Как мы уже сказали, в первые годы жизни человеческий мозг претерпевает колоссальные физические изменения. Захотев разузнать, в чем именно они заключаются, группа ученых во главе с Ребеккой Никмейер из Университета Северной Каролины воспользовалась возможностями высокотехнологичной нейровизуализации, чтобы заглянуть в мозг 98 детей
[17]. Исследователи имели возможность проследить за развитием многих из них с возраста 2–4 недель до 2 лет. В ходе этого исследования, опубликованного в 2008 г., детей помещали в аппарат для так называемой функциональной магнитно-резонансной томографии, с помощью которого можно получить трехмерное изображение физических структур мозга. Все это больше похоже на научную фантастику, и я советую всем, кто подходит по установленным требованиям, поучаствовать в экспериментах с использованием нейровизуализации. Найдите информацию о местных исследовательских центрах, и, возможно, вам удастся заглянуть в собственный мозг! Я сама участвовала в таких исследованиях, и, естественно, сразу же сделала полученное изображение своим аватаром на Facebook. Мне даже сказали, что у меня очень сексуальные мозговые желудочки.
Вернемся к разговору о детском мозге. Полученные учеными данные поразительны. За первый год жизни общий объем мозга младенцев увеличился на 101 %, и еще на 15 % – за последующий год. Это означает, что их мозг вырастает более чем в два раза. Если сделать выборку по времени проведения томографии, оказывается, что мозг младенца в возрасте от 2 до 4 недель составляет лишь 36 % от его общего взрослого объема, 72 % у годовалого ребенка и 83 % у ребенка в возрасте 2 лет. Если продолжить временную шкалу за рамки этого основополагающего исследования, нужно отметить, что по данным, полученным группой ученых во главе с профессором Верном Кавинессом из Гарвардской медицинской школы
[18], к 9 годам мозг достигает 95 % своего конечного объема и лишь к 13 годам формируется полностью. Темпы роста объемов мозга достаточно точно совпадают с тем, как в ходе взросления развивается наша память.
Однако, хотя детский мозг очень быстро растет, в то же время в нем происходит масштабный нейрональный прунинг. Это значит, что исчезают отдельные нейроны (клетки мозга). Этот процесс начинается почти с самого рождения и заканчивается к началу пубертатного периода. По мнению Майи Абиц
[19] и ее коллег, у взрослых, по сравнению с новорожденными, значительно (на 41 %) меньше нейронов в важных отделах мозга, играющих ключевую роль в мышлении и работе памяти, в том числе в медиодорсальном ядре таламуса. Если бы вы увидели процесс нейронального прунинга, не зная, что происходит на самом деле, вы бы наверняка с горечью предположили, что человек, в мозг которого вы заглянули, вот-вот скончается от страшной болезни головного мозга – все эти прекрасные, похожие на галактики скопления нейронов исчезают без следа. Но все идет по плану: быстрый рост мозга влечет за собой необходимость в быстрой очистке. Этот процесс повышает производительность мозга. Он растет, и его работа оптимизируется. Рост – оптимизация. Рост – оптимизация. Поэтому, несмотря на то что общий размер и объем мозга увеличивается, число нейронов в нем уменьшается, чтобы очистить место для самой важной и долгосрочной информации.
Пока мозг теряет клетки и увеличивается в размерах, меняется, по-видимому, и способ установления контактов между нейронами. Как объясняется в третьей главе, нейроны – это клетки нашего мозга, которые перерабатывают и передают информацию посредством электрических и химических сигналов. Связи между ними, называемые синапсами, часто считают отражением процессов обучения, в том числе тех, которые позволяют нашей рабочей памяти группировать обрывки информации. В процессе синаптогенеза – формирования синапсов – создаются связи, которые образуют физическую сеть, объединяющую ассоциирующиеся друг с другом понятия, например: Starbucks, зеленый, кофе, бариста, интернет.
Согласно исследованию этого феномена, проведенному Питером Хаттенлочером
[20], нейробиологом из Чикагского университета, в младенчестве образуется избыточное количество нейронов, повышенная плотность которых сохраняется в позднем детстве и в юности. После этого наступает период нейронального прунинга, обычно заканчивающийся к середине подросткового периода. Это означает, что мы начинаем свою жизнь с огромным количеством нейронов и способностью устанавливать бесчисленное множество межнейронных связей, которая сохраняется и в детстве. Однако чем старше становится ребенок, тем лучше его мозг понимает, какие связи необходимо сохранять, а какие из них – избыточны. С этого момента и вплоть до середины подросткового периода в мозге происходит что-то вроде весенней генеральной уборки. Конечно, когда вам было пять, вы могли перечислить все виды динозавров, но действительно ли вам была необходима вся эта информация? Скорее всего, нет, решил ваш мозг и стер все связи и нейроны, отвечавшие за хранение этих знаний.
Устранение лишних нейронов – это неотъемлемая часть процесса обучения, поскольку мы должны уметь не только устанавливать значимые связи между родственными понятиями, но и избавляться от ненужных. Наш мозг удаляет любые потенциальные связи между Starbucks и не имеющими к нему отношения концептами, такими как «желтый», «цветы» или «единороги». Это повышает его производительность, когда необходимо вспомнить, что такое Starbucks, и быстро воспользоваться этой информацией.
По мере того как ребенок растет, замысловатая сеть бесполезных связей между нейронами одновременно расширяется и упрощается, чтобы в ней было легче разобраться. Мозг производит огромнейшее количество нейронов с множеством разнообразных связей, а затем избавляется от тех нейронов и синапсов, которые используются меньше всего. Исследователь Гал Чечик
[21] и его коллеги из Тель-Авивского университета назвали этот процесс оптимальным стиранием информации по принципу «наименьшей ценности». Таким образом, наш мозг освобождается от захламляющей информации и превращается в простой и изящный механизм, оптимизированный для конкретной среды обитания, исходя из индивидуального обучения, биологии и обстоятельств.
