Это открытие пришлось на то время, когда молодые люди в большинстве своем все меньше нуждаются в тренировке навыка навигации в пространстве. Как говорила мне нейробиолог Вероника Бобот, она начала подозревать, что современный образ жизни – малоподвижный, основанный на привычках, зависимый от технологии – меняет то, как дети и даже взрослые используют свой мозг. Бобот, научный сотрудник Университетского института психического здоровья им. Дугласа и адъюнкт-профессор кафедры психиатрии Университета Макгилла, двадцать лет изучала пространственное восприятие человека и убеждена, что мы все меньше и меньше тренируем свой гиппокамп и последствия этого могут быть пагубными. «У людей с уменьшенным объемом гиппокампа выше риск посттравматического стрессового расстройства, болезни Альцгеймера, шизофрении, депрессии, – объясняла она мне. – Долгое время мы думали, что болезнь
В основу докторской диссертации Бобот легла работа, которую она выполнила вместе с Линном Наделем, соавтором книги «Гиппокамп как когнитивная карта». «В то время все хотели исследовать гиппокамп – единственную структуру мозга, о которой было известно, что она связана с пространственной памятью», – отмечала она. В середине 1990-х гг. в Университете Макгилла, где Бобот тренировала память крыс, ее коллеги Норман Уайт и Марк Паккард открыли еще одну такую область – хвостатое ядро. Бобот заинтересовалась возможными следствиями из этого открытия. А что, если для разных стратегий навигации люди используют разные структуры мозга? Она начала ставить эксперименты с участием людей, чтобы понять, за какие стратегии отвечает гиппокамп, а за какие – хвостатое ядро. Выяснилось, что стратегии, соответствующие разным отделам мозга, радикально отличаются друг от друга.
«Гиппокамп участвует в пространственном обучении, при котором мы находим путь с учетом взаимоотношений между ориентирами, – объясняла Бобот. – Запомнив их взаимосвязь, вы можете проложить новый маршрут к любому месту в окружающей среде из любого исходного пункта. Пространственная память носит аллоцентрический характер, не зависящий от начальной точки. Вы используете пространственную память, когда можете мысленно представить свое окружение. Именно тогда вам и помогает ваша внутренняя карта – и по ней вы находите путь». Однако хвостатое ядро не участвует в создании когнитивных карт – эта структура формирует привычки. С ее помощью мозг может запомнить последовательность действий при движении к определенной цели, например, «повернуть направо на перекрестке у продуктового магазина» и «повернуть налево у высокого белого дома», формируя память по принципу «стимул – реакция». Поясняя, как работает хвостатое ядро, Бобот попросила меня представить дорогу до ближайшей булочной. «Каждый день вы идете одним и тем же маршрутом, и в какой-то момент ваши действия становятся автоматическими. Вы больше о них не думаете. Вы не спрашиваете себя, где нужно свернуть. Управление переходит к автопилоту. Вы видите белый дом, и он как стимул запускает реакцию: повернуть налево, чтобы дойти до булочной».
На первый взгляд эта стратегия похожа на эгоцентрическую, но на самом деле она существенно отличается от нее. По мнению Бобот, существует три типа стратегий «стимул – реакция», и эгоцентрическая лишь одна из них. «Эгоцентрическая стратегия предполагает последовательность правых и левых поворотов, которая начинается с исходного пункта: выйдя из дома (стимул), нужно повернуть направо (реакция). Различают также стратегию маяков, когда вы можете достичь цели из разных исходных пунктов: высокое белое здание – маяк (стимул), и вы идете к нему, на каждом перекрестке поворачивая в его направлении (реакция). Третий тип стратегии «стимул – реакция» встречается чаще всего: последовательность поворотов как реакций на разные ориентиры в окружающей среде». Несмотря на то что для успешной навигации хвостатое ядро использует повторение, его стратегия –
Эволюционная теория убедительно объясняет, почему природа изобрела эту иную цепь (на первый взгляд более простую): вам не нужно вспоминать маршрут или делать умозаключения об окружающем пространстве каждый раз, когда вы идете домой. Преимущество этой стратегии в том, что не нужно производить расчеты и принимать решения – или даже задумываться, куда мы идем и как туда попасть. Автопилот работает быстро и эффективно. «Мне не нужно думать, и это здорово!» – говорит Бобот. Впрочем, она также обнаружила отрицательную корреляцию между двумя стратегиями: для перемещения в пространстве мозг человека использует либо гиппокамп, либо хвостатое ядро, но никогда не включает эти области одновременно. Значит, отдавая предпочтение одной, мы реже обращаемся к другой, и, подобно тому как крепнущая мышца компенсирует слабость других, со временем определенная цепь становится преобладающей.
Ученым уже известно, что с возрастом меняются и те стратегии, которые мы применяем для перемещения в окружающем мире. В детстве и юности мы исследуем новые пространства, но со временем все больше ходим по знакомым маршрутам и возвращаемся в те места, которые почти не требуют когнитивной обработки, – мы меньше пользуемся гиппокампом. По всей видимости, жизнь каждого движется по этой траектории – от применения пространственных стратегий гиппокампа ко все большей автоматичности. Бобот с коллегами обнаружила эту закономерность в исследовании 599 детей и взрослых, сравнивая стратегии, которые те выбирали для решения задач. Выяснилось, что дети использовали пространственные стратегии гиппокампа в 85 % случаев, тогда как взрослые старше шестидесяти лет прибегали к этой стратегии для прохождения виртуального лабиринта лишь в 40 % случаев. Однако оставался вопрос, приводит ли предпочтение одной из стратегий к физиологическим различиям в плотности серого вещества и в объеме гиппокампа.
В 2003 и в 2007 гг. Бобот и несколько ее коллег опубликовали в журнале Journal of Neuroscience результаты двух исследований, посвященных измерению активности гиппокампа и хвостатого ядра и объема серого вещества в них. Исследователи имитировали классический пространственный тест для мышей и применили его к людям, создав радиальный лабиринт в виртуальном пространстве и предложив участникам эксперимента пройти его; активность мозга испытуемых регистрировалась с помощью функциональной МРТ. Как и ожидалось, у тех, кто использовал стратегии пространственной памяти, наблюдалась повышенная активность гиппокампа, а у тех, кто использовал стратегию «стимул – реакция», – повышенная активность хвостатого ядра. Но затем исследователи сделали следующий шаг и измерили у каждого из испытуемых морфологические различия этих двух областей мозга. У тех, кто использовал пространственные стратегии, чаще всего обнаруживалась большая плотность серого вещества в гиппокампе. Верно было и обратное: у тех, кто предпочитал стратегию «стимул – реакция», серого вещества было больше в хвостатом ядре. Но сами по себе эти результаты могут ни о чем не говорить. Скорее всего, мастера навигации умеют проявлять гибкость в выборе стратегии: переключаться на автопилот, когда нужны скорость и эффективность, и задействовать когнитивное картирование, чтобы решить новые задачи и преодолеть трудности, встречающиеся на пути. Но что происходит, если мы постоянно предпочитаем стратегию хвостатого ядра, отказываясь от стратегии гиппокампа? И что, если такое предпочтение не просто свойственно отдельным людям, а для него характерен, скажем так, эндемический охват?
По мнению Бобот, не исключено, что условия современной жизни приводят к тому, что мы меньше тренируем гиппокамп и все чаще рассчитываем на хвостатое ядро. «Возможно, в прошлом мы вообще не включали автопилот. Работа в одном месте и размеренная жизнь – это относительно новое явление. Индустриализация научила нас извлекать пользу из системы “привычка – память – научение”», – говорит она.
Помимо социальных перемен, объем гиппокампа могут уменьшить хронический стресс, невылеченная депрессия, бессонница и злоупотребление алкоголем. Исследователи уже смогли ясно показать, что одно лишь тревожное состояние негативно влияет на пространственное обучение и память у крыс. По всей видимости, стресс и депрессия воздействуют на нейрогенез в гиппокампе, а тренировки укрепляют память и способность к обучению, помогают сопротивляться депрессии, помогают образованию новых нейронов. Было продемонстрировано, что у пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством уменьшен объем гиппокампа, а после эффективного лечения, например с помощью депрессантов и перемены окружающей обстановки, объем гиппокампа увеличивался.
Широкое распространение этих заболеваний заставило Бобот предположить, что к тому времени, как дети становятся взрослыми, гиппокамп у них уже слегка «усыхает», что делает их склонными к когнитивным, эмоциональным и поведенческим нарушениям. И действительно, чрезмерное использование стратегий навигации «стимул – реакция», по всей видимости, соотносится с целым рядом пагубных, хотя, казалось бы, не связанных между собой типов поведения. Поскольку эти нейронные цепи расположены в полосатом теле, области мозга, участвующей в формировании зависимости, Бобот задалась вопросом: нет ли у людей, использующих для навигации стратегию «стимул – реакция», отличий в злоупотреблении алкоголем или наркотиками по сравнению с теми, кто предпочитает пространственные стратегии? В 2013 г. она провела исследование с участием 55 молодых людей, и результаты показали: у тех, кто предпочитал стратегию «стимул – реакция», уровень потребления алкоголя в расчете на годы жизни был в два раза выше, а также они чаще курили сигареты и марихуану. В другом исследовании, где приняли участие 255 детей, Бобот обнаружила, что дети, у которых наблюдались симптомы дефицита внимания и гиперактивности, были склонны выбирать стратегии с использованием хвостатого ядра. Не так давно Бобот и ее коллега Грег Уэст показали, что 90 часов видеоигр в стиле action в лаборатории приводят к уменьшению гиппокампа у молодых людей, которые используют хвостатое ядро, – это первое однозначное свидетельство того, что наше поведение способно оказать негативное воздействие на гиппокамп.
Но серьезнее всего связь между болезнью Альцгеймера и гиппокампом, впервые выявленная в конце 1980-х гг. Атрофия гиппокампа ассоциируется с нарушением памяти в пожилом возрасте, а нейровизуализация показала, что у пациентов с клинически диагностированной болезнью Альцгеймера атрофия наблюдается почти всегда. Более того, уменьшение объема гиппокампа и соседней энторинальной области коры может быть предвестником болезни Альцгеймера, которая разовьется через несколько лет. Это неудивительно в свете установленных связей между повреждением гиппокампа у пациентов с амнезией и потерей пространственной памяти. Пациенты с болезнью Альцгеймера постепенно лишаются не только памяти, но и личности. Но один из первых симптомов заболевания состоит в том, что люди не могут найти дорогу, не знают, где лежат их вещи, или забывают, где они находятся и как сюда попали.
Возможно, в связи гиппокампа с болезнью Альцгеймера играют роль и генетические факторы. Еще в 1993 г. исследователи выделили ген риска для болезни Альцгеймера – аполипопротеин E, или ApoE. Через год обнаружилось, что аллель этого гена (ApoE2) ассоциируется с
Генетическая предрасположенность способна ограничить атрофию. Но может ли активное использование когнитивной пространственной функции предотвратить деградацию? Бобот считает, что раннее вмешательство, направленное на тренировку пространственной памяти, на самом деле способно снизить скорость прогрессирования болезни Альцгеймера, а хорошая пространственная память может защитить людей от этого заболевания. У пожилых людей, использующих пространственную память, гиппокамп активнее и больше, а когнитивных нарушений у них меньше. Бобот уже выяснила, что у испытуемых, использовавших пространственные стратегии, меньше риск деменции, что подтверждает тест по Монреальской когнитивной шкале, предназначенный для выявления когнитивных нарушений на начальной стадии. Сейчас она пытается разработать методы обучения, которые помогут людям улучшить пространственную память и когнитивные способности. Среди рекомендаций – физические упражнения, средиземноморская диета, богатая жирными кислотами омега-3, медитация и глубокое дыхание, а также достаточная продолжительность сна. Но самое главное, она рекомендует активно строить когнитивные карты. Выбирайте новые улицы и прокладывайте короткие маршруты, регулярно представляйте окружающее пространство с ориентирами как картинку с высоты птичьего полета, встраивайте в повседневную жизнь новые действия и маршруты. Польза от здоровья гиппокампа, по всей видимости, очень велика. «Некоторые исследования показывают, что люди с большим объемом гиппокампа лучше контролируют свою жизнь, – говорит Бобот. – Что это значит? Одно из объяснений в том, что, если у вас хорошая эпизодическая память, вы лучше помните, что произошло. А если вы лучше помните, что произошло, то можете вспомнить о том, что нужно сделать ради желаемого результата и каких ошибок избежать, и вы владеете собой, меньше нервничаете и лучше справляетесь с тем, что происходит в вашей жизни. Контроль – это механизм противостояния неприятностям».
Осенью 2017 г. Бобот и десять других исследователей опубликовали отчет «Глобальные детерминанты навигационных способностей»[252], в котором проанализировали результаты теста на пространственную навигацию для 2,5 миллиона человек во всем мире, пытаясь выявить сходные характеристики когнитивных способностей в разных странах. Одним из авторов и архитекторов исследования был Хьюго Спирс, нейробиолог из Университетского колледжа Лондона, который десятью годами раньше изучал мозг лондонских таксистов, выяснив, что в их гиппокампе больше серого вещества, чем в гиппокампе водителей автобусов. На ежегодной конференции в Бостонском университете, которую устраивала Ассоциация реки Чарльз по проблемам памяти (Charles River Association for Memory), Спирс представил результаты своей последней работы. Среди гостей был ряд известных исследователей памяти, в том числе Говард Айкенбаум. Данные в исследовании Бобот и Спирса были получены с помощью видеоигры Sea Hero Quest. Игра, которую можно загрузить на любой смартфон или планшет, представляет собой замаскированную задачу на ориентирование в пространстве. Цель – управлять кораблем, искать морских существ и фотографировать их. Сделать это можно двумя способами: игрок может следовать по извилистому фарватеру, а затем сделать снимок в направлении точки, с которой он начинал движение, или запомнить карту с последовательностью промежуточных пунктов, через которые нужно пройти. Первый способ – это пример навигационного счисления (или интегрирования по траектории), а второй исследователи назвали нахождением пути. Спирс сообщил, что игру проходили 3 миллиона раз люди в возрасте от 18 до 99 лет в 193 странах, от Индии до Америки и от Бразилии до Австралии. Результаты оказались поразительными.
Данные показывают, что способность к пространственной навигации начинает ухудшаться довольно рано, приблизительно в девятнадцать лет, а затем спад продолжается. Сельские жители показывали гораздо лучшие результаты в игре. Что касается стран, то жители Австралии, Южной Африки и Северной Америки справлялись лучше, но настоящими мастерами показали себя скандинавы. Игроки из Финляндии, Швеции, Норвегии и Дании продемонстрировали лучшие навыки навигационного счисления – наряду с австралийцами и новозеландцами. Как это объяснить? Спирс продемонстрировал точечную диаграмму, отображавшую зависимость между ВВП на душу населения и навигационными способностями. Возможно, это связано с такими факторами, как здравоохранение, образование и богатство. Но действительно показательным фактором служит не высокий ВВП, а распространенность такого вида спорта, как ориентирование, где спортсмены используют карту и компас, чтобы пройти определенное количество контрольных пунктов на открытой местности. Так получилось, что ориентирование очень популярно в Скандинавских странах. Спирс указал, что количество медалей чемпионатов мира, выигранных спортсменами Скандинавских стран с 1966 по 2016 г., коррелирует с результатами игроков в Sea Hero Quest.
Один из участников конференции указал на вероятность того, что данные исследования искажены, потому что добровольно решать эту задачу согласится только человек, уверенно себя чувствующий в виртуальной реальности. Мне было интересно, учитывали ли эти данные также доступ к интернету или к компьютеру. Что, если лучшие навигаторы из трех миллионов людей, игравших в игру, были худшими из всего возможного спектра? К слову, американский лингвист Эрик Педерсон протестировал навык навигационного счисления у мужчин и женщин из клубов грибников в Нидерландах, предложив им указать, где находится их машина, после того как они прошли несколько километров по лесу. И даже несмотря на умение грибников находить пищу «во внешнем мире», точность их ориентирования не шла ни в какое сравнение с той, какую показали исследования коренных народов Австралии или Мексики. «В аспекте навигационного счисления, – писал лингвист Стивен Левинсон, – эти оценки показывают, что участники эксперимента не имели четкого представления о своем местоположении на ментальной карте окружающей местности и не интегрировали эту локальную карту в знакомый им большой мир»[253]. Голландские грибники не искали дорогу назад, предпочитая идти в одном направлении, а затем возвращаться по своим следам.
Игра Sea Hero Quest была создана не для того, чтобы изучать навигационные стратегии разных стран или разных культур. Ее придумали для сбора данных, которые помогут создать средства диагностики для болезни Альцгеймера. В мозге человека память и восприятие пространства тесно связаны, и Спирс и его коллеги надеются, что разработка общего критерия для пространственной навигации – критерия, способного стать нормой, – позволит делать точные предсказания о навигационных способностях человека на основании его возраста, пола и национальности. Врачи обычно используют языковые тесты для диагностики ранних стадий деменции или болезни Альцгеймера, но проверка на соответствие этим индексам и способности к восприятию пространства, вероятно, могла бы выявить предрасположенность к когнитивным нарушениям или их ранние признаки.
Я пришла к Спирсу в его кабинет в Университетском колледже Лондона, чтобы поговорить о гиппокампе и его роли в формировании памяти. «Многие исследователи, несколько тысяч, работают с пространственной навигацией и пространственными задачами у крыс и мышей. Но их не интересует само пространство; они используют его, чтобы добраться до памяти, – размышлял он. – Я начинал с исследования памяти, но затем меня привлекло пространство. Мне всегда нравились карты, и я задумывался над тем, как мы находим дорогу. Здесь кроется удивительный философский элемент. Что такое пространство? Что такое место?»[254] Я вдруг подумала, что Sea Hero Quest умело маскирует медицинский тест под видеоигру, но гениальность ее в том, как она эксплуатирует связь между пространством и памятью, используя одно, чтобы добраться до другого.
Так
Спирс рассказал мне, что его часто спрашивают, не портят ли наш мозг приборы спутниковой навигации. Он всегда отвечает, что важно понимать разные способы применения этих технологий. Использование Google Maps на телефоне, чтобы найти дорогу к какому-либо месту, ничем не отличается от использования бумажных карт; указание последовательности поворотов, чтобы попасть в пункт назначения, – это совсем другая история. Весной 2017 г. в журнале Nature Communications были опубликованы результаты исследования Спирса, и они показали: если мы добираемся до того или иного места с помощью GPS, это, по существу, отключает определенные области мозга, в том числе гиппокамп. «Наши результаты соответствуют моделям, в которых гиппокамп симулирует перемещение по будущим возможным траекториям, а префронтальная кора помогает нам планировать, какие именно траектории приведут к месту назначения, – объяснял Спирс корреспонденту журнала. – Когда у нас есть технология, подсказывающая, куда идти, эти области мозга просто не реагируют на уличную сеть. В этом смысле наш мозг перестает интересоваться окружающими нас улицами»[255].