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

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.

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

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

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.

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.

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

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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

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.

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

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.

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

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

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

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

«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.

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.

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.

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.

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.