Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге

С этой задачей мозг по большей части справляется самостоятельно — он сам себя «выстраивает»[29]. Многим людям мозг представляется вычислительной машиной, которая запрограммирована на осмысление входящей информации и выработку соответствующих действий. Но сравнение с компьютером не учитывает, что мозг не вынимают из коробки уже готовым к работе[30]. Для формирования мозга требуются годы, причем немалая часть «строительных работ» выполняется спустя значительное время после рождения. Этот процесс сопровождается грандиозными изменениями. Мозг новорожденного младенца весит приблизительно полкилограмма, и синаптических связей в нем в три раза меньше, чем в мозге взрослого человека. Более того, в течение первого года жизни эти связи, как правило, исчезают и заменяются новыми. Эти по большей части временные связи изначально не предназначены для выполнения задач, с которыми должен справляться двухлетний ребенок, не говоря уже о взрослом.

Жизненный опыт направляет развитие мозга, но лишь косвенным образом. Информация из окружающего мира поступает в мозг в виде электрических импульсов, которые передаются 15 миллионами аксонов, тонких отростков нервных клеток, транслирующих сигналы на большие расстояния[31]. Например, вся зрительная информация проходит примерно по 2 миллионам аксонов, соединяющих сетчатку глаз с мозгом. Сигналы от тела, сообщающие, например, о голоде, удовольствии или хорошем самочувствии, поступают всего по 70 тысячам аксонов блуждающего нерва. И так далее. Этот поток информации, не прекращающийся ни на мгновение, передается и обрабатывается десятками миллиардов нейронов мозга, которые сообщаются преимущественно друг с другом. По сути, большую часть усилий мозг тратит на разговор с самим собой, а внешний мир влияет на этот разговор лишь опосредованно.

Но это не значит, что мозг — чистый лист. Общая структура и схема связей в нем определяются генетическими программами, которые начинают работать с самого начала жизни, и эти же генетические программы задают принципы, по которым растут и изменяются нейроны и синаптические связи. Влияние опыта на развитие мозга также подчиняется этим принципам. В процессе развития каждая область мозга обладает хорошо структурированным набором связей с другими областями и, передавая информацию по этим каналам, способствует созреванию других областей.

Жизненный опыт оказывает наиболее сильное влияние на развитие мозга, если совпадает с окном возможностей, которое называется сензитивным периодом. У кошек сензитивный период для развития зрения приходится на первые три или четыре месяца жизни, а у людей — на первые 5–10 лет, из которых особенно важен первый год. Торстен Визель и Дэвид Хьюбел открыли этот принцип в серии экспериментов на котятах. Они выяснили, что, если в мозг не поступают сигналы из одного или обоих глаз, это приводит к серьезным нарушениям координации зрения между двумя глазами, а такая координация необходима для формирования целостного визуального восприятия[32]. Если визуальные сигналы не поступают в мозг достаточно долго, нарушения в зрительных зонах становятся необратимыми. Например, когда в сензитивный период котенку зашивали веко, чтобы визуальная информация поступала только в один глаз, то зрительная кора не развивалась должным образом; в ней отсутствовали нейроны, которые обрабатывали бы информацию от обоих глаз. Без этих нейронов у котят не формировалось нормальное зрение (см. рис. 3).

РИС. 3. Поток информации от видимого мира к зрительной коре и его нарушение путем зашивания века в классических экспериментах Визеля и Хьюбела

Зрительная информация от сетчатки поступает на первую «станцию обработки данных» в мозге, которая называется таламус. Эта область извлекает полезные фрагменты и передает их в кору головного мозга, подобно тому как птица-мать разжевывает пищу, прежде чем дать ее голодному птенцу. Таким образом, благодаря стадии «разжевывания» остальные области мозга получают необходимую информацию для правильного развития. Работа Визеля и Хьюбела, которая принесла им Нобелевскую премию, отчасти заключалась в выяснении того, какую роль в развитии мозга играет предварительная обработка информации таламусом. Они обнаружили, что для первоначальной прокладки пути от сетчатки к таламусу подходит любая активность нейронов сетчатки, даже от рассеянного света. Но для улучшения связи таламуса со зрительной корой мозга требуется нечто большее: специфические типы активности, вызываемые визуальными образами. В конечном счете способность различать цвета, формы и движение требует развития зрительной коры, которое зависит от потока данных, проходящего через таламус. После того как таламус выполняет свою «обучающую» задачу, он продолжает передавать информацию — но уже не недоразвитой области, а сложной системе мозга, отвечающей за зрение.