Со временем я начал называть эту идею о специализации полушарий теорией «новизны-привычности». В отличие от традиционных подходов, теория новизны-привычности относится ко всем видам животных, способным учиться, и она обеспечивает базис для изучения различий между полушариями у разных видов. Не отрицая доминирования левого полушария в отношении речи у человека, можно рассматривать этот факт как частный случай более фундаментальной взаимосвязи левого полушария и когнитивной привычки. И, в отличие от концепции «креативности», понятие «новизны» можно ввести в оборот просто и однозначно.

Когда изучают креативность у людей, их просят отгадывать загадки, которые требуют «выходящих за рамки» решений. Но является ли решение «выходящим за рамки», оценивается субъектом и субъективно. И наоборот, новизну можно с легкостью определить эмпирически для каждого отдельного индивидуума на основании изучения его предыдущего опыта. Использование способности справляться с новизной как косвенного показателя креативности также обеспечивает основу для моделирования на животных, что расширяет горизонты исследований креативности с точки зрения эволюции. Не так-то легко определить, что такое «творчество» у крыс или обезьян, но намного легче придумать новаторское задание для этих созданий, основываясь на наших знаниях об экологическом окружении и типичном жизненном опыте животных. На самом деле ученых все больше привлекают способы, которые используют животные при столкновении с новизной, и результаты исследований говорят нам о том, что существуют эволюционные корни творчества. Мы поговорим об этом позже, в Главе 8 этой книги.

Сколько же существует доказательств за (или против) теории «новизны-привычности»? Этот вопрос задал мне Луис Коста несколько лет спустя, когда я обосновался в Нью-Йорке. Лу оказал важное влияние на мою жизнь после того, как я эмигрировал из Советов в Соединенные Штаты в возрасте 27 лет и мы подружились. Лу был старше, он уже был известным нейропсихологом, профессором и в прошлом деканом факультета крупного университета. По характеру Лу был более осмотрительным и методичным, чем я. Когда я впервые поделился с ним теорией «новизны-привычности», он отнесся к этому скептически. Это было слишком радикально, слишком отличалось от превалирующего взгляда на специализацию полушарий. Но, вместо того чтобы с ходу отвергнуть теорию, Лу помог мне обрисовать тот круг доказательств, который был необходим для проверки гипотезы, и помог разработать дизайн соответствующих экспериментов. Как это часто бывает в науке, мы с помощью присоединившегося к нам научного сотрудника Боба («Чипа») Билдера, ныне профессора Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе, тщательно изучили публикации на эту тему, прежде чем приступили к собственным экспериментам. Оказалось, что многие данные, которые мы искали, уже были опубликованы, по частицам и крупицам, и ожидали кого-то, кто приведет их в согласованный вид.

Мы с Лу вместе написали статью, которая явилась, вероятно, первой научной публикацией, заявляющей о теории «новизны-привычности». Статья была снабжена громоздким заголовком: «Различия полушарий в приобретении и использовании наглядных систем»². Когда бы я ни обращался к этой, очень старой статье, я слышу мой русский акцент в периодически попадающихся странных построениях фраз. Но «старый» не всегда значит «неверный» или «устаревший» (вспомните-ка таблицу умножения!). Многие мои последующие исследования, в том числе самые недавние, основывались на этой идее – получившей развитие с появлением современных методов нейровизуализации и их применением для изучения некоторых неврологических расстройств.

Идея новизны-привычности привела к ряду прогнозов, и именно они сделали эту идею проверяемой путем серьезных исследований. Давайте сделаем эти прогнозы:

• Сложный, специализированный навык, приобретение которого требует много времени, обоснуется, скорее всего, в правом полушарии у новичка и в левом полушарии у профессионала.

• У одного и того же человека хорошо отработанный навык будет основан, скорее всего, на структурах в левом полушарии, в то время как сопоставимый, но менее отработанный – в правом.

• У одного и того же человека правое полушарие, скорее всего, будет контролировать задачу познавательного характера, пока эта задача остается новой и недостаточно отработанной. Но она попадет под преобладающий контроль левого полушария по мере изучения и отработки.

На самом деле так и происходит. В одном исследовании, ныне ставшем классическим, Бевер и Чьярелло из Колумбийского университета давали прослушивать музыкальные записи, включая их со стороны левого или правого уха испытуемых. Ученые хотели выяснить, какое полушарие лучше обрабатывает музыку. (Это возможно, потому что сенсорные пути, в данном случае слуховые, перекрещиваются в головном мозге: информация из левого уха следует, как правило, в правое полушарие, и наоборот.) Многие годы считалось, что правое полушарие обрабатывает музыку у всех праворуких индивидуумов. Однако результаты исследований Бевера и Чьярелло показали много тонкостей в этом процессе: действительно, правое полушарие лучше обрабатывает музыку у большинства, однако совершенно иная картина наблюдается у опытных музыкантов. У этих людей в обработке музыки преуспело левое полушарие³.

Бевер и Чьярелло сравнивали результаты выполнения одного и того же задания у опытных (профессиональные музыканты) и дилетантов (все остальное человечество). Марци и Берлуччи пришли к тому же самому выводу, сравнивая выполнение испытуемыми сравнимых заданий, но в этом случае предлагалось одно новое и одно знакомое задание. В этом эксперименте ученые проецировали два набора изображений человеческих лиц правому и левому полушарию. (И это возможно благодаря зрительному перекресту в головном мозге.) Первый набор состоял из незнакомых лиц, подобно беспорядочной мозаике лиц незнакомцев, которых вы встречаете на улице. Второй набор состоял из лиц знаменитостей, которые многие годы смотрят на вас с обложек журналов и со страниц газет. Выяснилась поразительная вещь: новые лица более точно обрабатывались правым полушарием, а знаменитые – левым. Эти данные тоже оспаривают закрепившееся мнение старой школы, что правое полушарие лучше левого распознает лица. Наравне с музыкальным экспериментом Бевера и Чьярелло, этот опровергает мнение старой школы о нерушимой связи определенных когнитивных функций с тем или иным полушарием. Наоборот: имеет значение степень известности задания и мастерство субъекта. Если задание новое, задействуется в основном правое полушарие, но левое выходит на сцену по мере того, как задание становится изученным и знакомым⁴.

Эти эксперименты подтвердили, что полушария меняются ролями, когда приобретаемые когнитивные навыки постепенно улучшаются со временем: правое полушарие играет лидирующую роль на ранних стадиях, а левое – на поздних. И действительно, человеку требуются годы, чтобы стать музыкантом, и многие годы люди идут к известности, чтобы их лица стали «знаменитыми». Но успехи развития функциональной нейровизуализации позволили нам высказать и проверить еще один, несколько иной тип прогноза:

• Существует возможность увидеть смещение активации коры от правого к левому полушарию в реальном времени, в пределах нескольких часов и даже минут, наблюдая за мозгом субъекта, который в процессе эксперимента выполняет новое задание и постепенно изучает его.

За последние десятилетия функциональная нейровизуализация перевернула всю когнитивную нейробиологию. И этот процесс продолжается по мере совершенствования методов и технологий. Существует несколько методов нейровизуализации, снимающих покров тайны с действующего человеческого мозга. Среди этих методов особенную популярность приобрела функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), но существуют и другие, например позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и оптическая нейровизуализация. Эти методы основаны на разных физических принципах измерения различных биологических переменных: для фМРТ это уровни оксигенации крови, для ПЭТ – уровни метаболизма глюкозы, а для оптической нейровизуализации – ближний инфракрасный диапазон светового излучения. Все они сделали возможным изучение закономерностей активации мозга у испытуемых, выполняющих задания познавательного характера во время сканирования. Этот метод называется функциональной нейровизуализацией активации, связанной с задачей. (В отличие от функциональной нейровизуализации «состояния покоя», о чем мы поговорим позднее в этой книге.)

Теперь предположим, что задание познавательного характера запускается как новое и субъект не знает, что с ним делать. Однако в процессе эксперимента задание постепенно становится все более знакомым, и субъект постепенно овладевает мастерством, необходимым для его выполнения. Весь эксперимент может занять 20–30 минут. На самом деле во многих подобных экспериментах используются фМРТ и ПЭТ. Задания, которые предлагаются в этих экспериментах, совершенно разные – вербальные и невербальные, вовлекающие восприятие и моторику, – но в большинстве экспериментов обнаружилась похожая закономерность изменения. Она заключается в следующем: по мере того как проходит новизна и субъект знакомится с заданием, активность правого полушария ослабевает, а активность левого – возрастает, по крайней мере относительно друг друга.

Это было весьма элегантно продемонстрировано Алексом Мартином и его коллегами из Национального института психического здоровья (NIMH) в исследовании с использованием ПЭТ. Испытуемых (здоровых в неврологическом плане людей) просили рассмотреть изображения реальных и нереальных объектов; прочитать про себя слова, обозначающие реальные и нереальные объекты; внимательно смотреть на экран телевизора, где демонстрируется «белый шум». Авторы вполне обоснованно предположили, что, каким бы ни был предыдущий опыт субъектов, ни один из них ранее не выполнял задания познавательного характера, лежа на спине под сканером. Это означало, что в начале каждого из пяти экспериментов задание было новым, но потом стало, по крайней мере в чем-то, знакомым. Каким же было влияние на мозг подобного ознакомления? Чтобы ответить на этот вопрос, в каждом из пяти экспериментов дважды выполнялась ПЭТ, в начале и в конце. И как вы думаете, каков был результат? Вне зависимости от природы стимула при первом сканировании активация была сильнее в височно-теменной области коры и мелиальной части височной доли правого полушария (когда задание было новым) по сравнению со вторым сканированием (когда задание стало знакомым)⁵.

Рис. 6.1. Висконсинский тест сортировки карточек (WCST). Каждая новая карточка помещается под одну из четырех, расположенных выше, на основании сходства цвета, формы или количества изображенных объектов

В эксперименте, который поставила моя бывшая студентка Василиса Скворцова, испытуемых сканировали при помощи МРТ, пока они выполняли Висконсинский тест сортировки карточек (WCST) (рис. 6.1). Это один из самых популярных нейропсихологических тестов, который используется в когнитивной нейробиологии для изучения здорового мозга, а также в клинической нейропсихологической практике для диагностики различных заболеваний мозга. Испытуемым показывают некоторое количество карточек с геометрическими фигурами, и они должны найти скрытый принцип классификации. Эксперимент начинается с игры на угадывание: субъект получает «правильный» или «неправильный» ответ на каждое предположение, и он должен сделать вывод о скрытом принципе на основании этих ответов. Но в задании скрыта уловка: принцип классификации меняется «на ходу», и это изменение происходит пять раз в течение эксперимента. Таким образом, от субъекта требуется открыть шесть принципов классификации. Субъекта заранее не предупреждают об изменении, и он должен перейти от старого к новому принципу классификации как можно быстрее, как только это изменение происходит. Как предполагается, легкость, с которой субъект способен выполнить задание, отражает степень его умственной гибкости⁶. Чтобы справиться с Висконсинским тестом, испытуемый должен выполнить две вещи: (1) понять, что во время эксперимента вообще происходят изменения принципа классификации, и (2) обнаружить каждый из шести принципов классификации.

Эксперимент Василисы был придуман для того, чтобы распознать механизмы работы мозга при столкновении с новизной познавательного характера. Поэтому Василиса сравнивала уровни активации в различных частях мозга на разных стадиях работы над заданием. Исходя из этого она провела два различных сравнения. В первом случае сравнивались изменение закономерности активации мозга, сопровождающее открытие общего принципа, со средним уровнем активации во время первых трех и последних трех сегментов задания. Во втором – сравнивалось изменение активации, сопровождающее открытие специфических категорий, со средними закономерностями активации в первой и второй половинах каждого из шести сегментов задания.

Результаты этого сравнения подтвердили, что правое полушарие особенно активно на ранних стадиях открытия как общего принципа, так и специфических правил Висконсинского теста, в полном соответствии с гипотезой новизны-привычности. Точнее, правые префронтальные области были активными на ранних стадиях «открытий» обоих типов, что опять возвращает нас к лобным долям (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Визуализация при помощи функциональной магнитнорезонансной томографии (фМРТ) во время выполнения Висконсинского теста сортировки карточек (WCST). (а) Области, более активные во время выполнения первых трех, чем последних трех категорий. (б) Области, более активные во время выполнения первой половины, чем второй половины каждой категории

Эти данные согласуются с другими, опубликованными в некоторых исследованиях с использованием фМРТ. По результатам работы Корбетты и Шульмана, правая вентролатеральная часть префронтальной коры является критической для переключения и перенаправления внимания к новой цели. В то же время левая вентролатеральная часть префронтальной коры играет важную роль в извлечении сводной, ранее полученной информации из долгосрочной памяти, в соответствии с идеей, о которой мы говорили в Главе 3, связывая левое полушарие с сохранением информации, поступившей ранее⁷. Согласно этим данным, «сеть внимания», которая, как предполагают, направлена во внешний мир, имеет более сильные связи и более специализирована в правом полушарии⁸.

Шридхаран Девараян с соавторами провели комплексный анализ закономерностей совместной активации множества областей мозга у испытуемых, которые слушали классическую музыку. Любое «движение перехода» (то есть перехода между отдельными частями симфонии или концерта) было связано с активацией лобно-островковой части коры правого полушария, за которой следовала активация задней теменной коры правого полушария⁹. Тревор Чонг с коллегами обнаружили особенно сильную активацию в нижних теменных отделах коры правого полушария у испытуемых, которые наблюдали незнакомые им действия, но ослабленную активность, если эти действия они уже наблюдали ранее¹⁰.

Нэнси Канвишер и ее коллеги изучали закономерности активации зрительной коры у испытуемых, которые учились определять различия между предметами, относящимися к новым категориям. Оказалось, что обучение сопровождается изменениями закономерностей активации, которые значительно варьировали в разных областях правого полушария по сравнению с левым¹¹. В подобном ключе обучение сложным арифметическим вычислениям приводило к смещению закономерностей активации в сторону левого полушария, особенно к теменным областям левого полушария¹².

Как мы уже обсуждали в Главе 4, активное использование функциональной нейровизуализации, особенно фМРТ, сместило фокус исследований от отдельных областей мозга к нейронным сетям и их взаимодействиям. В ряде таких исследований было обнаружено внезапное, резкое изменение в середине выполнения задания познавательного характера, запускающее активацию сети областей в лобной и теменной коре, и эта активация была латерализована в правом полушарии. Представляется, что точная природа этого изменения не имеет значения, поскольку в любом случае имеет место резкое изменение. В одном таком эксперименте изменение приняло форму перехода «музыкального движения» (переход от одного отдельного сегмента сложной композиции к другому). В другом эксперименте был использован принцип «эксцентричности», когда последовательность визуальных стимулов редко и непредсказуемо прерывается отдельным «странным» стимулом. Представляется, что любое резкое изменение в окружающей среде активирует сеть областей в правом полушарии¹³.

Мораль этих исследований простая и мудрая: нейронные механизмы когнитивных процессов не статичные, и их нельзя представлять в виде простых фиксированных локальных сетей. Наоборот, эти сети постоянно модифицируются по мере накопления опыта, и относительная роль двух полушарий меняется в процессе обучения.

К сожалению, при использовании функциональной нейровизуализации исследования не часто проводятся так, как это сделала Василиса. Она изучала характеристики выполнения на различных стадиях активирующего задания познавательного характера по отдельности, а потом сравнивала их. Намного чаще проводится усреднение целой последовательности, комбинируются точки сбора данных, полученных в начале, середине и конце эксперимента. Это можно было бы считать обоснованным подходом, если бы у нас были все основания предполагать, что мозговые механизмы, лежащие в основе выполнения задания, остаются неизменными на протяжении всего процесса изучения этого задания. Но, как мы видели, это предположение часто ошибочно, поскольку, по мере того как испытуемый изучает задание, лежащие в основе механизмы мозга меняются.

Ученые часто горят желанием объединить как можно больше точек сбора данных эксперимента, чтобы повысить точность анализа, но это можно делать только в том случае, если все точки собираются из той же самой «популяции» данных. Если нет, то результаты такого анализа не имеют смысла, даже если они внешне выглядят правдоподобными. Предположим, что Джонни весил 20 кг, когда был маленьким. Поскольку он так сильно любил пиво и гамбургеры, то к сорока годам его вес вырос до 140 кг. Но теперь Джонни уже очень пожилой человек, и он «усох» до 50 кг. И вот вы складываете 20, 140 и 50, потом делите сумму на три и делаете вывод, что вес Джонни составляет 70 кг. Вполне правдоподобно на первый взгляд, но совершенно бессмысленно и вводит в заблуждение! Для сравнения, регистрация динамики активации мозга в процессе изучения нового задания познавательного характера может многое сказать нам о нормальном и аномальном познании, в том числе об индивидуальных различиях в поиске новизны и даже в креативности. Вы больше узнаете о Джонни, если изучите тенденции изменения его веса со временем, чем если будете усреднять его вес в разные моменты жизни.

Когда мы не рассматриваем новизну как критически важное измерение познания, это приводит к путанице и неверной интерпретации данных. При сравнении выполнения типичных нейропсихологических «вербальных» и «зрительно-пространственных» тестов обычно игнорируют тот факт, что последний тип заданий, скорее всего, будет более новым по сути, чем первый, потому что «вербальный» тест состоит из знакомых элементов, слов. И что любое задание, включающее обнаружение «значимого» стимула, также является заданием на обнаружение новизны, если стимул появляется не часто (как это обычно происходит в экспериментах с использованием «эксцентричных» стимулов). Мы узнаем больше о нейронных механизмах обучения здоровых людей и возможных нарушениях обучения при различных заболеваниях мозга, если мы изучим изменения закономерностей активации мозга со временем, в процессе выполнения различных заданий познавательного характера, по мере того как задание перестает казаться новым и становится знакомым.

А как насчет доказательств, полученных в другой отрасли нейробиологии? Убедительное доказательство – доказательство, полученное из множества различных источников, – особенно важно при проверке научных гипотез. Существует ли такое доказательство для гипотезы новизны-привычности, как дополнение к описанным здесь когнитивным исследованиям? Да, и даже в двух вариантах: биохимическом и численном.

Ранее мы обсуждали нейромедиатор дофамин. Теперь пришло время представить его коллегу, норадреналин (или NE). Если дофамин участвует в механизмах значимости, то норадреналин, как представляется, участвует в поиске новизны. Было показано, что стимулирование системы NE у животных усиливает проявления исследовательского поведения¹⁴. Этому не противоречит тот факт, что поиск новизны связан с норадренергической передачей и у человека¹⁵. И, представьте себе, норадреналиновые пути более многочисленны в правом, чем в левом полушарии¹⁶. Это согласуется с данными активации, полученными методом нейровизуализации, которые связывают правое полушарие с когнитивной новизной. И наоборот, вы помните, что дофаминовые пути более многочисленны в левом полушарии и их стимулирование усиливает у животных проявление стереотипического, хорошо натренированного поведения.

Другой источник убедительного доказательства представляет нейроинформатика – быстро развивающаяся область науки, которая использует математическое и компьютерное моделирование для изучения мозга. Однако существует очень серьезная проблема таких моделей мозга: как согласовать два важнейших свойства мозга, без которых невозможно познание? Речь идет о способностях приобретать новую информацию и сохранять ранее полученную, старую. Когда два этих процесса одновременно обитают на одной и той же полезной площади нервной системы, представляется, что они конкурируют друг с другом. В результате приобретение новой информации часто ассоциируется с «выветриванием» ранее сформированных представлений. Один из способов комбинирования этих внешне непримиримых процессов в одной и той же модели мозга, без конфликта между ними, заключается в разделении их на разные модели. Это решение было предложено некоторыми специалистами в области нейроинформатики¹⁷. Не исключено, что эволюция разрешила эту конструктивную задачу именно так: путем избирательного облечения правого полушария особыми «полномочиями» для обработки новой информации, а левого – для сохранения старой.

Появляется все больше доказательств в пользу того, что специализация полушарий, с размещением когнитивной рутины в левом, а новизны в правом полушарии, не является уникальной для человека. Наоборот, это подтверждено для многих видов и представляется универсальным принципом организации мозга в процессе эволюции. Эти и подобные им данные весьма интересны, и они опровергают представление об эксклюзивности человеческого вида. Этому будет посвящена целая глава (Глава 8) нашей книги.