Как мы ориентируемся. Пространство и время без карт и GPS

Нейробиолог Линн Надель заинтересовался процессом развития гиппокампа в 1970-х гг.; в это же время он написал работу «Гиппокамп как когнитивная карта» (The Hippocampus as Cognitive Map). Его соавтором был Джон О’Киф, известный специалист по изучению памяти. Они писали, что у разных животных гиппокамп созревает в разное время, в отличие от некоторых других отделов мозга, сравнительно зрелых к моменту рождения. Например, у мышей и крыс приблизительно 85 % клеток зубчатой извилины – области сенсорного ввода гиппокампа – формируются в течение нескольких дней после рождения, что соотносится с первыми двумя годами жизни человека. «Самый большой прирост новых синапсов наблюдается в период между 4 и 11 днями после рождения, когда количество синапсов ежедневно удваивается, а синаптическая плотность увеличивается в 20 раз»[70].

Они предположили, что, для того чтобы система пространственного картирования в мозгу начала создавать отображение окружающего мира, необходим восхитительный триггер – исследование. Животные заняты самой разной деятельностью: строят гнезда, ищут еду, ходят, плавают, летают, спят. Но кроме того, они исследуют мир – это поведение наблюдается тогда, когда животное сталкивается с незнакомым или новым местом и начинает собирать о нем информацию с помощью физического взаимодействия. В контексте теории когнитивной карты Надель и О’Киф утверждали, что исследование критически важно для построения карты, поскольку клетки кодируют пространство и делают незнакомое знакомым. Новизна – это когда объект или место «не имеет отображения в локальной системе и поэтому возбуждает клетки несоответствия в этой системе»[71]. По их прогнозам, если бы гиппокамп исчез, у животных исчезло бы и исследовательское поведение – и это подтверждается изучением травм мозга. Но в чем причина задержки созревания системы пространственного картирования? Возможно, ее развитие запаздывает для того, чтобы молодые животные, все еще зависящие от матери, не покидали гнездо, пытаясь исследовать окружающий мир, и не подвергали себя риску.

После публикации книги Надель продолжил размышлять о последствиях задержки созревания. «У нас была теория о том, что делает гиппокамп, но что будет, если гиппокамп не работает? – говорил мне Надель. – Если у вас его нет, на что это похоже? Каков результат относительно позднего развития этой системы? Может, так повышается ее восприимчивость к пластичности окружающей среды?» В конечном итоге он понял, что результатом будет амнезия. Если гиппокамп не работает, то, согласно их теории когнитивной карты и поддержки, которую эта карта оказывает памяти, запоминание становится невозможным. Надель невольно нашел нейробиологическое объяснение младенческой амнезии: подобно Джону, в детстве мы не способны хранить воспоминания, поскольку гиппокамп у нас еще не работает на полную мощность.

В 1984 г. Надель опубликовал гипотезу, основой которой послужил тот факт, что время, в течение которого у детей проявляется амнезия, соответствует постнатальному периоду созревания гиппокампа у крыс. Его соавтором в этой работе был Стюарт Золя-Морган. Они предположили, что эпизодическая память возможна только после того, как мозг обретет способность к научению месту, и что младенческая амнезия соответствует периоду, когда система пространственной памяти в гиппокампе еще недоразвита. Животные не исследуют окружающий мир случайным образом; их действия структурированы, они переходят из одного места в другое и редко возвращаются туда, где уже были, – разве что им приходится исследовать действительно большую территорию. «Такая модель действий предполагает существование внутренних образов, которые отражают пространственную структуру окружающего мира», – писали исследователи. У крыс, морских свинок и кошек исследовательское поведение появляется после того, как гиппокампальная система достигает зрелости. «Если механизма еще нет, система не будет работать»[72]. И кроме того, способность хранить информацию о различном окружении с целью исследования пространства и научения месту – как у молодых животных, так и у детей – позволяет кодировать события и места, где те произошли, увеличивая вместимость памяти.