В мозге всех видов мы найдем нейроны, которые активируются входящими сигналами различной интенсивности (это броски разной силы), но количество нейронов в группе (это размер камня) будет определяться в соответствии с конкретной конфигурацией и силой связи между нейронами. Это означает, что один и тот же звук или зрительный стимул одной и той же интенсивности будут вызывать разные эффекты в мозге разных животных, так как отличается размер камня. В свою очередь, конфигурация и сила нейронных связей будут за висеть от дополнительного, но крайне важного фактора – предшествующего взаимодействия со средой. Чем выше уровень организации вида, тем более выражена способность к формированию опыта, что делает восприятие одних и тех же стимулов в значительной степени индивидуальным. Итак, давайте еще раз представим, что камень брошен в воду, но теперь мы просто подбрасываем его, а не замахиваемся со всей силой – как в безжалостном примере с будильником. Обширная рябь может быть сгенерирована просто потому, что камень велик. Переводя на язык нейронауки, возбуждение постепенно распространяется через стабильные, прочные связи, обусловленные, в свою очередь, индивидуальным опытом и механизмами пластичности.
Эта закономерность также может иметь место, хотя и в меньшей степени, у других животных. Возьмем взрослых крыс. Популярным способом изучения этого эффекта в лаборатории является создание так называемой обогащенной среды. «Обогащение» для крысы не означает, что она будет есть экзотическую пищу или жить в золотой клетке. Термин «обогащение» относится к среде, которая максимально стимулирует мозг, поэтому если вы хотите дать максимальную стимуляцию для крысы, то вы должны убедиться, что она имеет возможности для взаимодействия с различными новыми объектами и явлениями (рис. 3).
Вопреки неприглядному образу, сложившемуся в нашей культуре, крысы на самом деле очень любопытные и умные существа, способные быстро адаптироваться к любой среде, где бы они ни находились. Соответственно, мозг будет отражать их образ жизни. Первая эмпирическая демонстрация такой зависимой от опыта пластичности в обогащенной среде была проведена в 1940-е годы. Дональд Хебб, с которым мы познакомились ранее, забрал нескольких крыс из лаборатории и позволил им опробовать новую интерактивную среду, очень отличавшуюся от обычных клеток. Через несколько недель, поведенных в доме Хебба, эти «свободные» крысы проявляли превосходную способность к решению различных задач по сравнению с их менее удачливыми собратьями, которые оставались в обычных клетках.
Однако физические изменения в нейронных сетях в результате стимуляции были достоверно и непосредственно продемонстрированы только несколько десятилетий спустя.[110] Ученые намеревались выявить механизмы, лежащие в основе индивидуальных различий в поведении и решении задач на примере нескольких пород крыс, и в скором времени пришли к выводу об огромном влиянии опыта.
Нетрудно догадаться, что воздействие обогащения среды оказалось в центре внимания со стороны нейробиологов и психологов. Стало ясно, что оно оказывает влияние на широкий круг видов и на особей всех возрастов. В последние десятилетия исследования «обогащенных» животных показали явные анатомические изменения, и все из них можно отнести к положительным:[111] как молодые, так и пожилые особи показывают высокие результаты в тестах пространственной памяти. Более того, даже короткий период пребывания в обогащенной среде сводит на нет дефицит памяти у взрослых генетически модифицированных мышей, выступающих в качестве модели при изучении болезни Альцгеймера.[112] Кроме того, такая стимуляция индуцирует нейрогенез (формирование новых клеток головного мозга) и улучшает память.[113]
Рис. 3. Типичная «обогащенная» среда для крыс (Devonshire, Dommett&Greenfield, неопубликованное)
Обогащение среды также может помочь замедлить или смягчить повреждение головного мозга в целом. Болезнь Хантингтона – наследственное расстройство, которое характеризуется прогрессирующей нейродегенерацией, и эффективного лечения этого заболевания на сегодняшний день не существует. Но не так давно были исследованы трансгенные мыши, которые демонстрируют нейродегенеративный синдром, характеризующийся прогрессирующими двигательными нарушениями, аналогичными тем, которые возникают у людей с болезнью Хантингтона. Однако пребывание этих мышей в обогащенной среде с раннего возраста помогает свести к минимуму разрушение мозговой ткани и задерживает начало двигательных расстройств,[114] а также компенсирует повреждение головного мозга.[115]
Решающим фактором здесь выступает продолжительность опыта. Было исследовано, как различные периоды пребывания в обогащенной среде влияют на поведение мышей, в частности на их подвижность. Сравнивались результаты после одной, четырех и восьми недель пребывания. Одна неделя не дала никакого видимого эффекта, но за четыре недели возникли поведенческие изменения, которые сохранялись на протяжении двух месяцев, а после восьми недель пребывания в обогащенной среде эффект сохранялся в течение шести месяцев.[116]
Все эти исследования иллюстрируют значимость такого фактора, как взаимодействие животного, вне зависимости от вида и уровня организации, с определенной стимулирующей средой. Провоцируемые такой стимуляцией изменения были обнаружены у мышей, песчанок, белок, кошек, обезьян и даже у птиц, рыб, плодовых мух и пауков – словом, у каждого вида, который попадался под руку ученым.[117] И фокус любопытнее всего направить на то, как конкретный мозг реагирует на подобные сценарии.
Всеохватывающая стимуляция заставляет клетки мозга работать более интенсивно, и они растут аналогично тому, как мышцы растут от тренировок. Однако клетки мозга реагируют на тренировки все же не в точности так, как мышцы. Подвергающиеся стимуляции нейроны формируют множество ветвей, известных как дендриты.[118] У приматов, как и у мышей, окружающая среда вызывает интенсивные структурные и химические изменения, включая усиленный рост дендритов.[119] А почему это так интересно и важно для нас? Потому что, благодаря ветвлению дендритного дерева, нейрон увеличивает площадь поверхности, а это означает, что он сможет формировать больше связей.
Совершенно очевидно, что подобные исследования неприменимы к нашему биологическому виду. Согласитесь, трудно представить себе такую же контролируемую среду для людей. Тем не менее, по мере того как эволюция совершенствует мозг, делая его все более изощренным, значение индивидуального опыта обретает все большее значение для формирования нейронных конфигураций в мозге, в конечном итоге дающих нам, людям, способность к уникальному восприятию мира.[120] Мы знаем, что когда человеческий мозг растет в первые годы жизни, этот рост связан не с увеличением числа нейронов, а с их ветвлением.
В коре головного мозга
