Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока - Станислас Деан

Но вернемся к нашему эксперименту и младенцам, которые слушали предложения, лежа в МРТ-сканере. Попав в первичную слуховую кору, информация распространялась быстро. Через долю секунды «вспыхивали» и другие области, причем всегда в одной и той же последовательности: сначала вторичная слуховая кора, примыкающая к первичной, затем целый ряд участков височной доли и, наконец, зона Брока у основания левой лобной доли одновременно с верхней частью височной доли. Эта сложная цепочка обработки информации, расположенная в левом полушарии, удивительно похожа на цепочку обработки информации у взрослого человека. В два месяца у младенцев активируется та же иерархия фонологических, лексических, синтаксических и семантических областей мозга, что и у взрослых. И, как и у взрослых, чем выше поднимается сигнал в иерархии коры, тем медленнее реагирует мозг и тем выше уровень интеграции информации (см. цветную иллюстрацию 6)72.

Конечно, двухмесячные младенцы еще не понимают предложений, которые слышат; им только предстоит открыть для себя слова и грамматические правила. И все же лингвистическая информация активирует у детей те же высокоспециализированные совокупности нейронов, что и у взрослых. Почему же младенцы так быстро учатся понимать речь и говорить, хотя все остальные приматы на это не способны? Вероятно, все дело в том, что их левое полушарие снабжено заранее заданной иерархией нейронных сетей, которые специализируются на обнаружении статистических закономерностей во всех аспектах речи: звуке, слове, предложении и тексте.

Все вышеупомянутые области мозга активируются в определенном порядке потому, что тесно связаны друг с другом. За последнее время мы многое узнали о том, какие нейронные пути соединяют речевые центры у взрослых. В частности, специалисты по нейроанатомии обнаружили, что большой «кабель», состоящий из миллионов нервных волокон – дугообразный пучок, – соединяет височные и теменные центры в задней части мозга с лобными центрами, прежде всего со знаменитой зоной Брока. Этот пучок связей – маркер эволюции языка. Например, он значительно больше в левом полушарии, которое у 96 процентов правшей посвящено языку. Эта асимметрия уникальна для человека и не наблюдается у других приматов, даже у наших ближайших родственников – шимпанзе.

Опять-таки данная анатомическая характеристика не является результатом научения: она присутствует с самого начала. Кроме того, исследуя мозг младенца, мы видим, что при рождении полностью сформирован не только дугообразный пучок, но и все прочие основные пучки волокон, соединяющие корковые и подкорковые центры (см. цветную иллюстрацию 8)73.

Эти «магистрали» мозга закладываются в течение третьего триместра беременности. В процессе формирования коры аксон каждого возбуждающего нейрона «отправляется исследовать» окружающие области, иногда в радиусе до нескольких сантиметров – эдакий нейронный Христофор Колумб. Направление роста аксона регулируется химическим способом – концентрацией определенных молекул, которая варьируется от одной области к другой и служит своеобразной пространственной меткой. Терминали (концевые участки) аксона буквально вынюхивают химический путь, проложенный генами, и определяют направление, в котором следует двигаться. Таким образом, без какого-либо вмешательства из внешнего мира мозг самоорганизуется в сеть перекрестных связей, некоторые из которых присущи только человеку. Как мы вскоре увидим, эта сеть может быть дополнительно усовершенствована посредством научения, однако основа ее формируется еще в период внутриутробного развития.

Удивительно, правда? Каких-то двадцать лет назад многие исследователи считали крайне маловероятным, что мозг может представлять собой нечто иное, нежели беспорядочную массу случайных связей74. У них и в мыслях не было, что наша ДНК, содержащая лишь ограниченное количество генов, может включать детальный план высокоспециализированных нейронных сетей, опосредующих зрение, речь и моторику. Но это некорректное рассуждение. Наш геном содержит все детали нашего тела: он точно знает, как создать сердце с четырьмя камерами, два глаза, двадцать четыре позвонка, внутреннее ухо и три его перпендикулярных канала, десять пальцев и их фаланги… Так почему бы не создать мозг с множеством внутренних областей и подобластей?

Новейшие исследования показали, что уже в первые два месяца беременности, когда пальцы руки находятся еще в зачаточном состоянии, в них проникают три нерва – лучевой, срединный и локтевой, – каждый из которых нацелен на определенные конечные точки (см. цветную иллюстрацию 8)75. Та же самая высокоточная механика может существовать и в мозге: подобно тому как из зачатка кисти формируются пять пальцев, кора подразделяется на несколько десятков узкоспециализированных областей, разделенных четкими границами (см. цветную иллюстрацию 9)76. Уже в первые месяцы беременности многие гены избирательно экспрессированы в разных точках коры77. Примерно на двадцать восьмой неделе внутриутробного развития мозг начинает сворачиваться, и появляются основные борозды. На тридцать пятой неделе у плода уже сформированы все главные складки коры, и наблюдается характерная асимметрия височной области, содержащей речевые центры78.

Во время беременности развиваются не только корковые связи, но и соответствующие корковые складки. Во втором триместре кора головного мозга сначала абсолютно гладкая; затем появляется первый ряд гребней, напоминающих мозг обезьяны; наконец, возникают вторичные и третичные складки, типичные для человеческого мозга, – целое множество складок. Их последовательное развитие постепенно становится все более зависимым от деятельности нервной системы. В зависимости от обратной связи, которую мозг получает от органов чувств, одни нейронные сети стабилизируются, а другие, бесполезные, дегенерируют. Именно поэтому складчатость моторной коры немного отличается у левшей и правшей. Примечательно, что для левшей, которых в детстве заставляли писать правой рукой, характерен своего рода компромисс: форма их моторной коры типична для левши, но ее размер демонстрирует левостороннюю асимметрию правши79. Как заключают авторы этого исследования, «морфология коры головного мозга у взрослых хранит свидетельства как врожденных сдвигов, так и раннего опыта».

Складки в коре плода обязаны своим спонтанным формированием процессу биохимической самоорганизации, который зависит как от генов, так и от химического окружения клеток. Этот процесс нуждается в крайне скудной генетической информации и не требует никакого научения80. Такая самоорганизация далеко не так парадоксальна, как кажется: на самом деле, она встречается повсюду. Представьте, что кора головного мозга – это песчаный пляж, на котором под действием приливов и отливов образуются многочисленные наносы и углубления. Или представьте ее как пустыню, в которой безжалостный ветер день за днем создает впадины и дюны. На самом деле, полосы, пятна и шестиугольные клетки встречаются во всех типах биологических и физических систем: от отпечатков пальцев до полос зебры и пятен леопарда, базальтовых колонн в вулканах, песчаных дюн и облаков в летнем небе, расположенных на равном расстоянии друг от друга. Алан Тьюринг первым объяснил это явление: оказывается, нужно лишь локальное усиление и торможение на некотором расстоянии. Когда ветер дует над пляжем и песчинки начинают собираться в кучки, «запускается» процесс самоамплификации: зарождающийся бугорок ловит другие песчинки, в то время как за ним ветер завихряется и заставляет песок осыпаться; через несколько часов получается дюна. Иными словами, при наличии некоего источника локального возбуждения и торможения возникает плотная область (дюна), окруженная менее плотной областью (вогнутая сторона), за которой следует другая дюна, и так до бесконечности. В зависимости от конкретных обстоятельств спонтанно возникающие узоры образуют пятна, полосы или шестиугольники.