Число синапсов у человека достигает максимума в возрасте от года до двух лет, когда оно почти на 50 % выше того их количества, которым мы располагаем, будучи взрослыми. Затем наступает период плато, длящийся примерно до пубертатного возраста: избыток синапсов начинает снижаться, поскольку мозг вступает в период синаптического прунинга. Лет в шестнадцать мы вступаем в период зрелости мозга, в этом возрасте у нас потрясающее общее количество нейронных связей — около 150 трлн.
Мы не знаем, почему мозг маленького ребенка в избытке продуцирует связи и как он впоследствии решает, какие подвергнуть прунингу, а какие сохранить. По мнению некоторых нейрофизиологов, хиреют и отмирают связи, которыми мы не пользуемся. Эти специалисты выступают за раннюю стимуляцию максимально возможного числа нейронных связей: это позволит сохранить их на всю жизнь. Но, согласно другой теории, пролиферация и последующий отбор предопределены генетически, поэтому мы не можем повлиять на процесс выживания или отмирания синапсов.
Из доклада нейрофизиолога Патриции Голдман-Ракич на Комиссии по образованию США: «Хотя мозг ребенка получает колоссальный объем информации в первые годы жизни, большую часть знания мы получаем после стабилизации формирования синапсов. С момента поступления в первый класс, в школьные годы и далее количество синапсов почти не меняется. Как правило, обучение происходит в тот период, когда синапсы практически или совершенно не формируются». В этот период мы и осваиваем на взрослом уровне язык, математику и логику
[105]
. Вероятнее всего, именно тогда, а не в младенчестве возникает уникальная архитектура наших нейронных связей, полагает нейрофизиолог Гарри Т. Чугани
[106]
. В статье от 2011 г. команда британских специалистов по академической психологии и социологии рассмотрела данные нейронаук и сделала такой вывод: архитектура и макроструктура головного мозга в значительной степени предопределяется наследственностью, но тонкое строение нейронных сетей формируется опытом и со временем может существенно меняться
[107]
.
Свидетельств изменяемости мозга много. Норман Дойдж в книге «Мозг, который сам себя изменяет» (The Brain That Changes Itself) приводит потрясающие истории пациентов, сумевших преодолеть последствия серьезнейших повреждений мозга. Они сделали это с помощью нейрофизиологов, исследования и практическая работа которых расширяют наши знания о нейропластичности.
Один из таких ученых, Пол Бах-и-Рита, изобрел первое устройство для помощи пациентам с разрушенными органами восприятия. Этот прибор позволяет человеку восстановить утраченные способности, поскольку обучает мозг откликаться на стимуляцию других частей его тела. Он заменяет одну сенсорную систему другой. Это происходит подобно тому, как слепой ориентируется в пространстве с помощью эхолокации (создает представление об окружающих предметах, анализируя звуки от постукивания своей трости) или с помощи осязания (когда «читает» пальцами шрифт Брайля)
[108]
.
У одной пациентки Бах-и-Риты был настолько поврежден вестибулярный аппарат (система внутреннего уха, дающая нам чувство равновесия и ориентации в пространстве), что она не могла стоять, ходить и самостоятельно себя обслуживать. Ученый сделал для нее шлем с ватерпасами — он передавал электрические импульсы на 144 микроэлектрода. Все они уместились на полоске маленькой ленты, которую прикрепили к языку пациентки. Когда она наклоняла голову, электроды покалывали ее язык, словно пузырьки, но не беспорядочно, а в определенных местах в зависимости от направления и угла наклона головы. Научившись пользоваться устройством, женщина стала тренировать мозг и вестибулярную систему. Постепенно она научилась дольше сохранять чувство равновесия.
Другому пациенту, 35-летнему мужчине, потерявшему зрение в 13 лет, предложили шлем с маленькой видеокамерой, которая посылала сигналы на язык. Как объяснял Бах-и-Рита, видят не глаза, а мозг. Глаза поставляют человеку сенсорную информацию, которую мозг интерпретирует. Созданное ученым устройство обучало мозг интерпретировать информацию, поступающую от языка пациента, как зрительную. О замечательных результатах писала газета New York Times: пациент «находил дверные проемы, ловил катившиеся к нему мячи и впервые за 20 лет сыграл с маленькой дочерью в “камень, ножницы, бумага”. Со временем замена зрения функционирует все лучше. “Как будто мозг сам себя перепрошивает”, — сказал пациент»
[109]
.
Еще одно изобретение ученого относится к проблеме метапознания, которую мы с вами уже рассмотрели. Действует прибор так: к груди пилота прикрепляются симуляторы, которые передают данные с приборной панели и помогают мозгу уловить изменения тангажа и скорости самолета (в определенных условиях полета такие изменения вестибулярный аппарат пилота зафиксировать не способен).
Нервные клетки — ученые называют их серым веществом — составляют большую часть головного мозга. Так называемое белое вещество состоит из связей-аксонов, соединенных с дендритами тел других нервных клеток, и миелиновых оболочек
{11}, окружающих некоторые аксоны наподобие пластиковой обмотки электрического шнура. Как серое, так и белое вещество ученые интенсивно изучают, стремясь понять, как действуют компоненты, обусловливающие мышление и двигательную функцию организма, и как они меняются в течение жизни. Огромный вклад в эти исследования внесли недавние революционные достижения мозгового картирования
{12}.
Масштабный проект по картированию нейронных связей — Human Connectome Project — запущен Национальным институтом здравоохранения США. (Слово сonnectome — «коннектом» — придумано для обозначения архитектуры нейронных сетей человеческого мозга по аналогии со словом «геном», которым был обозначен генетический код человека.) На сайтах исследовательских институтов, участвующих в проекте, выложены впечатляющие изображения волоконной архитектуры мозга: неоновая раскраска аксонов, похожих на провода, указывает направление передачи сигналов. Эти картинки напоминают сложнейшую электропроводку суперкомпьютеров 1970-х гг. Первые полученные учеными результаты очень интересны. В ходе исследования, проведенного в Университете Калифорнии в Лос-Анджелесе, сравнивалась синапсическая архитектура однояйцевых близнецов, имеющих одинаковые гены, и разнояйцевых близнецов, у которых совпадают только некоторые гены. Исследование подтвердило уже существующее предположение, что скорость процессов мышления определяется прочностью нейронных связей. А она, в свою очередь, на ранней стадии развития зависит преимущественно от генов. Однако созревание нервных сетей происходит медленнее, чем физическое развитие человека, — они продолжают расти и развиваться и в 40, и в 50, и в 60 лет. Их созревание отчасти заключается в утолщении миелиновых оболочек аксонов. Миелинизация обычно начинается в задних долях головного мозга и продвигается к передним. К совершеннолетию человека они добираются до лобных долей. Эта часть головного мозга отвечает за способность к целенаправленной деятельности, там протекают процессы высокоуровневого мышления, там на основе опыта формируются навыки.
