Ученые давно подозревали, что явление, которое наблюдала Клайн, в принципе возможно, однако подтверждения начали поступать лишь в последние десятилетия. В 1949 г. канадский психолог Дональд Хебб предположил, что мозг, по сути, представляет собой мощный детектор совпадений — и что физические законы, согласно которым возникают и укрепляются связи между нейронами, отражают и фиксируют эти совпадения. А следовательно, когда два нейрона порождают импульс почти одновременно, в мозгу происходит нечто такое, что укрепляет их физическую связь: в результате эти нейроны в будущем смогут легче активировать друг друга. Вместе с тем, когда два нейрона дают импульсы, разделенные сравнительно большим интервалом времени, их связи слабеют. Этот процесс часто именуется «хеббовским обучением».
Вероятно, наиболее ярко этот принцип сформулировала в начале 70-х Карла Шац, молодая исследовательница, работавшая тогда в лаборатории Торстена Визеля и Дэвида Хьюбела, а сегодня она — один из ведущих стэнфордских специалистов по «пластичности мозга».
«Клетки вместе импульс дали — связь друг с другом завязали, — срифмовала Шац, которая помогла доказать это, измеряя увеличение электрического потенциала между двумя связанными нейронами. — Если импульс дали врозь — единенье сорвалось».
В человеческом эмбрионе многие из первоначальных связей между нейронами образуются именно по такому принципу. Спонтанные электрические импульсы образуют в мозгу случайные узоры, и юные ветреные нейроны весело скачут, сталкиваются друг с другом, изучают свое окружение и вовсю завязывают отношения. На этой начальной стадии большинство нейронов образуют гораздо больше связей, чем им нужно: в дальнейшем они будут поддерживать значительно меньшее их количество. В ходе последующего развития эти связи будут либо укрепляться всякий раз, когда нейроны, между которыми возникла связь, снова дадут импульс почти одновременно, либо постепенно ослабевать. В конце концов лишние связи отпадут: природа отсечет их, как садовник обрезает ненужные ветки живой изгороди (не зря такой процесс исчезновения связей между нейронами именуется «прореживанием» [прунингом]).
Со временем возникновение связей между индивидуальными нейронами и отсечение ненужных связей формируют мозговые сети, компоненты которых тесно взаимосвязаны и образуют суперэффективную инфраструктуру — например, наших систем восприятия зрительной или слуховой информации.
Эксперименты Хьюбела и Визеля с зашитым кошачьим глазом позволяли предположить, что в некоторых областях мозга этот механизм образования сетей действует лишь на протяжении ограниченного отрезка времени — в течение так называемых критических периодов. Казалось, после их завершения «окно возможностей» закрывается, и меняться уже поздно. Глина затвердела. Сети сформировались. Маршруты в мозгу прочерчены.
Вероятно, еще примечательнее другое открытие Хьюбела и Визеля: зона коры головного мозга котят, обычно используемая тем глазом, который им теперь зашили, не пропадает зря. Связи, передающие сенсорную информацию от того глаза, который поневоле становится доминирующим, простираются шире, захватывая ту область коры, которую они прежде не использовали. Мозг всегда действует эффективно, словно бы руководствуясь правилом «если не используешь — потеряешь,».
Эти наблюдения очень повлияли на десятилетия дальнейшего прогресса науки о мозге и на то, как исследователи изучали процессы развития этого органа. Идея о том, что у мозга есть критические периоды развития, в течение которых он даже уже после рождения человека обладает высокой пластичностью (и что после завершения этих периодов уже мало что можно изменить), сказалась далеко не только на представлениях о развитии зрения.
За какие-то несколько лет научная элита с готовностью приняла не только открытия Хьюбела и Визеля, касающиеся критических периодов в развитии зрительной системы. Многие зашли гораздо дальше, сделав вывод, что почти все (а возможно, вообще все без исключения) механизмы пластичности, существующие в коре головного мозга, с годами перестают работать. В конце концов, это вроде бы многое объясняло. К примеру, почему взрослым гораздо труднее, чем детям, освоить иностранный язык, научившись безупречному произношению; почему, старея, мы «коснеем в своих привычках»; почему наши дети гораздо больше нашего склонны исследовать, учиться, спрашивать.
Вскоре целый ряд непроверенных гипотез обрел силу устоявшихся представлений. Среди медицинской элиты многие всерьез полагали, что организм жертв инсульта никогда не сможет вновь восстановить утраченные функции, поскольку инсульт разрушает огромные участки нейронной территории, а мозг (как тогда считалось) во взрослые годы уже не способен «переписывать» себя, чтобы выстраивать пути в обход отмерших зон. Педагоги заявляли, что страдающие дислексией и другими проблемами с обучением никогда не смогут полностью преодолеть их, ведь мозг у них просто имеет такую «схему подключения» — и ее уже не изменить. Конечно же, таким специалистам показалась бы абсурдной сама мысль о том, что человек вроде Пэт Флетчер, потерявший зрение уже во взрослом состоянии, в конце концов научится «видеть» ушами.
Но почти сразу же после того, как эксперименты Хьюбела и Визеля стали достоянием научной общественности, начали появляться свидетельства того, что могут быть и кое-какие исключения из данного правила — и вообще, что положение дел может оказаться несколько сложнее, чем это представлялось вначале. Потребовались десятилетия на то, чтобы опровергнуть эту укоренившуюся догму: похоже, это окончательно удалось сделать лишь на рубеже тысячелетий. Зато сегодня являются общепризнанными противоположные представления: организм жертвы инсульта все-таки может вновь обрести утраченные функции, а дети-дислексики все-таки могут научиться читать. И вероятно, Пэт Флетчер действительно может видеть ушами. Потому что, хотя Хьюбел и Визель многое поняли правильно, мозг все-таки сохраняет значительную долю своей пластичности даже во взрослые годы.
Чтобы изменить мозг, нам просто требовалось лучше разобраться в том, как он работает.
* * *
Итак, вскоре после экспериментов Хьюбела и Визеля стали появляться намеки на то, что всё не так просто, как кажется. Среди первых таких намеков один из самых важных удалось получить благодаря использованию устройства, которое, подобно машинке Пэт Флетчер, задействовало природную аппаратуру человеческого уха как ворота, ведущие в области мозга, которые занимаются переработкой сенсорной информации. Это устройство — кохлеарный имплант.
Один из пионеров этих исследований, человек, которого многие потом назовут «отцом нейропластики» (и чьи труды оказали огромное влияние на Альваро Паскаля-Леоне, нового друга Пэт), как ни странно, начинал свою работу всего в нескольких сотнях футов от мрачных коридоров, где когда-то начинали грызть гранит науки Хьюбел и Визель: в нейрофизиологических корпусах балтиморского Университета Джонса Хопкинса.
Его звали Майкл Мерценич, и поначалу он вовсе не собирался опровергать устоявшиеся представления. Когда он перебрался в Балтимор для работы над кандидатской (лет через пять после того, как Хьюбел и Визель покинули свою балтиморскую лабораторию и уехали в Гарвард), он всерьез намеревался следовать традиционному пути.
