Вы то, что вы делаете: Как мозг перекраивает сам себя

До середины ХХ столетия в научном мире была принята теория о постоянстве строения и механизмов функционирования мозга взрослого человека. Ученые придерживались мнения, что обучение и новый опыт не могут изменить мозг в материальном плане. Неврологи и психиатры основывались в своей работе на идеях локализационизма, предполагавших четкую связь между психическими функциями и определенными участками мозга. Активно создавались карты, на которых обозначали расположение зон, ответственных за речь, зрение, слух, прикосновения. Известный пример подобных карт — это «гомункулус» (человечек) Пенфилда с огромной головой и кистями: его части тела пропорциональны размерам зон мозга, которые обеспечивают их функционирование.

Однако идеи локализационизма не могли объяснить некоторые феномены, такие как восстановление пациентов после перенесенного инсульта или способность глухих и слепых людей компенсировать свои ограничения. Постепенно выяснилось, что мозг обладает пластичностью: он способен изменяться не только в период своего формирования, но и во взрослом возрасте человека — как структурно, так и функционально.

«Видеть» мозгом

Одним из первых о нейропластичности заговорил американский нейрофизиолог Пол Бач-и-Рита. В 1969 году в журнале Nature была опубликована его статья о тактильно-зрительном аппарате, который позволял «видеть» слепым от рождения людям. Он представлял собой стоматологическое кресло, на спинке которого были расположены 400 вибрирующих точек. Перед креслом стояла большая камера, которая посылала преобразованное в электрические сигналы изображение на обрабатывающий их компьютер. Точки на спинке кресла вибрировали, отображая темные части пространства. Слепые люди быстро осваивали аппарат и начинали воспринимать тактильные ощущения как визуальную информацию — происходило так называемое сенсорное замещение. Если в сторону сидящего в кресле человека бросали мяч, он инстинктивно пытался увернуться от него.

Если в слепого, сидящего в таком кресле, бросали мяч, он пытался увернуться.

В то время еще не были доступны методы визуализации головного мозга, такие как функциональная магнитно-резонансная томография. Бач-и-Рита мог только предполагать, что тактильные сигналы перенаправляются в зрительную кору головного мозга участников его эксперимента. Сейчас мы точно знаем, что мозг активно загружает «простаивающие» зоны другими функциями. Ученые выяснили, что слепые люди, которые читают тексты шрифтом Брайля, задействуют зрительную кору. Также она способна обрабатывать звуковую информацию. Это происходит у слепых людей, которые с помощью длительных тренировок развили способность к эхолокации.

В наше время аппараты сенсорного замещения стали намного компактнее. В 2015 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило использование устройства BrainPort компании Wicab, основанной Полом Бач-и-Рита в 1998-м. Оно представляет собой обруч с камерой и небольшой пластиной, которая кладется на язык. BrainPort помогает слепым людям ориентироваться в пространстве, посылая на язык электротактильные сигналы.

Tabula rasa

Майкл Мерцених — еще один известный ученый — доказал, что карты мозга не являются универсальными и неизменными. В молодые годы он освоил технику микрокартирования, при которой электрод вводили внутрь определенного нейрона. Это позволяло зарегистрировать момент, когда нейрон посылает электрические сигналы другим нейронам, и таким образом точно определить проекционные зоны мозга. Команда Мерцениха проводила различные эксперименты, в которых перерезали нервы кисти или ампутировали пальцы обезьян. Оказалось, что внутри мозга происходит конкуренция функций за пространство карты мозга. Если какая-то зона «простаивает», ее захватывают другие. Мозг распределяет ресурсы по принципу «что не используется, то отмирает».

У большинства людей карты мозга похожи, но не идентичны. Они зависят от того, как мы росли и развивались. Живой пример невероятной пластичности мозга — Мишель Мак, которая родилась без левого полушария. Поразительно, но мозг женщины смог «перепрограммировать» сам себя: правое полушарие дополнительно взяло на себя функции левого. В случае Мишель потеря мозговых тканей произошла еще во время внутриутробного развития, до того, как в ее правом полушарии началась активная деятельность. Это позволило сформироваться мозгу «с чистого листа».

Право налево

Как это соотносится с популярной теорией о том, что правое полушарие — творческое, а левое — логическое? Просто: эта теория — миф, порожденный чрезмерным упрощением серьезного научного исследования.

В середине ХХ века нейробиолог Роджер Сперри со своей командой изучал пациентов с тяжелой эпилепсией, которым была проведена операция по рассечению мозолистого тела, соединяющего полушария головного мозга. Ученые показывали участникам эксперимента объект на экране таким образом, чтобы его могло воспринимать только правое полушарие. Оказалось, что люди с расщепленным мозгом замечают объект, но не могут его назвать. Сперри предположил, что левое полушарие отвечает за речь. С помощью похожих экспериментов он также установил, что математические расчеты выполняются в левом полушарии, а пространственное мышление — в правом. В 1981 году за открытие специализации полушарий Сперри получил Нобелевскую премию.

В 1973 году в журнале The New York Times вышла статья под заголовком «Мы — левополушарные или правополушарные», которая доступно объясняла исследование Сперри. В массовом представлении функции полушарий были упрощены до тезиса: «логика — левое полушарие, творчество — правое полушарие». Идея о том, что разные люди используют преимущественно одно полушарие, стала распространяться в популярной прессе и книгах по психологии.

На самом деле полушария, хотя и имеют свою специализацию, постоянно «общаются» между собой и большинство задач выполняют совместно. Например, несмотря на то, что речью в основном занимается левое полушарие, правое отвечает за интонацию и акцентуацию — выделение отдельных слов во фразе посредством ударения. Мозг устроен очень сложно, и его нельзя разделить на «творческое» и «логическое» полушария.

Полушария постоянно «общаются» между собой и большинство задач выполняют совместно.

Мужской и женский мозг

Также стоит скептически относиться к утверждениям о биологических различиях мужского и женского мозга. Достоверно известно, что мужской мозг больше женского, но это легко объясняется тем, что мужчины в целом крупнее. Когда учитывают относительные размеры определенных структур мозга, многие половые различия исчезают.

В 2018 году было опубликовано масштабное исследование ученых под руководством психолога Стюарта Ритчи из Эдинбургского университета. Команда измерила объем 68 областей головного мозга у более 5 тысяч человек, а также толщину коры с помощью магнитно-резонансной томографии. Оказалось, что в среднем толщина коры у женщин больше, чем у мужчин. Кроме того, ученые выяснили, что у мужчин крупнее 14 областей в подкорковых структурах, а у женщин — 10 (с поправкой на размер мозга). Несмотря на статистически достоверные различия, результаты мужчин и женщин значительно пересекались. Другими словами, если взять случайный снимок мозга, вы не сможете по нему определить, человеку какого пола он принадлежит. Это говорит о том, что мужской и женский мозг имеют больше сходства, чем различий.

Если взять случайный снимок мозга, вы не сможете определить, человеку какого пола он принадлежит.

Вдобавок мы не знаем, обусловлены ли анатомические различия в головном мозге мужчин и женщин биологическими или социальными причинами: ведь мозг пластичен и способен изменяться под воздействием культурной среды, воспитания и обучения. Биологические предпосылки развития мозга не так уж весомы. Например, как показал метаанализ 2010 года, женщины имеют такие же способности в математике, как и мужчины.

Фитнес для мозга

Обучение и опыт изменяют структуру мозга. Многочисленные исследования определили, что освоение нового языка, спортивные тренировки и занятия музыкой приводят к увеличению плотности серого вещества в определенных зонах мозга. Наиболее известное исследование было посвящено лондонским таксистам. Будущие кэбби в течение 3-4 лет проходят интенсивное обучение и запоминают расположение улиц британской столицы. Исследователи Университетского колледжа Лондона выяснили, что у таксистов увеличивается плотность серого вещества в заднем отделе гиппокампа — части мозга, связанной с ориентацией в пространстве. Обучение повышает количество нейронных связей. В результате роста числа связей нейроны «расступаются в стороны», что вызывает увеличение объема и плотности мозга.

Изменения в гиппокампе теоретически могут быть связаны с образованием новых клеток — нейрогенезисом. Раньше считалось, что у взрослых людей «нервные клетки не восстанавливаются». Впервые нейрогенезис в гиппокампе был обнаружен в 1998 году Фредериком Гейджем и Питером Эрикссоном с помощью специального маркера, который светится в момент формирования нейрона. Исследование шведских ученых выяснило, что в гиппокампе ежедневно образуется 700 нейронов, и этот показатель мало снижается с возрастом. Увы, пока наука не располагает знаниями о пользе и значении нейрогенезиса у взрослых людей. Интересный факт: в экспериментах на мышах было установлено, что флуоксетин («Прозак») и подобные антидепрессанты стимулируют нейрогенезис в гиппокампе. Также известно, что депрессия сопровождается уменьшением объема гиппокампа. Можно предположить, что нарушение нейрогенезиса в этой области мозга связано с развитием депрессии, но пока это только догадка.

В конце прошлого столетия нейропластичность стала популярным и многообещающим трендом. На рынке появились программные продукты для «тренировки мозга». С 1996 года и до настоящего времени Scientific Learning Corporation выпускает программу Fast ForWord, предназначенную для обучения детей с дислексией — нарушением способности к овладению навыками чтения и письма. Posit Science предлагает систему онлайн-тренировок BrainHQ, которая, как утверждают создатели, помогает улучшить концентрацию внимания, память, скорость мышления. Десятки других компаний продают видеоигры, гаджеты и приложения для смартфонов, которые якобы тренируют мозг и предотвращают возрастное угасание когнитивных способностей. Но многие эксперты сомневаются в эффективности подобных программ. В 2014-м около 70 ученых из Стэнфордского университета и других организаций опубликовали заявление о том, что польза «тренировок для мозга» для пожилых людей на самом деле не доказана. А спустя год Федеральная торговая комиссия США оштрафовала компанию Lumosity на 2 миллиона долларов за то, что та вводит пользователей в заблуждение описанием преимуществ ее продуктов.

Польза «тренировок для мозга» для пожилых людей на самом деле не доказана.

Нейропластичность — не волшебная таблетка. «Перепрограммирование» мозга требует больших усилий и длительных тренировок; нейропластичность зависит от возраста и индивидуальных особенностей. Пока идут научные дискуссии, обычному человеку стоит помнить: неиспользуемые нейронные связи распадаются. Возможно, возрастное ослабление когнитивных функций обусловлено не биологическими причинами, а человеческой ленью, рутиной или ужесточением приоритетов. Мы меньше учимся, реже пробуем новые виды деятельности. Мозг способен перекраивать себя, только пока мы сами готовы к переменам.

Все фото: AFP / East News