Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга

Почему враг памяти — не время, а другие воспоминания? Почему мы каждую ночь видим сны и как это связано с вращением нашей планеты? Что общего между отменой лекарственного препарата и разбитым сердцем? Ответы на эти и многие другие вопросы — в новой книге известного нейробиолога Дэвида Иглмена. Вас ждут невероятные факты о величайшей технологии, скрывающейся в вашей голове. И это не просто рассказ о том, что такое мозг и как он работает. Вы узнаете, благодаря чему наш мозг способен меняться на протяжении всей жизни и как научиться контролировать его деятельность, чтобы сделать свою жизнь еще лучше.

**1. Динамическая природа мозга и нейропластичность** Книга открывается метафорой, вместо запуска на Марс 180-килограммового марсохода можно отправить одну частицу, которая на месте развернется в полноценный ровер. Так же младенец, начавшись с оплодотворенной яйцеклетки, превращается во взрослого человека. Однако главное в человеке - то, что его нейронная сеть активно формирует саму себя, переписываясь под воздействием окружающего мира. Мозг впитывает язык, культурные нормы и убеждения. История трехлетнего Мэтью иллюстрирует эту пластичность. У мальчика диагностировали редкое воспалительное заболевание - энцефалит Расмуссена, поражающий целое полушарие. Единственное лечение - гемисферэктомия (удаление пораженного полушария). Родители долго колебались, но согласились на операцию, которую провел хирург Бен Карсон. После удаления половины мозга Мэтью утратил способность ходить и говорить, но через три месяца практически восстановился и догнал сверстников в развитии. Сейчас у него превосходная долговременная память, он работает в ресторане, и окружающие не подозревают, что у него только половина мозга. Единственный остаточный эффект - легкая хромота на ногу, противоположную удаленному полушарию. Человеческий мозг состоит из 86 миллиардов нейронов, соединенных сотнями триллионов связей. Это динамическая система, которая непрерывно меняет конфигурацию соединений. Когда человек узнает новую информацию, его мозг физически меняется. Автор вводит понятие «живая связь», чтобы подчеркнуть адаптивную природу мозга. Как и государства, нейроны конкурируют за территорию, если бухгалтер решит стать пианисткой, участок коры, отвечающий за пальцы, расширится. В 1960-х годах ученые выяснили, что у крыс, выращенных в обогащенной среде, нейроны имеют более ветвистые дендриты, а у крыс из обедненной среды - сморщенные. У людей с высшим образованием соответствующие участки коры также содержат более густые заросли дендритов. Проект «Геном человека» показал, что у человека всего около 20 тысяч генов - слишком мало, чтобы прописать все нейронные связи. Ответ природы, создать «болванку» и предоставить опыту доводить ее до ума. **2. Влияние среды на развитие мозга** В июле 2005 года полиция во Флориде обнаружила семилетнюю Даниэль Крокетт, которая все детство провела взаперти в темной каморке, покрытая фекалиями и тараканьими экскрементами. Она не умела говорить, жевать твердую пищу, не пользовалась туалетом. Врачи исключили генетические расстройства - ее мозг был нормальным, но жестоко поврежден социальной депривацией. Мозгу для правильного развития требуется богатая социальная и сенсорная среда. Эксперименты Гарри Харлоу на макаках-резусах подтвердили этот вывод. Обезьяны, выросшие в изоляции, оказались не способны к нормальным социальным и сексуальным отношениям. Самки, искусственно оплодотворенные, либо игнорировали детенышей, либо наносили им увечья. Эксперименты были признаны жестокими и привели к повышению градуса движения за права животных. В 1951 году нейрохирург Уайлдер Пенфилд, стимулируя электродом разные участки мозга пациентов, обнаружил, что вдоль соматосенсорной и моторной коры расположена подробная топографическая карта тела - гомункулус. Однако эта карта не задана генетически. В 1981 году активист PETA проник в лабораторию Эдварда Тауба, где изучали обезьян с перерезанными нервами конечностей. Полиция закрыла лабораторию, что привело к принятию Закона о благополучии животных. Спустя десять лет одну из обезьян усыпили, и ученые обнаружили, что участок коры, отвечавший за обездвиженную руку, теперь реагировал на прикосновения к мордочке - карта тела перестроилась. **3. Сенсорное замещение и расширение восприятия** История вице-адмирала Горацио Нельсона показывает, как мозг перестраивает карту тела. В 1797 году пуля раздробила ему правую руку, и после ампутации Нельсон стал чувствовать фантомную руку, ему казалось, что ногти отсутствующих пальцев вонзаются в отсутствующую ладонь. Мозг перестроил карту, соседние участки (плечо, лицо) захватили территорию, прежде принадлежавшую руке, но в более глубоких слоях изменения произошли не полностью, поэтому Нельсон продолжал чувствовать призрачную конечность. Мозг, заключенный в темноте черепа, получает только электрохимические сигналы. Ему все равно, откуда они поступают - от глаз, ушей или языка. Если данные структурированы и несут информацию о реальности, мозг найдет способ их раскодировать. Автор называет это свойство моделью «Мистер Картофельная Голова», органы чувств - это периферические устройства формата plug-and-play. Пол Бах-и-Рита в 1960-х годах создал устройство, преобразующее видеосигнал в покалывания стержней на спине незрячего. Через некоторое время добровольцы научились различать лица и предметы. Бах-и-Рита сформулировал, «Мозг способен использовать информацию от кожи, как если бы она поступала от глаз». Позже появилось устройство BrainPort, которое передает визуальную информацию через электроды на языке. Пользователи со временем начинают ощущать, что объекты находятся «снаружи», а не на языке - их опыт становится похож на зрение. Филипп, пользователь браслета Buzz от компании Neosensory, рассказал, что больше не ощущает вибрации как зашифрованный сигнал - он напрямую «слышит» сирену или лай собаки. Это принципиально важно, мозг перестает осознавать необычное средство доставки и сосредотачивается на смысле. Нейл Харбиссон, страдающий монохромазией, вживил в череп устройство eyeborg, преобразующее цвета в звуки. Он слышит даже ультрафиолет и инфракрасное излучение. Пояс feelSpace, оборудованный вибромоторами, указывает на север - через несколько недель пользователи приобретают интуитивное пространственное чувство, зная, где находится дом и офис. **4. Моторная пластичность и интерфейсы мозг-компьютер** В 1995 году Жан-Доминик Боби перенес тяжелейший инсульт и оказался в состоянии «запертого человека» - он не мог двигаться, кроме левого века. С помощью моргания он надиктовал книгу «Скафандр и бабочка», ставшую бестселлером, и умер через два дня после ее выхода. В 1998 году пациенту с синдромом «запертого человека» имплантировали интерфейс «мозг - компьютер», позволивший управлять курсором силой мысли. Парализованный Мэтт Нэгл с помощью вживленной в моторную кору платы смог сжимать искусственную руку, играть в видеоигры и рисовать. Джен Шойерманн, парализованная из-за спиноцеребеллярной атаксии, научилась управлять роботизированной рукой, представляя движения. Обезьяна с имплантированной в мозг платой научилась управлять третьей, металлической рукой и отправлять в рот маршмеллоу - со временем мозг выделил для роборуки отдельную кортикальную территорию. Макака из Университета Дьюка в реальном времени управляла походкой 90-килограммового робота в Японии. Когда тренажер в Северной Каролине выключили, обезьяна все еще видела своего аватара на экране и думала о ходьбе - робот в Киото продолжал шагать. Интерфейсы «мозг - компьютер» позволяют не только восстанавливать, но и расширять телесность. Литейщик Найджел Окленд получил бионический протез руки, который может вращать запястье вокруг своей оси, как волчок - у него больше степеней свободы, чем у живой руки. Мозг генерирует мысли, на которые не способны обычные люди. **5. Роль целей и значимости в обучении** Ласло Полгар, убежденный, что гениев можно вырастить, не отправлял дочерей в школу, а обучал их дома, уделяя особое внимание шахматам. Сьюзен стала гроссмейстером среди мужчин, София прославилась победой на турнире в Италии, а Юдит в 15 лет получила звание гроссмейстера и стала единственной женщиной в топ-100 сильнейших шахматистов мира. Мозг отражает то, чему человек посвящает время. У музыкантов участок моторной коры, отвечающий за движения рук, образует характерную складку в форме греческой буквы омега. У струнников эта складка есть только в одном полушарии, у пианистов - в обоих. У лондонских таксистов увеличены области гиппокампа, отвечающие за пространственную ориентацию. Решающую роль в том, когда и как будет трансформироваться мозг, играют цели. Если участнику обещают вознаграждение за расшифровку тактильных сигналов, его соматосенсорная кора настраивается на них. Химическое вещество ацетилхолин помечает релевантность, когда оно выделяется, пластичность целевой области мозга повышается. Если его заблокировать, никакая практика не приведет к изменениям. Мыши, у которых блокировали ацетилхолин, не смогли научиться выхватывать сахарные шарики, и их мозг не изменился. Из этого следует важный вывод для образования, обучение «про запас» неэффективно. Лучший результат дает обучение, разжигающее любознательность и интерес - то есть обеспечивающее правильное сочетание нейромодуляторов. **6. Механизмы пластичности, критические периоды и память** В 1970-х годах психолог Ханс-Лукас Тойбер изучил 520 ветеранов Второй мировой войны с ранениями в голову. Чем моложе был солдат на момент ранения, тем лучше он восстанавливался. Юный мозг подобен планете, границы которой еще не установились; взрослый - планете с застывшими рубежами. Временное окно для усвоения языка без акцента закрывается примерно к 10 годам. Мила Кунис, попавшая в США в 7 лет, говорит без акцента; Арнольд Шварценеггер, начавший учить английский в 20, - с сильным акцентом. Автор предлагает смотреть на нейроны как на миллиарды самостоятельных агентов, которые отчаянно конкурируют за выживание. Они не сотрудничают, а воюют, выделяя нейротропины как валюту. Нейроны, успешно добывающие нейротропины, выживают и укрепляют связи. Баланс между возбуждением и торможением в сети определяет степень ее гибкости. В 1953 году пациенту Генри Молисону удалили гиппокамп для лечения эпилепсии. После операции он утратил способность формировать новые воспоминания о событиях, но мог помнить то, что было до операции, и мог обучаться новым навыкам (например, чтению в зеркале), не помня самого обучения. Это показало, что гиппокамп временно участвует в формировании воспоминаний, но не является местом их постоянного хранения. Автор выдвигает теорию сновидений, каждую ночь, когда темнота перекрывает поток зрительной информации, другие чувства пытаются захватить зрительную кору. Чтобы этого не допустить, мозг посылает из ствола в затылочную кору волны импульсов - это и есть сновидения. У незрячих от рождения людей сновидения не визуальны, а представляют собой другой чувственный опыт, что подтверждает эту теорию. Исследование католических монахинь показало, что у многих пожилых сестер при вскрытии обнаруживались разрушительные изменения мозга, свойственные болезни Альцгеймера, хотя при жизни у них не было когнитивных нарушений - активная умственная и социальная жизнь заставляла мозг постоянно строить новые связи, компенсируя разрушение старых.