Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни - Ребекка Шварцлоуз

Развитие тактильных карт происходит несколько сложнее. Тактильные рецепторы, встроенные в восковую кожу плода, располагаются на всей поверхности тела и не могут, подобно клеткам сетчатки или улитки, создавать координированные волны. Вместо этого спинной мозг запускает случайные и быстрые подергивания рук и ног. Эти подергивания плода вызывают движения частей тела по отношению к амниотическому пузырю и стенкам матки и тем самым создают волны давления по всей поверхности кожи, активирующие тактильные рецепторы. Эти волны активности распространяются до области таламуса, ответственной за прикосновения. Отсюда они переходят на область S1, совершенствуя строение тактильной карты поверхности тела. Но роль подергиваний этим не ограничивается: область S1 перенаправляет волны соседнему фрагменту коры, который впоследствии становится двигательной картой M1. Таким образом, соматосенсорная карта уточняет отображение тела на будущей двигательной карте[130].

До этого момента я описывала области S1 и M1 так, как будто одна из них является исключительно тактильной, а другая связана только с движением. Хотя эти области часто именно так и описывают, на самом деле их трудно разделить. Даже в мозге взрослого человека в области S1 возникает ответ нейронов на движение, а нейроны в области M1 могут реагировать на прикосновение. Можно сказать, что карта S1 по большей части связана с тактильными ощущениями, а карта M1 связана в основном с движением. А многие ученые обобщенно называют эти области сенсомоторной корой. Возможно, зрелые карты S1 и M1 имеют взаимосвязанные функции по той причине, что движения и тактильные ощущения часто связаны в нашей обычной жизни вне матки. Движения тела вызывают ощущения на коже, а ощущения на коже часто заставляют нас совершать движения. Но возможно также, что это пережиток периода зарождения карт в матке, когда соматосенсорная кора сообщала двигательной коре информацию о теле, которым она будет управлять.

К концу третьего триместра беременности все главные связующие пути в мозге уже сформированы[131]. Кора становится морщинистой, как изюм, так что может увеличиться еще в пять раз, но при этом все еще помещаться в мягких и подвижных границах черепа. Карты мозга уже готовы воспринимать мир, в котором ребенку вскоре предстоит жить. И все это до того, как ребенок вдохнул воздух, испытал вес собственного тела и ощутил на себе прикосновение прямых солнечных лучей. Означает ли это, что карты нашего мозга окончательно сформированы генами еще до рождения? Вовсе нет. Гены определили первый важный этап. Говоря метафорически, из глины они слепили сложную основу, на которой строится конечный продукт. Они обеспечили сырой материал и базовую структуру мозга и его карт. Но когда эта структура была заложена, мозг начал чувствовать окружающий мир и учиться. В этот важнейший период обучения происходят уточнения и даже перестройки карт мозга, которые сказываются на всей последующей жизни.

Изучение мира при появлении на свет

Во время пребывания в утробе матери мы получили некоторое представление о мире, в котором нам предстояло родиться. Мы в какой-то степени слышали голос матери, передававший информацию о ней и о языке, которым нам позднее предстояло овладеть. Ритм ее сердцебиений и то, как ее движения подталкивали нас, составляли важную часть нашего существования в состоянии плода. А в момент рождения нас ввели в мир, наполненный ощущениями. Наши сенсорные карты, сформированные генами и натренированные волнами, теперь оказались засыпаны данными о нашем новом мире и о том, как наилучшим образом использовать эту информацию.

Один из способов изучения влияния раннего опыта на карты мозга заключается в изменении окружающей среды или сенсорного опыта новорожденных животных. Существует несколько возможностей для изменения окружающей среды новорожденного. Можно добавлять в среду нечто, что обычно не воздействует на новорожденное существо, можно удалять что-то, что обычно присутствует, а можно делать и то, и другое одновременно. Эксперименты на животных показывают, что удаление или добавление чего-то в нормальную среду новорожденного может приводить к перестройкам его карт мозга с долгосрочными последствиями.

Во многих исследованиях роль раннего опыта анализировали по его влиянию на карты звуковых частот, таких как A1, в слуховой коре крыс. В отличие от новорожденных детей, новорожденные крысята ничего не слышат и не видят еще более недели после рождения. При рождении крысята имеют грубую карту частот A1 в области от 1000 до 32 000 Гц с очень слабо развитым участком для восприятия частот выше 32 000 Гц[132].

Ученые идентифицировали несколько типов ультразвуковых криков, включая сигналы дистресса на 22 000 Гц, которые крысы посылают при боли или приближении хищника, а также сигналы радости примерно на частоте 50 000 Гц, которые крысы издают при игре, спаривании или щекотке[133]. Сигнал дистресса заставляет других крыс замирать или убегать, а крики радости призывают собратьев крыс приблизиться и активируют в их мозге центры удовольствия. Как смех у людей, так сигналы на частоте 50 000 Гц усиливают социальное взаимодействие и укрепляют связи между крысами.

Когда примерно через 12 дней после рождения крысята начинают слышать звуки окружающего мира, среди этих звуков, естественно, есть сигналы радости на частоте 50 000 Гц, издаваемые их матерью и другими сородичами. На карте A1 в мозге новорожденной крысы мало места уделено частотам выше 32 000 Гц, однако за две недели под влиянием звуков из окружающей среды карта A1 перестраивается, в результате чего какая-то часть ее территории, ранее обрабатывавшая звуки на частоте от 20 000 до 32 000 Гц, теперь обрабатывает звуки с частотой выше 32 000 Гц[134]. На самом деле около 40 % поверхности карты A1 взрослой крысы отводится под обработку звуков на частоте от 32 000 до 64 000 Гц.

Однако эта быстрая перестройка зависит от опыта. Ученые блокировали уши новорожденных крыс на протяжении двух недель с того момента, когда они начинают слышать. Их карта A1 все равно формировалась в соответствии со звуковыми частотами, но на ней гораздо более значительная территория отводилась обработке звуков с частотой около 25 000 Гц и гораздо менее значительная – обработке звуков с частотой около 50 000 Гц, чем у нормально слышащих собратьев. Это различие отражено на рис. 29. Короче говоря, у тех крысят, которые слышали важные звуки на частоте 50 000 Гц в первые недели жизни, увеличен участок карты A1, соответствующий этому диапазону частот. Но если в слуховом опыте крысят в этот важный период жизни после рождения не было этих сигналов, на их картах A1 нет обычного пространства для