Майкл Мерзенич о перепрограммировании мозга

Эта машина, которая есть у нас всех в черепе, напоминает мне афоризм Вуди Аллена — вопрос о том, что самое лучшее заключено в нашем черепе. Это и есть эта машина. Она сконструирована для изменения. Она сосредоточена на изменениях. Это дает нам возможность сделать завтра то, что мы не можем сделать сегодня, сделать сегодня то, что мы не могли сделать вчера. Конечно, мы рождаемся глупыми.

Когда вы последний раз были в присутствии ребенка – это моя внучка Митра. Не правда ли она изумительна? Когда она появилась на свет, ее мозг уже прогрессировал в своем развитии несколько месяцев, на основе ее опыта в утробе. Несмотря на все это, ее возможности крайне ограничены, как и у каждого младенца в момент нормального по времени рождения. Если бы мы описали ее возможности восприятия, мы бы назвали их сырыми. Нет действительных показаний того, что происходит какой-либо мыслительный процесс. Кстати, есть очень мало показателей мыслительных способностей новорожденных младенцев. Младенцы вообще не реагируют. Есть мало фактов, свидетельствующих, что человек там вообще на борту. И они могут только очень примитивно и очень ограниченно контролировать свои движения.

Пройдет несколько месяцев перед тем, как этот младенец сможет сделать что-то такое простое, как дотянуться и сознательно схватить и положить объект, обычно, в рот. И пройдет еще несколько месяцев, пока мы увидим продолжительный уверенный прогресс эволюции: от первого покачивания, до переворачивания, сидения и ползания, стояния, хождения, перед тем, как мы достигнем магического момента, когда мы сможем передвигаться по миру. И все же, когда мы посмотрим на мозг, мы видим действительно поразительный прогресс. В этом возрасте мозг уже может хранить информацию. И он хранит, записывает и быстро находит тысячи значений, десятки тысяч значений объектов, действий и их отношения в мире. И эти отношения могут быть скомбинированы в сотни тысяч, потенциально, в миллионы разных комбинаций. В этом возрасте мозг контролирует отточенные возможности к восприятию. На самом деле, у него уже есть возрастающий набор мыслительных возможностей. Мозг, в принципе, это думающая машина. И в этом возрасте уже не стоит вопрос, управляет ли этим мозгом кто-либо. Вообще-то, в этом возрасте мозг существенно контролирует свое собственное развитие. И в этом возрасте мы наблюдаем поразительную эволюцию в его возможности контролировать движения.

Сейчас движения достигли точки, где он может контролировать движения одновременно в сложной последовательности, в сложных комбинациях, как, например, необходимо для такой сложной игры, как футбол. Теперь этот мальчик может набивать мяч головой. И там, откуда этот мальчик: Сан-Паулу, Бразилия, около 40% мальчиков в его возрасте могут делать так же. Вы можете прогулятся где-нибудь в Монтерее, и вам будет не так легко найти мальчишку с такими же возможностями. И, если вы таки его найдете, он, возможно, будет из Сан-Паулу.

Или, говоря по-другому, наши индивидуальные умения и возможности определяются нашей окружающей средой. Окружающая среда включает нашу современную культуру, то, чем наш мозг занимается каждый день. Потому что, то что мы совершаем в нашей персональной эволоции, это сбор большой коллекции специальных умений и способностей, специфических для наших индивидуальных историй. И они производят чудесное разнообразие в человечестве. Таким образом, нет одинаковых двух из нас. У каждого из нас есть различный набор приобретенных умений и возможностей, каждый из которых произведен из пластичности и приспособляемости нашей невероятной адаптивной машины. В мозге взрослого мы накопили огромное количество умений и способностей, которые мы можем выполнять более или менее автоматически по памяти, и это определяет нас как живущих, движущихся, думающих созданий.

Теперь мы изучаем это, как «ботаники», университетские лаборанты, изучая мозг таких животных, как крысы, или обезьяны, или этого особенно удивительного создания – одной из наиболее странных форм жизни не земле – используя их в изучении новых умений и способностей. И мы пытаемся отследить изменения, которые происходят, когда осваивается новое умение или способность. Кстати, мы изучаем индивидуумов в любом возрасте, в этих разных видах. Так сказать, с младенчества и до глубокой старости. Так мы можем изучать, например, крысу, обретающую новое умение или способность, возможность использования крысой ее лап, для усовершенствования особенной механической способности хватать, так же как мы можем исследовать детей и их способности научиться чему-то, или какое-то общее умение, как, например, умение читать. Или мы можем рассмотреть более взрослого человека, который достиг совершенства в сложном наборе способностей относящихся, например, к чтению нот или выполнению художественного выступления, например, музыкального выступления.

Из этих исследований мы определили две главные эпохи пластической истории мозга. Первая эпоха общеизвестна как «Критический Период». В этот период мозг настраивается в своей начальной форме, в основе вычислительной деятельности. Это, кстати, период серьезных перемен, во время которого не надо, по существу, обучаться, чтобы управлять начальным составом аппарата мозга. Все, что нужно, например, для звукового домена – это подвергнуться звуку. И мозг во власти окружающей среды, в которой он развивается. Так, например, я могу вырастить животное в среде, где звучит бесмысленный скрытый звук. Набор звуков, которые я произвожу. Я сделаю это просто исскуственно завышая их важность для животного и его молодого мозга. И я обнаружу, что в настройке мозга животного процесс обработки этого звука представлен в форме, которая его идеализирует, в пределах возможностей обработки звука для его подачи в организованном и значимом виде. Звук не должен быть ценным для животного. Я могу вырастить животное под теоретически важные звуки, например, звуки, которые симулируют звуки языка ребенка. И я вижу, что мозг разрабатывает специальный процессор. Специализирующийся в сложном массиве, наборе звуков. Это усиливает их отделенное представление в многомерных нейронных представительных условиях.

Или я могу подвергнуть животное совершенно бессмысленному и разрушающему звуку. Я могу вырастить животное в таких условиях, что было бы эквивалентным развитию ребенка под достаточно шумным потолочным вентелятором в присутсвии постоянного шума. И этим я специализирую мозг в обработке этого бесмысленного звука. Я расстраиваю его способность различать какой-либо значимый звук как последовательность. Такие вещи случались в истории реальных детей. И они ответственны, например, за красивую эволюцию языкового процессора в любом нормально развитом ребенке. И они же ответственны за дефекты в развитии мыслительного процесса в существенном количестве детей, которые более ограничены в последствии в их языковых возможностях в более позднем возрасте.

Теперь, в этот начальный период гибкости мозг изменяется независимо от обучающего контекста. Я не должен обращать внимание на то, что я слышу. Вводные данные не обязательно должны иметь смысл. Я не обязательно должен быть в поведенческом контексте. Это нужно, чтобы мозг начал свою обработку так, чтобы действовать по-другому, так, чтобы действовать избирательно, так, чтобы его носитель мог начать действоать по своему выбраному пути. В следующей великой эпохе жизни, применимой почти для всех форм жизни, мозг настраивает свой аппарат поскольку совершенствует набор умений и способностей. И в эту эпоху, которая простирается от конца первого года жизни и до смерти, далает это под поведенчиским контролем. И, по-другому говоря, стратегии мозга определяют важность входных данных. И фокусируются на умении после умения, или способности после способности, под специальным внимательным контролем. Это функция того, что или цель поведения достигнута, или индивидуум награжден за поведение. Это действительно впечатляюще. Эта способность мозга изменяться всю жизнь мощно выражена. Это основа наших настоящих различий, одной личности от другой. Вы можете рассмотреть мозг животного, владеющего каким-то специальным умением, и вы можете стать свидетелем или задокументировать это измение на разных уровнях.

Итак, очень простой эксперимент. Он в действительности был проведен около 5 лет назад в сотрудничестве с учеными из университета Прованса в Марселе. Это очень простой эксперимент, в котором обезьяна была натренирована умению, включающему манипулирование инструментом, эквивалентному по сложности ребенку, учащемуся манимулировать или использовать ложку. Обезьяна действительно научилась этому через примерно 700 практических попыток. Так, вначале обезьяна совсем не могла выполнить задачу. Успех был только в примерно каждой восьмой попытке. Попытки были скрупулезными. Каждая принципиально отличалась друг от друга. Но обезьяна постепенно разработала стратегию. И спустя 700 или около того попыток обезьяна выполняла задачу мастерски, никогда не ошибаясь. Он удачен в доставании еды этим инструментом каждый раз. В этот момент задача исполнялась красивым стереотипным путем: прекрасно управляемым и часто повторяемым, от попытки к попытке.

Мы можем рассмотреть мозг обезьяны. И мы видим, что он искажен. Мы можем проследить изменения, и проследили эти изменения на многих действиях во времени. И здесь мы видим изменение, представленное на карте кожи руки обезьяны. Теперь это карта поверхности мозга, в которой очень тщательным образом мы реконструировали отклики место за местом, в очень детальном соответсвии откликов его нейронов. Мы видим здесь реконструкцию того, как рука предствалена в мозгу. В действительности мы исказили карту как упражнение. Это обозначено розовым цветом. Мы имеем пару отпечатков пальцев больше. Это поверхности, которые обезьяна использует для манимулирования инструментом. Если мы посмотрим на избирательность откликов в коре головного мозга обезьяны, мы видим, что обезьяна изменила характеристику фильтров, которые представляют входные данные от кожы с кончиков пальцев, которые задействованы. Другими словами, это все еще одиночное простое представление кончиков пальцев в сложно организованной поверхности коры головного мозга. У обезьяны он такой же, как у вас. И все же сейчас это представлено существенно более точно. Обезьяна получает более детальную информацию с этих участков. И это неизвестная, не подозреваемая, может быть, вами часть приобретения умения или способности.

Теперь мы рассмотрели несколько разных областей коры головного мозга обезьяны, обучаемой этой задаче. В каждой из них изменения, связанные со специальным умением или способностью. Так, например, мы можем рассмотреть область коры, представляющую ввод, которая контролирует позу обезьяны. Мы смотрим на области коры головного мозга, которые контролируют специальные движения или последовательности движений, которые необходимы для умения и так далее. Они все обновлены. Они все стали специализированными для конкретной задачи. 15 или 20 областей коры головного мозга, которые специально изменяются, когда мы обучаемся простой операции, как эта. Это представляет большую перемену в вашем мозгу. Это испытанным путем представляет перемену реакции десятков миллионов, возможно сотен миллионов нейронов в вашем мозгу. Это представляет изменения в сотнях миллионов, возможно миллиардах синаптических соединений в вашем мозгу. Это сконструировано физическим изменением. И уровень этого изменения огромен. Подумайте об изменениях, происходящих в мозгу ребенка, проходящего через курс приобретения навыков движения. Или приобретающем способность говорить на родном языке. Эти изменения огромны.

Речь идет о выборочном представлении вещей, которые важны для мозга. Потому что в основном функция мозга находится под контролем поведенческого контекста. Это то, на что вы обращаете внимание. Это то, что полезно вам. Это то, что мозг считает позитивным и важным для вас. Все дело в обработке, осуществляемой корой головного мозга и специализации передней части мозга. И это определяет вашу специализацию. Именно поэтому вы с вашими умениями и навыками представляете из себя уникального специалиста. Специалист, который существенно отличается физическими особенностями мозга от мозга индивидуума, жившего 100 лет назад. Огромная разница в деталях с мозгом среднего индивидуума жившего 1000 лет назад. Одна из характеристик этого изменения заключается в том, что информация всегда соотносится с разными входами либо информация возникает в настроящее время, в контексте. Это так потому, что мозг вырабатывает представления вещей, которые связаны между собой в коротких промежутках времени и которые так же соотносятся друг с другом в последующих моментах. Мозг записывает всю информацию и управляет всеми изменениям во временом контексте. Это поражает, но самый мощный контекст, возникающий в вашем мозгу, – это вы. Миллиарды событий, составляющие вашу личную историю, относящихся во времени и к вам как к получателю или к вам как актеру, к вам как мыслителю, к вам как инициатору движения. Миллиарды тончайших нитей ощущений протягиваются от поверхности вашего тела и всегда ассоциируются с вами как с получателем и в результате олицетворяют вас. Вы собраны, ваша сущность построена из миллиардов этих событий. Она простроена. Она создана вашим мозгом. И она создается вашим мозгом через физическое изменение. Это изумительно спроектированная штука, выражаемая в индивидуальной форме, потому что у каждого из нас очень различные истории. И чрезвычайно различающийся опыт, который впускает в нас это чудесное многообразие сущности, многообразие личности.

Мы использовали это исследование, чтобы попытаться понять не только, как нормальный человек развивается и разрабатывает свои умения и способности, но также попытаться понять природу ухудшения и природу различий и вариантности, которые могут ограничить возможости ребенка или взрослого. Я расскажу об использовании этих стратегий в проектировании подхода, основанного на пластичности мозга, и предназначенного исправлять механизмы работы в мозгу ребенка, чтобы увеличить способности ребенка как пользователя и получателя языка и, впоследствии, – читателя. И еще я расскажу об экспериментах, которые используют эту науку о мозге. Во-первых, чтобы понять, как это влияет на потерю работоспособности, когда мы стареем. Потом, используя целевой подход, мы постараемся выделить механизмы восстановления функции в пожилом возрасте.

Итак, первый пример, который я приведу, относится к детям со сложностями в обучении. У нас есть огромный пласт литературы, который демонстрирует, что фундаментальная проблема с большинством детей, у которых рано проявились сложности с языком и которым будет тяжело научится читать, это то, что их языковой процессор создан в неисправной форме. И причина, что он развивается в неисправной форме, в том, что в начальной стадии своей жизни процесс сопровождался шумом. Вот и все. Это обычная проблема отношения «сигнал-шум». Так? И есть много вещей, которые способствуют этому. Существует множество наследственных проблем, которые могут сделать механизм «шумным». Можно сказать, что проблема шума может сформироваться на основе информации, поступающей из внешнего мира через уши.

Если кто-нибудь… Те из зрителей, кто постарше, знают, что, например, когда я был маленьким, мы говорили что ребенок, рожденный с закрытым родничком, рождается с тем, что мы называли умственной неполноценностью. Мы знали, что они будут отсталыми. Мы знали, что им будет тяжело развить нормальные языковые способности. И мы знали, что им будет тяжело научиться читать. Большинство из них были бы интеллектуальными и академическими неудачниками. Это прошло. Такой подход более не применим. Это наследственная слабость, наследственное заболевание испарилось. Мы больше о нем не слышим. Куда оно подевалось? Ну, один датский хирург понял около 35 лет назад, что если исправить проблему достаточно рано, когда мозг находится в своем начальном гибком периоде, то он сможет точно настроить механизм, в этот начальный критичный период, ничего из перечисленного не произойдет. Что мы делаем, оперируя на родничке? Мы просто открываем трубы, выкачивающие жидкость из среднего уха, которые постоянно заполнены. Каждый звук, неисправно слышимый ребенком, кажется приглушенным. Хуже качеством. Родной язык ребенка в таком случае не английский. И не японский. Это приглушенный английский. Это ухудшенный японский. Это чушь. И мозг специализируется на ней. Он создает представление о языке. И потом ребенок навсегда остается с ним.

Далее, эта чушь образовывается не только в ухе. Это может происходить в мозгу. Мозг сам по себе может быть шумным. Он обычно такой. Существует много наследственных дефектов, делающих его более шумным. И родной язык для ребенка с таким мозгом ухудшен. Это не английский. Это шумный английский. Это приводит к неверным представлениям о звучании слов, не нормальная, другая стратегия механизма с другими по протяжению константами. И вы можете рассмотреть мозг такого ребенкаа и записать эти временные константы. Они где-то на порядок больше по величине, и, в среднем, где-то в 11 раз длиннее по времени, чем у нормального ребенка. Протяженные константы где-то в три раза больше. У такого ребенка будут сложности с памятью и мышлением в этой области. Конечно, будут. Потому что как получатели языка они получают и интерпретируют его. И информация представляет чепуху. И у них будут слабые способности к чтению. Потому что чтение зависит от перевода звучания слов в их орфографическую или визуальную форму. Если у вас нет мозгового представления звуков слов – этот перевод не имеет смысла. И у вас будет соответственно аномальная неврология.

Потом все больше, от проверки к проверке в их действиях с языком и в их действиях с чтением мы наблюдаем эту аномальную неврологию. И идея здесь в том, что вы можете натренировать мозг, чтобы избежать этого. Один из способов обдумать это состоит в том, что вы можете перезаписать мыслительные способности механизма, изменяя его. Изменяя его в деталях. Это занимает около 30 часов в среднем. И мы добились этого сегодня у примерно 430 000 детей. И примерно 15 000 детей проходят тренинг в настоящее время. Действительно, когда мы смотрим на результат — он существенный.

Здесь мы видим нормальное распределение. Наиболее нас интересуют эти дети с левой стороны распределения. Это примерно 3000 детей. Вы можете видеть, что большинство детей с левой стороны распределения двигаются к центру или в правую сторону. Это общий анализ их языковых способностей. Это вроде интелектуального теста для языка. Влияние на распределение, если мы натренируем каждого ребенка в Соединенных Штатах, был бы сдвиг всего распределения вправо и сужение распределения. Это существенно большой результат.

Подумайте о детях в классе по языку. Подумайте о детях, замедляющих весь класс. У нас есть потенциал, чтобы сдвинуть большинство этих детей в центр или даже в прогрессивную часть. В дополнение к точному обучению языку это также исправляет проблемы с памятью, мышлением и речью. И важный навык, зависящий от языка, развивающийся этими тренировками, – это, например, чтение. И, по большему счету, они чинят мозг. Вы можете рассмотреть мозг ребенка во всем многообразии задач ученых из Стэнфорда, и MIT, и Университета Калифорнии в Сан-Франциско и в Лос-Анджелесе и многих других организаций. И дети с разными языковыми моделями, с разными моделями чтения, у большинства из них нейронные реакции, в целом аномальные перед началом, приходят в норму в процессе тренировок.

Теперь мы можем использовать этот же подход для рассмотрения проблем старения. Там, где теперь механизм дегенерирует, он портится. Шум увеличивается в мозгу. И обучающее модулирование и контроль ухудшаются. И вы можете рассмотреть мозг такого человека и стать свидетелем изменений во временных и промежуточных константах в которых, например, мозг снова представляет язык. Как мозг вышел из хаоса в начале, он направляется назад в хаос к концу. В результате наблюдается потеря памяти, упадок мышления и возможности держать осанку, проворства. Выходит, вы можете тренировать мозг такого человека, небольшой процент таких людей, тренировать также интенсивно примерно 30 часов. Им от 80 до 90 лет.

И вы увидите существенное улучшение их кратковременной памяти, их возможности помнить вещи после паузы, возможности контролировать внимание, их языковые, визуальные и пространственные способности. В целом, нейропсихологический индекс тех, кто был натренирован в этой категории, был около 2 стандартных отклонений. Это означает, что если вы сидите с левой стороны распределения и рассматриваете ваши нейропсихологические способоности, средний человек сдвинулся к центру или к правой стороне распределения. Это означает, что большинство людей, кто рискует своим рассудком, в ранней или поздней перспективе, сейчас в более защищенной позиции.

Мои задача — попытаться спасти пожилых граждан более полно, в больших количествах. Потому что, я думаю, что в этой области это возможно, и в большом масштабе. И то же относится к детям. Мой главный интерес — как расширить эту науку, чтобы решить другие недуги. Я особенно заинтересован в таких вещах, как аутизм и целебральный паралич, это огромные детские катастрофы. И в старом возрасте такие проблемы, как Паркинсон и другие приобретенные ограничения, вроде шизофрении.

Ваша задача по отношения к этой науке — это поддержка вашей высоко функциональной обучаемой машины. И, конечно, хорошо организованной жизни, в которой обучение — ее постоянная часть, ключ. Но также ваше будущее — это тренировка мозга. Будьте готовы к этому. Это будет частью жизни любого в не таком далеком будущем. Так же, как физические упражнения, часть жизни каждого организованного человека в современном мире. По-другому, мы придем к пониманию того, что литература и наука так же важны для вас, в том, как совершенствовать себя. Сейчас наука говорит нам, что вы изменяетесь, что все в ваших руках, ваше счастье, ваше самочувствие, ваши способности и возможности, способность к постоянному изменению, постоянному улучшению, и вы — ответсвенный игрок и участник. Конечно, множество людей проигнорируют этот совет. Пройдет много времени перед тем, как они по-настоящему поймут. Но это уже другая история, и я не виноват.

Перевод: Алекс Фельдман
Редактор: Марьяна Ковальчук

Источник