Вполне понятно, что мы рождаемся с множеством готовых нейронных систем. Многие зоны, отвечающие за сенсорную информацию и двигательные функции, уже хорошо сформированы при рождении, хотя им еще предстоит достичь своего полного, взрослого, потенциала[33]. Но младенцы – не пассивные губки, впитывающие впечатления от окружающей среды. Они способны действовать на основе этих впечатлений. Например, каждый новорожденный оснащен репертуаром поведенческих схем – рефлексов, которые играют жизненно важную роль в его развитии. Возьмем врожденный рефлекс, активизируемый легким прикосновением к щеке новорожденного. Он заставляет младенца повернуть головку и вытянуть губы в ожидании соска. Если сосок (или, по крайней мере, нечто подобной формы) касается губ ребенка, это вызывает у него сосательный рефлекс. Можно подумать, что ребенок решил поесть, однако все эти схемы поведения – совершенно непроизвольные, автоматические и не требуют никакого решения. На деле не нужен очень сложный мозг, чтобы выполнять эти действия. Дети с анэнцефалией, рожденные вообще без лобной коры, наделены сосательным рефлексом, поскольку эта схема поведения поддерживается примитивными нейронными цепями, лежащими в стволе мозга. Но детям с анэнцефалией не суждено испытать, что такое быть человеком. Они не обучаются. Они не знают, что такое скука[34]. Они просто реагируют. У них никогда не разовьется чувство собственного Я. Большинство из них умрут в первые же дни.
Мозг здоровых младенцев создан для изучения окружающей среды. И это изучение начинается очень рано. Сейчас мы знаем, что даже нерожденные дети способны узнавать голос своей матери, они вырабатывают предпочтение к той еде, которую она ела во время беременности, и запоминают музыкальные темы из телевизионных сериалов, которые она смотрела, пока была беременна[35]. Все это доказывает, что мозг уже функционирует и сохраняет в себе паттерны связей, представляющие внешний мир. Вот почему отделить относительное влияние природы от влияния воспитания всегда трудно, и результат будет спорным. С какого момента начинать измерение? От зачатия или от рождения?
Нейробиологи спорят о том, сколько систем взрослого мозга наглядно работает у младенца. Однако ясно, что, даже если большая часть архитектурного проекта мозга передается с генетическим кодом, все равно остается немалый объем работ по коррекции и расширению исходного плана. Именно здесь среда формирует мозг, создавая матрицу нейронных связей, которая лепит нашу психику.
Пластичный мозг
Я однажды купил занимательную игрушку «Вырасти свой собственный мозг». Это был крошечный мозг из спрессованного пористого пластика, который нужно положить в воду, и он будет постепенно увеличиваться, вырастая до значительного объема. Это неплохое развлечение, но не поможет в познании. Да, младенцы увеличивают размеры своего мозга, но они не просто раздувают его. Вес мозга новорожденного человека составляет примерно четверть от веса мозга взрослого, и в течение первого года практически половина разницы исчезает! И, как ни странно, изменение массы мозга происходит не потому, что в нем увеличивается количество нейронов. (Фактически новорожденные дети обладают полным комплектом нейронов, который останется с ними до конца их жизни.) Большая часть изменений происходит благодаря быстрому наращиванию коммуникаций между нейронами[36].
Рис. 5. Иллюстрация наращивания числа нейронных связей в процессе развития
Как можно увидеть на рисунке 5, где изображена кора головного мозга ребенка от рождения до 15 месяцев, в младенчестве человеческий мозг переживает массированный взрыв установления связей между нейронами[37]. Известно, что мозг детеныша крысы на пике активности формирует нейронные связи со скоростью 250 000 в секунду, т. е. 15 000 000 связей каждую минуту. Мы не знаем, насколько быстро этот процесс происходит у человека, но, видимо, еще быстрее.
Эти структурные изменения, благодаря взаимодействию биологических механизмов с окружающим миром, формируют мозг, подходящий для данной среды обитания. Моделирование осуществляют два взаимодействующих процесса[38]. Во-первых, генетические команды заставляют нейроны создавать все новые и новые связи. Это создает изначальное перепроизводство межнейронных связей. Именно поэтому изображения выглядят как подземная корневая система сорняков, растущих в саду. Во-вторых, за этим приступом перепроизводства следует период отсечения, когда лишние связи между нейронами утрачиваются[39]. Около 4 из каждых 10 связей утрачивается со скоростью примерно 100 000 потерь в секунду на пике этого процесса. Такая потеря связей особенно интересна и поначалу удивительна. Зачем природа вкладывает столько усилий в строительство мостов между нейронами только для того, чтобы потом порушить их практически с той же скоростью?
Оказалось, что перепроизводство и последующая отбраковка связей могут быть хитроумной стратегией формирования мозга в соответствии с окружающей его средой. Массивное наращивание связей означает, что мозг создается для любой потенциально возможной схемы активизации, которая может встретиться в ходе жизненного опыта. Но помните, что только те нейроны, которые возбуждаются вместе, связаны между собой. Если этого не происходит, природа отсекает ненужную связь. Аналогично нашим взаимоотношениям: «если ты не отвечаешь на мой звонок, я больше не буду тебе звонить».
Взаимные коммуникации делают возможным изменение архитектуры мозга в процессе получения опыта. Мы знаем это благодаря исследованиям животных: было продемонстрировано, что воздействие окружающей среды в раннем возрасте влияет на связи в мозге. Например, если растить крысят в изоляции, где им нечего делать и не на что смотреть, связей в коре мозга у них будет меньше в сравнении с крысятами, которые выросли в более богатой среде, где было много других крыс, с которыми они могли играть. Лауреат Нобелевской премии Дэвид Хьюбел и Торстен Визель обнаружили нарушение активности нейронов коры головного мозга у кошек и обезьянок, находившихся на ранних стадиях развития в среде, ограниченной с точки зрения визуальной информации. Более того, некоторые специфические виды визуальной депривации[40] приводили к особым нарушениям. Например, животные, выросшие в стробоскопическом мире, относительно нормально видели объекты, но были неспособны замечать слабые движения (так же как люди не могли видеть непрерывные движения на дискотеках 1970-х, когда там включали стробоскопы).
Одна несчастная женщина, получившая подобное повреждение мозга уже в пожилом возрасте, описывала, насколько трудно ей переходить дорогу, поскольку она не может судить о скорости приближающихся машин. Когда она наливает чай, это выглядит для нее как серия моментальных фотоснимков, на которых чашка сначала пуста, затем полна наполовину, затем чай льется через край[41].
Иногда способность видеть определенные вещи может быть утрачена. Животные, выращенные в среде, где отсутствовали прямые линии, в конце концов оказывались неспособны смотреть прямо. Короче говоря, исследования проблем депривации (лишения) в раннем возрасте продемонстрировали, что наказание соответствует преступлению[42]. Если в раннем возрасте исключить опыт восприятия каких-либо аспектов ощущений, эффект этого останется на всю жизнь. Дети, выросшие с неполноценным зрительным опытом, приобретают устойчивую потерю зрительного восприятия, известную как амблиопия. Амблиопия – это проблема не глаз, а тех областей мозга, которые формируют визуальный образ. Именно поэтому в дальнейшей жизни ношение очков не поможет больным амблиопией. Страдающие амблиопией не могут полноценно воспринимать фильмы в 3D – у них отсутствует стереовидение, требующее, чтобы в раннем детстве адекватная информация поступала в мозг от обоих глаз. Для того чтобы это изменить, надо исправлять проблему, когда она только возникла, иначе соответствующие связи в мозге утрачиваются навсегда[43]. Это ведет к обсуждению другого фундаментального принципа развития мозга – сензитивных периодов.
33
P. Rakic, «Intrinsic and extrinsic determinants of neo-cortical parcellation: A radial unit model», in M.H. Johnson, Y. Munakata and R. Gilmore (eds), Brain Development and Cognition: A Reader (2nd ed., Oxford: Blackwell, 2002), 57–82.
34
Y. Brackbill, «The role of the cortex in orienting: Orienting reflex in an anencephalic human infant», Developmental Psychology, 5 (1971), 195–201.
35
A.J. DeCasper and M.J. Spence, «Prenatal maternal speech influences newborns» perception of speech sounds», Infant Behavior and Development, 9 (1986), 133–150; J.A. Mennella, C.P. Jagnow and G.K. Beauchamp, «Prenatal and postnatal flavor learning by human infants», Pediatrics 107:6 (2001), E88; P.G. Hepper, «An examination of fetal learning before and after birth», Irish Journal of Psychology, 12:2 (1991), 95–107.
37
J.L. Conel, The Postnatal Development of the Human Cerebral Cortex, Vols I–VIII (Cambridge, MA: Harvard University Press, 1939–67).
38
W.T. Greenough and J.E. Black, «Induction of brain structures by experience: Substrates for cognitive development», in M. Gunnar and C. Nelson (eds), Minnesota Symposium on Child Psychology: Vol. 24. Developmental Behavioral Neuroscience (Hillsdale, NJ: Erlbaum (1992), 155–200.
39
P.R. Huttenlocher, C. de Courten, L.G. Garey and H. Van der Loos, «Synaptogenesis in human visual cortex. Evidence for synapse elimination during normal development», Neuroscience Letters, 33 (1982), 247–52.
40
Депривация (лат. Deprivato – потеря, лишение) – психическое состояние, вызванное лишением возможности удовлетворения необходимых жизненных потребностей. –
41
J. Zihl, D. von Cramon and N. Mai, «Selective disturbance of movement vision after bilateral brain damage», Brain, 106 (1983), 313–40.
42
D.H. Hubel, Eye, Brain and Vision, Scientific American Library Series (New York: W.H. Freeman, 1995).