В основу докторской диссертации Бобот легла работа, которую она выполнила вместе с Линном Наделем, соавтором книги «Гиппокамп как когнитивная карта». «В то время все хотели исследовать гиппокамп – единственную структуру мозга, о которой было известно, что она связана с пространственной памятью», – отмечала она. В середине 1990-х гг. в Университете Макгилла, где Бобот тренировала память крыс, ее коллеги Норман Уайт и Марк Паккард открыли еще одну такую область – хвостатое ядро. Бобот заинтересовалась возможными следствиями из этого открытия. А что, если для разных стратегий навигации люди используют разные структуры мозга? Она начала ставить эксперименты с участием людей, чтобы понять, за какие стратегии отвечает гиппокамп, а за какие – хвостатое ядро. Выяснилось, что стратегии, соответствующие разным отделам мозга, радикально отличаются друг от друга.
«Гиппокамп участвует в пространственном обучении, при котором мы находим путь с учетом взаимоотношений между ориентирами, – объясняла Бобот. – Запомнив их взаимосвязь, вы можете проложить новый маршрут к любому месту в окружающей среде из любого исходного пункта. Пространственная память носит аллоцентрический характер, не зависящий от начальной точки. Вы используете пространственную память, когда можете мысленно представить свое окружение. Именно тогда вам и помогает ваша внутренняя карта – и по ней вы находите путь». Однако хвостатое ядро не участвует в создании когнитивных карт – эта структура формирует привычки. С ее помощью мозг может запомнить последовательность действий при движении к определенной цели, например, «повернуть направо на перекрестке у продуктового магазина» и «повернуть налево у высокого белого дома», формируя память по принципу «стимул – реакция». Поясняя, как работает хвостатое ядро, Бобот попросила меня представить дорогу до ближайшей булочной. «Каждый день вы идете одним и тем же маршрутом, и в какой-то момент ваши действия становятся автоматическими. Вы больше о них не думаете. Вы не спрашиваете себя, где нужно свернуть. Управление переходит к автопилоту. Вы видите белый дом, и он как стимул запускает реакцию: повернуть налево, чтобы дойти до булочной».
На первый взгляд эта стратегия похожа на эгоцентрическую, но на самом деле она существенно отличается от нее. По мнению Бобот, существует три типа стратегий «стимул – реакция», и эгоцентрическая лишь одна из них. «Эгоцентрическая стратегия предполагает последовательность правых и левых поворотов, которая начинается с исходного пункта: выйдя из дома (стимул), нужно повернуть направо (реакция). Различают также стратегию маяков, когда вы можете достичь цели из разных исходных пунктов: высокое белое здание – маяк (стимул), и вы идете к нему, на каждом перекрестке поворачивая в его направлении (реакция). Третий тип стратегии «стимул – реакция» встречается чаще всего: последовательность поворотов как реакций на разные ориентиры в окружающей среде». Несмотря на то что для успешной навигации хвостатое ядро использует повторение, его стратегия – не пространственная. Главное отличие состоит в том, что при ней не запоминаются взаимоотношения между ориентирами в окружающей среде, отчего проложить новую траекторию невозможно. Хвостатое ядро всего лишь подает сигнал – налево или направо – в ответ на некий сигнал, без участия активного внимания.
Эволюционная теория убедительно объясняет, почему природа изобрела эту иную цепь (на первый взгляд более простую): вам не нужно вспоминать маршрут или делать умозаключения об окружающем пространстве каждый раз, когда вы идете домой. Преимущество этой стратегии в том, что не нужно производить расчеты и принимать решения – или даже задумываться, куда мы идем и как туда попасть. Автопилот работает быстро и эффективно. «Мне не нужно думать, и это здорово!» – говорит Бобот. Впрочем, она также обнаружила отрицательную корреляцию между двумя стратегиями: для перемещения в пространстве мозг человека использует либо гиппокамп, либо хвостатое ядро, но никогда не включает эти области одновременно. Значит, отдавая предпочтение одной, мы реже обращаемся к другой, и, подобно тому как крепнущая мышца компенсирует слабость других, со временем определенная цепь становится преобладающей.
Ученым уже известно, что с возрастом меняются и те стратегии, которые мы применяем для перемещения в окружающем мире. В детстве и юности мы исследуем новые пространства, но со временем все больше ходим по знакомым маршрутам и возвращаемся в те места, которые почти не требуют когнитивной обработки, – мы меньше пользуемся гиппокампом. По всей видимости, жизнь каждого движется по этой траектории – от применения пространственных стратегий гиппокампа ко все большей автоматичности. Бобот с коллегами обнаружила эту закономерность в исследовании 599 детей и взрослых, сравнивая стратегии, которые те выбирали для решения задач. Выяснилось, что дети использовали пространственные стратегии гиппокампа в 85 % случаев, тогда как взрослые старше шестидесяти лет прибегали к этой стратегии для прохождения виртуального лабиринта лишь в 40 % случаев. Однако оставался вопрос, приводит ли предпочтение одной из стратегий к физиологическим различиям в плотности серого вещества и в объеме гиппокампа.
В 2003 и в 2007 гг. Бобот и несколько ее коллег опубликовали в журнале Journal of Neuroscience результаты двух исследований, посвященных измерению активности гиппокампа и хвостатого ядра и объема серого вещества в них. Исследователи имитировали классический пространственный тест для мышей и применили его к людям, создав радиальный лабиринт в виртуальном пространстве и предложив участникам эксперимента пройти его; активность мозга испытуемых регистрировалась с помощью функциональной МРТ. Как и ожидалось, у тех, кто использовал стратегии пространственной памяти, наблюдалась повышенная активность гиппокампа, а у тех, кто использовал стратегию «стимул – реакция», – повышенная активность хвостатого ядра. Но затем исследователи сделали следующий шаг и измерили у каждого из испытуемых морфологические различия этих двух областей мозга. У тех, кто использовал пространственные стратегии, чаще всего обнаруживалась большая плотность серого вещества в гиппокампе. Верно было и обратное: у тех, кто предпочитал стратегию «стимул – реакция», серого вещества было больше в хвостатом ядре. Но сами по себе эти результаты могут ни о чем не говорить. Скорее всего, мастера навигации умеют проявлять гибкость в выборе стратегии: переключаться на автопилот, когда нужны скорость и эффективность, и задействовать когнитивное картирование, чтобы решить новые задачи и преодолеть трудности, встречающиеся на пути. Но что происходит, если мы постоянно предпочитаем стратегию хвостатого ядра, отказываясь от стратегии гиппокампа? И что, если такое предпочтение не просто свойственно отдельным людям, а для него характерен, скажем так, эндемический охват?
По мнению Бобот, не исключено, что условия современной жизни приводят к тому, что мы меньше тренируем гиппокамп и все чаще рассчитываем на хвостатое ядро. «Возможно, в прошлом мы вообще не включали автопилот. Работа в одном месте и размеренная жизнь – это относительно новое явление. Индустриализация научила нас извлекать пользу из системы “привычка – память – научение”», – говорит она.
Помимо социальных перемен, объем гиппокампа могут уменьшить хронический стресс, невылеченная депрессия, бессонница и злоупотребление алкоголем. Исследователи уже смогли ясно показать, что одно лишь тревожное состояние негативно влияет на пространственное обучение и память у крыс. По всей видимости, стресс и депрессия воздействуют на нейрогенез в гиппокампе, а тренировки укрепляют память и способность к обучению, помогают сопротивляться депрессии, помогают образованию новых нейронов. Было продемонстрировано, что у пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством уменьшен объем гиппокампа, а после эффективного лечения, например с помощью депрессантов и перемены окружающей обстановки, объем гиппокампа увеличивался.
