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

Наряду с этими двумя подходами еще один помогает системе формировать себя — смерть.

Выгоды правильной смерти

Если задуматься, как Микеланджело ваял один из своих скульптурных шедевров, легко представить, что он создавал его из мрамора, скрупулезно, фрагмент за фрагментом, вырезая каждый палец, нос, лоб, струящиеся складки одежды. Но вспомним, что все начиналось с огромной цельной глыбы, и скульптура возникала под его резцом за счет удаления лишнего, а никак не добавления нового. Секрет гениальных творений Микеланджело кроется в его умении разглядеть сокрытые в каждой глыбе мрамора фигуры и открыть их миру.

Такой же принцип применяет мозг для долговременных изменений. Нейроны проживают свои маленькие жизни в беспрерывном поиске правильного места. Они во все стороны выпускают щупальца и, если встречают положительную реакцию, продолжают в том же духе, а сталкиваясь с холодным приемом, стараются попытать счастья с другими нейронами по соседству. Если же получить положительную обратную связь не удается, нейроны в определенный момент понимают, что для них просто нет места в сети.

Существуют два вида гибели клеток. Если клетки не получают питательных веществ (скажем, из-за закупорки артерии ткань лишается притока крови), они умирают неаккуратно — продукты воспаления распространяются наружу и наносят ущерб соседним тканям. Этот патологический процесс называется некроз. Второй вид клеточной смерти — апоптоз: клетки по сути совершают самоубийство — закрывают лавочку, приводят свои дела в порядок и сами себя съедают. Апоптическая смерть клеток не так уж плоха. В сущности, это механизм, посредством которого нервная система сама себя выстраивает. В процессе эмбрионального развития траектория движения от перепончатой конечности к четко выраженным пальцам обеспечивается отсечением лишних клеток, а не их добавлением. Те же принципы применимы и к построению мозга. В процессе развития организм продуцирует на 50 % больше нейронов, чем нужно. Массовое их вымирание — стандартная рабочая процедура.

Рак — проявление пластичности, при которой что-то пошло не так

Не исключаю, что пути изучения онкологических заболеваний на современном этапе в какой-то момент пересекутся с нашими исследованиями пластичности мозга.

Представлю вам схематичную картинку возникновения рака: в клетке происходит мутация, принуждающая ее снова и снова делиться. При такой бесконтрольной репликации клетки накапливаются, вырастают в опухоль и нарушают работу остальной системы.

В реальности рак гораздо сложнее, чем я описал. В самой опухоли миллиарды клеток конкурируют за выживание, причем раковые клетки бывают очень непохожи друг на друга. Как и клетки мозга, они тоже обречены на вечное соперничество в борьбе за выживание. При ограниченном запасе питательных веществ каждая клетка старается урвать свое, чтобы выжить. При типичном раке мутация клетки дает ей незначительное преимущество в горниле смертельной конкуренции22, позволяющее слегка опережать ближайших соседей. Однако как только клетка-мутант реплицируется, ее копии сами вступают в конкурентную борьбу. Возникают новые мутации, носители которых получают новое, более значительное преимущество и в итоге могут конкурировать еще немного успешнее. Таким образом, конкурентная борьба продолжается, развивается, рождает еще более сильных воинов — до тех пор, пока раковая опухоль в конце концов не убьет своего хозяина.

Теперь снова обратимся к мозгу и телу. Мы существа с живой нервной системой. Нейроны в мозге (а в целом все клетки в организме) вечно борются за выживание и иногда в запале борьбы скатываются в патологию. Некоторые мутации в таких обстоятельствах могут обеспечить клетке небольшое преимущество — но только ценой сталкивания всей системы в гибельный водоворот.

Предполагаю, что многоклеточные организмы отыскали эволюционную нишу на тоненькой, как лезвие ножа, грани хаоса в попытке сохранять баланс между конкуренцией, в чем-то приносящей пользу, и конкуренцией, убивающей систему. На мой взгляд, это одно из объяснений колоссального распространения онкологических заболеваний в животном царстве. Например, у большинства млекопитающих вероятность под конец жизни заболеть раком составляет 30 %. Представляется, что система на удивление легко может низвергнуться в это состояние.

В излишне конкурентной системе даже крохотное преимущество рискует обернуться катастрофой: оно может усилить конкуренцию за изменения. А система, все элементы которой мирно уживаются, скорее всего, не порождает множественных мутаций — для нее в этом нет необходимости; соответственно, и гибель ей не грозит.

Сбережение нейронных лесов

Из этой главы мы узнали, как простые правила конкуренции за территорию позволяют мозгу кодировать свои карты, способные растягиваться и сжиматься. Познакомились с Алисой, которая родилась с одним полушарием мозга, вспомнили Мэтью, которому полушарие удалили хирургическим путем. И у девочки, и у мальчика нервная система перенастроились так, чтобы информация от обоих зрительных полей поступала в оставшееся в одиночестве полушарие. Такую возможность мозгу дала конкуренция на уровне синапсов и нейронов, позволившая быстро пробудить уже существующие, но спящие связи, а со временем отрастить новые аксоны и образовать новые синапсы. По ходу дела естественное желание Алисы и Мэтью ходить, бегать, играть в салочки и кататься на велосипеде посылало мозгу сигналы релевантности, что и побудило мозг каждого реорганизоваться.

Многосложность жизни во влажных экваториальных лесах подсказала мне аналогию с многосложностью жизни, протекающей в нейронных лесах мозга. Мы склонны представлять себе наши 68 млрд нейронов в виде деревьев и кустарников, произрастающих в тесноте, но не в обиде. А вдруг наши нейроны действительно схожи с реальными обитателями леса, беспрестанно борющимися за выживание? Деревья и кустарники перебирают бесчисленные стратегии, чтобы вырасти повыше, пошире или еще каким-то образом обойти конкурентов, потому что все отчаянно стараются дотянуться до живительного солнечного света. Без него они погибают. Нейротропные факторы мы рассматриваем как аналог света и когда-нибудь сможем понять стратегии нейронов в понятиях конкурентных каверз, которые они друг дружке подстраивают.

Как я подчеркивал выше, все, о чем мы только что узнали, коренным образом отличается от подходов к созданию современных технологий. Инженеры и конструкторы с гордым видом толкуют о прозрениях относительно эффективности, КПД, минимальности требований и технической чистоты. Последнее достигается урезанием связей, однако попутно встраивает в конструируемые системы неспособность балансировать на грани хаоса, неготовность к непредвиденному и невозможность быстрой перестройки.

Зато мозг, как мы убедились, всеми этими свойствами обладает, что позволяет нам снова вернуться к вопросу, который пока остается на заднем плане, но уже требует ответа: почему молодой мозг настолько пластичнее зрелого?

Рожденный подобным многим

В 1970-х годах психолог из Массачусетского технологического института Ханс-Лукас Тойбер заинтересовался состоянием здоровья ветеранов Второй мировой войны, которые более трех десятков лет назад получили ранения в голову. Тойбер отследил судьбы 520 таких ветеранов. Кто-то из них вполне реабилитировался, у других дела обстояли худо. При обработке исследовательских данных Тойбер вывел значимую переменную, объяснявшую это различие: чем моложе был солдат на момент ранения, тем лучше он восстановился; чем старше — тем более необратимыми оказывались повреждения мозга1.