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

Как исследователи могут убедиться, что изменения в коре головного мозга вызваны именно обучением? Можно, например, научить людей жонглировать. В этом продуманном и изящном в своей простоте эксперименте мозг испытуемых сканировали до и после обучения жонглированию[71]. Через три месяца тренировок добровольцы могли жонглировать целую минуту, не роняя предметы, — и в их мозге наблюдались явные изменения. Структурная магнитно-резонансная томография (МРТ)[72], проведенная для анализа анатомической структуры мозга, выявила точечное увеличение объема серого вещества в средней части височной доли — в той области, которая анализирует скорость и направление движущихся объектов. Отмечалось также увеличение зоны, отвечающей за перцептивно-моторную координацию и зрительное внимание (все эти навыки необходимы профессиональному жонглеру). Еще через три месяца, после перерыва в тренировках, большинство добровольцев разучились жонглировать, а увеличившиеся участки коры в их мозге вернулись в прежнее состояние. Всего за шесть месяцев этот эксперимент показал, что тренировки вызывают временные, но вполне реальные структурные изменения в мозге! В отличие от случаев с простым перераспределением функций соматосенсорной и моторной коры, этот тип обучения действительно увеличивает объем некоторых областей мозга[73]. Эксперимент с жонглированием не позволяет выявить сами механизмы увеличения зон мозга, но вполне возможно, что отдельные участки могут расти в объеме — даже в отсутствие новых нейронов — в том случае, если существующие клетки становятся больше. Например, клетка может увеличиваться за счет разрастания сети нейронных отростков или появления большего числа синапсов. Но нет никаких сомнений в том, что тренировки могут влиять на структуру и функции мозга самыми разными способами.

К сожалению, невероятная пластичность мозга в некоторых случаях приводит к нежелательным последствиям. Например, многие люди с ампутированной рукой или ногой испытывают ощущение «фантомной конечности» — как будто рука или нога по-прежнему на месте. У некоторых она даже болит. Считается, что в фантомных болях виновата реорганизация коры. Например, те зоны соматосенсорной и моторной коры, которые ранее отвечали за руку, через некоторое время после ее ампутации могут быть поглощены соседними — в частности, отвечающими за губы[74]. Имеющиеся данные позволяют предположить, что фантомные боли вызывает именно это функциональное вторжение зоны нижней части лица в зону руки (и ее дальнейшая активность)[75]. Но несмотря на то, что фантомные боли — довольно распространенное явление, лишь немногие люди в момент прикосновения к какой-то части своего тела ощущают, что что-то коснулось их несуществующей конечности[76]. Этот факт предполагает наличие каких-то дополнительных механизмов. Другие исследования указывают на то, что фантомную боль провоцируют остаточные связи от отсутствующей конечности[77] и что свою роль в этом явлении играет изменение возбудимости спинного мозга[78]. Как бы то ни было, существует немало примеров, когда зона коры, отвечающая за ту или иную часть тела, увеличивается за счет соседней зоны.

Быть может, у такой реорганизации ограниченных ресурсов коры есть функциональные последствия? Вернемся к лондонским таксистам. Важно отметить, что увеличение задней части их гиппокампа происходит за счет передней части[79]. Общий объем гиппокампа и у таксистов, и у контрольной группы был одинаковым; различалось только соотношение частей. Считается, что задняя часть гиппокампа хранит пространственное отображение окружающей среды, и ее расширение позволяет «вместить» более подробную мысленную карту. А вот уменьшение передней части гиппокампа может объяснить некоторые функциональные нарушения, которые наблюдаются у таксистов. Как правило, они хуже, чем люди других профессий, запоминают новые зрительные и пространственные образы. Например, когда им предлагали скопировать сложную линию, они с трудом воспроизводили ее в задании на проверку памяти — в тесте, определяющем способность запоминать расположение видимых объектов в пространстве[80].

Недавнее исследование, в котором группу будущих таксистов изучали на протяжении четырех лет, убедительно доказало, что тренировки вызывают изменения в гиппокампе. После нескольких лет обучения у водителей, успешно сдавших экзамен, отмечалось увеличение задней части гиппокампа, и они хуже справлялись с решением зрительных и пространственных задач. А вот те, кто провалил экзамен или не закончил обучение, не отличались по этим показателям от контрольной группы. Именно обучение вызывает структурные изменения в гиппокампе, которые могут иметь непредвиденные последствия, такие как нарушения в формировании зрительной и пространственной памяти.