Надель и Золя-Морган ясно выразили главную загадку восприятия пространства: есть ли в нашем мозге при рождении все необходимое для развития пространственной памяти или опыт важен для формирования мозговой инфраструктуры? С той поры развитие гиппокампа и его связь с памятью оставались одной из самых увлекательных тем нейробиологии. Как сказала Джеффри: «Люди начали изучать развитие, и теперь у нас довольно много интересных работ, предполагающих, что первыми “в режим онлайн” переходят нейроны направления головы, затем нейроны места, а затем нейроны решетки». И действительно, полученные данные указывают, что некоторые компоненты когнитивной карты присутствуют в мозге новорожденного ребенка, но в раннем детстве мы проходим период приобретения пространственных знаний, который влияет на то, насколько хорошо мы будем справляться с такими задачами в будущем.
В 2010 г. две разные группы исследователей добились потрясающего успеха: не стесняя движений крысят, у которых еще не закончился период молочного кормления и чей размер не превышал величины перепелиного яйца, ученые вживили им в мозг электроды и записали активность отдельных нейронов гиппокампа. Специалистам из Норвежского университета естественных и технических наук и из Университетского колледжа Лондона удалось записать сигналы сотен нейронов направления головы, нейронов места и нейронов решетки на протяжении двух недель, начиная с шестнадцатого дня жизни крысы. Обе группы выяснили, что все три типа клеток присутствовали у животных уже через два дня после того, как у них раскрылись глаза – то есть прежде, чем они покидали гнездо и начинали исследовать окружающий мир. Но из этих трех типов нервных клеток только нейроны направления головы были полностью созревшими. Несколько недель исследования мира ушло на то, чтобы нейроны места и нейроны решетки стали такими же, как у взрослой особи. На основе полученных данных обе группы исследователей пришли к выводу: пространственное обучение продолжает улучшаться еще долго после того, как компоненты когнитивной карты займут свои места. Более того, одним из самых важных факторов, определяющим количество и зрелость нейронов, был возраст, в котором молодые крысы знакомились с новыми местами, а вовсе не частота нового опыта. Чем меньше был этот возраст, тем быстрее и легче, по всей видимости, крысы учились и кодировали нейроны пространства.
Исследования приматов и изучение поведения детей позволили нейробиологам понять, как этот же процесс может проходить у людей в молодости. Швейцарские нейробиологи Пьер Лавене и Памела Банта Лавене предположили, что в возрасте около двух лет созревает область гиппокампа CA1, играющая важную роль в дифференциации объектов в долговременной памяти. В последующие годы созревает зубчатая извилина, необыкновенно пластичная область мозга, в которой нейрогенез – появление новых нейронов – продолжается и во взрослом возрасте; эта извилина необходима для формирования новых воспоминаний. К шести годам у детей наблюдается сильная положительная корреляция между объемом гиппокампа и эпизодической памятью: чем больше объем, тем выше способность вспоминать подробности события. Шесть лет – это средний возраст ослабления детской амнезии.
На протяжении всего этого периода для гиппокампа очень важно обучение, которое способствует росту и тренировке нейронов. И более того, некоторые исследователи убеждены: если хоть ненадолго лишить детей возможности исследовать окружение и, условно говоря, строить маршруты, это негативно скажется на когнитивных способностях и памяти. В 2016 г. исследователи из Центра нейробиологии Нью-Йоркского университета опубликовали результаты своей работы, показав, насколько сильно развитие гиппокампа зависит от опыта обучения. Исследователи выбрали два возраста развития у детенышей крыс: семнадцатый день после рождения, приблизительно соответствующий двум годам у человека, и двадцать четвертый день, который соответствует возрасту ребенка от шести до десяти лет. Измеряя молекулярные маркеры в гиппокампе, ученые смогли показать, как опыт влияет на созревание данной структуры в этот период развития. Затем они повышали или понижали уровень упомянутых молекул, тем самым манипулируя гиппокампом крыс, чтобы либо ускорить сохранение данных в памяти, либо продлить период младенческой амнезии. И вывод был таким: младенческая амнезия представляет собой тип критического периода, – окно пластичности, когда стимуляция со стороны окружающей среды активно формирует мозг.
«В критические периоды мозг особенно чувствителен: если он не получает нужных стимулов, его развитие останавливается, – говорит Алессио Травалья, постдокторант и автор исследования. – Мозг созревает с помощью опыта. Мы считаем, что без должной стимуляции гиппокамп не будет развиваться. И дело не только в младенческой амнезии; мы полагаем, что этот критический период созревания очень важен как для обучения, так и для потребностей детей. – Травалья приводит пример с глазом. – Первые подобные эксперименты проводились в шестидесятых. Если заклеить глаз и ходить так неделю, возможно, к концу недели ничего и не произойдет. Но оказалось, что, если заклеить глаз детенышу животного в критический период, животное не будет видеть этим глазом и останется слепым навсегда. Другой пример критического периода – речь. Например, если ребенок осваивает иностранный язык в очень раннем возрасте, он будет свободно говорить на нем»
[75].
Травалья и его коллеги считают, что гиппокампу для созревания необходимы опыт и возможности. «В отношении людей предположение заключается в том, что мозгу также нужна надлежащая стимуляция в критический период. Это значит, что детям необходимы шум, игры, окружение, забавы, и отсутствие этих стимулов может сказаться впоследствии», – говорил он мне.
Возможно, один из самых важных этапов в развитии ребенка – переход к самостоятельному передвижению. Возможно, именно изменения в движении влияют на то, как пространственная информация кодируется в памяти? Например, в 2007 г. группа английских исследователей выяснила, что переход к ползанию у девятимесячных младенцев ассоциировался со стремительным возрастанием когнитивных навыков: дети обретали более гибкую и сложную способность извлекать воспоминания из памяти. Артур Гленберг, профессор психологии из Университета штата Аризона, выдвинул гипотезу, согласно которой начало самостоятельного передвижения способствует созреванию гиппокампа: у младенцев, совершающих свои первые перемещения в пространстве, нейроны места и нейроны решетки могут начать подстройку под окружающий мир, что в конечном итоге облегчает формирование инфраструктуры долговременной памяти. Он считает, что настройка этих нейронов зависит от непрерывной корреляции между оптическим потоком, направлением головы и бессознательным восприятием пространственной ориентации от самостоятельных движений; до того как младенцы начинают самостоятельно перемещаться в пространстве, вся система остается незрелой и ее вклад в память ненадежен. Когда маленькие дети начинают ползать и исследовать окружающий мир, вырабатывая условный рефлекс, призванный кодировать положение в пространстве, это движение может стать своего рода «строительными лесами» для долговременной эпизодической памяти, и ребенок меньше забывает. Гипотеза Гленберга также дает интересное объяснение ухудшению памяти в пожилом возрасте: по мере старения тела уменьшаются подвижность и исследовательское поведение. Возможно, предполагает он, возбуждение нейронов места и нейронов решетки гиппокампа становится не связанным с окружающей средой, в результате чего ослабевает способность вызывать воспоминания.
