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

Некоторые исследователи не согласны с тем, что синапсы суть необходимые акторы всякого научения. Последние данные показывают, что клетки Пуркинье – особые нейроны, локализованные в мозжечке, – могут запоминать временные интервалы и что синапсы не играют в этом процессе никакой роли: данное явление, по-видимому, носит сугубо внутриклеточный характер¹²⁰. Вполне возможно, что измерение времени, на котором специализируется мозжечок, сохраняется в памяти с помощью другого механизма, приобретенного нами в ходе эволюции и не основанного на синапсах. Предполагается, что каждый мозжечковый нейрон абсолютно самостоятельно может хранить несколько временных интервалов – вероятно, благодаря стабильным химическим изменениям в своей ДНК.

В рамках другого направления исследований ученые пытаются выяснить, какую роль играют синаптические и прочие изменения в наиболее сложных типах научения, на которые только способен человеческий мозг. Прежде всего речь идет, разумеется, о научении, основанном на «языке мышления» и быстрой рекомбинации существующих понятий. Как мы уже видели, традиционные модели искусственных нейронных сетей обеспечивают более или менее правдоподобное объяснение того, как миллионы изменяющихся синапсов позволяют нам распознавать числа, объекты или лица. Однако до сих пор не существует по-настоящему удовлетворительной модели того, каким именно образом синаптические изменения содействуют овладению речью или усвоению математических понятий. Переход от синапсов к символическим правилам, которые мы изучаем на уроках математики, до сих пор остается загадкой. Посему я призываю всех мыслить открыто: пока мы еще очень далеки от полного понимания биологических кодов, с помощью которых наш мозг хранит воспоминания.

Питание как ключевой элемент научения

Несомненно одно: когда мы учимся, в нашем мозге происходят масштабные биологические трансформации. Меняются не только каркасы из дендритов и аксонов всех задействованных нейронов, но и окружающие их глиальные клетки. Все эти преобразования требуют времени. Каждый учебный опыт влечет за собой целый каскад биологических изменений, которые могут занять несколько дней. Экспрессия многочисленных генов, отвечающих за пластичность, заставляет клетки вырабатывать белки и мембраны, необходимые для образования новых синапсов, дендритов и аксонов. Этот процесс чрезвычайно энергоемкий: мозг маленького ребенка потребляет до 50 процентов энергетического баланса организма. Глюкоза, кислород, витамины, железо, йод, жирные кислоты – без этих и многих других питательных веществ рост мозга невозможен. Мозг питается не только интеллектуальной стимуляцией. Чтобы создавать и разрушать несколько миллионов синапсов в секунду, ему требуется сбалансированное питание, кислород и физические упражнения¹²¹.

Потребность развивающегося мозга в правильном питании иллюстрируется одной печальной историей, которая произошла в Израиле в ноябре 2003 года. Всего за одну ночь в детские больницы по всей стране поступили десятки младенцев, заболевших неизвестной болезнью¹²². У всех наблюдались тяжелые неврологические симптомы: вялость, рвота, нарушения зрения и активности. Некоторые впали в кому; двое погибли. Началась гонка со временем: что это за новая болезнь и чем вызвано ее внезапное развитие?

В конце концов выяснилось, что всех больных детей кормили из бутылочки одним и тем же сухим соевым молоком. Анализ его формулы подтвердил худшие опасения. Согласно этикетке, молоко должно было содержать 385 миллиграммов тиамина, более известного как витамин В₁. На деле его там не было вообще. Производитель признался, что в начале 2003 года состав смеси изменился: по экономическим соображениям в молоко перестали добавлять тиамин. Этот витамин, однако, является важнейшим питательным веществом для мозга. Поскольку в организме тиамин не накапливается, его отсутствие в рационе быстро приводит к выраженному дефициту.

Неврологи уже знали, что дефицит тиамина у взрослых вызывает тяжелое неврологическое расстройство, синдром Вернике—Корсакова, чаще всего поражающий сильно пьющих людей. В острой фазе возможно развитие энцефалопатии Вернике, которая в некоторых случаях заканчивается летальным исходом. Спутанность сознания, расстройство движений глаз, неспособность координировать движения и недостаточная бдительность, иногда приводящие к коме и смерти… симптомы болезни во всем сходились с симптомами, которые наблюдались у младенцев в Израиле.