Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока

Новейшие исследования показали, что уже в первые два месяца беременности, когда пальцы руки находятся еще в зачаточном состоянии, в них проникают три нерва – лучевой, срединный и локтевой, – каждый из которых нацелен на определенные конечные точки (см. цветную иллюстрацию 8)⁷⁵. Та же самая высокоточная механика может существовать и в мозге: подобно тому как из зачатка кисти формируются пять пальцев, кора подразделяется на несколько десятков узкоспециализированных областей, разделенных четкими границами (см. цветную иллюстрацию 9)⁷⁶. Уже в первые месяцы беременности многие гены избирательно экспрессированы в разных точках коры⁷⁷. Примерно на двадцать восьмой неделе внутриутробного развития мозг начинает сворачиваться, и появляются основные борозды. На тридцать пятой неделе у плода уже сформированы все главные складки коры, и наблюдается характерная асимметрия височной области, содержащей речевые центры⁷⁸.

Самоорганизация коры

Во время беременности развиваются не только корковые связи, но и соответствующие корковые складки. Во втором триместре кора головного мозга сначала абсолютно гладкая; затем появляется первый ряд гребней, напоминающих мозг обезьяны; наконец, возникают вторичные и третичные складки, типичные для человеческого мозга, – целое множество складок. Их последовательное развитие постепенно становится все более зависимым от деятельности нервной системы. В зависимости от обратной связи, которую мозг получает от органов чувств, одни нейронные сети стабилизируются, а другие, бесполезные, дегенерируют. Именно поэтому складчатость моторной коры немного отличается у левшей и правшей. Примечательно, что для левшей, которых в детстве заставляли писать правой рукой, характерен своего рода компромисс: форма их моторной коры типична для левши, но ее размер демонстрирует левостороннюю асимметрию правши⁷⁹. Как заключают авторы этого исследования, «морфология коры головного мозга у взрослых хранит свидетельства как врожденных сдвигов, так и раннего опыта».

Складки в коре плода обязаны своим спонтанным формированием процессу биохимической самоорганизации, который зависит как от генов, так и от химического окружения клеток. Этот процесс нуждается в крайне скудной генетической информации и не требует никакого научения⁸⁰. Такая самоорганизация далеко не так парадоксальна, как кажется: на самом деле, она встречается повсюду. Представьте, что кора головного мозга – это песчаный пляж, на котором под действием приливов и отливов образуются многочисленные наносы и углубления. Или представьте ее как пустыню, в которой безжалостный ветер день за днем создает впадины и дюны. На самом деле, полосы, пятна и шестиугольные клетки встречаются во всех типах биологических и физических систем: от отпечатков пальцев до полос зебры и пятен леопарда, базальтовых колонн в вулканах, песчаных дюн и облаков в летнем небе, расположенных на равном расстоянии друг от друга. Алан Тьюринг первым объяснил это явление: оказывается, нужно лишь локальное усиление и торможение на некотором расстоянии. Когда ветер дует над пляжем и песчинки начинают собираться в кучки, «запускается» процесс самоамплификации: зарождающийся бугорок ловит другие песчинки, в то время как за ним ветер завихряется и заставляет песок осыпаться; через несколько часов получается дюна. Иными словами, при наличии некоего источника локального возбуждения и торможения возникает плотная область (дюна), окруженная менее плотной областью (вогнутая сторона), за которой следует другая дюна, и так до бесконечности. В зависимости от конкретных обстоятельств спонтанно возникающие узоры образуют пятна, полосы или шестиугольники.

В развивающемся мозге самоорганизация широко распространена: наша кора изобилует колонками, полосами и четкими границами. По всей вероятности, пространственная сегрегация – один из механизмов, с помощью которых гены закладывают нейронные модули, специализирующиеся на обработке разных типов информации. Зрительная кора, например, покрыта чередующимися полосами, которые обрабатывают информацию, поступающую от левого и правого глаз, – их называют глазными доминантными колонками. В развивающемся мозге они появляются самопроизвольно, используя сигналы, порождаемые внутренней активностью сетчатки. Впрочем, аналогичные механизмы самоорганизации могут действовать и на более высоком уровне, захватывая не только поверхность коры, но и более абстрактное пространство. Одним из ярчайших примеров являются нейроны решетки – клетки, которые кодируют местоположение крысы, накладывая на пространство воображаемую координатную сетку из треугольников и шестиугольников (см. цветную иллюстрацию 10).