В этой главе мы обсудим особый тип развития, который занимает центральное место в приспособлении мозга ребенка к условиям окружающей среды. Сензитивные периоды – это особые чувствительные этапы развития. Опыт, пережитый на протяжении сензитивного периода, оказывает особенно сильное или долговременное воздействие на формирование связей в мозге. Получение определенного опыта во время сензитивного периода жизненно важно для выработки схем поведения, опирающихся на эти связи.
Правда, не все аспекты раннего развития требуют такого внимания. Взросление мозга в значительной степени происходит без посторонней помощи. Например, нервные связи в сетчатке и в спинном мозге формируются в соответствии с заданной программой, которая вообще не зависит от опыта. Другие регионы, такие как гиппокамп и некоторые участки коры головного мозга, модифицируются под влиянием жизненного опыта не за определенный короткий период времени, а в течение всей жизни. Эти отделы мозга постоянно учитывают новую информацию, которая помогает нам продолжать адаптацию к окружающей среде в зрелом возрасте.
Сензитивные периоды имеют особое значение для некоторых функций, поскольку опыт, пережитый в это время, может оказывать воздействие на дальнейшую жизнь. Например, те участки мозга, которые специализируются на понимании языка, образуют разные связи между нейронами в зависимости от того, слышит ли ваш ребенок английскую речь или мандаринский диалект в первые несколько лет жизни (см. главу 6). Изменения, которые происходят в результате этого опыта, делают вашего ребенка специалистом в понимании и произношении звуков родного языка.
Впоследствии вы можете выучить новый язык, но при этом вам придется приложить гораздо больше усилий. В зрелом возрасте языковые зоны мозга больше не находятся в стадии восприимчивого становления, и их связи труднее модифицировать. Особо чувствительный – сензитивный – период для усвоения языка уже миновал.
К счастью, как мы уже говорили, восприятие не является пассивным даже для маленьких детей. Мозг вашего ребенка имеет определенные предпочтения относительно того, что он должен усваивать на разных этапах развития. Виды опыта, способные модифицировать развивающуюся нейронную сеть, определяются предпочтениями, которые встроены в мозг благодаря нашей эволюционной истории. Иными словами, дети активно ищут тот опыт, в котором они нуждаются.
Что мы имеем в виду под опытом? На мозг ребенка потенциально влияет любое событие, которое воспринято сенсорными рецепторами, преобразовано в электрические импульсы и передано в мозг (как мы покажем в главах 10–12, все наши знания о мире поступают в виде этих электрических импульсов). Взаимодействие с родителями или другими опекунами – лишь часть богатой палитры доступных стимулов. Физические изменения в мозге вашего ребенка также могут происходить, когда он смотрит на подвижную игрушку, подвешенную над его колыбелью, засовывает в рот большие пальцы ног или слышит звук сирены на улице. Впоследствии его вселенная расширится и включит в себя общение с другими детьми, ориентировку в ближайших окрестностях, обучение спортивным играм, школьные занятия и многое другое. Все это будет оставлять следы в его мозге, иногда очень глубокие, а иногда мимолетные.
Знаете ли вы? Мозг вашего ребенка потребляет половину энергии организма
Если дети растут как сорняки (в конце концов одуванчики являются сорняками), то их мозг горит как факел. Достаточно накладно поддерживать мозг взрослого человека, который использует 17% общей энергии организма, хотя составляет лишь 3% массы тела, но это ничто по сравнению с энергетическими затратами на развитие детского мозга. Мозг почти достигает полного объема в возрасте 7 лет, но он по-прежнему содержит связи, которые будут удалены впоследствии по мере того, как жизненный опыт ребенка будет способствовать его развитию.
Синапсы потребляют большую часть энергии мозга, поэтому поддержание дополнительных связей обходится недешево. С 3 до 8 лет ткани детского мозга потребляют вдвое больше энергии, чем ткани мозга взрослого человека. Пятилетнему ребенку, который весит 20 кг, требуется 860 калорий в день, и половина этой энергии достается мозгу.
Исследователи изучают использование энергии мозгом с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), определяющей уровень радиомаркированной глюкозы – сахара, который является главным «топливом» для нейронов (см. рис.). Радиомаркеры создаются при добавлении радиоактивных атомов, что позволяет проследить движение химического вещества в недрах мозга или тела человека.
В первые 5 недель после рождения самое высокое энергопотребление наблюдается в соматосенсорной и моторной коре, таламусе, стволе головного мозга и мозжечке, т.е. в наиболее зрелых частях мозга при рождении, которые отвечают за базовые функции жизни, такие как дыхание, движение и осязание.
В возрасте 2-3 месяцев энергопотребление возрастает в височных, лобных и затылочных долях коры головного мозга, а также в подкорковых базальных ганглиях, которые среди прочего контролируют зрение, пространственную ориентацию и движение.
В возрасте от 6 до 12 месяцев возрастает потребление энергии в лобных долях коры головного мозга, когда дети впервые начинают контролировать свое поведение.
Количество энергии, потребляемой мозгом, продолжает возрастать до 4 лет, а в возрасте около 9 лет начинает снижаться, последовательно достигая «взрослых» уровней в разных участках по мере их созревания. Этот процесс завершается в возрасте от 16 до 18 лет.
Поскольку нервные связи развиваются на разных этапах взросления, существует несколько сензитивных периодов, каждый из которых соответствует определенной функции мозга. Сензитивные периоды особенно характерны для развивающегося мозга младенцев и малышей, поскольку он растет очень интенсивно, но они могут возникать и в другое время. Некоторые сензитивные периоды начинаются и завершаются еще до рождения – например, развитие осязания, основанное на ощущениях ребенка в материнской утробе (см. главу 11). Многие наступают вскоре после рождения, например, первое взаимодействие с близкими людьми формирует мозговые связи, реагирующие на стресс (см. главу 26). Другие сензитивные периоды, скажем обучение грамматическим аспектам языка, продолжаются до конца детства и в подростковом возрасте.
Как мы описывали в главе 2, запрограммированные химические сигналы направляют аксоны к участкам-мишеням и обеспечивают формирование большого количества синапсов. После создания этих основных элементов жизненный опыт может влиять на дальнейшее развитие, контролируя активность аксонов и синапсов. Синапсы нейронов, которые чаще активируются, с большей вероятностью будут сохраняться и укрепляться благодаря пластичности биохимических проходов к клетке-мишени, в то время как неработающие синапсы (т.е. связи между двумя нейронами) слабеют или исчезают. Синаптическая активность также может вызывать рост или втягивание аксонных или дендритовых ответвлений. Клетки, которые активируются совместно, прочно связываются друг с другом (см. главу 21).
После завершения этих пластических изменений архитектура мозга меньше поддается модификации в будущем, либо потому, что дополнительные аксоны и синапсы больше недоступны, либо потому, что биохимические проводящие пути, определяющие активность синапсов, изменяются с возрастом. В этом отношении мозг использует сенсорный опыт для формирования связей в нервной цепи, отсекая ненужные связи и поддерживая наиболее прочные и активные для сохранения схем восприятия и поведения, соответствующих индивидуальному окружению ребенка.
Ненужные синаптические связи удаляются в детстве. Так, общее количество синапсов в первичной зрительной коре головного мозга быстро возрастает с рождения до кульминации в возрасте 8 месяцев, а затем постепенно уменьшается вплоть до 5 лет – по мере развития зрительных способностей (см. главу 10). Максимальное снижение количества синапсов в этом регионе мозга происходит в возрасте от 5 до 11 лет (мы точно не знаем, когда именно, поскольку дети от 6 до 10 лет не подвергались обследованию). В лобной коре головного мозга плотность синапсов остается высокой как минимум до 7 лет, немного уменьшается к 12 годам и достигает уровней взрослого человека к 14–15 годам (см. главу 9). Не вполне ясно, что происходит между 7 и 12 годами.
Процесс устранения синапсов гораздо подробнее изучен у других приматов, и результаты в целом согласуются с фрагментарными данными по исследованию людей. У макак-резусов взрывной рост синапсов в первые несколько месяцев после рождения сменяется сначала постепенным, а потом ускоряющимся уменьшением их количества в детстве. Взрослый уровень плотности синапсов наблюдается после достижения половой зрелости. Хотя этот рост у животных имеет сходные тенденции, уменьшение происходит по разным графикам у разных особей, подкрепляя идею о том, что именно события в окружающей среде влияют на процесс устранения синапсов.
