Младенцы с ослабленным зрением из-за врожденной катаракты дают ученым информацию о потребности в зрительном опыте для человеческого развития. Они сохраняют особенности притупленного зрения новорожденных до того, как зрение этих младенцев восстанавливают хирургическим путем, иногда в 9-месячном возрасте. После этого острота их зрения улучшается, но не достигает ста процентов. Зрительная депривация в течение первых 3–8 месяцев жизни приводит к тому, что в 5-летнем возрасте острота зрения у этих детей бывает более чем в 3 раза хуже нормальной. Дети, у которых катаракта развивается впоследствии, от 4 месяцев до 10 лет, и в среднем продолжается 2–3 месяца до хирургического вмешательства, тоже сохраняют недостаток остроты зрения, но не до такой степени, как дети с врожденной катарактой, «пропустившие» сензитивный период. Так, общее восприятие движения ухудшается из-за катаракты, имевшей место лишь в течение первых 3 месяцев жизни.
Предположение: современная жизнь изменяет наш мозг
В течение тысячелетий дети неизменно получали определенный опыт восприятия окружающего мира. Младенцы слышали разговоры своих родителей и других взрослых.
Малыши видели предметы, иногда цветные, иногда движущиеся. Дети устраивали совместные игры в группах, смешанных по возрасту, но разделенных по половому признаку. Они видели, как работают и отдыхают их родители.
Земля давала пропитание; солнце приносило свет после восхода и оставляло темноту после заката. Наш мозг развивался так, чтобы наиболее эффективно использовать эти ситуации. Но времена изменились. Вместе с переходом к аграрному земледелию и особенно в эпоху индустриализации окружающая среда человека претерпела значительные изменения, которые во многих случаях вышли из-под нашего контроля, что сделало прежний опыт гораздо менее надежным. Что происходит, когда трудно найти опыт, необходимый для нашего развития?
Искусственное освещение – гораздо менее яркое, чем солнечный свет, и препятствует нормальному развитию зрения у детей (см. врезку «Практический совет: игры на свежем воздухе улучшают зрение»).
В продуктовых магазинах полно полуфабрикатов, где не хватает волокон, питательных веществ и разнообразия по сравнению с рационом наших предков. Наш мозг приспособлен к поиску сладкой и жирной пищи, потому что такая пища была редким лакомством в процессе нашей эволюции, но теперь она широко доступна. Изменение привычек питания вносит свой вклад в ожирение и развитие некоторых видов рака.
Эти примеры иллюстрируют основополагающую концептуальную проблему при попытке отделить влияние генетики от влияния окружающей среды, а они нераздельно связаны друг с другом (см. главу 4).
Эволюция отбирала гены, позволявшие адаптироваться к древней среде обитания, но эти гены не так эффективно взаимодействуют с современной средой обитания. Это не означает, что современный мир совсем плох (в конце концов нам нравятся компьютеры и антибиотики) или глупы наши гены; просто эти две реальности в некоторых случаях плохо сочетаются.
Например, диабет 2-го типа, связанный со множеством факторов риска в повседневной жизни, является обычно наследуемым заболеванием.
На основании того, что вы слышали о природе и воспитании, это может показаться противоречием, но, как мы писали в главе 4, лучше представлять гены и окружающую среду как равноправные факторы, направляющие наше развитие.
В этом контексте взаимодействие отдельных генов и условий окружающей среды легко может приводить к неблагоприятному итогу, обусловленному не только изменчивостью генов или внешних факторов.
Зрительный опыт также влияет на развитие способности узнавать лица, начиная с младенчества. Шестимесячные малыши различают отдельных обезьян не хуже, чем отдельных людей, но к 9 месяцам они гораздо лучше различают людей и утрачивают способность различать обезьян. К тому же между 6-м и 9-м месяцами младенцам немного проще различать лица людей своей расы, чем других этнических групп – возможно, потому, что большинство из них чаще видят представителей своей этнической группы. Этот процесс напоминает усвоение фонем (см. главу 6) и, вероятно, сопровождается формированием синаптических связей для настройки восприятия на характеристики местного окружения.
Поскольку наши способности «надстраиваются» на общем фундаменте, сенсорная депривация во время сензитивного периода в начале жизни может породить в будущем целый каскад проблем. Это также означает, что те аспекты зрения, которые развиваются позднее, восприимчивы к возникшим раньше нарушениям. Например, все дети до 2 лет не могут отличать тонкие полосы от сплошного серого фона. Но младенцы, имевшие катаракту от рождения до 6 месяцев, вообще не приобретают эту способность из-за остаточного функционального ущерба, причиненного первичной зрительной коре головного мозга (за счет «пропуска» сензитивного периода).
Эти находки показывают, что родители должны с особой тщательностью оберегать своих малышей от сенсорной депривации{Сенсорной депривацией, в строго научном смысле, называют полное лишение человека стимуляциии от всех органов чувств (зрение, слух, обоняние, осязание – тактильное, тепловое и т.п). Так, в эксперименте испытуемого помещают почти в невесомость – в ванну с температурой воды 36,6 °С (т.е. не теплую и не холодную), которая находится в полностью изолированной от света, звуков и запахов камере. Спустя некоторое время такой настоящей сенсорной депривации у человека начинаются галлюцинации. В данном случае этим термином авторы, очевидно, обозначают просто недостаток зрительных впечатлений, визуальной стимуляции у младенца. Здесь более уместен термин «сенсорный дефицит», который авторы применяют ниже. – Прим. ред.} в начале жизни. Множество проблем, включая катаракту, амблиопию или косоглазие, может помешать младенцам и маленьким детям получить необходимый опыт для правильного развития зрительной системы. Косоглазие (страбизм) возникает, когда оба глаза не могут смотреть в одном направлении, что препятствует развитию бинокулярного зрения. Амблиопия (дисбинокулярная) возникает, когда один глаз видит значительно хуже другого. Это бывает при косоглазии, а также близорукости или дальнозоркости только в одном глазу. Если косоглазие и катаракта могут быть обнаружены родителями или врачами по внешнему виду глаз ребенка, то амблиопию у младенца могут определить только опытные специалисты.
Регулярные обследования зрения у детей призваны выявлять большинство проблем такого рода, но если у вашего ребенка диагностирован сенсорный дефицит (или вы подозреваете его существование), то своевременное вмешательство минимизирует риск длительного ущерба для его мозга. Амблиопию можно вылечить несколькими способами. Корректирующие очки должны быть первым шагом, так как этот подход решает проблему в 25–30% случаев. Следующий шаг – наложение повязки на здоровый глаз, чтобы слабый глаз работал более интенсивно. Почти во всех случаях расстройства зрения в раннем возрасте важнее всего действовать быстро, до того, как будет причинен серьезный вред.
К счастью, проблемы в развитии зрения являются исключением. Просто поразительно, что с учетом сложностей этого процесса в большинстве случаев родители могут просто наблюдать, как развиваются способности их детей.
Глава 11
Связь с ребенком через слух и осязание
Возраст: от третьего триместра беременности до двух лет
У нас большой мозг. Это одна из особенностей, отличающих людей от других приматов, и она имеет разнообразные, в том числе и неожиданные, последствия. Одно из них заключается в том, что из-за необходимости проходить через родовые пути матери (а женский таз не может увеличиваться до бесконечности) дети рождаются до того, как их мозг успевает полностью сформироваться.
В результате мозг младенца оказывается незрелым. Новорожденные младенцы не могут самостоятельно переворачиваться с боку на бок и почти ничего не видят, как мы узнали в предыдущей главе. Правда, некоторые отделы их мозга сравнительно хорошо развиты с самого рождения, включая те, которые связаны со слухом и осязанием, что обеспечивает надежные способы связи с вашим младенцем.
Слуховые ощущения возникают, когда ухо воспринимает звук – набор частотных колебаний, которые движутся по воздуху так же, как рябь движется по поверхности пруда. Частота звуковых волн определяет тембр, а их амплитуда определяет интенсивность звука. Внешнее ухо передает эти колебания в улитку внутреннего уха, которая содержит восприимчивые к звуку волосковые клетки, расположенные рядами на длинной завитой мембране (см. рис.). Звуковое давление создает движение жидкости в ушном канале, которое заставляет мембрану вибрировать разными способами в зависимости от частоты звука. Эта вибрация инициирует движение в пучке тонких волокон в верхней части клетки (отсюда название «волосковая клетка»), преобразуя вибрацию в электрические сигналы, которые могут быть восприняты другими нейронами.
Слуховые ощущения возникают, когда ухо воспринимает звук – набор частотных колебаний, которые движутся по воздуху так же, как рябь движется по поверхности пруда. Частота звуковых волн определяет тембр, а их амплитуда определяет интенсивность звука. Внешнее ухо передает эти колебания в улитку внутреннего уха, которая содержит восприимчивые к звуку волосковые клетки, расположенные рядами на длинной завитой мембране (см. рис.). Звуковое давление создает движение жидкости в ушном канале, которое заставляет мембрану вибрировать разными способами в зависимости от частоты звука. Эта вибрация инициирует движение в пучке тонких волокон в верхней части клетки (отсюда название «волосковая клетка»), преобразуя вибрацию в электрические сигналы, которые могут быть восприняты другими нейронами.
Волосковые клетки у основания мембраны ушной улитки чувствительны к самым высоким частотам. По мере движения по виткам к другому концу расположены волосковые клетки, восприимчивые ко все более низким частотам. Такое расположение образует карту звуковых частот, сохраняемую во многих участках мозга, получающих информацию от ушной улитки. Как и при развитии зрения, опыт играет важнейшую роль для тонкой настройки связей в слуховых зонах мозга, но этот опыт легко доступен любому ребенку, который может слышать.
Полукружные каналы – другая система органов во внутреннем ухе (см. рис.), отвечающая за ощущения положения головы и тела. Она называется вестибулярным аппаратом. Эти каналы тоже содержат волосковые клетки, расположенные по кругу, где они стимулируются кристаллами кальцита, крошечными частицами, которые перекатываются во внутреннем ухе и оседают на волосковых клетках в зависимости от того, какая их сторона обращена наверх. Представьте себе бусины в детской погремушке; если бы вы могли чувствовать положение бусин, то знали бы, в какую сторону указывает погремушка. Именно такая информация поступает в мозг из полукружных каналов.
Вестибулярный аппарат развивается рано, на втором триместре беременности. Он уязвим перед многими из тех факторов, которые могут привести к нарушению слуха, включая внутриутробные инфекции (особенно цитомегаловирус, заразное заболевание, которое является причиной 12% случаев врожденной глухоты у детей), а также малый вес при рождении и бактериальный менингит в младенчестве. Расстройства вестибулярной системы могут привести к задержкам в развитии моторных функций, ведь очень трудно научиться ходить без надежного равновесия.
Младенцы могут слышать еще до рождения, начиная с 3-го триместра беременности. На этом этапе они слышат лишь громкие звуки средней и низкой частоты, например автомобильный гудок или шум проезжающего грузовика, поскольку такие звуки легче всего доходят до ребенка через изолирующие слои материнской утробы. Материнский голос тоже хорошо слышен, так как он отдается в ее теле. Со временем слуховой аппарат приобретает восприимчивость к более тихим звукам и высокому тембру, и этот процесс продолжается после рождения.
Слуховое обучение начинается еще в материнской утробе. К тому времени, когда дети рождаются на свет, они предпочитают голос матери голосу незнакомого человека. Большинство новорожденных успокаивают звуки, которые они слышали еще в утробе – от любимых материнских песен до ее сердцебиения. Они также предпочитают звуки материнской речи иностранному языку – вероятно, потому, что их ритм лучше им знаком.
Новорожденные пока менее чувствительны к тихим и высоким звукам, чем взрослые. Обычный разговор звучит для младенца не громче шепота. К 6 месяцам у младенцев полностью развивается способность слышать звуки высокого тембра, но порог громкости в этом возрасте еще не достиг взрослого уровня. Способность детей отделять голос от фонового шума или от других голосов, звучащих одновременно, продолжает улучшаться до 10 лет.
Дети любого возраста слышат звуки высокой частоты лучше большинства взрослых, чей слух был поврежден обилием громких звуков (см. врезку «Практический совет: защищайте ребенка от шума еще до его рождения»). Некоторые подростки извлекают выгоду из этого, пользуясь высокими комариными рингтонами, чтобы учителя и родители не слышали звонков мобильных телефонов в тех ситуациях, когда это запрещено. Взрослые отвечают взаимностью, используя звуки высокого тембра, чтобы мешать молодым людям устраивать шумные собрания в парках и других общественных местах (хотя мы не поддерживаем эту меру, так как она может повредить слух младенцев и малышей, чьи родители не слышат высоких звуков).
С учетом того, какое важное значение имеет слух в жизни ребенка, необходимо как можно быстрее определить у него глухоту. Почти всех младенцев обследуют в клинике вскоре после рождения, однако средний возраст постановки этого диагноза составляет 14 месяцев, когда уже происходит задержка слухового и языкового развития. Частичная или полная потеря слуха может произойти и у детей более старшего возраста из-за инфекции или задержки развития. Родители должны проверить слух ребенка, если он не реагирует на внезапные громкие звуки или голоса людей, которых он не видит.
Глухоту в результате повреждения улитки внутреннего уха можно вылечить с помощью импланта внутреннего уха – устройства, которое передает звуковую информацию непосредственно на слуховой нерв (если глухота вызвана мозговыми нарушениями, она обычно не поддается лечению). Сигналы, посылаемые имплантом, значительно менее сложные, чем сигналы от здоровой улитки, но мозг постепенно учится правильно интерпретировать их, особенно если имплант пересажен в раннем детстве, когда слуховая система лучше всего поддается регулировке. В целом такие импланты могут улучшить слух в любом возрасте, но чем раньше, тем лучше.
Проживание рядом с шумной автострадой может повредить слух вашего ребенка так же, как разрывы хлопушек в его спальне.
Развитие чувства осязания тоже зависит от опыта, который в данном случае обеспечивается взрослыми. К счастью, большинство родителей любят ласкать детей, поэтому недостаточная тактильная стимуляция встречается редко. Тактильные ощущения имеют жизненно важное значение для формирования связи между родителями и младенцем и оказывают значимое влияние на эмоциональное и когнитивное развитие ребенка. Каждое прикосновение также влияет на восприимчивость к стрессу у многих млекопитающих в зрелом возрасте, включая людей (см. главу 26).
Нервные окончания, которые переносят информацию от поверхности кожи, развиваются на раннем этапе беременности, до формирования других органов чувств. Кожа ребенка содержит много разных рецепторов – специализированных нервных окончаний, реагирующих на прикосновение, вибрацию, давление, напряжение, боль и температуру (см. рис.), которые формируются к концу первого триместра. Другой набор рецепторов в мышцах и сухожилиях обеспечивает информацию о положении тела и мышечном напряжении. Во всех случаях прикосновения преобразуются в биоэлектрические импульсы, о которых мы уже говорили, и направляются по аксонам в спинной или головной мозг.
Системы мозга, обрабатывающие осязательную информацию, полностью формируются на 5-м месяце беременности. Мозг знает, какой сенсор активируется и где он расположен на теле, поскольку каждый сенсор имеет свою «выделенную линию», которая пользуется биоэлектрическими импульсами для переноса в мозг только одного вида информации (в мозге существует отдельная зона для обработки болевых ощущений). После рождения младенец реагирует на прикосновение и температуру; он отворачивается от холодного предмета, который прикасается к его щеке, и поворачивается к теплому предмету. Поскольку аксоны, переносящие осязательную информацию, еще не подверглись миелинизации, маленькие дети ощущают большинство прикосновений в 8 раз медленнее взрослых. Скорость обработки информации увеличивается на 1-м году жизни, но достигает уровня взрослого человека лишь к 6 годам. Исключением являются болевые сигналы, которые даже у взрослых переносятся по аксонам без миелинизации и обрабатываются с такой же скоростью, как у детей.
Некоторые части тела младенца более чувствительны, чем другие. Как и в других сенсорных системах, участки коры, обрабатывающие осязательную информацию, образуют карту, где соседние части тела представлены соседними нейронами.
Практический совет: защищайте ребенка от шума еще до его рождения
Другой проблемой современной среды обитания, к которой эволюция не подготовила нас, является высокий уровень шума – самая распространенная причина нарушений слуха. Его жертвы становятся все моложе с каждым годом. Один из каждых 8 детей в США в возрасте от 6 до 19 лет страдает каким-нибудь расстройством слуха, которое лишь усугубляется с возрастом. Потеря слуха чаще встречается у мальчиков, чем у девочек, возможно, из-за разницы в их занятиях. Шум может привести к нарушениям слуха еще до рождения, если мать регулярно находится в окружении громких звуков во время 3-го триместра беременности. Фактически слух младенца наиболее уязвим перед шумом в последнем триместре беременности и в первые 6 месяцев жизни. Недоношенные дети находятся в зоне особого риска в этом отношении.