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

Глава 5
Роль окружающей среды

Всякий человек знает, что умение играть на фортепиано… требует долгих лет психической и физической тренировки. Чтобы понять этот важный феномен, необходимо признать, помимо усиления ранее сложившихся нейронных связей, факт формирования новых путей за счет рамификации и прогрессивного роста терминальных дендритных и аксонных отростков.

Сантьяго Рамон-и-Кахаль (1904)

Выше я писал о фундаментальной роли природы в формировании нашего мозга – взаимосвязи генов и самоорганизации. В этой главе мы обсудим влияние другого, не менее важного фактора – окружающей среды. Ранняя организация мозга не остается неизменной навсегда: опыт совершенствует и обогащает ее. Но как научение меняет нейронные связи в мозге ребенка? Чтобы это выяснить, вернемся на столетие назад, к революционным открытиям великого испанского анатома Сантьяго Рамона-и-Кахаля (1852–1934).

Кахаль – один из героев нейробиологии. Вооружившись микроскопом, этот гениальный ученый и художник составил первую карту микроорганизации мозга и создал реалистичные, но упрощенные рисунки нейронных сетей – настоящие шедевры, которые входят в число ключевых работ в сфере научных иллюстраций. Но главное – он смог перейти от наблюдений к интерпретации, от анатомии к функции. Хотя микроскоп показывал только посмертную анатомию нейронов и их связей, Кахаль сумел сделать смелые и точные выводы о том, как они функционируют.

Величайшее открытие Кахаля, за которое он был удостоен Нобелевской премии в 1906 году, вкратце можно сформулировать так: мозг состоит из отдельных нервных клеток (нейронов), а не из единой сети, ретикулума, как считалось ранее. Кроме того, Кахаль установил, что в отличие от большинства других клеток – например, более или менее круглых и компактных эритроцитов – нейроны принимают невероятно сложные формы. Так, типичный нейрон имеет множество дендритов. Дендриты одного нейрона называются «дендритным деревом». Оно состоит из нескольких тысяч ветвей, каждая из которых больше предыдущей (по-гречески «дендрон» означает «дерево»). Вместе популяции нейронов образуют сложную паутину переплетенных отростков.

Столь сложное строение не обескуражило нашего испанского нейробиолога. В рисунки, сыгравшие важную роль в истории нейробиологии и изображавшие детальную анатомию коры и гиппокампа, Кахаль добавил нечто чрезвычайно простое, но в высшей степени наглядное и имеющее большое теоретическое значение: стрелки! Стрелки Кахаля указывают направление, в котором движутся нервные импульсы: от дендритов к телу нейрона и, наконец, вдоль аксона. Это было смелое предположение, но верное. Кахаль догадался, что форма нейронов отражает их функцию: с помощью дендритного дерева нейрон собирает информацию от других клеток, после чего компилирует ее в своем теле, чтобы отправить дальше только одно сообщение. Это сообщение – так называемый потенциал действия, пиковый потенциал, или спайк, – затем передается по аксону, длинной плющевидной лиане, которая тянется к тысячам других нейронов, иногда расположенных на расстоянии нескольких сантиметров от самого тела клетки.

Другое чрезвычайно важное открытие Кахаля – это синапсы. Хотя Кахаль был уверен, что каждый нейрон – это отдельная клетка, микроскоп показал, что в определенных точках эти клетки вступают в контакт друг с другом. Сегодня мы называем эти места синапсами. (Открытие принадлежит Кахалю, однако само название придумал в 1897 году другой ученый – великий британский физиолог Чарльз Шеррингтон [1857–1952].) Каждый синапс представляет собой место встречи двух нейронов – точнее, место, где аксон одного нейрона встречается с дендритом другого нейрона. Аксон пресинаптического нейрона продолжает расти, пока не встретится с дендритом второго, постсинаптического нейрона и не подсоединится к нему.

Нейроны, синапсы и микросети, которые они образуют, – материальная часть пластичности мозга: они изменяются всякий раз, когда мы учимся. Каждый нейрон представляет собой отдельную клетку с «дендритным деревом» (вверху слева), которое собирает информацию от других нейронов, и аксоном (внизу слева), который посылает сообщения другим нейронам. В микроскоп также хорошо видны дендритные шипики – похожие на грибы мембранные выросты, образующие синапсы – места контакта между двумя нейронами. Когда мы учимся, все эти элементы могут меняться: наличие, количество и сила синапсов; размер дендритных шипиков; количество дендритных ветвей и аксонов; даже количество слоев миелина, который изолирует аксоны и определяет скорость передачи информации.

Что происходит в синапсе? Другой лауреат Нобелевской премии, нейрофизиолог Томас Зюдхоф, посвятил этому вопросу все свои исследования и пришел к выводу, что синапсы суть вычислительные элементы нервной системы – подлинные нанопроцессоры мозга. Если вы помните, наш мозг содержит около тысячи триллионов синапсов. Сложность такого устройства поистине беспримерна. Рассмотрим его в самых общих чертах. Сообщение, которое передается по аксону, по природе своей электрическое, но большинство синапсов преобразуют его в химическое. Концевые участки аксона, терминали, содержат пузырьки – везикулы, крошечные кармашки, заполненные так называемыми нейротрансмиттерами (например, глутаматом). Когда электрический сигнал достигает терминали аксона, везикулы открываются, и молекулы нейротрансмиттера попадают в синаптическое пространство, отделяющее один нейрон от другого. Как следует из самого названия, нейротрансмиттеры передают сообщение от одного нейрона к следующему. Через мгновение после выхода из везикул пресинаптической терминали молекулы нейротрансмиттера прикрепляются к мембране второго, постсинаптического нейрона в определенных точках, называемых рецепторами. Нейротрансмиттеры подходят к рецепторам так же, как ключ к замку: они буквально открывают двери в мембране постсинаптического нейрона. Ионы, положительно или отрицательно заряженные атомы, вливаются в эти открытые каналы и генерируют электрический ток внутри постсинаптического нейрона. Цикл завершен: электрический сигнал преобразовался в химический, затем обратно к электрический и в ходе этого процесса преодолел пространство между двумя нейронами.

Какое это имеет отношение к научению? Что ж, на протяжении всей жизни наши синапсы постоянно меняются, и эти изменения отражают то, чему мы учимся⁹⁸. Каждый синапс – это крошечный химический завод, многие элементы которого могут изменяться в процессе научения: количество везикул, их размер, количество рецепторов, их эффективность, даже размер и форма самого синапса… Все эти параметры, во-первых, влияют на силу, с которой пресинаптический электрический сигнал будет передан второму, постсинаптическому нейрону, а во-вторых, обеспечивают пространство для хранения усвоенной информации.

Разумеется, изменения синаптической силы происходят не случайно: как правило, они стабилизируют активность нейронов за счет усиления их способности возбуждать друг друга, если эти самые нейроны уже делали так в прошлом. Еще в 1949 году психолог Дональд Хебб (1904–1985) сформулировал следующее базовое правило: нейроны, которые срабатывают вместе, связываются друг с другом. Иными словами, если два нейрона активируются одновременно или в тесной последовательности друг за другом, их связь усиливается. Таким образом, если постсинаптический нейрон срабатывает через несколько миллисекунд после срабатывания пресинаптического нейрона, сила синаптической связи возрастает: в будущем передача информации между этими двумя нейронами будет более эффективной. Если, с другой стороны, синапс не проводит сигнал и постсинаптический нейрон не срабатывает, синаптическая связь ослабевает.

Сегодня мы понимаем, почему этот феномен стабилизирует нейронную активность: он усиливает связи, которые хорошо работали в прошлом. Синаптические изменения, следующие правилу Хебба, повышают вероятность того, что тот же тип активности возникнет снова. Благодаря синаптической пластичности обширные нейронные сети, каждая из которых соткана из миллионов клеток, возбуждаются друг за другом в точном и воспроизводимом порядке. Мышь, выбирающая оптимальный маршрут в лабиринте; скрипач, извлекающих фонтан нот из своих пальцев; ребенок, декламирующий стихотворение, – каждый из этих сценариев рождает нейрональную симфонию, в которой всякое движение, нота или слово записываются сотнями миллионов синапсов.

Конечно, мозг не ведет учет всех событий, которые произошли в нашей жизни. В синапсах запечатлеваются только те моменты, которые он считает наиболее важными. Синаптическая пластичность модулируется нейротрансмиттерами, в частности ацетилхолином, дофамином и серотонином, которые сигнализируют, что конкретно заслуживает места в нашей памяти. Например, дофамин – это нейромедиатор, связанный с вознаграждением: едой, сексом, наркотиками… и да, даже рок-н-роллом!⁹⁹ Дофаминовая система реагирует на все, что мы любим, на каждый стимул, к которому мы выработали «зависимость». Именно она сообщает остальному мозгу, что текущие ощущения носят позитивный характер и превосходят ожидания. Ацетилхолин – напротив, нейромедиатор более общего толка, который сопряжен со всеми важными моментами, как приятными, так и трагическими. Например, многие американцы могут вспомнить мельчайшие подробности того, что они делали 11 сентября 2001 года, когда узнали о нападении на Всемирный торговый центр. Почему? Потому что в тот день ураган нейромедиаторов пронесся по их нейронным сетям, вызвав массовые изменения в синапсах. Одна такая сеть особенно важна: это миндалевидное тело – группа подкорковых нейронов, которые активируются главным образом в ответ на сильные эмоции и посылают сигналы в близлежащий гиппокамп, где хранятся важнейшие эпизоды нашего существования. Таким образом, синаптические модификации в первую очередь акцентируют те факты нашей жизни, которые эмоциональные системы мозга сочли наиболее значимыми.

Способность синапсов к модификации на основе активности пресинаптических и постсинаптических нейронов первоначально была обнаружена в искусственных условиях. Исследователям пришлось стимулировать нейроны очень быстрыми и сильными электрическими разрядами, прежде чем сила их синапсов изменилась. После этого травматического опыта синапсы несколько часов пребывали в модифицированном состоянии, которое получило название «долговременной потенциации» и казалось идеальным для сохранения воспоминаний на длительный срок¹⁰⁰. Но используется ли этот механизм мозгом для хранения информации в нормальных условиях? Первые данные удалось получить от аплизии калифорнийской – морского слизня с гигантскими нейронами. Это существо лишено мозга в привычном смысле этого слова, зато обладает большими скоплениями нервных клеток, называемых ганглиями. Именно в этих структурах нобелевский лауреат Эрик Кандел обнаружил целый каскад синаптических и молекулярных модификаций, вызванных классическим обусловливанием (животное приучалось ждать пищу, почти как собака Павлова)¹⁰¹.

По мере развития методов визуализации синапсов ученые смогли убедиться и в той немаловажной роли, которую играет синаптическая пластичность в научении. Синаптические изменения происходят именно в тех системах, которые животное использует для научения. Когда мышь учится избегать места, где она получила небольшой удар током, синапсы гиппокампа – структуры, отвечающей за пространственную и эпизодическую память, – изменяются¹⁰²: связи между гиппокампом и миндалевидным телом «запоминают» травматический опыт. Когда мышь пугается звука, аналогичные изменения претерпевают синапсы, соединяющие миндалевидное тело со слуховой корой¹⁰³. Примечательно, что эти изменения не просто происходят во время научения: по-видимому, они играют в нем каузальную роль. Одно из доказательств состоит в следующем: если в течение нескольких минут после травматического события вмешаться в молекулярные механизмы, позволяющие синапсам менять свою силу в ответ на научение, животное в конечном итоге ничего не запомнит¹⁰⁴.

Что такое память? И каков ее физиологический базис в мозге? Большинство исследователей разграничивают периоды кодирования и запоминания¹⁰⁵.

Начнем с кодирования. Все наши чувственные ощущения, действия и мысли зависят от активности определенного подмножества нейронов (в то время как другие пребывают в неактивном или даже ингибированном состоянии). Тип этих активных нейронов, локализованных во многих областях мозга, определяет содержание наших мыслей. Когда я вижу, скажем, Дональда Трампа в Овальном кабинете, одни нейроны (в нижней части височной доли) реагируют на его лицо, другие (в верхней части височной доли) – на его голос, третьи (в парагиппокампальной области) – на убранство его кабинета, и так далее. Единичные нейроны могут обеспечивать некоторую информацию, однако воспоминание в целом всегда кодируется несколькими взаимосвязанными группами нервных клеток. Допустим, я столкнусь на работе с коллегой. Каскад активности несколько иной группы нейронов позволит мне не спутать его с президентом, а его кабинет – со знаменитой овальной комнатой. Различные группы нейронов кодируют разные лица и места, но, поскольку эти нейроны взаимосвязаны, один вид Белого дома наверняка вызовет в памяти лицо Трампа. С малознакомым коллегой этот номер не пройдет: едва ли я узнаю его вне рабочего контекста – например, в спортзале.

Теперь предположим, что я увидел президента в Овальном кабинете и что мои эмоциональные системы сочли этот опыт достаточно важным, чтобы сохранить его в памяти. Что будет делать мой мозг? Чтобы «зафиксировать» это событие, недавно активированные нейроны претерпевают выраженные физиологические изменения. Они изменяют силу своих взаимосвязей, тем самым повышая вероятность того, что эта же группа нейронов сработает в будущем. Одни синапсы становятся физически больше, другие дублируются. Нейроны-мишени могут отрастить новые шипики, терминали или дендриты. Все эти анатомические модификации предполагают экспрессию новых генов в течение нескольких часов или даже дней. Эти изменения – физический базис научения: в совокупности они образуют субстрат для памяти.

Как только синаптическая память сформирована, нейроны могут отдохнуть: память остается спящей, бессознательной, но вписанной в саму анатомию моих нейронных сетей. В будущем благодаря этим связям одной внешней подсказки (скажем, фотографии президентского кабинета) будет достаточно, чтобы вызвать каскад нейронной активности в исходной сети. Этот каскад восстановит паттерн нейронных разрядов, подобный тому, который имел место в момент формирования воспоминания, и в конечном счете позволит мне узнать лицо Дональда Трампа. Согласно этой теории, каждое восстановленное воспоминание есть реконструкция; припоминание – это попытка воспроизвести первоначальный паттерн нейронного возбуждения в тех же самых группах нейронов.

Таким образом, память нельзя отнести к некой одной области мозга – она распределена по многим, если не по всем, нейронным сетям, ибо каждая из них способна изменять свои синапсы в ответ на частые паттерны нейронной активности. Однако не все нейронные системы играют одинаковую роль. Несмотря на отсутствие единой и внятной терминологии, на сегодняшний день исследователи различают по крайней мере четыре вида памяти.

● Рабочая память: она хранит ментальные репрезентации в активной форме в течение нескольких секунд. Она существует главным образом за счет дружного срабатывания многих нейронов в теменной и префронтальной коре, поддерживающих нейроны в других, периферийных областях¹⁰⁶. Именно рабочая память позволяет нам помнить номер телефона, пока мы вводим его в смартфон: определенные нейроны поддерживают друг друга и таким образом сохраняют информацию в активном состоянии. Этот тип памяти преимущественно основан на поддержании устойчивого паттерна активности; впрочем, недавно было обнаружено, что он, вероятно, включает в себя и кратковременные синаптические изменения¹⁰⁷, позволяющие нейронам ненадолго засыпать и быстро возвращаться в активное состояние. Как бы то ни было, рабочая память ограничена секундами: как только мы отвлекаемся на что-то другое, ансамбль активных нейронов распадается. Рабочая память – буфер мозга, предназначенный для хранения только самой актуальной, самой свежей информации.

● Эпизодическая память: гиппокамп – структура, расположенная в глубинах полушарий головного мозга под корой, – записывает события повседневной жизни. Нейроны гиппокампа, по-видимому, запоминают контекст каждого эпизода: они кодируют, где, когда, как и с кем все произошло. Сохранение событий осуществляется посредством синаптических изменений, благодаря которым мы можем вспомнить их позже. Знаменитый пациент Г. М.[22]22
  Генри Густав Молисон (1926–2008). (Прим. перев.)


[Закрыть], чьи гиппокампы в обоих полушариях были удалены в ходе хирургической операции, навсегда утратил способность запоминать: он жил в вечном настоящем, не имея возможности добавить ни единого нового воспоминания к своей ментальной биографии. Последние данные свидетельствуют о том, что гиппокамп задействован во всех видах быстрого научения. Если усвоенная информация уникальна, будь то некое событие или интересное открытие, нейроны гиппокампа приписывают ему определенную последовательность возбуждения¹⁰⁸.

● Семантическая память: воспоминания не остаются в гиппокампе навсегда. Ночью наш мозг воспроизводит их и перемещает в новое место в коре. Там они трансформируются в постоянное знание: мозг извлекает информацию из приобретенного опыта, обобщает ее и интегрирует в обширную библиотеку знаний о мире. Спустя несколько дней мы все еще помним имя президента, но не помним, где и когда мы впервые его услышали: из эпизодического воспоминание перешло в разряд семантического. То, что изначально было всего лишь единичным эпизодом, трансформировалось в стойкое знание, а его нейронный код переместился из гиппокампа в соответствующие корковые сети¹⁰⁹.

● Процедурная память: когда мы повторяем одно и то же действие снова и снова (завязываем шнурки, читаем стихотворение наизусть, считаем, жонглируем, играем на скрипке, катаемся на велосипеде), корковые и подкорковые нейроны подвергаются модификациям с тем, чтобы в будущем передавать информацию быстрее и эффективнее. В итоге паттерн нейронного возбуждения, лишенный любой пассивной активности, воспроизводится с точностью часового механизма. Это процедурная память – компактная, бессознательная запись нейронной активности, ассоциированной с привычными видами деятельности. В процедурной памяти гиппокамп не участвует: за счет регулярной практики воспоминания сохраняются в имплицитном пространстве памяти, в первую очередь включающем особые подкорковые структуры – базальные ганглии. Вот почему пациент Г. М. даже в отсутствие сознательной, эпизодической памяти, опосредованной гиппокампом, по-прежнему мог приобретать новые навыки. Исследователи даже научили его писать задом наперед, глядя на свою руку в зеркале. Поскольку Г. М. не помнил, как долго он тренировал этот навык раньше, он был просто ошеломлен, увидев, как хорошо давалось ему это новое «искусство»!

Сюжет незабываемого фильма «Вечное сияние чистого разума» (2004) французского режиссера Мишеля Гондри построен вокруг компании, которая специализируется на выборочном стирании воспоминаний. И правда, разве плохо, если бы мы могли каким-то образом удалять воспоминания, отравляющие нашу жизнь, – например, вызывающие посттравматический стресс у участников боевых действий? Или, наоборот, рисовать иллюзорные полотна ложных воспоминаний?

Нейробиологи так хорошо изучили нейронные сети, задействованные в памяти, что идея Мишеля Гондри, на самом деле, не такая уж фантастическая. Обе манипуляции уже были проведены на мышах командой другого лауреата Нобелевской премии, профессора Судзуми Тонегавы. Сначала ученые запускали мышь в комнату, где она получала несколько слабых ударов электрическим током. Позже животное старательно избегало этого помещения; это означало, что данный неприятный эпизод был запечатлен в его памяти. Коллегам Тонегавы удалось даже визуализировать этот процесс. Используя сложный двухфотонный микроскоп, они смогли отследить, какие нейроны были активны в каждый момент времени. Как выяснилось, комната А, которая ассоциировалась с ударами током, и комната Б, где не происходило ничего плохого, вызывали активность в разных группах нейронов гиппокампа.

Затем исследователи решили проверить, можно ли изменить эти эпизодические воспоминания. Пока мышь физически находилась в комнате А, ученые снова подвергли ее воздействию слабых электрических разрядов, но на этот раз искусственно активировали популяцию нейронов, кодирующих комнату Б. Это искусственное обусловливание дало удивительный эффект: позже, когда мышь вернулась в комнату Б, она испугалась и замерла. Плохое воспоминание теперь было связано с комнатой Б, где ничего неприятного не случалось¹¹⁰. Иными словами, реактивации значимой группы нейронов было достаточно, чтобы пробудить воспоминание и связать его с новой информацией.

После этого команда Тонегавы превратила плохое воспоминание в хорошее. Можно ли стереть травматическое воспоминание? Да. Реактивируя нейроны, кодирующие комнату Б, в присутствии особей противоположного пола (беспроигрышный вариант), исследователи успешно стерли ассоциацию с ударами электрическим током. Теперь мыши отнюдь не избегали проклятой комнаты Б – напротив, они принимались лихорадочно исследовать ее, как будто искали половых партнеров¹¹¹.

Другая группа исследователей применила несколько иную стратегию: они активировали исходную группу нейронов и одновременно ослабляли синапсы, которые их связывали. На протяжении нескольких дней мышь не проявляла ни малейших воспоминаний о первоначальной травме¹¹².

Следуя той же логике, французский исследователь Карим Бенченан успешно внедрил новое воспоминание в мозг спящей мыши¹¹³. Всякий раз, когда животное засыпает, нейроны в его гиппокампе самопроизвольно реактивируют воспоминания о предыдущем дне – особенно о местах, где оно побывало (более подробно мы поговорим об этом явлении в главе 10). Решив воспользоваться этим обстоятельством, Бенченан подождал, когда мозг спящей мыши реактивирует нейроны, связанные с определенной локацией в клетке, а затем сделал ей инъекцию дофамина, нейротрансмиттера удовольствия. И – о чудо! – как только мышь проснулась, она со всех лап побежала к этому месту! Таким образом, изначально нейтральная локация за ночь приобрела совершенно иное значение – столь же притягательное, как сладость Прованса или место, где мы впервые влюбились.

Другие эксперименты на животных позволили ученым имитировать воздействие школьного обучения на мозг. Что происходит, когда обезьяна осваивает буквы, цифры или новый инструмент?¹¹⁴ Японский исследователь Ацуси Ирики показал: обезьяна может научиться пользоваться граблями и с их помощью доставать пищу, до которой нельзя дотянуться рукой. После нескольких тысяч попыток животное ни в чем не уступало опытному крупье в казино: ему требовалось всего несколько десятых долей секунды, чтобы сгрести угощение одним движением запястья. Обезьяна даже сообразила, как с помощью грабель среднего размера притянуть к себе вторые, более длинные грабли и добраться до пищи, расположенной гораздо дальше от клетки! Данный тип научения – овладение инструментом – вызвал целый каскад изменений в мозге. Прежде всего увеличилось потребление энергии в передней теменной области – зоне, которую люди используют, чтобы контролировать движения рук, писать, хватать предметы, пользоваться молотком или плоскогубцами. Это сопровождалось экспрессией новых генов, усилением синаптических связей и активным ветвлением дендритных и аксонных деревьев. Все это привело к 23-процентному утолщению коры. Кардинальным изменениям подверглись целые пучки связей: аксоны нейронов, расположенных на достаточном удалении, на стыке с височной корой выросли на несколько миллиметров и захватили часть передней теменной области, которая ранее не имела контактов с этими клетками.

Изменения, перечисленные выше, – отличная иллюстрация проявлений нейропластичности во времени и пространстве. Повторим основные моменты. Итак, в нашем мозге активируется группа нейронов, кодирующих событие или понятие, которое мы хотим запомнить. Как же сохраняется эта информация? У нас есть синапс, микроскопическая точка контакта между двумя нейронами. Его сила увеличивается, когда два нейрона возбуждаются в короткой последовательности друг за другом – это знаменитое правило Хебба: нейроны, которые срабатывают вместе, связываются друг с другом. Синапс, ставший сильнее, подобен фабрике, которая увеличивает свою производительность: он набирает больше нейротрансмиттеров на пресинаптической стороне и больше рецепторных молекул на постсинаптической стороне. Разумеется, чтобы вместить их все, он увеличивается в размерах.

По мере того как нейрон учится, меняется и его форма. В том месте дендрита, где располагается синапс, образуется грибовидная структура под названием «дендритный шипик». При необходимости появляется второй синапс, дублирующий первый. Другие синапсы, которые образует тот же нейрон, тоже усиливаются¹¹⁵.

Таким образом, при пролонгированном научении меняется сама анатомия мозга. Благодаря последним достижениям в микроскопии – в частности, двухфотонным микроскопам, основанным на лазерах и квантовой физике, – можно непосредственно увидеть, как, подобно деревьям весной, растут синаптические и аксонные терминали. В совокупности дендритные и аксональные изменения могут быть весьма существенными – порядка нескольких миллиметров. В этом случае их можно обнаружить с помощью МРТ. Овладение навыками игры на музыкальном инструменте¹¹⁶, чтения¹¹⁷, жонглирования¹¹⁸, даже вождения такси в большом городе¹¹⁹ приводит к заметному утолщению коры и усилению связей, соединяющих ее различные области: «пропускная способность» магистралей мозга тем выше, чем чаще мы ими пользуемся.

Синапсы – это лучший пример научения, но отнюдь не единственный механизм изменений в мозге. Когда мы учимся, формирование новых синапсов заставляет нейроны отращивать дополнительные ветви как на аксонах, так и на дендритах. На приличном удалении от синапса аксоны окружают себя специальной оболочкой – миелином. Миелин похож на клейкую ленту, которая используется для изоляции электрических проводов. Чем больше используется аксон, тем больше слоев содержит эта оболочка и тем выше изоляция, что позволяет передавать информацию с большей скоростью.

Помимо нейронов, в игре под названием «научение» участвуют и другие клетки. В процессе научения трансформируется вся окружающая среда, включая глиальные клетки, которые питают и лечат нейроны. Меняется даже сеть вен и артерий, снабжающих их кислородом, глюкозой и питательными веществами. В конце концов модификациям подвергаются не только сами связи, но и поддерживающая их инфраструктура.

Некоторые исследователи не согласны с тем, что синапсы суть необходимые акторы всякого научения. Последние данные показывают, что клетки Пуркинье – особые нейроны, локализованные в мозжечке, – могут запоминать временные интервалы и что синапсы не играют в этом процессе никакой роли: данное явление, по-видимому, носит сугубо внутриклеточный характер¹²⁰. Вполне возможно, что измерение времени, на котором специализируется мозжечок, сохраняется в памяти с помощью другого механизма, приобретенного нами в ходе эволюции и не основанного на синапсах. Предполагается, что каждый мозжечковый нейрон абсолютно самостоятельно может хранить несколько временных интервалов – вероятно, благодаря стабильным химическим изменениям в своей ДНК.

В рамках другого направления исследований ученые пытаются выяснить, какую роль играют синаптические и прочие изменения в наиболее сложных типах научения, на которые только способен человеческий мозг. Прежде всего речь идет, разумеется, о научении, основанном на «языке мышления» и быстрой рекомбинации существующих понятий. Как мы уже видели, традиционные модели искусственных нейронных сетей обеспечивают более или менее правдоподобное объяснение того, как миллионы изменяющихся синапсов позволяют нам распознавать числа, объекты или лица. Однако до сих пор не существует по-настоящему удовлетворительной модели того, каким именно образом синаптические изменения содействуют овладению речью или усвоению математических понятий. Переход от синапсов к символическим правилам, которые мы изучаем на уроках математики, до сих пор остается загадкой. Посему я призываю всех мыслить открыто: пока мы еще очень далеки от полного понимания биологических кодов, с помощью которых наш мозг хранит воспоминания.