Две функции мозга, исследование и создание нейронных сетей, эффективно дополняет третья важная функция, достигающая пика своего развития в преклонном возрасте, прогнозирование. Наш мозг пытается находить закономерности как в физическом мире, так и в мире идей, а также делать прогнозы о них. Так происходит формирование категорий, построение логических выводов и решение задач другими словами, выполнение операций в рамках высшей когнитивной деятельности.
Мозг начинает воспринимать информацию еще в тот период, когда плод находится в утробе матери, но делает это в состоянии, которое лучше всего описать как полубодрствование сонное состояние. Как зарождающийся, формирующийся мозг «включается», чтобы функционировать на постнатальном уровне? Нейробиолог Эван Балабан описал мозг эмбриона следующим образом:
Большинство из нас, биологов, рассчитывают увидеть нечто напоминающее деятельность взрослого мозга, разве что не в такой степени. Мы ожидаем медленного начала и постепенного развития этого процесса. Однако вплоть до самого рождения плода наблюдаем множество различных состояний, в которых находится мозг, и ни одно из них не имеет ничего общего с пребыванием в сознании[106].
Что представляют собой эти состояния нечто напоминающее сон, или пребывание в коме, или что-то совершенно иное? Для того чтобы ответить на этот вопрос, Балабан (а он разбирается в электронике) разработал небольшой передатчик, способный записывать волны мозговой активности эмбрионов. Мы уже знаем, что при обычных обстоятельствах мозг эмбриона не получает значительной стимуляции из внешнего мира, но дополнительные стимулы извне очень сильно влияют на его развитие. Обеспечение такой стимуляции новорожденному имеет решающее значение для нормального развития мозга, а отсутствие может повлечь за собой ужасные последствия.
В момент рождения рецепторы пяти чувств (зрение, слух, осязание, вкус, обоняние) продолжают выполнять работу, начатую в утробе матери, прокладывая себе путь к соответствующей области мозга, для того чтобы доставить в ваше сознание отпечаток объектов внешнего мира. Однако для дальнейшего роста им необходима перцептивная стимуляция. В этот период для младенца все в новинку ощущение того, как молоко течет по горлу, звук голосов в коридоре, многоцветность окружающей среды.
На протяжении примерно шести первых месяцев жизни мозг младенца не способен четко различить источник информации, поступающей через органы чувств; зрение, слух, обоняние, осязание и вкус младенца образуют единую перцептивную репрезентацию психолог Уильям Джеймс назвал это «цветущим и жужжащим беспорядком»[107]. Как поется в песне группы Grateful Dead, «беда с тобой, беда со мной. У тебя есть два глаза, но ты все равно не видишь». Те области, которые со временем станут слуховой, сенсорной и зрительной корой головного мозга, эмпирически не дифференцированы, а информация, поступающая от различных сенсорных рецепторов, способна устанавливать контакт с различными областями мозга в ожидании синаптического прунинга (удаления избыточных связей), который будет осуществляться на более позднем этапе жизни.
Под влиянием всех этих сенсорных помех все ощущения сливаются, и младенец получает беспорядочный поток сенсорных впечатлений. Визуальные стимулы, поступающие через глаза, смешиваются с информацией, поступающей через уши, нос, рот и кожу. Младенец первых месяцев жизни находится в состоянии «психоделического великолепия», в котором зеленый свет может иметь вкус, а голос матери вызывать ощущение тепла и гладкости на коже. Некоторые младенцы так и не достигают сенсорной дифференциации, в связи с чем у них развивается синестезия[108]. По некоторым данным, взрослые, у которых наблюдаются определенные формы деменции, могут вернуться в это состояние; существует предположение, что именно это отчасти объясняет, почему некоторые люди преклонного возраста внезапно начинают проявлять интерес к искусству.
Наше младенческое «я» учится разделять сенсорные данные только во взаимодействии с окружающим миром: так мы узнаем, что звуки имеют внутреннее ментальное качество, отличающееся от вкуса. Научившись дифференцировать ощущения, мы проходим этап повторного интегрирования информации, поступающей от органов чувств. Мы узнаем, что, когда у кого-то двигаются губы, из них обычно исходит звук; что падение чего-либо на землю обычно сопровождается звуком и, возможно, вибрацией; что резкий запах означает острый вкус.
Пока все это происходит, младенческий мозг стремительно развивается[109], образуя гораздо больше связей, чем ему понадобится; аксоны и дендриты соединяются с большим количеством нейронов, чем необходимо для нормального функционирования в зрелом возрасте[110]. Главная задача мозга в первые несколько лет жизни создать на основе сенсорной информации как можно больше связей, поскольку младенческий мозг не знает, какие именно из них понадобятся впоследствии. Формируется огромное количество новых нейронных связей. Этот процесс можно представить себе как строительство дома: перед возведением стен вы можете проложить гораздо больше проводов и кабелей, чем требуется, поскольку стоимость их прокладки на этом этапе относительно низка, а то, что вам не понадобится, можно просто игнорировать. Однако мозг, будучи биологическим организмом, не просто игнорирует ненужные связи он избавляется от них, сокращая или используя процедуры ведения клеточного «домашнего хозяйства» для их демонтажа.
Примерно с двухлетнего возраста начинается процесс прунинга продолжительностью в 20 лет: мозг избавляется от неиспользуемых синаптических связей. К 10 годам отсекается около 50 процентов связей, сформировавшихся до двух лет, и процесс продолжается до 20 с лишним лет. Некоторые психические заболевания взрослых (с поздним началом), такие как шизофрения, вероятно, обусловлены неполным прунингом префронтальной коры в подростковом возрасте[111]. Вы можете спросить: «А почему бы нейронам не установить связи со всеми остальными нейронами навсегда?» Во-первых, в таком случае мозг стал бы огромным 20 километров в диаметре![112] Во-вторых, прунинг позволяет нам сформировать эффективный мозг в ответ на условия, в которых мы находимся. Прунинг заставляет мозг специализироваться, создавать локальные сети, способные функционировать независимо от других сетей и автоматизировать определенные задачи[113]. В конечном счете образуются тысячи модулей, и каждый выполняет свою функцию.
Рассмотрим в качестве примера речевое развитие. Младенческий мозг восприимчив к изучению любого языка. Мы рождаемся с нейронными сетями, которые выделяют форму и структуру отдельных согласных и гласных звуков, грамматики, синтаксиса и всех остальных элементов языка. Ребенок китайских родителей предрасположен к изучению китайского языка не в большей мере, чем к изучению испанского. На каком языке будет говорить малыш, зависит от того, какому воздействию будет подвержен его мозг. По всей видимости, количество языков, которые может изучать очень маленький ребенок, неограничено. Исследования опровергли старую «народную мудрость», что якобы многоязычный ребенок лишь частично владеет каждым из языков, на которых говорит. Разные языки сосуществуют в головном мозге, не мешая друг другу. Иначе говоря, дело не в том, что максимальный объем вашего словарного запаса составляет 30 тысяч слов и вам необходимо делить его между тремя или четырьмя языками, каждый язык получает свое место для хранения словарного запаса в головном мозге, и предела пока никто не нашел.
Зиад Фазах внесен в Книгу рекордов Гиннесса как человек, который разговаривает на 59 языках. (Сам он утверждает, что свободно владеет «всего» пятнадцатью языками одновременно и что ему необходимо немного попрактиковаться, чтобы свободно разговаривать на остальных языках, которые он знает.) Поэт XVII столетия Джон Мильтон владел английским, латынью, французским, немецким, греческим, ивритом, итальянским, испанским, арамейским и сирийским языками. Один из самых поразительных известных мне полиглотов когнитивист Дуглас Хофштадтер; он увлекается переводом стихотворений с одного языка на другой, наблюдая при этом формальные и структурные ограничения поэтической формы. Я слышал, что однажды он перевел стихотворение, написанное 500 лет назад на старофранцузском языке, на современный английский, шекспировский английский, французский, итальянский, немецкий и русский языки, пытаясь сохранить метрические особенности оригинала. Он выполнил даже перевод на английский, в котором первая буква каждой строки соответствовала названию стихотворения и имени поэта.
Как со всем этим связан синаптический прунинг? Мозг младенца способен освоить примерно тысячу звуков языков мира[114]. Когда малыш слышит определенное подмножество звуков в своей среде, его мозг выстраивает соответствующие нейронные связи. Ни один ребенок не слышит всю тысячу звуков одновременно, а многое из того, что он все-таки слышит, ему не понадобится например, речь иностранца, прошедшего мимо на улице, или искаженные звуки, произнесенные человеком с набитым ртом. Мы так быстро и легко распознаем родную речь, потому что в нашем мозге нет конкуренции со стороны других языков, которые были отсечены. Этот эффективный механизм приносит пользу даже полиглотам, поскольку, когда они погружаются в разговор на определенном языке, их мозг настроен на восприятие звучания именно этого языка, что приводит к активации нейронов, соответствующих этим звукам, а нейроны, представляющие другие звуки, остаются в тени.