Как можно увидеть на рисунке 5, где изображена кора головного мозга ребенка от рождения до 15 месяцев, в младенчестве человеческий мозг переживает массированный взрыв установления связей между нейронами[37]. Известно, что мозг детеныша крысы на пике активности формирует нейронные связи со скоростью 250 000 в секунду, т. е. 15 000 000 связей каждую минуту. Мы не знаем, насколько быстро этот процесс происходит у человека, но, видимо, еще быстрее.
Эти структурные изменения, благодаря взаимодействию биологических механизмов с окружающим миром, формируют мозг, подходящий для данной среды обитания. Моделирование осуществляют два взаимодействующих процесса[38]. Во-первых, генетические команды заставляют нейроны создавать все новые и новые связи. Это создает изначальное перепроизводство межнейронных связей. Именно поэтому изображения выглядят как подземная корневая система сорняков, растущих в саду. Во-вторых, за этим приступом перепроизводства следует период отсечения, когда лишние связи между нейронами утрачиваются[39]. Около 4 из каждых 10 связей утрачивается со скоростью примерно 100 000 потерь в секунду на пике этого процесса. Такая потеря связей особенно интересна и поначалу удивительна. Зачем природа вкладывает столько усилий в строительство мостов между нейронами только для того, чтобы потом порушить их практически с той же скоростью?
Оказалось, что перепроизводство и последующая отбраковка связей могут быть хитроумной стратегией формирования мозга в соответствии с окружающей его средой. Массивное наращивание связей означает, что мозг создается для любой потенциально возможной схемы активизации, которая может встретиться в ходе жизненного опыта. Но помните, что только те нейроны, которые возбуждаются вместе, связаны между собой. Если этого не происходит, природа отсекает ненужную связь. Аналогично нашим взаимоотношениям: «если ты не отвечаешь на мой звонок, я больше не буду тебе звонить».
Взаимные коммуникации делают возможным изменение архитектуры мозга в процессе получения опыта. Мы знаем это благодаря исследованиям животных: было продемонстрировано, что воздействие окружающей среды в раннем возрасте влияет на связи в мозге. Например, если растить крысят в изоляции, где им нечего делать и не на что смотреть, связей в коре мозга у них будет меньше в сравнении с крысятами, которые выросли в более богатой среде, где было много других крыс, с которыми они могли играть. Лауреат Нобелевской премии Дэвид Хьюбел и Торстен Визель обнаружили нарушение активности нейронов коры головного мозга у кошек и обезьянок, находившихся на ранних стадиях развития в среде, ограниченной с точки зрения визуальной информации. Более того, некоторые специфические виды визуальной депривации[40] приводили к особым нарушениям. Например, животные, выросшие в стробоскопическом мире, относительно нормально видели объекты, но были неспособны замечать слабые движения (так же как люди не могли видеть непрерывные движения на дискотеках 1970-х, когда там включали стробоскопы).
Одна несчастная женщина, получившая подобное повреждение мозга уже в пожилом возрасте, описывала, насколько трудно ей переходить дорогу, поскольку она не может судить о скорости приближающихся машин. Когда она наливает чай, это выглядит для нее как серия моментальных фотоснимков, на которых чашка сначала пуста, затем полна наполовину, затем чай льется через край[41].
Иногда способность видеть определенные вещи может быть утрачена. Животные, выращенные в среде, где отсутствовали прямые линии, в конце концов оказывались неспособны смотреть прямо. Короче говоря, исследования проблем депривации (лишения) в раннем возрасте продемонстрировали, что наказание соответствует преступлению[42]. Если в раннем возрасте исключить опыт восприятия каких-либо аспектов ощущений, эффект этого останется на всю жизнь. Дети, выросшие с неполноценным зрительным опытом, приобретают устойчивую потерю зрительного восприятия, известную как амблиопия. Амблиопия – это проблема не глаз, а тех областей мозга, которые формируют визуальный образ. Именно поэтому в дальнейшей жизни ношение очков не поможет больным амблиопией. Страдающие амблиопией не могут полноценно воспринимать фильмы в 3D – у них отсутствует стереовидение, требующее, чтобы в раннем детстве адекватная информация поступала в мозг от обоих глаз. Для того чтобы это изменить, надо исправлять проблему, когда она только возникла, иначе соответствующие связи в мозге утрачиваются навсегда[43]. Это ведет к обсуждению другого фундаментального принципа развития мозга – сензитивных периодов.
Выбор подходящего времени решает все: будь то игра в гольф, секс или двусмысленная шутка. Это положение оказалось верным и для многих базовых аспектов развития мозга, которым необходима входящая из окружающей среды информация. В ходе эволюции наш мозг стал податлив для изменений, диктуемых жизненным опытом. Однако получение определенного опыта требуется и ожидается в конкретные ограниченные периоды нашего развития. Как было сказано выше, депривация может привести к пожизненным проблемам, но оказывается, ее влияние наиболее выражено в определенные периоды. И если нейронные связи были отсечены за ненужностью, крайне трудно восстановить контакты между соответствующими частями мозга. Окно возможности захлопывается.
Такие периоды ограниченной во времени восприимчивости к развитию специфических характеристик называют критическими, или сензитивными периодами[44]. Пожалуй, термин «сензитивный период» – более точный, поскольку мозг обладает огромной пластичностью, и значит, все не так «критично». Однако понятие сензитивного периода применимо только к отдельным человеческим способностям. Суть восприимчивого периода в следующем. Естественный отбор привел к тому, что мозг ожидает определенного опыта в определенное время в ходе развития[45]. Почему природа подстраховалась таким образом? Ведь очевидно, что чистый лист служит наилучшим решением для непредсказуемых миров.
Причина очень проста: как любой успешный производитель, природа, судя по всему, оптимизирует издержки производства. Она предпочитает создавать механизмы, приспособленные к работе в достаточно узкоспециализированных условиях. Ей нет смысла строить универсальную машину, где некоторые из заложенных функций мало востребованы или излишни – это будут неоправданные затраты. Лучше спрогнозировать наиболее вероятные условия среды функционирования, чем строить машину на все случаи жизни. Таким образом, эволюция отбирает тех, кто наиболее приспособлен для жизни в этом мире. Те организмы, чьи системы не оптимизированы под окружающую их среду, оказываются неэффективны и со временем теряют возможности для воспроизводства. Это объясняет, почему мозг младенца изначально смонтирован весьма универсально в ожидании того мира, с которым он пока не встречался, а потом благодаря переживаемому опыту становится более специализированным для конкретного мира его обитания.
Хотя современный мир кажется более сложным, базовые строительные блоки того, как мы его видим, вполне предсказуемы и неизменны из поколения в поколение. Опыт просто осуществляет тонкую настройку системы. Однако если устранить определенный опыт в критический период восприимчивости к нему, это создает перманентную проблему. Одним из первых сензитивные периоды описал лауреат Нобелевской премии Конрад Лоренц, продемонстрировавший, что новорожденные гусята будут впредь следовать за тем движущимся объектом, который они увидели первым[46] – даже если этим объектом будет не мама-гусыня, а почтенный австрийский ученый, изучающий птиц[47]. В старых фильмах Лоренца есть кадры, где этот бородатый джентльмен идет, покуривая трубку, а за ним преданно следует цепочка гусят. Их птичьи мозги снабжены встроенным механизмом, требующим запечатлеть первый же крупный движущийся объект и следовать за ним, кем бы и чем бы он ни оказался. Для многих животных природа предусмотрела аналогичную стратегию, чтобы заставить их подняться и бежать как можно быстрее, следуя за значимыми для них другими особями их стаи. В случае гусей (и многих других птиц) природа сделала ставку на то, что первым движущимся объектом обычно становится «Старая матушка гусыня», поэтому нет необходимости слишком сильно приглядываться. Австрийский орнитолог в принципе тоже сойдет. Однако если вырастить гусят так, чтобы они вообще не видели ни одного большого движущегося объекта в течение первых 10 дней жизни, в дальнейшем они не смогут запечатлеть свою «маму», поскольку окно этой возможности закроется. И в естественной среде гусята, не научившись следовать за матерью, погибнут, как только она немного отойдет от них.
