Книги
Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга
И все же, несмотря на всю мудрость медленных поступательных перемен, операционное меню мозга не ограничивается лишь извлечением закономерностей. Рассмотрим обучение с одного раза: скажем, вы дотронулись до раскаленной плиты и сразу же уяснили, что больше так делать не надо. Экстренное обучение служит гарантией того, что мы накрепко запомним события, угрожавшие нашей жизни или нашим конечностям. Но за подобным обучением стоят и другие причины. Вспомните, как в детстве вы узнавали новые слова (например, тетя объясняла вам: «Этот фрукт называется гранат»). Вам не требовалось усваивать данное слово в экстремальных условиях, как и вашей тете не было нужды неоднократно повторять, что оно обозначает. Она спокойно и всего один раз произнесла его, а вы сразу же запомнили. Почему? Потому что в вашем представлении это была особенная ситуация. Вы любили тетю, к тому же узнанное от нее слово несло вам социальную пользу: вы узнали, как называется этот фрукт, и теперь могли попросить дать вам его. Данный урок вы усвоили с одного раза не потому, что вам грозила опасность, а в силу его актуальности.
Внутри мозга актуальность выражается через действие систем, которые выделяют химические вещества, называемые нейромодуляторами17. Эти вещества позволяют переменам происходить только в конкретных местах и в конкретное время, а не повсеместно и одномоментно18. Наибольшую значимость среди таких химических веществ имеет ацетилхолин[44]. Высвобождающие это вещество нейроны активируются под действием как вознаграждения, так и наказания. Они активны, когда животное изучает задачу и хочет что-то изменить, но инертны, когда задача прочно освоена19.
Наличие ацетилхолина в определенной области мозга повелевает ей измениться, но каким образом — не уточняет. Иными словами, когда холинергические нейроны (те, что высвобождают ацетилхолин) активны, они просто повышают пластичность целевой области мозга. В противном случае пластичность соответствующей области мала или вообще отсутствует20 (рис. 6.2).
Рис. 6.2.
D. Eagleman and J. Downar, Brain and Behavior, Oxford University Press
Приведу пример. Допустим, я сыграл для вас на пианино ноту, скажем фа-диез. Она вызывает активность в вашей слуховой коре, но площадь участка, отведенного под нее, не меняется, потому что этот звук не означает для вас ничего примечательного. Теперь допустим, что каждый раз, нажимая на эту клавишу, я угощаю вас шоколадным печеньем. В этом случае звучание ноты приобретает смысл, соответственно, предоставляемая ей территория расширяется. Ваш мозг выделяет больше места на эту частоту, поскольку получаемое вознаграждение указывает ему, что нота фа-диез чем-то важна для вас.
Теперь предположим, что у меня нет печенья. Вместо того чтобы выдавать вам угощение, я нажимаю клавишу фа-диез и в тот же момент стимулирую в вашем мозге нейроны, высвобождающие ацетилхолин. Кортикальное представительство ноты расширяется в точности так же, как если бы я поощрил вас печеньем21. Ваш мозг выделяет под эту ноту больше площади, поскольку наличие ацетилхолина указывает на ее значимость для вас.
Ацетилхолин может выделяться в мозге повсеместно и в результате давать толчок к переменам под действием любого релевантного стимула, будь то музыкальная нота, фактура поверхности или словесное одобрение. Таков универсальный способ сообщить мозгу: эта штука важна — давай-ка настраивайся лучше распознавать ее22. Ацетилхолин помечает релевантность расширением кортикальной территории. А любое ее изменение отражает степень эффективности вашего действия. Сначала ученые показали это на крысах. Две группы крыс обучали выполнять сложный трюк: выхватывать из высоко расположенной узкой щели сахарные шарики. Одной группе медикаментозно блокировали высвобождение ацетилхолина. По прошествии двух недель вторая группа животных научилась быстрее и сноровистее добывать лакомство, и, соответственно, у них намного увеличилась область мозга, отвечающая за движения передних лап. У крыс, на которых ацетилхолин не воздействовал, размеры данной области не изменились, как не улучшился и навык — сахарные шарики они вытаскивали ничуть не быстрее и не точнее, чем в начале обучения23. Очевидно, что одними повторами трудного упражнения поведенческих улучшений не добиться, для этого необходимо также, чтобы нейромодуляторные системы закодировали его релевантность. Без ацетилхолина ваши десять тысяч часов практики — впустую потраченное время.
Вспомните Фреда Уильямса, который (в отличие от Серены и Винус) терпеть не мог теннис. Почему его мозг не соизволил поменяться, хотя парень тренировался по столько же часов, что и его сестры? А потому, что его нейромодуляторные системы не вовлекались в процесс тренировок. Сколько ни усердствовал он в тренировках бэкхенда[45], ни лупил ракеткой по мячу, все б
Холинергические нейроны широко распространены. Почему при их активации пластичность не включается повсеместно и изменения происходят не всегда? Дело в том, что высвобождение и влияние нейромедиатора ацетилхолина — а в рамках центральной нервной системы он является также и нейромодулятором — регулируются другими нейромодуляторами, которые задают переменам направление, кодируя стимул либо как вознаграждение, либо как наказание. Мировое научное сообщество все еще бьется над расшифровкой сложной хореографии нейромодуляторных систем, но нам уже известно, что и нейромедиаторы, и нейромодуляторы, вместе взятые, позволяют мозгу изменяться в одних областях, но блокируют изменения в других.
* * *
Лондонские таксисты славятся тем, что назубок знают расположение всех улиц города. Дается это многомесячными тренировками. Как я уже упоминал, в итоге у таксистов физически меняется структура мозга. Причина их феноменальной способности к запоминанию кроется в ценности запоминаемого: карта городских улиц позволяет таксисту заниматься выбранным делом и обеспечивать достаток семье, платить за ипотеку и образование детей, копить на будущую свадьбу или на грядущий развод.
Но вот что интересно: с тех пор как ученые в 2000 году впервые опубликовали результаты исследования лондонских таксистов, необходимость запоминать карты сильно уменьшилась. Сегодня проще положиться на Google, который, уж наверное, помнит все улицы Лондона, а если в целом — то все улицы всех городов планеты.
Выясняется, что для нынешних алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ) релевантность вообще роли не играет: они запоминают все, что нам угодно. Это очень полезное свойство ИИ, но также причина, почему ему далековато до человекоподобия. Искусственный интеллект вообще не заботит, интересная ли проблема, уместная ли и нужная, — какую информацию ему загружают, ту он и запоминает. Какую задачу перед ИИ ни поставь (различать лошадей и зебр на миллиарде фотографий или отслеживать данные о рейсах во всех аэропортах планеты), у него отсутствует ощущение значимости, задача понятна ему только в одном смысле — статистическом. Современные ИИ никогда сами по себе не смогут решить, что данная скульптура Микеланджело невыразимо прекрасна или что у прокисшего чая омерзительный вкус, — или, скажем, возбудиться в ответ на сигналы готовности самки к спариванию. ИИ под силу спрессовать десять тысяч часов интенсивной практики в десяток тысяч наносекунд, но в итоге он не начнет больше благоволить одним последовательностям единиц и нулей, чем другим. Таким образом, ИИ в состоянии выполнять масштабнейшие задачи, но совершенно не способен стать хоть отдаленным подобием человека.
Каково значение модифицируемости мозга и его взаимоотношений с релевантностью для обучения нашей молодежи? Традиционное школьное обучение предполагает, что учитель привычно бубнит заученный материал или зачитывает помещенный на слайдах нумерованный список тезисов. Для перемен в мозге подобный подход неоптимален, поскольку не вызывает у учеников искры интереса, а в таком случае пластичность мозга проявляется совсем слабо или вообще отсутствует. Информация не цепляет и не закрепляется в мозге.
Кстати, за много поколений до нас древние греки знали это. Они не владели приемами современных нейронаук, зато были наблюдательными, что и позволило им выделить несколько уровней обучения. Высший уровень — когда обучение дает наилучший результат — достигается, когда учеником движут желание учиться, любознательность и глубокий интерес к предмету. С высоты современных познаний мы сформулировали бы это так: чтобы произошли изменения в нервных цепочках, требуется конкретное сочетание нейромедиаторов, связанное с желанием приложить усилия, любознательностью и заинтересованностью предметом.
Некоторые традиционные формы обучения строятся именно на этом принципе: разжечь в учащихся пламя любознательности. Например, в иешивах — высших религиозных учебных заведениях в иудаизме — изучение Талмуда построено так: учащиеся разбиваются на пары и задают друг другу порожденные любознательностью вопросы: «Почему здесь использовано именно это слово, а не другое?», «Почему эти два автора расходятся в своей оценке?». Весь материал подается в виде вопросов, что побуждает спарринг-партнера по обучению не механически запоминать информацию, а стараться понять ее суть. Хотя это старинная форма обучения, недавно мне в интернете попался сайт, где ставятся именно такие, «талмудические» вопросы в области микробиологии: «Если споры настолько эффективны для обеспечения выживания бактерий, почему не все биологические виды производят споры?», «Достоверно ли известно, что клеточные формы жизни подразделяются всего на три домена (бактерии, археи и эукариоты)?», «Почему пептиды, полученные ферментативным путем, не связываются друг с другом, чтобы образовать белок приличного размера?». На сайте сотни таких вопросов, они пробуждают интерес, вовлекают в обсуждение, заставляют задуматься, а не просто читать ответы из предложенного списка. Если рассматривать проблему в целом, то именно поэтому всегда полезно присоединяться к учебной группе, кружку или семинару: каков бы ни был предмет изучения — дифференциальное исчисление или история, — в мозге активируются социальные механизмы мотивации.
В 1980-е годы Айзек Азимов[46] дал интервью тележурналисту Биллу Мойерсу. Азимов ясно видел и четко формулировал, в чем ограничивает учащихся традиционная образовательная система:
«Сегодня то, что принято называть образованием, вам навязывают. Всех школьников принуждают заучивать одно и то же, в один и тот же день и с одной и той же скоростью. Но дети разные. Для одних темпы обучения слишком быстры, для других — слишком медленны, а для третьих само обучение идет не в ту сторону, в какую им нужно»24.