Норман Дойдж
Пластичность мозга. Потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции нашего мозга

© Norman Doidge, 2007. All rights reserved.

© ИП Виноградова E.B., перевод на русский язык, 2010

© Издание на русском языке, оформление. ООО «Издательство «Э», 2017

Книги для развития мозга и мышления

Свободу мозгу! Что сковывает наш мозг и как вырвать его из тисков, в которых он оказался

Продолжение серии «Просто о мозге». Исследователь Идрисс Аберкан утверждает, что наш мозг обладает колоссальными резервами и вводит понятие «нейроэргономики», то есть искусства правильного использования мозга. Освоив его, мы сможем эффективнее познавать и производить, научимся лучше выбирать и мыслить, качественнее общаться и понимать друг друга. Но как вывести наш мозг за те пределы, в которые он попал?

Мозг, исцеляющий себя. Реальные истории людей, которые победили болезни, преобразили свой мозг и обнаружили способности, о которых не подозревали

От автора бестселлера «Пластичность мозга». В своем новом увлекательном исследовании Норман Дойдж рассказывает реальные истории излечения от инсульта, болезни Паркинсона, рассеянного склероза, аутизма и других серьезных болезней. Исследуя возможности мозга и методы нейропластической терапии, он убедительно доказывает, что естественные способы стимуляции мозга являются источником его уникальной способности к восстановлению.

Тревожный мозг. Как успокоить мысли, исцелить разум и вернуть контроль над собственной жизнью

Доктор Аннибали, психиатр и психотерапевт с двадцатилетним стажем, доказывает, что истинная причина многих жизненных неудач – реальные сбои работы мозга. Эта книга о том, как вернуть контроль над своим беспокойным и уставшим мозгом и снова научиться управлять своей жизнью – без тревог и депрессии. Рекомендации автора книги помогли тысячам людей с различными расстройствами исцелить свой разум, обрести гармонию и преодолеть препятствия на пути к здоровью и счастью.

Мозг и счастье. Загадки современной нейропсихологии

Эта книга ‒ уникальный синтез новейших достижений в области нейропсихологии и древней буддистской мудрости. Доктор Рик Хансон и доктор Ричард Мендиус создали подталкивающее к размышлениям руководство, которое содержит практические шаги по пробуждению сознания. Описанные здесь упражнения основаны на практике, которая делает нас более внимательными, гибкими и жизнерадостными, обогащает наши внутренние ресурсы.

* * *

Норман Дойдж – доктор медицины, психиатр, психоаналитик и научный сотрудник Центра психоаналитического обучения и исследований Колумбийского университета в Нью-Йорке и факультета психиатрии Университета Торонто, а также автор книг, эссеист и поэт. Он четыре раза становился лауреатом премии «National Magazine Gold Award» Канады. Живет в Торонто и Нью-Йорке.

Лучшая книга года по версии Slate

Лучшая книга года по версии общеканадской газеты Globe & Mail

Отзывы о книге «Пластичность мозга»

«Книга Дойджа – это замечательное и вселяющее надежду описание безграничной способности человеческого мозга к адаптации. …Всего несколько десятилетий назад ученые считали, что мозг неизменен и «запрограммирован» и что большинство форм его повреждения неизлечимы. Доктор Дойдж, выдающийся психиатр и исследователь, был поражен тем, насколько трансформации, произошедшие с его пациентами, противоречат этим представлениям, поэтому он занялся изучением новой науки – нейропластичности. Ему помогло общение с учеными, стоящими у истоков неврологии, и пациентами, которым помогла нейрореабилитация. В своей увлекательной книге, написанной от первого лица, он рассказывает о том, что наш мозг обладает удивительными способностями к изменению своей структуры и компенсации даже самых тяжелых неврологических заболеваний».

– Оливер Сакс

«В книжных магазинах стеллажи с научными книгами, как правило, находятся достаточно далеко от отделов, в которых представлены книги по самоусовершенствованию, в результате чего описание суровой действительности оказывается на одних полках, а умозрительные заключения – на других. Однако сделанный Норманом Дойджем увлекательный обзор революции, происходящей сегодня в нейронауке, сокращает этот разрыв: по мере того, как возможности позитивного мышления завоевывают все большее доверие ученых, многовековое различие между мозгом и сознанием начинает стираться. В книге представлен потрясающий, взрывающий реальность материал, имеющий огромное значение …не только для пациентов, страдающих неврологическими заболеваниями, но для всех людей, не говоря уже о человеческой культуре, познании и истории».

– The New York Times

«Яркая и крайне увлекательная… познавательная и захватывающая книга. Она приносит удовлетворение как уму, так и сердцу. Дойджу удается ясно и понятно объяснить результаты последних исследований в области неврологии. Он рассказывает о тяжелых испытаниях, выпавших на долю пациентов, о которых он пишет, – людей, лишенных части мозга от рождения; людей с пониженной обучаемостью; людей, перенесших инсульт, – с удивительным тактом и яркостью. Главное, что объединяет лучшие книги, написанные специалистами в области медицины, – и работы Дойджа… – это смелое преодоление узкого мостика между телом и душой».

– Chicago Tribune

«У читателей обязательно возникнет желание прочитать целые разделы книги вслух и передать ее человеку, которому она может помочь. Объединяя рассказы о научных экспериментах с примерами личного триумфа, Дойдж вызывает у читателя чувство благоговения перед мозгом и верой ученых в его возможности».

– The Washington Post

«Дойдж рассказывает нам одну за другой увлекательные истории, которые он узнал, путешествуя по миру и общаясь с выдающимися учеными и их пациентами. Каждая из этих историй вплетена в анализ последних достижений в области науки о мозге, описанных в простой и увлекательной манере. Возможно, трудно представить, что произведение, содержащее множество научных данных, может быть увлекательным, однако от этой книги невозможно оторваться».

– Джефф Зимман,

Posit Science, электронное информационное письмо

«Для того чтобы понятно и доступно рассказать о науке, необходимо обладать незаурядным талантом. Это прекрасно удается Оливеру Саксу. То же самое можно сказать о последних работах Стивена Джея Гулда. А теперь у нас есть Норман Дойдж. Потрясающая книга. Ее чтение не требует специальных знаний по нейрохирургии – достаточно обладать любознательным умом. Дойдж – лучший проводник по этой научной области. Его стиль отличается легкостью и непритязательностью, и он способен объяснить сложные концепции, общаясь с читателями на равных. Анализ конкретных случаев из практики – это типичный жанр психиатрической литературы, и Дойдж прекрасно с ним справляется.

Теория нейропластичности вызывает повышенный интерес, потому что она переворачивает наши представления о мозге. Она говорит нам о том, что мозг вовсе не представляет собой набор специализированных частей, каждая из которых имеет определенное место и функцию, а является динамичным органом, способным перепрограммировать и перестраивать себя в случае необходимости. Это представление способно принести пользу всем нам. Прежде всего это крайне важно для людей, страдающих серьезными заболеваниями – инсультом, церебральным параличом, шизофренией, неспособностью к обучению, обсессивно-компульсивными расстройствами и другими, – но кто из нас не хотел бы получить несколько дополнительных баллов при прохождении теста на уровень интеллекта или улучшить свою память? Купите эту книгу. Ваш мозг скажет вам «спасибо».

– The Globe & Mail (Торонто)

«На сегодняшний день это наиболее доступная для восприятия и универсальная книга на данную тему».

– Майкл М. Мерцених,

доктор наук, профессор, Центр интегративных нейронаук им. Кека Калифорнийского университета в Сан-Франциско

«Направляемое мастерской рукой путешествие по постоянно разрастающейся области исследований, связанных с нейропластичностью».

– Discover

«Норман Дойдж написал прекрасную книгу, которая поднимает и освещает множество психоневрологических проблем, с которыми сталкиваются дети и взрослые. В книге каждый синдром проиллюстрирован конкретными историями из практики, которые читаются как отличные рассказы… поэтому она воспринимается почти как научный детектив и не дает вам заскучать… ей удается также сделать более близкой и понятной обыкновенным людям такую загадочную область, как наука. Книга ориентирована на образованного читателя – однако вам не обязательно иметь докторскую степень, чтобы извлечь пользу из предлагаемых ею знаний».

– Барбара Милрод,

доктор медицинских наук, психиатр, Вейлльский медицинский колледж Корнуэльского университета

«Захватывающая и очень важная книга. Дойдж предоставляет читателю впечатляющее количество сведений по выбранной им теме и делает это со знанием дела. При этом его умение объяснить суть вопроса, который при менее умелом освещении мог бы показаться пугающе сложным и даже недоступным для понимания, всегда сопровождает ощущение чуда. Рассказанные им истории приносят максимальное эмоциональное удовлетворение. …Дойдж рассуждает о том, как культурные влияния в буквальном смысле слова «формируют» наш мозг. …Становится очевидно, что наша реакция на окружающий мир представляет собой не только социальный или психологический феномен, но и продолжительный неврологический процесс».

– The Gazette (Монреаль)

«Дойдж предлагает историю исследований в этой развивающейся области науки, знакомя нас с учеными, совершающими передовые открытия, и рассказывая захватывающие истории о людях, которым они помогли».

– Psychology Today

«Многие годы существовало общепринятое мнение, что у взрослых людей работа мозга может измениться только в сторону ухудшения. Считалось, что у детей с ограниченными умственными способностями и взрослых, перенесших травму мозга, нет ни малейшей надежды на то, чтобы добиться его нормального функционирования. Дойдж утверждает, что это не так. Он описывает способность мозга, позволяющую ему реорганизовывать самого себя за счет формирования новых нейронных связей на протяжении всей жизни человека. Он приводит множество примеров из практики, рассказывая нам о пациентах, которые после перенесенного инсульта снова научились двигаться и говорить; пожилых людях, которым удалось улучшить свою память; и детях, повысивших уровень интеллекта и преодолевших трудности в обучении. Он предполагает, что открытия, сделанные в области нейропластичности, могут оказаться полезными для профессионалов в самых разных сферах деятельности, но, прежде всего, для преподавателей всех типов».

– Education Week

«Потрясающая книга. Она, вне всяких сомнений, достойна сравнения с работами Оливера Сакса. Дойдж обладает удивительным даром превращать сложный специализированный материал в захватывающее чтение. Трудно представить более увлекательную тему – или лучшее введение к ней».

– The Kitchener Waterloo Record

«Нам давно известно, что изменения мозга могут влиять на нашу психологию и то, что мы думаем. Норман Дойдж показывает нам, что процесс мышления и наши мысли способны преобразовывать наш мозг. Он раскрывает основы психологического исцеления».

– Чарльз Хэнли,

доктор наук, избранный президент, Международная психоаналитическая ассоциация

«Перед нами панорамный анализ глубокого значения нейропластичности. Поврежденные или неправильно функционирующие клетки и цепи на самом деле могут быть регенерированы и перепрограммированы; местоположение определенной функции, как это ни удивительно, может быть перенесено из одного участка коры в другой. Продолжительность жизни тела человека не обязательно должна превышать срок жизни его интеллекта. …Все происходящее в молодом мозге может происходить в мозге людей старшего возраста. Ухудшение его работы может быть приостановлено на срок от двадцати до тридцати лет».

– Toronto Daily Star

«Занимательно написанная книга о безграничных возможностях человеческого мозга. Она не только представляет собой увлекательное, познавательное и воздействующее на эмоции чтение, но и раскрывает перед родителями невероятные возможности в плане совершенствования обучения, которые теперь доступны им и их детям. Проблемы пониженной обучаемости рассматриваются в этой книге совершенно по-новому, что может привести к революционным изменениям в решении вопросов обучения».

– The Jewish Week

«Яркое восхваление пластичности мозга, переданное с помощью ясного, блистательного стиля».

– Яак Панскепп,

доктор наук, профессор Университета штата Вашингтон

«Почему бы этой книге не занять одну из первых строк в списке лучших книг всех времен и народов? На мой взгляд, признание того факта, что мозг пластичен и может менять себя с помощью тренировок и познания, представляет собой грандиозный прорыв в истории человечества – более важный, чем высадка на Луну. Это понятная, увлекательная и захватывающая книга. Доктор Дойдж дарит новую надежду всем нам – от самых юных до самых старых».

– Джейн С. Холл,

International Psychoanalysis

«Это гимн жизни».

– Panorama (Италия)

«Книга Дойджа – это своего рода руководство по использованию человеческого мозга, которое дает нам советы о том, как по мере старения поддерживать интеллект на прежнем уровне. Она дарит читателям надежду на будущее. Я настоятельно рекомендую эту книгу всем, кто любит истории о людях, добивающихся победы наперекор всему. Очень увлекательное и крайне познавательное чтение».

– Интернет-сайт «Curled Up With a Good Book»

«Дойдж … переворачивает с ног на голову все, что, как нам казалось, мы знаем о мозге».

– Publishers Weekly

Посвящается Юджину Л. Голдбергу, доктору медицины, сказавшему, что такая книга может его заинтересовать

Примечание для читателя

В книге указаны настоящие имена всех людей, испытавших на себе чудо нейропластической трансформации, за исключением нескольких особо оговоренных случаев и случаев, затрагивающих интересы детей и членов их семей.

Предисловие

Эта книга рассказывает о революционном открытии в области изучения человеческого мозга, доказывающем его способность к самоизменению. В ней представлены истории об ученых, врачах и пациентах, которые смогли добиться удивительных трансформаций. Всем им удалось, без оперативного вмешательства или применения медикаментов, использовать ранее не известную способность мозга к изменениям. Среди этих людей были пациенты с заболеваниями мозга, считавшимися неизлечимыми; у других же не было особых проблем, но они хотели с приближением старости улучшить функционирование мозга или поддержать его работу на прежнем уровне. На протяжении 400 лет подобное казалось невероятным, поскольку господствующая классическая медицина и наука считали, что законы функционирования мозга неизменны. Существовало общепринятое мнение, будто после окончания детского возраста мозг начинает затем меняться только в сторону ухудшения его работы: якобы клетки мозга теряют способность правильно развиваться, получают повреждения или умирают, их восстановление невозможно. Прежде полагали, что в случае повреждения какого-либо из своих участков мозг не может изменить свою структуру и найти новый способ функционирования.

Теория неменяющегося мозга определяла, что люди, родившиеся с какими-либо ограниченными мозговыми или психическими возможностями или претерпевшие повреждение мозга, будут неполноценными до конца своей жизни. Ученым, пытавшимся совершенствовать или сохранить работу здорового мозга с помощью терапии или умственных упражнений, советовали не тратить времени впустую. В этой сфере господствовал неврологический нигилизм – мнение о том, что лечение многих заболеваний мозга неэффективно и даже нежелательно. Такое мнение получило широкое распространение у нас на Западе и даже повлияло на общее представление о человеческой природе. Если мозг не способен меняться, то и определяемая им функция неизбежно должна быть постоянной и неизменной.

Убеждение в невозможности трансформации мозга определяется тремя главными факторами. Во-первых, известно, что среди пациентов с повреждениями мозга полное выздоровление наблюдается очень редко. Во-вторых, затруднительно изучать деятельность живого мозга на нейронном уровне. И наконец, это убеждение основывается на представлении, что мозг похож на некий очень сложный механизм (а все механизмы, даже самые необычные, как мы знаем, не изменяются и не растут).

Интерес к идее меняющегося мозга возник у меня в процессе работы психоаналитиком, а также благодаря участию в психиатрических исследованиях. Нередко в тех случаях, когда у пациентов не наблюдали ожидаемый психологический прогресс, это, с точки зрения традиционной медицины, объясняли тем, что проблемы таких пациентов «жестко запрограммированы» в неменяющемся мозге. «Жесткая запрограммированность» – еще одна метафора, уподобляющая мозг компьютерным рабочим схемам, каждая из которых предназначена для выполнения определенной, неизменной функции.

Когда я впервые услышал о том, что мозг, вероятно, не запрограммирован так уж жестко, я почувствовал необходимость самостоятельно изучить и взвесить имеющиеся факты и доказательства. Эти исследования увели меня далеко за пределы моего врачебного кабинета.

Я совершил серию поездок, позволивших мне познакомиться с выдающимися учеными, работающими на переднем крае науки о мозге. Еще в конце 1960-х – начале 1970-х годов было сделано несколько важных открытий. Исследования показали, что мозг изменяется с каждым совершаемым нами действием, преобразуя свои схемы так, чтобы они лучше соответствовали решаемой задаче. Если одни мозговые структуры дают сбой, в действие вступают другие. Представление о мозге как механизме, состоящем из жестко специализированных частей, не могло в полной мере объяснить те потрясающие изменения, которые наблюдали ученые. Они назвали это важнейшее свойство мозга нейропластичностью.

«Нейро», в данном случае означает «нейроны» – нервные клетки, из которых состоят наши мозг и нервная система. «Пластичность» подразумевает гибкость, способность изменяться. Сначала многие исследователи не решались использовать слово «нейропластичность» в своих работах, а коллеги порицали их за внедрение придуманного ими понятия. Тем не менее ученые продолжали настаивать на своем, постепенно опровергая теорию неменяющегося мозга. Они доказывали, что задатки, присущие нам от рождения, не всегда остаются неизменными; что поврежденный мозг может осуществить собственную реорганизацию (в случае нарушения функционирования одного из его участков другой способен его заменить); что иногда происходит возмещение умерших клеток мозга (!); что многие «схемы» работы мозга и даже основные рефлексы, считавшиеся постоянными, таковыми не являются. Один из исследователей даже обнаружил, что мышление, обучение и активные действия способны «включать» или «выключать» те или иные наши гены. Этот последний факт, несомненно, можно считать одним из выдающихся открытий двадцатого века.

Во время своих поездок я встретился с ученым, благодаря которому слепые от рождения люди начинали видеть, и ученым, который давал глухим способность слышать. Я разговаривал с людьми, перенесшими инсульт несколько десятилетий назад и считавшимися неизлечимыми, им помогло выздороветь лечение, ориентированное на нейропластические свойства мозга. Были и такие, чьи проблемы с обучением были преодолены, и коэффициент их интеллекта (IQ) существенно вырос. Я познакомился с данными, подтверждающими возможность укрепления памяти у восьмидесятилетних людей: память восстанавливалась до уровня, характерного для них в возрасте пятидесяти пяти лет. Я видел людей, которые благодаря своим мыслям «перепрограммировали» собственный мозг, избавившись от патологических состояний и последствий травм, ранее считавшихся неизлечимыми. Я разговаривал с лауреатами Нобелевской премии, горячо ратовавшими за то, что следует переосмыслить известную нам модель мозга в свете новых знаний о его способности к постоянным изменениям.

На мой взгляд, идея о том, что мозг способен менять собственную структуру и функционирование, благодаря мыслям и действиям человека, – самое важное нововведение в наших представлениях о человеческом мозге, начиная с тех пор, как впервые была обрисована в общих чертах его анатомия и работа его основной структурной единицы – нейрона. Это – революция! И она будет иметь принципиально важные последствия. Я надеюсь, что моя книга одной из первых познакомит вас с открывшимися возможностями мозга.

Революция, связанная с нейропластичностью мозга, среди всего прочего, не может не оказать влияния на наше понимание того, как любовь, секс, печаль, отношения с людьми, обучение, склонности, культура, технологии и психотерапия меняют наш мозг. Она не может не затронуть все гуманитарные, социальные и естественные науки, которые в той или иной степени имеют дело с природой человека, а также все подходы к обучению. Все эти дисциплины должны учитывать факт способности мозга к самоизменениям и прийти к осознанию возможности трансформации «привычных схем» мозговых процессов на протяжении жизни человека.

Хотя мы говорим о том, что человеческий мозг недооценивает сам себя, наличие у него такого свойства, как нейропластичность, имеет не только положительные стороны; оно не только наделяет наш мозг большими возможностями, но и делает его более уязвимым к внешним влияниям. Нейропластичность способна формировать как более гибкое, так и ригидное поведение – я называю этот феномен «пластическим парадоксом». Как это ни странно, но некоторые из наших самых устойчивых привычек и расстройств являются продуктом как раз нашей пластичности. Однажды произошедшее в мозговых структурах пластическое изменение в результате своего закрепления может помешать другим изменениям. Лишь понимание как позитивного, так и негативного влияния пластичности на наш мозг позволит нам в полной мере осознать пределы возможностей человека.

Когда люди занимаются чем-то новаторским, для обозначения их деятельности уместны новые слова, поэтому я называю исследователей, работающих в данной области, «специалистами по нейропластичности» (neuroplastician).

Далее я расскажу вам о встречах с такими специалистами, а также людьми, жизнь которых они изменили.

Глава 1
Женщина, которая постоянно падала…
…и была спасена человеком, открывшим пластичность наших органов чувств

Весь народ узрел громы и пламя и услыхал звук трубный.

Исход (Ветхий завет), 20:18

Черил Шильц постоянно кажется, что она падает. И из-за этого непреходящего ощущения она действительно не может устоять на ногах.

Когда Черил, не имея точки опоры, поднимается с места, в первые мгновения она выглядит так, словно стоит на краю пропасти, в которую вот-вот упадет. Сначала у нее начинает дрожать и склоняться на одну сторону голова, и Черил вытягивает руки, пытаясь зафиксировать свое положение. После этого ее тело принимается хаотично двигаться вперед и назад, и тогда Черил напоминает человека, идущего по туго натянутому канату в тот ужасный момент, когда канатоходец начинает терять равновесие. При этом вы видите, что Черил, на самом деле, стоит на твердой, устойчивой поверхности (на полу, на земле), широко расставив ноги. Создается впечатление, что она боится не столько падения, сколько того, что ее толкнут.

«Вы похожи на человека, балансирующего на мосту», – говорю я.

«Да, у меня такое ощущение, словно мне предстоит совершить прыжок, хотя я этого не хочу».

Понаблюдав за Черил более внимательно, я замечаю вот что. Когда она пытается стоять неподвижно на месте, то дергается так, словно невидимая банда хулиганов толкает и пихает ее то с одной стороны, то с другой, пытаясь сбить с ног. Однако в действительности эта шайка существует внутри самой Черил и проделывает это с ней в течение пяти лет. Когда она пытается ходить, ей приходится держаться за стену, но даже в этом случае Черил шатается словно пьяная.

Черил не обретает равновесия даже тогда, когда она падает на пол.

«Что вы чувствуете после падения? – спрашиваю я. – Исчезает ли это чувство дисбаланса, когда вы оказываетесь на земле?»

«Случается так, что я перестаю ощущать под собой пол… и тогда открывается воображаемый люк, который проглатывает меня», – отвечает Черил. Даже оказавшись на полу, она продолжает чувствовать, что падает в бездонную пропасть.

Проблема Черил заключается в том, что ее вестибулярный аппарат – орган равновесия – не работает. Она очень устала от всего этого, и постоянное ощущение неустойчивости сводит ее с ума, потому что она не может думать ни о чем другом. Она боится будущего. Вскоре после появления этой проблемы со здоровьем она лишилась должности международного торгового представителя и теперь живет на пособие по инвалидности в размере 1000 долларов в месяц. У Черил появился ранее не свойственный ей страх перед старением. И у нее возникла редкая форма тревожности, не имеющая названия.

Обладание нормально функционирующим чувством равновесия – неосознаваемый, но очень важный аспект нашего хорошего самочувствия. В 1930-х годах психиатр Пол Шилдер изучал, каким образом хорошее самочувствие и «стабильный» телесный образ[1] связаны с вестибулярными ощущениями. Когда мы говорим о том, что чувствуем себя «устойчиво» или «неустойчиво», «уравновешенно» или «неуравновешенно», «прочно» или «непрочно», то используем терминологию вестибулярных чувств, которую в полной мере могут понять только такие люди, как Черил. Неудивительно, что люди, страдающие подобным расстройством, нередко «ломаются» психологически, а многие из них даже идут на самоубийство.

Мы опираемся на ощущения, о существовании которых не задумываемся – до тех пор, пока не теряем их. Одно из них – чувство равновесия, которое, как правило, работает настолько хорошо и незаметно, что его не включают в список основных пяти чувств, описанных Аристотелем, и не принимают в расчет на протяжении многих веков.

Что такое чувство равновесия

Система органов равновесия обеспечивает нам ориентацию в пространстве. Ее главный орган – вестибулярный аппарат – состоит из трех заполненных жидкостью полукружных каналов в полости внутреннего уха. Они определяют параметры нашего передвижения в трехмерном пространстве: один канал реагирует на движение в горизонтальной плоскости, другой – в вертикальной, а третий – на движение вперед или назад. Полукружные каналы заполнены жидкостью, по составу близкой к спинномозговой, и имеют чувствительные рецепторы в виде маленьких волосков. Когда мы двигаем головой, жидкость перемещается, приводя в движение волоски, те, в свою очередь, посылают в наш мозг сигнал, сообщающий о том, что мы повернулись в определенном направлении. Каждое движение требует соответствующей корректировки всех остальных частей тела. Если, например, мы наклоняем голову вперед, наш мозг подсознательно передает сигнал об изменении в определенную часть тела, чтобы с учетом этого наклона переместить центр тяжести и сохранить равновесие. Сигналы, передаваемые вестибулярным аппаратом, поступают по нерву к специализированному пучку нейронов, имеющемуся в мозге, под названием «вестибулярное ядро». Оно обрабатывает поступающие сигналы, а затем посылает команды нашим мышцам.

Здоровый вестибулярный аппарат, кроме того, имеет устойчивую связь с нашей зрительной системой. Когда вы догоняете автобус, то во время бега ваша голова двигается вверх и вниз, и вы не упускаете из вида движущийся автобус, благодаря тому что вестибулярный аппарат посылает мозгу сигналы, сообщающие ему о том, с какой скоростью и в каком направлении вы бежите. Эти сигналы позволяют мозгу менять положение ваших глазных яблок так, чтобы они были направлены непосредственно на вашу цель – на автобус.

Продолжение истории Черил. Загадочный аппарат

Я вместе с Черил нахожусь в лаборатории, где работает команда Пола Бач-и-Риты. Это один из самых выдающихся первооткрывателей в области изучения пластичности мозга. Черил полна надежд, связанных с проводимым сегодня экспериментом, и готова услышать всю правду о своем состоянии. Юрий Данилов, биофизик команды, проводит расчеты на основании данных, полученных при обследовании вестибулярной системы Черил. Юрий, родившийся в России, – невероятно умный человек. Он говорит с ярко выраженным акцентом: «Черил – пациентка, у которой утрачено от девяноста пяти до ста процентов вестибулярной системы».

Случай Черил по любым обычным меркам можно считать безнадежным. Особенно исходя из убеждения, что мозг представляет собой группу специализированных обрабатывающих модулей, генетически запрограммированных на выполнение конкретных функций, которые формировались и совершенствовались на протяжении миллионов лет эволюции. Тогда при повреждении одного из модулей его замена невозможна. С точки зрения этого подхода, узнав о том, что вестибулярная система Черил повреждена, можно было бы сказать, что у нее такие же шансы на восстановление чувства равновесия, как упование слепого с серьезным повреждением глаз на то, что он будет видеть снова.

Однако сегодня это пессимистическое утверждение может быть оспорено.

На Черил надевают конструкцию, напоминающую строительную каску, с отверстиями в боковой части. Внутри этой конструкции находится аппарат, называемый акселерометр. Черил облизывает тонкую пластиковую ленту, на которой закреплены электроды, и помещает ее на язык. Акселерометр в «каске» посылает сигналы на ленту, а оба приспособления подключены к стоящему рядом компьютеру. Черил смеется над тем, как она выглядит в этом шлеме, «потому что – говорит она, – если я не буду смеяться, то заплачу».

Этот шлем – один из причудливых приборов, изготовленных в лаборатории Пола Бач-и-Риты. Он должен временно заменить Черил ее вестибулярный аппарат и посылать сигналы, связанные с равновесием тела, в ее мозг с языка. Эта «каска» способна избавить Черил от того кошмара, в котором ей приходится жить. В 1997 году, после стандартной экстирпации матки, у Черил (ей в то время было тридцать девять лет) развилась послеоперационная инфекция. Больной назначили лечение антибиотиками, а точнее – гентамицином. Известно, что в избыточном количестве гентамицин может оказывать отравляющее действие на структуры внутреннего уха и вызывать потерю слуха (чего с Черил не произошло), звон в ушах (который у Черил был) и разрушение системы равновесия. Однако гентамицин отличается невысокой ценой и эффективностью действия, поэтому его продолжают выписывать, хотя, как правило, только на короткий срок. Черил говорит, что ей этот препарат давали сверх всякой меры. В результате этого она вошла в состав немногочисленной группы пострадавших от применения гентамицина, которые между собой называют себя «вобблерами»[2].

Однажды наступил тот страшный день, когда Черил неожиданно поняла, что вообще не может сохранить равновесие – не в силах встать, не упав при этом. Если она поворачивала голову, то вся комната начинала двигаться. Черил не могла даже понять, что именно движется – она сама или окружающие ее стены. В конце концов ей удалось подняться на ноги, держась за стену, и дотянуться до телефона, чтобы позвонить своему доктору.

Когда она приехала в больницу, врачи провели различные тесты, позволяющие оценить работу ее вестибулярного аппарата. Они заливали ей в уши ледяную и теплую воду, а затем наклоняли ее над столом. Когда Черил попросили встать с закрытыми глазами, она упала на пол. Один из эскулапов сказал ей: «У вас отсутствует вестибулярная функция». Тесты показали, что у нее сохранилось примерно 2 процента вестибулярной функции.

Черил рассказывает: «Он был таким безразличным. Он сказал: «Похоже, мы наблюдаем побочный эффект приема гентамицина». В тот момент у нее сдали нервы: «Почему же никто меня не предупредил заранее?» «И это состояние необратимо», – вместо ответа подытожил врач. Черчил продолжает вспоминать: «Я была совершенно одна. К доктору меня привезла мама, но она ушла, чтобы найти машину, и ждала меня на улице. Когда я вышла, мама спросила: «Все будет в порядке?» Я посмотрела на нее и сказала: «Это необратимо… я никогда не смогу от этого избавиться».

Из-за нарушения связи между вестибулярным аппаратом и зрительной системой глаза Черил не могут нормально следить за движущейся целью. «Все, что я вижу, дрожит, как в плохом любительском видео, – говорит она. – Словно все, на что я смотрю, сделано из желе, которое покачивается при каждом моем шаге».

Хотя Черил не может следить глазами за движущимися объектами, зрение остается единственным источником информации, сообщающим ей о том, что она находится в вертикальном положении. Наши глаза помогают нам осознать наше положение в пространстве благодаря фиксации на горизонтальных линиях. Когда гаснет свет, Черил сразу же падает на пол. Однако зрение не может служить для нее надежным помощником, потому что любое возникающее перед ней движение, скажем, человек, протягивающий ей руку, – усиливает ощущение дисбаланса. Даже зигзагообразный рисунок на ковре несет в себе угрозу, так как инициирует вспышку ложных сообщений, заставляющих ее думать, что она стоит криво, хотя, на самом деле, это не так.

Помимо всего прочего, Черил страдает от умственного переутомления, поскольку ей постоянно приходится быть настороже. Из-за ее недуга сохранение вертикального положения требует от нервной системы Черил больших затрат сил: за счет таких ментальных функций как память и способность считать и делать умозаключения.

Как это работает

Пока Юрий готовит компьютер к работе, я прошу позволения опробовать аппарат. Я надеваю на голову «шлем» и помещаю в рот пластиковое приспособление с электродами, называемое языковым дисплеем. Оно плоское и не толще пластинки жевательной резинки.

Акселерометр, или рецептор, размещенный в каске, определяет движение в двух плоскостях. Когда я киваю головой, это движение переносится на карту на экране компьютера, которая позволяет команде ученых контролировать процесс. Аналогичная карта проецируется на 144 электрода, имплантированных в пластиковую полоску на моем языке. Если я наклоняюсь вперед, то под действием электрического тока на передней части моего языка возникает легкое покалывание, напоминающее ощущение от пузырьков шампанского, которое сообщает мне о том, что я наклонился вперед. А на экране компьютера я могу видеть положение своей головы. Если я откидываюсь назад, то чувствую, как «пузырьки шампанского» перемещаются к задней части языка. То же самое происходит, когда я склоняюсь в ту или иную сторону. После этого я закрываю глаза и пытаюсь определить свое положение в пространстве с помощью языка. Вскоре я забываю о том, что сенсорная информация[3] поступает с моего языка, и начинаю понимать, в каком положении нахожусь.

Черил забирает у меня аппарат; она сохраняет равновесие, опираясь на стол.

«Давайте начнем», – говорит Юрий, поворачивая ручки настройки приборов.

Черил надевает аппарат и закрывает глаза. Она отодвигается от стола, продолжая прикасаться к нему двумя пальцами. Она не падает, хотя единственным показателем движения ее тела служат «пузырьки шампанского» на ее языке. Она отрывает пальцы от стола. Она больше не качается. Она начинает плакать: теперь она освоилась с надетым на нее аппаратом и чувствует себя в безопасности. Как только она надела шлем, не покидающее ее ощущение неустойчивости исчезло – впервые за пять лет. На сегодняшний день ее цель – простоять прямо без поддержки двадцать минут, не снимая аппарата и стараясь сохранить равновесие. Любому человеку – не говоря уже о вобблере – для выполнения такой задачи требуются обучение и навыки… навыки караульного, несущего службу у Букингемского дворца.

Черил выглядит спокойной. Она слегка меняет положение тела. Толчки прекратились, а скрывающиеся внутри нее таинственные демоны, постоянно пихающие ее, как будто отступили. Ее мозг расшифровывает сигналы, поступающие от искусственного вестибулярного аппарата. Для Черил такие моменты покоя – настоящее чудо, а точнее, нейропластическое чудо.

В норме покалывающие ощущения на языке передаются в соответствующую языку сенсорную область коры (тонкий слой клеток на поверхности мозга), где происходит обработка поступающих сигналов. А в данном случае каким-то непостижимым образом сигналы, идущие от языка, находят совершенно новый путь к той области мозга, которая обрабатывает информацию о равновесии.

«Сейчас, – говорит Бач-и-Рита, – перед нами стоит следующая задача: сделать этот прибор настолько маленьким, чтобы его можно было спрятать во рту, как фиксатор зубного протеза. Тогда эта женщина и любой другой человек с подобной проблемой смогут вернуться к нормальной жизни».

«Это важно не только для тех людей, которые пострадали от гентамицина, – продолжает он. – Вчера в The New York Times была опубликована статья о падениях среди пожилых людей. Они боятся упасть больше, чем быть ограбленными. По статистике, каждому третьему пожилому человеку суждено однажды упасть и покалечиться. И понятно, что люди в возрасте, страшась этого, не выходят из дома, страдают от недостатка физической активности и становятся все более слабыми физически. Но я считаю, что отчасти эта проблема связана с тем, что вестибулярное чувство – так же, как слух, вкус, зрение и другие чувства, – начинает ослабевать с годами. Наше устройство поможет им».

«Пора», – говорит Юрий, отключая аппарат.

Второе нейропластическое чудо

Теперь мы наблюдаем второе нейропластическое чудо. Черил вынимает пластиковую ленту изо рта и снимает с головы «шлем». Она широко улыбается… и остается стоять без поддержки с закрытыми глазами! Не падает даже без аппарата! Затем она открывает глаза, по-прежнему не притрагиваясь к столу, и отрывает одну ногу от пола, балансируя на другой ноге.

«Я люблю этого парня», – говорит она, после чего подходит к Бач-и-Рите и обнимает его. Она присоединяется ко мне. Ее переполняют эмоции, поэтому мне тоже достается ее объятие.

«Я чувствую себя надежно и уверенно. Мне не нужно думать, что делают мои мышцы. Я могу подумать о других вещах». Она возвращается к Юрию и целует его.

«Я должен объяснить, в чем заключается это чудо, – говорит Юрий, который считает себя скептиком, ориентирующимся на объективные данные. – У Черил практически нет естественных рецепторов равновесия. В течение последних двадцати минут мы обеспечили ее искусственными рецепторами. Но настоящее чудо – это то, что происходит сейчас, когда мы отключили ее от приборов, и у нее больше нет ни искусственного, ни естественного вестибулярного аппарата. Мы пробудили в ней какую-то иную силу».

Когда ученые использовали аппарат впервые, Черил держала его на голове в течение всего лишь одной минуты. Было замечено, что после того как она его сняла, «остаточный эффект» длился примерно двадцать секунд, то есть треть того времени, в течение которого на ее голове был надет «шлем». Затем Черил не снимала шлем две минуты, и остаточный эффект продолжался около сорока секунд. В дальнейшем ученые увеличили время действия аппарата до двадцати минут, ожидая, что продолжительность остаточного эффекта составит около семи минут. Однако вместо этого он длился втрое дольше периода работы с аппаратом – целый час. По словам Бач-и-Риты, сегодня они проводят эксперименты, чтобы определить, могут ли дополнительные двадцать минут использования аппарата обеспечить обучающий эффект, позволяющий еще больше продлить остаточный эффект.

Черил начинает дурачиться и хвастаться: «Я снова могу ходить как нормальная женщина. Возможно, для большинства людей это не так уж важно, но для меня очень много значит то, что теперь мне не нужно ходить, широко расставив ноги».

Она забирается на стул и спрыгивает с него. Она наклоняется и поднимает вещи с пола, чтобы продемонстрировать, что может спокойно выпрямиться. «Последний раз, после использования аппарата, я в период остаточного эффекта могла прыгать со скакалкой».

«Удивительно то, – говорит Юрий, – что она не только получает возможность контролировать положение своего тела. Спустя некоторое время после работы в шлеме она способна действовать практически как обычный человек. Балансировать на бревне. Управлять машиной. Речь идет о восстановлении вестибулярной функции. Двигая головой, она научилась не упускать из вида цель – значит, связь между зрительной и вестибулярной системами также восстанавливается».

Я поднимаю глаза и вижу, как Черил танцует с Бач-и-Ритой. Она ведет в этом танце.

Но благодаря чему Черил вновь может танцевать и возвращается к нормальному функционированию без аппарата? Бач-и-Рита считает, что это объясняется рядом причин. Поврежденная вестибулярная система Черил дезорганизована и «насыщена помехами», система посылает случайные сигналы. Эти «шумы», поступающие из поврежденной ткани, блокируют сигналы, идущие от здоровой ткани. Аппарат же помогает усилить последние. Бач-и-Рита думает, что аппарат, кроме того, позволяет вовлечь в процесс передачи сигналов другие нейронные проводящие пути, и это происходит благодаря нейропластичности.

Система мозга включает множество нейронных проводящих путей (цепочек соединенных друг с другом нейронов, работающих совместно). При блокировании определенных ключевых проводящих путей мозг использует обходные, более старые пути. «Я представляю это следующим образом, – говорит Бач-и-Рита. – Если вы едете отсюда в Милуоки и узнаете, что главный мост вышел из строя, то сначала это вызывает у вас оцепенение. Затем вы решаете воспользоваться старыми второстепенными дорогами, пролегающими по сельской местности. В дальнейшем, когда вы осваиваете этот маршрут, вы находите еще более короткие пути, чтобы доехать до нужного вам места, и начинаете добираться туда быстрее». Эти «второстепенные» нейронные проводящие пути «демаскируются» и при постоянном использовании стабилизируются. Такое «раскрытие», как правило, считают одним из основных путей самореорганизации пластичного мозга.

Тот факт, что в случае Черил длительность действия остаточного эффекта постепенно увеличивается, указывает на укрепление демаскированного нейронного проводящего пути. Бач-и-Рита надеется, что при помощи тренировок Черил сможет и дальше расширять срок этого действия.

Через несколько дней Бач-и-Рита получает электронное послание от Черил, в котором она сообщает о том, сколько на сей раз действовал остаточный эффект: «Общее время сохранения остаточного эффекта составило 3 часа 20 минут…». А дальше она добавляет: «В моей голове снова начинается дрожание – как обычно… Я с трудом подбираю слова… У меня головокружение. Я устала, измучена… Я подавлена».

Увы, пока ситуация напоминает печальную историю Золушки: очень трудно возвращаться в прежнее состояние после того, как чувствовал себя нормальным человеком. Когда это происходит, Черил кажется, что она умирает, затем воскресает к жизни и умирает снова. С другой стороны, время действия остаточного эффекта после двадцатиминутной процедуры, равное трем часам двадцати минутам, в десять раз превышает время использования аппарата. Черил – первый вобблер, который прошел подобное лечение, и даже если длительность действия остаточного эффекта не увеличится, у нее теперь есть возможность использовать аппарат четыре раза в день и вести нормальную жизнь. Однако есть все основания ожидать большего, так как с каждым сеансом продолжительность остаточного эффекта растет. Если так будет продолжаться…

…Это действительно продолжалось. В течение следующего года Черил старалась использовать аппарат как можно чаще. Длительность действия остаточного эффекта возросла до нескольких часов, затем дней, а впоследствии четырех месяцев. Сегодня она вообще не пользуется аппаратом и больше не считает себя вобблером.

Еще о таинственных аппаратах

В 1969 году ведущий европейский научный журнал, Nature, опубликовал небольшую статью, которая казалась научно-фантастической. Ее автор, Пол Бач-и-Рита, был известным ученым-теоретиком и одновременно врачом, занимавшимся реабилитацией больных – а подобное сочетание встречается достаточно редко. В статье описывался аппарат, который давал слепым от рождения людям возможность видеть. У всех участников эксперимента была повреждена сетчатка глаза, и всех их считали полностью неизлечимыми.

О статье в журнале Nature писали The New York Times, Newsweek и Life, однако вскоре сам аппарат и его изобретатель оказались преданными забвению, возможно, из-за того, что описанное в статье казалось совершенно невероятным.

Статья сопровождалась фотографией странного вида аппарата: на ней можно было увидеть большое зубоврачебное кресло старого образца с вибрирующей спинкой, сплетение проводов и громоздкие компьютеры. Вся эта конструкция, сделанная из выброшенных на свалку деталей и электронных приборов производства 1960-х годов, весила четыреста фунтов (около 150 кг).

Слепой от рождения человек (!) – никогда не имевший зрительного опыта – садился в кресло, стоящее позади большой камеры, которая по размерам напоминала камеры, используемые в то время на телевидении. Слепой «сканировал» находящееся перед ним пространство, поворачивая рукоятки, приводящие в движение камеру. Камера посылала преобразованное в электрические сигналы изображение на обрабатывающий их компьютер. Затем электрические сигналы передавались на четыреста вибрирующих стимуляторов (генераторов стимулирующих импульсов), расположенных рядами на металлической пластине, прикрепленной к внутренней стороне спинки кресла. Эти стимуляторы соприкасались с кожей слепого пациента. Они действовали как элементы изображения: вибрировали, отображая темные части пространства, а передавая более светлые тона и детали, оставались неподвижными. Это устройство, которое назвали «тактильно-зрительным аппаратом», позволяло слепым людям читать, распознавать лица и тени, а также различать, какие объекты находятся ближе к ним, а какие дальше. Оно давало им возможность открыть для себя перспективное видение и наблюдать за тем, как объекты меняют форму в зависимости от угла зрения. Шесть участников эксперимента научились распознавать такие объекты, как телефон, даже тогда, когда он был частично загорожен вазой. Они даже были способны узнавать по фотографии Твигги – анорексичную супермодель, невероятно популярную в те годы.

Все участники эксперимента, испытавшие на себе тот громоздкий тактильно-зрительный аппарат, переживали удивительный опыт нового восприятия, трансформируя тактильные ощущения в зрительные образы и обретая тем самым возможность видеть людей и предметы.

После непродолжительной тренировки слепые участники эксперимента начинали воспринимать находящееся перед ними пространство как трехмерное, несмотря на то что информация поступала с двухмерного блока стимуляторов на их спинах. Если кто-то бросал в сторону камеры мяч, участник эксперимента автоматически отпрыгивал назад, чтобы увернуться от него. Когда пластину с вибрирующими стимуляторами перемещали со спины на живот испытуемого, достоверность восприятия информации о происходящем перед камерой оставалась прежней. Когда их щекотали рядом со стимуляторами, они не путали щекочущие прикосновения с визуальными стимулами. Сознательноеперцептивное[4] переживание возникало не на поверхности кожи, оно воспринималось как объективное – происходящее в окружающем мире. И эти переживания имели комплексный характер. После определенного периода тренировок участники эксперимента могли поворачивать камеру и говорить, к примеру, следующее: «Это Бетти; сегодня ее волосы распущены, и она без очков; у нее открыт рот, и она двигает правой рукой от левой стороны головы к затылку». Правда, зрительное разрешение часто было слабым, но, как сказал бы Бач-и-Рита, зрение необязательно должно быть идеальным, чтобы быть зрением. «Когда мы идем по улице, окутанной туманом, и видим очертания здания, – спрашивает он, – разве мы воспринимаем его искаженным из-за недостаточного разрешения? Когда мы видим предмет в черно-белом варианте, мы все-таки прекрасно различаем его, несмотря на отсутствие цвета?»

Слишком необычно, чтобы быть правдой

Этот ныне забытый аппарат стал одним из первых и самых смелых устройств, показавших возможности нейропластичности: возможность с успехом использовать одну из наших сенсорных систем[5] для замещения другой. Однако полученные результаты тогда сочли неправдоподобными и проигнорировали, поскольку ученые были уверены, что структура мозга неизменна и наши сенсорные системы (а точнее, пути, по которым полученные извне сигналы поступают в наши умы) жестко запрограммированы. У такого подхода и сегодня есть множество сторонников. Это направление называется «локализационизм». Он тесно связан с представлением о том, что мозг похож на сложный механизм, состоящий из частей, каждая из которых выполняет строго определенную функцию и находится в генетически предопределенном или запрограммированном локализованном участке коры головного мозга – отсюда и название. Мозг, который запрограммирован и в котором каждая психологическая или физиологическая функция реализуется в строго определенном месте, не предполагает никакой пластичности.

Немного истории

Мысль о сходстве мозга с механизмом вдохновляет и направляет науки о нервной системе с тех пор, как эта мысль была впервые высказана в семнадцатом веке и пришла на смену более мистическим представлениям о душе и теле. Под впечатлением от открытий Галилея (1564–1642), утверждавшего, что планеты – неодушевленные тела, приводимые в движение механическими силами, ученые пришли к убеждению, что вся природа функционирует как большие космические часы, подчиняющиеся законам физики, и начали объяснять все (даже живые структуры – включая органы нашего тела) механистически. Идея о том, что вся природа подобна огромному механизму, вытеснила введенное греками и просуществовавшее две тысячи лет представление о том, что природа – огромный живой организм{1}, а органы человеческого тела слишком сложны, чтобы уподоблять их неодушевленным машинам. Тем не менее первым важным достижением новой «механистической биологии» стало блистательное и оригинальное открытие Уильяма Гарвея (1578–1657). Гарвей, изучавший анатомию в итальянском городе Падуе, где читал лекции Галилей, выяснил, как происходит циркуляция крови в теле человека, и продемонстрировал, что наше сердце работает по принципу насоса, который, как известно, представляет собой простейшее техническое устройство. Вскоре многим ученым стало казаться, что для того чтобы быть научным, объяснение должно носить механистический характер – а именно подчиняться механистическим законам движения.

Вслед за Гарвеем французский философ Рене Декарт (1596–1650) писал, что мозг и нервная система человека также функционируют наподобие насоса. По его мнению, наши нервы представляют собой трубки, идущие от конечностей к мозгу и обратно. Декарт стал первым человеком, сформулировавшим теорию рефлексов, согласно которой при прикосновении к коже человека легкие воздухообразные частицы устремляются по нервным трубкам к мозгу и механически «отражаются», возвращаясь к мышцам и приводя их в действие. Как бы примитивно это ни звучало, Декарт был не так уж далек от истины. Вскоре ученые усовершенствовали нарисованную им картину, заявив, что по нервам двигаются не воздухообразные частицы, а электрический ток. Идея Декарта о сходстве мозга со сложным техническим устройством достигла своей кульминационной точки в современном представлении о мозге как о компьютере и в локализационизме. Мозг начали рассматривать как механизм{2}, состоящий из частей, каждая из которых расположена в заранее определенном месте и выполняет одну функцию, в результате чего при повреждении одной из этих частей заменить ее невозможно; в конце концов, машины не умеют отращивать новые части.

Идея локализационизма также была применена к органам чувств. Возникло представление о том, что каждое из наших чувств – зрение, слух, вкус, осязание, обоняние, равновесие – имеет специальные сенсорные клетки, специализирующиеся на обнаружении одной из разнообразных форм окружающей нас энергии{3}. При стимуляции эти сенсорные клетки посылают электрический сигнал по соответствующему нерву в определенный участок мозга, где происходит обработка ощущения. Ученые считали, что деятельность этих участков настолько специализированна, что один участок не может выполнять работу другого.

Четыре фута десять дюймов

Бач-и-Рита – один из тех, кто отверг эти представления. Он выяснил, что наши сенсорные системы обладают пластичной природой и что в случае повреждения одной из них другая иногда может взять на себя выполнение ее функций. Бач-и-Рита назвал этот процесс «сенсорным замещением» и разработал способы приведения его в действии, а также устройства, дающие нам «сверхчувства». Открыв возможность адаптации нервной системы к видению с помощью камеры, а не сетчатки глаза, Бач-и-Рита подарил слепым людям величайшую надежду на появление ретинальных имплантатов, которые можно ввести в глаз хирургическим путем.

Бач-и-Рита – уникальный специалист в целом ряде областей: медицине, психофармакологии, нейрофизиологии глаза, психофизиологии зрения и биоинженерной технике. Он следует своим идеям независимо от того, куда это может привести. Он говорит на пяти языках. Бач-и-Рита длительное время жил в Италии, Германии, Франции, Мексике, Швеции и в разных частях Соединенных Штатов. Он работал в лабораториях ведущих ученых и лауреатов Нобелевской премии, но он никогда не идет на поводу у чужого мнения. Он не участвует в политических играх ради карьеры. Став врачом, он в определенный момент перестал заниматься медициной и переключился на базовые исследования. Этот человек задавал вопросы, на первый взгляд, противоречащие здравому смыслу. Например, такие: «Необходимы ли для зрения глаза, уши для слуха, язык для вкуса, нос для обоняния?» А затем, когда ему исполнилось сорок четыре года, он снова вернулся к медицине и поступил в резидентуру[6] по одной из наиболее скучных специальностей – реабилитационная медицина. Его целью стало превращение интеллектуального болота в науку за счет применения в действии того, что он узнал о пластичности мозга.

Бач-и-Рита – крайне непритязательный человек. Он питает пристрастие к пятидолларовым костюмам и носит одежду из магазинов Армии спасения в тех случаях, когда это проходит не замеченным для его жены. Он ездит на ржавой машине, купленной двенадцать лет назад, а его жена – на новом автомобиле «Passat». Голову Бач-и-Риты украшает копна волнистых седых волос; его кожа имеет смуглый оттенок человека из средиземноморского региона, в жилах которого течет кровь испанцев и евреев; он говорит тихо и быстро и выглядит намного моложе своих шестидесяти девяти лет. Он производит впечатление рассудочного человека, но при этом с мальчишеским пылом относится к своей жене Эстер (она, родившаяся в Мексике, является потомком индейцев майя).

Он привык быть аутсайдером. Он вырос в Бронксе; при поступлении в среднюю школу его рост составлял четыре фута десять дюймов из-за таинственной болезни, которая задержала его рост на восемь лет; и ему дважды ставили предварительный диагноз «лейкемия». Более крупные сверстники избивали его практически ежедневно, и за годы учебы у него сформировался невероятно высокий болевой порог. В двенадцать лет у Бач-и-Риты произошел разрыв аппендикса, и врачи диагностировали у него редкую форму хронического аппендицита. А затем… он вырос на восемь дюймов и впервые победил в драке.

Мы едем по городу Мэдисон в Висконсине, где Бач-и-Рита живет во время своих приездов из Мексики. Он полностью лишен претенциозности и за время наших многочасовых разговоров позволяет себе всего лишь одно замечание, которое при большом желании можно было бы назвать самодовольным.

«Я могу соединить что угодно с чем угодно», – произносит он с улыбкой.

Мы видим благодаря нашему мозгу, а не глазам

«Мы видим благодаря нашему мозгу, а не глазам»,[7] – говорит Бач-и-Рита.

Это утверждение противоречит здравому смыслу и основанному на нем представлению, что мы видим глазами, слышим ушами, ощущаем вкус с помощью языка, различаем запахи с помощью носа и осязаем через кожу. Вряд ли найдется человек, который подвергнет сомнению эти факты. Однако, по мнению Бач-и-Риты, наши глаза всего лишь чувствуют изменения световой энергии; а воспринимает их – т. е. видит – наш мозг.

Для Бач-и-Риты неважно, каким образом ощущение попадает в мозг. «Когда слепой человек пользуется тростью, он двигает ею взад и вперед, и только одна точка, а именно, конец трости, служит для него источником информации, поступающей через кожные рецепторы на руке. Тем не менее это движение тростью позволяет ему разобраться, где находится дверной проем или стул. Затем слепой использует эту информацию для того, чтобы подойти к стулу и сесть на него. Хотя он получает сигналы лишь через рецепторы на руке (именно там происходит его «взаимодействие» с тростью) в результате он воспринимает не давление трости на руку, а облик комнаты: стулья, стены, трехмерное пространство. Реальная рецепторная поверхность на руке становится всего лишь ретранслятором информации, портом передачи данных. В ходе этого процесса рецепторная поверхность утрачивает свою тождественность».

Бач-и-Рита определил, что кожа и ее тактильные рецепторы могут заменить сетчатку глаза{4}, потому что как кожа, так и сетчатка представляют собой двухмерные поверхности, покрытые сенсорными рецепторами, которые в результате обеспечивают формирование трехмерной «картинки».

Однако одно дело найти новый порт передачи данных или способ передачи ощущений в мозг. И совсем другое – расшифровка этих кожных ощущений мозгом и их преобразование в картину реальности. Чтобы сделать это, мозг должен научиться чему-то новому, а тот участок головного мозга, который связан с обработкой осязательной информации, должен адаптироваться к новым сигналам. Эта способность к адаптации и предполагает, что мозг пластичен, т. е. способен реорганизовать свою сенсорно-перцептивную систему.

И снова о локализационизме

Если мозг способен к самореорганизации, то теория локализационизма не дает о нем правильного представления. Однако даже Бач-и-Рита прежде был ее сторонником. Впервые о локализационизме заговорили всерьез в 1861 году, когда хирург Поль Брока́ занялся лечением пациента, перенесшего инсульт. Больной потерял способность говорить и мог произносить только одно слово. Что бы его ни спрашивали, он отвечал: «Тэн, тэн». Когда пациент умер, Брока́ анатомировал его мозг и обнаружил поврежденную ткань в левой лобной доле. Скептики выражали сомнение в том, что речь может быть локализована в одном участке мозга, пока Брока не продемонстрировал им поврежденную ткань, а потом сообщил о других пациентах, утративших способность говорить и имевших повреждения в том же самом месте. Специалисты дали этому участку название «область Брока» и предположили, что именно этот участок координирует движения мышц губ и языка. Вскоре другой врач, Карл Ве́рнике, связал повреждения в еще одном участке головного мозга с другой проблемой: неспособностью понимать язык. Вернике предположил, что поврежденный участок отвечает за ментальную репрезентацию слов и понимание речи. Этот участок известен как «область Ве́рнике».

В течение последующих ста лет происходило лишь подтверждение положений теории локализационизма на основе новых данных исследований, позволявших уточнить карту мозга.

К сожалению, в дальнейшем ученые начали преувеличивать силу доказательств, свидетельствующих в пользу привычной теории. Это подкреплялось наблюдениями, указывающими на связь повреждений конкретного участка мозга с потерей определенных психологических или физиологических функций. Получалось, что каждая функция мозга имеет только определенное локализованное место. Идея была выражена в короткой фразе: «одна функция – один локализованный участок».

Первые ласточки

Для идеи пластичности начался век обскурантизма, и любые исключения из теории «одна функция – один локализованный участок» научная общественность игнорировала. Еще в 1868 году Жюль Котар провел обследование детей, страдавших выраженным заболеванием мозга, при котором левое полушарие (включая область Брока) «чахнет». Однако он обнаружил следующее. Несмотря ни на что, эти дети по-прежнему могли нормально разговаривать! Это означало, что хотя речь действительно обрабатывается в левом полушарии, мозг обладает пластичностью, достаточной для того, чтобы в случае необходимости провести самореорганизацию. В 1876 году Отто Солтманн провел эксперимент, в ходе которого удалил щенкам и кроликам двигательную зону коры головного мозга (часть мозга, отвечающую за движение) и обнаружил, что после операции у подопытных животных сохранилась способность двигаться! Эти первые ласточки – первые свидетельства о пластичности мозга были погребены под волной энтузиазма, связанного с теорией… локализационизма.

Бач-и-Рита начал сомневаться в идеях локализационизма в начале 1960-х годов, когда жил в Германии. В то время он присоединился к команде ученых, которые изучали работу зрения, измеряя с помощью электродов электрический импульс, поступающий из области обработки зрительной информации в головном мозге кошки. Члены команды были полностью уверены в том, что при показе кошке какого-либо изображения электрод, помещенный в области обработки зрительной информации, должен показать на энцефалограмме электрический всплеск, указывающий на обработку этого изображения. Так и произошло. Однако когда кто-то случайно дотронулся до кошачьей лапы, область зрительного восприятия снова активировалась, и это указывало на то, что данная область также обрабатывает информацию от прикосновения. Кроме того, ученые выяснили, что зрительная зона активируется и в том случае, когда кошка слышит звуки.

Именно тогда Бач-и-Рита пришел к мысли о том, что идея «одна функция – один локализованный участок» может быть неверной. «Зрительная» область мозга кошки принимала во внимание как минимум еще две функции – осязание и слух. Он предположил, что преобладающая часть мозга выполняет «полисенсорные» функции, так как сенсорные области мозга способны обрабатывать сигналы от нескольких органов чувств.

Это возможно потому, что чувствительные рецепторы наших органов чувств преобразуют самую разную информацию о внешнем мире в паттерны электрических импульсов, которые передаются по нашим нервам. Эти паттерны представляют собой универсальный язык «общения» внутри мозга. Для самих нейронов не существует визуальных образов, звуков, запахов или ощущений. Бач-и-Рита понял, что участки мозга{5}, где происходит обработка этих электрических импульсов, гораздо менее специализированны, чем считали нейрофизиологи. Это представление нашло подтверждение, когда нейрофизиолог Вернон Маунткастл открыл, что зрительная, слуховая и осязательная зоны коры головного мозга имеют похожую шестислойную обрабатывающую структуру. Для Бач-и-Риты это означало, что любой участок коры должен обладать способностью к обработке любых посылаемых в него сигналов, и что, в конечном счете, модули нашего мозга более универсальны, чем принято было считать.

Следующие годы Бач-и-Рита посвятил изучению исключений из теории локализационизма{6}. Знание нескольких иностранных языков позволило ему познакомиться с ранними научными работами, не переведенными на английский, и заново открыть исследования, проводимые до того, как в мире науки окончательно воцарился локализационизм. Занимаясь своими изысканиями, он обнаружил работу Мари-Жан-Пьера Флоренса{7}, который еще в 1820-х годах утверждал, что мозг человека способен к самореорганизации. А еще он прочитал написанную на французском языке работу Поля Брока́, которую часто цитировали, но редко издавали в переводе, и выяснил, что даже Брока́, в отличие от своих последователей, не отвергал полностью идею пластичности мозга.

«Игрушка для взрослых»

Успешное применение разработанного им тактильно-зрительного аппарата еще больше вдохновило Бач-и-Риту на создание собственной картины работы человеческого мозга. В конце концов, чудом был не его аппарат, а мозг человека, который жил, менялся и адаптировался к новым видам искусственных сигналов. Бач-и-Рита предположил, что в процессе реорганизации тактильные (осязательные) сигналы (первоначально обрабатываемые в осязательной зоне коры головного мозга) перенаправляются в зрительную зону коры для дальнейшей обработки. Это означает, что нейронный путь претерпевает развитие: идет от кожи к зрительной зоне.

Сорок лет назад, когда господствовали другие взгляды, Бач-и-Рита начал свою акцию протеста. Он признавал достижения наук о мозге, но утверждал, что «большое количество свидетельств указывает на то, что мозг демонстрирует двигательную и сенсорную пластичность». Шесть журналов отказались печатать одну из его статей, и вовсе не потому, что в ней были представлены спорные данные, а из-за того, что автор осмелился включить в ее название слово «пластичность». После публикации статьи Бач-и-Риты в журнале Nature его любимый наставник Рагнар Гранит (получивший в 1965 году Нобелевскую премию в области физиологии за работу по изучению сетчатки глаза) пригласил своего ученика на чай. Гранит попросил жену выйти из комнаты и, похвалив работу Бач-и-Риты о мышцах глаза, спросил его – зачем он впустую тратит время на «эту игрушку для взрослых». Однако Бач-и-Рита не отступил: он начал публиковать доказательства пластичности мозга, написав ряд книг и несколько сотен статей, и приступил к разработке теории, позволяющей объяснить механизмы пластичности.

Устройства, предоставляющие людям «сверхчувства»

Хотя теперь Бач-и-Риту больше всего интересовало объяснение пластичности мозга, он продолжал изобретать устройства для сенсорного замещения. Он работал совместно с инженерами над уменьшением размеров тактильно-зрительного аппарата для слепых. Громоздкая и тяжелая пластина с вибрирующими стимуляторами, прикрепляемая к спине, была заменена тонкой пластиковой полоской, покрытой электродами, которая теперь приклеивалась на язык. Бач-и-Рита полагает, что язык идеальный «интерфейс между мозгом и аппаратом»; это прекрасный пункт входа в мозг, потому что наш язык очень чувствителен и на нем даже нет лишенного чувствительности слоя омертвевшей кожи. Размеры компьютера также значительно уменьшились, а камеру, которая когда-то была похожа по своим габаритам на чемодан, теперь можно было закрепить на оправе очков.

Бач-и-Рита трудится и над другими изобретениями, обеспечивающими сенсорное замещение. Агентство NASA выделило ему средства на разработку электронной «чувствующей» перчатки для астронавтов, работающих в открытом космосе. Используемая ранее перчатка была настолько толстой, что астронавтам было сложно ощущать маленькие предметы или совершать тонкие движения. Поэтому он поместил на внешнюю сторону перчатки электрические сенсоры, которые передавали сигналы на руку. Затем он воспользовался опытом разработки перчатки для астронавтов, и создал аналогичную для людей, страдающих проказой (заболевание калечит кожу и разрушает периферические нервы, приводя к потере чувствительности рук). Новая перчатка тоже имела сенсоры на внешней стороне и посылала сигналы на здоровый участок кожи, где нервы не были затронуты болезнью. Таким образом, здоровая кожа превращалась во входные ворота для ощущений в руках.

После этого Бач-и-Рита приступил к работе над перчаткой, позволяющей слепым людям читать с экрана компьютера, и даже занялся проектом по созданию…презерватива. Бач-и-Рита надеется, что его изобретение поможет больным с повреждениями спинного мозга (которые не могут чувствовать оргазм из-за полной утраты чувствительности полового члена) вернуть радости секса. Идея этого устройства основана на том, что сексуальное возбуждение, как и любое другое чувственное впечатление, формируется «в мозге», поэтому ощущения от сексуальных движений, собираемые сенсорами на презервативе, можно преобразовать в электрические импульсы, из которых мозг «построит» полноценное сексуальное возбуждение.

Бач-и-Рита продолжал разрабатывать устройства, предоставляющие людям «сверхчувства», такие как ночное видение и видение в инфракрасных лучах. Он разработал прибор для подразделений «Морских котиков», который помогает пловцам определять местонахождение своего тела под водой, и еще одно, успешно протестированное во Франции, которое сообщает хирургам точное положение скальпеля, посылая сигналы с прикрепленного к скальпелю электронного датчика на маленькое устройство, присоединенное к их языку.

Мозг восстанавливается даже после тяжелого инсульта

Интерес Пола Бач-и-Риты к восстановлению мозга возник под влиянием удивительного выздоровления его собственного отца, каталонского поэта и филолога Педро Бач-и-Риты, после перенесенного им инсульта. В 1959 году у Педро (он был в то время шестидесятипятилетним вдовцом) случился инсульт, в результате которого наступил паралич лица и половины тела, а также потеря речи.

Врачи сказали брату Пола Бач-и-Риты, Джорджу (ныне он калифорнийский психиатр), что у его отца нет надежды на выздоровление и что Педро придется поместить в специальное лечебное учреждение. Вместо этого Джордж, который в то время изучал медицину в Мексике, перевез парализованного отца из Нью-Йорка, где тот жил, к себе в Мексику и поселил у себя в доме. Сначала Джордж попытался организовать для отца восстановительное лечение в Американо-Британском госпитале, который предлагал только стандартный четырехнедельный курс реабилитации, так как в те годы никто не верил в пользу продолжительного лечения. Спустя четыре недели состояние отца ничуть не улучшилось. Он по-прежнему оставался беспомощным: его приходилось сажать на унитаз и снимать с него, а также мыть под душем, что Джордж выполнял с помощью садовника.

«К счастью, он был некрупным мужчиной, весившим всего сто восемнадцать фунтов (53,5 кг. – Прим. ред.), так что мы могли с ним справиться», – говорит Джордж.

Джордж, хотя и изучал медицину, ничего не знал о реабилитации, и этот его пробел оказался для семьи настоящим благословением: Джорджу удалось добиться успеха благодаря нарушению всех существующих правил – благодаря свободе от пессимистических теоретических представлений.

«Я решил, что вместо того чтобы учить отца ходить, я должен прежде всего научить его ползать. Я сказал: «Мы начинаем свою жизнь, ползая по полу, теперь тебе придется снова некоторое время поползать». Мы купили ему наколенники. Сначала мы держали его так, чтобы он опирался на все четыре конечности, но его руки и ноги действовали не очень хорошо, поэтому это требовало большого напряжения». Затем Джордж заставил отца ползать самостоятельно, опираясь парализованным плечом и рукой о стену. «Это ползание вдоль стены продолжалось несколько месяцев. Когда он добился определенных успехов, я даже заставлял его ползать в саду, что привело к проблемам с соседями: те говорили, что неправильно и неприлично заставлять профессора ползать как собаку. Я мог воспользоваться только одной моделью – моделью обучения маленьких детей. Поэтому мы играли в разные игры на полу, во время которых я катал маленькие шарики, а он должен был их ловить. Или мы разбрасывали по полу монеты, а отец старался поднять их своей плохо действующей правой рукой. Все, что мы пытались делать, было связано с превращением реальных жизненных ситуаций в упражнения. Так мы придумали упражнение с тазами. Отец держал таз здоровой рукой и заставлял свою немощную руку (она плохо поддавалась контролю и совершала судорожные толчкообразные движения) двигаться по кругу: пятнадцать минут по часовой и пятнадцать минут против часовой стрелки. Края таза удерживали его руку. Мы продвигались вперед небольшими шагами, каждый из которых накладывался на предыдущий, и понемногу ему становилось лучше. Через некоторое время отец начал помогать мне в разработке последующих этапов. Он хотел достичь той точки, когда сможет сесть и поесть со мной и другими студентами-медиками». Занятия проходили ежедневно и длились по множеству часов, но постепенно Педро перешел от ползания к передвижению на коленях, затем стоячему положению тела и в конце концов ходьбе.

Своей речью Педро занимался самостоятельно, и примерно через три месяца появились первые признаки ее восстановления. Несколько месяцев спустя у него возникло желание вернуть себе способность писать. Он садился перед печатной машинкой, помещал средний палец на нужную клавишу, а затем опускал всю руку, чтобы ее нажать. Научившись справляться с этой задачей, он начал опускать только кисть и, наконец, пальцы, каждый в отдельности. Со временем он снова сумел нормально печатать.

К концу года здоровье Педро, которому на тот момент было шестьдесят восемь лет, восстановилось настолько, что он вернулся к преподаванию в Сити-колледже в Нью-Йорке. Ему нравилась его работа, и он занимался ею до тех пор, пока не вышел на пенсию в возрасте семидесяти лет. После этого он временно выполнял обязанности преподавателя в Университете штата в Сан-Франциско, еще раз женился и продолжал работать, а также путешествовал. Он вел активный образ жизни еще семь лет после инсульта. Посещая своих друзей, живущих в Боготе в Колумбии, он поднялся высоко в горы. На высоте девяти тысяч футов (2743 м. – Прим. ред.) у него случился инфаркт, и вскоре после этого он умер. Ему было семьдесят два года.

Я спросил Джорджа, понимает ли он, насколько необычным было выздоровление его отца после перенесенного инсульта, и думал ли он в то время, что это выздоровление результат пластичности мозга.

«Я рассматривал то выздоровление исключительно с точки зрения заботы о папе. Однако Пол в последующие годы говорил о произошедшем в контексте нейропластичности. Правда, это началось не сразу, а после смерти отца», – ответил он.

Тело Педро было доставлено в Сан-Франциско, где работал Пол Бач-и-Рита. Это случилось в 1965 году, когда еще не умели делать сканирование мозга, поэтому в те дни было принято проводить аутопсию, она была единственным способом, позволяющем врачам изучить заболевания мозга и понять причину смерти пациента. Пол попросил доктора Мэри Джейн Агилар провести аутопсию тела отца.

«Несколько дней спустя Мэри Джейн позвонила мне и сказала: «Пол, приезжай. Мне нужно кое-что тебе показать». Когда я добрался до старого Стэндфордского госпиталя, то увидел лежащие на столе предметные стекла, на которых находились срезы тканей мозга моего отца».

Он застыл в молчании.

«У меня возникло чувство отвращения, но в то же время я понимал возбужденное состояние Мэри Джейн, потому что стекла показывали, что в результате инсульта ткани мозга отца получили огромные повреждения и что восстановить сами ткани было совершенно невозможно, даже несмотря на то, что Педро удалось восстановить все функции своего организма. Я был просто ошеломлен. Я потерял дар речи. Я думал: «Вы только посмотрите на все эти повреждения». В эту минуту Мэри Джейн сказала: «Как вам удалось добиться его выздоровления при таких повреждениях?»

Изучив стекла более внимательно, Пол обнаружил, что повреждения затронули, главным образом, ствол головного мозга – участок мозга, наиболее близкий к спинному мозгу, – и что инсульт также разрушил другие важные центры в коре, контролирующие движение. Девяносто семь процентов нервов, идущих от коры больших полушарий к позвоночнику, были уничтожены, и эти катастрофические повреждения стали причиной паралича.

«Я понял, что это означает, что во время занятий отца с Джорджем его мозг каким-то образом полностью реорганизовал сам себя. До этого момента мы не знали, насколько удивительным было выздоровление отца, потому что не имели ни малейшего представления о степени повреждения, так как в те дни не существовало сканирования мозга. В случае выздоровления людей мы склонны в первую очередь предполагать, что повреждения были не очень серьезными. Мэри Джейн хотела, чтобы я стал соавтором работы, которую она написала о случае моего отца. Я не смог этого сделать».

История отца Пола стала полученным из первых рук доказательством того, что даже в случае массивного поражения мозга у пожилых людей может наступить выздоровление. Однако после изучения поражений тканей мозга отца и анализа специальной литературы Пол нашел другие свидетельства, указывающие на то, что мозг способен к самореорганизации для восстановления своих функций после тяжелого инсульта. Он обнаружил, что еще в 1915 году американский психолог Шеперд Айвори Франц сообщал о случаях позднего выздоровления пациентов, которые были парализованы в течение двадцати лет, благодаря стимулирующим мозг упражнениям.

«Соединять что угодно с чем угодно»

Выздоровление немолодого отца Бач-и-Риты подтолкнуло его снова изменить свою карьеру. В возрасте сорока четырех лет он вернулся к занятиям медициной и закончил резидентуру по специальностям «неврология» и «реабилитационная медицина». Он понял, что для выздоровления пациентов их необходимо мотивировать, с помощью упражнений, максимально приближенных к действиям, выполняемым в реальной жизни (как это было с его отцом).

Бач-и-Рита вплотную занялся лечением последствий инсульта, сфокусировав свое внимание на «поздней реабилитации», оказании помощи людям в преодолении серьезных неврологических проблем спустя годы после их возникновения, а также на разработке компьютерных видеоигр, позволяющих обучить людей, перенесших инсульт, снова двигать руками. Кроме того, Пол начал использовать свои знания о пластичности мозга при разработке специальных упражнений для своих пациентов. Традиционный курс реабилитации, как правило, заканчивался через несколько недель, когда процесс улучшения состояния пациента как бы «останавливался», и у врачей пропадала мотивация для продолжения лечения. Однако Бач-и-Рита, основываясь на своих знаниях о восстановлении нервных путей, пришел к убеждению, что эти остановки носят временный характер и являются частью цикла обучения, основанного на пластичности мозга – за фазами обучения следуют периоды закрепления. Хотя очевидного прогресса на этапе закрепления{8} не наблюдается, в этот период происходят внутренние биологические изменения, в ходе которых новые навыки совершенствуются и приобретают автоматический характер.

Бач-и-Рита разработал программу для людей с повреждениями двигательных лицевых нервов. Больные были не способны приводить в действие мышцы лица и, таким образом, не могли закрыть глаза, четко говорить или выражать эмоции, что делало их похожими на роботов. Бач-и-Рита хирургическим путем присоединял один из «лишних» нервов, обычно идущий к языку, к лицевым мышцам пациента. Затем он разработал программу упражнений для мозга, которая обучает «языковой нерв» (а точнее, контролирующий его участок мозга) действовать в качестве лицевого нерва. Пациенты, занимавшиеся по этой программе, научились выражать обычные эмоции на своем лице, говорить и закрывать глаза – еще один пример способности Бач-и-Риты «соединять что угодно с чем угодно».

Сенсорные системы можно перепрограммировать

Через тридцать три года после публикации статьи Бач-и-Риты в журнале Nature ученые, использовавшие маленькую современную версию его тактильно-зрительного аппарата, провели сканирование мозга пациентов и подтвердили, что тактильные ощущения, получаемые ими через язык, действительно обрабатываются в зрительной зоне коры головного мозга.

Все обоснованные сомнения в том, что сенсорные системы можно перепрограммировать, были не так давно отметены в ходе одного из самых удивительных экспериментов в области пластичности мозга, проведенных в наше время. Этот эксперимент включал в себя перепрограммирование путей передачи не осязательной и зрительной информации, как это делал Бач-и-Рита, а слуховой и зрительной. Невролог Мриганка Сур хирургическим путем «перемонтировала» мозг новорожденного хорька в возрасте одного дня. Обычно зрительные нервы идут от глаз к зрительной зоне коры головного мозга, однако Сур перенаправила зрительные нервы хорька от зрительной зоны к слуховой и обнаружила, что после такой операции хорек может видеть. С помощью электродов, имплантированных в мозг животного, Сур доказала: когда оперированный хорек видит, нейроны в зрительной зоне его мозга начинают действовать и обрабатывать зрительную информацию. Слуховая кора, обладающая именно той пластичностью, о которой всегда говорил Бач-и-Рита, преобразовала сама себя и обрела структуру и функции зрительной коры. Хорьки, подвергшиеся этой операции, не имели остроту зрения 20/20: она составляла примерно треть от этого показателя, или 20/60 (не хуже, чем у некоторых людей, пользующихся очками).

Прежде подобные преобразования казались совершенно необъяснимыми. Общеизвестно, что «зрительная зона» (обрабатывающая зрительную информацию) находится у нас в затылочной доле мозга, а в височной доле – «слуховая зона» и т. п. Оказывается, все гораздо сложнее. Области мозга представляют собой пластичные устройства обработки информации, связанные друг с другом и способные воспринять самые разнообразные входящие сигналы.

Черил – не единственный человек, которому помог странный «шлем» Бач-и-Риты. Со времени нашего знакомства команда использовала аппарат для улучшения функции равновесия и хождения еще пятидесяти пациентов. У некоторых из них были такие же повреждения, как у Черил; другие пострадали от травмы мозга, инсульта или болезни Паркинсона.

Значение работы Пола Бач-и-Риты заключается в том, что среди представителей своего поколения ученых он стал первым, который не только пришел к пониманию пластичности мозга, но и применил свои знания на практике для того, чтобы облегчить страдания людей.

Когда у Черил заново развилось вестибулярное чувство – или в мозге слепых людей сформировались новые нейронные проводящие пути, позволяющие им распознавать предметы, перспективу или движение, – то все эти изменения были не загадочными исключениями, а подтверждениями правила: сенсорные зоны коры головного мозга пластичны и способны к адаптации. Когда мозг Черил научился реагировать на искусственный рецептор, заменивший поврежденный, не происходило ничего особенного.

Недавно работа Бач-и-Риты вдохновила когнитивного психолога Энди Кларка на остроумное заявление: «Все мы – прирожденные киборги». Он хотел сказать, что пластичность мозга позволяет нам совершенно естественным образом подключаться к различным устройствам, таким как компьютеры и электронные приборы. Однако наш мозг также способен осуществлять самореструктуризацию в ответ на информацию, поступающую от простейших вспомогательных средств, таких как тросточка слепого человека. В конечном счете пластичность – это свойство мозга, присущее ему с доисторических времен. Наш мозг представляет собой гораздо более открытую систему, чем мы можем предположить; к тому же природа сделала очень многое, чтобы помочь нам в восприятии и понимании окружающего нас мира. Она дала нам мозг, который выживает в постоянно меняющемся мире за счет самоизменения.

Глава 2
Как усовершенствовать свой мозг
Женщина, считавшаяся умственно отсталой, находит способ самоизлечения

*****

Ученые, совершающие важные открытия в области изучения мозга, как правило, личности, обладают выдающимися умственными способностями и работают с теми, чей мозг поврежден. Практически никогда подобные открытия не принадлежат людям, которые сами страдают мозговыми нарушениями, однако существует несколько исключений. Одно из них – Барбара Эрроусмит Янг.

«Асимметричность» – это наиболее подходящее слово для описания проблем Барбары в школьные годы. Барбара родилась в 1951 году в Торонто и выросла в Петерборо, Онтарио. В детском возрасте она проявляла яркие способности в некоторых областях. Так, по результатам проверки, эффективность ее слуховой и зрительной памяти составляла девяносто девять процентов. Лобные доли мозга Барбары были прекрасно развиты, она обладала такими качествами, как целеустремленность и упорство. Однако ее мозг был «асимметричным», а это означало, что эти исключительные способности сосуществовали с отклонениями в развитии.

Асимметричность мозга наложила свой отпечаток на все тело Барбары. Ее мать шутила: «Должно быть, акушерка вытаскивала тебя за правую ногу». Правая нога у Барбары была длиннее левой, из-за чего произошло смещение таза. Она не могла выпрямить правую руку, правая сторона ее тела была больше левой, а левый глаз видел хуже, чем правый. Из-за асимметрии позвоночника у нее был сколиоз.

Барбара сталкивалась с множеством серьезных трудностей в обучении. Область ее мозга, связанная с речью (область Брока), работала неправильно, поэтому у нее были проблемы с произнесением слов. К тому же у Барбары отсутствовала способность к пространственному анализу.

Однажды, когда Барбаре было три года, она решила сыграть в матадора и быка. Она была быком, а роль плаща матадора выполнял автомобиль, стоящий на подъездной дорожке к дому. Она бросилась в атаку, думая, что сможет свернуть в сторону и избежать столкновения, но неправильно оценила расстояние и врезалась в машину, получив рваную рану головы. Ее мать заявила тогда, что удивится, если Барбара проживет еще один год.

Предварительный план в нашей голове

Когда мы хотим изменить положение своего тела в пространстве, то используем пространственное мышление для того, чтобы перед выполнением движения неосознанно представить у себя в голове его воображаемую траекторию. Такое бессознательное планирование движений происходит постоянно, в любых даже самых простых случаях: когда маленький ребенок ползает по полу, дантист сверлит зуб, хоккеист рассчитывает свои действия.

Пространственное мышление также необходимо для составления ментальной карты местоположения окружающих нас вещей. Мы используем этот тип мышления для того, чтобы разложить предметы на рабочем столе или вспомнить, где оставили ключи.

Барбара постоянно все теряла. Из-за проблем с ментальной картой предметы окружающего мира, не попадавшие в ее поле зрения, как бы не учитывались мозгом Барбары. Это превращало ее в «барахольщицу», которой приходилось складывать перед собой в кучу все то, с чем она играла или работала, и держать открытыми шкафы для одежды и кухонные шкафы. Выходя за пределы своего дома, она всегда терялась.

Кроме того, у Барбары была «кинестетическая» проблема. Кинестетическое восприятие позволяет нам определять положение нашего тела или конечностей в пространстве, давая возможность контролировать и координировать движения. Оно также помогает нам узнавать предметы на ощупь. Но Барбара никогда не могла сказать, насколько далеко передвинулись в левую сторону ее руки или ноги. В душе она была живой и непоседливой девочкой, а в жизни – неуклюжим увальнем. Она не способна была удержать в левой руке чашку сока, не пролив его. Она часто спотыкалась или оступалась. Лестницы неизменно таили для нее опасность. У нее также было ослаблено чувство осязания в левой стороне тела, поэтому она была подвержена ушибам. Когда со временем она научилась управлять автомобилем, то его левый борт постоянно был покрыт вмятинами.

У Барбары, кроме всего прочего, были проблемы и со зрением. Ее поле зрения было настолько узким, что, когда она смотрела на страницу с текстом, то могла одновременно видеть только несколько букв.

Символ, логика и причинно-следственные связи

Однако она сталкивалась и с другими, не менее важными проблемами. Из-за того, что та часть мозга Барбары, которая позволяет уловить взаимоотношения между символами, функционировала неправильно, ей было сложно понимать грамматику, математические понятия, логику и причинно-следственные связи[8]. Она не могла отличить такие словосочетания, как «брат отца» и «отец брата». Интерпретация двойного отрицания была для нее невыполнимой задачей. Она не умела определять время по часам, потому что не могла уловить смысловую связь между стрелками. Она в буквальном смысле не способна была отличить левую руку от правой, и не только из-за отсутствия у нее ментальной пространственной карты, но потому что не понимала отношение между понятиями «право» и «лево». Только благодаря невероятным умственным усилиям и постоянному повторению она научилась связывать символы друг с другом.

Она путала буквы b, d, q и p, читала «кот» как «ток», а также страдала таким видом аграфии[9], как зеркальное письмо, то есть читала и писала справа налево. Она была правшой, но из-за того, что писала справа налево, вся ее работа имела размазанный вид. Учителя считали ее беспокойным ребенком. Из-за присущей ей дислексии[10] она совершала ошибки при чтении, за которые ей приходилось дорого расплачиваться. Ее братья хранили серную кислоту для химических экспериментов в бутылочке, где раньше были капли для носа. Однажды, решив полечить себя от насморка, Барбара неправильно прочитала этикетку, которую братья наклеили на старую бутылку. Она лежала в постели, а кислота текла ей в носовые пазухи, но она молчала, потому что ей было стыдно сказать матери о еще одной своей неудаче.

Не понимая причинно-следственные связи, Барбара совершала странные с точки зрения социальных норм поступки, потому что не была способна связать свое поведение с его последствиями. Посещая подготовительный класс начальной школы, она не могла понять, почему не может, когда захочет, покинуть свой класс и навестить братьев, которые учились в той же школе. Она могла запомнить математические процедуры, но не понимала математические понятия. Она могла запомнить, что пятью пять будет двадцать пять, но не могла понять, почему. Из-за этого учителя давали ей дополнительные упражнения, и хотя отец часами занимался с ней, все было бесполезно. Мать писала для нее карточки с простыми математическими задачами. Но Барбара не в силах была их понять…

Все попытки коррективного обучения Барбары не затрагивали сути проблемы; они только делали ее решение все более мучительным. Барбара очень хотела добиться успехов в учебе, поэтому в начальной школе она старательно «зубрила» все предметы во время обеденного перерыва и после занятий. В старших классах ее успеваемость была очень неравномерной. Она научилась использовать память для компенсации своих недостатков и, потренировавшись, могла запомнить целые страницы информации. Перед тестами она молилась о том, чтобы они были ориентированы на знание фактов, так как была уверена, что в этом случае сможет получить 100 баллов; если же они предполагали понимание связей, то ее результаты были на уровне детей раннего подросткового возраста.

«Я живу в тумане, а мир вокруг меня не тверже сахарной ваты»

Барбара ничего не понимала в реальном времени; понимание приходило к ней с запозданием после того, как что-то уже произошло. Она проводила долгие часы, анализируя прошлое, чтобы собрать воедино его непонятные фрагменты и сделать их доступными пониманию. Ей приходилось по двадцать раз проигрывать в голове простые разговоры, диалоги из фильмов и тексты песен, потому что к тому времени, когда она добиралась до конца предложения, то уже не могла вспомнить, что было в его начале.

Все это отражалось на ее эмоциональном развитии. Из-за проблем с логическим мышлением во время разговоров с людьми, склонными к многословию, она не могла заметить противоречия в их словах, поэтому никогда не знала, кому из собеседников можно доверять. Ей было сложно заводить друзей, и в определенный период времени у нее никогда не было больше одного друга.

Однако наибольшие мучения ей доставляли постоянные сомнения и неуверенность, которые она испытывала в отношении всего. Она чувствовала, что во всем без исключения есть смысл, но не могла это проверить. Девизом для нее стала фраза – «Я это не понимаю». Она говорила самой себе: «Я живу в тумане, а мир вокруг меня не тверже сахарной ваты». Как многие дети, переживающие серьезные затруднения при обучении, она начала считать себя сумасшедшей.

Барбара росла в те времена, когда люди, подобные ей, не могли получить практически никакой помощи.

«В 1950-е годы в маленьком городке вроде Петерборо никто не говорил о подобных вещах, – рассказывает Барбара. – Тогда считалось, что вы или можете учиться, или нет. В те времена не было никаких преподавателей, занимающихся коррекционным обучением, никаких посещений специалистов-медиков или психологов. Термин «пониженная обучаемость» получил широкое распространение только два десятилетия спустя. Мой первый учитель сказал моим родителям, что у меня наблюдается «психическое торможение» и что я никогда не буду учиться, как другие дети. Все было четко определено. Вы могли быть способным от природы ребенком или обыкновенным, несообразительным или умственно отсталым».

Если вас считали умственно отсталым, то помещали в «коррекционный класс». Однако такой класс не подходил для девочки, обладающей блестящей памятью и способной идеально выполнить словарный тест. Друг детства Барбары Дональд Фрост, впоследствии ставший скульптором, говорит: «Она испытывала невероятное давление в плане учебы. Все члены семьи Янг были очень успешными людьми. Ее отец, Джек, был инженером-электриком и изобретателем. Он, работая в компании Canadian General Electric, оформил тридцать четыре патента на изобретения. Если во время обеда вам удавалось отвлечь внимание Джека от книги, это можно было считать чудом. Мироощущение ее матери, Мэри, можно было выразить двумя фразами – «Вы добьетесь успеха; и тут не может быть никаких сомнений» и «Если вы столкнулись с проблемой, решите ее». Барбара всегда была невероятно отзывчивой, добросердечной и заботливой, она хорошо умела скрывать свои проблемы. Это было ее секретом. В послевоенные годы царила идея всеобщего единства людей, и это означало, что говорить о своих заболеваниях так же неприлично, как жаловаться на свои прыщики».

В надежде разобраться с тем, что с ней происходит, Барбара занялась изучением проблемы детского развития. Она поступила в Университет Гвелфа, но во время обучения снова проявились ее серьезные ментальные несоответствия. К счастью, преподаватели заметили, что она обладает удивительной способностью выявлять невербальные сигналы во время наблюдений за детьми, и попросили ее возглавить проведение лабораторных практикумов. Ей казалось, что произошла какая-то ошибка. Затем ее приняли в аспирантуру в Институте исследований в области образования провинции Онтарио (OISE). Большинству студентов требовалось прочитать научную статью один или два раза, но Барбаре, как правило, приходилось читать ее двадцать раз, а также изучать множество ее источников, чтобы хотя бы уловить ее смысл. Из-за этого она спала не больше четырех часов в день.

Поскольку Барбара проявляла блестящие способности во многих областях и прекрасно разбиралась в вопросах детского развития, ее преподавателям в аспирантуре было сложно поверить в ее проблемы с обучением. Первым, кто это понял, стал Джошуа Кохен, еще один одаренный студент OISE, имевший, как и Барбара, затруднения при обучении. Он руководил небольшой клиникой для детей с пониженной обучаемостью, в которой применялось стандартное лечение на основе «компенсаций», ориентированное на общепринятую теорию того времени: если клетки мозга умирают или перестают развиваться, их восстановление невозможно. В этом случае проблема решается с помощью компенсаций. Люди, имеющие трудности с чтением, слушают аудиокассеты. Тем, кто «тормозит» соображая, дают больше времени на выполнение тестов. Тем, кто не может понять ход рассуждений, предлагают маркировать цветом главные пункты. Джошуа разработал для Барбары специальную программу компенсации, но она посчитала, что ее выполнение требует слишком много времени. Более того, в своей диссертации, основанной на данных исследования детей с пониженной обучаемостью, проходивших лечение на основе компенсаций в клинике OISE, она доказала, что у большинства этих детей не наблюдалось реальных улучшений. К тому же у нее самой было такое количество нарушений, что сложно было бы найти здоровые функции, способные их компенсировать. Учитывая, каких успехов она смогла добиться в развитии собственной памяти, она сказала Джошуа, что, по ее мнению, должен быть иной способ улучшения ее состояния.

То, с чего надо было начинать эту книгу

Однажды Джошуа предложил Барбаре познакомиться с некоторыми книгами советского психолога Александра Лурии[11], которые сам Джошуа читал. Она энергично взялась за их изучение, перечитывая сложные места бесчисленное количество раз. Больше всего ее заинтересовал один из разделов в книге Лурии «Основные проблемы нейролингвистики», рассказывающий о людях, перенесших инсульт или получивших ранения, у которых были проблемы с грамматикой, логикой и ориентацией во времени по часам.

Александр Лурия родился в 1902 году. Он вырос в революционной России и жил там до конца своих дней. В молодости он всерьез интересовался психоанализом, переписывался с Фрейдом и предложил свой вариант психоаналитического метода «свободные ассоциации» (человек говорит все, что приходит ему на ум, в ответ на образ, который называет психолог). В те годы Лурия ставил перед собой цель разработать объективные методы психологии. Уже в двадцатилетнем возрасте он изобрел прототип детектора лжи. С наступлением эпохи сталинизма психоанализ стал неугодной наукой… Затем Лурия поступил в медицинский институт.

Однако он не перестал заниматься психологией[12]. Ему удалось перекинуть теоретический мостик из психологии в неврологию и нейрофизиологию. Таким образом А. Р. Лурия стал основателем совершенно нового направления в мировой психологии – нейропсихологии[13].

* * *

Истории болезни, приведенные А. Р. Лурией в его работах 40-х годов, представляли собой не короткие наброски, сфокусированные на симптомах, а подробные описания жизни и болезни пациентов. Оливер Сакс писал: «По своей точности, жизненности и богатству деталей истории болезни Лурии сравнимы только с историями болезни, написанными Фрейдом». В одной из книг Лурии – «Человек с разрушенным миром» – были представлены выдержки из дневника одного из пациентов Лурии с комментариями самого ученого.

В конце мая 1943 года в кабинет Лурии в реабилитационном госпитале, где он работал, пришел юноша по имени Лев Засецкий. Засецкий был молодым русским лейтенантом, получившим во время битвы под Смоленском серьезное ранение головы с обширным повреждением левой теменно-затылочной доли. В течение длительного времени он находился в коме. Когда Засецкий вышел из комы, у него проявились очень странные симптомы. Он больше не понимал логических, причинно-следственных или пространственных связей. Он не мог отличить левое и правое. Он не понимал элементов грамматики, имеющих отношение к связям. Такие предлоги, как «в», «вне», «до», «после», «с» и «без», потеряли для него всякий смысл. Он не мог осмыслить слово, понять предложение или вспомнить что-то в полном объеме, потому что это требовало установления связи между символами. Ему удавалось лишь ненадолго уловить отдельные фрагменты. Тем не менее лобные доли его мозга – функционирование которых позволяло ему обладать волей, строить планы, вырабатывать стратегию и выполнять действия по реализации своих намерений – не были затронуты, поэтому у него сохранилась способность осознать свои нарушения и было желание их исправить. Он не мог читать, так как это, главным образом, перцептивный вид деятельности, но не утратил способности писать. Он начал вести дневник, которому дал название «Я буду бороться». В окончательном варианте дневник насчитывал три тысячи страниц. «Я был убит 2 марта 1943 года, – писал он, – но благодаря жизненной энергии моего организма я каким-то чудом остался жив».

На протяжении тридцати лет Лурия работал с этим пациентом и размышлял над тем, как рана Засецкого влияет на его психическую активность. Он стал свидетелем той неустанной борьбы, которую Засецкий вел ради того, «чтобы жить, а не просто существовать».

«Я чувствую себя как в тумане…»

Читая дневник Засецкого, Барбара думала: «Он же описывает мою собственную жизнь».

Засецкий пишет: «Я знал, что значат слова «мать» и «дочь», но не понимал выражение «дочь матери». Для меня выражения «дочь матери» и «мать дочери» звучали совершенно одинаково. У меня также были проблемы с фразами типа «Слон больше мухи?». Все, что я мог сообразить, это то, что муха маленькая, а слон большой, но не понимал слов «больше» и «меньше».

В дневнике Засецкий признается: во время просмотра фильма «прежде чем мне удается понять, о чем говорят актеры, начинается новая сцена».

Лурия начал разбираться с проблемой Льва Засецкого. Ранившая его пуля засела в левом полушарии мозга в зоне соприкосновения трех основных перцептивных областей – височной доли (которая обычно обрабатывает звук и язык), затылочной доли (обрабатывает визуальные образы) и теменной доли (ответственна за пространственные связи и интегрирует информацию, поступающую от разных органов чувств). В данной пограничной зоне собирается и объединяется вся перцептивная информация из этих трех областей. Лурия понял, что, хотя Засецкий сохранил способность чувствовать, он не мог связать различные ощущения или части с целым. А самое главное, ему было очень сложно связывать друг с другом несколько символов, как мы обычно делаем, когда мыслим логически. Из-за этого Засецкий часто заменял нужные слова созвучными с ними, но с неверным значением. Он напоминал рыбака, у которого нет достаточно большой сети, позволяющей «ловить» и удерживать слова и их значения. Он воспринимал все в виде образных фрагментов. Он писал: «Я все время чувствую себя как в тумане… Единственное, что мелькает в моем сознании, это образы… неясные видения, которые неожиданно возникают и так же стремительно исчезают… Я просто не могу понять или запомнить, что они означают».

Прочитав эту книгу Лурии, Барбара впервые поняла, что ее главное мозговое нарушение имеет конкретную причину. Однако из книг Лурии она не узнала о том, как это можно вылечить. Когда она поняла, насколько сильно нарушена работа ее мозга, она почувствовала себя еще более измученной и подавленной и начала думать, что так дальше продолжаться не может. Стоя на платформе метро, она высматривала место, с которого удобнее всего прыгнуть под поезд.

То, что показано на людях, – это лирика, а вот крысы – это… весьма убедительно

Ей было двадцать восемь лет, и она все еще училась в аспирантуре. И именно в это время она обнаружила у себя на письменном столе статью профессора Марка Розенцвейга из Калифорнийского университета в Беркли. Он со своими коллегами изучал крыс, помещаемых в стимулирующую среду (сложную, богатую по структуре и числу раздражителей. – Прим. ред.), и крыс, выросших в нестимулирующей обстановке (бедной различными элементами, т. е. событиями и раздражителями. – Прим. ред.). После проведения посмертных вскрытий черепа крыс он обнаружил, что у крыс, выращенных в стимулирующих условиях, мозг имел большее количество медиаторов, весил больше и лучше снабжался кровью, чем у тех крыс, которые были выращены в пустых и тесных одиночных клетках. Он был одним из тех ученых, которые первыми обосновали существование нейропластичности, доказав, что стимулирующие условия способствуют изменению структуры мозга.

Для Барбары это было словно вспышка молнии. Розенцвейг показал, что мозг может быть изменен. Для нее это означало, что помимо компенсации могут существовать и другие способы решения ее проблемы. Чтобы найти их, ей предстояло соединить результаты исследований Розенцвейга и Лурии.

Она добровольно изолировала себя от окружающего мира и начала выполнять разработанные ею самой упражнения. Хотя у нее не было никакой уверенности в том, что это к чему-то приведет, она трудилась неделя за неделей, позволяя себе лишь короткие перерывы на сон и доводя себя почти до изнеможения. Она тренировала свою самую ослабленную функцию – установление связи между рядом символов. Одно из упражнений предполагало определение времени по сотням карточек, на которых были нарисованы часы, показывающие разное время. На обратной стороне этих карточек Джошуа Кохен по ее просьбе написал правильное время. Она перемешивала карточки, чтобы не иметь возможности вспомнить ответы. Она брала карточку, пыталась назвать показанное на ней время, проверяла ответ, затем как можно быстрее переходила к следующей карточке. Когда она не могла разобрать, что показывают часы, нарисованные на карточке, она подолгу занималась с настоящими часами, медленно поворачивая стрелки и пытаясь понять, почему в 2:45 часовая стрелка проходит три четверти своего пути до трех.

Когда в конце концов она начала находить ответы на эти вопросы, она добавила стрелки, отсчитывающие секунды и шестидесятые доли секунды. После долгих недель изнурительной работы она не только научилась определять время по часам быстрее, чем обычные люди, но заметила улучшения в плане других своих проблем по связыванию символов и впервые начала понимать грамматику, математику и логику. А самое главное, она теперь могла понимать, что говорят люди непосредственно в момент речи. Она, наконец, стала жить в реальном времени.

Вдохновленная первыми успехами, Барбара разработала упражнения для других своих нарушений: сложностей с пространственным мышлением, проблем с пониманием положения конечностей и для зрительных нарушений. Барбара развила эти функции мозга до среднего уровня.

Школа Эрроусмит. Снова о проблемах со словами и текстами

Барбара и Джошуа Кохен поженились и в 1980 году открыли Школу Эрроусмит в Торонто. Они проводили совместные исследования, а Барбара продолжала разрабатывать ментальные упражнения и занималась ежедневным руководством школой. Со временем они разошлись, а в 2000 году Джошуа умер.

Тогда очень немногие принимали идею нейропластичности и верили в то, что мозг можно тренировать, как мышцы, давая ему нагрузки, поэтому работа Барбары редко находила понимание. Некоторые критики считали, будто ее заявления о том, что нарушения способности к обучению можно лечить, не имеют достаточных оснований. Однако это ее мало беспокоило, и она продолжала разрабатывать упражнения для тренировки тех участков мозга и его функций, которые чаще всего ослаблены у людей, страдающих пониженной обучаемостью. При определении того, какие области мозга обрабатывают определенные ментальные функции, Барбара полагалась на работы Александра Лурии. Лурия составил свою собственную карту мозга. Он отмечал участки головного мозга, куда был ранен солдат, и связывал их с утраченными психологическими функциями[14]. Барбара выяснила, что нарушения способности к обучению часто представляют собой более легкую версию нарушений мышления, наблюдаемых у пациентов Лурии.

Кандидаты на поступление в Школу Эрроусмит – как дети, так и взрослые – проходят специальное обследование, которое может продолжаться в общей сложности до сорока часов. Его цель – точно определить, какие функции мозга ослаблены и есть ли возможность исправить ситуацию. Принятые в школу ученики, многие из которых постоянно отвлекались во время занятий в обычной школе, спокойно сидят за компьютерами. Некоторым из них наряду с пониженной обучаемостью был поставлен диагноз «расстройство внимания», поэтому вначале на занятиях они принимали психостимулятор риталин. Однако после определенного периода работы над упражнениями некоторые из них обходились без этого препарата, потому что их проблемы с вниманием вторичны по отношению к их главным нарушениям способности к обучению.

В Школе Эрроусмит дети, не умевшие, как и Барбара, определить время по часам, работают за компьютером, упражняются в чтении невероятно сложных часов с десятью стрелками (не только для минут, часов и секунд, но и для других временных отрезков, таких как дни, месяцы, годы) в секундах. Они тихо сидят и сосредоточенно выполняют свои задания, пока не набирают достаточное количество правильных ответов для того, чтобы перейти на следующий уровень. Тогда они громко кричат: «Да!», а на экране их компьютера вспыхивает поздравление. К моменту завершения программы они могут определять время по гораздо более сложным часам, чем те, которыми пользуются «нормальные» люди.

За другими компьютерными столами дети изучают буквы языка урду и персидского языка для укрепления визуальной памяти. Эти буквы имеют необычную форму, и выполнение специально разработанного ментального упражнения требует от учеников умения быстро распознавать эти чужие для них формы.

Другие дети, похожие на маленьких пиратов из-за того, что у них на левом глазу надета черная повязка, старательно обводят ручкой затейливые линии, завитки и китайские иероглифы. Благодаря повязке на глазу входная визуальная информация направляется в правый глаз, а затем в левое полушарие мозга[15], где и коренится их проблема. Эти дети не просто учатся лучше писать. Большинство из них приходит в школу с тремя сопутствующими проблемами: затруднения с речью, письмом и чтением. Барбара, вслед за Александром Лурией, считает, что эти три проблемы возникают в результате ослабления той функции мозга, которая обычно помогает нам координировать и связывать ряд движений, совершаемых при выполнении этих задач.

Когда мы говорим, наш мозг преобразует мысль – в речь и в последовательность движений, совершаемых мышцами языка и губ. Лурия показал, что управление этими движениями происходит в левой премоторной зоне коры головного мозга. Я направил в школу Барбары несколько человек с ослаблением этой функции мозга. Один мальчик с подобной проблемой постоянно находился в состоянии фрустрации, потому что мысли приходили к нему быстрее, чем он мог выразить их словами, из-за чего он часто упускал большие порции информации, с трудом подбирал слова и говорил бессвязно. Он был очень общительным, но при этом не мог выразить свои мысли, поэтому большую часть времени молчал. Когда в классе ему задавали вопрос, он нередко знал ответ на него, но ему требовалось так много времени, чтобы сформулировать ответ, что мальчик казался гораздо менее умным, чем был на самом деле, в результате чего начал сомневаться в себе.

Когда мы записываем какую-либо мысль, то наш мозг преобразует слова – представляющие собой символы – в движения пальцев и рук. Тот же самый мальчик писал очень прерывисто, потому что его система преобразования символов в движения быстро перегружалась, и из-за этого ему приходилось писать, используя для этого множество отдельных, коротких движений вместо длинных и плавных. Несмотря на то что его обучали курсивному письму, он предпочитал писать печатными буквами. (Взрослых людей с подобной проблемой часто можно узнать по тому, что они предпочитают писать печатными буквами или печатать. Когда мы пишем печатными буквами, то выводим каждую букву отдельно с помощью нескольких движений ручкой, что предполагает более низкую нагрузку на мозг. При курсивном письме мы пишем несколько букв одновременно, и в этом случае мозгу приходится обрабатывать более сложные движения.) Процесс письма вызывал у мальчика особенно неприятные чувства, так как нередко он знал правильные ответы на вопросы тестов, но писал настолько медленно, что не успевал их все записать. Или же он думал об одном слове, букве или числе, а писал другое. Таких детей часто обвиняют в неаккуратности, однако, на самом деле, их мозг активирует неправильные двигательные акты (эта и другие проблемы с написанием текста, письмом и почерком называются аграфией. См. также об этом выше – Прим. ред.).

У учеников с подобным нарушением, кроме того, наблюдаются трудности с чтением (дислексия. – Прим. ред.). Обычно в процессе чтения наш мозг читает часть предложения, затем направляет глаза с тем, чтобы они переместились по странице в правильном направлении для восприятия следующей части предложения, для чего необходима непрерывная последовательность точных движений глаз.

Мальчик читал очень медленно, потому что пропускал слова, не мог найти нужное место на странице, а затем терял концентрацию. Чтение было для него крайне трудным и изнурительным занятием. На экзаменах он часто неправильно истолковывал вопрос, а когда пытался исправить свои ответы, пропускал целые фрагменты.

В Школе Эрроусмит этот мальчик выполнял упражнения, предполагающие вычерчивание сложных линий для стимулирования нейронов в ослабленной левой двигательной области его мозга. Барбара выяснила, что такие упражнения помогают детям совершенствовать навыки во всех трех проблемных областях: речь, письмо и чтение. К моменту окончания школы мальчик читал лучше, чем его сверстники, и впервые получил возможность читать ради удовольствия. Он начал говорить более непринужденно, используя длинные и сложные предложения, а его почерк улучшился.

В школе Барбары некоторые ученики слушают компакт-диски и заучивают наизусть стихи для развития плохой слуховой памяти. Такие дети часто забывают указания и инструкции, поэтому их считают безответственными или ленивыми, хотя на самом деле все дело в нарушении функционирования мозга. Если среднестатистический человек может с ходу запомнить примерно семь несвязанных элементов информации (например, семизначный номер телефона), то эти люди способны запомнить только два или три. Некоторые из них вынуждены делать записи, чтобы ничего не забыть. В случае тяжелых нарушений они не могут понять текст песни от начала до конца, и их мозг настолько перегружается, что они просто «отключаются». У других наблюдаются трудности с запоминанием не только устной речи, но и собственных мыслей. Эти нарушения можно устранить благодаря упражнениям на запоминание.

Барбара также разрабатывает упражнения для детей, которые ощущают социальную неловкость из-за ослабления функции мозга, позволяющей им читать невербальные сигналы. У нее, кроме того, есть упражнения для людей с нарушениями работы лобных долей головного мозга. Такие люди отличаются импульсивностью или имеют трудности с планированием, разработкой стратегий, определением приоритетов, постановкой целей и их достижением. Их часто считают неорганизованными, легкомысленными и неспособными учиться на собственных ошибках. Барбара же полагает, что у многих «взбалмошных» или «необщительных» людей проблемы с ослаблением некоторых функций мозга.

Упражнения для мозга преображают жизнь людей. Один из выпускников школы рассказывал мне: когда он поступил в школу Барбары в возрасте тринадцати лет, его навыки в области математики и чтения были на уровне третьего класса. До этого он прошел нейропсихологическое тестирование в Университете Тафтса, где ему сказали, что у него нет никакой надежды на улучшение. Его мать помещала его в десять разных школ для детей с трудностями в обучении, но нигде ему не помогли. После трех лет обучения в Школе Эрроусмит он читал и решал математические задания на уровне десятого класса. Сейчас он закончил колледж и работает в сфере венчурного инвестирования. Еще один ученик поступил в школу, когда ему было шестнадцать лет, и на тот момент владел навыками чтения на уровне первого класса. Его родители, которые оба работали учителями, испробовали все стандартные методики компенсации. После четырнадцати месяцев обучения в Школе Эрроусмит мальчик научился читать на уровне седьмого класса.

Сильные и слабые функции мозга

У всех нас есть какие-либо более слабые и более сильные функции мозга, и подобные методики, основанные на использовании нейропластичности, способны помочь практически любому человеку. Наши слабые места могут оказывать заметное влияние на наши профессиональные успехи, поскольку в большинстве случаев карьера требует от нас полной и всесторонней отдачи. Барбара применила ментальные упражнения для спасения талантливого художника, который обладал превосходными способностями к рисованию и чувством цвета, но плохо распознавал форму объектов. (Способность распознавать форму определяется особой функцией мозга, отдельной от функций рисования или восприятия цвета; этот же навык помогает некоторым людям блестяще справляться с игрой «Where’s Waldo?»[16]. Женщины часто превосходят в этом мужчин, и это объясняет, почему у мужчин возникает больше трудностей с поиском продуктов в холодильнике.)

Барбара, помимо всего прочего, помогла многообещающему юристу, который из-за проблем с произношением, связанным с повреждением области Брока, не мог хорошо выступать в суде. Поскольку для поддержки ослабленной области требуются дополнительные умственные усилия, отвлекающие ресурсы от сильных областей, человек с проблемами в области Брока может еще испытывать трудности с мышлением в процессе речи. После выполнения упражнений для мозга этот юрист сделал успешную карьеру судебного адвоката.

Классическое образование было не так уж плохо

Подход, применяемый в Школе Эрроусмит, и использование умственных упражнений в целом имеют важное значение в плане общего образования. Очевидно, что многим детям пойдет на пользу оценка возможностей их мозга, позволяющая определить его слабые стороны и подобрать программу для их усиления, – и это гораздо более эффективный подход, чем обучение, основанное на простом повторении урока, ведущее к бесконечным разочарованиям. Когда происходит усиление «слабых звеньев цепи», люди получают доступ к навыкам, развитие которых ранее блокировалось, и благодаря этому начинают чувствовать себя намного свободнее. Один из моих пациентов, до выполнения умственных упражнений, чувствовал себя очень способным человеком, но не умел использовать свой ум в полном объеме. Долгое время я ошибочно думал, что в основе его неудач лежат главным образом психологические конфликты, такие как боязнь соревновательности, а также внутренние конфликты, связанные с чувством превосходства над родителями и сверстниками. Такие конфликты действительно существовали и сдерживали его развитие. Но потом я понял, что его трудности с обучением (желание его избегать) определяются в основном годами фрустрации[17], порождаемой страхом неудачи, основанном на ограничениях функционирования его мозга. Он тоже освободился от своих проблем с помощью упражнений Барбары Эрроусмит, и его врожденная любовь к обучению проявилась в полную силу.

Когда мы говорим об использовании этих разработок, ирония заключается в том, что сотни лет педагоги знали, что детский мозг следует формировать с помощью упражнений нарастающей сложности, что усиливает функции мозга. На протяжении XIX века и в начале XX классическое образование включало в себя механическое запоминание длинных стихов на иностранных языках, которое укрепляет слуховую словесную память. Оно предполагало и почти фанатичное внимание к почерку, что, возможно, помогало совершенствованию моторных навыков письма, и заодно повышало скорость и беглость чтения и речи. Школы нередко уделяли значительное внимание правильной дикции и совершенствованию произношения слов[18]. Затем в 1960-е годы работники образования исключили эти традиционные упражнения из учебной программы как слишком строгие, скучные и «неактуальные». Однако это решение дорого обошлось всем нам; для многих учеников эти упражнения были единственной возможностью систематически тренировать функции мозга, от которых зависит скорость распознавания слов и их понимание. Для всех остальных исчезновение этих упражнений, возможно, стало причиной снижения общего уровня ораторского искусства, требующего хорошей памяти и соответствующего уровня интеллектуальной мощи, который сегодня нам неведом. Участники дебатов Линкольна – Дугласа, проходивших в 1858 году, могли спокойно говорить без помощи записей в течение часа и дольше; в наши дни многие из тех, кто после 1960-х годов получил прекрасное образование в самых престижных школах, отдают предпочтение вездесущим презентациям в формате «Power Point»[19] – основному средству компенсации ослабленности премоторной зоны коры головного мозга.

Работа Барбары Эрроусмит Янг служит ярким свидетельством пользы обследования каждого ребенка, дабы оценить работу его мозга. При обнаружении проблем следовало бы разработать индивидуальную программу по усилению соответствующих навыков именно в детские годы, когда пластичность мозга наиболее высока. Гораздо лучше решать проблемы мозга в зародыше, чем позволять ребенку проникнуться мыслью о том, что он «глупый». Ребенок начинает ненавидеть школу и учебу и совсем прекращает использовать ослабленные области, утрачивая те сильные стороны, которые у него есть. Дети младшего возраста часто быстрее добиваются успехов при выполнении ментальных упражнений, чем взрослые, возможно, потому что в незрелом мозге количество связей между нейронами, или синапсов, на 50 % больше, чем в мозге взрослого человека. Когда мы достигаем подросткового возраста, в мозге начинается масштабный процесс «упрощения», и синаптические связи и нейроны, не подвергавшиеся активному использованию, неожиданно умирают – классический случай воплощения в жизнь фразы «то, что не используется, отмирает».

Так или иначе, обследования, направленные на оценку функций мозга, могут быть полезны на протяжении всего периода обучения, даже в колледже и университете, когда многие бывшие успешные школьники терпят неудачу, потому что не самые сильные функции их мозга испытывают перегрузку из-за повысившихся требований.

Крысы спасут человечество

Прошли годы с тех пор, как Марк Розенцвейг провел свои, столь вдохновившие Барбару, эксперименты с крысами, выросшими в «обогащенных» условиях. За это время в лабораториях самого Розенцвейга и других ученых было получено множество данных, свидетельствующих о том, что стимулирование мозга заставляет его расти практически всеми возможными способами. Животные, выращенные в стимулирующих условиях: в окружении других животных, объектов для изучения, игрушек, лестниц и «беличьих» колес, – обучались лучше, чем генетически идентичные животные, помещенные в «скудную» обстановку. В организме крыс, которых заставляли решать сложные пространственные задачи, содержание ацетилхолина – химического вещества, играющего важную роль в процессе обучения, – выше, чем у их скучающих от безделья соплеменников. Ментальный тренинг, т. е. жизнь в стимулирующих условиях, повышает на 5 % общий объем коры головного мозга животных и на 9 % – объем тех областей, которые непосредственно стимулируются с помощью тренировок. Тренированные, или стимулированные, нейроны формируют на 25 % больше нейронных ветвей, а также увеличивается количество связей каждого нейрона и кровоснабжение мозга. Подобные изменения происходят в любом возрасте, однако у более старых животных они протекают не так быстро, как у молодых. Похожее влияние тренировок и стимулирования на функции мозга наблюдается у всех видов животных, ставших объектами исследования на сегодняшний день.

Если говорить о людях, то результаты патологоанатомических исследований свидетельствуют о том, что обучение повышает количество нейронных связей. В результате роста числа связей происходит раздвижение нейронов, вызывающее повышение объема и плотности мозга. Мысль о том, что мозг подобно мышцам может расти и укрепляться благодаря тренировкам, перестает быть метафорой.

«Хэппи-энд» истории Барбары

История Льва Засецкого, описанная Александром Лурией, позволила Барбаре Эрроусмит Янг излечиться самой, и теперь она помогает в этом другим людям.

Сегодня Барбара Эрроусмит Янг – сообразительная и веселая женщина, у которой вы не заметите никаких явных умственных проблем. Она легко переходит от одного вида деятельности к другому, переключается с одного ребенка на другого и в совершенстве владеет множеством навыков.

Эта женщина доказала, что дети, имеющие трудности в обучении, могут решить свою главную проблему. Программы Барбары так же, как и все программы тренировки мозга, лучше и быстрее всего помогают людям, имеющим проблемы только в некоторых областях. Однако она разработала упражнения для такого количества дисфункций мозга, что нередко способна помочь детям с многочисленными трудностями в обучении. Ведь именно такой была она сама до того, как усовершенствовала свой мозг.

Глава 3
Как перестроить свой мозг
Ученый изменяет мозг: улучшение восприятия и памяти, скорости мышления

В этой главе я хочу рассказать вам о Майкле Мерценихе и его работе. Имя этого человека связано с появлением не одного десятка инноваций и практических изобретений в области нейропластичности, и его чаще всего упоминают другие специалисты, занимающиеся проблемой изменчивости мозга. При этом он – самый неуловимый ученый из всех, кого я знаю. Мне удалось договориться о нашей встрече в Сан-Франциско только после того, как я выяснил, что он будет присутствовать на конференции в Техасе, я приехал туда и сел рядом с ним.

«Воспользуйтесь этим электронным адресом», – сказал он.

«А если вы снова не ответите?»

«Проявите настойчивость».

В последнюю минуту он перенес место встречи на свою виллу в Санта-Розе в Калифорнии.

Следует отметить, что общение с Мерценихом стоило тех сил, которые были затрачены на его поиски.

Ирландский невролог Иен Робертсон называет Майкла «ведущим мировым исследователем в области пластичности мозга». Специализация Мерцениха – совершенствование способности людей мыслить и воспринимать окружающий мир за счет перестройки мозга с помощью тренировки определенных областей обработки информации, называемых картами мозга. Кроме того, он – возможно, в большей степени, чем любой другой ученый – максимально подробно рассказывает о том, как происходит изменение этих областей.

Вилла в Санта-Розе – это то место, где Мерцених «сбавляет обороты» и восстанавливает силы. Когда видишь окружающие виллу пологие холмы, растущие на них деревья и виноградники, возникает ощущение, что кто-то, словно по волшебству, перенес в Северную Америку кусочек Тосканы. В этом месте я провел с Майклом и его семьей вечер и ночь, а затем утром мы отправились в лабораторию Майкла в Сан-Франциско.

Мы ехали в его небольшой машине с открытым верхом на очередную встречу и разговаривали, поскольку большую часть дня он был слишком занят, и у нас не было возможности пообщаться. Ветер развевал его седые волосы, а он рассказывал мне о том, что многие из наиболее ярких воспоминаний второй половины его жизни – ему исполнился шестьдесят один год – связаны с обсуждениями научных идей. Я сам присутствовал при том, как он буквально сыпал ими, разговаривая по мобильному телефону. Когда мы переезжали через один из знаменитых мостов Сан-Франциско, он был настолько увлечен обсуждением интересующих нас обоих концепций, что заплатил пошлину, которую в данном случае платить не должен был.

Мерцених принимает участие в десятке совместных работ и экспериментов, и на его счету создание нескольких компаний. Он сам называет себя «немного сумасшедшим». Конечно, это не так, но в нем присутствует удивительное сочетание энергии и естественной непринужденности. Он родился в немецкой семье в городе Лебанон, штат Орегон, и хотя он носит типично немецкую фамилию, его речь типична для жителей Западного побережья и отличается легкостью и простотой.

Как обучение влияет на мозг

Среди специалистов по нейропластичности, имеющих серьезный послужной список в мире естественных наук, именно Мерцениху принадлежат наиболее смелые заявления в данной области. Он полагает, что при лечении серьезных заболеваний, таких как шизофрения, упражнения для мозга могут быть так же эффективны, как лекарственные препараты: что пластичность мозга существует с момента рождения человека до его смерти; и что радикальное улучшение когнитивного[20] функционирования: того, как мы учимся, думаем, воспринимаем и запоминаем, – возможно даже в пожилом возрасте. Его последние патенты выданы на перспективные методики, позволяющие осваивать навыки владения языками без утомительного запоминания. Мерцених утверждает, что при правильных условиях тренировка нового навыка может изменить сотни миллионов, а возможно, миллиарды связей между нервными клетками в картах нашего мозга.

Если подобные эффектные заявления вызывают у вас скептическое отношение, вспомните о том, что они исходят от человека, который уже помог вылечить ряд расстройств, считавшихся когда-то неизлечимыми. Еще в начале своей карьеры Мерцених вместе со своей группой разработал наиболее часто используемую конструкцию имплантата, который позволяет глухим от рождения детям слышать. Его сегодняшняя работа в области пластичности мозга помогает учащимся, испытывающим трудности в обучении, улучшать когнитивную деятельность и восприятие. Созданные им методики – серия компьютерных программ, основанных на нейропластичности, под названием «Fast ForWord» – уже помогли сотням тысяч людей. Программа Fast ForWord сделана в форме игры для детей. Самое удивительное в ней – это то, насколько быстро происходят изменения. В некоторых случаях у людей, которые испытывали когнитивные сложности на протяжении всей своей жизни, улучшение наблюдается уже после тридцати – шестидесяти часов лечения. Даже для самих специалистов неожиданностью стало то, что программа помогает некоторым детям, страдающим аутизмом.

Мерцених уверен: когда обучение проходит в соответствии с законами, управляющими пластичностью мозга, его умственные функции совершенствуются, что позволяет нам познавать и воспринимать информацию с большей точностью, скоростью и степенью запоминания.

Когда мы учимся, то расширяем свои знания. Но, по мнению Мерцениха, благодаря этому мы также изменяем саму структуру мозга и повышаем его способность к обучению. В отличие от компьютера мозг постоянно переделывает сам себя.

Говоря о тонком наружном слое мозга – коре, он утверждает: «Кора головного мозга выборочно совершенствует свои способности к обработке информации в зависимости от решаемой задачи». Мозг не просто учится; он всегда «учится учиться». В представлении Мерцениха наш мозг – это не бездушный сосуд, который мы наполняем; он скорее похож на живое существо, способное расти и меняться благодаря правильному питанию и тренировкам. Прежде, как я уже говорил, мозг рассматривали как сложный механизм, имеющий жесткие ограничения в плане памяти, скорости обработки информации и ума. Мерцених доказал ошибочность этих представлений.

Мерцених не ставил перед собой цель понять, как происходит изменение мозга. Он случайно пришел к осознанию того, что мозг способен преобразовывать свои схемы. И хотя он не стал первым ученым, открывшим миру нейропластичность, благодаря его экспериментам, осуществленным уже в начале карьеры, пластичность мозга получила признание среди передовой части неврологов.

Человечки Пенфилда

Для того чтобы понять, каким образом могут изменяться так называемые карты мозга, мы должны, в первую очередь, разобраться с тем, что они собой представляют. Впервые карты мозга человека были составлены в 1930-х годах канадским нейрохирургом доктором Уайлдером Пенфилдом из Монреальского неврологического института. Для Пенфилда «составление карты» мозга пациента означало определение проекционных зон коры мозга, где представлены различные части тела и происходит обработка информации о совершаемых ими действиях. Было обнаружено, что кора мозга в области лобных долей включает моторную (т. е. двигательную) систему, которая координирует движения наших мышц, а еще три зоны коры – височная, теменная и затылочная – образуют сенсорную (чувственную) систему мозга, обрабатывающую сигналы, посылаемые в мозг от органов чувств (глаза, уши, рецепторы прикосновения и т. д.).

В течение многих лет Пенфилд составлял карты сенсорной и двигательной зон коры мозга на основе информации, которую получал, оперируя мозг пациентов, больных раком и эпилепсией. Поскольку в мозге человека нет болевых рецепторов, такие пациенты во время операции остаются в сознании. Пенфилд обнаружил: если прикоснуться специальным электродом к сенсорной зоне мозга, то это вызывает в теле пациента определенные ощущения. Он использовал электрический зонд (электрод) для того, чтобы отличать здоровую ткань (которую следует сохранить) от злокачественных новообразований или патологической ткани, требующей удаления.

Обычно, когда кто-то или что-то касается руки человека, в спинной мозг поступает электрический сигнал. Далее этот сигнал проходит в головной мозг, в те зоны коры, которые позволяют руке почувствовать это прикосновение. Пенфилд выяснил, что может заставить пациентов ощутить как бы прикосновение к руке, воздействовав электрическим разрядом на зону мозга, соответствующую области руки. Когда он стимулировал в мозге другую часть проекционных точек руки, то пациент ощущал прикосновение к плечу, кисти, пальцам и т. д. Стимулирование совсем другой проекционной зоны мозговой карты вызывало ощущения прикосновения к лицу. Со временем Пенфилд составил сенсорную карту мозга, где была представлена поверхность всех частей тела[21].

Пенфилд проделал то же самое для двигательной карты, то есть выявил зоны коры мозга, контролирующие движения. Прикасаясь к различным зонам, он вызывал у пациента движения в области ноги, руки, лица и других мышц.

Одно из главных открытий, сделанных Пенфилдом, заключалось в том, что сенсорные и двигательные зоны мозга так же, как географические карты, имеют топографический характер. Это означает, что соседние участки тела человека, как правило, представлены в соседних участках карт мозга. Он также выяснил, что, прикасаясь к определенным частям карты, можно вызвать давно утраченные воспоминания детства или фантастические сцены, а это означает, что психическая активность более высокого уровня также отображена на карте мозга.

Составленные Пенфилдом карты определяли представление о мозге нескольких поколений ученых. Однако, следуя убеждению о невозможности изменения мозга, они считали, что эти карты постоянны, неизменны и универсальны – одинаковы для каждого из нас, – хотя сам Пенфилд никогда не утверждал ничего подобного.

Мерцених выяснил, что карты мозга не являются неизменными и универсальными, а имеют разные границы и размеры у различных людей. С помощью серии блистательных экспериментов он продемонстрировал, что форма карт мозга меняется в зависимости от того, чем мы занимаемся на протяжении жизни. Но для того чтобы доказать это, ему требовался гораздо более тонкий инструмент, чем электроды Пенфилда.

Мерцених, во время учебы на последних курсах Университета Портленда, вместе с другом использовал оборудование лаборатории электроники, позволяющее зарегистрировать «кривую» электрической активности в нейронах насекомых. Эти эксперименты привлекли внимание одного из профессоров, который восхищался талантом и любознательностью Мерцениха и дал ему рекомендации для поступления в аспирантуру Гарвардского университета и Университета Джонса Хопкинса. Мерцених был принят в оба университета, но остановил свой выбор на Университете Джонса Хопкинса, где получил степень кандидата по физиологии под руководством одного из виднейших нейрофизиологов того времени Вернона Маунткастла. Последний в 1950-х годах доказывал, что подробности карт мозга можно выяснить благодаря изучению электрической активности с помощью новой методики – используя микроэлектроды.

Микроэлектроды настолько малы и чувствительны, что их можно ввести внутрь одного нейрона (или рядом с ним) и регистрировать момент, когдаэтот конкретный нейрон посылает электрический сигнал другим нейронам. Сигнал нейрона передается с микроэлектрода на усилитель, а затем на экран осциллографа, где он появляется в виде резкого выброса (так называемого спайка) на «кривой электрической активности». Именно с помощью микроэлектродов Мерцених совершил большинство своих главных открытий.

Это важное изобретение позволило нейрофизиологам регистрировать взаимодействие нейронов, общее количество которых в мозге взрослого человека оценивается примерно в 100 миллиардов. Используя более грубые электроды, вроде тех, которыми пользовался Пенфилд, ученые могли наблюдать лишь одновременное возбуждение тысяч нейронов.

Микрокартирование и сейчас дает информацию, которая примерно в тысячу раз точнее, чем сканирование мозга на аппаратах самого последнего поколения. Дело в том, что длительность возникающего в нейроне электрического сигнала нередко составляет тысячную долю секунды, поэтому сканеры мозга упускают огромное количество информации{9}. Несмотря на это, микрокартирование не может заменить сканирование мозга в медицине, потому что требует проведения крайне трудоемких операций, осуществляемых под микроскопом с помощью микрохирургических инструментов.

Мерцених сразу же начал активно использовать эту методику. Он хотел уточнить карту той области мозга, где происходит обработка ощущений от прикосновения к руке. Мерцених удалил кусочек черепа обезьяны над соответствующей сенсорной зоной коры, сделав «окно» в черепе размером один на два миллиметра, а затем установил микроэлектрод рядом с первым попавшимся сенсорным нейроном. После этого он постукивал по кисти обезьяны, пока не доходил до того участка – например, кончика пальца, – прикосновение к которому заставляло нейрон передавать электрический сигнал на микроэлектрод. Таким образом он записывал местоположение одного из нейронов, представляющих в сенсорной коре кончик пальца, отмечая первую точку на карте. Затем он устанавливал микроэлектрод рядом с другим нейроном и искал то место, прикосновение к которому «включало» этот нейрон. Он проделывал это до тех пор, пока не была составлена карта всей кисти. Для составления такой карты требуется огромное число перемещений микроэлектрода. Мерцених и его коллеги в ходе своих исследований провели тысячи подобных экспериментов.

Критические периоды бывают и у мозга

Примерно в это же время было сделано важное открытие, которое навсегда изменило работу Мерцениха. В 1960-е годы, когда Мерцених приступил к использованию микроэлектродов для изучения мозга, двое других ученых, тоже работавших в Институте Джонса Хопкинса под руководством Маунткастла, обнаружили, что у очень молодых животных мозг пластичен. Дэвид Хьюбел и Торстен Визел проводили микрокартирование зрительной зоны коры мозга с целью изучения процесса обработки визуальной информации. Они устанавливали микроэлектроды в зрительной зоне коры мозга котят и выяснили, что информация о линиях, ориентации и движениях визуально воспринимаемых объектов обрабатывается в разных частях коры. Они также открыли существование «критического периода» между третьей и восьмой неделями жизни, когда мозг новорожденных котят должен получать визуальную стимуляцию для нормального развития. В ходе одного из экспериментов Хьюбел и Визел зашили веко на одном глазу котенка на время периода раннего развития, чтобы этот глаз не получал визуальной стимуляции. Когда они освободили глаз котенка от швов, то обнаружили, что те зрительные области на карте мозга, которые обрабатывают информацию, поступающую от закрытого глаза, не получили никакого развития, в результате чего животное осталось слепым на этот глаз на всю жизнь. Стало очевидно, что есть некий критический период, когда мозг котят особенно пластичен, и его структура формируется под влиянием опыта.

Проанализировав карту мозга для слепого глаза, Хьюбел и Визел сделали еще одно неожиданное открытие, связанное с нейропластичностью. Та часть мозга, в которую не поступала информация от закрытого глаза, не бездействовала. Она начала обрабатывать визуальную информацию от открытого глаза, словно в мозгу не должны простаивать впустую никакие «корковые площади». То есть мозг опять нашел способ перестроить сам себя – что стало еще одним свидетельством его особой пластичности в критический период. За эту работу Хьюбел и Визел были удостоены Нобелевской премии. Однако, даже обнаружив существование пластичности мозга в раннем детском возрасте, исследователи не «переносили» эту пластичность на мозг взрослого человека.

Конрад Лоренц и Зигмунд Фрейд – в одной команде

Открытие критических периодов[22] стало одним из самых известных открытий второй половины двадцатого века в области биологии. Вскоре ученые доказали, что стимуляция извне необходима и для развития других систем мозга. Также стало ясно, что у каждой нейронной системы есть свой критический период, или временной интервал, в течение которого она отличается наибольшей пластичностью и восприимчивостью к факторам окружающей среды, а также демонстрирует быстрый рост. Например, сенситивный период для развития языковых навыков начинается в младенчестве и заканчивается в промежутке между восьмью годами и наступлением половой зрелости. После завершения этого критического периода способности человека к изучению языка (в том числе второго языка) становятся ограниченными. Интересно, что обработка информации, полученной при изучении родного языка (что, естественно, случается в сенситивный период) и второго языка после критического периода, происходит в разных областях мозга.

Представление о сенситивных периодах развил известный исследователь поведения животных – этолог Конрад Лоренц. Он заметил, что если в промежутке между пятнадцатью часами и тремя днями после рождения гусята в течение короткого периода времени будут общаться с человеком, то именно к нему, а не к матери они будут испытывать родственные чувства всю оставшуюся жизнь. Чтобы доказать это, он сам выращивал гусят, которые потом следовали за ним повсюду. Лоренц назвал этот процесс «импринтингом» (т. е. запечатлением. – Прим. ред.).

В действительности нечто похожее на такие критические периоды описывал и Зигмунд Фрейд. Он утверждал, что мы проходим стадии развития, представляющие собой особые периоды, в течение которых мы должны испытывать определенные переживания (получать определенный опыт), без которых не будем здоровыми людьми; по его мнению, эти периоды определяют наше развитие и формируют нас на всю оставшуюся жизнь.

Появление идеи о пластичности мозга в критический период изменило медицинскую практику. Благодаря открытию Хьюбела и Визела дети, родившиеся с катарактой, больше не были обречены на слепоту. Теперь в раннем детском возрасте, то есть в критический период, им давали направление на прохождение восстановительной хирургической операции, после которой их мозг мог получать световую информацию, необходимую для формирования важных связей. Так использование микроэлектродов доказало пластичность мозга, по крайней мере, в детские годы.

Как устроена нервная система

Мерцених задумался о пластичности мозга взрослого человека благодаря случаю. В 1968 году после защиты докторской диссертации он начал работать в качестве научного сотрудника у коллеги Пенфилда – Клинтона Вулси, исследователя из Мэдисона, штат Висконсин. Вулси поручил Мерцениху курировать двух нейрохирургов – Рона Пола и Герберта Гудмана. Все вместе они решили провести научное наблюдение за тем, что происходит, если перерезан один из периферических нервов кисти руки и затем начинается его регенерация.

Нервную систему принято делить на центральную нервную систему (головной мозг и спинной мозг) и периферическую. Первая выступает в роли центра оперативного управления всей системой. Вторая – периферическая – доставляет сообщения от органов чувств в спинной и головной мозг и переносит команды из головного и спинного мозга к мышцам и железам. Ученым давно известно, что периферическая нервная система пластична; если вы перерезаете, скажем, нерв кисти руки, он способен «регенерировать», т. е. «вырасти» заново.

Каждый нейрон состоит из трех частей. Прежде всего это дендриты – его многочисленные разветвленные отростки, воспринимающие сигналы от других нервных клеток. Дендриты передают эти сигналы в тело клетки. Далее следует аксон – более длинный отросток, представляющий собой живой кабель, он может иметь самую разную длину (от микроскопических аксонов в головном мозге до аксонов, идущих к ногам человека и достигающих почти 2 м в длину). Аксоны упрощенно можно сравнить с проводами, потому что они на очень большой скорости переносят электрические импульсы к дендритам соседних нейронов.

Нейрон может получать сигналы двух типов: одни его возбуждают, другие подавляют. Когда нейрон получает достаточное количество возбуждающих сигналов от других нейронов, он испускает свой собственный сигнал. При получении им подавляющих сигналов его активность подавляется, и вероятность порождения им сигнала уменьшается.

Аксоны не соприкасаются напрямую с дендритами соседних нейронов. Они разделены микроскопическим пространством, которое называют синапсом. После того как электрический сигнал попадает на конец аксона, он приводит в действие выработку в синапсе химического посредника – медиатора (или нейротрансмиттера). Химический посредник устремляется к дендриту соседнего нейрона, возбуждая его или подавляя. Когда мы говорим, что нейроны «перепрограммируют» самих себя, то имеем в виду изменения, происходящие в синапсе, которые усиливают и повышают или ослабляют и уменьшают количество связей между нейронами.

О регенерации периферических нервов

Мерцених, Пол и Гудман хотели исследовать хорошо известную, но сохраняющую свою загадочность связь между периферической и центральной нервными системами. Когда большой периферический нерв (состоящий из множества аксонов) перерезается, то иногда в процессе его регенерации происходит «перекрещивание проводов». И если аксоны заново присоединяются к аксонам «неправильного» нерва, у человека может проявиться «ложная локализация», при которой прикосновение к указательному пальцу ощущается в большом пальце. Ученые предположили, что ложная локализация возникает из-за того, что процесс регенерации «перемешивает» нервы, посылая сигнал от указательного пальца в зону мозга для большого пальца.

Ученые придерживались еще того представления, что каждый участок на поверхности тела имеет нерв, напрямую передающий сигнал в определенную точку на карте мозга, положение которой автоматически программируется при рождении. Таким образом, считалось, что ветвь нерва в большом пальце всегда передает свои сигналы непосредственно в то место на сенсорной карте мозга, которая представляет большой палец.

Итак, Мерцених и его группа, исходя из такой модели карты мозга, просто решили зафиксировать то, что происходит в мозге в процессе «перемешивания» нервов. С помощью микроэлектродов они составили карты кисти руки в мозге нескольких взрослых обезьян, перерезали периферический нерв, идущий к кисти, и сразу же сшили два конца перерезанного нерва таким образом, чтобы они находились достаточно близко друг к другу, но не соприкасались полностью. Они рассчитывали на то, что в процессе саморегенерации нерва произойдет перекрещивание его многочисленных аксональных «проводов». Через семь месяцев они провели повторное картирование. Мерцених предполагал, что они получат хаотичную карту мозга с большим количеством нарушений. Так, он ожидал, что в случае пересечения нервов большого и указательного пальца прикосновение к указательному пальцу вызовет активность в той области карты, которая соответствует большому пальцу. Но он не увидел ничего подобного. Карта была практически нормальной.

«То, что мы увидели, – говорит Мерцених, – было просто поразительно. Я не мог ничего понять». Новая карта была топографически упорядочена, словно мозг совсем не путал сигналы от перекрещенных нервов.

Составленная сегодня карта завтра уже недействительна

Это открытие изменило жизнь Мерцениха. Он понял, что не только он сам, но и большинство нейрофизиологов совершенно неправильно интерпретируют то, как мозг человека формирует свои карты-представительства тела и окружающего мира. Иначе говоря, карта мозга способна упорядочить свою структуру в ответ на поступление аномальной входной информации, то есть мозг – пластичен.

Как же это возможно? Получив результаты эксперимента, Мерцених также заметил, что формирование новых «топографических карт» происходило немного в другом месте, чем это было раньше. Мерцених решил во всем разобраться.

Он отправился в библиотеку, чтобы найти там дополнительные данные. Мерцених выяснил, что в 1912 году Грэм Браун и Чарльз Шеррингтон обнаружили, что стимуляция одной точки в двигательной области коры головного мозга может заставить животное в один момент сгибать ногу, а в другой – выпрямлять. Результаты этого эксперимента, данные о которых затерялись в массе научной литературы, позволяли предположить отсутствие однозначной связи между двигательной картой мозга и определенным движением. В 1923 году Карл Лэшли, использовавший более примитивное оборудование, чем микроэлектроды, вскрыл череп обезьяны, открыв двигательную зону коры мозга, затем простимулировал ее в определенном месте и зафиксировал возникшее в результате этого движение. Затем он зашил все обратно. Через некоторое время он повторил свой эксперимент, стимулируя мозг обезьяны в том же самом месте, и убедился в том, что вызываемые этим движения часто меняются. Знаменитый теоретик того времени из Гарвардского университета – Эдвин Г. Боринг выразил этот феномен следующей фразой: «Составленная сегодня карта завтра уже будет недействительна».

Это означало, что карты мозга носят динамический характер.

Мерцених сразу же оценил революционные последствия этих экспериментов. Он обсудил эксперимент Лэшли с Верноном Маунткастлом, у которого, по словам Мерцениха, «эксперимент Лэшли вызвал серьезное беспокойство. Маунткастл не желал верить в пластичность мозга. Он хотел, чтобы все оставалось на своих местах вечно. А Маунткастл понимал, что результаты этого эксперимента ставят под сомнение наши представления о мозге. Маунткастл считал Лэшли сумасбродом, склонным к преувеличениям».

Коллеги готовы были согласиться с результатами экспериментов Хьюбела и Визела и самим фактом существования пластичности мозга в детские годы, но они отвергали предположение Мерцениха о том, что пластичность сохраняется и тогда, когда человек вступает во взрослое состояние.

Мерцених с грустью вспоминает: «У меня были все основания для того, чтобы верить в невозможность существования пластичности у взрослых людей, но они были ниспровергнуты всего за одну неделю».

Мертвые души

Мерцениху не оставалось ничего другого, как искать наставников среди призраков мертвых ученых, таких как Шеррингтон и Лэшли. Он написал статью об эксперименте с «перемешиванием» нервов, где несколько страниц в разделе «Комментарии» посвятил рассуждениям о том, что мозг взрослого человека обладает пластичностью – хотя само это слово он не употреблял.

Однако комментарии так никогда и не были опубликованы. Клинтон Вулси, его куратор, поставил на них большой крест, сказав, что они носят излишне гипотетический характер и что Мерцених очень сильно отступает от полученных им данных. Когда статья была опубликована, в ней не было ни малейшего упоминания о пластичности, а объяснению новой топографической организации карты мозга уделялось минимальное внимание. Мерцених не стал возражать, по крайней мере, в печати. В конце концов, он был всего лишь рядовым научным сотрудником лаборатории.

Но ситуация со статьей разозлила его, а его ум буквально кипел от разных идей. Он начал приходить к мысли о том, что, возможно, пластичность – это главное свойство мозга, которое получило развитие в ходе эволюции, чтобы дать людям конкурентное преимущество, и что это может быть настоящим «чудом».

Пианино внутри нас

В 1971 году Мерцених стал профессором Калифорнийского университета в Сан-Франциско и начал работать на кафедре отоларингологии и физиологии, которая занималась исследованием заболеваний уха. Теперь он был сам себе начальником и приступил к проведению серии экспериментов, которые должны были доказать существование пластичности мозга. Однако данная тема все еще вызывала множество споров, поэтому он проводил эксперименты, связанные с нейропластичностью, под видом исследований, считавшихся допустимыми. Так, в начале 1970-х годов он потратил значительное количество времени на составление карт слуховой зоны коры головного мозга различных видов животных и принял участие в создании и совершенствовании имплантата для внутреннего уха.

Улитка внутреннего уха – это своеобразный микрофон. Она расположена рядом с вестибулярным аппаратом, который управляет чувством равновесия. Когда во внешнем мире возникает звук, звуковые волны разной частоты вызывают вибрацию волосковых клеток внутри улитки, соответствующих определенной частоте. Существует три тысячи таких волосковых клеток, которые преобразуют звук в электрические сигналы, идущие по слуховому нерву к слуховой зоне коры головного мозга. Специалисты, занимающиеся микрокартированием, выяснили, что в слуховой зоне звуковые частоты наносятся на ее карту «тонотопически». Это означает, что они организованы по тому же принципу, что и пианино: низкие звуковые частоты расположены на одном конце проекционной слуховой зоны, а высокие – на другом.

Улитковый имплантат не является слуховым аппаратом. (Слуховой аппарат усиливает звук и помогает людям с частичной потерей слуха, вызванной тем, что их улитка функционирует не в полном объеме, но достаточно хорошо для того, чтобы выявлять хоть какой-то звук.) Улитковые имплантаты предназначены для тех, чья глухота связана с серьезным повреждением улитки. Такой имплантат заменяет улитку, преобразуя звуки речи во вспышки электрических импульсов, посылаемых к мозгу. Мерцених и его коллеги не надеялись полностью воспроизвести сложный естественный орган с тремя тысячами волосковых клеток, поэтому им предстояло решить вопрос о том, может ли мозг, получивший в процессе эволюции способность расшифровывать сложные сигналы, поступающие от такого большого количества волосковых клеток, расшифровать импульсы от гораздо более простого устройства. Если окажется, что он на это способен, значит, слуховая зона коры обладает пластичностью, позволяющей ей изменяться и реагировать на искусственные входные сигналы. Имплантат состоит из микрофона, электронного устройства, преобразующего звук в электрические импульсы, и электрода, который хирурги имплантируют в нервы, идущие от уха к мозгу.

В середине 1960-х годов некоторые ученые были настроены крайне враждебно в отношении самой идеи создания улиткового имплантата. Одни говорили, что осуществление такого проекта просто невозможно. Другие заявляли, что в результате использования таких имплантатов глухие люди могут быть подвергнуты риску дальнейших нарушений. Несмотря на все это, среди пациентов нашлись добровольцы, готовые проверить работу имплантатов на себе. Первоначально некоторые из них могли услышать только шум; другие улавливали всего несколько звуков, шипение и момент начала и окончания звучания.

Вклад Мерцениха в разработку улиткового имплантата заключался в том, что он использовал знания, полученные в процессе картирования слуховой зоны, для определения того, какие входные сигналы должен получать от имплантата пациент, чтобы иметь возможность расшифровать речь, и куда следует имплантировать электрод. Совместно с биоинженерами он работал над созданием прибора, который сможет передавать сложную речь по небольшому количеству каналов и при этом речь не станет менее доступной для понимания. Они разработали высокоточный, многоканальный имплантат, позволяющий глухим людям слышать, а его конструкция легла в основу одного из двух улитковых имплантатов, наиболее часто используемых в наши дни.

Дорогу осилит идущий

Естественно, больше всего Мерцениху хотелось заняться непосредственным изучением пластичности мозга. В конце концов он решил провести простой, радикальный эксперимент, в ходе которого планировалось полностью отрезать поступление сенсорной информации к карте мозга и посмотреть, какой будет реакция. Он отправился в Нэшвилл к своему другу и коллеге из Университета Вандербилта Джону Каасу, который работал со взрослыми обезьянами.

Кисть руки обезьяны так же, как у человека, имеет три главных нерва: радиальный, медиальный и локтевой. Медиальный нерв передает ощущения, главным образом, от средней части кисти, а два других – от ее обеих сторон. Мерцених перерезал медиальный нерв у одной из обезьян, чтобы посмотреть, что будет происходить с картой медиального нерва, когда будет прервано поступление всей входной информации. После этого он вернулся в Сан-Франциско и стал ждать.

Через два месяца он снова приехал в Нэшвилл. Составив карту мозга обезьяны, он, как и предполагалось, обнаружил, что при прикосновении к средней части кисти обезьяны в области карты, обслуживающей медиальный нерв, не наблюдается никакой активности. Но его поразило нечто другое.

Карта медиального нерва активировалась, когда он нажимал на внешние стороны кисти обезьяны – те области, которые посылают свои сигналы через радиальный и локтевой нервы! Карты мозга для радиального и локтевого нервов увеличились в размере почти в два раза и захватили то пространство, которое раньше было картой медиального нерва. И эти новые карты имели топографический характер.

На сей раз, публикуя результаты исследований, Мерцених и Каас назвали изменения «впечатляющими» и для их объяснения использовали слово «пластичность», хотя и поставили его в кавычки.

Эксперимент показал, что при перерезании медиального нерва другие нервы, которые по-прежнему получают входные электрические сигналы, «захватывают» пространство неиспользуемой карты для обработки поступающей к ним информации. Таким образом, снова подтвердилось, что управление картами мозга определяется конкуренцией за драгоценные ресурсы и принципом «не использовать – значит потерять».

Конкуренция внутри мозга

Конкурентная природа нейропластичности оказывает влияние на всех нас. Внутри нашего мозга идет бесконечная война нервов. Если мы прекращаем тренировать наши ментальные навыки, то пространство карты мозга, предназначенной для этих навыков, переходит к тем навыкам, которые мы продолжаем использовать. Когда вы спрашиваете себя: «Как часто я должен упражняться во французском языке, играть на гитаре или заниматься математикой, чтобы делать это неизменно хорошо?», то задаете вопрос о конкурентном характере пластичности мозга. Речь идет о том, с какой регулярностью вам следует заниматься каким-либо видом деятельности, чтобы связанное с ним пространство карты мозга не досталось другому виду деятельности.

Конкурентный характер нейропластичности помогает объяснить некоторые ограничения возможностей взрослых людей. Вспомните те проблемы, которые возникают у большинства взрослых при изучении второго языка. Принято считать, что эти проблемы связаны с тем, что к моменту взросления период сенситивный для изучения языков заканчивается и наш мозг становится слишком негибким для крупномасштабного изменения своей структуры. Однако открытие конкурентного характера пластичности мозга позволяет расширить это объяснение. Возможно так. По мере взросления мы все больше используем родной язык, вследствие чего он начинает доминировать в той части карты мозга, которая связана с нашими лингвистическими способностями.

Если это действительно так, то почему же нам проще учить второй язык в молодости? Разве в это время конкуренция отсутствует? Дело в том, что если освоение двух языков происходит одновременно в критический период (т. е. в раннем детстве), то оба языка получают единую «зону опоры». По словам Мерцениха, результаты сканирования мозга показывают, что у детей, говорящих на двух языках, звуки обоих языков представлены на одной большой карте, образующей своеобразную библиотеку всех звуков.

Конкурентный характер нейропластичности, возможно, объясняет и то, почему нам так сложно порвать с плохими привычками или «отучиться» от них. Большинство из нас представляют мозг в виде хранилища, а обучение – как средство его заполнения. Пытаясь избавиться от плохой привычки, мы считаем, что можем решить этот вопрос, добавив что-то новое в это хранилище. Однако когда мы приобретаем плохую привычку, она завладевает участком карты мозга, и каждый раз, когда мы действуем в соответствии с ней, она получает все больший контроль над картой и мешает использованию данного пространства для других привычек. Именно поэтому нередко «отучиться» от дурных привычек гораздо сложнее, чем их приобрести, что говорит о важности обучения, проводимого в раннем детстве, – раньше, чем «плохие» привычки получат конкурентное преимущество.

Свято место пусто не бывает

Следующий эксперимент Мерцениха, отличавшийся гениальной простотой, сделал идею пластичности мозга крайне популярной среди нейрофизиологов и, в конечном счете, помог развеять сомнения скептиков в большей степени, чем какой-либо другой эксперимент, проведенный до и после него.

Мерцених составил карту мозга для кисти руки обезьяны. Затем он ампутировал этой обезьяне средний палец. Через несколько месяцев он провел повторное картирование и выяснил, что карта мозга ампутированного пальца исчезла, а карты соседних пальцев увеличились, захватив пространство, которое ранее занимала карта среднего пальца. Это стало самым наглядным доказательством динамического характера карт мозга, существования в нем борьбы за корковое пространство и распределения ресурсов мозга по принципу «что не используется, то отмирает».

Мерцених также заметил, что животные одного вида могут иметь похожие карты, но ониникогдане бывают идентичными. Микрокартирование позволило ему увидеть те различия, которые не мог заметить Пенфилд, использующий более крупные электроды. Он также выяснил, что карты основных частей тела меняются каждые несколько недель! Каждый раз, когда он составлял карту лица одной и той же обезьяны, она получалась другой.

Для проявления пластичности не нужны провокации в виде перерезанных нервов или ампутаций. Нейропластичность – это обычное явление: изменение карт мозга происходит постоянно. При публикации результатов этого эксперимента Мерцених в конце концов начал использовать слово «пластичность» без кавычек. Тем не менее, несмотря на всю ясность и простоту проведенного им эксперимента, противостояние идеям Мерцениха не прекратилось в одночасье.

Против него выступили оппоненты. «Практически все исследователи нервной системы, которых я знал, – вспоминает он, – считали мои выводы чем-то несерьезным: якобы мои эксперименты были небрежными и описанные мною результаты вызывают сомнения. Однако я повторял эксперименты много раз и получал те же результаты».

Одним из главных противников Мерцениха стал Торстен Визел. Несмотря на то что он сам доказал существование пластичности в критические периоды, он был категорически против идеи о том, что пластичность возможна у взрослых людей. Впоследствии все же Визел согласился с идеей пластичности мозга взрослых и публично признал, что долгое время был неправ и что новаторские эксперименты Мерцениха, в конце концов, заставили его самого и его коллег изменить свое мнение. Подобное решение такой фигуры в мире науки, как Визел, не прошло незамеченным для других оппонентов Мерцениха.

«Больше всего, – говорит Мерцених, – меня расстраивало то, что никто не обращал внимания{10} на грандиозные позитивные возможности идеи нейропластичности для лечения больных людей».

Фактор времени

Начиная с конца 1980-х годов Мерцених участвовал в проведении исследований, имевших конкретную цель, – проверить, имеют ли карты мозга временные критерии и можно ли манипулировать их границами и функционированием, «играя» с регулированием времени поступления на них входной информации.

В ходе одного из этих экспериментов Мерцених составил карту нормально функционирующей кисти руки обезьяны, а затем сшил вместе два ее пальца, чтобы они двигались как один. После того, как обезьяна несколько месяцев пользовалась сшитыми пальцами, он провел повторное картирование. Две карты двух первоначально разделенных пальцев слились в одну карту. Когда исследователи дотрагивались до любой точки любого пальца, происходила активация этой новой единой карты. Поскольку все движения и ощущения в этих двух пальцах всегда возникали одновременно, они сформировали общую карту. Эксперимент показал, что регулирование времени поступления входных сигналов к нейронам определенной карты определяло ее формирование – нейроны, которые активировались одновременно или близко по времени, соединялись вместе для составления одной карты.

Другие ученые проверили результаты исследований Мерцениха на людях. Некоторые люди рождаются со сросшимися пальцами – заболевание, называемое синдактилией, или «синдромом перепончатой (кожной) синдактилии». При составлении карты двух таких больных сканирование мозга показало, что у каждого из них есть общая карта для сросшихся пальцев{11}.

После того, как хирургическим путем пальцы были разделены, провели повторное картирование мозга объектов исследования, обнаружившее появление двух отдельных карт для разделенных пальцев. После операции пальцы могли двигаться независимо друг от друга, поэтому нейроны больше не активировались одновременно, иллюстрируя еще один принцип пластичности: разделяя поступление сигналов к нейронам по времени, вы создаете отдельные карты мозга. В неврологии это открытие сегодня формулируется следующим образом – Нейроны, активирующиеся раздельно, устанавливают раздельные связи – или Нейроны, активирующиеся несогласованно, неспособны связываться друг с другом.

В ходе следующего эксперимента Мерцених создал карту для того, что можно назвать несуществующим пальцем. В течение месяца исследователи стимулировали одновременно все пять кончиков пальцев обезьяны пятьсот раз в день, мешая обезьяне использовать один из пальцев в какой-либо момент времени. Вскоре на карте мозга обезьяны появилась новая расширенная карта, на которой были представлены все пять пальцев, а собственные карты каждого пальца начали исчезать из-за прекращения их использования.

В ходе последнего и наиболее впечатляющего эксперимента Мерцених и его команда доказали, что размещение карт происходит не на анатомической основе. Они взяли небольшой участок кожи с одного пальца и хирургическим путем пересадили его вместе с нервом, по-прежнему подсоединенным к своей карте мозга, на соседний палец. Теперь стимуляция этого участка кожи и его нерва происходила всегда, когда палец, на который они были пересажаны, двигался или ощущал прикосновение в процессе повседневного использования. В соответствии с моделью жесткого программирования сигналы должны были по-прежнему посылаться с кожи по нерву на карту мозга для того пальца, с которого она была взята. Вместо этого при стимулировании данного участка кожи реагировала карта нового пальца. Карта пересаженного участка кожи мигрировала из карты пальца, на котором он находился первоначально, в карту нового пальца, потому что стимуляция участка кожи и нового пальца происходила одновременно.

Итак, всего за несколько лет Мерцених сумел выяснить, что мозг взрослого человека пластичен, убедить в этом скептиков из научного сообщества и доказать, что опыт меняет мозг. Но он так и не разгадал главную загадку: как картам удается осуществлять самоорганизацию по топографическому принципу и функционировать с максимальной пользой для человека.

Топографическая организация карты

Когда мы говорим, что карта мозга организована топографически, мы имеем в виду, что она организована таким же образом, как все тело. Например, наш средний палец расположен между указательным и безымянным. То же самое можно сказать о проекционных зонах мозга: карта для среднего пальца находится между картами для указательного и безымянного пальца. Топографическая организация карты обеспечивает высокую эффективность работы мозга: поскольку те проекционные зоны, которые обычно работают вместе, располагаются на карте близко друг к другу, сигналам не приходится «странствовать» по всему мозгу.

Мерцениху предстояло ответить на вопрос: как подобный топографический порядок возникает на карте мозга?{12} Полученный им и его коллегами ответ был поистине гениальным. Топографический порядок появляется из-за того, что многие из наших повседневных видов деятельности предполагают повторение последовательных операций в определенном порядке{13}. Например, когда мы подбираем предмет размером с яблоко или бейсбольный мяч, мы, как правило, сначала сжимаем его большим и указательным пальцами, а затем обхватываем остальными пальцами, последовательно один за другим. Поскольку большой и указательный пальцы обычно дотрагиваются до предмета практически одновременно, карты для каждого из этих пальцев формируются близко друг к другу. (Нейроны, активирующиеся вместе, связываются друг с другом.) Когда мы продолжаем обхватывать предмет рукой, следующим к нему прикасается средний палец, поэтому его карта располагается рядом с картой указательного пальца и дальше от большого пальца. Итак, мы имеем типичную последовательность хватательного движения – первым большой палец, вторым указательный, третьим средний, – которая повторяется тысячи раз. Подобное повторение ведет к формированию карты мозга, где проекционная зона большого пальца находится рядом с зоной указательного пальца, которая, в свою очередь, располагается рядом с зоной среднего и т. д. Сигналы, поступающие в разное время, например, от большого пальца и мизинца, имеют карты мозга, более отдаленные друг от друга, потому что нейроны, активирующиеся раздельно, не связываются между собой.

Многие, если не все, карты мозга работают по принципу пространственного объединения событий, происходящих одновременно. Мы уже рассказывали, что карта слуховой коры работает как пианино, картируя области для звуковых сигналов с низким тоном в одном конце и с высоким тоном – в другом. Почему именно в таком порядке? Потому что в природе низкие частоты обычно объединяются друг с другом. Когда мы общаемся с человеком с низким голосом, то слышим, главным образом, звуки с низкой частотой, поэтому они группируются вместе.

Количество переходит в качество

Появление в лаборатории Мерцениха Билла Дженкинса положило начало новому этапу исследований, которые должны были помочь Мерцениху применить свои открытия на практике. Дженкинса, получившего образование в области поведенческой психологии[23], больше всего интересовало понимание того, как происходит наше обучение. Он предложил учить животных новым навыкам и наблюдать за тем, как обучение будет влиять на их нейроны и карты мозга.

В рамках одного из экспериментов они составили карту сенсорной области коры головного мозга обезьяны. Затем они научили ее прикасаться кончиком пальца к вращающемуся диску, оказывая на него в течение десяти секунд именно то давление, которое было необходимо для получения вознаграждения в виде кусочка банана. От обезьяны требовалось большое внимание, чтобы научиться прикасаться к диску очень легко и точно оценивать длительность прикосновения. После нескольких тысяч попыток Мерцених и Дженкинс повторно картировали мозг обезьяны и увидели, что после успешного прохождения обучения область карты кончика ее пальца увеличилась. Эксперимент показал, что при наличии у животного мотивации к обучению его мозг гибко реагирует на происходящие изменения.

В ходе эксперимента стало очевидно, что процесс состоит из двух этапов. Сначала, когда обезьяна изучает новый навык, происходит расширение проекционной зоны кончика пальца. Однако через некоторое время повышается эффективность отдельных нейронов, и при этом число нейронов, необходимых для выполнения задания, сокращается.

Когда ребенок впервые учится играть гаммы на фортепьяно, то для того, чтобы сыграть каждую ноту, он использует всю верхнюю часть тела – кисть, руку, плечо. Даже мускулы его лица напряжены от старания. Постоянно упражняясь, начинающий пианист перестает включать в процесс ненужные мышцы и вскоре при исполнении одной ноты начинает пользоваться только соответствующим пальцем. У него формируется «более легкое прикосновение», а с появлением опыта он обретает «изящество» и умение расслабляться во время исполнения. Происходит переход от использования огромного числа нейронов к использованию меньшего числа тех нейронов, которые подходят для выполнения именно этой задачи. Подобное более эффективное использование нейронов появляется тогда, когда мы в совершенстве овладеваем каким-либо навыком, что объясняет, почему в процессе тренировки или добавления нового навыка пространство соответствующей карты мозга расширяется не до бесконечности.

Мерцених и Дженкинс также доказали, что в процессе обучения отдельные нейроны становятся более селективными. Каждый нейрон на карте мозга для чувства прикосновения имеет свое «рецептивное поле», или сегмент на поверхности кожи, который «отчитывается» перед ним. По мере того, как обезьяны учились трогать диск, рецептивные поля отдельных нейронов становились меньше, в результате чего эти нейроны активировались только тогда, когда небольшие участки кончиков пальцев прикасались к диску. Таким образом, при увеличении размера проекционной зоны каждый нейрон в ней начинает отвечать за меньший участок поверхности кожи, что позволяет животному более тонко различать прикосновения. Одним словом, карта становится более точной.

Кроме того, Мерцених и Дженкинс выяснили, что по мере обучения нейронов и повышения их эффективности у них появляется способность и к более быстрой обработке информации. Это означает, что скорость нашего мышления тоже может меняться. Скорость мысли крайне важна для нашего выживания. События нередко происходят очень быстро, и если мозг обрабатывает информацию медленно, то он может упустить что-то важное. В ходе одного из экспериментов Мерцених и Дженкинс учили обезьян различать звуки за все более и более короткие промежутки времени. В ответ на звуки обученные нейроны активировались быстрее{14}, обрабатывали их за более короткое время и затрачивали меньше времени на «отдых» между моментами активации. Появление более быстрых нейронов обеспечивает увеличение скорости мышления, что немаловажно, так как скорость мысли – значимая составляющая ума. Тесты для оценки коэффициента интеллектуальности (IQ) определяют не только вашу способность найти правильный ответ на вопрос, но и то, сколько времени вам для этого требуется.

Ученые обнаружили еще один интересный факт. При обучении животного какому-либо навыку нейроны не только становятся более быстрыми, но и из-за увеличения скорости их активации возрастаетясностьпередаваемых ими сигналов. У более быстрых нейронов повышается способность к одновременной активации – что делает их лучшими командными игроками, – установлению связей и формированию групп нейронов, испускающих более ясные и сильные сигналы. Это очень важный момент, так как сильный сигнал оказывает большее влияние на мозг. Когда мы хотим запомнить что-то из услышанного, то должны слышать это ясно и четко, причем ясность здесь определяется отчетливостью первоначального сигнала.

Наконец, Мерцених выяснил, что в долгосрочных пластических изменениях важную роль играет внимание. В ходе многочисленных экспериментов он обнаружил, что продолжительные изменения имели место только тогда, когда обезьяны проявляли неослабный интерес к происходящему. Когда животные выполняли задания автоматически, не уделяя этому особого внимания, карты их мозга менялись, но эти изменения длились недолго. Мы часто превозносим «способность к работе со многими задачами». Однако даже если вы способны к обучению в условиях распыленного внимания, такая распыленность не способствует устойчивым изменениям карты мозга.

И снова о детском развитии

Когда Мерцених был ребенком, двоюродная сестра его матери, преподаватель начальной школы в Висконсине, была выбрана учителем года всех Соединенных Штатов. После церемонии награждения, проходившей в Белом доме, она навестила семью Мерцених в Орегоне.

«Моя мать, – вспоминает он, – задала ей ни к чему не обязывающий вопрос типа тех, которые часто звучат в разговорах: «Что главное в твоей работе?» На что ее двоюродная сестра ответила: «Ну, детей нужно тестировать, когда они приходят в школу, чтобы понять, стоит ли ими заниматься. Если они стоят того, то ты уделяешь им свое внимание и при этом не тратишь впустую время на тех, кто этого не стоит». Именно так она и сказала. И, знаете, так или иначе, этот ответ отражает то, как люди обращались и обращаются с детьми, непохожими на других. Представление о том, что ваши мозговые ресурсы постоянны и не могут быть существенно улучшены или изменены, крайне деструктивно».

В период проведения своих экспериментов в области нейропластичности Мерцених узнал о работе Паулы Таллал из Университета Рутгерса, которая занималась изучением причин проблем, возникающих у детей при обучении чтению. Примерно от 5 до 10 процентов детей дошкольного возраста имеют речевые затруднения, которые мешают им читать, писать или даже следовать указаниям. Иногда таких детей называют дислексиками (от слова «дислексия»).

Дети начинают разговаривать, используя сочетания согласных и гласных, например, повторяя «да, да, да» и «ба, ба, ба». Во многих странах, говорящих на разных языках, первые слова, произносимые детьми, состоят из таких сочетаний – нередко это слова «мама», «папа», «пи-пи» и так далее. Исследования Таллал показали, что для детей с речевыми затруднениями характерны проблемы с обработкой слуховой информации, включающей в себя типичные быстро произносимые сочетания согласных и гласных, которые называют «быстрыми частями речи». Детям сложно правильно их расслышать и, соответственно, точно воспроизвести.

Мерцених считал, что у таких детей нейроны слуховой зоны коры активируются слишком медленно, поэтому они не могут отличить два похожих звука или определить последовательность двух звуков, когда те звучат близко друг к другу. Эти дети часто не улавливают на слух начало слогов или изменения звуков внутри слога. Как правило, после обработки звука нейроны готовы к новой активации после отдыха, продолжающегося примерно 30 миллисекунд. Восьмидесяти процентам детей с нарушениями речи для этого требуется как минимум в три раза больше времени, поэтому они теряют большие объемы языковой информации.

При изучении моделей активации нейронов у таких детей фиксируемые сигналы носили неясный характер. «Они были неясными как на входе, так и на выходе», – говорит Мерцених.

Неудовлетворительная способность различать элементы языка становится причиной проблем с выполнением всех языковых задач: проблем со словарным запасом, пониманием, речью, чтением и письмом. Из-за того, что такие дети затрачивают много энергии на расшифровку слов (детям по-прежнему приходится заниматься определением различия между: «да, да, да» и «ба, ба, ба»), они склонны к использованию более коротких предложений и не могут тренировать свою память для составления длинных предложений.

Когда Таллал впервые выявила все это, у нее возникло опасение, что такие дети «неисправимы» – и невозможно им помочь. Но это было до того, как она и Мерцених объединили свои силы.

Программа для детей с речевыми нарушениями и проблемами в обучении

В 1996 году Мерцених, Паула Таллал, Билл Дженкинс и один из коллег Таллал, психолог Стив Миллер, создали компанию Scientific Learning, работа которой полностью посвящена использованию результатов исследований в области нейропластичности – призвана помочь людям перепрограммировать свой мозг.

Главный офис компании находится в деловой части Окленда, штат Калифорния, и располагается в шикарном здании под названием «Ротонда» с овальным стеклянным куполом высотой 120 футов (40 м), края которого украшены сусальным золотом. Входя в это здание, вы словно попадаете в другой мир. В Scientific Learning работают детские психологи, специалисты по нейропластичности, по человеческой мотивации и патологии речи, инженеры, программисты и художники-мультипликаторы.

Я уже упоминал «Fast ForWord» – название обучающей программы, которую компания разработала для детей с речевыми нарушениями и проблемами в обучении. Эта программа позволяет тренировать любую основную функцию мозга, связанную с языком, начиная с расшифровки звуков и заканчивая пониманием – своего рода перекрестное мозговое обучение.

Программа включает в себя семь упражнений для мозга. Одна из них помогает детям совершенствовать способность различать короткие и длинные звуки. Например, по экрану монитора пролетает корова, издающая мычащие звуки. Ребенок должен поймать корову с помощью курсора и удерживать на месте нажатием кнопки мыши. Затем неожиданно длительность звука «му» едва заметно меняется. В этот момент ребенок должен отпустить корову и дать ей улететь. Тот, кто отпускает корову сразу же после изменения звука, набирает очки.

В другой игре дети учатся различать сочетания согласных и гласных звуков, которые легко перепутать, такие как «ба» и «да». Сначала эти сочетания появляются на небольшой скорости, как в обычной речи, а затем скорость их появления увеличивается. С помощью еще одной игры детей учат запоминать и сопоставлять звуки. «Быстрые части речи» используются во всех упражнениях, но их озвучивание замедляется с помощью компьютеров, чтобы дети с речевыми нарушениями могли слышать их и формировать для них четкие карты; затем по мере выполнения упражнений скорость озвучивания увеличивается.

Когда ребенок достигает поставленной перед ним цели, происходит что-то забавное: персонаж мультфильма съедает ответ, зарабатывает несварение желудка, корчит комичную рожицу или делает смешное движение, которое достаточно неожиданно, чтобы удержать внимание ребенка. Это «вознаграждение» – важная часть программы, поскольку каждый раз, когда ребенок получает такое поощрение, его мозг выделяет такие медиаторы, как допамин и ацетилхолин, которые способствуют закреплению тех изменений карты, которые только что произошли. (Допамин усиливает вознаграждение, а ацетилхолин помогает мозгу «настраивать» и оттачивать воспоминания.)

Дети с менее выраженными нарушениями обычно работают с программой Fast ForWord один час и сорок минут в день пять раз в неделю в течение нескольких недель, а те, чьи нарушения более выражены, занимаются восемь – двенадцать недель.

Первые результаты исследования, опубликованные в журнале Science в январе 1996 года, были удивительными. Детей с нарушениями речи разделили на две группы – члены одной выполняли упражнения по программе Fast ForWord, а члены контрольной группы играли в компьютерную игру, похожую на ту, что была создана в рамках программы, но не тренирующую ускоренную обработку речи. В обе группы отбирали детей одинакового возраста с похожими коэффициентами умственного развития и языковыми навыками (проблемами). У детей, работавших с программой Fast ForWord, наблюдалось значительное улучшение результатов стандартного тестирования обработки речевой, языковой и слуховой информации. На момент окончания обучения они получали нормальное или превышающее норму количество баллов за владение языком, а повторное тестирование спустя шесть недель показало устойчивое сохранение достигнутых ими успехов. Они добились гораздо больших улучшений, чем дети в контрольной группе.

За шесть недель среднестатистический ребенок, прошедший обучение по программеFast ForWord,продвигался в развитии языковых навыков на 1,8 года. Группа исследователей из Стэндфордского университета провела сканирование мозга двадцати детей, страдающих дислексией, до и после прохождения ими Fast ForWord. Первоначальные результаты сканирования показали, что дети с дислексией используют для чтения иные участки мозга, чем обычные дети. После обучения были получены результаты, свидетельствующие о нормализации работы их мозга.

История Вилли Арбора

Вилли Арбор – семилетний мальчик с рыжими волосами и веснушками из Западной Вирджинии. Он состоит в отряде бойскаутов-волчат[24], любит ходить в супермаркет и, хотя его рост не превышает четырех футов (1 м 22 см), увлекается борьбой. Он только что прошел обучение по программе Fast ForWord и буквально преобразился.

«Главная проблема Вилли заключалась в том, что он недостаточно хорошо воспринимал на слух речь других людей, – рассказывает его мать. – Я могла сказать слово «копия», а ему слышалось «кофе». Когда был какой-либо шумовой фон, ему было особенно сложно. Посещение детского сада действовало на него угнетающе. Его неуверенность буквально бросалась в глаза. Из-за того, что все дети правильно отвечали на вопросы воспитателей, а он нет, у него появились нервные привычки – он начал жевать свою одежду или теребить рукав. В первом классе учитель предлагал оставить его на второй год». У Вилли были проблемы с чтением – как вслух, так и «про себя».

«Вилли не мог четко услышать изменение высоты тона, – продолжает его мать. – Поэтому он неспособен был отличить восклицание от общего утверждения и не улавливал изменений интонаций речи, что осложняло для него понимание эмоций людей. Для него все звучало одинаково».

Родители водили Вилли к детскому сурдологу, который диагностировал, что его «проблемы со слухом» вызваны возникшим в его мозге нарушением процесса обработки слуховой информации. Вилли тяжело давалось запоминание цепочек слов, потому что его слуховая система быстро перегружалась. Если вы давали ему более трех указаний одновременно, например: «пожалуйста, отнеси свою обувь наверх – положи ее в шкаф – затем спускайся обедать», он забывал их. Он снимал обувь, поднимался по лестнице и спрашивал: «Мама, что ты просила сделать?». Учителям все время приходилось повторять ему свои указания. Хотя он был по-своему одаренным ребенком – у него были способности к математике, – проблемы с чтением мешали его успехам и в этой области.

Мать Вилли отказалась оставить его в первом классе на второй год, и летом в течение восьми недель он занимался по программе Fast ForWord.

«До начала занятий, – вспоминает она, – нам приходилось чуть ли не силой усаживать его за компьютер, и работа за ним его очень утомляла. Однако во время обучения он проводил за компьютером по сто минут в день в течение целых восьми недель. Ему нравился процесс выполнения упражнений и система баллов, потому что он сам мог видеть, как его результаты становятся все лучше и лучше». После окончания курса Вилли научился воспринимать интонации речи, начал хорошо понимать эмоции других людей и стал испытывать меньшее беспокойство. «Для него так много всего изменилось, – говорит его мать. – Когда он принес домой результаты экзаменов, проводившихся в середине семестра, он сказал: «Мама, они лучше, чем в прошлом году». Он начал получать за свои работы высокие оценки, и это было очень заметное улучшение….Теперь он чувствует уверенность в себе и своих возможностях. Мне же кажется, что мои молитвы были услышаны. Это просто удивительно». Прошел год, а способности Вилли продолжают совершенствоваться.

«Побочные эффекты» обучения

До команды Мерцениха начала доходить информация о том, что использование программы Fast ForWord дает ряд «побочных эффектов». У детей улучшался почерк. Родители сообщали о том, что у многих учеников начало проявляться устойчивое внимание и сосредоточенность. Мерцених считал, что эти неожиданные позитивные моменты связаны с тем, что программа Fast ForWord способствует некоторым общим улучшениям процесса психической обработки информации.

Один из наиболее важных видов деятельности мозга – о котором мы часто не задумываемся – это определение длительности тех или иных вещей или обработка временно́й информации. Если вы не способны определить, сколько времени длятся события, то не можете соответствующим образом двигаться, воспринимать окружающий вас мир или прогнозировать. Мерцених выяснил, что при обучении людей чувствовать на своей коже очень быстрые вибрации, длящиеся всего 75 миллисекунд, они также обретают способность распознавать звуки длительностью в 75 миллисекунд. Создавалось впечатление, что программа Fast ForWordповышает общую способность мозга управлять временем.

Иногда эти улучшения затрагивали также обработку визуальной информации. До начала занятий, когда Вилли предложили сыграть в игру, в которой нужно было выбирать предметы, не соответствующие месту: сапог на дереве, жестяная банка на крыше, – его глаза бегали по всей странице. Он пытался увидеть всю страницу вместо того, чтобы просматривать единовременно одну небольшую ее часть. В школе при чтении он часто пропускал целые строки. После завершения обучения по программе Fast ForWord его глаза больше не бегали по всей странице – он научился фокусировать свое визуальное внимание.

У некоторых детей, которые прошли стандартизованное тестирование вскоре после завершения программы Fast ForWord, наблюдался прогресс не только в области языка, речи и чтения, но и в математике, естественных и социальных науках. Возможно, эти дети лучше слышали то, что происходило в классе, или лучше читали – но Мерцених считал, что объяснение этого факта более сложное.

«Происходит повышение коэффициента интеллекта, – говорит он. – Мы использовали матричный тест, представляющий собой средство оценки коэффициента интеллекта, ориентированное на обработку визуальной информации – и наблюдали его повышение».

Кроме того, были и другие неожиданные результаты. Так, специалисты начали наблюдать определенный общий прогресс у некоторых детей, страдающих аутизмом.

Аутизм

Аутизм – патологическая замкнутость, когда человек не способен установить душевный контакт с другим человеком. Аутизм – одна из самых непостижимых загадок и одно из наиболее тяжелых нарушений развития у детей. Эту проблему называют «расстройством развития», потому что она затрагивает множество аспектов: ум, восприятие, навыки общения и эмоциональную сферу жизни человека.

У большинства детей, страдающих аутизмом, коэффициент интеллекта ниже 70. У них наблюдаются серьезные трудности с общением, а в наиболее тяжелых случаях аутисты воспринимают людей как неодушевленные объекты, не приветствуя их и не признавая за людей. Иногда может показаться, что аутисты не видят, что в мире существует «другой разум». Они также испытывают трудности с обработкой поступающей извне чувственной информации. Такая информация часто вызывает у них быструю перегрузку мозга, делая их сверхчувствительными к звукам и прикосновениям. (Возможно, это объясняет, почему дети-аутисты обычно избегают зрительного контакта: впечатления от контактов с людьми, в особенности когда «общение» воздействует на несколько органов чувств, – для них слишком интенсивны.) Нейронные сети у таких детей сверхактивны, и многие из них страдают эпилепсией.

В связи с тем что многие аутичные дети имеют нарушения речи, врачи-клиницисты стали предлагать их родителям воспользоваться программой Fast ForWord. Результаты оказались самыми неожиданными. Родители аутистов, прошедших лечение по программе Fast ForWord, рассказывали Мерцениху, что их дети стали более общительными. Это вызвало у него вопрос, не стали ли эти дети просто более внимательными слушателями. Ответы родителей привели его в восхищение: стало ясно, что симптомы расстройства речи и симптомы аутизма исчезали одновременно. Могло ли это означать, что языковые и аутистические нарушения – разные проявления одной и той же проблемы?

Два исследования с участием детей-аутистов подтвердили информацию, полученную Мерценихом. Одно из них – ориентированное на изучение языковых навыков – показало, что программа Fast ForWord помогает аутичным детям быстро перейти от тяжелых речевых нарушений к нормальному уровню владения речью. Однако в ходе второго исследования, в котором приняли участие сто детей-аутистов, выяснилось, что эта программа также оказывает серьезное влияние на симптомы их главного недуга. У детей повышалась продолжительность концентрации внимания и улучшалось… чувство юмора. Им стало проще общаться: они были способны к более длительному зрительному контакту, начали здороваться с людьми и обращаться к ним по имени, разговаривали с ними и прощались в конце встречи. Казалось, что дети начали ощущать, что в мире существуют другие люди, достойные внимания.

История Лорали

Восьмилетней Лорали диагноз «среднефункциональный аутизм» поставили, когда ей было три года. Даже в возрасте восьми лет она мало говорила. Она не откликалась на свое имя и не реагировала на обращение родителей, словно не слышала их. Иногда она разговаривала, но когда делала это, то, по словам матери, «использовала свой собственный язык, который иногда было невозможно понять». Если она хотела сока, то не просила его. Если она хотела взять какую-либо вещь, она объясняла это с помощью жестов и тянула родителей к шкафам.

У нее наблюдались и другие симптомы аутизма, такие как повторяющиеся движения, к которым дети-аутисты прибегают, пытаясь сдержать охватывающие их чувства. По словам матери Лорали, у нее «был весь спектр симптомов: взмахи руками, хождение на цыпочках, избыток энергии, кусание. И она не могла сказать мне, что чувствует».

Она была очень привязана к деревьям. Когда родители водили ее по вечерам на прогулку, она часто останавливалась, прикасалась к дереву, обнимала его и разговаривала с ним.

Лорали обладала необычной чувствительностью к звукам. «У нее был исключительный слух, – говорит ее мать. – Когда она была маленькой, то часто закрывала уши руками. Она не выносила определенную музыку, передаваемую по радио, например, классику или медленную музыку». В кабинете педиатра она слышала раздающиеся на верхнем этаже звуки, которые никто другой не слышал. Дома она подходила к раковине, наполняла ее водой, обнимала трубы и слушала, как по ним течет вода.

Отец Лорали был военным моряком и в 2003 году служил в Ираке. Когда в связи с его переводом семья переехала в Калифорнию, Лорали поступила в среднюю школу, где ее взяли в специальный коррекционный класс, в котором использовалась программа Fast ForWord. В течение восьми недель она примерно два часа в день выполняла упражнения этой программы.

Когда она завершила курс, «ее речь буквально взорвалась, – вспоминает ее мать, – и она начала больше говорить и использовать полные предложения. Она могла рассказать мне о том, что с ней было в школе. До этого я спрашивала: «Как прошел твой день – хорошо или плохо?». Теперь она рассказывала о том, что делала, при этом помнила детали прошедшего дня. Если она попадала в плохую ситуацию, то могла поделиться этим, и мне не приходилось вытягивать из нее слова. Ей также стало проще что-то запомнить». Лорали всегда любила читать, теперь же она читает более длинные книги, научную литературу и энциклопедию. «Сегодня она слушает достаточно тихие звуки и спокойно воспринимает разную музыку, звучащую по радио, – говорит ее мать. – Она словно пробудилась к жизни. А так как она изменилась в плане общения, это стало пробуждением для всех нас. Это настоящее счастье».

Природа аутизма по Мерцениху

Мерцених решил, что ему нужно вернуться к научной работе, чтобы лучше понять природу аутизма и многочисленные задержки в развитии, связанные с ним. Он считал, что для этого необходимо прежде всего создать «аутистичное животное» – животное, у которого будут те же нарушения в развитии, что и у детей-аутистов. Тогда он сможет изучить его и попытаться вылечить.

Когда Мерцених начал думать о том, что он называет «детской катастрофой» аутизма, ему пришло в голову, что, возможно, в этом случае что-то идет не так в младенческом возрасте, то есть в тот период, на который приходятся наиболее важные критические периоды, наивысшая пластичность мозга и максимально активное его развитие. Однако аутизм – это, главным образом, наследственное расстройство. Если один из однояйцовых близнецов страдает аутизмом, то его вероятность у второго близнеца равна 80–90 процентам. В случае разнояйцовых близнецов, когда один из них аутист, у второго, не страдающего аутизмом, все же бывают проблемы с речью и социальными взаимодействиями.

Тем не менее число случаев аутизма растет с ужасающей скоростью, что не может объясняться исключительно генетикой. Когда около сорока лет назад это расстройство впервые получило признание в качестве самостоятельного диагноза, оно наблюдалось примерно у одного человека из 5000. Сегодня – у одного из 15 человек! Это увеличение вызвано отчасти тем, что аутизм устанавливают лучше, чем раньше, кроме того, у некоторых детей признают «легкий аутизм» ради обеспечения государственной финансовой помощи на их лечение. «Однако, – говорит Мерцених, – даже с учетом всех поправок, наблюдается трехкратное увеличение числа случаев аутизма за последние пятнадцать лет».

Мерцених пришел к мысли, что существует вероятность влияния факторов окружающей среды на рефлекторные дуги таких детей, вызывающего раннее завершение критических периодов до полной дифференциации карт мозга. При рождении наши проекционные зоны мозга напоминают «черновые наброски», или схематичные чертежи, лишенные деталей и недифференцированные. В сенситивные периоды, когда под действием первого жизненного опыта формируется структура карт нашего мозга, черновой набросок становится детализированным и дифференцированным.

И снова крысы

Мерцених и его команда использовали микрокартирование для того, чтобы показать, как происходит формирование карт у новорожденных крыс в критический период. Сразу же после рождения, в начале критического периода, слуховые карты крыс были недифференцированными и имели только две обширные области в коре головного мозга. Половина карты реагировала на любой звук высокой частоты. Вторая половина реагировала на любой низкочастотный звук.

Когда во время сензитивного периода животное подвергалось воздействию звука определенной частоты, эта простая организация менялась. Если оно постоянно слышало высокий звук В, то через некоторое время происходила активация только нескольких нейронов, которые становились селективными в отношении этого звука. То же самое происходило, когда животное подвергалось воздействию звуков Г, Д, Е и так далее. Теперь карта вместо двух обширных областей имела множество разных зон, каждая из которых реагировала на те или иные звуки, то есть стала дифференцированной.

Удивительная особенность коры головного мозга в критический период заключается в том, что она настолько пластична, что может меняться просто под воздействием нового стимула. Такая чувствительность позволяет младенцам и очень маленьким детям в сенситивный период развития языковых навыков без труда учиться новым звукам и словам, всего лишь слушая разговоры родителей. По окончании критического периода дети старшего возраста и взрослые, конечно же, могут учить языки, но теперь им приходится прикладывать усилия

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Сноски

1

Телесный образ – образ нашего собственного тела (очень глубокое понятие, хотя и кажется простым). Образ тела строится в нашем мозге из разнообразных ощущений, приходящих от всех органов чувств: зрительные, слуховые, вестибулярные ощущения, осязание (в том числе даже самые слабые тепловые и болевые ощущения, идущие от наших внутренних органов). Образ тела может быть у человека адекватным и неадекватным (как например, при анорексии – патологическом стремлении похудеть, отвержении собственного тела). Адекватность и «проработанность» образа собственного тела тесно связана со здоровьем человека и его психологическим благополучием. – Прим. ред.

Вернуться

2

Слово «вобблер» (wobbler) образовано от английского глагола «to wobble», который переводится как «качаться, шататься; идти шатаясь». – Прим. перев.

Вернуться

3

Сенсорная означает «чувственная», в смысле «относящаяся к органам чувств», к нашим ощущениям. – Прим. ред.

Вернуться

4

Перцептивный означает относящийся к восприятию (или, реже – к представлению, воображению). Перцепция – восприятие, передставление (от лат. perceptio). Восприятие – это уже результат преработки первичных непосредственных ощущений в нашем мозгу. Благодаря процессу восприятия (анализу и синтезу первичных ощущений) мозг выстраивает перцептивные образы, которые и представляют собой «картину» окружающего нас мира.

Как раз об этом и говорит фраза: «Человек видит не глазами (т. е. не за счет первичных ощущений, которые могут быть даже тактильными), а мозгом» (за счет восприятия – т. е. комплексного анализа и синтеза всей поступающей информации). – Прим. ред.

Вернуться

5

Сенсорной системой называют весь комплекс структур организма, обеспечивающих работу определенного органа чувств (зрительная сенсорная система, слуховая, тактильная и т. п.). К сенсорной системе относятся: воспринимающие ощущение чувствительные клетки на периферии тела; проводящие его нервные пути, участки мозга, которые обрабатывают соответствующие сигналы и т. д. – Прим. ред.

Вернуться

6

Резидентура – последипломная больничная подготовка врачей в США, предусматривающая специализацию интерном, в течение одного года, и резидентом, в течение 3–5 лет. – Прим. перев.

Вернуться

7

Перцептивный означает относящийся к восприятию (или, реже – к представлению, воображению). Перцепция – восприятие, передставление (от лат. perceptio). Восприятие – это уже результат преработки первичных непосредственных ощущений в нашем мозгу. Благодаря процессу восприятия (анализу и синтезу первичных ощущений) мозг выстраивает перцептивные образы, которые и представляют собой «картину» окружающего нас мира.

Как раз об этом и говорит фраза: «Человек видит не глазами (т. е. не за счет первичных ощущений, которые могут быть даже тактильными), а мозгом» (за счет восприятия – т. е. комплексного анализа и синтеза всей поступающей информации). – Прим. ред.

Вернуться

8

Речь идет о левом полушарии мозга, которое, как известно, «заведует» формальной логикой, причинно-следственными связями и вторичными знаковыми символами (буквы, цифры, тексты и т. п.). Правое полушарие оперирует не столько формальными знаковыми системами, а яркими образами (первичными многозначными символами), поэтому его еще называют «творческим» (правое полушарие доминирует у типичных «левшей», к которым, по-видимому, относится и Барбара). – Прим. ред.

Вернуться

9

Аграфия – общее наименование для проблем, связанных с трудностями написания текста – функции письма, нарушения почерка. Существует много видов аграфии. – Прим. ред.

Вернуться

10

Дислексия – общий термин для проблем, связанных с трудностями чтения. Дислексия, как и аграфия, характерны для типичных «левшей», т. е. людей с доминирующим правым полушарием мозга (в ущерб логическому, «текстовому» левому полушарию). – Прим. ред.

Вернуться

11

Александр Романович Лурия (1902–1977) – знаменитый отечественный психолог – один из немногих наших крупных психологов-теоретиков и практиков, хорошо известных на Западе. Александр Романович доказал пластические возможности «высших психических функций» еще в 40-х годах XX в. Во время Великой Отечественной войны он с группой коллег занимался реабилитацией раненых с серьезными повреждениями мозга (контузиями и черепно-мозговыми травмами). Тогда наши психологи добивались поразительных результатов: парализованные и совершенно безнадежные люди начинали нормально двигаться, ходить и говорить. Лурия с сотрудниками, в отличие от Бач-и-Риты, не «открывал Америку» заново, он действовал не вслепую. Полученные им практические результаты были вполне ожидаемыми! Они соответствовали известным у нас с 30-х годов (!) теоретическим разработкам, свидетельствующим о пластичности мозговых и психологических функций (работы физиологов Н. А. Бернштейна, П. К. Анохина, гениального отечественного психолога Л. С. Выготского, фундаментальные труды по психологии С. Л. Рубинштейна, А. Н. Леонтьева и др.), и лишь подтвердили отечественные психологические концепции на практике. – Прим. ред.

Вернуться

12

Здесь пропущены самые главные аспекты научной биографии А. Р. Лурии: его тесное сотрудничество с Л. С. Выготским, их совместные экспериментальные и теоретические разработки и собственные теоретические труды Лурии: теория системной динамической (т. е. пластической) локализации высших психических функций), которые и позволили ему стать общепризнанным основателем нейропсихологии. – Прим. ред.

Вернуться

13

Нейропсихология – отрасль психологии на стыке с психофизиологией и неврологией. Изучает мозговые механизмы высших психологических процессов (речь, мышление, восприятие, внимание, память) на материале поражений мозга и возможности их восстановления. – Прим. ред.

Вернуться

14

Это очень упрощенное популярное объяснение. Разработки А. Р. Лурии гораздо более глубокие и многоплановые. – Прим. ред.

Вернуться

15

Как известно, нервные пути, идущие к высшим отделам мозга, перекрещиваются, и левое полушарие получает (в первую очередь) информацию от правой половины нашего тела (правой руки, ноги, глаза, уха и т. п.) и наоборот: правое – от левой половины тела. Но, конечно, в итоге мозг оценивает сенсорную информацию в комплексе – от всего тела, поскольку полушария неизолированны и работают всегда в единстве, дополняя друг друга во всем.

Вернуться

16

Компьютерная игра «Where’s Waldo?» предполагает поиск персонажа по имени Вальдо, его друзей и различных предметов на красочных изображениях, появляющихся на экране. – Прим. перев.

Вернуться

17

Фрустрация – сильное переживание, связанное с невозможностью достижения человеком цели из-за внешнего или внутреннего препятствия (внутренних противоречий – внутреннего конфликта). Внутренним препятствием может быть, например, страх, смущение или невозможность сделать окончательный выбор. – Прим. ред.

Вернуться

18

Автор хочет сказать, что классическое образование невольно заставляло детей делать упражнения, помогающие избежать аграфии, дислексии и логопедических проблем (см. примечания выше). – Прим. ред.

Вернуться

19

В смысле – говорят речь по напечатанной бумажке. – Прим. ред.

Вернуться

20

Когнитивного – значит познавательного, умственного, мыслительного (от лат. cogito – мыслить, познавать). – Прим. ред.

Вернуться

21

Карту чувственных зон в коре мозга нередко изображают в виде «человечка Пенфилда». Этот проекционный человечек (нарисованный с учетом соотношения представительств разных частей тела) выглядит своеобразно. У него чрезмерно увеличены зоны тела, обладающие особой, хорошо дифференцированной, тонкой чувствительностью: руки (особенно подушечки пальцев), губы и т. п. А самых невероятных размеров у этого чувствительного человечка достигает… язык. – Прим. ред.

Вернуться

22

Такие критические периоды еще называют сенситивными (т. е. чувствительными). И они касаются не только развития мозга, но всего организма в целом: есть, например, сенситивные периоды формирования у эмбриона тех или иных органов или типов физиологических реакций, есть сенситивные (благоприятные) периоды для обучения языкам, для формирования социальных навыков и т. п.

Вернуться

23

Поведенческая психология, или бихевиоризм (от англ. behavior – поведение). Господствующее направление в западной психологии вплоть до 80-х годов XX в. В основе бихевиоризма лежит теория условных рефлексов И. П. Павлова. Бихевиористы исследуют только внешние «психологические» проявления, т. е. действия, поведение человека или животных (по схеме стимул – реакция), считая, что сами психологические процессы исследовать объективно невозможно. Многие эксперименты «поведенческие психологи» ставят на животных (крысах, собаках и т. п.), смело перенося потом свои выводы на людей. Таким образом, по большому счету, бихевиоризм не является полноценной психологией (отрицая наличие человеческой души и ее сложность). – Прим. ред.

Вернуться

24

Бойскауты-волчата – младшая дружина бойскаутов, 7–10 лет. – Прим. перев.

Вернуться

Вернуться

Комментарии

1

Введенное греками и просуществовавшее две тысячи лет представление, в рамках которого природа рассматривалась как огромный живой организм: Древние греки рассматривали природу как огромный живой организм. Они считали: если все вещи занимают место, значит, они состоят из материи; если они двигаются, значит, они живые; и поскольку они действуют упорядоченно, то используют ум. Это была первая великая идея о природе, созданная человечеством. На самом деле греки проецировали себя на макрокосм и утверждали, что он живой и является отражением их самих. Уверенные в том, что природа живая, они не выступали против идеи пластичности или идеи о том, что орган мышления может расти. Сократ в своей «Республике» утверждал, что человек может тренировать свое сознание так же, как гимнасты тренируют свои мышцы.

После открытий, совершенных Галилеем, родилась вторая великая идея, сторонники которой воспринимали природу как механизм. Механицисты проецировали на космос образ машины, описывая Вселенную как огромные «космические часы». Затем они интернализировали этот образ и применяли его к людям. Например, физик Жульен Оффрей де Ла Меттри (1709–1751) написал книгу «Человек-машина» (L’Homme-machine), в которой представил людей в виде механизмов.

Однако далее возникла еще более грандиозная идея природы, снова вдохнувшая в природу жизнь. Ее вдохновителями стали Буффон и другие ученые. Согласно этой идее природа представляет собой разворачивающийся процесс, а это значит, что природа воспринимается как история. В соответствии с этой точкой зрения Вселенная является не механизмом, а эволюционирующим процессом, который меняется с течением времени. Идея природы как истории заложила основы теории эволюции Дарвина. Однако для нас наиболее важно то, что эта точка зрения в принципе не отрицала представления о пластических изменениях. Более подробно об этом говорится в Приложении 2 и первом примечании к этому приложению. См. R.G. Collingwood. 1945. The idea of nature. Oxford: Oxford University Press; R.S. Westfall. 1977. The construction of modern science: Mechanisms and mechanics. Cambridge: Cambridge University Press, 90.

Вернуться

2

Мозг начали рассматривать как механизм: Сравнение с машиной имело ряд важных достоинств; оно позволило проводить более здравые исследования мозга, основанные на наблюдении и свободные от мистицизма. Тем не менее такой способ суждения о живом мозге всегда был обедненным, и сами механицисты это понимали. Гарвей интересовался жизненными силами не меньше, чем механизмами, а Декарт утверждал, что описанное им сложное мозговое устройство приводится в действие душой, хотя и не мог объяснить, как это происходит. Таким образом, он «разрезал» человека на две части: живая (нематериальная) душа может изменяться, и материальный мозг, который на это неспособен. Другими словами, он поместил, по остроумному выражению одного философа, «призрака в машину». Кстати говоря, на создание модели нервной системы Декарта вдохновили гидравлические фонтаны в Сен-Жермен-ан-Лей, где подаваемая с помощью помпы вода оживляла двигающиеся скульптуры мифологических персонажей.

Вернуться

3

Идея локализационизма также была применена к чувствам, что положило начало теории о том, что каждое из наших чувств… специализируется на обнаружении одной из разнообразных форм окружающей нас энергии: С начала девятнадцатого века ученые стремились понять, что определяет различие наших чувств, и это порождало множество дискуссий. Некоторые утверждали, будто все наши нервы переносят один и тот же вид энергии и что единственное различие между зрением и осязанием носит количественный характер: глаз может улавливать пучок света, потому что он более тонкий и чувствительный орган, чем орган осязания. Другие полагали, что нервы каждого органа чувств переносят энергию разных видов, соответствующих конкретному чувству, и что нервы одного органа чувств не могут замещать нервы другого органа чувств или выполнять его функции. Эта точка зрения победила и была закреплена в виде «закона специфической энергии нервов», предложенного Иоганнесом Мюллером в 1826 году. Мюллер писал: «Нерв каждого органа чувств способен на формирование только одного определенного типа ощущений, а не тех, которые присущи другим органам чувств; таким образом, нерв одного чувства не может занять место и выполнять функции нерва другого чувства». J. Müller. 1838. Handbuch der Physiologie des Menschen, bk. 5, Coblenz, reprinted in R.J. Herrnstein and E.G. Boring, eds. 1965. A source book in the history of psychology. Cambridge, MA: Harvard University Press, 26–33, especially 32.

Тем не менее сам Мюллер принимал свой закон с оговорками и признавал, что не уверен в том, вызвана ли специфическая энергия определенного нерва им самим или головным или спинным мозгом. Однако об этих оговорках часто забывали.

Эмиль де Буа-Реймонд (1818–1896), студент Мюллера и его последователь, размышлял над тем, что, появись у нас каким-нибудь образом возможность «кросс-коммутировать» зрительные и слуховые нервы, смогли бы мы видеть звуки и слышать воздействие света. E.G. Boring. 1929. A history of experimental psychology. New York: D. Appleton-Century Co., 91. См. также S. Finger. 1994. Origins of neuroscience: A history of explorations into brain function. New York: Oxford University Press, 135.

Вернуться

4

Бач-и-Рита определил, что кожа и ее рецепторы прикосновения могут заменить сетчатку глаза: С технической точки зрения, картинка может формироваться на двухмерной поверхности как кожи, так и сетчатки глаза, потому что они обнаруживают информацию одновременно. А благодаря последовательным, или серийным, изменениям информации они обе могут формировать движущиеся картинки.

Вернуться

5

Бач-и-Рита понял, что участки… гораздо более однородны: Об относительной однородности коры головного мозга свидетельствует тот факт, что ученые, работающие с крысами, могут трансплантировать кусочки «зрительной» коры в ту часть мозга, которая обычно обрабатывает осязательную информацию, и эти трансплантаты начнут обрабатывать сигналы, поступающие от органов осязания. См. J. Hawkins and S. Blakeslee. 2004. On intelligence. New York: Times Books, Henry Holt & Co., 54.

Вернуться

6

Бач-и-Рита посвятил изучению исключений из теории локализационизма: В 1977 году с помощью новой методики было доказано, что (вопреки утверждению Брока, что человек говорит с помощью левого полушария) 95 % здоровых правшей обрабатывают языковую информацию в левом полушарии, а оставшиеся 5 % – в правом. Семьдесят процентов левшей обрабатывают эту информацию в левом полушарии, но 15 % делают это с помощью правого полушария, а еще 15 % используют для этого оба полушария. S.P. Springer and G. Deutsch, G. 1999. Left brain right brain: Perspectives from cognitive neuroscience. New York: W.H. Freeman and Company, 22.

Вернуться

7

Он обнаружил работу Мари-Жан-Пьера Флоренса: Флоренс доказал, что при удалении у птиц больших частей мозга психические функции утрачиваются. Но, наблюдая за птицами в течение целого года, он также обнаружил, что утраченные функции часто восстанавливаются. Он пришел к заключению, что мозг птиц реорганизовал сам себя, так как его оставшиеся части могли взять на себя выполнение утраченных функций. Флоренс утверждал, что нервную систему и мозг следует рассматривать как динамичное целое, а не просто сумму частей, и что преждевременно предполагать, что психические функции имеют неизменное местоположение в мозге. M.-J.-P. Flourens. 1824/1842. Recherches expérimentales sur les propriétés et les fonctions du systéme nerveux dans les animaux vertébrés. Paris: Ballière. Бач-и-Риту также вдохновили идеи таких ученых, как Карл Лэшли, Пол Уэйс и Чарльз Шеррингтон, которые доказывали, что мозг и нервная система могут, в случае удаления частей или нарушения связи между ними, заново обретать утраченные функции.

Вернуться

8

На этапе закрепления: В настоящее время высказываются предположения, что на этапе закрепления нейроны вырабатывают новые белки и меняют свою структуру. См. E.R. Kandel. 2006. In search of memory. New York: W.W. Norton & Co., 262.

Вернуться

9

Упускают огромное количество информации: Сканирование мозга, такое как функциональная магнитно-резонансная томография, позволяет измерять активность в участке мозга размером в 1 мм. Однако размер нейрона в поперечнике, как правило, равен тысячной миллиметра. S.P. Springer and G. Deutsch. 1999. Left brain, right brain: Perspectives from cognitive neuroscience. New York: W.H. Freeman & Co., 65.

Вернуться

10

«Никто не обращал внимания»: Джон Каас пытался преодолеть предубеждение против существования пластичности мозга у взрослых людей, распространенное ранее среди исследователей, занимавшихся зрительным восприятием. Он картировал зрительную кору взрослого человека, а затем перекрыл доступ информации, поступающей в нее от сетчатки глаза. С помощью повторного картирования ему удалось продемонстрировать, что всего за несколько недель на карте поврежденного участка коры появились новые рецептивные поля. Один из обозревателей Science отверг статью с описанием исследования Кааса, считая его результаты невозможными. В конце концов она была опубликована в J.H. Kaas, L.A. Krubitzer, Y.M. Chino, A.L. Langston, E.H. Polley, and N. Blair. 1990. Reorganization of retinotopic cortical maps in adult mammals after lesions of the retina. Science, 248(4952): 229–31. Merzenich assembled the scientific evidence for plasticity in D.V. Buonomano and M.M. Merzenich. 1998. Cortical plasticity: From synapses to maps. Annual Review of Neuroscience, 21:149-86.

Вернуться

11

У каждого из них есть общая карта для сросшихся пальцев вместо двух для каждого в отдельности: Использованная в данном случае методика сканирования называется магнитоэнцефалографией (МЭГ). Нейронная активность приводит к возникновению электрической активности и магнитных полей. Магнитоэнцефалограф обнаруживает эти магнитные поля и сообщает нам, где возникает активность. A. Mogilner, J.A. Grossman, U. Ribary, M. Joliot, J. Volkmann, D. Rapaport, R.W. Beasley, and R. Llinás. 1993. Somatosensory cortical plasticity in adult humans revealed by magnetoencephalography. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, 90(8): 3593-97.

Вернуться

12

Как подобный топографический порядок возникает на карте мозга: При создании топографических карт природа осуществляет два преобразования: пространственная организация (пальцев кисти) трансформируется в организованную временную последовательность, которая затем преобразуется в пространственную организацию (пальцев кисти на карте мозга). Яркой демонстрацией возможностей мозга по созданию нового топографического порядка вместо старого может служить история одного пациента из Франции. В 1996 году мужчине из Лиона ампутировали обе кисти, а затем трансплантировали две новые кисти. До трансплантации французские врачи провели функциональную магнитно-резонансную томографию для картирования двигательной коры мужчины, которая, как и ожидалось, показала, что в результате полной утраты входящей информации от кистей рук его мозг создал в их карте аномальную топографию. В 2000 году после трансплантации обеих кистей они составляли карту двигательной коры через два, четыре и шесть месяцев после операции и выяснили, что трансплантированные руки начали «распознаваться и активироваться чувствительной корой», а карта обрела нормальную топографическую организацию. P. Giraux, A. Sirigu, F. Schneider, and J-M. Dubernard. 2001. Cortical reorganization in motor cortex after graft of both hands. Nature Neuroscience, 4(7): 691–92.

Вернуться

13

Топографический порядок появляется из-за того, что многие из наших повседневных видов деятельности предполагают повторение последовательных действий в определенном порядке: Выяснив, что карты мозга формируются под влиянием распределения поступающей к ним информации по времени, он тем самым раскрыл загадку своего первого эксперимента, во время которого он перерезал нервы кисти руки обезьяны, и они перемешались – «провода перекрестились», – но при этом у обезьяны остались нормально организованные топографические карты. Даже после перемешивания нервов сигналы от пальцев поступали в фиксированной временной последовательности – большой палец, затем указательный, затем средний, – обеспечивая топографическую организации карт. См. M.M. Merzenich, 2001, 69.

Вернуться

14

Обученные нейроны активировались быстрее: Команда ученых обнаружила, что нейроны могут обрабатывать второй сигнал через 15 миллисекунд после первого. Они также определили, что временные фрагменты, в течение которых мозг обрабатывает и интегрирует информацию, могут составлять от десятков миллисекунд до нескольких десятых секунды. Это исследование давало ответ на вопрос: когда мы говорим, что нейроны, активирующиеся вместе, соединяются между собой, что конкретно мы имеем в виду под словом «вместе»? Совершенно одновременно? Проанализировав свою собственную работу и работы других ученых, Мерцених и Дженкинс определили, что в данном случае «вместе» означает, что нейроны должны активироваться в промежутке от тысячных до десятых долей секунды. M.M. Merzenich and W.M. Jenkins. 1995. Cortical plasticity, learning, and learning dysfunction. In B. Julesz and I. Kovács, eds., Maturational windows and adult cortical plasticity. SFI studies in the sciences of complexity. Reading, MA: Addison-Wesley, 23:247 – 64.

Вернуться

Вернуться