Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга

Вы обращаете внимание на внезапный громкий звук, неожиданное прикосновение к коже, необычное движение на периферии поля зрения. Интерес позволяет вам мобилизовать ваши чувствительные сенсоры на исследование проблемы и решить, как вписать обнаруженные непредвиденности в вашу модель («Ах, так это сосед включил газонокосилку, это котенок обо что-то потерся, а это муха пролетела»). В результате модель обновляется. И наоборот: вы не реагируете на присутствие тапка на левой ноге, поскольку он уже отображен в вашей модели, которая последовательно предсказывает, какие ощущения вы от него можете получить. До тех пор, по крайней мере, пока внутрь не попадет камешек. Тут-то ваше внимание и обратится к тапку, потому что ваша внутренняя модель внезапно потребует обновления.
Различие между прогнозами и реальными исходами дает нам ключ к пониманию одного странного свойства обучения: если вы предвидите что-то безошибочно, вашему мозгу нет нужды меняться дальше. Предположим, вы усвоили, что сигнал вашего мобильника предсказывает: вам пришло сообщение. Мозг быстро выучит связь между двумя событиями, главным образом в силу того, что текстовые сообщения обычны для вашей социальной жизни. Дальше предположим, что в мобильнике обновились программы, в результате чего он реагирует на новое сообщение сигналом плюс вибрацией. И тут выясняется, что ваш мозг не натренирован на вибрацию мобильника (данный эффект называют блокированием). Мозг уже знает, что сигнал предсказывает новое сообщение, и потому не видит необходимости усваивать что-то новое по этому поводу. Но если мобильник только завибрирует, а сигнал не прозвучит, мозг не будет знать, как разгадать эту загадку; в данном контексте он ничему не обучен10. Блокирование приобретет смысл, если мы поймем, что изменения в мозге наступают только там, где есть разница между ожиданиями и реальностью.
Наша внутренняя модель мира позволяет нам делать предсказания и быстро замечать ошибки в прогнозах, указывающие, на что обратить внимание и в каком направлении обновить ее. К системе подобного рода все больше интереса проявляют инженеры и конструкторы в размышлениях о будущем машинного оборудования: несколько компаний разворачивают работу над устройствами, действующими по этому принципу, — от тракторов и тягачей до самолетов. Внутренняя модель мира позволит машине составлять наилучшие прогнозы относительно хода ожидаемых событий. Если все идет в соответствии с прогнозом, выстроенным алгоритмами машины, менять ничего не требуется. И только если входные данные прогнозом не предусмотрены, программная начинка устройства должна встрепенуться, разобраться, что происходит, и соответствующим образом обновить его внутреннюю модель мира.
* * *
Имея это в виду, мы легко поймем, как модифицируют нервную систему постоянно принимаемые наркотические вещества и некоторые лекарственные препараты. Их потребление меняет число соответствующих рецепторов для определенных химических соединений настолько, что при вскрытии путем замера молекулярных изменений в мозге можно определить, зависимостью от какого вещества страдал умерший. Именно по этой причине человек с зависимостью становится нечувствителен (или толерантен) к веществу: мозг приспособился прогнозировать его присутствие посредством экспрессии соответствующих рецепторов таким образом, чтобы сохранять устойчивое равновесие при поступлении следующей дозы. Мозг буквально физически ожидает, что вещество вот-вот появится, и соответственно отлаживает биологический механизм. И поскольку отныне система прогнозирует присутствие определенного количества вещества, ей, чтобы возбудиться до первоначальных ощущений, требуется еще большее его количество.
Такая перенастройка служит основой тяжелых симптомов абстиненции. Чем больше мозг адаптирован к веществу, тем тяжелее состояние после его отмены. Симптомы отмены различаются в зависимости от препарата — от потоотделения и дрожи до депрессии, — но все они объединены отсутствием чего-то ожидаемого.
Представление о нейронных прогнозах также помогает понять переживание горя. Люди, которых вы любите, становятся частью вас — не только метафорически, но и физически. Вы помещаете их в свою внутреннюю модель мира. Ваш мозг настроен ожидать их присутствия. После разрыва с любовником, смерти друга или потери родителя внезапное отсутствие близкого человека представляет собой серьезное отклонение от гомеостаза. Как сказал Халиль Джебран[48] в книге стихотворений в прозе «Пророк», «глубина любви познается лишь в час разлуки».
В этом смысле ваш мозг подобен негативу изображения всех тех, с кем вы поддерживаете контакт. Возлюбленные, друзья и родители заполняют ожидаемые формы в вашем мозге. Так же, как вы после катания на лодке ощущаете, будто все еще покачиваетесь на волнах, или жаждете какого-то вещества, не получив его, так и мозг требует присутствия в нем людей, составляющих круг вашего общения. Когда кто-то из них уезжает, отвергает вас или умирает, мозг пытается совладать с порушенными ожиданиями. Но с течением времени ему приходится перестроиться под реальность, в которой желанный человек отсутствует.
 
 
Тянуться к свету. Или к сахару. Или к информации
 
Рассмотрим явление фототропизма у растений — когда они принимают положение, позволяющее улавливать максимум света. Если понаблюдать за ростом растения в ускоренном воспроизведении, видно, что растет оно не «по прямой» к источнику света, а, напротив, чуть отклоняется то в одну, то в другую сторону. Словом, оно не действует в соответствии с заранее составленным планом, а исполняет нервный, дерганый танец, постоянно внося поправки направления.
Аналогичная стратегия движения отмечается у бактерий. В поисках центра источника питания — например упавшей на кухонный стол крупинки сахара — они прокладывают курс к добыче, следуя трем элегантно-простым правилам.
Выбери направление случайным образом и двигайся по прямой.
Если обстановка улучшается, продолжай движение.
Если обстановка ухудшилась, случайным образом меняй направление — кувыркнись куда придется и снова двигайся по прямой.
Иными словами, стратегия заключается в том, чтобы следовать тому или иному подходу, когда он приводит к улучшению условий, и отказываться от него, если он неэффективен. Посредством такой нехитрой политики бактерия способна быстро и успешно добраться в точку, где источник питания насыщеннее всего11.
Предполагаю, что и в мозге действует тот же простой принцип. Правда, вместо стремления в места, где больше всего света или пищи, мозг тянется туда, где больше всего информации. Я называю эту стратегию инфотропизмом. Гипотеза инфотропизма предполагает, что нейронная сеть постоянно меняется, подстраивается к окружающей среде, чтобы извлечь и поглотить максимум информации.
В главе 5 мы видели, как мозг научается задействовать органы чувств — неважно, улавливают ли они фотоны, электрические поля или молекулы пахучих веществ. И приводить в движение тело, какими бы двигательными органами оно ни обладало — ногами, плавниками или робоконечностями. В любых заданных условиях мозг тонко настраивает свои нейроны для максимизации поступающих от мира потоков данных. Подстройке содействуют вознаграждения, которые широко транслируются по всей сети, оповещая, что операция по адаптации к изменениям проведена успешно. Таким путем система при минимуме предустановленных программ самостоятельно оптимизирует свое взаимодействие с реальностью.