Пластичность головного мозга: воздействие окружающей среды

У новорожденного ребенка мозг примерно вчетверо меньше, чем у взрослого человека. Размеры нейронов мозга увеличиваются, а характер нервных связей и сетей усложняется по мере роста ребенка, его общения с людьми и предметами внешнего мира (рис. 135). Основной план развития и структурной дифференцировки нервной системы, несомненно, определяется генами, но индивидуальный опыт вносит свои уточнения.

Как мы уже видели, на анатомическое строение мозга животных влияет окружающая среда. В опытах Розенцвейга крысы, выращенные в «обогащенных» лабораторных условиях, отличались большим весом и толщиной коры больших полушарий, чем их сородичи, жившие в изоляции. Эксперименты повторялись 16 раз с одинаковым результатом. Исследователи находили на дендритах корковых нейронов крыс, живших в более сложной среде, больше шипиков, которые часто служат местами входных синаптических контактов (Globus et al., 1973). Синаптические соединения у таких животных были в среднем на 50% крупнее (Mollgaard et al., 1971), а число синапсов больше (Greenough et al., 1978), чем у крыс, выросших в изоляции. Нейрофизиологи полагают, что подобные изменения могут быть результатом процессов научения и хранения следов памяти.

Проведение экспериментов с изоляцией в период развития на людях, конечно, невозможно; поэтому никто не может сказать наверняка, какого рода изменения мозга у человека могут быть связаны со стимулирующим влиянием среды. Тем не менее некоторые психологические исследования указывают на то, что стимулирующая среда может не только способствовать интеллектуальному развитию, но и компенсировать физиологический ущерб, причиненный в раннем возрасте. В одном из таких исследований ученые наблюдали за всеми детьми, родившимися на острове Кауаи в 1955 году, с самого их рождения до 10-летнего возраста. Цель заключалась в том, чтобы проследить за дальнейшим развитием младенцев, появившихся на свет при различных неблагоприятных обстоятельствах, таких как преждевременные роды, малый вес при рождении или кислородная недостаточность во время родов. Предполагается, что все эти факторы повышают риск повреждения головного мозга. Как показало повторное обследование, проведенное в 10-летнем возрасте, у 34% детей, родившихся в 1955 году, отмечались некоторые отклонения в интеллекте или эмоциях, но лишь незначительную их часть можно было связать с родовыми осложнениями. Исследователи пришли к выводу, что «детей, чьи психологические аномалии связаны с плохими условиями жизни, в 10 раз больше, чем тех, у кого они могли быть следствием неблагополучных родов».

Подобное же обширное исследование, проведенное в Великобритании, дало аналогичные результаты: среди 7-летних детей, родившихся недоношенными, но живших в привилегированных условиях, почти не было отстающих в своем развитии, а у их сверстников, родившихся с таким же низким весом, но живших в плохих условиях, отмечен «явный избыток умственно отсталых и просто неразвитых детей» (Drillien, 1964). «Плохие условия» включают недоедание, отсутствие медицинской помощи, дурное обращение с детьми, невнимание к их физическим нуждам (ребенок плохо одет, неопрятен, никто не заботится о его безопасности) или психологическую запущенность (родители не разговаривают с ребенком, не проявляют к нему теплых чувств, не стимулируют его развитие).

Рис. 135. Развитие нейронов коры головного мозга у детей в период от рождения до двух лет. Происходит рост нейронов и увеличение числа связей между ними. (Conel, 1939, 1959.)

 

Ни один исследователь никогда не помышлял о том, чтобы вырастить ребенка в изоляции. Однако в действительности это иногда случается — при необычных обстоятельствах.

Такова история Джини, найденной в Калифорнии в 1970 году. Девочке было 13 лет, когда она стала объектом внимания властей. С 20-месячного возраста ее держали в маленькой комнатке родительского дома, из которой она никогда не выходила. Ее нагишом привязывали к сиденью наподобие детского стульчика с помощью специальных креплений, изобретенных ее отцом, так что она могла двигать только кистями рук и ступнями. Психопат отец, вероятно ненавидевший детей, запрещал полуслепой матери разговаривать с дочерью. (Девочку, родившуюся до Джини, он отнес в гараж, чтобы не слышать ее плача, где она и умерла от пневмонии в 2-месячном возрасте.) Из еды все 13 лет Джини давали только молоко и детское питание.

Когда девочку обнаружили, она весила всего 59 фунтов. Она не могла выпрямить руки или ноги, не умела жевать, сознательно контролировать функции мочевого пузыря и кишечника. Она не понимала слов и совершенно не могла говорить. По словам матери (отец покончил с собой вскоре после того, как история с Джини вышла наружу), в раннем возрасте Джини выглядела вполне нормальным ребенком.

В последующие шесть лет контакты Джини с внешним миром были весьма обширными, так же как и внимание, которое оказывали ей психологи в виде обучения и тестирования. Она стала в какой-то мере понимать речь и научилась говорить на уровне 2-3-летнего ребенка: «хочет молоко», «два рука». Она научилась также пользоваться предметами, рисовать, в некоторых ситуациях связывать причину со следствием. Кроме того, ей удавалось добираться от одного места до другого — например, до кондитерского прилавка в супермаркете, — и это доказывало, что она может построить в уме «пространственные карты». В 1977 году значение IQ^[3], полученное при использовании невербальных тестов, составило для нее 74, что соответствовало нижней границе нормы. Однако ее речь дальше не развивалась и изобиловала ошибками такого типа, которые не свойственны даже двухлетним здоровым детям. Электроэнцефалограммы, снятые в тот момент, когда Джини слушала отдельные слова или смотрела картинки, отчетливо показали, что как для речи, так и для неречевых функций она пользовалась правым полушарием мозга, в то время как в норме речь — это «специальность» левого полушария.

По предположению Сьюзен Кертис, психолингвиста, занимавшегося с Джини, овладение языком действует как пусковой механизм для нормального становления полушарной специализации; если в надлежащее время этого не произошло, «кортикальная ткань, в норме предназначенная для речи и связанных с ней способностей, может подвергнуться функциональной атрофии» (см. гл. 8).

Трудно представить себе худшие для человека условия, чем те, в которых Джини провела годы своего формирования. Отсутствие нормального жизненного опыта настолько повлияло на развитие ее мозга, что это можно было выявить с помощью электроэнцефалографии (см. гл. 8). Мы ничего не знаем о развитии коры мозга, характере нервных сетей или синапсов у Джини, но по ее поведению, когда она была обнаружена, можно, по-видимому, заключить, что нервная система человека должна развиваться в условиях человеческой жизни, чтобы порождать «человеческое» поведение.

Пластичность нашей нервной системы проявляется в широком диапазоне функций — от простейших форм научения, таких, как привыкание, до способности учиться, запоминать, орудовать предметами и создавать новое. Огромное количество знаний и умений, которыми мы пользуемся, в результате процессов организации и реорганизации образуют тесно связанные системы, что позволяет нам извлекать информацию из памяти многими различными способами.

Возьмем слово «перевод». Один из путей памяти заставит нас мысленно представить себе книгу, переведенную с другого языка. Но мы можем подумать и о почтовом переводе, переводе на другую работу или в другой город или переводе железнодорожной стрелки. Мы можем переводить картинки или попусту переводить деньги, и каждый раз, когда мы узнаём новое значение буквосочетания п-е-р-е-в-о-д, в нашей памяти происходит какая-то реорганизация. Человеческая память и способности мозга по переработке информации настолько экстраординарны, что ни один компьютер пока не может даже приблизиться к воссозданию их сложности. Но самое необыкновенное свойство нашей памяти и познавательной системы — это, наверное, наша способность мыслить и осознавать себя мыслящими существами, т.е. способность к самосознанию. Именно к этим функциям высшего порядка мы и обратимся в следующей главе.

8. Мышление и сознание

А О А О А .?.

 

Вы, наверное, решили задачу — подставили кружок на место прочерка — еще до того, как сознательно восприняли этот ряд символов как задачу на его продолжение. В течение секунды или около того (столько времени понадобилось вам для ответа) вы думали, т.е. были погружены в структурированную умственную деятельность. Но какая часть этой деятельности была осознана вами?

Мышление, или умственная деятельность, иногда осознается, но часто протекает бессознательно. Понятие сознания само по себе настолько многозначно и сложно, что не имеет простого определения. Все мы знаем, что подразумевается под словами «сознательное состояние», — это то состояние, которое прерывается, когда мы засыпаем или оглушены сильным ударом по голове. Однако сознательное состояние не будет здесь предметом нашего разговора. В этой главе мы займемся активным сознанием, т.е. тем состоянием, когда мы — осознаем наши мысли и поступки. В качестве рабочего определения давайте в таком случае примем следующее: сознание есть осознание нашей умственной и/или физической деятельности.

Не все ученые согласятся с этим определением. Из-за того что нейробиологи пока еще не могут выявить мозговые механизмы, ответственные за такое «активное» сознание, природа его остается предметом извечных и непрекращающихся дебатов, в которых участвуют физиологи, философы, теологи, специалисты-кибернетики, занимающиеся искусственным интеллектом, а также нейробиологи всех мастей. Один из вопросов, вызывающих разногласия, состоит в том, является ли сознание специфической материальной по своей основе функцией мозга или обособленным нематериальным процессом, воплощением духа или души. Нам уже приходилось высказывать свою точку зрения. Сознание, так же как процессы ощущения, движения, адаптации, научения, эмоций, можно в конечном счете объяснить, исходя из структуры и функций мозга.

Другой предмет спора — это вопрос о том, является ли сознание исключительной прерогативой человеческих существ или оно свойственно также и другим животным. Как утверждают некоторые ученые, поведение животных указывает на то, что у них возможен процесс сознательного мышления. В качестве примера наличия разума у животных обычно приводят поведение макаков, отмывающих от песка кукурузные зерна, которыми их подкармливают антропологи на пляжах северной Японии. Другим примером служит «творческое» поведение ворон, которые роняют двустворчатых моллюсков на скалы, чтобы разбить раковину, в то время как другие, менее сообразительные вороны наблюдают за тем, что происходит, и учатся. Эти обезьяны и вороны способны к процедурному научению — они могут усвоить и запомнить, как делать те или иные вещи, не осознавая того факта, что они этому научились. Джером Брунер характеризует процесс процедурного научения как «память без воспоминания» (см. гл. 7). Однако на самом деле такое поведение животных не служит свидетельством осознанного мышления.

Из главы 7 вы узнали, что декларативная память: предполагает как хранение информации о прошлом опыте, так и доступ к ней, когда возникает необходимость в ее немедленном использовании. Декларативное знание включает фиксацию индивидуального опыта, чувства «знакомства» с ним, информацию о том, когда и где происходили хранящиеся в памяти события, и возможность внутреннего воспроизведения их в форме воспоминаний. Чтобы сделать всю эту информацию доступной, люди используют язык. Мы пользуемся словами даже для того, чтобы классифицировать предметы или события, которые никогда прежде не были объектом нашего чувственного опыта и не осознавались нами. Стоит нам дать наименование новым восприятиям, и мы можем поместить их в ячейку памяти, соответствующую их содержанию. Все это означает, что мы используем, язык для наименования и описания вещей, появляющихся в нашем сознании. Язык — это основное орудие, с помощью которого человеческие существа структурируют свой опыт; следовательно, сознание зависит от языка.

Если сознание действительно зависит от языка, то у человека оно, очевидно, появляется не с самого рождения. Оно развивается по мере того, как мы приобретаем жизненный опыт и наращиваем «словарь», который позволит нам думать о явлениях и связях между ними, планировать и решать, выбирать и действовать. Способность к осознанию, разумеется, не означает, что мы постоянно все осознаём. Мы часто действуем — даже думаем и решаем задачи вроде той, которую мы привели в начале главы, — не подключая нашего сознания. И лишь спустя какое-то время, мысленно возвращаясь к тому, что сделали, и концентрируя свой сознающий разум на данном действии, мы, пользуясь некоей воображаемой реконструкцией поведения или события, придаем нашему действию тот рациональный или хотя бы правдоподобный смысл, который вытекает из наших сознательно поставленных целей, самооценки и ценностей.

Мы можем выполнять некоторые действия, не имея сознательного плана. По выражению психолога Джулиана Джейнса, «наша мысль часто работает так быстро, что сознание за ней не поспевает». Наши психические процессы не сводятся только к сознанию: это работа мозга в целом, продукт того, что делает мозг. Мы ощущаем как осознанные только те внутренние события, которые подверглись переработке в языковой системе мозга.

Рис. 136. Художники часто пытаются ответить на вопрос «кто я?» в своих автопортретах. Как можно судить по этой фотографии, Герберт Бейер не ожидал такого сюрприза.

 

Мы видели, как мозг выполняет свои обязанности по управлению специфическими видами поведения — тем, как мы движемся и ощущаем, учимся и запоминаем, регулируем внутренние системы и выражаем эмоции. Некоторые из этих процессов или все они происходят одновременно, и наш мозг объединяет и организует их. Благодаря интегративным способностям высшего порядка становятся возможны мышление и сознание. И хотя мы далеки от полного понимания того, как осуществляется эта интеграция, мы по меньшей мере приблизительно знаем, где она в основном происходит. Это место — кора головного мозга.

Анатомия и мышление

То, что мы именуем мышлением и сознанием, по-видимому, зависит от коры — слоя толщиной около шести миллиметров, покрывающего все четыре доли мозга. В состав ее сложной и высокоспециализированной структуры входит приблизительно три четверти всех нейронов большого мозга, число которых составляет несколько миллиардов. Вы уже знакомы с некоторыми областями коры, выполняющими специфические функции. Например, первичная зрительная кора, находящаяся в затылочной доле, перерабатывает зрительные сигналы и ответственна за функцию зрения. Однако подобного рода врожденная жесткая связь со специфическими функциями для ряда крупных областей коры еще не установлена.

Ассоциативная кора

Эти большие «неопределенные» области называют ассоциативной корой. Традиционная наука о мозге утверждает, что здесь образуются ассоциативные связи между специализированными областями и интегрируется приходящая из них информация (рис. 137). Кроме того, здесь, как полагают, текущая информация объединяется с эмоциями и воспоминаниями, что позволяет людям думать, решать, составлять планы.

Так, например, считается, что ассоциативные поля теменной доли объединяют информацию, приходящую от соматосенсорной коры, — сообщения от кожи, мышц, сухожилий и суставов относительно положения тела и его движений — со зрительной и слуховой информацией, поступающей из зрительной и слуховой коры затылочной и височной долей. Эта объединенная информация помогает нам иметь точное представление о собственном теле во время передвижений в окружающем пространстве. Слияние сенсорных данных с информацией, извлекаемой из кладовых нашей памяти, позволяет нам осмысленно интерпретировать специфические зрительные сигналы, звуки и тактильные ощущения. Когда что-то движущееся и пушистое коснется вашей руки, вы будете по-разному реагировать на это в зависимости от того, услышите ли вы одновременно с этим мурлыканье вашей кошки или рев медведя.

Принято считать, что на наше решение при встрече с медведем или кошкой опосредованно влияют ассоциативные поля лобной доли. Интегрированная сенсорная картина события передается лобной коре. Благодаря обширным двусторонним связям с лимбической системой к этой картине добавляется эмоциональный оттенок, а также информация, взятая из памяти. Другие нервные связи тоже доставляют информацию, которая позволяет лобной коре оценить текущие требования организма и окружающей среды и выбрать среди них первоочередные — решить, что лучше, а что хуже для организма в данной ситуации. Лобная кора, по-видимому, ответственна и за выбор целей, которые мы ставим перед собой на будущее, а также за нашу оценку различных обстоятельств в связи с этими целями.

Где именно в коре происходят эти сложнейшие процессы фильтрации и абстрагирования данных и как они осуществляются, пока неизвестно. Однако, как показали современные методы исследования, большая часть того, что прежде называли «ассоциативной корой», возможно, состоит из ряда сенсорных зон все более высокого порядка, наивысшая из которых получает, фильтрует и интегрирует информацию от различных органов чувств. Как отмечал Верной Маунткасл, основной тип строения коры — это вертикальные колонковидные образования, состоящие примерно из 100 клеток (см. гл. 3). Особая роль этих кортикальных колонок в «ассоциативных» полях, а также во всей коре, вероятно, связана с их способностью к установлению ассоциаций, т.е. образованию временных связей, с другими колонками из других участков мозга. При изменении условий такие связи могут изменяться. (В конце этой главы мы рассмотрим модель, предложенную Маунткаслом для объяснения того, каким образом работа корковых колонок могла бы порождать сознание.)

Рис. 137. Вид человеческого мозга сбоку: здесь еще раз показаны важнейшие сенсорные и двигательные зоны коры. Информация от всех органов чувств, так же как и текущая информация, связанная с двигательными программами, интегрируется лобной корой, которая представляет собой высший уровень функциональной иерархии.

 

Сведения о людях с повреждениями лобных долей (см. гл. 6) действительно подтверждают решающую роль этих областей коры в выработке суждений и построении планов. Лица с такими повреждениями испытывали огромные трудности в приспособлении к жизненным конфликтам и меняющимся требованиям. Подобно Финеасу Гейджу, они становились безответственными, не способными вести себя так, как этого требовала ситуация, или осуществлять сколько-нибудь последовательные жизненные планы.

При помощи обширных нервных связей лобная кора, видимо, взаимодействует с височной корой в выполнении ряда высших мозговых функций. Например, уникальная способность человека — использование языка — основана на совместной работе ассоциативных полей височной и лобной долей, а также затылочной доли. Височная кора участвует в процессах памяти, в частности в решении вопроса о том, что именно подлежит хранению, а также в хранении и извлечении информации не только о самих прошлых событиях, но и о том, как они оценивались — как приятные или неприятные. Обширные поражения этой зоны могут привести к потере долговременной памяти (или по крайней мере к неспособности извлекать из нее информацию). Очевидно, что функции лобных долей по составлению планов должны быть связаны с восстановлением в памяти соответствующих ситуаций из прошлого опыта; эти данные могут поступать из височной коры.

Еще один анатомический аспект, имеющий важное значение для понимания того, что такое сознание и язык, — это полушарная организация мозга.

⇐ Предыдущая48495051525354555657Следующая ⇒

Поделиться: