Одно из самых простых, но мощных подтверждений изменения синаптических связей было получено в результате серии экспериментов, проведённых биологом Эриком Канделом в начале 1970-х годов над аплизиями - большими морскими моллюсками. (Обитатели моря часто выступают в качестве наилучших объектов неврологических исследований, так как обладают более простой нервной системой и крупными нервными клетками.) Кандел, получивший за свои опыты Нобелевскую премию, обнаружил, что достаточно лёгкого прикосновения к жабрам моллюска, чтобы тот немедленно и рефлекторно отпрянул. Однако если прикасаться к ним раз за разом, не нанося при этом подопытному организму вреда, то это инстинктивное движение в какой-то момент прекратится. Моллюск привыкнет к прикосновению и научится не обращать на него внимания.
Наблюдая за нервной системой моллюсков, Кандел обнаружил, что «это приобретённое изменение поведения сопровождалось значительным ослаблением синаптических связей» между сенсорными нейронами, «чувствующими» прикосновение, и моторными нейронами, дающими жабрам команду сократиться. В обычном состоянии около до процентов сенсорных нейронов в жабрах моллюска связано с моторными нейронами. Но после того как учёный касался жабр сорок раз, связи между моторными и сенсорными нейронами сохранялись лишь в то процентах случаев. Исследование «убедительно доказало, - как писал Кандел, - что синапсы могут подвергаться значительным и продолжительным изменениям с точки зрения силы даже при незначительных объёмах тренировки».
Пластичность наших синапсов позволяет гармонично соединить между собой два направления философии, которые на протяжении столетий противопоставлялись друг другу. Речь идёт о рационализме и эмпиризме.
С точки зрения таких эмпириков, как Джон Локк, наш мозг в момент рождения представляет собой чистый лист, tabula rasa. Всё, что мы знаем, поступает к нам исключительно за счёт опыта и обучения в процессе жизни. Если говорить проще, то мы являемся продуктом воспитания, а не природы.
С точки зрения рационалистов, например Иммануила Канта, мы рождены со встроенными ментальными «шаблонами», определяющими, как мы ощущаем и осмысляем окружающий мир. Весь наш опыт фильтруется сквозь эти врождённые шаблоны. Природа преобладает над нами. Эксперименты с аплизиями показали, как пишет Кандел, что «право на жизнь заслуживают обе точки зрения - в сущности, они просто дополняют друг друга». Наши гены «определяют» многие из «связей между нейронами, иными словами, какие именно нейроны и когда формируют синаптические связи с другими». Именно эти генетически определяемые связи и формируют врождённые шаблоны, основную архитектуру мозга, о которой говорил Кант. Однако наш опыт в процессе жизни регулирует силу или «долгосрочную эффективность» этих связей, позволяя (как утверждал Локк) постоянно менять наш разум и «выражение новых моделей поведения».
Противостоящие друг другу философские школы рационального и эмпирического находят точку схождения в синапсе. В своей книге «Синаптическое Я» невролог из Нью-Йоркского университета Джозеф Леду объясняет, что природа и воспитание «в сущности, говорят на одном языке. В конечном итоге, оба достигают требуемых психических и поведенческих эффектов за счёт изменения синаптической организации мозга».
Мозг - вовсе не такая машина, какую мы себе представляли. Хотя отдельные его зоны и связаны с различными психическими функциями, клеточные компоненты не формируют постоянную структуру и не играют жёстко определённую роль. Они обладают гибкостью и меняются в зависимости от опыта, обстоятельств и потребностей. Некоторые из самых значимых и заметных изменений происходят в виде ответной реакции на повреждения нервной системы. Эксперименты показывают, к примеру, что даже в случае
возникновения у человека внезапной слепоты зона его мозга, отвечающая за обработку визуальных раздражителей, - зрительная кора - не погружается во тьму. Достаточно быстро она начинает использоваться другими цепями, отвечающими за обработку звуков. А если человек обучается чтению по методу Брайля, то зрительная кора начинает отвечать за новую функцию - переработку информации, получаемой за счёт осязания.
«Можно сказать, что нейроны «жаждут» получить входной сигнал, - поясняет Нэнси Канвишер из Института исследования мозга Макговерна при Массачусетском технологическом институте*. - Когда обычный источник входного сигнала исчезает, они начинают реализовать другие, наиболее близкие источники». Благодаря высокой способности нейронов к адаптации, слух и осязание могут усиливаться, компенсируя потерю зрения. И такие же изменения происходят в мозгу людей, теряющих слух: у них усиливаются все остальные чувства, тем самым компенсируя глухоту. К примеру, зона мозга, перерабатывающая сигналы периферийного видения, начинает расти для того, чтобы помочь людям лучше увидеть то, что прежде они могли лишь слышать.
Исследования людей, потерявших руки или ноги в результате несчастных случаев, наглядно показывают, насколько сильно может реорганизоваться мозг. Нейроны в мозгу жертв, которые прежде регистрировали ощущения в утраченных конечностях, быстро попадают в цепи, регистрирующие ощущения в других частях тела.
При исследовании подростка, потерявшего левую руку в результате автомобильной аварии, невролог В. С. Рамачандран, возглавляющий Центр исследований мозга и сознания при Калифорнийском университете в Сан- Диего, обнаружил, что когда он просил молодого человека закрыть глаза, а потом прикасался к различным зонам его лица, пациенту казалось, что исследователь касается его утраченной руки. В какой-то момент Рамачандран дотронулся до точки под носом подростка и спросил: «В каком месте ты чувствуешь прикосновение?» Мальчик ответил: «Вы трогаете мой левый мизинец. Я чувствую в нём покалывание». Карта мозга этого мальчика находилась в процессе реорганизации, а нейроны перестраивались для выполнения новых функций. В результате таких экспериментов стало возможным предположить, что «фантомные ощущения» в утраченных частях тела являются, во многом, результатом нейропластических изменений в мозге.
Растущий объём знаний о способностях мозга к адаптации привёл к возникновению новых видов терапии в случаях, прежде казавшихся неизлечимыми25. В своей книге «Мозг, изменяющий себя сам», вышедшей в 2007 году, Дойдж рассказывает историю человека по имени Майкл Бернстайн, пострадавшего в возрасте пятидесяти четырёх лет от сильного удара, в результате чего была повреждена правая часть его мозга и нарушилась нормальная координация движений левой стороны тела. С помощью традиционных программ физиотерапии он смог восстановить некоторые моторные навыки, однако его левая рука оставалась покалеченной, и для ходьбы ему приходилось пользоваться тростью.
До недавних пор на этом история и закончилась бы. Однако Бернстайн принял участие в программе экспериментальной терапии, проводившейся в Университете Алабамы Эдвардом Таубом - одним из пионеров в области нейропластики. В течение восьми часов в день по шесть дней в неделю Бернстайн работал левой рукой и левой ногой, раз за разом выполняя одни и те же рутинные задания. К примеру, ему поручалось в течение всего дня мыть окна в клинике. А весь следующий день он мог заниматься поиском определённых букв в выданном ему тексте.
Эти повторяющиеся действия были призваны побудить нейроны и синапсы сформировать новые контуры, способные принять на себя функции, прежде закреплённые за контурами в повреждённой зоне мозга. В течение всего нескольких недель он смог почти полностью восстановить нормальные движения ноги и руки, что позволило ему вернуться к обычной жизни и выбросить трость. Сходную положительную динамику показали и многие другие пациенты Тауба.
Большая часть ранних доказательств существования нейропластичности появилась благодаря изучению реакции мозга на травмы - будь то физический разрыв нервных связей на ладонях обезьянок Мерцениха или потеря человеком зрения, слуха или конечности. Это заставило некоторых учёных предположить, что пластичность взрослого мозга проявляется только в экстремальных ситуациях. Возможно, думали они, пластичность представляет собой механизм исцеления, приводимый в действие травмой мозга или органов чувств. Дальнейшие эксперименты показали, что дело обстоит иначе. Обширная и непрерывная пластичность была замечена и в здоровых, нормально функционирующих нервных системах. Это заставило ведущих неврологов прийти к заключению, что наш мозг постоянно находится в движении и адаптируется даже к незначительным изменениям во внешних обстоятельствах или нашем поведении. «Мы поняли, что нейропластичность не только возможна, но и постоянно происходит, - пишет Марк Халлетт, глава неврологического отделения Национального института здравоохранения. - Именно таким образом мы адаптируемся к изменяющимся условиям, узнаём новые факты и развиваем новые навыки»26.
