Станислас Деан - Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока

В рамках другого направления исследований ученые пытаются выяснить, какую роль играют синаптические и прочие изменения в наиболее сложных типах научения, на которые только способен человеческий мозг. Прежде всего речь идет, разумеется, о научении, основанном на «языке мышления» и быстрой рекомбинации существующих понятий. Как мы уже видели, традиционные модели искусственных нейронных сетей обеспечивают более или менее правдоподобное объяснение того, как миллионы изменяющихся синапсов позволяют нам распознавать числа, объекты или лица. Однако до сих пор не существует по-настоящему удовлетворительной модели того, каким именно образом синаптические изменения содействуют овладению речью или усвоению математических понятий. Переход от синапсов к символическим правилам, которые мы изучаем на уроках математики, до сих пор остается загадкой. Посему я призываю всех мыслить открыто: пока мы еще очень далеки от полного понимания биологических кодов, с помощью которых наш мозг хранит воспоминания.

Несомненно одно: когда мы учимся, в нашем мозге происходят масштабные биологические трансформации. Меняются не только каркасы из дендритов и аксонов всех задействованных нейронов, но и окружающие их глиальные клетки. Все эти преобразования требуют времени. Каждый учебный опыт влечет за собой целый каскад биологических изменений, которые могут занять несколько дней. Экспрессия многочисленных генов, отвечающих за пластичность, заставляет клетки вырабатывать белки и мембраны, необходимые для образования новых синапсов, дендритов и аксонов. Этот процесс чрезвычайно энергоемкий: мозг маленького ребенка потребляет до 50 процентов энергетического баланса организма. Глюкоза, кислород, витамины, железо, йод, жирные кислоты – без этих и многих других питательных веществ рост мозга невозможен. Мозг питается не только интеллектуальной стимуляцией. Чтобы создавать и разрушать несколько миллионов синапсов в секунду, ему требуется сбалансированное питание, кислород и физические упражнения 121.

Потребность развивающегося мозга в правильном питании иллюстрируется одной печальной историей, которая произошла в Израиле в ноябре 2003 года. Всего за одну ночь в детские больницы по всей стране поступили десятки младенцев, заболевших неизвестной болезнью 122. У всех наблюдались тяжелые неврологические симптомы: вялость, рвота, нарушения зрения и активности. Некоторые впали в кому; двое погибли. Началась гонка со временем: что это за новая болезнь и чем вызвано ее внезапное развитие?

В конце концов выяснилось, что всех больных детей кормили из бутылочки одним и тем же сухим соевым молоком. Анализ его формулы подтвердил худшие опасения. Согласно этикетке, молоко должно было содержать 385 миллиграммов тиамина, более известного как витамин В 1. На деле его там не было вообще. Производитель признался, что в начале 2003 года состав смеси изменился: по экономическим соображениям в молоко перестали добавлять тиамин. Этот витамин, однако, является важнейшим питательным веществом для мозга. Поскольку в организме тиамин не накапливается, его отсутствие в рационе быстро приводит к выраженному дефициту.

Неврологи уже знали, что дефицит тиамина у взрослых вызывает тяжелое неврологическое расстройство, синдром Вернике—Корсакова, чаще всего поражающий сильно пьющих людей. В острой фазе возможно развитие энцефалопатии Вернике, которая в некоторых случаях заканчивается летальным исходом. Спутанность сознания, расстройство движений глаз, неспособность координировать движения и недостаточная бдительность, иногда приводящие к коме и смерти… симптомы болезни во всем сходились с симптомами, которые наблюдались у младенцев в Израиле.

Окончательным доказательством послужили результаты терапевтического вмешательства. Как только дети снова стали получать витамин В 1, их состояние улучшилось, уже через несколько дней они смогли вернуться домой. По разным оценкам, от шестисот до тысячи израильских младенцев испытывали недостаток тиамина в течение двух или трех недель. Восстановление сбалансированного питания спасло им жизнь. Однако спустя годы, в возрасте шести-семи лет, почти у всех проявились серьезные проблемы с речью. Израильский психолог Наама Фридман, обследовавшая около шестидесяти таких детей, обнаружила, что для большинства были характерны нарушения в понимании и образовании устной и письменной речи. Наиболее выраженные аномалии наблюдались в сфере грамматики: прочитав или услышав предложение, дети с трудом могли сообразить, кто что с кем делает. Даже такая простая задача, как озаглавливание картинки – например, изображения овцы, – вызывала определенные сложности. Тем не менее концептуальная обработка казалась интактной: например, клубок шерсти дети правильно ассоциировали с овцой, а не со львом. В норме были и все остальные показатели, включая интеллект.

Это происшествие – лучшее свидетельство того, что и у нейропластичности есть свои границы. Овладение речью, очевидно, основано на невероятной гибкости младенческого мозга. Любой малыш способен выучить любой язык мира, от тонов китайского до щелчков банту: его мозг соответствующим образом меняется в ответ на погружение в определенную языковую среду. К несчастью, эта пластичность не бесконечна и не волшебна: это сугубо материальный процесс, требующий определенных питательных и энергетических затрат. Даже несколько недель депривации могут привести к перманентным нарушениям. Поскольку организация мозга носит модульный характер, нарушения могут быть ограничены одной когнитивной областью, такой как грамматика или словарный запас. Педиатрическая литература полна подобных примеров. Я мог бы упомянуть, например, фетальный алкогольный синдром, причиной которого является воздействие на плод алкоголя. Алкоголь – это тератоген, вещество, вызывающее пороки развития тела и мозга; для формирующейся нервной системы это настоящий яд, которого следует избегать на протяжении всей беременности. Чтобы дендритные деревья росли, сад мозга должен быть обеспечен всеми необходимыми ему питательными веществами.

Но насколько пластичен хорошо питающийся мозг? Может ли он полностью перестроиться, кардинально изменить свою анатомию под влиянием опыта? Ответ – нет. Пластичность – это приспособительная переменная. Она имеет фундаментальное значение для научения, но не может выйти за рамки генетических ограничений, которые делают нас теми, кто мы есть, – совокупностью фиксированного генома и уникальных переживаний.