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

Однако эта быстрая перестройка зависит от опыта. Ученые блокировали уши новорожденных крыс на протяжении двух недель с того момента, когда они начинают слышать. Их карта A1 все равно формировалась в соответствии со звуковыми частотами, но на ней гораздо более значительная территория отводилась обработке звуков с частотой около 25 000 Гц и гораздо менее значительная – обработке звуков с частотой около 50 000 Гц, чем у нормально слышащих собратьев. Это различие отражено на рис. 29. Короче говоря, у тех крысят, которые слышали важные звуки на частоте 50 000 Гц в первые недели жизни, увеличен участок карты A1, соответствующий этому диапазону частот. Но если в слуховом опыте крысят в этот важный период жизни после рождения не было этих сигналов, на их картах A1 нет обычного пространства для отображения звуков на таких частотах. Экспериментаторы не проверяли, какой будет жизнь крысят с измененной картой A1 после того, как им вернут слух. Но если бы крысы возвращались к нормальной жизни, они были бы вынуждены жить с мозгом, оптимизированным для улавливания сигналов страха, но не подготовленным для узнавания игривых трелей приятелей или партнеров для спаривания.

Другие эксперименты показали, что добавление неожиданных новых звуков в среду новорожденного животного тоже может перестроить его карту A1. Если крысят помещали в звуковую камеру и подвергали воздействию низкочастотных (4000 Гц) или высокочастотных (19 000 Гц) звуковых импульсов на протяжении нескольких первых недель жизни, их карты A1 перестраивались таким образом, что более значительная территория карты отводилась под отображение звуков с частотами около 4000 или 19 000 Гц соответственно[135].

Рис. 29. Влияние раннего опыта на развитие карты звуковых частот A1 у крыс. Художник Пол Ким.

Даже если через три недели крысята возвращались в нормальную звуковую среду и далее росли в обычных условиях, их карты A1 в зрелом возрасте по-прежнему предпочтительно отображали звуки с теми частотами, которые они слышали в детстве. Воздействие таких же монотонных импульсов звука на взрослых крыс не оказывает такого влияния на их карту A1.

Первые недели слухового опыта являются особенными: именно тогда структура карты A1 крыс наиболее податлива и подвержена влиянию внешних звуков. На самом деле это короткое время дает животным возможность адаптироваться к специфической окружающей среде, позволяя им подготовиться к обработке и восприятию тех звуков, которые им преимущественно предстоит слышать на протяжении жизни.

Анализ карт A1 крысят позволяет понять гораздо более общее и распространенное явление, касающееся карт всех непрерывных чувств у многих животных – от птиц до кошек, от овец до жаб и от мух до человека. На ранних этапах жизни карты мозга формируются окружающей средой и моделируются в соответствии с ней. Зарождающаяся карта, выстроенная в соответствии с генетической схемой, сначала “воспитывается” телом, а затем активно настраивается внешней средой. Обучение сдвигает сети и связи, приносящие информацию в карты мозга и выносящие информацию из них. В результате нейроны на карте меняют свои рецептивные поля. Например, группа нейронов на карте A1 крысы 12 дней от роду активируется при звуках с частотой около 30 000 Гц, но те же самые нейроны на карте крысы 22 дней от роду по большей части отвечают на звуки с частотой около 45 000 Гц. Поскольку меняются рецептивные поля нейронов на всех участках карты, вся карта в целом перестраивается и искажается. Расширяются области, которые отображают ключевые фрагменты мира (скажем, 50 000 Гц на карте A1 или центральная ямка на карте V1). Кто-то выигрывает, а кто-то проигрывает. Например, увеличение зоны кончика пальца на карте S1 происходит за счет территории лица.

Изменение увеличения на карте мозга путем сдвига рецептивных полей клеток – это лишь один способ, с помощью которого развивающийся мозг инвестирует ресурсы в соответствии с ранним жизненным опытом. Другой способ заключается в инвестировании в материалы, из которых строится карта. Обычно считают, что карты – это плоские отображения в двух измерениях (длина и ширина). Однако, конечно же, в трехмерном мире тоже существуют карты, в том числе в мозге и в других местах. Например, если вы держите в руках отпечатанную карту местности, карта имеет еще и третье измерение – это толщина бумаги и чернил. В случае бумажных карт толщина материала может определять срок службы и качество карты, но не влияет на ее информационное содержание.