Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга - Дэвид Иглмен

* * *

Вознаграждение — мощный стимул, запускающий перестройку нейронной сети, но, что еще лучше, для каждой новой подстройки вашему мозгу не требуется ни лакомств, ни денег. В общем случае модификации в нейроцепочках инициируются чем-то соответствующим вашим целям. Если вы живете на Крайнем Севере и вам нужны данные о зимней рыбалке и характеристиках разных типов льда, именно эта информация закодируется в вашем мозге. И наоборот: если вы обитаете в районе экватора, вам необходимо знать, как выглядят ядовитые змеи и какие грибы пригодны в пищу; соответственно, ваш мозг отведет ресурс под эти знания. Ориентируясь на релевантность, как на путеводную звезду, мозг покладисто выбирает из массы деталей важные. Миллиарды нейронов образуют колоссальное полотно и, вышивая на нем образ мира, в котором нам случилось жить, мы развиваем умения в любом деле, соответствующем нашим потребностям, будь то баскетбол, театральное искусство, бадминтон, древнегреческая литература, прыжки в воду с экстремальной высоты, видеоигры, народные танцы или виноделие. Если задача в какой-то степени согласуется с более широкими целями, она найдет отражение в схеме нашей нейронной сети.

В качестве аналогии вспомните, что правительства практикуют непрерывную реорганизацию. В ответ на террористические атаки 11 сентября 2001 года изменения в свою структуру внесло правительство Соединенных Штатов: было создано Министерство внутренней безопасности, которое включило в себя и реорганизовало 22 существовавших на тот момент правительственных агентства безопасности. Точно так же тлеющие угли холодной войны вызвали в 1947 году крупные структурные изменения, в частности способствовали созданию Центрального разведывательного управления. Что уж говорить о тысячах менее существенных поправок, посредством которых правительство подстраивается под текущие цели государства и события во внешнем мире. Бюджеты то раздуваются, то съеживаются в зависимости от смены приоритетов. Когда над страной нависает внешняя угроза, разрастаются военные бюджеты, а в мирное время больше средств направляется на социальные цели. Как и мозг, государство реагирует на изменившуюся обстановку, маневрируя своими ресурсами и структурными реорганизациями, чтобы во всеоружии встретить очередной вызов.

Согласие на передел территории

Как мозг узнаёт, что произошло нечто важное и ему требуется соответствующим образом изменить схемы нейронных связей?

Одна из его стратегий — задействовать свою пластичность, когда события во внешнем мире связаны между собой. Иными словами, кодировать только те события или явления, которые случаются одновременно (например, вид коровы сопровождается звуком мычания). По этой логике связанные друг с другом события в мозговой ткани тоже соединяются. Важно здесь то, что необходимые перемены происходят замедленно, поскольку иногда два события случайно совпадают во времени, образуя ложную связь (например, если вы при виде коровы вдруг услышали собачий лай). Для мозга было бы неразумно постоянно хранить все случайные совпадения, отсюда и его решение вносить изменения не спеша, по чуть-чуть зараз. Это позволяет ему кодировать только те явления (события), которые обычно совпадают. На фоне общего шума реальные совпадения выделяются тем, что раз за разом происходят в один и тот же момент.

И все же, несмотря на всю мудрость медленных поступательных перемен, операционное меню мозга не ограничивается лишь извлечением закономерностей. Рассмотрим обучение с одного раза: скажем, вы дотронулись до раскаленной плиты и сразу же уяснили, что больше так делать не надо. Экстренное обучение служит гарантией того, что мы накрепко запомним события, угрожавшие нашей жизни или нашим конечностям. Но за подобным обучением стоят и другие причины. Вспомните, как в детстве вы узнавали новые слова (например, тетя объясняла вам: «Этот фрукт называется гранат»). Вам не требовалось усваивать данное слово в экстремальных условиях, как и вашей тете не было нужды неоднократно повторять, что оно обозначает. Она спокойно и всего один раз произнесла его, а вы сразу же запомнили. Почему? Потому что в вашем представлении это была особенная ситуация. Вы любили тетю, к тому же узнанное от нее слово несло вам социальную пользу: вы узнали, как называется этот фрукт, и теперь могли попросить дать вам его. Данный урок вы усвоили с одного раза не потому, что вам грозила опасность, а в силу его актуальности.

Внутри мозга актуальность выражается через действие систем, которые выделяют химические вещества, называемые нейромодуляторами17. Эти вещества позволяют переменам происходить только в конкретных местах и в конкретное время, а не повсеместно и одномоментно18. Наибольшую значимость среди таких химических веществ имеет ацетилхолин[44]. Высвобождающие это вещество нейроны активируются под действием как вознаграждения, так и наказания. Они активны, когда животное изучает задачу и хочет что-то изменить, но инертны, когда задача прочно освоена19.

Наличие ацетилхолина в определенной области мозга повелевает ей измениться, но каким образом — не уточняет. Иными словами, когда холинергические нейроны (те, что высвобождают ацетилхолин) активны, они просто повышают пластичность целевой области мозга. В противном случае пластичность соответствующей области мала или вообще отсутствует20 (рис. 6.2).

Рис. 6.2. У ацетилхолина широкая зона проникновения, но он, как правило, высвобождается на очень специфических участках. Это позволяет перемонтировать нейронную сеть только в конкретных областях, не затрагивая другие

D. Eagleman and J. Downar, Brain and Behavior, Oxford University Press

Приведу пример. Допустим, я сыграл для вас на пианино ноту, скажем фа-диез. Она вызывает активность в вашей слуховой коре, но площадь участка, отведенного под нее, не меняется, потому что этот звук не означает для вас ничего примечательного. Теперь допустим, что каждый раз, нажимая на эту клавишу, я угощаю вас шоколадным печеньем. В этом случае звучание ноты приобретает смысл, соответственно, предоставляемая ей территория расширяется. Ваш мозг выделяет больше места на эту частоту, поскольку получаемое вознаграждение указывает ему, что нота фа-диез чем-то важна для вас.

Теперь предположим, что у меня нет печенья. Вместо того чтобы выдавать вам угощение, я нажимаю клавишу фа-диез и в тот же момент стимулирую в вашем мозге нейроны, высвобождающие ацетилхолин. Кортикальное представительство ноты расширяется в точности так же, как если бы я поощрил вас печеньем21. Ваш мозг выделяет под эту ноту больше площади, поскольку наличие ацетилхолина указывает на ее значимость для вас.

Ацетилхолин может выделяться в мозге повсеместно и в результате давать толчок к переменам под действием любого релевантного стимула, будь то музыкальная нота, фактура поверхности или словесное одобрение. Таков универсальный способ сообщить мозгу: эта штука важна — давай-ка настраивайся лучше распознавать ее22. Ацетилхолин помечает релевантность расширением кортикальной территории. А любое ее изменение отражает степень эффективности вашего действия. Сначала ученые показали это на крысах. Две группы крыс обучали выполнять сложный трюк: выхватывать из высоко расположенной узкой щели сахарные шарики. Одной группе медикаментозно блокировали высвобождение ацетилхолина. По прошествии двух недель вторая группа животных научилась быстрее и сноровистее добывать лакомство, и, соответственно, у них намного увеличилась область мозга, отвечающая за движения передних лап. У крыс, на которых ацетилхолин не воздействовал, размеры данной области не изменились, как не улучшился и навык — сахарные шарики они вытаскивали ничуть не быстрее и не точнее, чем в начале обучения23. Очевидно, что одними повторами трудного упражнения поведенческих улучшений не добиться, для этого необходимо также, чтобы нейромодуляторные системы закодировали его релевантность. Без ацетилхолина ваши десять тысяч часов практики — впустую потраченное время.