Представьте, например, что вы приходите домой с покупками и хотите рассказать подруге о каких-то красных туфлях, которые бы ей идеально подошли. Изображение этих туфель, пройдя через энторинальную кору, проецируется на связанные с ней окончания так называемого продырявленного пути. Теперь мы подошли к физиологическому объяснению того, почему страдающий болезнью Альцгеймера человек не будет помнить об этих туфлях. У пациентов с таким заболеванием та область, где волокна продырявленного пути пронизывают гиппокамп, обычно содержит множество нейротоксических бета-амилоидов, блокирующих передачу сенсорной информации. Вдобавок к этому, здесь же начинают уменьшаться и разрушаться нервные окончания, что приводит к активному разрыву перфорированного пути.
Нервные клетки энторинальной коры головного мозга, которые должны были бы вырастить нервные окончания, тоже вскоре умирают, потому что они зависят от активности факторов роста (белки, которые обеспечивают их выживание, связаны с нервными окончаниями, прежде соединенными с гиппокампом). Таким образом, человек уже не может полагаться на свою кратковременную память, все забывает, не способен обучаться, и наступает слабоумие. Результат неутешительный. Как говорится: если вы забыли, куда положили ключи от машины, это еще полбеды. Но когда вы забыли, для чего они нужны, у вас, похоже, болезнь Альцгеймера.
Однако в упомянутой выше работе Геддес с коллегами показали, что в этой области массовой гибели нейронов происходит нечто похожее на волшебство. Выжившие соседние нейроны начинают выращивать новые окончания, компенсирующие потерянные. Эта форма нейропластичности и называется компенсационной регенерацией. Для наглядности представьте, будто из розового куста вырвали один цветок, а на соседнем кусте появилась новая роза вместо вырванной. Так Руди в первый раз столкнулся с одним из самых чудесных свойств мозга.
Руди вдруг оценил невероятную силу и гибкость человеческого мозга. Никогда не надо сбрасывать его со счетов, подумал он. Благодаря нейропластичности мозг проявляет себя как удивительно гибкий и способный к регенерации орган. Появилась надежда, что даже при поражении мозга болезнью Альцгеймера следует только вовремя распознать ее и «включить» нейропластичность. Это открытие дало ученым очень хорошую почву для будущих исследований.
МИФ 2. Настройки мозга нельзя изменитьНа протяжении всего времени, которое потребовалось медицине для признания феномена нейропластичности, медики могли бы прислушаться к мнению французского философа Жан-Жака Руссо. Он еще в середине XVIII века утверждал, что природа не застойна и механистична, а жива и динамична. Философ полагал, что мозг постоянно реорганизуется в соответствии с нашим опытом, поэтому человек должен регулярно упражняться не только физически, но и умственно. По сути дела, это, возможно, было первым заявлением о том, что наш мозг является гибким и пластичным, способным подстраиваться под изменения окружающей среды.
В области массовой гибели нейронов происходит нечто похожее на волшебство. Выжившие нейроны начинают выращивать новые окончания, компенсирующие потерянные.
Гораздо позже, в середине ХХ века, американский психолог Карл Лэшли предоставил доказательства этого феномена. Лэшли обучал крыс поиску пищи в лабиринте, а затем постепенно удалял значительные части коры их головного мозга, чтобы проверить, на каком этапе удаления животные начнут забывать то, чему научились ранее. Он предположил, что, учитывая нежность тканей мозга и полную зависимость существа от его функционирования, ликвидация небольшой части мозга приведет к серьезной потере памяти.
Однако Лэшли с удивлением обнаружил, что можно убрать 90 % коры мозга крысы, но она все равно будет успешно ориентироваться в лабиринте. Как выяснилось, в процессе обучения в лабиринте крысы создают множество различных типов избыточных синапсов, основанных на всех их ощущениях. И самые разные структуры их мозга взаимодействуют, чтобы сформировать пересекающиеся чувственные ассоциации. Иными словами, крысы были способны находить знакомый путь к пище в лабиринте не только с помощью зрения, но и с помощью обоняния и осязания[3]. Когда изымались кусочки коры головного мозга, в нем создавались новые ответвления (аксоны) и формировались новые синапсы, позволяющие крысе больше полагаться на другие органы чувств, пусть и на основе минимума оставшихся подсказок.
Однако Лэшли с удивлением обнаружил, что можно убрать 90 % коры мозга крысы, но она все равно будет успешно ориентироваться в лабиринте. Как выяснилось, в процессе обучения в лабиринте крысы создают множество различных типов избыточных синапсов, основанных на всех их ощущениях. И самые разные структуры их мозга взаимодействуют, чтобы сформировать пересекающиеся чувственные ассоциации. Иными словами, крысы были способны находить знакомый путь к пище в лабиринте не только с помощью зрения, но и с помощью обоняния и осязания[3]. Когда изымались кусочки коры головного мозга, в нем создавались новые ответвления (аксоны) и формировались новые синапсы, позволяющие крысе больше полагаться на другие органы чувств, пусть и на основе минимума оставшихся подсказок.
И здесь мы видим первый серьезный довод в пользу того, что в мозге есть пути, но нет проводов. Эти пути состоят из живой ткани, которая изменяет форму под воздействием мыслей, воспоминаний, желаний и опыта. Дипак помнит дискуссионную медицинскую статью 1980 года под полушутливым названием «А так ли уж нужен этот мозг?». Она была основана на исследованиях британского невролога Джона Лорбера, который работал с пациентами, страдающими гидроцефалией болезнью, при которой в мозге накапливается избыточная жидкость[4]. Возникающее в результате давление убивает клетки мозга. Всегда считалось, что гидроцефалия приводит к умственной отсталости, а также к другим серьезным повреждениям и даже к смерти.
Ранее Лорбер описал двух младенцев, рожденных без коры головного мозга. Но, несмотря на этот редкий и фатальный дефект, они вроде бы развивались нормально, без каких-либо внешних признаков умственной отсталости. Правда, один ребенок прожил только три месяца, второй один год. Еще один случай был описан исследователем сразу после этих двух. Коллега Лорбера по Шеффилдскому университету направил к ученому молодого человека, у которого была увеличенная голова. Этот юноша закончил колледж с отличием по математике и имел IQ равное 126. У него не наблюдалось никаких известных медицине последствий гидроцефалии; он жил обычной жизнью. Однако, по словам Лорбера, томография показала, что у этого человека «практически нет мозга». Череп был выстлан тонким слоем клеток головного мозга толщиной около 1 мм, а остальное пространство в черепе было заполнено мозговой жидкостью!
После этого Лорбер пошел дальше и записал более 600 подобных случаев. Он разделил своих испытуемых на четыре категории в зависимости от того, сколько жидкости было в их мозге. Наиболее тяжелая категория, на долю которой приходится только 10 % выборки, состояла из людей, чья мозговая полость была заполнена жидкостью на 95 %. Из них половина были умственно отсталыми; другая же половина обследованных имели IQ выше 100!
Неудивительно, что скептики тут же бросились в атаку. Одни утверждали, что Лорбер, должно быть, неправильно интерпретировал результаты компьютерной томографии, но тот заверил оппонентов, что его доказательства были железными. Другие говорили, что на самом деле он не указал оставшуюся массу мозга у обследованных, на что Лорбер сухо отвечал: «Да, я не могу точно сказать, весил ли мозг студента-математика 50 г или 150 г, но совершенно очевидно, что это не был обычный мозг массой в 1,5 кг».
Более благожелательно настроенные неврологи заявили, что эти результаты являются доказательством того, насколько избыточен мозг в своих функциях, многие из которых дублируются и пересекаются. Но другие отмахнулись от этого объяснения, отметив, что «избыточность это отговорка, чтобы обойти то, что вы не понимаете». И до сего дня этот феномен окутан тайной, но мы должны помнить о нем по мере того, как разворачивается наша дискуссия. Может быть, это наглядный пример главенства психики над мозгом. Возможно, мозг даже совершенно миниатюрный служит лишь для выполнения команд разума?
Однако не будем ограничиваться только примерами повреждений мозга. Более свежая иллюстрация «перепрограммирования» нейронов представлена в работах нейробиолога Майкла Мерзенича и его коллег из Калифорнийского университета, Сан-Франциско. Они экспериментировали с семью маленькими обезьянками, которые были обучены искать пищу пальцами. В ходе эксперимента ученые поместили пахнущие бананом шарики на дно небольших контейнеров. Одни контейнеры были широкими и мелкими, другие узкими и глубокими. Вначале животные предпочитали доставать пищу из контейнеров первого типа, так как это было проще. Однако со временем все подопытные обезьянки научились очень ловко добывать пищу независимо от того, насколько трудно им приходилось просовывать в глубокий контейнер свои маленькие пальцы. После этого ученые просканировали соматосенсорную кору мозга обезьян (которая управляет движением пальцев), надеясь удостовериться, что после освоения нового навыка мозг обезьян изменился. Результаты сканирования совпали с ожиданиями. Функции соматосенсорной коры были «продублированы» и расширены, чтобы увеличить шансы успешного добывания пищи в будущем. Мерзенич утверждает, что, когда области мозга начинают взаимодействовать друг с другом, перепрограммирование создает новую сеть. При этой форме нейропластичности «нейроны, которые функционируют вместе, соединяются». Это касается и человека. Если мы сознательно решаем научиться чему-то новому или сделать что-то привычное иным способом (например, поехать на работу по другому маршруту или добраться туда на автобусе либо велосипеде, а не на машине), мы эффективно перепрограммируем свой мозг, тем самым совершенствуя его. Физические тренировки укрепляют мышцы; новизна и ментальные тренировки создают новые синапсы и нейронные сети.