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

В целом это относится ко всем картам мозга: младенчество и в меньшей степени раннее детство – периоды наиболее активного формирования и уточнения карт мозга. Значительные перестройки, возможные в мозге новорожденного ребенка, у взрослых людей уже не происходят. И все же многие характеристики карт мозга остаются в какой-то степени моделируемыми, что позволяет взрослым животным подстраивать перцептивные и двигательные способности к требованиям окружающей среды. В этом типе обучения просматривается некоторое сходство с адаптацией, происходящей в младенчестве, но оно отличается как минимум по двум критическим параметрам. Во-первых, оно позволяет осуществлять изменения и перестройку карт в сравнительно небольшом масштабе. Во-вторых, движущим фактором является не воздействие зрительных, слуховых и других подобных сигналов, а значимость этих сигналов. Иными словами, такое обучение направляется целями и поведением взрослого животного.

В качестве иллюстрации рассмотрим крысят, слышавших пульсирующие звуки на протяжении нескольких первых недель жизни. В результате такого воздействия их карты A1 искажаются, увеличивая область отображения этой звуковой частоты. Те звуки ничего не означали. Они не сообщали, что что-то должно произойти, они просто были, и этого оказалось достаточно, чтобы перестроить слуховую кору детенышей.

Сравним это с результатами другого эксперимента, в котором взрослых крыс подвергали воздействию звука на частоте 6000 Гц[142]. В исследовании участвовали две группы крыс, которые испытывали жажду: одна группа слышала звук непосредственно перед получением подкрепления в виде воды, а другая тоже слышала звук, но он никогда не совпадал с моментом питья. После обучения только у крыс из первой группы произошло расширение области карты A1, отображавшей звуки с частотой около 6000 Гц. Однако у крыс из обеих групп наблюдалось расширение отдела карты в области частоты 1000 Гц. Когда экспериментаторы проанализировали звуки, раздававшиеся в крысиных клетках, они поняли, что устройство для подачи воды производило низкочастотный шум на частоте около 1000 Гц каждый раз, когда выдавало воду. Экспериментаторы этого не знали, но крысы научились обнаруживать и использовать дополнительный сигнал, означавший скорую выдачу долгожданной воды.

Взрослым крысам было важно, насколько значим для них звук. Вероятно, этот тип обучения направляется сигналами стресса и вознаграждения в мозге – нейромедиаторами, которые выделяются при хороших (еда или секс) или плохих (боль или угроза) обстоятельствах. Суть заключается в распознавании сигналов в окружающей среде, которые появляются непосредственно перед плохим или хорошим событием. Если карты мозга могут подстраиваться и изменяться для лучшего распознавания таких сигналов, возникает преимущество, которое заключается в возможности предсказывать что-то плохое или хорошее и реагировать на это.

Люди способны учиться реагировать на окружающую среду на протяжении всей жизни, но детство и особенно младенчество – это периоды, когда нервная система является наиболее гибкой и адаптируемой. В этот период карты мозга могут изменяться или полностью перестраиваться в соответствии с сенсорным опытом ребенка. В отличие от обучения во взрослой жизни, изменения в мозге в младенчестве бывают чрезвычайно сильными и долгосрочными и вызываются сенсорным опытом. Эти данные подчеркивают уникальное значение раннего жизненного опыта в формировании схемы карт мозга на всю последующую жизнь. Однако эта информация получена в результате изучения зрительной карты V1 и карты звуковых частот A1. А какие факторы влияют на формирование двигательной карты?

Учимся двигаться

Двигательные карты мозга – особый случай. Хотя во многом они действуют по тем же принципам, что и сенсорные карты мозга, они играют совсем иную роль в нашей жизни. Как и сенсорные карты, наша двигательная карта M1 сформировалась под действием химических веществ, а затем “воспитывалась” телом еще в утробе матери. Это означает, что как минимум основа двигательной карты была заложена в мозге еще до того, как мы научились завязывать шнурки или писать свое имя. Какие двигательные способности были у нас на момент рождения? И каким образом более поздний жизненный опыт формировал двигательные карты, которыми мы пользуемся сегодня?