ГЛАВА 8

БАЛАНСИРУЯ НА ГРАНИ ПЕРЕМЕН

Представьте, что вы космический пришелец и вас угораздило явиться на планету Земля в октябре 1962 года — в самый разгар Карибского кризиса. Вам как непосвященному простительно считать, что ничего существенного в этом незнакомом мире не происходит. Ваши выпученные инопланетные глаза-окуляры не замечают, чтобы Соединенные Штаты Америки предпринимали что-то особенное, как ничего подобного не предпринимают ни Советский Союз, ни Куба. Деликатно прикрывая зеленой лапкой скучливый зевок, вы, надо думать, делаете вывод, что политическая система на этой планете лишена драйва и апатична, а может, и вовсе закостенела.

Вам, верно, и в голову не придет, что единственная причина всеобщего бездействия в том и состоит, что противоборствующие силы достигли абсолютного взаимного равновесия. Напряжение зашкаливает, стороны уже взаимно нацелили свои ядерные ракеты и привели вооруженные силы в полную боевую готовность.

Хотя аналогию не так-то просто разглядеть, но мозг пребывает в таком же положении. Очень может быть, что его карты неизменны потому, что противовесы абсолютно сбалансированы. Мозг только создает иллюзию безмятежности, однако принципы конкуренции удерживают его на тонкой, как волосок, грани перемен. Не будем обольщаться его внеш­ним спокойствием: нейронные сети мозга только с виду безмятежны, и лишь потому, что все его области замерли в вечном противоборстве холодной войны, напряжены и готовы жестко соперничать за будущий передел границ внутреннего «глобуса».

Когда территория исчезает

Два государства — Республика Гаити и Доминиканская Республика — делят между собой территорию острова Гаити в Карибском море. Задумаемся, что случилось бы, если бы на Доминикану обрушился сокрушительный удар цунами и вмиг превратил всю ее территорию в непригодную для жизни. Вариант номер один: Доминиканская Республика исчезла бы с карты мира, а Республика Гаити продолжила бы обычную жизнь. Но есть и второй вариант: гаитяне всей страной ужимаются, отодвигаются на сколько-то сотен километров западнее, а освободившуюся часть своей территории великодушно отдают под поселение доминиканцам (рис. 8.1). В этом случае благодаря соседской щедрости оба государства будут гармонично уживаться в тесноте, но не в обиде.

Вернемся к мозгу: что будет, если болезнь, хирургическая операция или черепно-мозговая травма приведет к сокращению доступной мозговой территории? Как и в случае со странами-соседями, здесь также возможны два варианта: мозг устранит часть своей карты, отображавшей утраченную мозговую ткань, или ужмет исходную карту, выделив всем областям участки поменьше.

Чтобы разобраться, по какому варианту пойдут события, обратимся к истории маленькой девочки по имени… ну, скажем, Алиса. В три с половиной года у нее начались легкие приступы, и родители отвезли дочку в больницу, где ей провели сканирование мозга. К великому удивлению врачей, а также всего медицинского сообщества, выяснилось, что девочка появилась на свет только с одним полушарием мозга — левым. Это редкая аномалия, при которой правая половина мозга отсутствует.

Но вот сюрприз: детство у Алисы было самое обычное и вполне нормальное. Как ни поразительно, странная прихоть развития не повредила таких способностей, как координация глаз и движения рук. Приступы у нее случались, но их удавалось купировать при помощи лекарств. И вскоре единственным, в чем выражалось отсутствие правого полушария, остались нарушения мелкой моторики левой руки.

Врожденная аномалия Алисы дает нам шанс ответить на фундаментальный вопрос: что случается с нейронными связями, в норме представленными в обоих полушариях, когда в наличии остается только одно?

Но для начала проследим, как информация в обычном случае поступает в мозг от левого глаза индивида. Нервные волокна левой половины сетчатки передают данные в заднюю часть левого участка зрительной коры. С этим у Алисы все в порядке, поскольку левое полушарие у нее в наличии. А информация от правой половины сетчатки в норме пересекает срединную линию и поступает в заднюю часть правого полушария. Но у Алисы его нет — куда тогда идут нервные волокна (рис. 8.2)?

И вот вам восхитительный пример живой нейронной сети, о котором в предшествующие десятилетия мы и не подозревали: нервные волокна, передающие сигналы от обоих зрительных полей, подключились к левому полушарию. И у Алисы зрительное поле целиком представлено на единственной доступной кортикальной территории (рис. 8.3). Точно так же гаитяне поделились своими владениями с пострадавшими от цунами доминиканцами.

Тот факт, что у Алисы хорошее зрение и в норме координация в системе «глаз — рука», свидетельствует еще об одном удивительном явлении: даже притом что на первых этапах развития зрительная система работала не по штатной схеме, окружающие ее области без труда сообразили, как пользоваться необычной картой мозга. Иными словами, чтобы остальной мозг функционировал нормально, зрительной коре Алисы не требовалось выстраиваться согласно нормальному генетическому плану. В согласии со всем тем, что мы наблюдаем на протяжении этой книги, генетика Алисы не создала хрупкую систему, которая выйдет из строя при малейшем отклонении от заданного направления. Напротив, она распаковала живую сеть, которая в любом случае сама придумает, как обеспечить девочке зрение.

Если у Алисы правое полушарие отсутствует от рождения, то у Мэтью одно полушарие по показаниям удалили хирургическим путем (см. ). Он слегка прихрамывает, а в остальном способен вести самостоятельную жизнь без опеки и помощи. Как и у Алисы, у Мэтью оставшееся полушарие сообразило, что делать: ткань мозга перестроилась, чтобы поддерживать обычную работу даже при радикальных изменениях. И у Алисы, и у Мэтью карты мозга трансформировались таким образом, чтобы уложиться в половину прежде занимаемой территории, сохранив в целости взаимосвязи, задачи и функции.

Как происходит такая радикальная перестройка? Первые подсказки дала обыкновенная лягушка, у которой зрительная система устроена проще, чем у человека. Нервные волокна от ее глаза проходят в область, называемую оптическим тектумом (в грубом приближении оптический тектум более или менее подобен первичной зрительной коре у млекопитающих), — от правого глаза в левый тектум, от левого соответственно в правый. При этом нервные волокна соблюдают порядок: те, что идут от верхней части глаза, входят в верхнюю часть тектума, а идущие от левой части глаза — в левую. Получается, что каждому выходящему из глаза нервному волокну заранее предписан свой адрес доступа в тектум. А что произойдет, если часть тектума устранить на той стадии развития, когда нервные волокна еще не дотянулись до него? Ответ: то же, что и в мозге Алисы, — вся карта зрительного поля — ретинотопичес­кая карта — развернется на меньшей целевой территории. И выглядеть будет нормально, как ей и полагается. Просто она несколько спрессуется — подобно карте сердобольной Республики Гаити после того, как цунами разорило восточную часть острова (рис. 8.4).

Теперь поднимем эксперимент на следующий уровень: что будет, если головастику справа или слева трансплантировать дополнительный глаз? В этом случае непредусмотренные волокна зрительного нерва должны будут присоседиться в тектуме к штатным волокнам, идущим от двух глаз. В результате глаза (два положенных генетикой и один лишний) разделят территорию на чередующиеся полосы и каждый набор полос будет содержать полную карту глаза. И снова мы видим, что входящие нервные волокна используют пространство, имеющееся в наличии (рис. 8.5). Это сродни тому, что какое-то новое государство нахально вторгнется на остров Гаити, а граждане республики (вот добряки!) согласятся выделить ему жизненное пространство — полосами, чередуя свои владения с территорией, отданной пришельцам. Этакая чересполосица!

Подобные эксперименты демонстрируют способность карт мозга при необходимости ужиматься и разделять территорию. А будет ли карта растягиваться, если обнаружится дополнительная свободная область? В целях исследования вопроса ученые удалили в одном глазу лягушки половину сетчатки, и теперь только половина нормального количества оптических нервных волокон поступает в нормальных размеров территорию оптического тектума. В этом случае карта (теперь кодирующая только половину зрительного поля) расширяется, чтобы использовать весь тектум (рис. 8.6).

Опираясь на примеры Алисы, Мэтью и лабораторных лягушек, можно сделать следующий вывод: нейронные карты не предопределяются генетической комиссией по территориальному планированию. Наоборот, заполняется и используется вся территория, имеющаяся в наличии.

На это свойство динамической перестройки мы возлагаем надежды, если мозг получил повреждения в результате инсульта. Первоначальный отек через некоторое время спадает, и тогда-то мозг всерьез берется за дело. Крупные кортикальные перестройки могут происходить в течение месяцев или лет, и утраченные функции в какой-то момент восстанавливаются. Подобные явления часто наблюдаются после утраты речи. У большинства людей речевой центр располагается в левом полушарии, и после левостороннего инсульта пациент утрачивает способность выговаривать или понимать слова. Однако через какое-то время речевая функция начинает восстанавливаться — не потому, что необратимо поврежденная мозговая ткань в левом полушарии исцеляется сама собой, а потому, что эта работа передается правому полушарию. Как следует из одного отчета, у двоих пациентов после инсульта левого полушария нарушилась функция речи, но потом частично восстановилась. Однако позже обоих поразил инсульт правого полушария (вот невезение!), пос­ле которого восстановившаяся было функция речи ухудшилась, и это подтверждает, что данная функция была передана из пораженного левого полушария в тогда еще здоровое правое.

Таким образом, мы видим, что карты мозга растягиваются, ужимаются и перемещают свои функции. Но откуда они знают, как это сделать? Для ответа нам придется еще немного приблизить нейронные чащобы.

Как равномерно распределить наркоторговцев

Я вырос в городе Альбукерке. Как и в любом другом городе, там жили и работали врачи, адвокаты, учителя и инженеры — и, кроме того, как всем известно из телесериала «Во все тяжкие», обретались у нас и наркоторговцы. Подрастая, я все больше дивился, как эти нехорошие люди умудряются распределять между собой территорию города. В конце концов, не только в бедных кварталах они промышляли (хотя полицейский контроль там был строже всего); напротив, торговцы дурью пролезли во все городские углы и закоулки, причем у каждого «на балансе» имелись свои несколько кварталов, куда остальные не совались.

Так как же они определяли, кому какую территорию окучивать? На сей счет имеются две возможности.

Первая: градоправители Альбукерке созвали съезд наркоторговцев, рассадили всю гоп-компанию на раскладных стульях в здании муниципалитета и давай делить городскую территорию честно и справедливо. Назовем этот подход инициативой сверху.

Альтернативная возможность — инициатива снизу. Предположим, что между наркодилерами бушевала жесткая конкуренция и ставки были очень высоки. При таком раскладе каждый наркодилер довольно быстро сообразит, что способен плотно контролировать только определенный район. Ясно, что там бы они орудовали кто во что горазд, притом что их аппетиты сдерживали бы действия конкурентов в соседних районах, и в какой-то момент дилеры обнаружили бы, что естественным образом распределились по всей городской территории.

Какие последствия возымел бы раздел территории по инициативе снизу? Предположим, что часть Альбукерке после торнадо лежит в руинах. Что тогда произойдет? Когда город немного оправится, наркоторговцы смекнут, как ужать свои территории и потесниться, чтобы сократившихся «деловых угодий» хватило на всех. Никто ведь не спустит им сверху указаний, что, поскольку территория конкурентов сократилась, надлежит поделиться своими владениями с пострадавшими.

Возьмем противоположную возможность: площадь города внезапно удвоилась. В этом случае мы обнаружим, что дилеры распространились на свободные территории, — так сказать, заполнили вакуум, — обернув себе на пользу прибыток угодий и ослабшую конкуренцию. И снова все произойдет без директивы сверху.

Высокоуровневые паттерны городской территории возникают вследствие конкуренции на самом низовом уровне — среди индивидов. Любой наркодилер желает иметь свою долю бизнеса. У каждого есть близкие, которых надо содержать, аренда, которую следует оплачивать, а может, и мечта о новом автомобиле — и потому он беспрестанно борется за свою нишу. Гибко-подвижная городская карта распределения наркоторговцев есть неумышленное следствие индивидуального поведения, а совсем не спланированная городскими властями схема.

Теперь вернемся к мозгу. Возьмите любой учебник по нейробиологии: вы обязательно найдете в нем информацию о передаче нервных импульсов, то есть высвобождении из нейрона небольшого количества особого вещества — нейромедиатора. Нейромедиатор химически связывается с рецепторами другой клетки, вызывая короткий всплеск электрической или химической активности. Таким путем нейроны посылают сигналы друг другу.

Давайте рассмотрим клеточное взаимодействие в другом свете. В микроскопическом царстве вокруг нас одноклеточные создания вырабатывают особые химические вещества. Но они несут вовсе не дружественные послания; напротив, это защитные механизмы, предупредительные выстрелы в воздух. Попробуем представить миллиарды клеток мозга в виде миллиардов одноклеточных организмов. Хотя обычно мы исходим из того, что нейроны благополучно сотрудничают, мы можем воспринимать их как заклятых врагов, беспрерывно воюющих друг с другом. И они вовсе не передают один другому информацию, а злобно плюются друг в дружку. Через эту призму активность мозговой ткани предстает перед нами как конкуренция между миллиардами самостоятельных агентов, каждый из которых отчаянно сражается за ресурсы и изо всех сил пытается выжить. И каждый, совсем как наркоторговцы в Альбукерке, эгоистичен.

При такой интерпретации ряд экспериментальных открытий с легкостью находит объяснение. Например, в начале 1960-х годов Дэвид Хьюбел и Торстен Визель показали, что перемежающиеся полосы в зрительной коре млекопитающих принимают сигналы либо от левого глаза, либо от правого. В норме каждый глаз контролирует по равной доле территории. Но если на раннем этапе развития одному глазу перекрыть зрение, более мощные входные сигналы от другого начинают захватывать большую площадь. Иными словами, ретинотопические карты в зрительной коре под влиянием опыта могут кардинально меняться: входные сигналы от сильного глаза удерживаются и усиливаются, тогда как входные сигналы от закрытого глаза слабеют и в конечном счете угасают. В подобных экспериментах демонстрируются два момента. Во-первых, эти карты не являются чисто врожденными. Во-вторых, удержать территорию возможно только при постоянной активности. А по мере ослабления входных сигналов нейроны меняют свои связи до тех пор, пока не найдут место, где происходит действие.

Эти открытия подсказывают нам, как помочь детям с косоглазием. Ребенок с врожденным расходящимся или сходящимся косоглазием в конце концов теряет зрение в меньше используемом глазу. Однако корень зла кроется не в самом глазу, а в зрительной коре. Поскольку один глаз доминирует, он побивает в конкуренции косящий глаз, забирая себе больше кортикальной территории в задней части мозга. В этом случае следует хирургически скорректировать косящий глаз, а затем закрыть плотной накладкой здоровый (рис. 8.7). Таким путем мы дадим слабому глазу шанс вернуть утраченную кортикальную территорию. Как только баланс занимаемых каждым глазом территорий восстанавливается, накладку снимают, и оба глаза видят одинаково хорошо.

Этот способ лечения основан на знании, что с самого рождения организма нейроны непрерывно конкурируют. Вспомним схему структурной организации тела гомункулуса. В  мы столкнулись с загадкой, откуда мозгу знать (не забываем, что он заключен в потемках под сводами черепа), как выглядит вверенное ему тело. Изменения в его строении наталкивают на вывод, что мозг рисует карту тела, опираясь на простые правила.

Иными словами, карта естественным образом получается из взаимодействия тела с миром, притом что прилежащие части тела отгораживают себе соседние представительства в мозге. Данный процесс, как в случаях с наркодилерами и врожденным косоглазием, определяется конкуренцией. И по этой причине сразу после потери конечности (скажем, руки у адмирала Нельсона) соседние представительства занимают освободившееся пространство. Удержание кортикальной территории требует постоянного притока входных сигналов к отдельным нейронам: когда сила сигналов затухает, нейроны норовят переподключиться туда, где сигналы из внешнего мира не иссякают.

По этой же, кстати сказать, причине гомункулус имеет такой чудной вид. У него огромные пальцы рук, губы и гениталии при миниатюрных туловище и ногах (рис. 8.8). Это результат все той же конкуренции: в пальцах, губах и гениталиях густота рецепторов гораздо выше, чем в менее чувствительных частях тела, например в бедрах и туловище. Участки тела, от которых мозг получает львиную долю входящей информации, удостаиваются наибольшего кортикального представительства.

Таким образом, систему правильно представлять так: на низовом уровне процветает непрерывная конкуренция, и в результате на более высоких уровнях обрисовываются кортикальные владения (расширяющиеся, сжимающиеся, совместно используемые). И поскольку локальные войны бушуют на протяжении всей жизни организма, карты мозга беспрестанно перерисовываются. Все это происходит потому, что каждый нейрон вынужден отвечать на тот же вызов, что и городской наркоторговец: отыскать свободную нишу и всю жизнь напролет защищать ее от соседских посягательств. Нейроны воюют в мозге за кортикальную территорию не на жизнь, а на смерть: каждый нейрон на протяжении своего существования борется за ресурсы, чтобы гарантировать себе выживание. А за какие именно ресурсы конкурируют нейроны? С наркоторговцами в этом смысле все ясно: ими движет жажда денег. А каков эквивалент денег для нейронов?

***

В 1941 году молодая итальянка Рита Леви-Монтальчини бежала из родного Турина и поселилась в сельской глуши, скрываясь от немцев и итальянцев: она была еврейкой, и, когда ее страна заключила союз с нацистами, над девушкой нависла смертельная угроза. Нейробиолог по образованию, Рита устроила в своем убежище маленькую лабораторию и принялась изучать, как развиваются конечности у эмбрионов цыпленка. Исследования привели ее к открытию фактора роста нервной ткани, за что в 1986 году Рита Леви-Монтальчини получила Нобелевскую премию.

Фактор роста нервов стал первым из открытых в семействе химических соединений, называемых нейротропинами, которые поддерживают жизнеспособность нейронов. Эти белки, выделяемые клетками — мишенями нейронов, и есть валюта, за которую конкурируют нейроны и синапсы. Нейротропины стимулируют нейроны создавать и стабилизировать связи. Нейроны-счастливчики, успешно добывающие факторы роста, благоденствуют. Нейроны-неудачники повсюду протягивают свои отростки и, если их попытки безуспешны, в конце концов умирают.

Помимо поисков вознаграждения в виде нейротропинов у нейронов имеется еще одна забота — избегать опасного воздействия токсичных факторов. Например, синаптотоксины уничтожают существующие синапсы, и аксоны наперегонки стараются избежать их кары сохранением активности: стоит ей упасть ниже порогового уровня — и конец, их песенка спета.

Таким путем многослойный язык притягивающих и отталкивающих молекул обеспечивает нейронам обратную связь, опираясь на которую они определяют, стоит ли сохранять свои позиции и расширяться или же надо ужаться, отправляться в другие места, а то и самоустраниться во имя общего блага.

***

Параллельно с факторами на уровне отдельных нейронов еще одно свойство более высокого порядка определяет, будет ли вся система гибко-подвижной или закоснелой. Существуют два типа нейронов: одни передают сигналы, стимулирующие соседние нейроны (возбуждающие), другие — сигналы, которые соседей расхолаживают (тормозящие). Нейроны двух типов переплетаются в нейронных сетях, их совокупное действие определяет степень гибкости системы. Если торможения слишком много, нейроны не могут адекватно конкурировать и изменений в системе больше не будет. Если торможения слишком мало, конкуренция становится чрезмерно сильной и победитель не может проявиться. Хорошо откалиброванная, гибкая система требует баланса между торможением и возбуждением; нейроны могут соревноваться достаточно, не слишком мало и не слишком много. Если конкуренция ослабевает, система застывает. Если конкуренция свирепствует, победители не выявляются и, соответственно, не могут верховодить.

В качестве метафоры сравним Северную Корею и Венесуэлу. В Северной Корее режим настолько жестко подавляет любую инициативу, что народ не может сделать ничего, что не было бы сначала одобрено правительством. В Венесуэле, наоборот, режим столь мягкий, что наркокартели, мафия и представители преступного мира обнаглели до предела. В обоих случаях о процветании и речи нет: в Северной Корее — из-за чрезмерного подавления, в Венесуэле — из-за чрезмерного попустительства. В масштабах всего мира наиболее преуспевающие страны поддерживают тонкий баланс между чрезмерной уступчивостью и чрезмерной жесткостью. В этом смысле очень полезны двухпартийные системы, и в нашем контексте мы рассмотрим консервативную и либеральную идеи как аналогию двух конкурирующих типов нейропередачи — возбуждающей и тормозящей. В реальности одна из партий обычно доминирует, но очень слабо. Президент представляет одну партию, а большинство в конгрессе обычно принадлежит другой. Хотя принято сетовать на проистекающие от двухпартийной политики нескончаемые дебаты, она идеальна для осуществления полезных перемен. И напротив, тотальное господство одной партии ведет к захвату системы, что в историческом плане оборачивается для народа неисчислимыми бедами. Магию положительного баланса как в мозге, так и в правительствах рождают взаимоуравновешивающие силы: только таким путем можно поддерживать комбинированную, сбалансированную и готовую к переменам систему.

Как нейроны расширяют свою социальную сеть

Как мы видели выше, перемены в мозге могут случаться очень быстро — за какой-нибудь час. Каким образом ему удается так быстро производить столь крупные трансформации?

Помните испытуемых с плотно завязанными глазами, зрительная кора которых уже через час начинала реагировать на тактильные ощущения (см. )? Чтобы новые синапсы от осязательной и слуховой областей проросли в первичную зрительную кору, часа слишком мало, да и экспериментальные наблюдения указывают на изначальное присутствие этих связей в мозге. В самом деле, многие нейронные соединения уже существуют, но настолько подавлены (ингибированы), что их присутствие не несет никаких функций. Если их активировать, они подадут голос.

Для аналогии представьте, что ваш круг знакомых понес тяжелые потери. На недавней вечеринке вспыхнула безобразная ссора (ваши гос­ти распоясались не меньше вас), и вы насмерть переругались со всеми самыми близкими друзьями. Привычный приток общения внезапно обмелел, что побудило вас откликнуться на сигналы от менее близких приятелей, никогда прежде не имевших шанса полностью завладеть вашим вниманием. Раньше их голоса тонули в гомоне тесных отношений с закадычными друзьями, а теперь вы слышите этих отдаленных знакомцев и начинаете заполнять ими вакуум своей социальной жизни, культивируя и усиливая слабые дружеские связи.

Приведенная аналогия должна подсказать вам, что механизм пробуж­дения подспудно существующих связей направлен на то, чтобы устранить ранее подавлявшие их сильные связи. Если вернуться к терминам неврологии, то предыдущие связи создавали латеральное торможение, то есть подавляли активность ближайших соседей. Когда первоначальные входные сигналы затихают (даже на короткое время, скажем при анестезии кисти руки или из-за повязки на глазах), перемены наступают быстро. Иногда — из-за изменений в коре, в других случаях — от растормаживания уже существующих соседних связей между таламусом и корой. Иными словами, в результате растормаживания широко представленные, но до времени спящие отростки нейронов становятся функционально работоспособными.

Выявлять такие соединения возможно только потому, что мозг наделен избыточным количеством перекрестных связей. При рождении избыточность высока, но с возрастом снижается. Например, давайте проверим, как подействует на индивида громкий зуммер, а предварительно поместим ему на голову электроды (метод электроэнцефалографии), чтобы измерить реакцию мозга. У взрослого здорового человека зуммер спровоцирует электрический ответ, который можно измерить непосредственно в слуховой коре, при этом в зрительной коре зафиксируется слабая реакция или вообще никакой реакции не последует. А теперь сравним это с реакцией полугодовалого младенца: она будет примерно одинаковой силы и в слуховой, и в зрительной коре. Знаете почему? Потому что избыточность нейронных связей в мозге младенца означает, что слуховая кора мало отличается от зрительной. В возрас­те между шестью месяцами и тремя годами сила измеримой реакции на звуковой сигнал в зрительной коре постепенно снижается. Перегруженный связями в начале существования мозг со временем обрезает лишние. Однако первоначальные перекрестные связи исчезают не полностью. Даже во взрослом мозге первичные слуховые нервные волокна всё еще напрямую подключены к первичной зрительной коре, и наоборот. Перекрестная «прошивка» мозга первичными нервными волокнами позволяет при необходимости оперативно перепрофилировать области коры (перенаправлять потоки входных сигналов на запасные проводящие пути).

Перемены в мозге происходят не только за счет пробуждения спящих нейронных связей. В более длительном временном масштабе мозг применяет другую уловку: отращивает аксоны в новые области, после чего там пышным цветом расцветают нейронные связи. Если вернуться к аналогии с друзьями, то представьте, что вы всё активнее обмениваетесь посланиями с теми знакомыми, с которыми прежде мало общались. Учитывая, что после разрыва с прежними друзьями в вашем «социальном календаре» зияют пустоты, вы охотно принимаете приглашения от неблизких знакомых и открываетесь для новой дружбы, которой раньше не было места в ваших плотных дружеских отношениях. Точно так же обстоят дела и с мозгом: дайте ему достаточно времени, и отрубленные от связей области мозга раскинут ветвистые побеги новых нейронных связей.

Подведем итог: общий принцип реорганизации мозга построен на скрытом присутствии огромного множества спящих связей. В обычном случае они заторможены и более или менее ни на что не влияют. Но при необходимости их можно пробудить. Благодаря этому скрытому резерву мозг способен быстро реагировать на изменения входных сигналов. Вместе с тем количество спящих связей ограничено, и потому для более длительных и широких перемен он применяет другой подход: если окажется, что краткосрочные перемены полезны, то за ними в конечном счете последуют долговременные изменения (образование новых синапсов и аксонов).

Наряду с этими двумя подходами еще один помогает системе формировать себя — смерть.

Выгоды правильной смерти

Если задуматься, как Микеланджело ваял один из своих скульптурных шедевров, легко представить, что он создавал его из мрамора, скрупулезно, фрагмент за фрагментом, вырезая каждый палец, нос, лоб, струящиеся складки одежды. Но вспомним, что все начиналось с огромной цельной глыбы, и скульптура возникала под его резцом за счет удаления лишнего, а никак не добавления нового. Секрет гениальных творений Микеланджело кроется в его умении разглядеть сокрытые в каждой глыбе мрамора фигуры и открыть их миру.

Такой же принцип применяет мозг для долговременных изменений. Нейроны проживают свои маленькие жизни в беспрерывном поиске правильного места. Они во все стороны выпускают щупальца и, если встречают положительную реакцию, продолжают в том же духе, а сталкиваясь с холодным приемом, стараются попытать счастья с другими нейронами по соседству. Если же получить положительную обратную связь не удается, нейроны в определенный момент понимают, что для них просто нет места в сети.

Существуют два вида гибели клеток. Если клетки не получают питательных веществ (скажем, из-за закупорки артерии ткань лишается притока крови), они умирают неаккуратно — продукты воспаления распространяются наружу и наносят ущерб соседним тканям. Этот патологический процесс называется некроз. Второй вид клеточной смерти — апоптоз: клетки по сути совершают самоубийство — закрывают лавочку, приводят свои дела в порядок и сами себя съедают. Апоптическая смерть клеток не так уж плоха. В сущности, это механизм, посредством которого нервная система сама себя выстраивает. В процессе эмбрионального развития траектория движения от перепончатой конечности к четко выраженным пальцам обеспечивается отсечением лишних клеток, а не их добавлением. Те же принципы применимы и к построению мозга. В процессе развития организм продуцирует на 50% больше нейронов, чем нужно. Массовое их вымирание — стандартная рабочая процедура.

Рак — проявление пластичности, при которой что-то пошло не так

Не исключаю, что пути изучения онкологических заболеваний на современном этапе в какой-то момент пересекутся с нашими исследованиями пластичности мозга.

Представлю вам схематичную картинку возникновения рака: в клетке происходит мутация, принуждающая ее снова и снова делиться. При такой бесконтрольной репликации клетки накапливаются, вырастают в опухоль и нарушают работу остальной системы.

В реальности рак гораздо сложнее, чем я описал. В самой опухоли миллиарды клеток конкурируют за выживание, причем раковые клетки бывают очень непохожи друг на друга. Как и клетки мозга, они тоже обречены на вечное соперничество в борьбе за выживание. При ограниченном запасе питательных веществ каждая клетка старается урвать свое, чтобы выжить. При типичном раке мутация клетки дает ей незначительное преимущество в горниле смертельной конкуренции, позволяющее слегка опережать ближайших соседей. Однако как только клетка-мутант реплицируется, ее копии сами вступают в конкурентную борьбу. Возникают новые мутации, носители которых получают новое, более значительное преимущество и в итоге могут конкурировать еще немного успешнее. Таким образом, конкурентная борьба продолжается, развивается, рождает еще более сильных воинов — до тех пор, пока раковая опухоль в конце концов не убьет своего хозяина.

Теперь снова обратимся к мозгу и телу. Мы существа с живой нервной системой. Нейроны в мозге (а в целом все клетки в организме) вечно борются за выживание и иногда в запале борьбы скатываются в патологию. Некоторые мутации в таких обстоятельствах могут обеспечить клетке небольшое преимущество — но только ценой сталкивания всей системы в гибельный водоворот.

Предполагаю, что многоклеточные организмы отыскали эволюционную нишу на тоненькой, как лезвие ножа, грани хаоса в попытке сохранять баланс между конкуренцией, в чем-то приносящей пользу, и конкуренцией, убивающей систему. На мой взгляд, это одно из объяснений колоссального распространения онкологических заболеваний в животном царстве. Например, у большинства млекопитающих вероятность под конец жизни заболеть раком составляет 30%. Представляется, что система на удивление легко может низвергнуться в это состояние.

В излишне конкурентной системе даже крохотное преимущество рискует обернуться катастрофой: оно может усилить конкуренцию за изменения. А система, все элементы которой мирно уживаются, скорее всего, не порождает множественных мутаций — для нее в этом нет необходимости; соответственно, и гибель ей не грозит.

Сбережение нейронных лесов

Из этой главы мы узнали, как простые правила конкуренции за территорию позволяют мозгу кодировать свои карты, способные растягиваться и сжиматься. Познакомились с Алисой, которая родилась с одним полушарием мозга, вспомнили Мэтью, которому полушарие удалили хирургическим путем. И у девочки, и у мальчика нервная система перенастроились так, чтобы информация от обоих зрительных полей поступала в оставшееся в одиночестве полушарие. Такую возможность мозгу дала конкуренция на уровне синапсов и нейронов, позволившая быстро пробудить уже существующие, но спящие связи, а со временем отрастить новые аксоны и образовать новые синапсы. По ходу дела естественное желание Алисы и Мэтью ходить, бегать, играть в салочки и кататься на велосипеде посылало мозгу сигналы релевантности, что и побудило мозг каждого реорганизоваться.

Многосложность жизни во влажных экваториальных лесах подсказала мне аналогию с многосложностью жизни, протекающей в нейронных лесах мозга. Мы склонны представлять себе наши 68 млрд нейронов в виде деревьев и кустарников, произрастающих в тесноте, но не в обиде. А вдруг наши нейроны действительно схожи с реальными обитателями леса, беспрестанно борющимися за выживание? Деревья и кустарники перебирают бесчисленные стратегии, чтобы вырасти повыше, пошире или еще каким-то образом обойти конкурентов, потому что все отчаянно стараются дотянуться до живительного солнечного света. Без него они погибают. Нейротропные факторы мы рассматриваем как аналог света и когда-нибудь сможем понять стратегии нейронов в понятиях конкурентных каверз, которые они друг дружке подстраивают.

Как я подчеркивал выше, все, о чем мы только что узнали, коренным образом отличается от подходов к созданию современных технологий. Инженеры и конструкторы с гордым видом толкуют о прозрениях относительно эффективности, КПД, минимальности требований и техничес­кой чистоты. Последнее достигается урезанием связей, однако попутно встраивает в конструируемые системы неспособность балансировать на грани хаоса, неготовность к непредвиденному и невозможность быст­рой перестройки.

Зато мозг, как мы убедились, всеми этими свойствами обладает, что позволяет нам снова вернуться к вопросу, который пока остается на заднем плане, но уже требует ответа: почему молодой мозг настолько пластичнее зрелого?

Отправить