В биомедицине «пластичность» – довольно сложное, неоднозначное понятие, поскольку в отдельных научных дисциплинах оно используется совершенно по-разному. Это быстро вызывает путаницу. Данный термин уже несколько раз встречался в нашей книге, и я всегда подчеркивал его многогранность. Но уже давно пора подробнее рассмотреть эту центральную тему.

Здесь (как и во многих областях нейронауки) под пластичностью мы понимаем двустороннее взаимодействие структуры и функции. Итак: функция определяется структурой (как автомобиль, который функциональными свойствами обязан своей конструкции), а структура следует за функцией. Второго, к сожалению, с автомобилем не происходит: если посильнее разогнаться на «трабанте», он сам собой не превратится в «феррари», чтобы лучше справиться с поставленной перед ним задачей. Таким образом, пластичность представляет собой «итеративный процесс»: сигналы обратной связи чередуются с эпизодами приспособления, благодаря чему возможна оптимизация.

«Форма определяется функцией»: эта идея пришла из архитектуры. Американский «отец небоскребов» Луис Салливан, опираясь на более ранние концепции, развивает ее в статье «Высокое офисное здание как произведение искусства» (The tall office building artistically considered) 1896 года (см. рис. 14 на вклейке): «Орел парит в небесах, цветет яблоня, ломовая лошадь тащит груз, скользит по воде лебедь, ветвится дуб, у его подножья вьется ручей, плывут облака, надо всем этим сияет солнце – форма всегда следует за функцией, и это закон. Когда функция неизменна, неизменна и форма». Последнее предложение – решающее, оно указывает на причинно-следственную связь и на возможность преобразований. Автор продолжает: «Этот закон действует везде: для всего органического и неорганического, всего физического и метафизического, всего человеческого и сверхчеловеческого, всех истинных проявлений ума, сердца, души – жизнь всегда можно узнать по ее выражению, форма всегда следует за функцией». Примечательно, что эта вторая часть цитаты принадлежит перу человека, проектировавшего небоскребы. Мы снова видим связь между архитектурой и нейронаукой, но теперь с другим знаком. Это еще не пластичность, но мысль, которая точно отражает ее центральный принцип. Кстати, эта фундаментальная зависимость также лежит в основе идей Баухауса с его эстетикой функционализма.

Помимо этого, у пластичности есть еще одно важное свойство. Она – явление органическое, и ее сущность подразумевает также, что хотя форма следует за функцией, но затем и функция, в свою очередь, следует за формой и так далее. Такое обоюдное взаимодействие – отличительная черта всего живого.

«Пластичность» буквально означает способность принимать разные формы, но это на самом деле почти ни о чем не говорит. Необходимо различать пластичность и эластичность. Эластическая деформация подразумевает возврат к старой форме, пластическая же сохраняется. «Пластика», которую запечатлевает скульптор, довольно-таки устойчива. Скульптуры пробуждаются к жизни только в мифах (и на картине Жана Леона Жерома «Пигмалион и Галатея»). Это замечательный образ.

Пластичность также во многом связана с гибкостью, что не позволяет нам слишком далеко зайти в сравнениях с неодушевленной скульптурной пластикой. Речь идет скорее о непрекращающемся процессе, а не о произведении, которое однажды будет завершено.

Наконец, пластичность – это еще и активный процесс, а не пассивное переживание, каким она часто предстает, когда ее пытаются проиллюстрировать. Пластичность мозга – это не просто одно из его свойств, а основное условие его функционирования. Принцип действия этого органа подразумевает, что в процессе работы он меняется. На протяжении всей жизни мозг подстраивается под задачи, которые стоят перед ним, и, в отличие от компьютера, все время становится лучше. Компьютеры приходится менять каждые пару лет, потому что они отстают от развития окружающего мира и не умеют к нему приспосабливаться.

С другой стороны, пластичность – это еще и модное словечко, которое вставляют к месту и не к месту, когда пытаются объяснить умение приспосабливаться любого рода или привнести биологическую ноту в обсуждение вопросов педагогики или «успешного старения». Использовать пластичность как объяснение для чего бы то ни было можно лишь в том случае, если вы хорошо понимаете, что такое она сама. Это понятие оказывается слишком широким даже в своем более узком нейробиологическом значении, чтобы использовать его как средство глубже разобраться в чем-то. Оно отсылает нас к некоему фундаментальному принципу, не более. Кроме того, не всем еще известно, что принцип этот фундаментальный.

Пластичность необходима для всех функций мозга, которые хотя бы отдаленно можно назвать обучением, а это очень многие из них (но не все). Она обеспечивает изменчивость на уровне микроструктуры мозга, лежащую в основе каждой такой функции. Учиться значит меняться. Любой – абсолютно любой – опыт оставляет в структуре мозга след. Изменение может быть кратковременным или сохраниться на всю оставшуюся жизнь. Запоминание состоит не в отдельных пластических изменениях, а в том, что благодаря пластичности меняются свойства сетей, образованных миллиардами нервных клеток.

Илл. 14. Пробуждающаяся к жизни скульптура на полотне «Пигмалион и Галатея» (художника Жана Леона Жерома) наглядно и очень ярко иллюстрирует понятие пластичности мозга. Здесь показано активное взаимодействие между функцией и структурой. Метрополитен-музей, репродукция

Нейрогенез взрослых – частный случай пластичности мозга, поскольку здесь возникают целые новые нейроны. В других случаях пластичность проявляется в основном на уровне контактов между нервными клетками, через которые те «общаются» друг с другом (синапсы), и напоминающих антенны отростков нейронов, по которым те принимают сигнал (дендриты) или передают его (аксоны). Синапсы очень изменчивы, они постоянно образуются и рассоединяются. Очень велика пластичность нервных отростков в мельчайших разветвлениях; чем ближе мы к ядру нервной клетки, тем положение более стабильно. Как правило, ядро служит точкой опоры (см. рис. 15 на вклейке).

Только не при нейрогенезе взрослых. В этом случае новым будет все: вся нервная клетка, ее тело, отростки и синапсы. Это требует несравненно бóльших затрат, и они должны быть чем-то оправданы. Важный вопрос – чем. Для каких связанных с обучением задач необходима абсолютная пластичность на уровне отростков нервных клеток или синапсов? Ведь мы уже видели, что нейрогенез взрослых у человека встречается практически в одном-единственном месте, которое находится как раз в гиппокампе, а это врата памяти. Эта структура в мозге имеет центральное значение для «высших» функций, включая те, которые мы считаем сугубо человеческими.

Если понимать мозг как сеть, то нейроны – это ее узлы, связи между которыми образуют их отростки с синапсами. Очевидно, когда меняются узлы, связи между ними или и то и другое одновременно, это по-разному отражается на сети. Однако во всех участках мозга представляется возможным добавлять только вторые, но не первые. Ракич и другие ученые утверждали, что это принципиальное условие, поскольку новые узлы скорее ослабят, чем усилят сеть. В ту пору, когда в существовании нейрогенеза взрослых еще сомневались, его пытались опровергнуть на принципиальных основаниях. Это не получилось. Сегодня мы знаем, что и теоретически тоже существуют и могут существовать нейронные сети, которые способны не только пережить появление новых узлов, но и извлечь из него пользу и которые сами стремятся к этому. Новые узлы означают также новые связи; таким образом, речь идет об особой, в определенном смысле высшей форме пластичности.

По крайней мере, так это выглядит. Как все на самом деле, понять очень трудно. Для этого нужно научиться «отдельно» измерять пластичность и найти какое-то числовое выражение этой удивительной способности к изменению формы, чтобы проводить сравнения. Сделать это с новыми нервными клетками становится все проще, и постепенно выясняется, что мы можем считать гипотезу верной. Но по-настоящему доказать ее – все еще очень сложная задача.

С другой стороны, стороннему наблюдателю пластичность не бросается в глаза. Со времен Античности и до Нового времени тело представляли как некий сосуд, который содержит нематериальную жизненную энергию или душу. Это подразумевает некий дуализм. Дуализм – поскольку мы строго разделяли телесное и духовное. Подразумевает – поскольку это казалось настолько само собой разумеющимся, что едва ли когда-нибудь находились монистические рассуждения, которые можно было бы ему противопоставить. Проблема души и тела стара, как сама философия.

Конечно, понятие пластичности не решает проблему души и тела. Наоборот, можно показать, что оно вносит дополнительные сложности. В то же время с простым дуалистическим восприятием оно несовместимо.

Когда мы говорили, что пластичность – это обязательное условие любой мозговой функции, мы на самом деле были неправы. Пластичность – это основа любого обучения. Мозг же осуществляет множество важнейших фундаментальных функций, с обучением никак не связанных. Например, центральное управление дыханием имеет довольно жесткую структуру, и в дыхательном центре в стволе головного мозга нет места для способности к обучению и пластичности. Как правило, самые базовые функции наименее пластичны. Это верно и для целых организмов. Муравьи с их крошечным мозгом получили жесткие программы навигации, благодаря которым они способны после поисков добычи по сложнейшей траектории вернуться к муравейнику по прямой. Это очень сложно устроено (пустынные муравьи для ориентации используют совершенно невидимый для нас поляризационный узор на небе, а расстояния измеряют с помощью некоего встроенного шагомера), но никакой пластичности здесь нет. Муравья легко сбить с толку, если усложнить задачу для его «инструментов». Рудигер Венер из Цюрихского университета подробно исследовал это, поставив множество классических экспериментов. Способность маленького мозга к обучению очень ограниченна. Пластичность нарастает с уровнем его развития (см. рис. 16 на вклейке).