Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни

Самый лучший ответ, который дают ученые, заключается в теории эволюции. Мы ощущаем, думаем и действуем так, а не иначе, поскольку именно такой способ ощущать, думать и действовать помогал нашим предкам выживать, находить партнера и производить потомство, которое, в свою очередь, тоже выживало, находило партнеров и имело потомство. Никто не отрицает, что наш ранний жизненный опыт тоже имеет значение. Однако в науке, как и в культуре, мы обычно рассуждаем о раннем жизненном опыте в терминах отклонения от идеала. Обеспечьте мозгу новорожденного ребенка правильный уход и ожидаемые сигналы, такие как тепло, человеческая речь и вид человеческих лиц, и он будет расти так, как определено его генами. Не сможете обеспечить такие условия, и вы рискуете нарушить правильный ход развития. Короче говоря, эволюция определяет конечный результат (взрослый мозг с таким способом мышления, который помогал выжить нашим предкам), а ранний жизненный опыт либо помогает, либо мешает мозгу каждого ребенка развиться и достичь этого результата.

Однако карты мозга предлагают иное объяснение, почему мы мыслим именно так, а не иначе. Чтобы в этом разобраться, давайте посмотрим, как эти карты учитывают значительные изменения нашей среды по сравнению со средой обитания наших предков. На протяжении многих поколений условия жизни менялись, но сила земного притяжения, G, оставалась постоянной. Что произойдет, если вы поместите существо, чьи предки жили и умирали в условиях постоянного действия силы G, в другие гравитационные условия? Изменятся ли его мозговые карты в соответствии с новыми условиями? Ученые проверили эту гипотезу, выращивая детенышей крыс в корзинках, подвешенных в центрифуге[306]. Некоторые центрифуги не вращались, так что крысята в установленных в них корзинках росли в обычном гравитационном поле. Другие центрифуги были включены и постоянно вращались. Это вращение придавливало крысят ко дну корзин, в результате чего на них действовала сила, вдвое превышавшая силу G (обозначим ее 2G). Крысята прожили в таких условиях три недели, после чего ученые извлекли их и исследовали структуру участка соматосенсорной карты S1, отвечающую за передние лапы (рис. 35).

Животные, росшие в условиях нормальной силы тяжести, имели на соматосенсорной карте S1 обширные участки, соответствующие передним лапам, на которых отображалась тактильная информация от безволосой поверхности кожи на нижней стороне каждого крохотного пальца. Только небольшие пятна на карте соответствовали тактильным ощущениям от корня каждого когтя, которое возникает, когда коготь поднимается или опускается. Но у крысят, выросших в условиях удвоенной силы тяжести, которая придавливала их ко дну корзин, были совсем другие карты передних лап. Голые поверхности кожи на нижней стороне пальцев слабо отображались на карте, а основную территорию занимали области когтей. Соответствующие карты мозга крыс представлены на рис. 36. Детство в условиях удвоенной силы тяжести привело к тому, что крысы больше чувствовали когтями, чем подушечками пальцев.

Рис. 35. Схема эксперимента (вверху) и влияние среды G и 2G на строение участка соматосенсорной карты S1, соответствующего передним лапам крыс (внизу). Художник Пол Ким.

После этих первых трех недель жизни крысят, росших в условиях 2G, переносили в среду с нормальной силой тяжести, где они оставались больше месяца. Даже после того, как животные прожили в условиях G дольше, чем в условиях 2G, на их картах передних лап по-прежнему доминирующее положение занимали зоны когтей. Три первые недели жизни в условиях 2G выгравировали мозговые карты крыс таким образом, что более поздний опыт не мог стереть эти следы.

Рис. 36. Сравнение тактильного ландшафта мозга крыс, выросших в условиях G (слева) и 2G (справа). Художник Пол Ким.

Строение соматосенсорной карты S1 крысят из обеих групп должно было определяться как генетическими, так и внешними факторами. Однако у крысят из группы 2G отпечатки эволюционного прошлого, связанного с жизнью в условиях G, перекрываются ранним жизненным опытом под влиянием других сил, отличающихся от силы G. Тот факт, что их карта S1 сильно отличается от карты их собратьев, выросших в нормальных условиях, показывает, что пренатальный и неонатальный опыт может переписывать генетические инструкции для формирования карты S1. Он также показывает, что влияние раннего жизненного опыта выходит за рамки двоичной системы “плохо – хорошо” или “иметь – не иметь”. Скорее, все установки каждого нейронного переключателя одновременно настраиваются под действием раннего сенсорного опыта детеныша. Внешняя среда обучает мозг детеныша максимально эффективно отображать мир. И в этом процессе среда формирует карты мозга новорожденного ребенка или крысенка, вплоть до карты каждого когтя или ногтя.