполнения движений (название говорит само за себя). Чуть ближе к передней части черепа находится латеральная кора, которая играет весомую роль в планировании деятельности, обучении, применении правил и следовании инструкциям. Под латеральной расположена медиальная кора, отвечающая за планирование и целенаправленные действия, а также за самостоятельное управление поведением. Медиальная кора имеет первостепенное значение при принятии эмоциональных (глава 3) и социальных решений (глава 4).

Названия отделов в соответствии с их расположением в различных плоскостях головного мозга: верхние и нижние, вентральные (внутренние) и дорсальные (внешние), передние и задние, медиальные (серединные) и латеральные (боковые)

Таким образом, кора лобных долей связана с осуществлением целого ряда исполнительных функций. Методы сканирования мозга пролили свет на многие из них. Однако первые открытия в этой области были сделаны в ходе обследований людей с поврежденным мозгом.

Способность планировать после повреждения мозга

В силу того, что лобная кора располагается в передней части головы, она чаще других областей мозга подвергается повреждениям. Безусловно, любые повреждения имеют серьезные последствия для повседневного функционирования человека. Однако поскольку лобная кора – крупная и неоднородная область мозга, то повреждения различных отделов внутри нее по-разному влияют на нашу жизнедеятельность.

Для начала мы рассмотрим внешнюю часть лобной коры (латеральную кору), поражение которой наиболее значимо влияет на планирование поведения и приобретение новых знаний. Каким образом?

Изображение различных отделов в коре лобных долей головного мозга

Из обследований пациентов мы знаем, что внешняя часть лобной коры – латеральная кора – важна для умения решать проблемы, сохранять в памяти информацию и вовремя останавливать неподобающее поведение. Пациенты с повреждением латеральной лобной коры часто делают неуместные комментарии просто потому, что у них нет сдерживающего тормоза. Кроме того, они плохо понимают юмор с подтекстом (поскольку не в состоянии связывать ситуационные эпизоды воедино), но зато смеются над плоскими шутками.

Пациенты с повреждением латеральной лобной коры испытывают трудности при обработке обратной связи. В ответ на критику они не способны должным образом скорректировать свое поведение. Они как бы застревают в нем, не имея возможности легко его изменить. Следовательно, у пациентов с повреждением в лобной коре в первую очередь возникают проблемы с исполнительными функциями.

Как выяснится позже, в подростковом возрасте исполнительные функции все еще развиваются. Этот факт необходимо учитывать, когда речь идет о степени контроля и управления в школьной ситуации. Подростку, привыкшему выполнять то или иное задание определенным образом, бывает сложно приноровиться к измененной форме обучения или к растущему количеству заданий.

Что происходит в мозге в процессе планирования?

Благодаря таким методам сканирования мозга, как фМРТ, ученым удалось подробно изучить функционирование лобной коры. Исследователи выяснили, в частности, что у каждой области лобной коры свои конкретные задачи. С помощью фМРТ появилась возможность наблюдать за активностью в отдельно взятых областях мозга.

Методы сканирования мозга особенно важны для изучения способностей и потенциала детей и подростков. Нам уже известно, к примеру, что в некоторых частях лобной коры количество нейронов (серого вещества) изменяется в течение более длительного периода времени, чем в других областях мозга. Изменение количества мозговых клеток воздействует на рабочую память и навыки планирования. Мы также знаем, каким образом важные для планирования и исполнительных функций отделы мозга работают в детстве и подростковом возрасте. В этой главе рассматриваются некоторые из таких функций.

Если 10 лет тому назад исследования в основном проводились с относительно небольшими группами участников, то в последние годы они приобрели более массовый характер: современные исследования охватывают широкие группы детей из разных слоев общества, облегчая тем самым корреляцию результатов исследований мозга со сферой образования и успеваемостью учащихся. Ниже приводится описание некоторых из них.

Основные навыки: рабочая память и ингибиторный контроль

Рассуждая о планировании и исполнительных функциях, мы, как правило, подразумеваем сложные ситуации и задачи. Однако для начала следует проанализировать основные навыки в рамках исполнительных функций, такие как рабочая память и ингибиторный контроль. Рабочая память – это способность сохранять в голове информацию, а ингибиция связана с торможением поведения или мыслей. Обычно эти два процесса интенсивно взаимодействуют. Наибольшие изменения в рабочей памяти и ингибиции происходят в раннем детстве и младшем школьном возрасте, а в подростковом возрасте эти навыки продолжают совершенствоваться.

Рабочая память

Мы используем рабочую память практически постоянно, в том числе и в школе, будь то чтение, понимание сложного текста или решение математических задач. Рабочая память – важный предвестник школьной успеваемости. Чем лучше рабочая память, тем выше результаты. Наиболее сложные формы рабочей памяти продолжают оттачиваться на протяжении всего подросткового периода.

Один из способов измерения рабочей памяти – варьирование временных промежутков между предоставлением информации и ее повторением. В нашем центре, к примеру, мы предлагаем участникам исследований такое задание: на экране поочередно отображаются три местности, которые необходимо указать в том же порядке спустя 5, 10 или 15 секунд. Всем участникам – взрослым и детям – эта задача дается сложнее по прошествии 15 секунд, чем 5 секунд. Однако по сравнению со взрослыми у детей младшего возраста возникает относительно больше проблем с выполнением задания через 15 секунд, притом что с 5-секундным интервалом они справляются наравне со взрослыми. Из этого следует, что рабочая память у детей младшего возраста еще недостаточно развита. Примерно с 12 лет дети выполняют подобные задания с тем уже успехом, что и взрослые.

Второй способ исследования рабочей памяти – изменение объема информации для запоминания. Например, на экране демонстрируются четыре объекта. Потом они исчезают, и вас просят их перечислить. Это достаточно просто, однако чем больше объектов становится, тем сложнее эта задача. Ваша рабочая память теперь должна удержать не четыре, а, скажем, восемь или десять объектов. Наряду с объектами можно использовать слова или местность (как в первом задании). Всем нам трудно запомнить большое количество слов, изображений или местоположений, однако по мере того, как их количество растет, дети ошибаются относительно чаще взрослых. Именно поэтому детям бывает сложно запомнить несколько поручений одновременно или, допустим, длинный список покупок.

Значение рабочей памяти критически важно, если надо организовать информацию. Способность к организации информации (как важной составляющей планирования) измеряется с помощью так называемой манипуляции. Вас просят, к примеру, запомнить произвольный набор букв «п, б, ф, н» и произнести их вслух через 6 секунд. Вы не затратите особых усилий на выполнение этой задачи. Однако повторить буквы через 6 секунд в алфавитном порядке окажется уже значительно сложнее.

Форма рабочей памяти, подразумевающей мыслительную работу с информацией, более совершенна у взрослых, нежели у детей и подростков. Это связано с тем, что различные области лобной коры должны научиться адекватно взаимодействовать друг с другом. В подростковом возрасте способность манипулировать или мысленно управлять информацией еще только развивается. Эта форма рабочей памяти играет важную роль, например, при составлении графика выполнения домашних заданий, в который надо не забыть включить и внешкольные занятия вроде футбольной тренировки и т. п. Планирование деятельности требует от рабочей памяти немалых усилий, прежде всего – в отношении способности манипулировать информацией.

Первостепенное значение для функционирования рабочей памяти имеет латеральная префронтальная кора. Эта область мозга активно включается в работу, когда увеличивается количество информации или срок ее хранения. Качество рабочей памяти напрямую связано со степенью активности латеральной префронтальной коры. Вот почему люди, у которых эта область мозга работает интенсивнее, обладают более развитой рабочей памятью.

Латеральная префронтальная кора задействована при запоминании любого типа информации, будь то местоположения, изображения, числа или предметы. Однако не все участки этой коры выполняют одинаковые функции. Например, если информацию необходимо только запомнить, то на помощь призывается вентральная (нижняя) область латеральной префронтальной коры. Однако когда нам приходится работать с информацией (например, расставляя ее в алфавитном порядке), за дело берется дорсальная (верхняя) область латеральной префронтальной коры. Это разграничение функций имеет принципиальное значение, исходя из того, что в подростковом возрасте рост мозга (то есть увеличение и уменьшение объема серого вещества) в дорсальной части продолжается дольше. В лаборатории нашего центра мы исследовали области мозга, задействованные у детей при запоминании изображений объектов (таких как часы, дом, ботинок или собака) в течение шести секунд. И сравнили их с мозговой активностью в тех случаях, когда детей просили назвать изображения в обратном порядке (то есть при манипулировании информацией). У детей до 12 лет обнаружилось много проблем с последним заданием, и их дорсолатеральная префронтальная кора работала менее интенсивно, чем у 15–16-летних подростков и взрослых. На основе результатов этих исследований мы пришли к заключению, что, поскольку дорсальная область латеральной лобной коры созревает медленнее, подросткам труднее манипулировать информацией в рабочей памяти. Крупномасштабное американское исследование также показало: по мере развития латеральной лобной коры в период от 6 до 22 лет способность манипулировать информацией в рабочей памяти улучшается. А шведские исследователи обнаружили, что чем сильнее становятся связи между лобной корой и другими отделами мозга, тем легче людям удается запоминать информацию. К тому же выяснилось, что в подростковом возрасте эти связи находятся еще в разгаре формирования.

Не менее любопытным является тот факт, что после многократного выполнения задания на запоминание информации лобная кора участников исследования начинала работать интенсивнее, в том числе и у подростков. Это свидетельствует о том, что мозг можно тренировать. Впрочем, не бесконечно: подростки младшего возраста способны, к примеру, запоминать и манипулировать тремя или четырьмя изображениями, однако на пятом изображении их возможности иссякают. Очевидно, что тренировка рабочей памяти связана с ограничениями, и не всем под силу достичь одного и того же уровня.

Области мозга, участвующие в выполнении задания на рабочую память. По мере взросления связи между этими областям становятся сильнее. Чем сильнее связи, тем выше производительность рабочей памяти

Задание на рабочую память, в котором участники должны мысленно поставить изображения в обратном порядке. При выполнении этого задания важную роль играет дорсолатеральная префронтальная кора (слева внизу). При выполнении заданий на рабочую память эта область мозга менее активна у детей, чем у взрослых (справа внизу). Источники: Jolles et al. (2011), Crone et al. (2006)

В сфере образования наблюдается большой спрос на тренировку рабочей памяти. Учащимся предлагаются разнообразные программы с упражнениями для рабочей памяти. В настоящее время интернет наводнен программами тренировки мозга – увы, не учитывающими результаты научных исследований. Ученые по всему миру неустанно их критикуют. Факт, что благодаря использованию таких программ молодые люди начинают успешнее справляться с поставленной компьютером задачей, не всегда соотносится с их способностью повысить школьную успеваемость. Овладевшие неким приемом, они могут применить его лишь в конкретной ситуации, но не в более широком учебном контексте. Поэтому при отборе той или иной программы полезно узнать ее содержание и осведомиться о разработчиках. Тренировать мозг следует, подстраивая сложность задачи к способностям подростка на определенный момент времени при пошаговом обучении. Такой подход увеличивает емкость рабочей памяти и помогает в изучении стратегий, которые подросток может применить в разных ситуациях. Иными словами, мы все больше и больше узнаем о возможностях тренировки мозга, но внедряя соответствующие программы в образование, необходимо проявлять осторожность и отбирать среди них те, что опираются исключительно на научные данные.

Ингибиция: способность вовремя остановиться

Итак, мы рассмотрели первую составляющую исполнительных функций – рабочую память. Еще одним важным навыком является ингибиция. Представьте, что вы мчитесь на велосипеде в школу или на работу. Вы собираетесь пересечь перекресток, но внезапно сигнал светофора переключается на желтый, и вам необходимо резко затормозить. Или звонит телефон с такой же мелодией, что и у вас. Вы уже машинально собираетесь ответить, как вдруг понимаете, что это не ваш телефон. Или вы находитесь в Англии и едва успеваете подавить желание ехать по правой стороне дороги. Во всех этих примерах речь идет об ингибиции или о прекращении действия. Возможность вовремя остановиться имеет первостепенное значение для безопасного и социально адаптированного поведения, но вызывает трудности, особенно когда вдруг приходится делать что-то непривычное (например, ехать по левой стороне) или резко останавливать начатое движение (как с меняющимся сигналом светофора).

Способность останавливать действия и контролировать импульсивные (или автоматические) реакции широко изучена в психологии. Для измерения ингибиторного контроля у детей и взрослых исследователи используют компьютерные тесты. В заданиях типа go/no go испытуемых просят нажимать кнопку (go) при появлении на экране определенного изображения, например, красной собаки. То есть всякий раз, когда на экране возникает красная собака, следует нажать кнопку. Однако при появлении синей собаки кнопку нажимать нельзя (no go). Детям дошкольного возраста зачастую трудно удержаться от того, чтобы не нажать кнопку при виде синей собаки. В целом детям до 12 лет сложнее справиться с этим заданием, чем взрослым.

Тест go/no go измеряет ингибирующую способность (способность останавливаться) самым простым способом. Исследователи искали более изощренные методы: так был разработан тест «стоп-сигнал». Он позволяет выяснить, сколько времени требуется испытуемому на то, чтобы остановить свое действие. Исследователи придумали хитрый трюк. Участника теста просят отреагировать на зеленые стрелки, указывающие налево или направо, нажав левую или правую кнопку указательными пальцами обеих рук, причем очень быстро. Когда стрелка становится красной, нажатие кнопок следует прекратить (как при красном сигнале светофора). Это легко, если стрелка становится красной сразу, но сложнее по прошествии какого-то времени. Представьте себе две ситуации: зажигается желтый сигнал светофора, когда вы только подошли к перекрестку или уже начинаете его пересекать. Варьируя время между выводом зеленой стрелки на экран и ее окрашиванием в красный цвет, исследователи могут выяснить, через какой промежуток тестируемый способен своевременно остановить свое действие. Этот промежуток называется временем реакции на стоп-сигнал. У детей в возрасте от 4 до 8 лет эта реакция медленная. Лишь к началу подросткового возраста она приближается к уровню взрослых. Детям до 14 лет, как правило, труднее останавливать свои действия, чем взрослым.

Человек с поврежденной вентральной частью латеральной префронтальной коры (расположенной чуть ниже области, отвечающей за хранение информации в рабочей памяти) часто испытывает немалые трудности с прекращением своих действий. При выполнении тестов go/no go и «стоп-сигнал» у взрослых наблюдается активность в этой области головного мозга, поэтому ее часто называют областью ингибиторного контроля.

Ученые исследовали, как развивается область ингибиторного контроля у детей в возрасте от 8 до 12 лет и у молодых людей от 18 до 25 лет. И пришли к заключению: у детей от 8 до 12 лет, во время фМРТ выполнявших задание go/no go, наблюдалась меньшая активность в вентральной части латеральной префронтальной коры, чем у взрослых. Наблюдения ученых свидетельствуют о том, что данная область мозга у детей, вероятно, еще недостаточно развита. Любопытно, что при этом у детей обнаруживалась активация в других отделах префронтальной коры, например в дорсальной ее части. Таким образом, поскольку область, отвечающая за ингибиторный контроль, еще не полностью созрела, детям приходится задействовать другие участки мозга.

Тест «стоп-сигнал», в ходе которого участник должен остановиться при появлении красного сигнала. Важную роль в этом задании играет вентролатеральная префронтальная кора. Дети еще не используют эту область мозга столь же эффективно, как взрослые. В подростковом возрасте молодые люди учатся успешнее останавливать свои действия. Источники: Durston et al. (2006), Vink et al. (2014)

В подростковом возрасте (от 12 до 18 лет) этот «детский» способ работы мозга меняется на «взрослый», особенно во время дальнейшего созревания вентролатеральной части префронтальной коры. Когда тех же участников исследования тестируют несколько лет спустя, их вентролатеральная префронтальная кора работает гораздо лучше. Очевидно, область ингибиторного контроля совершенствуется по мере взросления, в результате чего с годами легче подавлять импульсивное поведение.

Сейчас нам известно, что важные для ингибиции области мозга серьезно меняются в возрасте от 12 до 18 лет, но мы до сих пор в точности не знаем, каков временной ход этих изменений. Доподлинно неизвестно, когда именно вентролатеральная лобная кора начинает работать на уровне взрослых. Однако следует принять во внимание, что в 12 лет и в последующие годы подростки не могут оптимально подавлять импульсивное поведение, поскольку их мозг еще к этому не готов. Интересно, что подростки, у которых во время выполнения задания go/no go фронтальная кора была менее активной, чаще попадали в дорожно-транспортные происшествия. По-видимому, основная форма остановки действий важна и для повседневных ситуаций. Поэтому не следует рассчитывать на то, что подростки в переполненном и шумном классе будут фильтровать информацию на уровне взрослых. Им все еще трудно подавить автоматическое желание реагировать на комментарии одноклассников.

Выше мы говорили о внешних отвлекающих факторах, которые подросткам рекомендуется игнорировать. Но иногда отвлекающий момент находится в самом задании. Тест на подавление реакции чтения – яркий пример такого задания. Все мы быстро читаем слова – это автоматический процесс. И нам трудно игнорировать значение этих слов. Существует известный тест Струпа, названный в честь американского психолога Джона Ридли Струпа, который разработал этот тест в 1935 году. Цель – назвать цвет, которым написано слово. Казалось бы, ничего сложного, однако загвоздка в том, что представленное слово само по себе обозначает цвет, не совпадающий с цветом букв, которыми оно напечатано. Например, слова «красный» или «зеленый» набраны черными или желтыми буквами. Если требуется назвать цвет чернил, в то время как слово обозначает другой цвет, чрезвычайно трудно не прочитать написанное. Чтение – автоматическое действие, и нам сложно удержаться от того, чтобы первым делом не прочесть слова.

Это явление называется «интерференцией» и происходит с нами постоянно. Например, когда мы оговариваемся, или когда путаем имена членов семьи, или когда случайно называем новую подругу именем ее предшественницы. Пациенты с повреждением лобной коры, а также дети нередко испытывают затруднения при подавлении реакции чтения в тесте Струпа. Пронаблюдав за работой мозга у детей и подростков при выполнении теста Струпа, исследователи сделали важное открытие.

Область мозга, которая важна для успешного выполнения теста Струпа (дорсолатеральная лобная кора), продолжает формироваться до 20 лет. Ученые обратили внимание на связь между возрастом участников теста (от 7 до 25 лет) и степенью активности в латеральной лобной коре во время предоставления им интерференционных слов (например, слова «синий», напечатанного зеленым цветом). По завершении исследования у тестируемых был отмечен линейный рост уровня активности в этой области мозга вплоть до 22 лет. Иначе говоря, чем старше подросток, тем успешнее он может подавлять ненужную информацию, демонстрируя большую активность в латеральной лобной коре. Хотя подростки в возрасте от 12 до 14 лет уже способны сдерживать свои действия, они по-прежнему испытывают серьезные проблемы с интерференцией. Например, некоторым подросткам сложно запомнить иностранные слова при включенном радио. Пусть порой они и живут в мультизадачном режиме (общаясь друг с другом в видеоформате, обмениваясь текстовыми сообщениями и делая при этом домашнее задание), исследования показывают: мозг подростка еще не вполне способен выполнять нескольких задач одновременно, поскольку в значительной степени подвержен интерференции.

Тест Струпа: испытуемым следует назвать цвет чернил, которым написано слово, вне зависимости от значения самого слова. Когда значение слова и цвет чернил, которым оно написано, не совпадают, возникает интерференция. Дорсолатеральная префронтальная кора играет важную роль в подавлении интерференции (внизу слева), и эта область мозга при виде интерференционных слов проявляет большую активность у взрослых, чем у детей и подростков (внизу справа). Источник: Adleman et al. (2002)