Текст книги "Как работает ваш мозг. Внутри самого сложного объекта во Вселенной"

7
Возраст и пол мозга

В течение жизни мозг претерпевает глубокие изменения. Сейчас мы хорошо понимаем этот процесс и начинаем отвечать на такие вопросы, как «Почему мы почти не помним наши первые годы?» и «О чем думают младенцы?». Последние исследования проливают свет и на другую головоломку: действительно ли мозг мужчин и женщин отличается?

Пять возрастов мозга

За свою жизнь наш мозг меняется больше, чем любая другая часть тела. В его развитии можно выделить пять этапов, каждый из которых сильно связан с нашими способностями и поведением. Но на этом пути мы не просто попутчики. На каждом этапе существуют способы получить максимум от нашего мозга и передать его на следующий этап в наилучшем состоянии.

В тот момент, когда мы делаем первый вдох, мозгу уже больше восьми месяцев. Он начинает развиваться через четыре недели после зачатия, когда один из трех слоев клеток в эмбрионе скатывается в нервную трубку. Через неделю трубка вверху загибается и формирует структуру переднего, среднего и заднего мозга.

С этого момента рост мозга и его индивидуальные особенности определяются в основном генами. Но даже в этот период можно получить максимум от развития мозга, если создать благоприятную окружающую среду. На первых неделях развития мозга это означает, что мать не подвержена стрессам, хорошо питается и воздерживается от сигарет, алкоголя и других токсинов. На самом деле, если учесть масштаб происходящей строительной работы – 100 млрд мозговых клеток и несколько миллионов поддерживающих клеток в четырех основных долях и десятках отдельных участков – это по-настоящему потрясающее мастерство эволюционного инженерного искусства.

Одно из питательных веществ, которое, как мы знаем, необходимо мозгу на ранней стадии, – это фолиевая кислота, важная для закрытия нервной трубки. Ее нехватка может привести к таким дефектам, как расщепление позвоночника (когда часть позвоночника растет снаружи тела) или анэнцефалия (смертельно опасное состояние, при котором значительная часть мозга не развивается). Исследования на животных показывают, что плохое питание – особенно отсутствие белка – тормозит рост нейронов и связей между ними, а железо и цинк необходимы для транспортировки нейронов от места их формирования к месту расположения. Полиненасыщенные жирные кислоты с длинной цепью нужны для роста синапса и функционирования мембраны, обычно это решается здоровой диетой. Высокое кровяное давление, стресс или курение могут вызвать плацентарную недостаточность, которая замедляет развитие мозга. Избыток того или иного питательного вещества тоже не полезен. Плохо контролируемый диабет вызывает потенциально токсичный избыток глюкозы в развивающемся мозге.

К концу процесса формирования мозга, когда плод уже может слышать и запоминать, на формирование мозга начинает влиять переживаемый опыт.

В детстве мозг очень энергичный и гибкий. Пока мы исследуем мир вокруг нас, он продолжает расти, создавая и разрывая связи с невероятной скоростью. Примерно на 22–24-й неделях беременности плод начинает реагировать на шум и прикосновение, но игнорирует один и тот же повторяющийся стимул – такой простой тип памяти называется привыканием. Примерно с 32-й недели у плода появляются условные рефлексы – более сложный тип памяти, при котором некоторый стимул запоминается как сигнал о последующих событиях, например, звук может предупреждать о толчке. Память плода на конкретные музыкальные композиции и звук голоса матери, запах и речь, как было продемонстрировано, формируется после 30-й недели беременности и сохраняется после рождения.

Рождение на удивление мало меняет работу мозга. Связанная с осязанием соматосенсорная кора активна еще до рождения, но только через два-три месяца в коре появляется другая активность, которая управляет произвольными движениями, мышлением и восприятием. В 6–12 месяцев активизируются лобные доли и начинают появляться эмоции, привязанности, планирование, рабочая память и внимание. Примерно в 18 месяцев усиливаются связи теменной и лобных долей и формируется чувство собственного «я», а в 3–4 года – чувство, что у других людей есть собственный разум.

Жизненный опыт в первые годы формирует эмоциональное благополучие человека, а отсутствие заботы или жесткое воспитание меняют мозг навсегда. Отказ матери от ребенка или травма в раннем детстве могут повлиять на эмоциональную реакцию человека на стресс в дальнейшей жизни, предрасполагая к депрессиям и тревожным расстройствам.

Хорошие новости для родителей: нет причин, почему ваш ребенок должен перестать играть и начать работать. Исследования показали, что заботливая среда, совместные игры в прятки и кубики, детские песенки и сортировка предметов по форме – это все, что нужно ребенку, чтобы повысить IQ и сформировать интерес к обучению на всю жизнь.

К шести годам мозг составляет 95 % своего взрослого веса и находится на пике потребления энергии. Примерно в это время дети начинают применять логику, брать на себя ответственность и понимать собственные мыслительные процессы. Мозг продолжает расти, создавать и разрывать связи, пока дети впитывают этот мир. Затем, после того как серое вещество достигает максимального объема (примерно в 11 лет у девочек и в 14 у мальчиков), наступает половое созревание и мозг опять полностью меняется.

Почему мы не помним наши первые годы?

Так называемая «детская амнезия» универсальна. Большинство людей ничего не помнят о своей жизни до двух-трех лет, а воспоминания о следующих нескольких годах в лучшем случае фрагментарны.

Это удивительно, потому что в остальном у детей феноменальные способности к обучению. В наши первые пару лет мы осваиваем много сложных навыков, которые остаются на всю жизнь – например, способность ходить, говорить и узнавать лица людей. И все же воспоминания о конкретных событиях нашего детства во взрослой жизни теряются. Как будто кто-то вырвал первые несколько страниц нашей биографии.

Так что же вызывает детскую амнезию? Ответ отчасти связан с тем, как развивается мозг. В создании и хранении автобиографических воспоминаний в основном задействованы префронтальная кора и гиппокамп. Считается, что именно в гиппокампе детали опыта связываются в долговременную память. Один небольшой участок гиппокампа, зубчатая извилина, действует как своего рода мост, позволяющий сигналам от окружающих областей достичь остальной части гиппокампа. Зубчатая извилина достигает зрелости только к четырем-пяти годам, поэтому до этого времени опыт не может попасть в долгосрочное хранилище.

Есть и другие факторы, связанные с детской амнезией. Видимо, к ним следует отнести возраст, когда ребенок вырабатывает чувство собственного «я» и понимание, что «я» отличается от «ты». Эта способность появляется примерно в 1,5–2 года, и примерно в этом возрасте получается вспомнить прошлое. Язык также играет роль. В экспериментах способность ребенка вспоминать недавнее прошлое связана с числом слов, которое он может произнести и понять. По одной из теорий, нам нужно слово, чтобы описать понятие, прежде чем мы отложим воспоминание о нем.

Когда все части мозаики становятся на место, ребенок начинает выстраивать рассказ о своей жизни. Здесь многое зависит от родителей. Исследования показали, что дети, чьи родители подробно разговаривают с ними о происходящем вокруг, обычно формируют более ранние воспоминания, чем те, у которых родители так не делают. В целом похоже, что язык и самовосприятие идут рука об руку, и для полноценной автобиографической памяти необходимы оба.

Мы до сих пор не знаем, почему во взрослом возрасте люди не помнят первые годы жизни. Некоторые полагают, что эти воспоминания так и не становятся детальными. По другой версии, они где-то лежат, но до них трудно добраться. Возможно, что наши доязыковые воспоминания хранятся как «картинки» сенсорного опыта. В этом случае их можно раскопать – если мы найдем правильные стимулы.

Подростки эгоистичны, неосторожны, иррациональны и раздражительны, но стоит ли этому удивляться, если учесть те строительные работы, которые происходят внутри мозга юного человека? Раньше психологи объясняли особенно неприятные проявления юности всплеском половых гормонов, так как у детей их количество в головном мозге доходит почти до уровня взрослых задолго до половой зрелости. Но последние изучения сканов мозга ребят от подросткового возраста до 20 с небольшим лет вскрыли целый спектр структурных изменений, имеющих большое значение для объяснения беспокойного подросткового возраста.

Джей Гидд из Национального института психического здоровья в Бетесде, США, и его коллеги исследовали развитие почти 400 детей, сканируя их мозг по мере взросления каждые два года. Ученые обнаружили, что примерно до 20 с небольшим лет серое вещество сокращается волнами, примерно на 1 % каждый год.

Это сокращение вещества убирает неиспользованные нейронные связи, в избытке произведенные во время детского скачка роста. Первыми взрослеют основные сенсорные и моторные зоны, после них – участки, связанные с языком и ориентацией в пространстве, а в последнюю очередь – области, задействованные в интенсивной обработке информации и исполнительной деятельности.

Последней взрослеет дорсолатеральная префронтальная кора в передней части лобных долей. Она задействована в самоконтроле, суждении и принятии решений, что может объяснить некоторые далеко не блестящие решения, принимаемые подростком. Этот участок также участвует в контроле и обработке эмоциональной информации, поступающей от миндалевидного тела (центра немедленных реакций «бей или беги») – возможно, в этом причина взрывного характера подростков.

Но по мере потери серого вещества мозг приобретает белое вещество. Жировые ткани окутывают нейроны, помогают быстрее проводить электрические импульсы и стабилизируют нейронные связи, сохранившиеся после прореживания.

Подобные перемены имеют и преимущества, и недостатки. В этот период жизни мозг все еще по-детски гибкий, поэтому мы продолжаем легко впитывать знания. С другой стороны, отсутствие самоконтроля приводит к рискованному поведению: курению, употреблению наркотиков и алкоголя, незащищенному сексу.

Мозг постепенно превращается в надежный мощный аппарат обработки информации, и хотят того подростки или нет, но нейронные связи для принятия решений еще формируются. Нежный мозг подростка нужно оберегать, пусть даже только от самого себя.

Итак, вам чуть больше 20 лет, и ваш мозг наконец-то повзрослел. Радуйтесь, пока не поздно. Пик возможностей мозга приходится примерно на 22 года и длится всего лет пять. Затем начинается долгий медленный спад, который продолжается весь взрослый период.

Скорость спада у различных способностей разная. Интересно, что первыми начинают уходить те способности, которые дольше остальных формировались в подростковом возрасте и связаны с целенаправленными действиями, – планирование и координация задач. Они связаны с префронтальной и височной корой, которые продолжают взрослеть и после 20 лет.

Эпизодическая память, задействованная в воспроизведении событий, также быстро угасает, скорость обработки мозгом информации замедляется, а рабочая память хранит меньше данных.

Как быстро ухудшаются способности? Согласно исследованиям, в том числе работе Арта Крамера, психолога из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне, США, после 25 лет мы теряем до одного пункта в десятилетие по шкале «Краткой оценки когнитивных функций». Это тест из 30 пунктов на арифметику, язык и базовые моторные навыки; он определяет, насколько быстро ухудшается состояние людей с расстройствами. Падение от 3 до 4 пунктов считается клинически значимым. Другими словами, спад, который люди обычно переживают между 25 и 65 годами, имеет последствия в реальном мире.

Все это звучит достаточно грустно, но есть и светлые стороны. Способности, угасающие в зрелом возрасте, полагаются на «подвижный интеллект», в основе которого лежит скорость обработки данных мозгом. Но так называемый «кристаллизовавшийся интеллект», который в целом является эквивалентом мудрости, устремляется в противоположном направлении. Поэтому даже когда подвижный интеллект дрябнет (вместе с лицом и попой), кристаллизовавшийся интеллект продолжает расти вместе с вашей талией. Похоже, как минимум до 60–70 лет эти двое уравновешивают друг друга.

Неизбежный спад можно замедлить с помощью умственной и физической активности, разумной диеты, отказа от сигарет, выпивки и наркотиков, действующих на психику. И даже если кажется, что начинать вести здоровый образ жизни слишком поздно – не паникуйте, у вас еще есть шанс все изменить.

Конечно, к выходу на пенсию мозг уже не тот, что прежде. Вы можете забыть имена людей или найти чайник в холодильнике.

Но память нас подводит по уважительной причине. В этот период жизни мы стабильно теряем клетки важных участков мозга, таких как гиппокамп, где обрабатываются воспоминания. Поначалу это не становится проблемой: мозг все еще достаточно гибок, чтобы компенсировать изменения. Но в какой-то момент потери начинают ощущаться.

Конечно, справиться с этим помогают физические упражнения. Многочисленные исследования показали, что легкие нагрузки три раза в неделю улучшают концентрацию и абстрактное мышление у пожилых людей – возможно, за счет стимуляции роста новых клеток мозга. Кроме того, упражнения способствуют выравниванию уровня глюкозы в крови. С возрастом регулирование глюкозы ухудшается, провоцируя резкие изменения уровня сахара в крови. Это может повлиять на зубчатую извилину – участок в гиппокампе, способствующий формированию воспоминаний. Так как физическая активность помогает регулировать глюкозу, активный образ жизни поможет снизить пики и потенциально улучшит вашу память.

На самом деле мозг делает все возможное, чтобы обеспечить приятную старость. Во время эскапад молодости и испытаний зрелого возраста он тихо учился концентрироваться на хорошем. К 65 годам мы намного сильнее переживаем опыт положительных эмоций, говорит Флорин Долкос, нейробиолог из Альбертского университета в Канаде. В ходе исследований он обнаружил, что по сравнению с молодыми людьми те, кому за 60, в целом лучше запоминают позитивные и нейтральные фотографии, чем негативные.

Сканы МРТ показывают нам причину: у людей старше 60 лет стандартная активность в миндалевидном теле, обрабатывающем эмоции, но изменилось его взаимодействие с другими участками мозга. Миндалевидное тело меньше связано с гиппокампом и больше – с дорсолатеральной префронтальной корой, которая способствует контролированию эмоций. Долкос предполагает, что это следствие большего опыта в ситуациях, когда эмоциональные реакции следует держать под контролем.

Так что не все безнадежно. Вероятно, стоило бы вообще перестать беспокоиться. Исследования показывают, что беспечные люди с меньшей вероятностью сталкиваются со слабоумием. Согласно одному исследованию, у социально неактивных, но спокойных людей риск впасть в слабоумие на 50 % ниже по сравнению с теми, кто был тоже неактивен, но расположен к расстройствам. Вероятно, это вызвано вырабатываемом при стрессе повышенным уровнем кортизола, который может вызывать сжатие в передней поясной коре – участке, связанном с болезнью Альцгеймера и депрессией у взрослых людей.

Поэтому хотя мозг не покрывается морщинами и не теряет тонус, как наша кожа, он требует не меньше заботы и внимания. Заметив признаки возраста, сходите на прогулку, решите кроссворд, постарайтесь посмеяться – это нейтрализует некоторые грехи вашей молодости.

Мужской мозг, женский мозг

В последние годы выявлено множество различий между мозгом мужчины и мозгом женщины. Некоторые были связаны с работой синапсов, другие – с сигнальными химическими веществами, а третьи – с размерами участков мозга. В результате в общественном восприятии науки закрепилась идея, что мозг бывает «женским» или «мужским».

Но есть проблема. Не все эти физические и физиологические различия складываются в разницу в способностях. Некоторые исследователи считают, что мы упускаем нечто важное. Возможно, утверждают они, по меньшей мере часть этих расхождений сформировались не для того, чтобы создать различия в поведении или способностях, а чтобы предотвратить их. Что если отличия существуют для компенсации генетической или гормональной разницы, которая необходима для создания двух полов с разными комплектами гениталий и разным репродуктивным поведением?

Если это кажется парадоксальным, сравните массивный горный велосипед с легким дорожным. Если вы хотите развить на них одинаковую скорость, придется сильнее жать на педали горного велосипеда, чтобы компенсировать его сцепление с дорогой. Одно различие заставляет вас ввести другое, чтобы получить одинаковый результат. С точки зрения мозга, определенные связи могут выглядеть «мужскими» или «женскими», но это не помешает результату (поведению) быть универсальным.

На протяжении почти всей истории предполагалось, что роли мужчин и женщин врожденные и неизменные. С подъемом феминизма во второй половине прошлого века Запад оспорил этот взгляд. Возможно, разница в поведении мальчиков и девочек возникла из-за культурных норм: родители, к примеру, хвалили мальчиков за то, что они шалят и ломают игрушечные машинки, а от девочек ожидали спокойной игры в куклы.

Примерно в то же время появилось больше данных о биологии пола. В утробе мы все сначала все более или менее девочки, до 6–12 недель беременности. Затем у мужского плода ген хромосомы Y заставляет определенные клетки производить тестостерон, что приводит к развитию пениса и яичек. Женский плод не получает «тестостероновой ванны» и развивает женские репродуктивные органы.

Но нашими половыми железами влияние половых гормонов не ограничивается: они также играют ключевую роль в развитии мозга и влияют на архитектуру нейронных связей. Кроме установления описанных анатомических различий, половые гормоны предположительно влияют и на наше поведение во взрослой жизни, так как их рецепторы находят во многих участках мозга.

Отличия между мозгом мужчин и женщин стали горячей темой в нейронауке, особенно в последнее десятилетие, это связано с развитием нового метода исследования – сканирования мозга. Одно из знаменитых открытий заключается в том, что у мужчин, судя по всему, более крупная левая сторона нижней теменной извилины, расположенной прямо над ухом. Этот участок мозга, как предполагают, участвует в пространственном мышлении, необходимом, например, чтобы представить вращение трехмерных фигур. У женщин же крупнее участки мозга, ассоциированные с языком.

Общая критика такого рода работ заключается в том, что между мужчинами и женщинами в целом различия средних значений невелики, а вот разнообразие внутри каждого пола гораздо больше. Другими словами, результаты показывают усредненные значения у населения, а не индивидуумов.

Однако существуют профессии, в которых женщины представлены меньше. Среди изучающих компьютерные науки в США женщины составляют около 20 %, пропорции среди студентов-инженеров такие же. Упускают ли женщины хорошо оплачиваемые секторы, столь важные для современного общества, ориентированного на технологии, в связи с врожденными различиями в мозге или из-за культурных ограничений?

Исследование половых различий мозга также спровоцировало призывы, в частности в США, обучать мальчиков и девочек отдельно, в однополых классах или школах. Бытует утверждение, что методы обучения необходимо подстроить под эти отличающиеся мозги.

При таком широком диапазоне возможных последствий для общества важно осознавать пробелы в теориях о мужском и женском мозге. В 2004 году теория компенсации впервые привлекла к себе внимание благодаря работам Герта де Вриса, изучающего гормоны и сигнальные системы мозга у грызунов в Массачусетском университете в Амхерсте.

В 1980-х годах ученый наткнулся на серьезные половые различия в мозгах степных полевок, мелких грызунов, которые водятся на Среднем Западе США. В отличие от большинства млекопитающих, степные полевки моногамны, а их самцы – преданные отцы. Они уделяют вылизыванию и перетаскиванию своих детенышей столько же времени, сколько и самки. И все же у самцов в мозгу гораздо больше, чем у самок, рецепторов вазопрессина – сигнальной молекулы, связанной с родительской заботой.

Де Врис предположил, что у самок материнскую преданность запускают гормональные изменения во время беременности, а у самцов нехватка гормонов беременности компенсируется связями вазопрессина. Вскоре он нашел несколько возможных механизмов компенсации и у других животных, в том числе у крыс, мышей и зебровых амадин.

Так считает и Маргарет Макарти, исследователь половых различий из Медицинской школы университета Мэриленда в Балтиморе. «Многие из половых различий, которые мы видим в мозге, существуют, чтобы помочь самцам и самкам развить свои непохожие репродуктивные стратегии, – говорит она. – Но различия несут с собой и ряд ограничений. У самцов высокий уровень тестостерона, у самок циклы разных гормонов. И у этих гормонов есть своя цена с точки зрения поведения, не касающегося размножения».

На сегодняшний день данных о компенсации у людей практически нет. Но может ли быть так, что они проходят незамеченными из-за предположения, будто различия в мозге обязательно должны означать различия в поведении?

В 2006 году Ларри Кэхилл из Калифорнийского университета в Ирвайне в обзоре исследований по половым различиям привел в качестве примера несколько работ со сканами мозга, выявивших различия у мужчин и женщин, не сопровождавшихся отличиями в поведении. Задействованные механизмы неизвестны, но Кэхилл считает, что они могут быть свидетельством компенсации, хотя проводившие сканирование исследователи их не заметили.