Я помню, как в первый раз посмотрела на клетки головного мозга под микроскопом. В середине и конце 1970-х годов единственный способ изучать изменения в нейронах, например которые происходят во время обучения, – это смотреть в микроскоп на клетки через определенные промежутки времени. Сегодня у нас есть удивительные томографы и специализированные микроскопы, которые позволяют заглянуть в мозг и увидеть, как клетки и синапсы изменяются в реальном времени.

Если вы изучаете что-то прямо сейчас, ваши нейроны изменятся через пятнадцать минут, создавая больше синапсов и рецепторов. Изменения начинаются в течение миллисекунд обучения чему-то новому и происходят в течение нескольких минут и часов. Когда я смотрю на клетки головного мозга под микроскопом, я думаю о миллиардах нейронов, которые соединены между собой, и о том, как мы все еще пытаемся понять эти соединения. Сегодня мы знаем, что нет двух человек, у которых были бы одинаковые соединения в мозге, и что опыт формируется у всех по-разному. Это последний рубеж, наша собственная внутренняя граница, и мы только сейчас начинаем видеть все паттерны.

В человеческом мозге существует сто миллиардов нейронов и примерно триста тысяч из них можно разместить на булавочной головке. А если разместить один за другим нейроны одной только коры мозга, то эта цепочка может растянуться на сто тысяч миль – этого будет достаточно, чтобы четыре раза обогнуть земной шар.

При рождении у нас больше нейронов, чем в любой другой период нашей жизни. На самом деле наш мозг имеет наибольшую плотность нейронов до рождения, между третьим и шестым месяцем беременности. Сокращение большой части серого вещества происходит в последний триместр и в первый год жизни ребенка. Тем не менее к моменту рождения мозг «переполнен» нейронами. Почему? Переизбыток нервных клеток в организме младенца необходим, чтобы ответить на шквал стимулов, который возникает с приходом в этот мир. В ответ на все новые звуки, запахи, ощущения и т. д. нейроны разветвляются в мозге ребенка, создавая густой лес нейронных связей.

Тогда почему не все дети крошечные Моцарты и Эйнштейны? Потому что, когда мы рождаемся, лишь очень маленький процент этого избытка нейронов соединяется в сеть. Информация поступает внутрь, активирует нейроны, но мозг не знает, куда направлять ее дальше. Как человек, оказавшийся в центре незнакомого и многолюдного города, мозг младенца находится в окружении возможностей и пока еще не имеет карты и компаса, чтобы ориентироваться в этом странном новом мире.

«Все младенцы рождаются в состоянии психоделического благолепия, напоминающего галлюцинирование под влиянием наркотиков» – так красочно описывает это состояние Даниэль Левитин, нейробиолог из Университета Макгилла в Монреале, Канада. Нейрон отвечает на стимул всплеском активности, называемым потенциалом действия. Это электрический сигнал, проходящий из точки контакта со стимулом (или нейромедиатором) принимающей «конечности» нейрона, называемой дендритом, через тело клетки.

Когда мы видим красный цвет, чувствуем запах розы, шевелим мускулом или запоминаем чье-то имя, наши нервные клетки генерируют потенциалы действия.

РИСУНОК 6. Анатомия нейронов, аксонов, нейромедиаторов, синапсов, дендритов и миелина. Сигналы между клетками проходят в одном направлении, от аксонов к дендритному шипику, через синапс. Аксоны с миелиновым покрытием передают сигналы быстрее, чем без покрытия. В синапсе молекула нейромедиатора связывается с рецептором на дендритном шипике.

Тело клетки каждого нейрона можно представить в виде реле, где есть входящие и исходящие сигналы. Как только исходящий сигнал достигает синаптического окончания, которым заканчивается аксон, он запускает реакцию, в результате которой синаптическое окончание высвобождает молекулы химических посланников под названием нейромедиаторы, или нейротрансмиттеры.

Точка соприкосновения между двумя нейронами называется синапс, и его ширина составляет не более двух миллионных долей дюйма. Сигнал идет через тело нейрона в аксон, в его синаптическое окончание. И оттуда выделяется в синапс уже как химическое послание – в виде молекул нейромедиаторов. Как проникающая смазка, нейромедиаторы пересекают синапс и воздействуют на рецептор дендрита следующего нейрона – и таким образом несут информацию от одной клетки к другой. Активированный рецептор запускает цепную реакцию сигналов в принимающей клетке, вызывая в ней электрический импульс, или потенциал действия, который проходит от дендрита через тело клетки к ее аксону.

Чтобы нейронам выжить, им необходимы вспомогательные клетки, называемые глии. Есть несколько типов глий: астроциты, микроглии и олигодендроциты. Астроциты защищают нейроны, подпитывая их и очищая межклеточную жидкость от нежелательных химических вещества. Это помогает поддерживать нейроны мозга на оптимальном уровне функционирования. Микроглии – это крошечные клетки, которые движутся вокруг нейрона и активируются, когда появляется инфекция или воспаление, для борьбы с повреждениями – как армия, которая всегда наготове. Но поскольку мозг создан разумно, микроглии также имеют и повседневные функции, своего рода обязанности по ведению домашнего хозяйства. Поэтому, даже если они не активированы, они все равно помогают поддерживать здоровье и благополучие синапсов.

Олигодендроциты производят миелин, который покрывает аксоны нейронов. Эти клетки, плотно сконцентрированные в белом веществе, оборачивают миелин вокруг аксонов, чтобы изолировать их – так же, как резина изолирует электрический провод.

Хотя вы родились с большим запасом нейронов, основная часть синапсов в коре к моменту рождения еще не сформирована. В нижних областях, таких как ствол мозга, синапсы почти все зрелые. В коре же синапсы образуются в основном после рождения – во время всплеска активности, известного как критический период, о котором я упоминала ранее. На этом этапе развития мозг ребенка создает два миллиона синапсов каждую секунду, что позволяет младенцу обрести цветовое зрение, научиться хватать, распознавать лица и сформировать привязанность к родителям.

Мозг младенца как бы выдвигает миллиарды антенн, которые сканируют мир информации. Чтобы каждый синапс выжил, он должен найти другой нейрон, которому он может отправить информацию; вот почему количество синапсов в мозге ребенка достигает пика в детстве.

Серое вещество – ткань мозга, отвечающая за обработку информации, – продолжает уплотняться в детстве, по мере того как клетки мозга создают дополнительные соединения за счет разветвления дендритов. Это похоже на дерево, выпускающее дополнительные ветви. Стимуляция, переживания, повторяющиеся ощущения – все это способствует созданию новых нервных путей. Это объясняет повышенную способность подростков быстро учиться новым вещам – от управления телевизионным пультом до китайского языка.

Обилие серого вещества, однако, может вызывать и своего рода когнитивный диссонанс, когда мозгу трудно выбрать правильный сигнал из всего этого «шума». В результате, к концу подросткового периода, мозг начинает устранять излишки синапсов и упорядочивать соединения.

Синапсы бывают двух видов: те, которые возбуждают, или включают, соседний нейрон, и те, которые тормозят, или выключают, соседний нейрон. Является ли синапс возбуждающим или то́рмозным – зависит от типа нейромедиатора, который выделяется из синаптического окончания аксона, и от рецептора, «принимающего» нейромедиатор.

РИСУНОК 7A. Тормозные клетки могут остановить передачу сигнала. Они высвобождают тормозные нейромедиаторы, которые остановят сигнал в нейроне и «отключат» клетку.