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

В течение первых двух лет жизни нейронные деревья растут очень быстро, образуя густые заросли. В мозге двухлетнего ребенка количество синапсов почти вдвое больше, чем у взрослого. В процессе развития дендритные деревья подвергаются регулярной обрезке: полезные синапсы сохраняются и множатся, а ненужные ликвидируются.

Причина, по которой я утверждаю, что маленькие дети – это подлинные самообучающиеся машины, заключается в том, что в первые годы жизни их мозгу свойственна невероятная синаптическая пластичность. Дендриты пирамидальных нейронов разрастаются с бешеной скоростью. При рождении кора ребенка напоминает лес после урагана – пустошь с торчащими кое-где голыми стволами. Однако уже через шесть месяцев от нее не остается и следа: нейронные связи и ответвления множатся, пока не образуют настоящие джунгли129.

Такая прогрессирующая комплексификация нейронных деревьев может свидетельствовать о том, что окружающая среда накладывает свой отпечаток на мозг и заставляет его расти по мере накопления данных. В реальности, однако, все гораздо сложнее. В незрелом мозге синапсы не возникают прямо пропорционально научению. Они скорее создаются в чрезмерном количестве; роль окружающей среды состоит в том, чтобы эти синапсы сохранить или уничтожить – в зависимости от их полезности для организма. В раннем детстве плотность синапсов вдвое больше, чем во взрослом возрасте. В каждой области коры за непрерывными волнами перепроизводства следует избирательная ликвидация бесполезных синапсов или, наоборот, приумножение тех синапсов и дендритных и аксональных ветвей, которые доказали свою ценность. Вспомните об этом в следующий раз, когда увидите маленького ребенка: каждую секунду в его мозге создается или уничтожается несколько миллионов синапсов. Эта бурная деятельность в значительной степени объясняет существование сензитивных периодов. В раннем детстве дендритные и синаптические системы еще очень податливы; чем старше становится мозг, тем эта гибкость ниже. В зрелом мозге научение сводится к маргинальным изменениям.

Примечательно, что всплески синаптического перепроизводства и прунинга происходят не везде одновременно130. Первичная зрительная кора, как и другие сенсорные области, созревает гораздо быстрее, чем области более высокого уровня. Организационный принцип, по-видимому, заключается в быстрой стабилизации входных сигналов путем фиксации корковой организации в низших сенсорных областях. Области, занимающие более высокие уровни в корковой иерархии – например, префронтальная кора, – сохраняют способность к трансформации намного дольше и стабилизируются последними: они продолжают меняться в подростковом возрасте и даже после него. У человека пик синаптического перепроизводства в зрительной коре заканчивается примерно в два года, в слуховой коре – в три-четыре года, в префронтальной коре – между пятью и десятью годами131. Миелинизация, образование изолирующей оболочки вокруг аксонов, происходит по той же схеме132. Первыми миелинизируются нейроны сенсорных областей. В результате обработка зрительной информации резко ускоряется: задержка передачи информации от сетчатки к зрительным областям снижается с четверти до десятой доли секунды в первые несколько недель жизни133. Гораздо медленнее происходит изоляция пучков волокон, которые проецируются на лобную кору, зону абстрактного мышления, внимания и планирования. В течение многих лет маленькие дети обладают гибридным мозгом: их сенсорные и моторные нейроны достаточно зрелы, в то время как высшие области продолжают работать с медленной скоростью, характерной для немиелинизированных нейронов. По этой причине в течение первого года жизни им требуется в четыре раза больше времени, чем взрослым, чтобы осознать базовую информацию – например, присутствие лица134.

В такт с последовательными волнами синаптического перепроизводства и миелинизации начинаются и заканчиваются сензитивные периоды для научения. Низшие сенсорные области одними из первых теряют способность к научению. Наиболее изученным примером как у людей, так и у животных является бинокулярное зрение135. Чтобы вычислить глубину, зрительная система объединяет информацию с обоих глаз. Однако такое «бинокулярное слияние» происходит только в том случае, если зрительная кора получает качественные сигналы от обоих глаз в течение четко определенного сензитивного периода, который длится несколько месяцев у кошек и несколько лет у людей. Если в течение этого периода один глаз остается закрытым, плохо видит или смещен из-за сильного косоглазия, сеть корковых нейронов, отвечающая за слияние информации, не формируется, и дефект приобретает перманентный характер. Вот почему «амблиопию», или «ленивый глаз», необходимо исправить в первые годы жизни, в идеале до трехлетнего возраста.

Другой сензитивный период позволяет нам овладеть звуками родного языка. Здесь младенцы чемпионы: при рождении они различают все фонемы всех языков. Где бы они ни родились и каков бы ни был их генетический фон, все, что им нужно, – это погрузиться в языковую ванну (одноязычную, двуязычную или даже трехъязычную), и через несколько месяцев их слух сам настроится на фонологию языка, на котором говорят все вокруг. С возрастом мы теряем эту замечательную способность. Как мы видели, японцы могут прожить всю жизнь в англоговорящей стране, но так и не научиться отличать звук [р] от звука [л], вечно путая красть с класть, рожки с ложками, ром с ломом. Правда, британцы и американцы ничем не лучше: будучи носителями английского языка, они никогда не смогут различить ни зубную и ретрофлексную версии согласного звука [т] (хотя для любого носителя хинди это раз плюнуть), ни короткие и длинные гласные финского и японского, ни четыре вида тонов китайского.

Исследования показывают, что мы теряем эту способность к концу первого года жизни136. В младенчестве мы бессознательно собираем статистику о том, что слышим, и наш мозг приспосабливается к распределению фонем, используемых окружающими. Примерно в двенадцать месяцев этот процесс затухает, и что-то в нашем мозге «ломается»: мы теряем способность учиться. За исключением чрезвычайных обстоятельств, мы больше никогда не сможем выдать себя за носителей японского, финского или хинди – отныне наша фонология (практически) не подлежит изменению. Взрослому человеку требуется огромное усилие, чтобы вновь обрести способность различать звуки на иностранном языке. Только при интенсивной практике и выраженном утрировании различий между [р] и [л] взрослый японец может научиться слышать разницу между этими звуками, а затем, со временем, частично восстановить способность их различать137.

Вот почему ученые говорят о сензитивном, а не о критическом периоде: способность к научению уменьшается, но никогда не исчезает полностью. У взрослых людей остаточная способность усваивать иностранные фонемы существенно варьируется. Для большинства из нас попытка правильно говорить на иностранном языке в зрелом возрасте – задача не из легких. Именно поэтому большинство французов в США говорят, как инспектор Клузо из «Розовой пантеры» (Vere iz ze téléfawn?). Примечательно, однако, что некоторые люди сохраняют способность осваивать фонологию иностранных языков; частичным предиктором этой компетенции может быть размер, форма и количество связей их слуховой коры138. В мозге таких счастливчиков, по-видимому, стабилизирован более гибкий набор связей – но это скорее исключение, чем правило.