1.2. Часть карты, которую лондонские таксисты должны знать наизусть, чтобы получить разрешение на работу по профессии.
Лондонские таксисты учатся безошибочно ориентироваться в городе. Поэтому ученые смогли одновременно проследить, что происходит в мозге человека во время обучения и как в нем протекают процессы, ответственные за ориентирование. При этом было обнаружено: чем больше лет таксист ездит по Лондону, тем крупнее его гиппокамп! Вывод: память и способности к ориентированию в пространстве можно тренировать и развивать, значительно повышая работоспособность своего мозга.
Этот принцип действителен для любых зон мозга. У того, кто учится жонглировать, увеличивается объем отделов головного мозга, которые отвечают за зрительное восприятие движения, и это тоже поддается измерению (рис. 1.3). И конечно, когда речь идет о процессах обучения, идеальными объектами исследования являются музыканты. Тот, кто учится играть на скрипке или гитаре, увеличивает участок мозга, ответственный за двигательную активность пальцев левой руки (рис. 1.4). У всех артистов оркестра участок мозга, отвечающий за слух, больше, чем у немузыкантов; более того, размер его зависит и от конкретного места, занимаемого артистом в оркестре (см. ил. 1.5). Для того чтобы сдать физикум — сложный экзамен, который в конце пятого семестра ожидает каждого студента-медика в Германии, будущим врачам нужно запомнить огромное количество информации: память редко подвергается столь сильному напряжению, и это интенсивное запоминание многих фактов воздействует, как было экспериментально доказано, на объем гиппокампа. К тому же оказалось, что объем гиппокампа, увеличившийся в процессе обучения, сохраняется и в дальнейшем (рис. 1.6).
1.3. Рост головного мозга у профессионального жонглера.
1.4. Рост головного мозга в зоне, ответственной за двигательную активность пальцев левой руки, в процессе регулярной игры на музыкальных инструментах (обследованию подверглись шесть скрипачей, один альтист и два гитариста).
1.5. Рост головного мозга в зоне, ответственной за обработку звука, в процессе регулярной игры на музыкальных инструментах (у артистов оркестра).
1.6. Рост головного мозга у студентов-медиков в процессе подготовки к экзамену.
Лондонские нейробиологи исследовали рост гиппокампа у 79 таксистов мужского пола перед началом профессионального обучения и спустя 3–4 года после окончания обучения. Одновременно они обследовали контрольную группу из 31 испытуемого мужчины, ни один их которых не являлся таксистом. Из 79 обучавшихся профессии таксиста 39 человек выдержали заключительные экзамены, благодаря чему они смогли получить лицензию на работу по соответствующей специальности. Ученые имели возможность сравнить рост гиппокампа у трех групп испытуемых: члены первой группы завершили обучение; участники второй группы учились, но не выдержали экзаменов; участники третьей, контрольной, группы обучения не проходили. Значимых различий среди испытуемых с точки зрения возраста, школьного образования, интеллекта, а также общего времени обучения, выраженного в месяцах, не наблюдалось, но были различия в продолжительности еженедельных занятий. Те, кто успешно сдал экзамен, занимался в среднем 34,5 часа в неделю, те, кто экзамен провалил, — только 16,7 часа. Как отчетливо показывает график на рис. 1.7, у таксистов, выдержавших экзамен, — и только у них! — отмечено существенное увеличение количества серого вещества (то есть нервных клеток) в гиппокампе.
1.7. Уровень интенсивности роста серого вещества в гиппокампе у лондонских таксистов до обучения (белые столбцы) и 3–4 года спустя (черные столбцы) у 39 лиц, успешно завершивших обучение (слева), у 20 из 40 испытуемых, не выдержавших экзамен (остальные 20 не явились на второе измерение), и у представителей контрольной группы, не проходивших обучения, в количестве 31 испытуемого.
Конечно, можно было бы заявить, что каждый, кто водит автомобиль, постоянно находится в движении, и что именно эти постоянные впечатления от движения способствуют увеличению гиппокампа. Такой аргумент нельзя заранее отвергнуть, поскольку ряд нейробиологических исследований действительно связал собственное движение человека с активностью его гиппокампа. Чтобы доказать, что увеличение объема гиппокампа у лондонских таксистов действительно связано с их чрезвычайно развитой и приобретаемой годами способностью ориентироваться на улицах города, следовало сравнить их, например, с лондонскими водителями автобуса. С одной стороны, они участвуют в уличном движении так же, как таксисты; с другой стороны, они ездят по определенным маршрутам, для чего им не требуется особенное знание местности. Водителям автобусов не нужен продолжительный тренинг в ориентировании — в остальном же условия похожи.
Ученые обследовали 18 профессиональных лондонских таксистов и 17 лондонских водителей автобусов; они не имели заметных различий с точки зрения возраста, школьного образования, опыта вождения и интеллекта. В результате этого эксперимента рост гиппокампа был выявлен только у таксистов!
Хотя гиппокамп — сравнительно небольшая часть головного мозга, он очень важен для всей его работы (см. рис. 1.8). Гиппокамп запоминает не только происходящие с нами конкретные события, но и места («адреса») в коре больших полушарий головного мозга, где в закодированном виде хранятся все детали каждого события и связанные с ними свойства и признаки. Именно благодаря гиппокампу мы можем собрать эти детали воедино и подробно рассказать о случившемся: «Вчера в половине третьего я на кухне уронил на пол зеленую чашку, и она разбилась на тысячу осколков». В отличие от коры больших полушарий головного мозга, которая в результате длительного обучения создает в своих многочисленных модулях упорядоченные карты различных свойств и признаков, гиппокамп постоянно занимается тем, что связывает друг с другом поступающие к нему импульсы из активизированных участков в коре больших полушарий головного мозга и таким образом формирует нашу долговременную память о событиях нашей жизни и связанных с ними переживаниях.
1.8. Моя маленькая дочь Анна приходит ко мне после того, как ее искупали. Она улыбается мне, она теплая, пахнет ванильной пеной для ванны и говорит: «Привет!» Кора моего головного мозга обрабатывает впечатления, активизируя соответствующие участки (верхний левый рисунок). Сопутствующие положительные эмоции одновременно активизируют гиппокамп; клетки гиппокампа запоминают взаимосвязи активизации благодаря тому, что они очень быстро выстраивают между собой соответствующие аналогичные связи (верхний правый рисунок). После этого они могут в свою очередь активизировать ответные участки в коре головного мозга и тем самым повторно воспроизвести мое первоначальное переживание (нижний левый рисунок); и когда между участками коры головного мозга, в которых закодированы признаки «теплый», «ванильный», «улыбка» и «приветствие», будет установлено надежное соединение, а целостное воспоминание отложится в коре, гиппокамп наконец-то позволит себе его забыть (нижний правый рисунок).
Ученые выдвинули предположение, что нервным клеткам гиппокампа, испытывающим постоянную большую нагрузку, в случае дополнительной нагрузки, например, из-за стресса, грозит отмирание. Получается, что стресс не только увеличивает риск получить высокое давление, инфаркт миокарда, язву желудка, проблемы с гормональной системой (нарушения роста и сексуальные расстройства), атрофию мышц (из-за расщепления белков для получения дополнительной энергии) и подавление иммунной системы (с увеличением числа инфекционных и раковых заболеваний); он также ведет к отмиранию нервных клеток в головном мозге, как наглядно демонстрирует рис. 1.9.
1.9. Нервные клетки в гиппокампе животного без признаков стресса (слева) и с явным их наличием (справа). Даже неспециалист четко распознает нормальные нервные клетки слева и «клеточный мусор», оставшийся после их отмирания, справа.
К тому же исследования, проведенные франкфуртским анатомом Хайко Брааком, давно доказали, что болезнь Альцгеймера (см. следующую главу) начинается в области гиппокампа и распространяется далее вдоль многочисленных соединений с другими участками коры головного мозга (см. рис. 1.10).
1.10. Распространение болезни Альцгеймера. На ранних стадиях (вверху) затронута только область гиппокампа, в средних стадиях (в середине) — те участки коры головного мозга, которые связаны с гиппокампом, а в поздней стадии (внизу) — практически весь головной мозг.
