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

* * *

Параллельно с факторами на уровне отдельных нейронов еще одно свойство более высокого порядка определяет, будет ли вся система гибко-подвижной или закоснелой. Существуют два типа нейронов: одни передают сигналы, стимулирующие соседние нейроны (возбуждающие), другие — сигналы, которые соседей расхолаживают (тормозящие). Нейроны двух типов переплетаются в нейронных сетях, их совокупное действие определяет степень гибкости системы. Если торможения слишком много, нейроны не могут адекватно конкурировать и изменений в системе больше не будет. Если торможения слишком мало, конкуренция становится чрезмерно сильной и победитель не может проявиться. Хорошо откалиброванная, гибкая система требует баланса между торможением и возбуждением; нейроны могут соревноваться достаточно, не слишком мало и не слишком много. Если конкуренция ослабевает, система застывает. Если конкуренция свирепствует, победители не выявляются и, соответственно, не могут верховодить.

В качестве метафоры сравним Северную Корею и Венесуэлу. В Северной Корее режим настолько жестко подавляет любую инициативу, что народ не может сделать ничего, что не было бы сначала одобрено правительством. В Венесуэле, наоборот, режим столь мягкий, что наркокартели, мафия и представители преступного мира обнаглели до предела. В обоих случаях о процветании и речи нет: в Северной Корее — из-за чрезмерного подавления, в Венесуэле — из-за чрезмерного попустительства. В масштабах всего мира наиболее преуспевающие страны поддерживают тонкий баланс между чрезмерной уступчивостью и чрезмерной жесткостью. В этом смысле очень полезны двухпартийные системы, и в нашем контексте мы рассмотрим консервативную и либеральную идеи как аналогию двух конкурирующих типов нейропередачи — возбуждающей и тормозящей. В реальности одна из партий обычно доминирует, но очень слабо. Президент представляет одну партию, а большинство в конгрессе обычно принадлежит другой. Хотя принято сетовать на проистекающие от двухпартийной политики нескончаемые дебаты, она идеальна для осуществления полезных перемен. И напротив, тотальное господство одной партии ведет к захвату системы, что в историческом плане оборачивается для народа неисчислимыми бедами13. Магию положительного баланса как в мозге, так и в правительствах рождают взаимоуравновешивающие силы: только таким путем можно поддерживать комбинированную, сбалансированную и готовую к переменам систему.

Как нейроны расширяют свою социальную сеть

Как мы видели выше, перемены в мозге могут случаться очень быстро — за какой-нибудь час. Каким образом ему удается так быстро производить столь крупные трансформации?

Помните испытуемых с плотно завязанными глазами, зрительная кора которых уже через час начинала реагировать на тактильные ощущения (см. главу 3)? Чтобы новые синапсы от осязательной и слуховой областей проросли в первичную зрительную кору, часа слишком мало, да и экспериментальные наблюдения указывают на изначальное присутствие этих связей в мозге14. В самом деле, многие нейронные соединения уже существуют, но настолько подавлены (ингибированы), что их присутствие не несет никаких функций. Если их активировать, они подадут голос15.

Для аналогии представьте, что ваш круг знакомых понес тяжелые потери. На недавней вечеринке вспыхнула безобразная ссора (ваши гости распоясались не меньше вас), и вы насмерть переругались со всеми самыми близкими друзьями. Привычный приток общения внезапно обмелел, что побудило вас откликнуться на сигналы от менее близких приятелей, никогда прежде не имевших шанса полностью завладеть вашим вниманием. Раньше их голоса тонули в гомоне тесных отношений с закадычными друзьями, а теперь вы слышите этих отдаленных знакомцев и начинаете заполнять ими вакуум своей социальной жизни, культивируя и усиливая слабые дружеские связи.

Приведенная аналогия должна подсказать вам, что механизм пробуждения подспудно существующих связей направлен на то, чтобы устранить ранее подавлявшие их сильные связи. Если вернуться к терминам неврологии, то предыдущие связи создавали латеральное торможение, то есть подавляли активность ближайших соседей16. Когда первоначальные входные сигналы затихают (даже на короткое время, скажем при анестезии кисти руки или из-за повязки на глазах), перемены наступают быстро. Иногда — из-за изменений в коре, в других случаях — от растормаживания уже существующих соседних связей между таламусом и корой17. Иными словами, в результате растормаживания широко представленные, но до времени спящие отростки нейронов становятся функционально работоспособными.

Выявлять такие соединения возможно только потому, что мозг наделен избыточным количеством перекрестных связей. При рождении избыточность высока, но с возрастом снижается. Например, давайте проверим, как подействует на индивида громкий зуммер, а предварительно поместим ему на голову электроды (метод электроэнцефалографии), чтобы измерить реакцию мозга. У взрослого здорового человека зуммер спровоцирует электрический ответ, который можно измерить непосредственно в слуховой коре, при этом в зрительной коре зафиксируется слабая реакция или вообще никакой реакции не последует. А теперь сравним это с реакцией полугодовалого младенца: она будет примерно одинаковой силы и в слуховой, и в зрительной коре. Знаете почему? Потому что избыточность нейронных связей в мозге младенца означает, что слуховая кора мало отличается от зрительной18. В возрасте между шестью месяцами и тремя годами сила измеримой реакции на звуковой сигнал в зрительной коре постепенно снижается. Перегруженный связями в начале существования мозг со временем обрезает лишние. Однако первоначальные перекрестные связи исчезают не полностью. Даже во взрослом мозге первичные слуховые нервные волокна всё еще напрямую подключены к первичной зрительной коре, и наоборот19. Перекрестная «прошивка» мозга первичными нервными волокнами позволяет при необходимости оперативно перепрофилировать области коры (перенаправлять потоки входных сигналов на запасные проводящие пути).

Перемены в мозге происходят не только за счет пробуждения спящих нейронных связей. В более длительном временном масштабе мозг применяет другую уловку: отращивает аксоны в новые области, после чего там пышным цветом расцветают нейронные связи20. Если вернуться к аналогии с друзьями, то представьте, что вы всё активнее обмениваетесь посланиями с теми знакомыми, с которыми прежде мало общались. Учитывая, что после разрыва с прежними друзьями в вашем «социальном календаре» зияют пустоты, вы охотно принимаете приглашения от неблизких знакомых и открываетесь для новой дружбы, которой раньше не было места в ваших плотных дружеских отношениях. Точно так же обстоят дела и с мозгом: дайте ему достаточно времени, и отрубленные от связей области мозга раскинут ветвистые побеги новых нейронных связей21.

Подведем итог: общий принцип реорганизации мозга построен на скрытом присутствии огромного множества спящих связей. В обычном случае они заторможены и более или менее ни на что не влияют. Но при необходимости их можно пробудить. Благодаря этому скрытому резерву мозг способен быстро реагировать на изменения входных сигналов. Вместе с тем количество спящих связей ограничено, и потому для более длительных и широких перемен он применяет другой подход: если окажется, что краткосрочные перемены полезны, то за ними в конечном счете последуют долговременные изменения (образование новых синапсов и аксонов).