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

Теперь позвольте мне рассказать о другом юном пациенте – десятилетней девочке, которую мы знаем только по ее инициалам, А. Г.123. У этого ребенка, как и у Нико, есть только левое полушарие: из-за врожденного дефекта правое прекратило развиваться на седьмой неделе беременности. Другими словами, почти всю свою жизнь А. Г. прожила без правого полушария. Ранняя пластичность коренным образом изменила ее мозг? Нет, но в отличие от Нико А. Г. способна различать слабый свет, форму и движение в левой части зрительного поля, которая должна проецироваться на отсутствующее правое полушарие. Ее зрение далеко от идеального, однако она действительно улавливает свет и движение в области, близкой к центру зрительного поля. Томография головного мозга показывает, что ее зрительные области подверглись частичной перестройке (см. цветную иллюстрацию 11). Так, в задней части неповрежденного левого полушария, в затылочной коре, удалось обнаружить совершенно нормальную карту правой части мира, а также небольшие аномальные участки, которые реагируют на левую часть. По-видимому, аксоны из той половины сетчатки, которая должна была полностью ослепнуть, вторглись в другую сторону мозга. Это крайнее проявление пренатальной пластичности, но даже в этом случае реорганизация лишь частична и недостаточна для восстановления нормального зрения. Поскольку зрительная система подчинена жестким генетическим ограничениям, пластичность действует только в ее узких рамках.

Но как далеко можно отодвинуть эти генетические границы? В одном эксперименте нейробиологу Массачусетского технологического института Мриганке Суру удалось преобразовать слуховую кору хорьков в зрительную124. Для этого во время небольшого хирургического вмешательства он повреждал слуховые пути плода, которые ведут от улитки к слуховой коре. Такие хорьки неизбежно теряли слух, однако затем происходила любопытная переориентация и в отключенный слуховой контур вторгались зрительные волокна. В итоге целая область коры, которая должна была отвечать за слух, начала реагировать на зрительные образы. Как и обычная зрительная кора, она содержала целую карту нейронов, чувствительных к свету и ориентированным прямым. Синапсы приспособились к этой новой конфигурации и стали кодировать корреляции между нейронами, которые изначально предназначались для слуха, но были перепрофилированы в зрительные процессоры.

Должны ли мы на этом основании заключить, что церебральная пластичность ведет к масштабным перестройкам и что именно опыт «организует кору», как провозгласили бы самые ярые защитники теории «чистого листа»?125 Как ни странно, Сур делает прямо противоположный вывод. Он настаивает, что это патологическая ситуация и что реорганизация далека от совершенства: зрительные карты в слуховой коре дифференцированы не так хорошо, как должны быть. Зрительная кора генетически приспособлена для поддержки зрения. В ходе нормального развития все области коры специализируются очень рано, под контролем многочисленных генов. Направление роста аксонов предопределено химически, согласно протокартам в развивающемся мозге. Только в конце пути они подвергаются растущему воздействию входящих сигналов и могут адаптироваться к ним. Нейрональный гобелен фиксирован – модификациям подвержены лишь небольшие, но важные стежки.

Также необходимо понимать, что не всякое изменение синапсов – даже изменение, вызванное нейронной активностью, – есть результат влияния окружающей среды. Мозг может использовать синаптическую пластичность и для самоорганизации. На начальных стадиях он генерирует паттерны активности изнутри, в отсутствие каких-либо внешних воздействий. Эти паттерны активности в сочетании с синаптической пластичностью затем используются для формирования нервных связей. Во время внутриутробного развития никакой сенсорной информации не поступает, однако мозг, мышцы и даже сетчатка глаза уже проявляют спонтанную активность (именно поэтому плод шевелится). Нейроны – возбудимые клетки: они могут срабатывать самопроизвольно, а их потенциалы действия самоорганизуются в мощные волны. Так, в сетчатке плода регулярно зарождаются случайные волны спайков, которые, хоть и не несут никакой визуальной информации в строгом смысле этого слова, помогают организовать зрительные карты коры126. Следовательно, на ранних этапах развития синаптическая пластичность не требует никакого взаимодействия с внешним миром. Только во время третьего триместра беременности граница между природой (наследственностью) и окружающей средой постепенно стирается: именно в это время мозг, который уже достаточно хорошо сформирован, начинает приспосабливаться как к внутреннему, так и к внешнему миру.

Даже после рождения нейроны продолжают генерировать случайные импульсы, не связанные с сенсорными сигналами. Очень медленно эта эндогенная активность развивается под влиянием органов чувств. Лучше всего данный процесс можно описать в рамках теоретической базы «байесовского мозга»127. Первоначальная эндогенная активность представляет собой то, что статистики называют априорной вероятностью: ожидания мозга, его эволюционные предположения, предшествующие любому взаимодействию с окружающей средой. Позже эти предположения корректируются под действием сигналов окружающей среды, и через несколько месяцев жизни спонтанная нейронная активность начинает напоминать то, что статистики называют апостериорной вероятностью: исходное распределение вероятностей изменилось, чтобы точнее отражать статистику реального мира. В ходе развития мозга внутренние модели, запечатленные в наших нейронных сетях, собирают статистику по своим сенсорным входам и совершенствуются. Конечным результатом является компромисс, выбор наилучшей внутренней модели из тех, что доступны в рамках изначальной организации.

Выше мы убедились, что пластичность мозга, с одной стороны, творит чудеса, а с другой – носит весьма ограниченный характер. Все связи могут и должны меняться по мере того, как мы живем, взрослеем и учимся. Тем не менее главные из них формируются еще до рождения и остаются, по существу, одинаковыми у всех нас. Все, чему мы учимся, является результатом незначительных корректировок на уровне микросетей, масштаб которых редко превышает несколько миллиметров. Несмотря на то что в процессе созревания нейронов их концевые ветви наращивают новые терминали, образуя контакты с другими клетками, эти связи остаются в пределах, заданных генетически. В ответ на воздействие окружающей среды нейронные пути могут изменять свою локальную коннективность, силу и миелинизацию, окружая себя изолирующей оболочкой, которая облегчает передачу информации, но не могут переориентироваться по своему желанию.

Помимо пространственного ограничения на связность между отдаленными участками, существует и временное ограничение: во многих областях мозга пластичность максимальна только в течение определенного интервала, так называемого сензитивного периода. Сензитивный период начинается в раннем детстве и обычно занимает несколько лет. Точные сроки варьируются: сенсорные области достигают максимальной пластичности примерно в возрасте года или двух лет, в то время как области более высокого порядка, такие как префронтальная кора, – в детском или даже раннем подростковом возрасте. Несомненно одно: с возрастом пластичность уменьшается; в результате научение хоть и не останавливается полностью, но становится заметно труднее128.