Мозг подростка. Спасительные рекомендации нейробиолога для родителей тинейджеров
Шрифт:
На старших курсах в Университете Смита в 1977—1978 годах я написала первую профессиональную журнальную статью под руководством Нико Спинелли, профессора кафедры психологии и информатики Университета штата Массачусетс, Амхерст. Он проводил новаторские эксперименты по пластичности зрительной коры.
Предыдущие исследования изучали мозг млекопитающих, выросших в обедненной среде. Спинелли хотел посмотреть, будет ли пластичность работать в «нормальной» среде. Поэтому мы взяли котят, воспитанных их матерями в стандартных условиях, и предложили им то, что называется обучением избеганию. В этих экспериментах «безопасный» и «небезопасный» стимулы ассоциировались с двумя различными визуальными воздействиями: вертикальными и горизонтальными линиями. Поскольку котята научились связывать
Конечно, взрослый мозг также может формироваться опытом. Исследователи пластичности нейронов обнаружили, что даже в старости мозг можно перестроить – просто не так легко и не так устойчиво, как в детстве и подростковом возрасте.
Если детский мозг будет реагировать и меняться в ответ на практически любую стимуляцию, то пластичность взрослых работает только в определенных поведенческих контекстах.
Например, у таксистов Лондона (как известно, сложного для навигации города) ученые обнаружили увеличенный гиппокамп, в частности в области, ответственной за пространственную память. У скрипачей и виолончелистов, которые должны использовать свои руки плавно и быстро, была обнаружена увеличенная моторная область коры. А в необычном эксперименте, проведенном несколько лет назад Патрицией Мак-Кинли из Университета Макгилла, удалось доказать, что обучение танго, которое подразумевает одновременно сложные движения и тонкое чувство равновесия, улучшало способности пожилых людей в возрасте 68—91 года переключаться между двумя разными когнитивными задачами. Пластичность, таким образом, в каком-то смысле еще один синоним слова «обучение».
Первые несколько лет детства длится критический период пластичности, в котором обучение происходит быстро и легко. Эксперты по эволюции считают, что это способ мозга помочь нам быстрее адаптироваться к конкретной среде, в которой нас воспитывают. Концепция здесь та же, что и у импринтинга, когда у утенка развивается глубокое и мощное желание следовать за матерью-уткой, а не за кем-то еще.
Когда мне было пять лет, я видела это в действии, хотя я, конечно, не знала, как это работает. Была Пасха, и только что родился мой младший брат. Возможно, из-за этого друзья моих родителей дали мне мою собственную «лялю-уточку», к ужасу моих родителей. Я обожала эту пушистую птичку и была абсолютно очарована тем, что она будет следовать за мной по дому и даже пойдет со мной во двор. Поскольку я была с этой уточкой почти с ее рождения, она посчитала меня своей мамой.
Годы спустя я читала детскую книгу «Ты моя мама?» П. Д. Истмэна своим сыновьям. В принципе, эта книга об импринтинге. Молодой птенец покидает свое гнездо, пока его мать ушла искать пищу, и отправляется в путешествие. Каждому животному и каждому предмету, который он встречает, – котенку, курице, собаке, корове, автомобилю, даже огромному экскаватору – он задает вопрос о своей принадлежности. К счастью экскаватор поднимает его наверх обратно в гнездо и кладет рядом с его настоящей мамой.
Я, пятилетняя, была единственной мамой моего утенка.
К сожалению, конец наших отношений было внезапным и жестоким. Примерно через неделю после Пасхи я вернулась домой из детского сада, и мой утенок снова стал ходить за мной по дому. Но на этот раз, когда я прошмыгнула между кухней и столовой через вращающиеся двери, птенцу не удалось сделать это и его сплющило. Я плакала в течение нескольких дней.
Тринадцать лет спустя, на первом курсе Университета Смита, я создала свой собственный эксперимент по импринтингу с цыплятами для класса по продвинутой биологии. Чтобы произвести импринтинг цыплят на звук, я целую неделю «облучала» их конкретными звуками или тонами. В конце обучающего периода птенцы были помещены на своего рода подиум и им воспроизводились два звука – один из них знакомый звук, который я включала им семь дней подряд. Все цыплята пошли на знакомый звук: звук запечатлелся в них. Я помню это так хорошо, потому что моя мама была в гостях у меня во время эксперимента и она помогла мне печатать результаты!
Как на самом деле происходит обучение? Молодой и старый мозг работают одинаково, получая информацию от органов слуха, зрения,
вкуса, осязания, обоняния. Сенсорная информация передается через сеть нейронов и хранится в кратковременной памяти. Эта область памяти является крайне неустойчивой и постоянно получает информацию из почти непрерывного информационного потока, с которым органы чувств сталкиваются каждую минуту во время нашего бодрствования. После обработки информации в краткосрочной памяти она сравнивается с существующими воспоминаниями и если она совпадает с ними, то отсеивается. (Пространство мозга слишком ограничено и слишком драгоценно, чтобы занимать его нейронными дубликатами.) Если информация является новой, то она отравляется в одно из мест в головном мозге, где хранятся долгосрочные воспоминания.Хотя почти и мгновенная, передача сенсорной информации не является совершенной. Как иногда прерывается плавный сигнал в телевизоре, искажая на миг изображение, так искажается информация, когда она перемещается вверх и вниз по аксонам нейронов. Это объясняет, почему наши воспоминания никогда не идеальны, но имеют прорехи или нестыковки, которые мы иногда заполняем, пусть и бессознательно, ложной информацией.
Мозг запрограммирован обращать особое внимание на новую информацию, а это на самом деле и является обучением. Чем больше активности, или возбуждения, между конкретным набором нейронов, тем сильнее синапсы. Таким образом, рост мозга является результатом его возбуждения. А как вы помните, молодой мозг имеет больше возбуждающих синапсов, чем тормозных.
Чем чаще какая-то часть информации повторяется или повторно изучается, тем сильнее становятся нейроны и соединение уподобляется хорошо протоптанной тропинке в лесу. «Частота» и «новизна» – вот ключевые слова. Чем чаще и чем «недавнее» мы узнаем что-то, а затем вспоминаем или используем снова, чем глубже укореняется знание, будь то запоминание маршрута между домом и работой или добавление контакта в список вашего смартфона. В обоих случаях техника обучения зависит от синапса – крошечного пространства, где пакеты информации передаются от одного нейрона к другому через химических посланников.
Чтобы эти нервные связи образовались, обе стороны синапса должны быть «включены», то есть находиться в состоянии возбуждения. Когда интенсивность возбуждающего сигнала превышает определенный уровень, то принимающий нейрон активируется и начинается молекулярный процесс, называемый долговременной потенциацией, с помощью которого укрепляются синапсы и нейронные связи.
РИСУНОК 10. Долговременая потенциация (ДП) – это широко используемая модель «практического эффекта» обучения и памяти. A. Гиппокамп внутри височной доли. B. Активность клеток мозга, зафиксированная в гиппокампальных срезах, взятых у грызунов, показывает изменения в клеточных сигналах после стимуляции. C. Эксперименты с ДП обычно фиксируют повторяющиеся небольшие реакции на стимулы до тех пор, пока не будет дана серия стимулирующих импульсов (это похоже на «практический эффект»). После чего реакции нейронов на первоначальные стимулы усиливаются, как будто они были «запомнены».
Процесс долговременной потенциации, или ДП, это сложный каскад событий, задействующий молекулы, белки и ферменты, который начинается и заканчивается в синапсах.
ДП начинается с главного возбуждающего нейромедиатора, глутаминовой кислоты, которая выделяется на терминал аксона одного нейрона, через синапс, к рецептору на дендрите принимающего нейрона. Глутаминовая кислота напрямую участвует в строительстве более сильных синапсов. Как она это делает? Глутаминовая кислота действует в качестве катализатора и запускает цепную реакцию, которая создает большие по размеру и более сильные синапсы, или связи, в проводящих путях мозга.
Когда глутаминовая кислота активирует рецептор, она заставляет ионы кальция перемещаться вокруг синапса. Кальций, в свою очередь, активирует множество ферментов и молекул и взаимодействует с определенными белками, чтобы изменить их форму и поведение. И это может изменить структуру синапса и нейрона, чтобы сделать их более или менее активными. Кальций может изменить существующие белки очень быстро, от нескольких секунд до нескольких часов, и он также может активировать гены, чтобы создать новые белки – этот процесс занимает от нескольких часов до нескольких дней.