Уже долгие тысячи лет мужчины и женщины воспитывают детей. Но только в последние десятилетия наука смогла проникнуть в детали этого процесса, который позволяет выживать человечеству в постоянно меняющихся обстоятельствах. Биологи сделали еще одно важнейшее открытие в сфере развития мозга, связанное с периодами в развитии, именуемыми «критическими» [см. стр. 179].
Синапсы церебральных структур, ответственных за зрение и слух, закладываются в основном в первые два месяца после рождения. Синаптическая сеть для когнитивных функций, более сложных в управлении, формируется примерно в первые два года жизни. Таков стандартный порядок развития нейронных цепей; разные части мозга формируются с разной скоростью. При образовании синаптической сети зрения первыми образуются участки, распознающие цвет, форму и движение, и закладывают основы для формирования более сложных функций, таких как распознавание лиц и их выражений. Сегодняшняя наука утверждает, что в эти критические периоды открываются небывалые возможности для развития, однако и риск в эти периоды очень велик – тому есть примеры в истории.
Фридрих II, император Священной Римской империи, бегло говорил на шести языках. Он был увлечен наукой и знанием и верил, что когда-то существовал первородный язык, которому Бог научил Адама и Еву. Чтобы услышать этот праязык, он решил провести чудовищный эксперимент: он изолировал группу новорожденных и запретил кормилицам и няням разговаривать с ними. Результат был совершенно предсказуемым с сегодняшней точки зрения: несчастные детишки не заговорили вообще.
Развитие столь сложного церебрального аппарата, как человеческий мозг, должно сопровождаться нежной заботой и пристальным вниманием. Несмотря на то что проект нашего существа записан в наших генах и выполняется с математической точностью, для полноценного взросления нам нужна доброжелательная атмосфера и возможность получения собственного опыта. Человеческому детенышу необходимо соответствующее питание, полезные вещества без токсинов (как в период внутриутробного развития, так и в период грудного вскармливания) и здоровая внешняя среда без лишних стрессов. Сенсорная информация, довольно однообразная в утробе матери, сразу после рождения приобретает взрывной характер – улыбка, ласковый голос, приятный вкус и аромат молока, тепло объятий и проявления любви делают развитие в начальный критический период естественным и нормальным. Следующий критический период наступает, естественно, тогда, когда малыш отправляется в школу.
Исторический период и уровень культуры всегда влияли на методы обучения нового поколения. В начале XIX века, спустя столетия после жестокого эксперимента Фридриха II, никто не обращал особого внимания на умственное развитие детей – они росли сами по себе. Социальная и экономическая среда сама разделяла тех, кто имел возможность стимулировать развитие способностей – учился читать, имел возможность видеть произведения искусства, ходить в театр, и тех, кто таких возможностей не имел. Сегодня, наоборот, существуют специалисты, утверждающие, что критические периоды развития мозга заканчиваются до трех лет, и настаивают на сверхраннем обучении.
Тем не менее пока остается фактом то, что подавляющее количество систем обучения в школе не берут на вооружение вообще никакие достижения наук о нервной деятельности. По мнению ученых, к примеру, изучение второго языка следовало бы начинать в детском садике, никак не позднее.
5.3. Энергетические потребности
Человеческий мозг весит примерно 1,2 килограмма и составляет около 2 % веса тела, однако на его питание тратится 20–24 % энергии, вырабатываемой базальным метаболизмом, то есть обменом веществ в состоянии покоя. Конечно, цифры варьируются в зависимости от размеров тела, возраста, пола и общего состояния здоровья, однако следует отметить, что мозг – самая голодная часть нашего тела.
Тем не менее если принять базальный метаболизм за 1300 килокалорий, то в течение дня мы потребляем около 56 калорий в час, то есть 63 ватт/час. Мозг потребляет 20 %, то есть примерно 12,6 ватт/час, что соответствует потреблению энергии даже ниже, чем у старой лампы накаливания. При этом Watson, суперкомпьютер IBM, победивший в 2003 году в американской интеллектуальной телевикторине Jeopardy! (в России – «Своя игра»), потреблял 80 тысяч ватт в час [см. стр. 261]. Таким образом, мозг существенно более эффективен в энергетическом смысле.
Метаболизм клеток, отвечающих за память и интеллект, требует питательных веществ, периодов долгого отдыха и коротких – двигательной активности. Каждый пользователь церебральной машины должен помнить об этом, если не хочет утратить интеллект.
5.3.1. Питание
Между растительным миром и нашим мозгом существует удивительное сходство. И тот и другой употребляют глюкозу для поддержания сил.
Растения используют полученную из фотонов света энергию, чтобы перегруппировать атомы шести молекул углекислого газа, добытого из воздуха, и воды, взятой из земли, таким образом, чтобы получить (выделяя кислород в виде отхода) молекулу глюкозы, сахара, и получают тем самым питание для роста и энергетический запас, состоящий из длинных молекулярных цепочек углеводов.
И наш мозг тоже питается в основном глюкозой. Глюкоза получается в результате процесса, обратного фотосинтезу, из углеводов, прибывающих с кровью к гематоэнцефалическому барьеру [см. стр. 51], и обеспечивает постоянное поступление энергии к нейронам. Глюкоза вступает в химическую реакцию с участием кислорода и превращается в аденозинтрифосфат, АТФ. Эта молекула поставляет в клетки энергию, необходимую для метаболизма.
Энергетическое потребление мозга составляет 120 граммов глюкозы в сутки, она поступает в мозг равномерно в течение 24 часов. Активные участки коры мозга потребляют чуть более, чем менее активные. Благодаря этой незначительной разнице сегодня возможно исследовать активность мозга в реальном времени при помощи технологий ПЭТ (позитронная эмиссионная томография) или фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) [см. стр. 253].
После долгого поста мозг способен на удивительные вещи. Он не создает внушительных запасов энергии и, если прекращает получать глюкозу, продолжает функционировать (и выживать), переходя на альтернативное питание. В частности, он забирает энергию у так называемых кетоновых тел, водорастворимых молекул, синтезируемых при необходимости в печени, в случаях, когда запасы глюкозы истощаются. Однако надолго этого питания не хватает: гипокликемия (нехватка глюкозы) может вызывать потерю сознания и более тяжелые последствия.
Можно было бы подумать, что чем больше есть сахара, тем лучше мозгу. И наш собственный опыт подсказывает, что это действительно так: стоит только рецепторам нашего языка ощутить вкус мороженого или шоколада, как в мозгу высвобождаются эндорфин и дофамин [см. 41], вызывающие переживания наслаждения. Но это абсолютно неверно.
Уровень дофамина, работающего в системе вознаграждения [см. стр. 159], поднимается вверх всегда, когда мы едим что-то особенно вкусное. Однако если одно и то же, пусть и очень вкусное, блюдо есть утром и вечером, на завтрак, обед и ужин, скачки дофамина заметно снижаются. Мозг сам поощряет человека быть всеядным, поглощать разнообразную пищу, способную снабдить наш организм всеми необходимыми веществами и микроэлементами, в которых мы так нуждаемся. Наоборот, если питаться одним сахаром, уровень дофамина вообще перестанет подниматься. Человек, регулярно потребляющий сахар для удовольствия, может стать жертвой привыкания – ему будет хотеться сладкого все чаще и все меньше удовольствия оно будет приносить [см. стр. 212].
