Текст книги "Саммари книги «Пластичность мозга. Потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции нашего мозга»"

Саммари книги «Пластичность мозга. Потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции нашего мозга»

Введение

В течение многих лет ученые, занимающиеся исследованиями мозга, считали, что после окончания детства мозг начинает меняться лишь в худшую сторону: слабеют память и другие когнитивные навыки; клетки мозга перестают развиваться, не восстанавливаются и отмирают. Исследователи и медики были убеждены в невозможности трансформации мозга, поэтому и те, кто получал серьезные травмы головы, и те, кто рождался с особенностями, считались неполноценными. Некоторые ученые даже призывали отказаться от лечения неврологических заболеваний – это были проявления так называемого неврологического нигилизма, то есть убеждения в том, что мозг не может меняться и что он жестко запрограммирован. Если его повреждение наносит непоправимый урон, значит, и поделать ничего нельзя, не стоит впустую тратить время и деньги. Мозг представляли как вычислительный механизм с рабочими схемами, каждая из которых отвечает за строго специализированную функцию.

Однако со временем накопился внушительный массив данных о том, что мозг способен меняться с течением времени, что он вовсе не жестко запрограммирован. В середине 1960-х гг. исследования показали, что каждое действие меняет мозг, а его нейронные пути могут преобразовываться. Оказалось, что даже поврежденный мозг способен совершить реогранизацию и передать функции травмированного участка здоровому. Эту способность мозга меняться и адаптироваться к новым условиям назвали нейропластичностью. Со временем это понятие вышло за пределы научных кругов и стало общеупотребительным.

В своей книге «Пластичность мозга» Норман Дойдж приводит множество поразительных примеров, иллюстрирующих то, каким огромным потенциалом к изменению обладает мозг даже взрослого человека. Он рассказывает о том, как люди восстанавливаются после инсульта, как ученики, которых считали безнадежными, занимаясь специальными упражнениями, преодолевают проблемы с обучением и как люди, страдающие от тревожности и навязчивых состояний, переучивают свой мозг благодаря сознательным усилиям.

Поразительный пример пластичности мозга – история Мишель Мак, которая родилась без левого полушария. Хотя у нее наблюдаются трудности, связанные с пониманием абстрактных категорий, Мишель ведет обычную жизнь, работает, общается с близкими и шутит. Считается, что у каждого полушария своя специализация. Левое отвечает за речь, обработку звуков и логическое мышление, правое – за целостное восприятие. Но, как показал пример Мишель, такая специализация развивается с течением времени. Так как у Мишель не было левого полушария, его функции взяло на себя правое, и мозг перестроил сам себя. Эта реорганизация стала возможной благодаря пластичности – неотъемлемому качеству нашего мозга.

О том, как мозг способен меняться в течение жизни и как мы можем его развивать, у автора есть несколько важных идей.

Идея № 1. Мозг – не просто группа специализированных модулей, а открытая для изменений система

В 1969 году ученый и врач, занимавшийся реабилитацией больных, Пол Бач-и-Рита опубликовал статью, в которой описывал свой аппарат, позволявший видеть слепым от рождения людям, у которых была повреждена сетчатка. С помощью специальной камеры слепой человек сканировал окружающее пространство, а затем камера отправляла преобразованные в электрические сигналы изображения в обрабатывающий их компьютер. Затем он передавал электрические сигналы в четыреста вибрирующих стимуляторов, соприкасавшихся с кожей пациента. В зависимости от изображения, стимуляторы подавали разные сигналы, а пациенты учились в них ориентироваться. Это устройство назвали тактильно-зрительным аппаратом.

После практики слепые начинали хорошо разбираться в зрительных образах, они различали формы, замечали их изменения, распознавали лица, тени, научились читать и воспринимать пространство как трехмерное. Они развили в себе новое чувство, заместившее собой зрение. Тактильные ощущения, получаемые от вибрирующих стимуляторов аппарата, они трансформировали в зрительные образы, причем они четко отличали новое чувство от других тактильных ощущений. Этот аппарат стал одним из первых устройств, показавших, как одна сенсорная система человека может замещать собой другую. Такое замещение стало доказательством ошибочности так называемого локализма – убеждения в том, что каждая часть мозга отвечает за строго определенную и специализированную функцию и реализуется в строго определенном месте, генетически запрограммированном. Исследования показали, что один участок мозга при необходимости может брать на себя функции другого, то есть наши сенсорные системы обладают пластичностью. Открытия Бач-и-Риты предвосхитили появление ретинальных имплантатов. Он показал, что мы видим мозгом, а не глазами, которые, по сути, представляют собой датчики световой энергии. Главная работа по обработке зрительной информации осуществляется мозгом, который может перенастроиться и научиться воспринимать информацию с помощью других «датчиков» и «ретрансляторов»: частей тела и приборов. Несмотря на то что в нашем мозге действительно существует разделение на специализированные участки (отвечающие за обработку зрительной информации, речь, слух, обоняние и т. д.), они являются гораздо более универсальными, чем предполагали нейрофизиологи прошлого.

Со временем Бач-и-Рита начал создавать другие приборы, которые помогают развивать людям «сверхчувства». Он разрабатывал для НАСА электронную чувствующую перчатку, которая помогала астронавтам лучше распознавать на ощупь мелкие предметы. На основе этих разработок он создал подобную перчатку для людей, страдающих от проказы, которая вызывает потерю чувствительности конечностей. Также его команда разработала специальный аппарат – акселерометр, который помог Шерил Шильц, пациентке, страдавшей от крайне тяжелой формы нарушения вестибулярной системы, из-за чего она практически утратила чувство равновесия и постоянно падала. Акселерометр определял положение тела Шерил и отправлял сигналы на пластиковую ленту с электродами, которую она носила под языком. Женщина научилась поддерживать равновесие и определять свое положение в пространстве, ориентируясь на сигналы языка. Она заново развила в себе вестибулярное чувство, научившись воспринимать сигналы из другого участка тела.

Идея № 2. То, что кажется ленью или глупостью, может оказаться особенностями развития мозга

Чтобы изменить мозг, необязательно прибегать к помощи специальных приборов. Огромную роль играет стимулирование активности мозга при помощи упражнений и индивидуальных методик.

Долгое время считалось, что человек, у которого с детства обнаруживаются трудности с обучением, всегда будет отстающим и никогда не сможет полностью преодолеть разрыв, поэтому ему необходимо учиться в школах для умственно отсталых и работать на специальных видах работ. Однако со временем стало накапливаться все больше данных о том, что многие когнитивные нарушения можно компенсировать и сгладить с помощью индивидуального подхода. Одним из первых это показал Марк Розенцвейг из Калифорнийского университета в Беркли, доказавший, что стимулирующие условия способствуют изменению структуры мозга. Он помещал одну группу крыс в стимулирующую среду, а другую – в среду без стимулов. После проведения посмертных вскрытий он обнаружил, что крысы, выращенные в стимулирующих условиях, имели гораздо более развитый мозг, в котором было больше медиаторов, связей между нейронами, он весил больше и лучше снабжался кровью.

Исследования людей также продемонстрировали, что обучение увеличивает количество нейронных связей, объем и плотность мозга. Показательный пример – история Барбары Эрроусмит Янг, которая не только преодолела свои ограничения с помощью целенаправленных тренировок, но и стала помогать другим людям с проблемами в обучении, похожими на те, с которыми пришлось столкнуться ей самой.

С детства она отличалась хорошей слуховой и зрительной памятью, но у нее были серьезные проблемы с речью, пониманием грамматики, произнесением слов, пространственным мышлением. Она не могла охватить взглядом больше нескольких букв на строке. Невероятно сложным испытанием было для нее определение времени по механическим часам, а понимание выражений с двойным отрицанием выходило за рамки ее возможностей. В детстве эти проблемы принимались за отклонения в развитии, поэтому она могла попасть в школу для умственно отсталых детей. Однако она была очень целеустремленной и зазубривала то, что не могла понять. Барбара закончила школу и занялась изучением проблем детского развития – тем, что ее больше всего волновало. Большое влияние на нее оказали идеи советского психолога Александра Лурии, основателя нового направления – нейропсихологии, в которой соединились психология, неврология и нейрофизиология. Барбара поняла, что причина ее трудностей заключается в нарушении работы мозга, однако методов работы с такими нарушениями не существовало, поэтому она решила создать их сама. Барбара знала, что подобные трудности преодолимы, ведь она сама была наглядным тому примером. Она понимала, что трудности в обучении очень часто вызваны не ленью или низким интеллектом, а проблемами мозга. И эти проблемы можно устранить с помощью правильно подобранной методики обучения.

В 1980 году вместе с мужем она открыла Школу Эрроусмит в Торонто. Барбара руководила школой и разрабатывала ментальные упражнения для учеников, страдающих от проблем с обучаемостью. Так, ученики, которые не умеют определять время по часам, тренируются определять время по гораздо более сложным часам с десятью стрелками, показывающими не только часы, минуты и секунды, но и дни, месяцы и годы. Дети, которые плохо распознают формы, изучают причудливые буквы персидского языка и языка урду. Для развития слуховой памяти дети слушают записи стихов и заучивают их наизусть, воспринимая на слух. Другим детям надевают повязку на левый глаз и дают задание обводить сложные линии и китайские иероглифы. Повязка нужна, чтобы зрительная информация попадала в левое полушарие мозга для развития проблемной области.

Часто дети, которые кажутся глупыми или ленивыми, на самом деле просто нуждаются в индивидуальной программе развития, а причины их проблем с обучаемостью состоят в особенностях работы их мозга. Так, дети не могут ясно выразиться не потому, что у них нет мыслей, а потому, что они не могут подобрать слова для их выражения, из-за этого говорят бессвязно и кажутся менее умными, чем есть на самом деле. Таким детям просто нужно подобрать специальные упражнения, чтобы они научились облекать свои мысли в слова.

Подобные нарушения поддаются корректировке, но очень важно заметить их вовремя и уделить им пристальное внимание, так как пластичность мозга в детские годы особенно высока. Количество синапсов, то есть связей между нейронами, у ребенка на 50 % больше, чем в мозге взрослого человека, и по мере взросления те связи, которые не используются, начинают отмирать.

Упражнения не только устраняют проблемы с обучением, но и возвращают детям веру в себя. Если же проблемы проигнорировать, ребенок придет к выводу, что он глупый, навсегда возненавидит учебу и не сможет реализоваться в жизни.

Идея № 3. Мозг постоянно перестраивает сам себя

В 1960-е годы Дэвид Хьюбел и Торстен Визел, ученые из Института Джонса Хопкинса, открыли существование «критических периодов» в развитии мозга. В ходе экспериментов они зашивали котятам веко на одном глазу, чтобы они не получали зрительных стимулов. После того как глаз освобождали от швов, он навсегда оставался слепым. Ученые установили, что «критический период» для развития зрительной коры мозга котят находится между третьей и восьмой неделями жизни, и если в это время глаз не получит стимулов, то он останется слепым. Но это было не единственным открытием. Ученые обнаружили, что часть мозга котёнка, которая в обычных условиях предназначалась для получения информации с зашитого глаза, не простаивала впустую, а начинала обрабатывать информацию, поступающую от открытого глаза, то есть мозг быстро перестроил сам себя, адаптировавшись к новым условиям.

Со временем накопилось множество данных о существовании критических периодов и о важности своевременной внешней стимуляции для развития разных систем мозга. Так, пластичность мозга человека особенно велика в детстве, когда мы особенно восприимчивы к стимулам окружающей среды. Например, особенно чувствительный для развития языковых навыков период начинается в младенчестве и длится до наступления половой зрелости. После завершения этого периода способности к изучению языков ухудшаются. Открытие критических периодов и начало использования микроэлектродов для стимулирования мозга способствовали развитию восстановительных хирургических операций, которые помогали детям, обреченным без них на инвалидность.

Несмотря на то что мозг особенно пластичен в детстве, он способен развиваться в течение всей жизни.

Один из самых известных ученых в области исследования изменчивости мозга – Майкл Мерцених, автор множества инноваций. Его исследования показали, что даже в пожилом возрасте человек может радикально улучшить свои когнитивные навыки, если обучение происходит в соответствии с законами нейропластичности. Более того, чем больше человек обучается, тем больше повышает собственную способность к обучению. Мозг не только постоянно учится, но и постоянно «учится учиться», по выражению Мерцениха.

Мозг постоянно перестраивает свои карты, то есть зоны, ответственные за определенные действия. У разных людей эти зоны мозга имеют разные границы и размеры, в зависимости от личного опыта. Эти зоны не являются чем-то неизменным и постоянным, они носят динамический характер. Это показали исследования, проведенные под руководством Мерцениха, при которых взрослым обезьянам перерезали периферический нерв, идущий к кисти, и сшивали два его конца так, чтобы они не соприкасались полностью. Исследователи ожидали, что произойдет перекрещивание нервов так, что прикосновение к одному пальцу будет вызывать активность в области мозга, «картирующей» другой палец. Но этого не произошло: мозг перестроил сам себя и не путал сигналы.

Изменчивость мозга носит конкурентный характер. Нервы соревнуются друг с другом за внимание. Если мы не используем и регулярно не тренируем какие-то навыки, то их место на картах мозга занимают те навыки, которые мы активно используем. Именно конкурентной природой нейропластичности объясняются затруднения в обучении и освоении новых навыков во взрослом возрасте. Так, трудности с освоением иностранного языка в зрелости связаны не только с завершением критического периода, но и с тем, что мы активнее используем родной язык и он начинает доминировать в части мозга, отвечающей за лингвистические способности. Если человек учит и родной, и иностранный в критический период, то знания об обоих языках прочнее и легче закрепляются в этой зоне. Тот же конкурентный характер нейропластичности объясняет, почему так сложно отказаться от вредных привычек. Для этого нужно буквально перестроить свой мозг, чтобы новые привычки заняли в мозге те места, где раньше «хранились» нейронные пути старых.

Исследования Мерцениха и его коллеги Билла Дженкинса продемонстрировали динамический характер карт мозга, а также конкурентный характер распределения ресурсов мозга по принципу «что не используется, то отмирает». Причем эти изменения происходят постоянно, а не только из-за перерезания нервов или потери конечностей. Когда человек обучается чему-то новому, он не только осваивает навык, но и его нейроны учатся более быстрой обработке информации. Мы не просто учимся новому навыку, но и учимся учиться, и сам этот процесс увеличивает скорость обработки информации и скорость мышления. Исследования, проведенные на животных, показали, что после обучения животного новому навыку нейроны становятся быстрее. Кроме того, улучшается качество передаваемых ими сигналов и повышается способность к одновременной активации многих нейронов. Однако важно учитывать, что такие изменения могут закрепляться надолго только в том случае, если задания выполняются сознательно, а не автоматически. В процессе обучения должны быть задействованы ресурсы внимания. Если внимание рассеяно, то обучение не будет эффективным.

В критические периоды развития кора головного мозга особенно пластична. Достаточно небольшого воздействия, чтобы она поменялась. В детстве режим обучения активирован постоянно. Поэтому дети так легко обучаются языку, слушая разговоры родителей и окружения. Однако и во взрослом возрасте обучение новым навыкам вполне реально. Правда, для этого требуется прикладывать больше сознательных усилий и концентрировать внимание.

Идея № 4. Пластичность мозга сохраняется и в зрелом возрасте

Существует способ, который позволяет хотя бы частично восстановить способность к обучению, которая наблюдалась в детстве, и продлить наиболее сенситивный к обучению период. Мерцених обнаружил, что в детстве легкость обучения связана с постоянной активацией базального ядра – скоплений серого вещества около таламуса. В ходе эксперимента ученый обнаружил, что при стимулировании базального ядра у взрослых крыс выросла скорость реагирования нейронов на звуковые стимулы. Возможно, в будущем будут найдены способы активации базального ядра при помощи технологических приспособлений или химических веществ. Это облегчило бы обучение в зрелом возрасте и помогло бы пациентам с повреждениями мозга быстрее восстанавливаться. Однако стоит с осторожностью относиться к таким искусственным вмешательствам, так как они могут причинить больше вреда, чем принести пользы, если человек перестанет полагаться на самодисциплину и станет использовать стимулирующие средства без необходимости.

По мнению Майкла Мерцениха, в современном мире сложилась парадоксальная ситуация. Человечество добилось существенного увеличения продолжительности жизни, но в то же время пожилые редко когда могут жить полной жизнью из-за заболеваний, снижающих когнитивные способности. Люди живут дольше, но в это отвоеванное цивилизацией «дополнительное» время, они не являются полноценными участниками происходящего. Чтобы согласовать длительность психической жизни с ее продолжительностью, по убеждению Мерцениха, необходимо самостоятельно предпринимать активные действия – постоянно заниматься интенсивным обучением и нагружать свой мозг. Когда мозг простаивает без работы, начинается когнитивный спад, существенно снижается скорость мышления и ухудшается память. Для борьбы с возрастными изменениями выписываются препараты, помогающие манипулировать уровнями нейромедиаторов, однако они имеют лишь краткосрочный эффект и не решают основную проблему ухудшения памяти – снижение скорости обработки информации и остроты восприятия. Мерцених указывает, что с возрастом происходит «зашумление» мозга, когда система внимания и базальное ядро, которое играет важную роль в нейропластичности, деградируют, в результате чего сигналы, передаваемые нейронами, становятся все менее четкими. Причем основная причина «зашумления» не столько в самих возрастных изменениях, сколько в том, что человек не тренирует свой мозг так, как ему это необходимо.

В зрелом возрасте человек буквально расслабляется, ведь он уже обладает жизненным и профессиональным опытом, хорошо знает свое тело. Однако в то же время он двигается по одной и той же колее и не ставит перед собой амбициозных задач, не берется за освоение новых навыков, которые требуют концентрации внимания и серьезных усилий. Человек может продолжать работать в своей специальности, читать газеты и книги, встречаться с людьми, но все его действия связаны с повторением уже освоенных навыков, он перестает учиться. В итоге системы мозга, связанные с пластичностью, долгое время не используются. Именно поэтому в зрелом возрасте очень важно учиться чему-то новому, осваивать новые навыки, которые требуют высокой концентрации внимания и активируют области мозга, ответственные за управление пластичностью. Это может быть не только освоение новой специальности, но и новые виды двигательной активности, решение сложных головоломок, изучение нового языка. Важны именно новые навыки, дающие мозгу новые стимулы, а не повторение заученного. Причем тренировать в первую очередь нужно наиболее ослабевшие системы мозга. Если человек замечает проблемы с памятью, то он должен давать ей большую нагрузку. Если у него появляются проблемы с вестибулярным аппаратом, то полезно начать заниматься танцами.

Долгое время считалось, что клетки мозга не могут восстанавливаться, как клетки печени или кожи. Однако это представление было опровергнуто открытием нейрональных стволовых клеток, которые могут делиться, а затем становиться нейронами или глиальными клетками, «выбрав» себе специализацию. Эти клетки не стареют, они активны в разных областях мозга и могут постоянно делиться. Нейрогенез – это процесс омоложения мозга, и он продолжается до конца жизни. С помощью обучения новым навыкам, ментальным и физическим упражнениям человек может подстегнуть процесс нейрогенеза и снизить вероятность развития деменции и болезни Альцгеймера в конце жизни.