Сложная структура мозга позволяет ему быть очень устойчивым к повреждениям. Если одно скопление нейронов перестает работать, его могут заменить другие. Вероятно, это одна из причин, по которым в ходе естественного отбора победила сложная сеть нейронов. В мозгу типа «швейцарский нож» такая особенность никогда бы не появилась, так как вышедшие из строя нервные клетки, скорее всего, приводили бы к полной утрате конкретной функции.
По сложности мозг человека, судя по всему, превосходит мозг многих живых существ на Земле, однако кроме нас есть и другие виды животных, мозг которых можно назвать достаточно сложным. Рациональное поведение свойственно видам с различным строением мозга. Например, осьминоги, у которых огромное количество нейронов расположено по всему телу, умеют разгадывать загадки и способны разобрать на части собственный аквариум. Высокоразвитый мозг иногда встречается и у птиц. Даже не обладая сетью нейронов, организованной в форме коры больших полушарий, представители некоторых видов пернатых способны совершать действия с применением простых инструментов и использовать подобие языка для общения друг с другом. Так что наш, человеческий мозг не является пиком эволюции — он просто хорошо адаптирован к той среде, в которой мы обитаем.
Сложность мозга можно считать важным компонентом, определяющим нашу человеческую натуру, но одной сложности недостаточно для того, чтобы в мозгу начал развиваться разум. Наши предки, жившие в палеолите, сумели понять, что из поднятого с земли камня можно сделать орудие труда, но такой результат работы мозга обеспечен не только его сложным строением. Нам необходимо нечто большее, чем высокоразвитая сеть нейронов, чтобы, глядя на такие физически разные материалы, как бумага, металл и пластик, осознать, что кусок любого из них способен выполнять одну и ту же функцию, например выступать в роли средства для оплаты товаров. Сложноустроенный мозг помогает подняться по лестнице, находящейся там, где вы еще ни разу не были, но его недостаточно, если нужно понять, что чувствует человек, старающийся преодолевать ступень за ступенью социальной лестницы, ведущей к власти и успеху. Да и чтобы понять суть работы человеческого мозга и заодно придумать с этой целью несколько метафор, таких как «трехслойный мозг», «система 1», «система 2» и «ментальные органы», одной только сложной структуры мало. Здесь нужны и воображение, и крупные размеры мозга, и еще ряд других особенностей, о которых мы подробнее поговорим в следующих уроках.
Что касается «сети нейронов», то это не метафора, а самое точное научно обоснованное описание деятельности нашего мозга на данный момент. Оно позволяет понять, как физическая структура способна мгновенно перестраивать себя, чтобы эффективно обрабатывать огромные объемы информации. К тому же, если, используя понятие нейронной сети, рассматривать строение разных типов мозга, проще увидеть сходства и различия между ними. А еще мы имеем возможность понять, как в мозгу происходит процесс компенсации повреждений.
До сих пор я, объясняя работу сети нервных клеток, использовала несколько метафор, например слово «проводка». Но следует помнить, что нейроны не связаны друг с другом неразрывно[42] — между ними есть пространство, синапсы, а обмен импульсами происходит с помощью определенных химических веществ. Не стоит также полагать, что отдельно взятый нейрон устроен точь-в-точь как дерево со стволом и ветвями, а мозг в целом — как совокупность помещенных в него маленьких аэропортов.
Метафоры хороши, чтобы разобраться в сложной теме с помощью простых, привычных понятий. Но эта простота может стать существенным недостатком, если принять метафору за реальность. В биологии о генах часто говорят как о чертежах или детальных инструкциях, но если воспринимать это буквально, то может показаться, будто определенные гены всегда выполняют одни и те же базовые функции, например отвечают за конкретную отличительную черту или часть тела человека (на самом деле это не так). От физиков нередко можно услышать, что свет распространяется в виде волн[43], и кто-то может считать, что все окружающее нас пространство — это некая субстанция, по которой и перемещаются эти самые волны (и это тоже в реальности не так). С метафорами надо быть осторожными, ведь если ограничиваться ими, можно получить не знания, а лишь иллюзию знаний.
Сложная сеть нейронов не метафора, но и это описание неполное. Мозг — это не просто совокупность нейронов. В нем есть еще и кровеносные сосуды, и различные жидкости, о которых мы пока не говорили, и другие виды клеток, например глиальные, суть работы которых ученым пока до конца не понятна. Наша нервная сеть способна увеличиваться в размерах, распространяясь по пищевому тракту и кишечнику. Кстати, именно в кишечнике ученые уже обнаружили микробы, взаимодействующие с нашим мозгом посредством нейротрансмиттеров.
Чем больше наука узнает о мозге, тем проще будет описывать его структуру и функции. А пока мы можем рассматривать мозг как сложную сеть нейронов, держа в уме, что человеческий разум зародился вовсе не благодаря крупной коре больших полушарий. Если и считать какой-либо из результатов эволюции нашего мозга высшим достижением, то это будет сложность нейронной сети.
Урок 3. Как детский мозг адаптируется к окружающему миру
Замечали ли вы когда-нибудь, что детеныши многих животных могут гораздо больше, чем младенцы?[44] Новорожденный уж почти сразу начинает ползать без какой-либо помощи со стороны. Жеребята вскоре после появления на свет могут ходить, а кроха шимпанзе способен держаться за шерсть мамы. Мы же, будучи младенцами, довольно беспомощны и не можем контролировать даже собственные конечности. Многие животные появляются на свет с мозгом, лучше приспособленным управлять их телом. Мозг новорожденного человека недостроен и достигает зрелости, только когда полностью формируются основные нейронные связи, а это происходит примерно к 25 годам.
Почему эволюция распорядилась так, чтобы «проводка» в мозгу младенца была сформирована лишь отчасти? Пока никто не может ответить на этот вопрос (хотя многие ученые уже высказывали разные мнения). Но зато известно, в соответствии с каким «планом» формируются наши нейронные связи в младенческом возрасте и какие преимущества нам дает этот процесс.
Обсуждая данные вопросы, исследователи, как правило, заостряют внимание на противостоянии природы и воспитания: считается, что одни аспекты поведения человека запрограммированы генами еще до момента его рождения, а другие приобретаются в ходе освоения общепринятых культурных норм. На самом же деле такого разделения не существует. Нельзя развитие конкретных черт приписывать только наследственности или только окружающей среде, потому что эти два фактора сложно и неразрывно «переплетены», как влюбленные, страстно исполняющие танго. Нет смысла давать им отдельные названия вроде «природа» и «воспитание».
То, как будут проявлять себя гены младенца, в значительной степени зависит от окружающей среды. Например, области мозга, активнее всего вовлеченные в получение информации от органов зрения, нормально развиваются только при условии, что сетчатка новорожденного регулярно подвергается воздействию света. Благодаря определенной форме ушей мозг совершенствует способность улавливать звуки вокруг себя. Еще любопытнее то, что малышу необходимы дополнительные гены, которые попадают в его тело из окружающей среды. Эти микроскопические гости проникают в организм в виде бактерий и оказывают влияние на мозг, суть которого ученые только-только начинают понимать.
Нейронные связи в мозгу младенца формируются под влиянием тех, кто ухаживает за ним. Беря на руки и баюкая новорожденного, мы показываем ему свое лицо на близком расстоянии, и его мозг учится запоминать и распознавать черты разных людей.
Тот, кто ухаживает за ребенком, выполняет важнейшую задачу — помогает его мозгу сформировать полноценные нейронные связи
Показывая малышу коробки и конструкции, мы развиваем у него способность визуально различать края предметов. Есть и другие действия, которыми мы помогаем маленькому человеку постепенно адаптироваться к социальным нормам. Например, мы обнимаем его, разговариваем, когда происходит что-то важное, смотрим ему в глаза. Благодаря всему этому младенец поэтапно осваивает основы культуры, в которой растет, и его мозг постепенно формируется.
Пока нейроны младенца получают информацию об окружающем мире, некоторые из нервных клеток испускают сигналы чаще других, создавая таким образом условия для постепенных изменений. Мозг новорожденного становится все более сложной системой, и происходит это благодаря двум процессам — назовем их настройкой и обрезкой.
Под настройкой имеется в виду укрепление связей между нейронами, особенно тех, которые используются часто или играют важную роль в рациональном расходовании и накоплении биологических ресурсов (вода, соль, глюкоза и т. д.). Если вновь сравнить нейроны с маленькими деревьями, то настройка в данном случае означает, что дендриты становятся всё более густыми, а аксоны, напоминающие стволы, наращивают, как кору, слой миелина, по которому происходит быстрая передача импульсов. Хорошо настроенные соединения более эффективны при передаче и обработке информации, поэтому с большей вероятностью именно они будут использованы повторно. Таким образом, мозг, скорее всего, будет не раз воссоздавать задаваемые ими паттерны. Как любят говорить нейробиологи: «Нейроны, которые срабатывают вместе, соединяются вместе»[45].
Связи, которые используются редко, ослабевают и отмирают. Так происходит обрезка. Это важнейший аспект развития, так как в мозгу новорожденного намного больше нейронных связей, чем будет действительно нужно. У человеческого эмбриона нейронов вдвое больше, чем пригодится взрослому, а нейроны ребенка гораздо более ветвистые, чем нейроны взрослого. Неиспользуемые связи между нейронами приносят пользу на начальных этапах, позволяя мозгу адаптироваться под разные типы окружающей среды, но в долгосрочной перспективе становятся с точки зрения метаболизма обузой. Мозг, продолжая расходовать на них свою энергию, не получает взамен никакой выгоды. Однако, обрезая эти ненужные части, наша нервная сеть освобождает пространство для обучения, то есть получает возможность наладить связи между более полезными нейронами.