Текст книги "Мозг: чердак, лабиринт или опора для шляпы?"

Отвечает Грехам Дж. МакДугалл мл., специалист в области поведения, университет Алабамы:

Химический мозг – это состояние затуманенности сознания, которое отмечается примерно у 30 % раковых больных на химиотерапии. Симптомы обычно включают нарушения внимания, способности к концентрации, функций исполнительного контроля, памяти и зрительно-моторных навыков.

Начиная с 1990-х г. ученые стремятся найти объяснение этому феномену, преимущественно на исследованиях пациенток с раком груди. Но точная причина развития этого состояния до сих пор не известна. Некоторые результаты указывают на то, что химиотерапия может вызывать разнообразные неврологические симптомы. Так, в одной из работ изучали эффекты от химиотерапии у 42 пациенток с раком груди, которые проходили нейропсихологическое тестирование до и после курса лечения. Результаты эксперимента выявили почти трехкратное увеличение числа пациентов с симптомами когнитивных нарушений после курса химиотерапии по сравнению с исходным уровнем до лечения (21 % против 61 %). Проведенный в 2012 г. обзор 17 работ, включавших данные 807 пациенток с раком груди, показал, что распространенность когнитивных нарушений после химиотерапии гораздо шире. По результатам других исследований, степень умственного «тумана», который пациент испытывает после химиотерапии, может напрямую зависеть от интенсивности лечения: бо́льшая доза химиотерапии ведет к более выраженным когнитивным нарушениям.

Существует несколько возможных механизмов развития когнитивных нарушений после проведения химиотерапии. Лекарства сами могут оказывать нейротоксический эффект на мозг или могут опосредованно вызывать иммунный ответ, который спровоцирует развитие воспалительной реакции в мозге.

Однако не только химиотерапия виновна в развитии когнитивных нарушений. Исследования показывают, что сам рак может способствовать нарушению работы мозга. Кроме того, существует вероятность, что снижение когнитивных способностей можно объяснить просто старением, особенно если учитывать, что большинство онкологических пациентов старше 50 лет.

Вот что любопытно: в некоторых исследованиях не удалось зафиксировать реальное ухудшение когнитивных способностей у пациентов, которые предъявляли жалобы на «химический мозг». В одной из таких работ сравнивали когнитивные способности у пациентов с раком груди и у здоровых испытуемых и не выявили значимых различий по нейропсихологическим тестам, однако было показано, что раковые пациенты ощущают, что их когнитивные функции, качество жизни и психологическое благополучие сильно ухудшились. По некоторым данным, примерно у 10–40 % онкологических больных симптомы «химического мозга» могут быть вызваны тревожностью, депрессией или физическим недомоганием после лечения или постановки диагноза.

Независимо от причины возникновения нарушений, ученые пытаются найти способы, благодаря которым можно уменьшить симптомы «химического мозга». Так, изучали эффективность когнитивно-поведенческой терапии после прохождения курса химиотерапии у женщин, которым только поставили диагноз рака груди. После когнитивно-поведенческой терапии эти женщины продемонстрировали значительное улучшение вербальных функций, исполнительного контроля, а также отметили субъективное улучшение когнитивных функций и качества жизни.

Мы с коллегами тоже проводили тестирование методики для тренировки памяти Senior WISE, которая включает использование расслабляющих и снижающих стресс техник, а также упражнений для поддержания уверенности в себе и тренировки памяти. В целом мы обнаружили, что после внедрения данной методики пациенты отмечали улучшение памяти и снижение тревожности. Таким образом, несмотря на еще смутное понимание причин возникновения симптомов «химического мозга», пациенты могут надеяться на улучшение и на эффективность поисков способов их лечения.

Исходно опубликовано в Scientific American MIND

27 (1); 71 (январь/февраль 2016)

Раздел 3
Умственные способности и обучение

Отвечает Дэниел Уиллингем, профессор психологии из университета штата Виргиния и автор книги «Растим читающих детей: что для этого могут сделать родители и учителя»:

Я полагаю, что речь идет не столько о самом мозге учеников, сколько об их поведении. Ведь если бы нам удалось найти какой-то способ улучшить их мозг (скажем, увеличить объем определенных его областей или число взаимосвязей между ними), но улучшений в школьной успеваемости не произошло, то мы были бы разочарованы.

Может показаться, что различия существуют только в терминологии, однако они играют важную практическую роль. Можно подумать, что хорошее состояние мозга подразумевает его отличные способности решать любые задачи. Определенная доля правды в этом утверждении есть – ряд мыслительных навыков носит общий характер. Но на практике добиться их улучшения невероятно сложно.

Последнее десятилетие ученые экспериментировали с различными методиками, направленными на улучшение одного такого навыка – объема рабочей памяти. Рабочая память – это ментальное пространство, в котором мы одновременно можем хранить несколько элементов (например, числа 38 и 16) и проводить с ними различные операции (например, перемножая их). Как вы можете предполагать, люди, которые хранят в рабочей памяти большое число элементов и умеют ими эффективно манипулировать, более искусны в логических рассуждениях.

Но эффективность методики тренировки рабочей памяти небесспорна. Вы, конечно, согласитесь, что люди преуспевают в выполнении тех навыков, которые они регулярно практикуют, но совершенно непонятно, как эти навыки могут быть использованы для решения других незнакомых задач. Так, умение вычислять наименьшие общие множители не делает вас хорошим математиком в целом.

Такая специфика особенно выражена в самом начале обучения. Когда человек проводит многие годы в работе над определенными проблемами, у него развиваются мыслительные способности, которые могут быть перенаправлены. Например, профессиональный историк, специализирующийся на итальянском Ренессансе, может успешно проанализировать документы по Гражданской войне в Америке. Но даже в этом случае опыт очень важен. В процессе обучения у историка сформировалось профессиональное историческое мышление, но это не значит, что он отлично мыслит в целом. Или если сказать другими словами, то Стивен Хокинг – невероятно умный человек, но я бы не стал рекомендовать его на должность тренера команды «Чикаго Уайт Сокс».

Вместо того чтобы стремиться развить мозги у студентов, я бы порекомендовал обратить внимание на специфические навыки мышления. Что необходимо хорошему писателю? Как, по-нашему мнению, должен мыслить математик? Мы должны выделить те способности, которые соотносятся с нашим пониманием уровня компетенции в каждой области, и дать студентам возможность тренировать их.

Исходно опубликовано в Scientific American MIND

27 (2); 71 (март/апрель 2016)

Отвечает Дэниел Уиллингем, профессор психологии из университета штата Виргиния и автор книги «Растим читающих детей: что для этого могут сделать родители и учителя»:

Как хорошо, что вы спросили! У ученых есть очень много практических советов по этой теме, но большинство студентов ничего не знают об этом. Первые подобные исследования были проведены в образовательных учреждениях с высокой конкуренцией, например в университете Калифорнии, Лос-Анжелес. Но даже студенты из таких престижных университетов при обучении используют отвратительные стратегии при подготовке к экзаменам.

Например, студенты часто выделяют цветом то, что они прочитали, но исследования показывают, что это не способствует запоминанию. Большинство студентов выделяют текст по время первого прочтения, когда они еще не знают, что из прочитанного действительно важно и нужно выделять.

Другой неэффективный метод для восприятия – повторное прочитывание материала. Когда студенты так делают, им кажется, что они с каждым разом знают материал все лучше и лучше. Повторное прочтение можно сравнить с повторяющимися объяснениями одного и того же. Вам все понятно, и вы говорите: «Да, да, я понял». Но выслушивать повторное объяснение не значит уметь самостоятельно объяснить что-то себе самому.

Недостатки повторного прочтения (когда мы не знаем, усвоили материал или нет) указывают нам на необходимость проводить первую хорошую технику обучения – самотестирование. Самотестирование может включать использование дидактических карточек, ответы на вопросы в конце главы или вопросы студенту-напарнику.

У самотестирования есть два основных преимущества. Во-первых, в отличие от повторного прочтения материла, самотестирование позволяет вам оценить, что реально вы уже знаете и над чем еще нужно поработать. Во-вторых, оценки, полученные после использования самотестирования, свидетельствуют о том, что данная методика реально помогает закрепить материал в памяти. Это даже эффективнее, чем если бы мы потратили то же время на повторное внимательное ознакомление с материалом.

Согласно другой эффективной технике обучения, необходимо периодически делать паузы при прочтении материала и пытаться объяснить себе, почему написанные в тексте утверждения верны. Все мы не раз замечали, как наши глаза скользят по тексту, а мы в это время даже не задумываемся над тем, что читаем. Пауза после прочтения нескольких параграфов и спрашивание себя, в чем смысл прочитанного, способствуют мыслительной деятельности и запоминанию.

Третья техника заключается в перераспределении времени подготовки к экзаменам вместо того, чтобы готовиться к ним в последний момент. Большое число работ свидетельствует о том, что запоминание эффективнее, если повторять материал через несколько дней или даже недель после его освоения. Эту методику могут применять в своей работе учителя, если они введут в свой курс более частые проверочные работы и тестирование, что потребует от студентов повторять ранее пройденный материал. Даже краткие эпизоды повторения могут привести к значительным успехам в обучении.

Исходно опубликовано в Scientific American MIND

26 (4); 72 (июль/август 2015)

Отвечает Марк А. В. Эндрюс, профессор физиологии, колледж остеопатической медицины, Лейк-Эри:

Фоновый или низкой интенсивности шум дома, на работе или в школе очень часто мешает людям сконцентрироваться. Согласно данным национального института по обеспечению безопасности и охране здоровья в области профессиональной деятельности, посторонний шум также влияет на состояние здоровья человека, увеличивая уровень стресса и усугубляя связанные со стрессом состояния, такие как повышенное артериальное давление, коронарная недостаточность, язвенная болезнь желудка и мигрень. Повторяющееся воздействие не приводит к привыканию, напротив, его эффект усиливается.

Некоторые исследования показывают, что стресс от постоянного шума может спровоцировать выброс кортизола, гормона, отвечающего за восстановление гомеостаза после повреждающего воздействия. Избыток кортизола нарушает работу префронтальной коры головного мозга, эмоционального центра обучения, который участвует в регуляции функций исполнительного контроля, например планирования, логического мышления и контроля импульсных реакций. Недавние исследования показали, что префронтальная кора также ответственна за кратковременную память. Следовательно, изменения в префронтальной коре могут повлечь за собой нарушения в способности четко мыслить и запоминать информацию.

Кроме того, показано, что вызванный шумом стресс может привести к снижению уровня дофамина в префронтальной коре, а этот медиатор контролирует потоки информации от других частей тела. Значит, стресс, вызванный фоновым шумом, может привести к нарушению высших мозговых функций, ухудшая обучение и память.

Исходно опубликовано в Scientific American MIND

27 (1); 71 (январь/февраль 2016)

Отвечает Никхил Сваминатан:

Фраза «эффект Моцарта» сразу вызывает в воображении образ беременной женщины, которая, размещая на своем животе наушники, убеждена, что проигрывание еще не рожденному ребенку классической музыки улучшит интеллектуальные способности малыша. Но подтверждают ли научные данные это предположение, которое породило производство множества книг, CD и видео?

Короткая заметка, опубликованная в 1993 г. в журнале Nature, непреднамеренно познакомила публику с эффектом Моцарта. (Scientific American является частью издательства Springer Nature.) В исследование психолога Френсис Раушер были вовлечены 36 студентов колледжа, которые перед выполнением нескольких заданий на пространственное мышление в течение 10 мин прослушивали сонату До-мажор Моцарта, звуки для релаксации или тишину. В одном из заданий (необходимо было определить, как будет выглядеть лист бумаги в разложенном виде, если его предварительно сложили и разрезали) студенты, которые прослушали отрывок из произведения Моцарта, продемонстрировали улучшение результатов (около 8–9 баллов теста IQ на пространственное мышление).

Раушер, цитаты из работ которой, в отличие от многих других ученых, можно найти на обложке CD, недоумевает, как этот ограниченный эффект от классической музыки перешел от простого теста со складыванием бумаги на всю интеллектуальную деятельность, а также от студентов колледжа на детей (и плод). «Мне кажется, что родители просто отчаянно хотят дать своим детям все доступные возможности для совершенствования», – заключает она.

В дополнение ко всему потоку рекламы на заре этого открытия в 1998 г. губернатор штата Джорджия Зел Миллер постановил, чтобы матерям новорожденных детей выдавали диски с классической музыкой. А в штате Флорида детские сады были обязаны проигрывать классические симфонии через свою акустическую систему.

Стэнфордское исследование 2004 г. отслеживало широту освещения в СМИ работ Раушер, которые были опубликованы в журнале Nature в тот же период. В 50 ведущих газетах США ее статья под названием «Эффективность выполнения музыкальных и пространственных задач» цитировалась в 8,3 раза чаще, чем вторая по популярности работа (в соавторстве со знаменитым астрономом Карлом Саганом).

«Все это напоминает частичное проявление широко распространенного, более старого убеждения, которое носит название «младенческий детерминизм», и подразумевает под собой идею, что существует критический период на раннем этапе развития, имеющий необратимые последствия на всю жизнь ребенка, – пишут исследователи в своей работе. – Кроме того, влияние оказывает и другое старое убеждение о благотворном влиянии музыки».

Некоторые до сих пор убеждены в таких возможностях музыки. «Музыка оказывает грандиозное организационное воздействие на мозг», – отмечает Дон Кемпбелл, музыкант, написавший более 20 книг о музыке, здоровье и образовании, включая книги «Эффект Моцарта» и «Эффект Моцарта для детей». Основываясь на работах французского педиатра Альфреда Томатиса о музыкальной терапии у детей с дислексией, расстройствами внимания и аутизмом, проведенных в середине XX в., он считает, что музыка, не слишком эмоциональная и чрезмерно ритмичная, может оказывать многогранное влияние на индивидуума, от влияния на настроение до снижения стресса. «Я знаю, что она улучшает наши умственные способности», – добавляет Дон Кемпбелл.

Но в 1999 г. психолог Кристофер Чабрис, ныне работающий в Юнион-колледже в городе Скенектади, штат Нью-Йорк, провел мета-анализ 16 исследований, посвященных эффекту Моцарта, для оценки его эффективности. «Эффект заключается в увеличении IQ только на 1,5 балла и имеет отношение только к тесту со складыванием бумаги», – говорит Чабрис. Он отмечает, что данное улучшение в выполнении теста может быть объяснено естественными отличиями в опыте человека, которые возникают между двумя заданиями.

Ранее в том же году Федеральное министерство по образованию и научным исследованиями в Германии опубликовало второй обзор по влиянию музыки ученых из междисциплинарной команды, которые заявили, что этот феномен не существует. «Я просто скажу, что нет достоверных данных, подтверждающих, что у детей, которые слушали классическую музыку, будет какое-либо улучшение в когнитивных способностях», – добавляет Раушер, которая в настоящий момент является доцентом по психологии в университете Висконсин в Ошкоше. «По-моему мнению, это просто миф!»

Вместо того чтобы пассивно слушать музыку, для улучшения интеллектуальных способностей Раушер советует дать музыкальный инструмент в руки детей. Она упоминает исследование 1997 г., проведенное в университете Калифорнии в Лос-Анжелесе, в котором приняли участие 25 000 студентов. В ходе его обнаружено, что молодые люди, играющие на музыкальных инструментах, показывают более высокие результаты на экзамене по определению академических способностей и в тестах по чтению, чем их товарищи без музыкальных навыков.

Несмотря на опровержение научного сообщества, такие компании, как Baby Genius, продолжают навязывать классическую музыку родителям, дети которых, предположительно, будут через прослушивание музыки прокладывать себе путь к уму.

Чабрис отмечает, что настоящая опасность кроется не в сомнительном маркетинге таких компаний, а в том, что это приводит к уменьшению роли родителей в воспитании детей. «Это сокращает время, затраченное на другие формы взаимодействия родителя и ребенка, которые могли бы оказать положительное влияние на развитие последнего», например совместные игры или привлечение ребенка к разным видам социальной активности. Именно это является ключом к настоящему развитию умственных способностей у ребенка, а не симфонии давно умершего австрийского композитора.

Исходно опубликовано на сайте Scientific American

13 сентября 2007

Отвечает Кайт Сукел:

Исследования показали, что свинец убивает нейроны (нервные клетки), приводя к уменьшению мозга. Длительное время считалось, что изменения в мозге, вызванные воздействием свинца в детском возрасте, могут быть причиной повышения частоты встречаемости низких когнитивных способностей и криминального поведения. И хотя очень сложно отделить сопутствующее влияние расы, общественного класса и экономического статуса, недавнее исследование Кима Диетрича, профессора экологической медицины университета Цинциннати, показало, что лица, подверженные более высоким дозам свинца в детстве, имели самый маленький размер мозга (а также большее число арестов).

«Раннее воздействие свинца ассоциируется с меньшим объемом серого вещества (части мозга, богатой телами нейронов и синапсами) в префронтальной коре», – говорит он. «И тот факт, что мы наблюдаем одновременно и криминальное поведение, и потерю объемов в этой критичной для исполнительного контроля области, вероятно, не является простым совпадением».

Конечно, это может быть правдой, но новые научные исследования на разных видах животных, включая человека, ставят под сомнение утверждение, что только размер мозга определяет умственные способности. Вместо этого ученые на сегодняшний день склоняются к мысли, что строение мозга и молекулярная активность синапсов (коммуникационные узлы между нейронами, через которые проходят нервные импульсы) определяют умственные способности.

Два года назад Пол Мангер, профессор валеологии университета Витватерсранда в Йоханнесбурге Южная Африка, наделал много шума, заявив, что всеобщие любимцы дельфины-афалины, обладатели большого мозга, размер которого практически не уступает человеческому мозгу, «тупее золотых рыбок».

«Если говорить о китообразных, то, конечно, у них большой мозг, – говорит Мангер. Но если рассматривать структуру мозга, то она не отличается сложностью. Размер мозга имеет значение, только если сам мозг организован правильно для обработки информации».

Он утверждает, что системы в мозге (то, как нейроны или нервные клетки и синапсы организованы) являются ключом к определению возможностей обработки информации. Мангер предполагает, что большой объем мозга китообразных обусловлен не уровнем их умственных способностей, а избытком глиальных клеток (клеток с опорной функцией), которые дают тепло нейронам мозга при нахождении животного в холодных водах.

Марк Ухен, палеонтолог, специализирующийся по позвоночным, из музея естественной истории в Алабаме, и Лори Марино, биолог, изучающий эволюцию мозга китообразных и приматов в Йеркском национальном приматном исследовательском центре университета Эмори, не согласны. По словам Марино, теория Мангера обесценивает полученные за много лет поведенческие данные, свидетельствующие о наличии сложных мыслительных процессов у дельфинов. Боле того, по ее словам, у млекопитающих особая структура мозга с отличной функциональной картой, и, следовательно, их нельзя сравнивать с другими видами.

Марино считает, что мозг дельфина имеет уникальную структуру и может представлять альтернативный путь развития для достижения высоких умственных способностей, а молекулы, высвобождаемые в синапсах, могут обеспечивать этот альтернативный путь.

Исследование, недавно опубликованное Сетом Грантом, нейробиологом из научного фонда Веллком Траст института Сенгера в Кембридже, совместно с Ричардом Эмесом, профессором биоинформатики на медицинском факультете университета Кила в Северном Стаффордшире (оба в Англии), в журнале Nature Neuroscience, указывает, что все виды имеют одинаковый набор белков, действующих в синапсах. (Scientific American является частью издательства Springer Nature.)

«Если рассматривать человека и рыб, то у нас с ними разные когнитивные способности, – заявляет Эмес. – Но у нас практически такое же число синаптических белков. Это число взаимодействий и дупликаций генов этих белков, которые являются строительными блоками мозга, обеспечивающими высокий уровень когнитивных способностей».

Эмес, Грант и их коллеги согласны с Марино и Ухеном в том, что умственные способности и межвидовые различия обусловлены молекулярными взаимодействиями на синаптическом уровне. «Основная догма гласит, что вычислительные способности мозга зависят от числа нейронов и синапсов, – говорит Грант. – «Но мы можем модифицировать это утверждение, добавив, что молекулярные взаимодействия в этих синапсах тоже играют ключевую роль».

Грант и Эмес изучили примерно 150 синаптических белков, которые экспрессируются у дрожжей, дрозофил и мышей. Они обнаружили, что различия в экспрессии и распространении белков связаны с уровнем организации мозга.

«Белки, которые находят у дрожжей, относятся к типу белков, экспрессирующихся по всему мозгу в одинаковых количествах, – утверждает Грант. – Они создают базу для формирования более разнообразных и отличающихся друг от друга областей мозга с помощью различных комбинаций экспрессирующихся других, более новых, типов белков». Грант сравнивает эти молекулярные белки с инструментами, с помощью которых формируется специализация областей мозга. Также он утверждает, что различные взаимодействия, дупликации или делеции этих белков со временем привели к эволюционному развитию таких областей, как префронтальная кора у человека, которая участвует в высшем исполнительном контроле, включающем планирование и целенаправленное поведение.

Грант считает, что это открытие позволяет ученым использовать новый подход к изучению эволюции мозга и мыслительных способностей, а также, что еще важнее, доказывает: изучение просто размеров мозга мало что дает для понимания когнитивных способностей.

«Совершенно понятно, что птицы обладают уникальными умственными способностями, даже несмотря на их относительно маленький мозг, нервные клетки и нервные связи. Но у них в мозге есть сложные молекулярные синапсы, – говорит Грант. – Мне кажется, что в ближайшие 10–20 лет наши взгляды на умственные способности разных видов животных изменятся радикально».

Сама идея о том, что большой мозг свидетельствует о больших умственных способностях, не исчезнет в ближайшее время. И хотя Мангер не отрицает роль глиальных клеток в формировании умственных способностей, посмертное анатомическое исследование мозга Альберта Эйнштейна показало, что мозг этого научного гения отличается от мозга других умерших ученых более высоким соотношением глиальных клеток к нейронам. Но работы по изучению как организации мозга Эйнштейна, так и конфигурации синаптических молекул еще не завершены.

Исходно опубликовано на сайте Scientific American

14 апреля 2009