Свидетельства нейропластичности мозга
В предыдущих главах мы вывели понятие «нейропластичность» и некоторые сопутствующие термины. Мы говорили о глии и, в частности, об одном типе глиальных клеток – астроцитах. Давайте на секунду вернемся к этим клеткам, чтобы увидеть, как наука разрешила одну из загадок мозга – преобладание белого вещества. Мы знаем, что глиальные клетки существуют в белом веществе мозга, но почему их число перевешивает серое вещество почти в десять раз? Исследования показали, что глиальные клетки не только повышают скорость передачи нервных сигналов, но также помогают формировать синаптические связи. Этот процесс играет первостепенную роль при обучении, изменении поведения и хранении долговременных воспоминаний1.
По этой причине астроциты привлекают внимание нейробиологов. Очевидно, астроциты, составляющие почти половину клеток мозга, повышают число функциональных синапсов между нейронами в центральной нервной системе.
В исследовании, опубликованном в «Научном журнале» в 2001 году, ученые из Стэнфордского университета в Калифорнии во главе с доктором медицины и философии Беном Барресом культивировали и анализировали нейроны как с глиальными клетками, так и без них. Ученые продемонстрировали, что без глиальных клеток образовывалось меньше синаптических связей между нормальными нейронами. Более того, создаваемые связи казались функционально незрелыми. Также в присутствии астроцитов наблюдалось семикратное увеличение общего числа функциональных синаптических связей. Этот анализ ясно показал, что астроциты необходимы для поддержания работы синапсов и в присутствии глиальных клеток синаптические связи между нейронами почти гарантированы2.
Исследователи заключили: «Глия может играть важную и неожиданную роль во взрослой нейронной пластичности, а именно в обучении и запоминании». Это исследование, как и научные работы других ученых, подтверждает, что астроциты способствуют усилению синаптических связей в процессе обучения. Поскольку возможных связей между нейронами гораздо больше, чем самих нейронов, и поскольку астроциты всегда присутствуют при формировании новых нервных цепей, становится понятно, для чего природа позаботилась об их избытке – чтобы мы могли обучаться в ускоренном темпе. По сути, кто мы есть в отношении нашего «я», определяется суммой всех наших синаптических связей.
Добавляя новые нейронные цепи к нашему «я» путем обучения, мы в буквальном смысле меняем себя.
Люди видят языком
Исследования современной нейробиологии относительно познания и связи его с нейропластичностью могут показаться чем-то из области научной фантастики. Например, доктор медицины Пол Бах-и-Рита, нейробиолог из Университета Висконсина в Мэдисоне, доказывает, что мозг может быть полностью перестроен по отделам. Доктор Бах-и-Рита говорит, что наши чувства в буквальном смысле взаимозаменяемы. В своей исследовательской лаборатории в Милуоки, используя устройства с чувствительной обратной связью, он обучает людей зрению при помощи языка. Мы видим не глазами, утверждает он, а мозгом. Так что органы чувств – это всего лишь входы, через которые информация поступает в мозг. Он полагает, что мы можем модифицировать связи в нашем мозге настолько, что начнем переключать по выбору его сенсорные зоны для обработки данных от органов чувств3.
На языке имеется больше тактильных нервных рецепторов, чем на любой другой части тела, кроме губ; поэтому язык иногда называют любопытным органом. Доктор Бах-и-Рита проводит эксперименты с добровольцами: он завязывает им глаза и подключает видеокамеру к голове. Камера подсоединяется к компьютеру, который уменьшает изображение до 144 пикселей и направляет эту информацию через электроды на решетку, находящуюся на языке. Когда визуальные образы попадают на язык, люди с завязанными глазами начинают обрабатывать эти сигналы и передавать в мозг информацию о том, где в окружающей среде располагаются объекты. К примеру, после должной тренировки большинство испытуемых ловят мяч, который катится к ним по столу, в девяти из десяти случаев. Неплохо.
Когда одна область мозга повреждена, сообщает доктор Бах-и-Рита, можно обучить другие области обрабатывать сигналы от органа-анализатора, работа которого нарушена. Одна из испытуемых, шестнадцатилетняя девушка, слепая с рождения, является солисткой в школьном хоре. Она начала применять это устройство, чтобы ощущать движения дирижера и выдерживать ритм в соответствии с его каденциями. Она выучила жесты за полчаса и в итоге начала «видеть» его движения на расстоянии. И пусть это нельзя назвать настоящим зрением, тем не менее она начала воспринимать и обрабатывать то, что чувствовал ее язык, в качестве визуальных изображений.
В другом эксперименте, работая с больными проказой, потерявшими чувствительность к прикосновениям, Бах-и-Рита создал перчатки, снабженные приемопередатчиками на каждом пальце, подсоединенными к пяти точкам на лбу этих людей. Касаясь чего-либо, они начинали «чувствовать» относительное давление у себя на лбу. В отдельные моменты люди даже могли различать разные типы поверхности, и они забывали, что ощущения возникают не в пальцах, а на лбу.
Перестраивается ли мозг для того, чтобы восстановить поврежденные проводящие пути, модифицировать существующие нервные цепи или выработать новые нервные сети, исследования продолжают выявлять его замечательную способность настраиваться и адаптироваться. Поймите самое важное: нам не нужно быть жертвой инсульта, принимать участие в эксперименте по структуризации языка, иметь сросшиеся пальцы или проводить 10 000 часов в медитации для того, чтобы испытать на себе нейропластичность нашего мозга. На самом деле все, что нам нужно делать, – это учиться и переживать усвоенные знания на опыте.
Конечно, «учение и переживание» хороши только в начале этого процесса. По мере продвижения мы будем исследовать роль, которую играют сфокусированное внимание и последовательная практика в развитии новых нейронных связей, меняющих структуру мозга. Но пока наш фокус направлен на то, как мы применяем знания и переживаем их на опыте для развития нашего мозга. Чтобы подготовиться к этому исследованию, коротко рассмотрим два вопроса, необходимых для понимания того, как происходит обучение: как скрепляются нейроны в нашем мозге и какова роль генетического наследия.
Обучение по Хеббу
Ученые предпринимали множество попыток понять такое свойство, как обучаемость. Основной фокус здесь направлен на электрохимические импульсы, отвечающие за получение новых знаний и опыта и за их хранение в мозге. Проще говоря, когда мы храним информацию у себя в мозге для последующего использования, мы создаем память. Вопрос о том, как именно происходит этот процесс, породил множество споров, но один из теоретиков представил наиболее правдоподобное на сегодняшний день объяснение.
В 1970-е годы доктор философии Дональд Хебб, канадский нейропсихолог, выдвинул теорию обучения и запоминания, основанную на природе синаптических трансмиссий в центральной нервной системе (см. главу 2). Согласно Хеббу, когда мы получаем новую информацию, мы меняем взаимоотношения между нейронами.
Подумайте о двух неактивных соседних нейронах (это также могут быть скопления нейронов), которые не связаны ничем, кроме местоположения. Когда нейрон A активируется, или включается, через мозг проносится электрохимический импульс (представьте грозу, вырабатывающую разряд молнии). Это влияет на неактивный соседний нейрон Б и облегчает создание новой синаптической связи между ними. Когда два соседних нейрона запускаются одновременно в нескольких случаях, синапсы между ними изменяются химически. Их измененное состояние означает, что, когда один из них зажигается, это ускоряет запуск другого. Со временем связь между ними становится настолько сильной, что они зажигаются одновременно в совместной реакции вместо случайной. Им свойственно объединяться и устанавливать более длительные и богатые взаимоотношения, и в дальнейшем они будут стрелять в тандеме с большей легкостью, чем раньше. В итоге нейроны, которые зажигаются вместе, скрепляются. На рис. 6.1 представлена модель Хебба.
Рис. 6.1. Согласно модели Хебба, сильный помогает слабому. Когда нейрон А зажигается (сильный сигнал) и становится возбужденным, нейрон Б (слабый сигнал) становится более легко возбудимым и сила синаптической связи при нейроне Б повышается. Как только нейрон А помогает укрепить связь с нейроном Б, они с большей готовностью зажигаются в тандеме и их связь усиливается
Чтобы такое случилось, нам нужно включить нейрон или скопление нейронов, уже синаптически связанных в нашем мозге. Тогда, если один нейрон и не стимулируется, ему будет легче создать новую синаптическую связь с группой нейронов по соседству, которые уже выстреливают в возбуждении.
Представьте, что вы хотите научиться водить мотоцикл. Если вы когда-то катались на велосипеде, у вас уже имеются скопления нейронов, связанных в вашем прошлом, когда вы учились держать равновесие на двух колесах. Когда вы начинаете водить мотоцикл, эти предварительно скрепленные скопления нейронов, все еще хранящие ваш опыт, зажигаются и вы вспоминаете, как держать равновесие и в какую сторону наклоняться на повороте. И хотя вождение мотоцикла потребует от вас усвоить, как переключать скорость, включать тормоз и т. п., что отличается от вождения велосипеда, вы обнаружите, что освоить мотоцикл легче, чем если бы вы никогда не катались на велосипеде, потому что самая важная часть нового опыта уже вам знакома.
Принцип «зажигаться вместе – значит скрепляться» объясняет, как мы можем добавлять новые знания и опыт в наш мозг. Обучение – это построение новых отношений между нейронами, а запоминание – это поддержание социальной активности в этих отношениях.
Нам становится легче запоминать, обращаясь к тому, что мы уже усвоили, поскольку в следующий раз, когда активируется нервная сеть, она будет включать новую связь и они все зажгутся вместе сильнее и легче.
Нервные сети развиваются в результате постоянной активации.
Если теория Хебба верна, тогда у нас уже должно иметься известное (более сильный сигнал), чтобы усвоить что-то неизвестное (более слабый сигнал). Мы должны использовать существующие нервные цепи, отвечающие за то, что нам знакомо – то, что мы уже усвоили и синаптически закрепили на своем месте, – чтобы усвоить что-то незнакомое. Обучение по Хеббу утверждает, что легче создать новую связь в мозге путем включения существующих нервных цепей; когда они активированы, мы можем добавить новый стежок к живой ткани нейронных связей.
Мы осуществляем этот процесс посредством ассоциаций. Усваивая что-то по ассоциации, мы опираемся на то, что уже отложено в памяти и закреплено в мозге, чтобы добавить к этому новую связь. Включая существующие нервные цепи, имеющие отношение к новому предмету, мы легче его усваиваем.
Значит, при рождении нам нужны заранее предустановленные нервные цепи, чтобы надстраивать их дальше для формирования новых цепей. И поэтому, вопреки мнению Аристотеля, мы при рождении не чистая табличка, на которой внешняя среда оставляет отметку. Теперь мы знаем, что синаптические связи формируются с немыслимой скоростью уже во время внутриутробного развития. Мы рождаемся с заранее загруженными воспоминаниями, служащими строительными блоками, из которых мы начинаем строить свою жизнь. Но откуда исходят эти воспоминания, позволяющие нам обучаться сразу же после рождения?
Генный фактор: долговременный и кратковременный
Как мы узнали из главы 5, синаптические паттерны, унаследованные нами на генетическом уровне (активируемые через выборку или указания), делают возможной нашу жизнедеятельность во внешней среде. Многим из них мы обязаны своим выживанием. Например, мы приходим в этот мир с предрасположенностью кричать при дискомфорте – вызван ли он голодом, жаждой, холодом, чрезмерной жарой или любым другим ощущением, беспокоящим нас. Все здоровые представители нашего вида рождаются с относительно схожими, универсальными отделами неокортекса, отвечающими за особые свойства и поведенческие признаки, общие для всех человеческих существ. Это наши универсальные долговременные генетические свойства.
Другим источником нейронных связей, с которыми мы рождаемся, служит, конечно же, генетическое наследие, получаемое от наших ближайших предков – родителей и их родителей. Следовательно, мы рождаемся с уникальными паттернами синаптических связей, проявляемыми определенными кратковременными генетическими предрасположенностями – не только в отношении роста, веса и цвета волос и глаз, но также в отношении поведения и психологических установок. Мы несем с собой определенный эмоциональный багаж или благословение от наших предков. Часто бывает, что свойства, мешавшие жить родителям, передаются их детям и внукам, и так далее. Понимание этого наделяет особым смыслом библейское выражение: «Грехи отцов ложатся на сыновей».
Однако не следует думать о нашей родословной как о круге, по которому циркулируют плохие привычки и все такое. Правда, что яблоко от яблони падает недалеко, но это не означает, что оно не может откатиться куда-то подальше. В этом, как-никак, заключается главный посыл моей книги. Правда и то, что генетически предопределенные воспоминания создают основу в начале нашей жизни. Активирует ли их среда или некая генетическая программа, эти воспоминания служат сырьевым материалом для формирования нашего «я».
Современная наука понимает, что наши гены не обязательно равны нашей судьбе. Мы наследуем около 50 % наших нервных сетей; другие 50 % мы получаем через приобретаемые знания и жизненный опыт.
И несмотря на все общие черты, каждый из нас являет собой индивидуальность, единственную и неповторимую. При смещении фокуса с основных отделов коры на клеточной уровень мы сталкиваемся с таким свойством, как нейропластичность мозга. Нас делает уникальными то, как именно скреплены эти отдельные связки нервных цепей. Теория Хебба говорит нам, что число синапсов, паттерны и даже сила этих связей внутри нервных сетей объясняют то, как мы проявляем свою индивидуальность.
Наша индивидуальность только частично формируется людьми, передавшими нам свою ДНК. Вы не клон, создаваемый на конвейере, и даже не составная версия кого бы то ни было в вашем роду. Возможно, вы не получите некоторые свойства самых давних предков, но унаследуете от родителей основную часть их жизненного опыта. Также имейте в виду, что ваш генетический код является комбинацией кодов двух человек. И возможно, что пессимизм вашего отца сглаживается оптимизмом вашей матери.
Вероятно, каждый из нас в какой-то момент ловил себя на том, что делает или говорит что-либо как мать или отец. Не знаю, как вас, но меня такое осознание очень напугало. Каковы же шансы, что в итоге мы станем вести себя как наши родители? Это оправданный и важный вопрос.
Если сознательное внимание активирует только генетически предустановленные нервные сети, мы, вероятно, будем думать, чувствовать и действовать в точности как наши родители. Со временем унаследованные синаптические связи станут настолько крепкими, что естественным образом приведут к тому же умственному настрою, как у наших родителей. Что бы мы ни унаследовали через генетический код наших предков – злость, чувство обиды или незащищенности (поскольку наши родители запоминали, практиковали и оттачивали эти сети для воспроизводства одного и того же опыта), – если эти нейроны продолжат зажигаться вместе, они образуют более сильные и более сложно сплетенные цепи.
Наше сознание имеет склонность пребывать в той части мозга, где эти знакомые цепи держат бразды правления. Люди часто действуют так, словно у них имеется только один вариант поведения. Мы все слышали такую фразу: «Ну да, это я. Такой, какой есть». Но, учитывая то, что нам известно о роли генетики, правильней было бы сказать: «Ну да, это мой выбор – активировать цепи, доставшиеся от родителей. Конечно, мой мозг обладает нейропластичностью и я создал немного собственных нервных сетей. Но пока я выбираю идти по жизни с тем, что мне дано с рождения. Это я, такой, какой есть».
Изучив это явление, я начал сознавать, что теоретически, если не создавать новых синаптических связей, мы можем полагаться только на унаследованные, что ведет к такому состоянию разума, при котором проявляются только наши генетические предрасположенности.
Но как мы можем добавить что-то к тому, что уже есть у нас? Как мы можем что-то добавить к триллионам возможных комбинаций, последовательностей и паттернов синаптических связей, чтобы обновить аппаратное обеспечение нашего мозга? Рассуждая математически, если просто добавить несколько синаптических связей к существующей матрице, получится множество новых направлений, в которых наш мозг сможет зажигать нейроны в новых удивительных последовательностях.
Генетическое наследие – это не конец пути, а только первоначальный вклад нашего неврологического капитала. Для того чтобы мы развивались (и наш вид в целом), мы должны преумножать и модифицировать то, что нам было дано изначально.
Выход из генетической ловушки
Если полагаться исключительно на унаследованные нервные цепи, развивается привычка к генетическому бытию. А какова альтернатива?
Есть два способа создания новых синаптических связей в мозге. Первый состоит в изучении нового; второй – в получении нового опыта.
Каждый раз, когда мы получаем новые знания, наш мозг меняется. Когда мы испытываем новое переживание, мозг также записывает его в качестве нового паттерна нервных цепей.
Поэтому, чем реже мы учимся чему-то новому и разнообразим свою жизнь новыми впечатлениями, тем меньше синаптических связей мы создаем. По большей части, наше сознательное внимание будет ограничено использованием тех первоначальных нервных сетей из нашей генетической родословной, которые образуют наш разум. Согласно модели Хебба, когда мы зажигаем те же самые генетически унаследованные нервные цепи снова и снова, мы проживаем только генетически предопределенную жизнь. Говоря иначе, если мы повторяем знакомые, предсказуемые, рутинные и автоматические действия, наш мозг сохраняет «статус-кво». И если принять теорему «зажигаются вместе – значит скрепляются», тогда понятно, что эти связи становятся только крепче из-за постоянной активации одних и тех же нервных сетей. И наш мозг, по большому счету, не развивается.
Выход из ситуации в том, чтобы постоянно усваивать новую информацию и получать новые впечатления.
