Нейропластичность
Вопреки старинной догме нейронные цепи взрослого мозга вовсе не «вшиты намертво», а под воздействием получаемого опыта постоянно меняются — всю жизнь и во многих аспектах. Такие изменения в целом именуются нейропластичностью, однако это понятие определено кое-как, его применяют как попало, им злоупотребляют.
Традиционно считается, что взрослый мозг — неизменная структура, которая лепится, пока развивается, а потом затвердевает со зрелостью, в точности как гипс, залитый в форму. На самом же деле нам теперь известно, что мозг в течение всей жизни постоянно меняется, и это одно из важнейших открытий современной нейробиологии. Изменения, возникающие в мозге, часто именуют нейропластичностью, однако пока нет общепринятого определения, что именно это слово означает. Нейробиологи применяют его как собирательное понятие, включая в него какие угодно физические перемены, происходящие в мозге. К примеру:
Нейрогенез — производство новых нервных клеток. За десятилетия исследований мы узнали, что несколько отдельных областей мозга взрослых мышей и крыс продолжают производить новые нейроны, и новорожденные нейроны вносят важный вклад в обработку информации. Происходит ли то же самое в мозге человека, пока, увы, непонятно.
Синаптическая пластичность — усиление или ослабление синаптических связей между нейронами. Она бывает двух видов: долговременная потенциация (ДП) и долговременное угнетение (ДУ) — укрепление или ослабление синаптической передачи соответственно. Синаптическая пластичность — наиболее изученный и понятый аспект нейропластичности.
Синаптогенез — образование новых связей между нейронами. Нейроны способны выпускать новые дендритные шипики — крохотные отростки, похожие на пальчики, в которых происходит синаптическая передача. Этот процесс впрямую наблюдали у животных; вероятно, он происходит и в человеческом мозге, однако никто его не видел, поскольку методики работы с животными не применимы к людям.
Обучение мозга
Исследования показывают, что разного рода обучение может менять структуру мозга на физическом уровне — его можно увидеть на томограммах. Обучение и тренировка совершенствуют деятельность нейронных путей, вовлеченных в поставленную задачу, и мозг все эффективнее с ней справляется.
Среди лучших примеров — исследование работы лондонских таксистов, посвящающих изучению городских улиц и маршрутов до четырех лет жизни. Исследователи обнаружили, что обретение этого знания вызывает увеличение объема гиппокампа, занятого производством карт и хранением навигационных воспоминаний, и чем больше у водителя опыта, тем выше у него плотность серого вещества гиппокампа. Пока не очень понятно, что именно вызывает эти изменения, однако возможная причина — в образовании новых синапсов.
«Любой человек, будь на то его желание, может стать скульптором своего мозга» Сантьяго Рамон-и-Кахаль (1923)
Похожим образом, если три месяца учиться жонглированию, уплотнится серое вещество в зрительной коре, занятое обработкой зрительно-пространственной информации. Увеличится и плотность нейронных путей в белом веществе, связывающих межтеменную борозду — часть мозга, вовлеченную в процессы зрительно-пространственной памяти, — с другими областями мозга.
Недавно лондонские ученые, применив диффузионно-тензорную визуализацию для сравнения мозга нескольких каратистов с черными поясами и мозга новичков, обнаружили различия в микроскопической структуре нейронных путей в белом веществе.
У мастеров плотность нервных пучков, связывающих мозжечок с двигательной корой, была выше. Таков результат многих лет тренировок, и это позволяет маститым каратистам наносить более мощные удары.
К добру ли, к худу ль
Именно благодаря нейропластичности мозг способен преодолевать разные тяготы. В 1960-х годах исследователи выявили процесс, который назвали сенсорным замещением: незрячих людей можно научить «видеть» объекты через прикосновение. Научив их пользоваться особым приспособлением, можно натренировать зрительную кору обрабатывать осязательную информацию, и ей удастся производить осязательный образ зрительных данных. Нейропластичность позволяет людям и восстанавливаться после мозговых травм: мозг перестраивается так, чтобы скомпенсировать утерянные функции, и продолжает работу вблизи поврежденных областей.
За последние годы нейропластичность стала модным жаргонным словечком: ею объясняют какие угодно нейробиологические явления, которые мы по-прежнему не понимаем.
Гуру популярной психологии и шарлатаны даже утверждают, что их методики усиливают нейропластичность и «перепрошивают мозг». При таком обращении с этим понятием и без дальнейших объяснений оно вообще теряет всякий смысл. На самом деле практически любое наше занятие «перепрошивает мозг». Пластичность формирует развивающийся мозг, а новые переживания так или иначе меняют его физическую структуру. Обучение и память, к примеру, связаны с усилением синаптических связей внутри распределенных нейронных сетей. Однако синаптическая пластичность возникает в нашем мозге повсеместно и постоянно по массе других причин; по некоторым оценкам, человеческий мозг каждую секунду нашей жизни образует около миллиона новых связей. Тем не менее, исследования подсказывают, что способность мозга перестраиваться с возрастом сдает.
Не любая нейропластичность — на пользу. Хорошо известно, к примеру, что пристрастие к кокаину и другим наркотикам, включая алкоголь и никотин, связано с синаптической пластичностью в нейронной сети поощрения, в которой задействован дофамин. Одной дозы наркотика хватит, чтобы повлиять на синаптическую передачу, а неоднократное его употребление вызывает долговременные изменения в синапсах, приводящие к тяге, навязчивому поиску дозы и неспособности завязать.
Испытание глаз
В 1960-х годах исследователи обнаружили, что развитие мозга зависит от чувственного опыта ранних лет жизни, и дефекты развития можно обратить. В серии экспериментов, принесших ученым Нобелевскую премию, они выращивали новорожденных котят, которым зашили один глаз; исследователи обнаружили, что это значительно повлияло на развитие зрительной коры. Она содержит колонки, принимающие сигналы поочередно то от левого, то от правого глаза. Когда от одного глаза зрительная информация не поступала совсем, колонки, обслуживающие этот глаз, не смогли развиться, а соответствующие открытому глазу получились гораздо мощнее нормального. Исследователи также обнаружили, что эти изменения можно обратить, если открыть зашитый глаз в некий определенный, критический для развития период времени. Ныне мы знаем, что этот критический период длиннее, чем казалось ученым поначалу. В наши дни подобные эксперименты считаются крайне неэтичными, однако они привели к разработке методик лечения амблиопии, или «ленивого глаза».