Текст книги "Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока"

Маленькие дети обладают не только надежной моделью поведения неодушевленных предметов. Они знают, что на свете есть и другие объекты, которые ведут себя совершенно иначе: живые существа. С первого года жизни малыши понимают, что животные и люди автономны и способны двигаться без всякого постороннего вмешательства. Иными словами, чтобы переместиться в пространстве, им не нужно ждать, пока в них врежется другой объект. Их движение мотивировано изнутри, а не вызвано извне.

Как следствие, младенцы не удивляются, когда видят, что животные передвигаются сами по себе. Фактически малыши считают «животным» любой объект, который движется самостоятельно, даже если он имеет форму треугольника или квадрата. Если так, в его поведении нет ничего необычного. Маленький ребенок знает, что живые существа не всегда движутся в соответствии с законами физики и что их перемещениями управляют их собственные намерения и убеждения.

Рассмотрим пример: если мы покажем детям шар, который катится по прямой, перепрыгивает через некое препятствие, а затем сворачивает вправо, через некоторое время им станет скучно. Может, они просто привыкают к такому движению? Нет. На самом деле, они понимают гораздо больше. Они приходят к выводу, что это живое существо с определенным намерением: оно хочет двигаться вправо! Более того, они уверены, что шар настроен крайне решительно: иначе он не стал бы перепрыгивать высокое препятствие. Теперь уберем препятствие. Если шар катится вправо по прямой, младенцы не находят в этом ничего странного – это самый быстрый способ достичь цели. Если же шар продолжает прыгать даже после того, как препятствие исчезло, малыши широко открывают глаза. В отсутствие препятствия та же траектория, что и в первом случае, вызывает искреннее удивление: дети не понимают, какими соображениями руководствуется этот чудной шар – зачем он прыгает?⁵⁴ Другие эксперименты показывают, что дети регулярно анализируют намерения и предпочтения других людей. В частности, они понимают, что чем выше стена, тем выше должна быть мотивация человека, который ее перепрыгивает. Из своих наблюдений малыши могут сделать вывод не только о целях и намерениях окружающих, но и об их убеждениях, способностях и предпочтениях⁵⁵.

Представления младенцев о живых существах этим не ограничиваются. К десяти месяцам дети начинают приписывать людям черты личности. Увидев, как кто-то толкает малыша, они делают вывод, что этот человек злой, и отворачиваются от него, явно предпочитая ему взрослого или другого ребенка, который помогает упавшему подняться⁵⁶. Задолго до того, как дети научаются произносить слова «плохой» и «хороший», они формулируют эти понятия на внутреннем языке мышления. Подобные суждения требуют тонкого анализа: даже девятимесячный ребенок может отличить того, кто намеренно обидел другого человека, от того, кто причинил боль случайно, или того, кто сознательно отказывается помочь ближнему, от того, кто просто не может это сделать⁵⁷. Как мы увидим далее, данный социальный навык играет фундаментальную роль в научении. И действительно, даже годовалый ребенок понимает, когда кто-то пытается его чему-то научить. Иными словами, он может отличить обычное действие от действия с целью обучить чему-то новому. В этом отношении годовалый ребенок уже обладает, согласно венгерскому психологу Дьердю Гергели, врожденным чувством педагогики.

Одной из самых ранних манифестаций социальных навыков младенцев является восприятие лиц. Взрослым достаточно малейшего сходства, чтобы увидеть лицо. Мы видим лица в шаржах, смайликах, масках… Некоторые даже умудряются различить лик Иисуса Христа на снегу и подгоревших гренках! Как ни странно, эта сверхчувствительность к лицам присутствует уже при рождении: ребенок, родившийся всего несколько часов назад, быстрее поворачивает голову к улыбающемуся лицу, чем к аналогичному изображению, перевернутому вверх ногами (даже если новорожденный никогда не видел лиц). Одна команда исследователей пошла еще дальше и изучила реакцию плода на световые паттерны, предъявляемые через стенки матки⁵⁸[17]17
  Данное исследование вызвало споры в научном сообществе, не все согласны с корректностью интерпретации авторов и с тем фактом, что плод действительно реагирует именно на световые паттерны. См.: Scheel, A. M., Ritchie, S. J., Brown, N. J. L., & Jacques, S. L. (2017, October 27).Through a womb, darkly: Methodological problems in a recent study of fetal visual perception. (Прим. научн. ред.)


[Закрыть]. Удивительно, но эксперименты показали, что три точки, расположенные в форме лица (***), привлекали плод больше, чем три точки, расположенные в форме пирамиды (***). Очевидно, распознавание лиц начинается еще в утробе матери!

Многие исследователи полагают, что это магнетическое притяжение к лицам играет важную роль в раннем развитии привязанности – особенно если учесть, что одним из самых первых симптомов аутизма является избегание зрительного контакта. Благодаря врожденной склонности обращать внимание на лица мы быстро учимся их распознавать. И действительно, уже через пару месяцев после рождения область зрительной коры правого полушария начинает реагировать на лица активнее, чем на другие образы, например места⁵⁹. Такая специализация – один из лучших примеров гармоничного сотрудничества наследственности и среды. В сфере распознавания лиц младенцы проявляют не только врожденные навыки (магнетическое притяжение к изображениям, похожим на лица), но и инстинктивное стремление овладеть спецификой восприятия лица. Именно сочетание этих двух факторов и позволяет младенцам уже через год выйти за рамки наивной реакции на наличие двух глаз и рта и впредь предпочитать человеческие лица лицам других приматов, таких как обезьяны и шимпанзе⁶⁰.

Социальные навыки маленьких детей проявляются не только в области зрения, но и в области слуха: устная речь дается им так же легко, как и восприятие лиц. Как пишет Стивен Пинкер в своем бестселлере «Язык как инстинкт» (1994), «речь настолько прочно встроена в человеческий мозг, что подавить стремление говорить так же невозможно, как подавить инстинкт отдергивать руку от раскаленных поверхностей»[18]18
  Пинкер, С. Язык как инстинкт. – М.: Едиториал УРСС, 2004. (Прим. перев.)


[Закрыть]. Это утверждение не следует понимать превратно: хотя младенцы, разумеется, не рождаются с полноценным лексиконом и знаниями правил грамматики, они обладают удивительной способностью приобретать их в рекордно короткие сроки. В их мозге заложен не столько сам язык, сколько способность овладеть им.

На сегодняшний день найдено множество фактов, подтверждающих эту идею. С самого рождения младенцы предпочитают слушать родной язык, а не иностранный⁶¹ – поистине удивительное открытие, свидетельствующее о том, что овладение речью начинается еще в утробе матери. К третьему триместру беременности плод уже способен слышать. Проникая сквозь стенки матки, мелодика языка достигает младенца, и он запоминает ее. «Ибо когда голос приветствия Твоего дошел до слуха моего, взыграл младенец радостно во чреве моем», – воскликнула беременная Елизавета, когда ее посетила Мария⁶². Лука не ошибся: в последние месяцы беременности мозг растущего плода уже распознает определенные слуховые паттерны и мелодии (вероятно, бессознательно)⁶³.

Эту врожденную способность, несомненно, гораздо легче изучать у недоношенных детей, чем у плода. Как только они родятся, мы можем подсоединить к их крошечным головкам миниатюрные электроды и датчики мозгового кровотока и заглянуть в их мозг. С помощью этого метода моя жена, профессор Гилен Деан-Ламбертц, обнаружила, что даже младенцы, родившиеся за два с половиной месяца до срока, реагируют на устную речь: хотя их мозг еще совсем незрелый, он уже способен распознавать изменения в слогах и голосах⁶⁴.

Долгое время считалось, что овладение речью начинается не раньше одного-двух лет. Почему? Потому что – как предполагает латинское слово infans – новорожденный ребенок не говорит и, следовательно, скрывает свои таланты. И все же, с точки зрения понимания языка, мозг ребенка – подлинный статистический гений. Чтобы это доказать, ученым пришлось применить целый арсенал хитроумных методов, включая анализ предпочтений речевых и неречевых стимулов, реакций на изменения, записей мозговых сигналов и так далее. Все эти исследования свидетельствуют о том, что младенцы знают о языке очень много. С самого рождения дети могут различать большинство гласных и согласных звуков в любом языке мира и воспринимают их как категории. Возьмем, к примеру, слоги [бa], [дa] и [гa]: даже если соответствующие звуки варьируются, мозг ребенка – как и мозг взрослого – воспринимает их как отдельные категории с четкими границами.

Эти врожденные навыки окончательно формируются под влиянием языковой среды в течение первого года жизни. Малыши быстро замечают, что некоторые звуки не встречаются в их языке: носители английского языка, например, никогда не произносят гласные, как французские [u] и [eu], а японцы не различают [р] и [л]. Всего за несколько месяцев (шесть для гласных, двенадцать для согласных) мозг ребенка проверяет свои первоначальные гипотезы и оставляет только те фонемы, которые релевантны для языка, используемого в его окружении.

Но это еще не все: малыши быстро начинают учить слова. Как они их идентифицируют? Прежде всего младенцы полагаются на просодию, ритм и интонацию: в устной речи мы постоянно повышаем или понижаем тон голоса, а также делаем паузы, тем самым отмечая границы между словами и предложениями. Другой механизм позволяет определить, какие звуки речи следуют друг за другом. И здесь дети ведут себя, как начинающие специалисты по статистике. Например, они понимают, что в английском языке за слогом [bo] часто следует слог [təl]. Быстрый расчет вероятностей подсказывает им, что это не случайно: вероятность того, что [təl] следует за [bo] слишком высока, а значит, эти слоги должны образовывать слово bottle («бутылочка»). В результате слово добавляется к словарному запасу ребенка и впоследствии может быть соотнесено с конкретным предметом или понятием⁶⁵. Уже к шести месяцам дети вычленяют наиболее употребительные слова вроде «папа», «мама», «нога», «пить» и так далее. Эти слова настолько прочно отпечатываются в их памяти, что и во взрослом возрасте продолжают сохранять свой особый статус и обрабатываются быстрее, чем другие слова, обладающие сопоставимым значением, звуковым составом и частотностью, но приобретенные позже.

Статистический анализ также позволяет детям идентифицировать слова, которые встречаются особенно часто: прежде всего артикли и местоимения (я, ты, он, она, оно). К концу первого года жизни они уже знают многие из них и с их помощью ищут другие слова. Рассмотрим пример. Услышав, как один из родителей говорит: I made a cake («Я испекла торт»), малыши могут выделить короткие незнаменательные слова I («я») и a (неопределенный артикль) и, исключив их, обнаружить, что made («испекла») и cake («торт») – тоже слова. Они понимают, что существительное часто следует за артиклем, а глагол – за местоимением, а потому в возрасте около двадцати месяцев с крайним удивлением реагируют на бессвязные фразы типа I bottle (местоимение + существительное) или the finishes (артикль + глагол)⁶⁶.

Конечно, такой вероятностный анализ не всегда надежен. Например, услышав французскую конструкцию un avion («самолет»), в которой артикль un произносится слитно с существительным avion, многие дети делают ошибочный вывод о существовании слова navion (Regarde le navion!). Прямо противоположное произошло с носителями английского языка, которые решили позаимствовать французское слово napperon («салфетка под приборы»), но из-за неправильного членения конструкции un napperon в итоге изобрели слово apron («фартук»).

Впрочем, такие ошибки встречаются редко. Всего за несколько месяцев детям удается превзойти любой существующий алгоритм искусственного интеллекта. К своему первому дню рождения они уже заложили основу для базовых правил родного языка на нескольких уровнях, от элементарных звуков (фонем) до мелодики (просодии), словарного запаса (лексикона) и грамматических правил (синтаксиса).

Ни один другой вид приматов не обладает такими способностями. Этот эксперимент проводили не один раз: многие ученые обращались с детенышами шимпанзе, как с членами семьи, и пытались разговаривать с ними на английском языке, языке жестов или с помощью зрительных символов. Увы, даже спустя несколько лет ни одно из животных так и не овладело языком в том смысле, в каком понимаем его мы: они могли выучить максимум несколько сотен слов, но на этом все⁶⁷. Следовательно, лингвист Ноам Хомский, вероятно, был прав, утверждая, что наш вид рождается со встроенным «механизмом усвоения языка» – специализированной системой, которая автоматически запускается в первые годы жизни. Как писал Дарвин в своем эпохальном труде «Происхождение человека» (1871), «речь, конечно, не может быть отнесена к настоящим инстинктам, потому что она должна быть выучена. Она, однако, весьма отличается от всех обычных искусств, потому что человек обладает инстинктивным стремлением говорить»[19]19
  Дарвин, Ч. Происхождение человека и половой отбор. / Ч. Дарвин. Сочинения. В 9 т. – М., 1953. – Т. 5. (Прим. перев.)


[Закрыть]. Иными словами, всем нам присущ врожденный инстинкт овладения речью. Этот инстинкт настолько силен, что даже в тех популяциях, где язык изначально отсутствует, он самопроизвольно возникает в течение нескольких поколений. Например, установлено, что в сообществах глухих высокоструктурированный язык жестов с универсальными лингвистическими характеристиками появляется уже во втором поколении⁶⁸.

Глава 4
Рождение мозга

Ребенок рождается с мозгом, не завершившим своего развития, а вовсе не с «пустым», незаполненным мозгом, как утверждала некогда старая педагогика.

Гастон Башляр,

 «Философское отрицание. Опыт философии нового научного духа»[20]20
  Башляр, Г. Философское отрицание: Опыт философии нового научного духа. / Г. Башляр. Новый рационализм. – М.: Прогресс, 1987. (Прим. перев.)


[Закрыть]

Гений без образования подобен серебру, что еще в руднике.

Бенджамин Франклин (1706–1790)

Тот факт, что новорожденные младенцы многое знают о физических объектах, числах, людях и языках, опровергает некогда популярную гипотезу, согласно которой их мозг – «чистый лист», губка, жадно впитывающая все, что подсовывает ей окружающая среда. Отсюда вытекает простой прогноз: заглянув внутрь новорожденного мозга, мы должны обнаружить в нем хорошо организованные нейронные структуры, соответствующие каждой из основных областей знаний.

Долгое время эту идею рьяно оспаривали. Еще лет двадцать назад мозг новорожденного был terra incognita. Методы нейровизуализации только изобрели и еще не применяли для исследования развивающегося мозга, а потому в теоретических воззрениях того времени преобладал эмпиризм: считалось, что мозг рождается «пустым» и приобретает знания только под влиянием внешнего мира. Лишь с появлением методов магнитно-резонансной томографии (МРТ) мы наконец смогли увидеть организацию мозга на ранних стадиях его развития и подтвердить наши предположения. Как оказалось, в мозге новорожденного уже присутствуют практически все нейронные сети, характерные для мозга взрослого.

Моя жена, Гилен Деан-Ламбертц, и я вместе с нашей коллегой-неврологом Люси Герц-Паннье одними из первых использовали функциональную МРТ при обследовании двухмесячных детей⁶⁹. Разумеется, при этом мы полагались на опыт педиатров. Пятнадцатилетний клинический опыт убедил их, что МРТ – безвредное обследование, которое можно назначать людям любого возраста, включая недоношенных младенцев. Тем не менее практикующие врачи прибегали к этой технологии только в диагностических целях – главным образом для раннего выявления очаговых поражений. Раньше никто не использовал функциональную МРТ для изучения мозга нормально развивающихся детей. Что же касается нашей команды, то прежде всего нас интересовал следующий вопрос: могут ли их нейронные сети избирательно реагировать на определенные стимулы? Перед исследованием нам пришлось преодолеть целый ряд трудностей. Мы разработали специальный шумоподавляющий шлем, чтобы уберечь малыша от громкого воя машины, и уютную люльку, в которой он мог лежать неподвижно. Каждого испытуемого мы постепенно приучали к необычной среде, а во время процедуры не спускали с него глаз.

В итоге все наши усилия окупились: мы получили невероятные результаты. Мы решили сосредоточиться на речи: как нам было известно, в течение первого года жизни процесс овладения речью происходит крайне быстро. И действительно, наши наблюдения показали, что уже через два месяца после рождения в мозге младенцев, слышавших предложения на родном языке, активировались те же самые области, что и у взрослых (см. цветную иллюстрацию 6).

Когда мы слышим предложение, первой активируется первичная слуховая кора – область, куда стекается вся информация от органов слуха. Эта же область «вспыхивала» и в мозге ребенка. Вам это может показаться очевидным, но в то время мы плохо представляли, что происходит в голове очень маленьких детей. Некоторые исследователи полагали, что при рождении сенсорные области детского мозга настолько дезорганизованы, что слух, зрение и осязание смешаны. По мнению этих ученых, ребенку требуется определенное время (несколько недель), чтобы научиться разделять эти сенсорные модальности⁷⁰. Сегодня мы знаем, что это не так: с самого рождения звуковые стимулы активируют слуховые области, визуальные – зрительные области, а осязательные – области, связанные с тактильными ощущениями. Никто из нас не учится этому специально. Разделение коры головного мозга на участки, обрабатывающие информацию от разных органов чувств, задано генами. Такая организация свойственна всем млекопитающим и своими корнями уходит в глубины эволюции (см. цветную иллюстрацию 7)⁷¹.

Но вернемся к нашему эксперименту и младенцам, которые слушали предложения, лежа в МРТ-сканере. Попав в первичную слуховую кору, информация распространялась быстро. Через долю секунды «вспыхивали» и другие области, причем всегда в одной и той же последовательности: сначала вторичная слуховая кора, примыкающая к первичной, затем целый ряд участков височной доли и, наконец, зона Брока у основания левой лобной доли одновременно с верхней частью височной доли. Эта сложная цепочка обработки информации, расположенная в левом полушарии, удивительно похожа на цепочку обработки информации у взрослого человека. В два месяца у младенцев активируется та же иерархия фонологических, лексических, синтаксических и семантических областей мозга, что и у взрослых. И, как и у взрослых, чем выше поднимается сигнал в иерархии коры, тем медленнее реагирует мозг и тем выше уровень интеграции информации (см. цветную иллюстрацию 6)⁷².

Конечно, двухмесячные младенцы еще не понимают предложений, которые слышат; им только предстоит открыть для себя слова и грамматические правила. И все же лингвистическая информация активирует у детей те же высокоспециализированные совокупности нейронов, что и у взрослых. Почему же младенцы так быстро учатся понимать речь и говорить, хотя все остальные приматы на это не способны? Вероятно, все дело в том, что их левое полушарие снабжено заранее заданной иерархией нейронных сетей, которые специализируются на обнаружении статистических закономерностей во всех аспектах речи: звуке, слове, предложении и тексте.

Все вышеупомянутые области мозга активируются в определенном порядке потому, что тесно связаны друг с другом. За последнее время мы многое узнали о том, какие нейронные пути соединяют речевые центры у взрослых. В частности, специалисты по нейроанатомии обнаружили, что большой «кабель», состоящий из миллионов нервных волокон – дугообразный пучок, – соединяет височные и теменные центры в задней части мозга с лобными центрами, прежде всего со знаменитой зоной Брока. Этот пучок связей – маркер эволюции языка. Например, он значительно больше в левом полушарии, которое у 96 процентов правшей посвящено языку. Эта асимметрия уникальна для человека и не наблюдается у других приматов, даже у наших ближайших родственников – шимпанзе.

Опять-таки данная анатомическая характеристика не является результатом научения: она присутствует с самого начала. Кроме того, исследуя мозг младенца, мы видим, что при рождении полностью сформирован не только дугообразный пучок, но и все прочие основные пучки волокон, соединяющие корковые и подкорковые центры (см. цветную иллюстрацию 8)⁷³.

Эти «магистрали» мозга закладываются в течение третьего триместра беременности. В процессе формирования коры аксон каждого возбуждающего нейрона «отправляется исследовать» окружающие области, иногда в радиусе до нескольких сантиметров – эдакий нейронный Христофор Колумб. Направление роста аксона регулируется химическим способом – концентрацией определенных молекул, которая варьируется от одной области к другой и служит своеобразной пространственной меткой. Терминали (концевые участки) аксона буквально вынюхивают химический путь, проложенный генами, и определяют направление, в котором следует двигаться. Таким образом, без какого-либо вмешательства из внешнего мира мозг самоорганизуется в сеть перекрестных связей, некоторые из которых присущи только человеку. Как мы вскоре увидим, эта сеть может быть дополнительно усовершенствована посредством научения, однако основа ее формируется еще в период внутриутробного развития.

Удивительно, правда? Каких-то двадцать лет назад многие исследователи считали крайне маловероятным, что мозг может представлять собой нечто иное, нежели беспорядочную массу случайных связей⁷⁴. У них и в мыслях не было, что наша ДНК, содержащая лишь ограниченное количество генов, может включать детальный план высокоспециализированных нейронных сетей, опосредующих зрение, речь и моторику. Но это некорректное рассуждение. Наш геном содержит все детали нашего тела: он точно знает, как создать сердце с четырьмя камерами, два глаза, двадцать четыре позвонка, внутреннее ухо и три его перпендикулярных канала, десять пальцев и их фаланги… Так почему бы не создать мозг с множеством внутренних областей и подобластей?

Новейшие исследования показали, что уже в первые два месяца беременности, когда пальцы руки находятся еще в зачаточном состоянии, в них проникают три нерва – лучевой, срединный и локтевой, – каждый из которых нацелен на определенные конечные точки (см. цветную иллюстрацию 8)⁷⁵. Та же самая высокоточная механика может существовать и в мозге: подобно тому как из зачатка кисти формируются пять пальцев, кора подразделяется на несколько десятков узкоспециализированных областей, разделенных четкими границами (см. цветную иллюстрацию 9)⁷⁶. Уже в первые месяцы беременности многие гены избирательно экспрессированы в разных точках коры⁷⁷. Примерно на двадцать восьмой неделе внутриутробного развития мозг начинает сворачиваться, и появляются основные борозды. На тридцать пятой неделе у плода уже сформированы все главные складки коры, и наблюдается характерная асимметрия височной области, содержащей речевые центры⁷⁸.