Жесткий мозг/пластичный мозг

Как генетика, так и жизненный опыт кодируются в мозге в виде нейронных связей. Для большинства видов животных это является критерием выживаемости. Если животное сталкивается с хищником у водопоя, его способность спрятаться или затаиться, используя свои маскировочные свойства, может обеспечить ему выживание. В следующий раз это животное может пойти к водопою другим путем, чтобы избежать опасности, столкновение с которой отложилось в его памяти. Такой уровень умственной гибкости позволяет различным животным преодолевать жесткие поведенческие паттерны. Более того, животное может адаптироваться и повысить уровень своего развития, закодировав успешные поведенческие паттерны, которые оно сумело усвоить и запомнить, в свою неврологическую конструкцию, которая перейдет к следующему поколению. Если достаточное число поколений этого вида будет вести себя схожим образом в подобных опасных ситуациях, тогда со временем, путем генетического смешения, многие из этих животных получат схожую генетику. В итоге частный случай поведения может стать долговременным генетическим свойством, разделяемым всеми представителями одного вида.

У людей жизненный опыт, называемый «воспоминаниями» или «усвоенными знаниями», так же размечается в виде синаптических связей. Долговременные генетические паттерны нервных цепей и структурированные системы мозга, свойственные нашему виду, представляют собой результат усвоенного, закодированного жизненного опыта, передававшегося между людьми в течение многих лет.

Генетические нервные сети, наследуемые нами, также несут в себе закодированные воспоминания усвоенного опыта. Наши родители, их родители и даже прабабушки и прадедушки вносят свой непосредственный вклад в наше генетически предустановленное мозговое вещество через свой жизненный опыт, формировавший и отливавший их мозг в течение жизни. (Это подкрепляет традицию, восходящую к древности, по которой королевская семья сохраняла свою кровную линию.) Вот так культурные, мировоззренческие и даже расовые особенности могут проникать в нашу нервную схему.

Поэтому генетическая схема и личная схема, создаваемая через получение жизненного опыта, являются двумя путями к одной цели. Усвоение новых знаний позволяет нам меняться; эволюция позволяет преображать наши гены.

Усвоение новых знаний происходит, когда природу дополняют воспитанием; эволюция происходит, когда плоды воспитания возвращаются в природу. Таков круговорот жизни.

Каждый раз, когда мы усваиваем что-то новое, мозг обрабатывает информацию и создает новые нервные цепи, кодирующие в нейронах память о приобретенном опыте. Это важно, поскольку показывает, что мы имеем возможность адаптироваться под воздействием внешних стимулов и менять свое поведение соответственным образом.

Нейропластичность позволяет нашему мозгу изменять свои синаптические схемы. Это изначальная, универсальная, долговременная генетическая особенность человека. Она дает нам привилегию обучаться на основании опыта, получаемого во внешней среде, чтобы мы могли менять свое поведение, добиваясь желаемых результатов. Заучить информацию только на интеллектуальном уровне недостаточно; мы должны применять полученные знания, чтобы создавать новый жизненный опыт. Если бы мы не могли синаптически перестроить свой мозг, мы не могли бы меняться в результате жизненного опыта. Лишенные способности меняться, мы не могли бы развиваться и были бы жертвами генетических предустановок, доставшихся нам от предков.

Еще в начале 1990-х годов большинство ученых полагало, что стимулы внешней среды (воспитание) могут влиять на поведение только в пределах унаследованных, предварительно размеченных мозговых паттернов (природы). Теперь же мы знаем, что человеческий мозг достаточно пластичен, чтобы пересилить генетически запрограммированные отделы или модули, размеченные для зрительного или слухового восприятия, и перестроить их для выполнения новых функций, на основании внешних стимулов, пригодных для обработки. Если в некой области мозга не хватает информации из внешней среды вследствие того, что один из органов чувств не функционирует, другая область мозга компенсирует нехватку данного стимула за счет действующего органа чувств.

Например, большинство людей слышали, что слепой человек может развить острый слух или повышенное тактильное восприятие. Однако люди за пределами научного сообщества могут не знать о том, что в мозге слепого человека обширная область кортекса, отвечающая в нормальном состоянии за зрение, берет на себя функцию обработки звука и касания⁸. Кроме того, когда исследователи завязывали глаза зрячим людям на пять дней, то уже через два дня ФМРТ показывала всплески активности в их зрительном кортексе при выполнении заданий пальцами или прослушивании различных звуков⁹.

Ученые также могут провести функциональную сцинтиграфию мозга у зрячего человека и наблюдать область сенсорного неокортекса, предназначенную для чувствительного восприятия кончиками пальцев. Когда мы сравниваем сцинтиграмму зрячего человека с сцинтиграммой слепого, полученной, когда он читал пальцами шрифт Брайля, мы видим, что в сенсорном кортексе активируются гораздо большие отделы¹⁰. Это говорит о том, что при сознательном и многократном направлении внимания на что-либо, мозг в силу своей пластичности начинает использовать новые области, чтобы компенсировать изменение типа стимула. Тот факт, что мозг слепого человека может размечать новые дендритные связи в зрительном кортексе для обработки звука или касания, ставит под вопрос модель генетической предопределенности. Это прекрасный пример нейропластичности, преодолевающей генетическую программу.

Согласно устаревшему, ограниченному пониманию нервной организации, отделы мозга рассматривались как раз и навсегда размеченные территории. Однако бесчисленные эксперименты на модульную пластичность продемонстрировали, как нервные цепи, исходно определенные к одной области, могут буквально расширять границы своих владений, переходя на другие нейронные модули. Обычно для таких изменений требуется перераспределение. Когда одна область нейронных колоний распространяется, чтобы занять новую функциональную территорию, другие области минимизируются.

Возьмите для примера читателя шрифта Брайля, потерявшего зрение очень давно. При чтении он обычно использует указательный палец одной руки. Когда он ведет кончиком пальца по выпуклым точкам на поверхности бумаги, его чувствительные рецепторы считывают информацию, которую не могут видеть глаза. Указательный палец и без того богато наделен рецепторами и имеет ассоциированный модуль в кортексе, довольно обширный по сравнению с другими областями. Обсуждая сенсорный кортекс и гомункулуса (см. главу 4), мы говорили, что чувствительность – главная причина того, что странный человечек так непохож своими очертаниями на нормального человека. Некоторые модули кортекса занимают больше пространства потому, что части тела, связанные с этими областями, более чувствительны и несут большую ответственность за получение сенсорной информации из внешней среды.

Для сравнения ученые провели функциональную сцинтиграфию мозга опытных и неопытных читателей шрифта Брайля в отношении того, какая область их сенсорного кортекса включается, когда они используют указательный палец для чтения. Сцинтиграммы опытных читателей шрифта Брайля показали, что модуль, активированный их указательным пальцем, был гораздо больше, чем у неопытных читателей шрифта Брайля¹¹. (Как можно было ожидать, модуль сенсорного кортекса был увеличен только в полушарии, отвечающем за указательный палец, правый или левый, который они в основном использовали.) Постоянная стимуляция крошечного участка кожи на кончике указательного пальца вызвала увеличение соматосенсорной области неокортекса. Другими словами, поскольку опытные читатели шрифта Брайля постоянно фокусировались на этом пространстве в один сантиметр на кончике пальца, ассоциированный модуль для обработки сенсорного входа от указательного пальца по преимуществу возобладал над соседними сенсорными территориями. Когда такое происходит, модули, относящиеся к частям тела, которые используются менее интенсивно для получения сенсорной информации, например ладонь или предплечье, теряют часть своей изначальной территории.

Нервные сети, предназначенные для одного модуля, могут даже перенимать работу других заранее заданных модулей. Возьмите читателей шрифта Брайля, использующих три пальца, а не один, для обработки сенсорных данных. Все три пальца одновременно получают те же сенсорные стимулы, снова и снова. Что происходит с исходно распределенными генетическими паттернами соматосенсорного кортекса? Слепой, читающий шрифт Брайля тремя пальцами, концентрируется, фокусируется и обрабатывает повторяющиеся стимулы от трех пальцев одновременно, и сенсорная карта тела, размеченная в мозге, приспосабливается, сплавляя воедино нервные сети для облегчения поставленной задачи. Тогда как в обычных условиях каждый из трех пальцев имел бы свой собственный модуль в сенсорном кортексе, эти нервные клетки сливаются вместе, создавая одно большое сенсорное поле, охватывающее все три пальца. Когда такие трехпальцевые читатели шрифта Брайля получают касательный стимул только от одного пальца, нервные клетки сенсорного кортекса, отвечающие за два других пальца, также зажигаются¹². Мозг не может определить, какой именно палец задействован, поскольку их прежде отдельные модули теперь слились в одно увеличенное поле в подобласти сенсорного кортекса.

Нервные клетки, которые постоянно зажигаются вместе, в итоге скрепляются.

Синаптические паттерны нервных клеток, предписанные к особому признаку, могут модифицироваться даже в пределах существующих модульных полей. Нервные связи в пределах модуля могут стать настолько проработанными и усложненными, что человек будет демонстрировать повышенную чувствительность или способности. Например, когда настройщик пианино развивает свое «ухо» через постоянное обучение и указания экспертов – добиваясь точного слухового отклика на многократно повторяющиеся звуки, – какое-то время спустя ему достаточно собственного слуха без всяких инструментов для выполнения работы. Намеренное повторение этого процесса позволяет ему с повышенной остротой различать звуки, которые другие люди даже не слышат. Настройщик пианино, имеющий многолетний опыт работы, в итоге развивает нервные цепи своего слухового кортекса до такой степени, что они становятся гораздо более замысловатыми, чем у большинства людей.

Мы также видим нейропластичность в действии, когда сенсорный вход, превышающий нормальный уровень, раздвигает границы генетически размеченных секторов мозга. Другими словами, чем чаще мы используем один из наших органов чувств, тем большая область мозговой коры определяется для обработки соответствующего сенсорного входа. В типичном примере результаты вскрытия демонстрируют, что ремонтники малогабаритных приборов, машинисты или машинные операторы создали более многочисленные и замысловатые нервные сети в моторной области неокортекса по сравнению с исходно отведенными для движения кистей и пальцев¹³. В недавних исследованиях те же ученые изучали мозг умерших людей различного возраста. Их исследования продемонстрировали, что чем более образованным был человек, тем более сложными и многочисленными были нервные сети в языковой области мозга¹⁴. То, что мы усваиваем, и то, как мы запоминаем усвоенное, формирует нас как личность.

Как сказал об этом Будда: «Мы – это результат наших мыслей».

Миф о жестком мозге терпит еще одно поражение: Нейропластичность реорганизует отделы мозга

Теперь мы знаем, что большая часть кортекса размечена на особые отделы, связанные с органами чувств, а также отвечающие за все прочие типы восприятия и способности. Поскольку большая часть нейронов мозга уже предустановлена и отформатирована к тому времени, как мы ползаем на четвереньках, вполне логично, что в течение нашей дальнейшей жизни нервные сети сенсорного и моторного кортекса должны быть надежно закреплены за четко определенными модулями. Но это не обязательно так.

Есть врожденная патология, известная как синдром перепончатой синдактилии, или, проще говоря, перепончатые пальцы, при которой пальцы младенцев сращены. В самых серьезных случаях такие люди не могут двигать отдельным пальцем, чтобы вместе с ним не двигались все остальные. В результате их возможности сведены к нескольким простым движениям, по преимуществу, хватательным.

Если посмотреть на сенсорную или моторную карту людей с данной патологией, будет ли она такой же, как у остальных? Нет. При синдроме перепончатой синдактилии вследствие того, что пальцы действуют как единое целое, мозг не выделяет отдельной области для каждого пальца и отводит для них общее поле. При функциональной сцинтиграфии мозга человека с синдромом синдактилии во время движения одного пальца, приводящего к движению и все остальные, высвечивается гораздо большая область моторного кортеса, чем у людей без этой аномалии. Другими словами, в мозге таких людей активируются области, отвечающие за кисть и пальцы. Нервные клетки, относящиеся к пальцам, зажигаются вместе, и потому скрепляются.

Достаточно ли мозг пластичен, чтобы измениться, если данная патология будет исправлена? Если бы структура мозга определялась исключительно генетическими факторами, тогда бы мало что изменилось в случае разделения пальцев. В начале 2000-х годов была разработана технология для разделения пальцев у людей с синдромом перепончатой синдактилии, чтобы они могли двигать ими по отдельности. Догадайтесь, что произошло с мозгом после проведения такой хирургической операции?

Как оказалось, мозг изменился, адаптировавшись к новообретенным функциям пальцев. В течение нескольких недель после операции мозг определил для каждого пальца отдельную область в неокортексе. Когда функции кисти и пальцев были изменены, мозг также отразил эти изменения¹⁵. Модель предустановленных отделов мозга, строго организованных и неизменных, оказалась под вопросом. В результате повышения возможностей каждого пальца зажглись новые нейроны в различных последовательностях и паттернах. Нервные клетки, которые раньше зажигались совместно, в тандеме, когда все пальцы были сращены, теперь начали зажигаться независимо друг от друга. Когда каждый палец получил новый уровень подвижности, нейроны мозга, отвечающие за движение всей руки, реорганизовались в особые отделы для каждого из них. Нервные клетки, предназначенные для сросшихся пальцев, больше не зажигались совместно и потому не скреплялись.

Что это значит для нас? Может, наш мозг остается неизменным потому, что нам свойственно выполнять одни и те же привычные действия теми же самыми рутинными способами? И в результате наш мозг получает однотипные стимулы.

Если мы станем делать что-то по-другому, другим станет и наш мозг.

Жесткий от природы

Говоря «жесткий», мы имеем в виду, что при рождении различные наши качества закреплены за определенными структурами, готовые к активации генетикой либо внешней средой. Жесткие нейронные сети – это автоматические программы; включаясь, они почти или совсем не требуют нашего сознательного участия для своего функционирования. В то же время активированные жесткие программы требуют от нас огромного сознательного усилия и силы воли для отключения, если такое вообще возможно.

Кроме того, когда мы называем некую функцию жесткой, это означает, что возможность изменения предустановленных межнейронных связей для нее слишком мала. Жесткость в данном отношении может также означать, что в случае повреждения некой конкретной нейронной схемы надежды на восстановление практически нет. Когда схема нарушена или ее вообще не было в организме, изменения будут сопряжены с большими трудностями, если вообще будут возможны. Но хотя это верно, что мозг устроен весьма жестко, особенно некоторые его области, исследования, уже упоминавшиеся в прошлых главах, подтверждают, что на самом деле при правильных указаниях и ответных реакциях все не так печально, как казалось раньше.

Мозговой ствол и мозжечок (первый подмозг) и средний мозг (второй подмозг) устроены более жестко, чем неокортекс. Поскольку наши первые два подмозга развились раньше, они хранят в себе более отдаленные воспоминания, ставшие по существу перманентными нервными цепями. Их нейронные скопления имеют более крепкие синаптические связи, поскольку эти паттерны существуют дольше и используются чаще. Эти нервные цепи сохраняются для будущих поколений, потому что проявляли себя с лучшей стороны в течение очень долгого времени. Так как неокортекс является новейшим мозгом у большинства видов, включая людей, в нем меньше жестких программ. Лобная доля наименее жесткая из всех, поскольку является самым поздним неврологическим образованием.

Неокортекс – самая податливая часть мозга. Это платформа для сознательного внимания, воспоминаний и обучения. Неокортекс облегчает нашу мыслительную деятельность, дает нам свободу выбора и ведет запись всего, что мы сознательно усвоили. В этой области мы создаем новые синаптические связи и модифицируем существующие нервные сети. В этом отношении неокортекс постоянно видоизменяется.