Що ви можете зробити, досліджуючи мозок? Ми формуємо свій мозок
Людський мозок складається з приблизно ста мільярдів нервових клітин, які взаємодіють між собою за допомогою близько ста трильйонів зв’язків і виробляють те, що ми називаємо сприйняттям (бачення, слух, дотик, нюх і смак), мислення, мова, моторика, емоції тощо. Питання, яке тут потрібно поставити, полягає в тому, як здається, що людський мозок здатний "правильно" підключати себе під час розвитку і як він майже приймає такі дуже складні завдання, як звичайно, у повсякденному житті.
Хоча більшість нервових клітин (нейронів) присутні в головному мозку при народженні (лише в деяких областях мозку, наприклад, ті, що мають вирішальне значення для формування пам'яті, є нові нервові клітини, що утворюються після народження), вибух відбувається після народження Збільшення зв’язків (синапсів). Незалежно від середовища або конкретного досвіду створюється величезний надлишок точок зв’язку між нейронами. У процесі розвитку цей надлишковий запас синапсів знову зменшиться залежно від ступеня їх використання. Тому досвід необхідний для вибору сполук. Точки зв'язку, які виявляються корисними для обробки, додатково зміцнюються та диференціюються функціонально. Відбір, ріст і диференціація є характерними рисами розвитку мозку. Досвід, тобто середовище зростаючої системи, відіграє вирішальну роль. Ці припущення гарантують, що наші нервові системи якнайкраще пристосовуються до вимог певного середовища.
Розвиток з дитячого віку
Питання про те, як розвиваються (людський) мозок і, паралельно, психічні функції (сприйняття, пізнання, емоції, особистість тощо), досліджується з використанням двох підходів, серед інших: Проспективні дослідження досліджують функціональний розвиток та його нервові кореляції від дитинства до Дорослість. Таким чином, можна визначити, які зміни мозку пов’язані з яким функціональним прогресом, наприклад, набуття сприйняття, когнітивних чи рухових навичок. Величезний прогрес неінвазивних нейронаукових процесів, наприклад, вимірювання мозкових хвиль (електроенцефалографія), тим часом дає можливість відстежувати функції мозку у новонароджених та немовлят.
Хоча це дослідження надає інформацію про типовий розвиток, на питання залежності від досвіду, тобто ролі середовища у розгортанні програми розвитку, неможливо повністю відповісти. Це пояснюється тим, що з етичних міркувань заборонено систематично маніпулювати середовищем немовлят та дітей. Нейрокогнітивний процес залежить від досвіду, якщо можна показати, що він розвивається лише в певному контексті досвіду. Говорять про чутливі фази розвитку, коли на певних етапах життя повинні бути надані конкретні можливості досвіду, щоб функція могла повноцінно розвиватися. Тому чутливі фази - це часові вікна підвищеної пластичності. Пластичність означає, що мозок особливо чутливий до функціональних та структурних змін у цей час. Для пізнання та поведінки це означає, що система навчається особливо легко та швидко. Отже, навчання - це психологічна функція, яка виникає внаслідок нейропластичності мозку.
Чутливі вікна часу
Для того, щоб мати можливість виявити чутливі часові вікна розвитку у людей, слід обстежити людей, які в минулому піддавалися впливу нетипового середовища, або від народження, або в більш пізньому віці. Наприклад, ретроспективні психологічні дослідження розвитку досліджують пристосованість нейрокогнітивної системи до постійної сліпоти або глухоти. Тут досліджується, як нейрокогнітивна система може компенсаційно реагувати на це несподіване для людини середовище. Вивчаючи різні здібності сприйняття та когнітивні функції, отримують інформацію про потенціал пластичності різних функціональних зон та пов'язаних з ними областей мозку.
Якщо порівняти ці компенсаторні реакції у людей, які були сліпими при народженні, наприклад, з тими, хто лише сліпий у зрілому віці, можна зробити висновки про чутливі фази для розвитку специфічних функцій. Однак для того, щоб виявити чутливі фази для «типового» розвитку та основних нервових механізмів, слід дослідити відновлення нейрокогнітивних функцій після нетипового досвіду з відновленням типового середовища. В якості моделі в області людини тут розглядають людей, які відновлюють зір через операцію після вродженої або пізніше застосованої сліпоти. Це люди, які народились із щільною помутнінням бінокулярних кришталиків (катаракта) або у них розвинулося в дитинстві. Інший приклад - дослідження на глухих людях, які відновлюють слухові враження через слуховий протез або кохлеарний імплантат.
Особи, що народилися сліпими як випробувані
Компенсаційні виплати незрячим людям відомі давно. Тільки психологічні та нейронаукові дослідження змогли виявити функціональні області та нервові механізми таких адаптацій. Тим часом велика кількість досліджень показала кращий слух та тактильні показники для людей, які народились абсолютно сліпими. Таким чином, сліпим людям вдається швидше закодувати мовний сигнал, особливо в середовищі з великою кількістю фонових шумів. Вони краще пам’ятають про шуми та голоси навколишнього середовища і можуть точніше визначати шуми. Дослідження показали, що різні нервові механізми сприяють цим покращенням продуктивності. Повідомлялося, що координація просторових уявлень у слуховій корі та тім’яній частці (місце просторового сприйняття на основі численних сенсорних вражень) є більш точною, ніж у зорих випробуваних, а інформація про особу мовця та зміст сказаного швидше доступна в мозку сліпо народжених людей ніж у зрячих людей контролю.
Тут питання в тому, чи можна все-таки спостерігати такі корективи, коли сліпота настає пізніше. Цього не можна було б очікувати в однаковій мірі, якби адаптація до нетипового середовища була пов’язана з чутливою фазою. Пізня сліпота стикається з мозком, який еволюціонував до життя, заснованого на баченні. Можна встановити, що люди, які стали сліпими, пізніше використовують подібні до просторового кодування середовища уявлення як люди, що бачать, і що вони тут відрізняються від людей, які сліпі при народженні. Компенсаційні корективи часто зустрічаються для людей, які пізніше сліпнуть, але сфера застосування менша, ніж для людей, які сліпо народжуються. У деяких функціональних областях пізно-сліпих та народжених людей неможливо розрізнити з точки зору їх продуктивності, наприклад, при пошуку джерел звуку або розпізнаванні голосів.
Податливий протягом усього життя?
З останнього висновку можна зробити висновок, що відповідна функція залишається пластичною на все життя і може компенсуватися навіть у зрілому віці. Однак цей висновок часто передчасний: наш мозок може застосовувати різні стратегії, щоб отримати один і той же результат, тобто поведінку. Який режим обробки і, отже, які нейронні системи використовуються, не можна вирішити на основі чистих спостережень за поведінкою. Для безпосереднього спостереження за нервовими системами тут повинні застосовуватися нейронаукові процедури. Наприклад, було показано, що незрячі люди уточнюють свої просторові уявлення, закодовані в сенсорних областях, для локалізації звуку. На відміну від цього, люди, які сліпо стали пізніше, як правило, вдосконалюють пізніші процеси відбору, залучаючи вищі сфери асоціацій. Ці дані свідчать про те, що попередній процес пластичності адаптується лише під час раннього розвитку, тобто має чутливу фазу, тоді як другий дозволяє адаптувати протягом усього життя.
Цей приклад також дає зрозуміти, що включення нейронаукових методів є необхідним для ідентифікації чутливих фаз у розвитку. Чутливі фази розвитку в першу чергу також означають, що якщо певні можливості навчання відсутні на початку розвитку, нервові системи та пов'язана з ними поведінка вже не можуть повноцінно розвиватися. Це означає, що типове середовище навчання в певний момент часу є важливим для типового розвитку. Аналогічно дослідженням на постійно сліпих людях, це питання можна досліджувати у людей, які були сліпими від народження через щільну помутніння кришталика (катаракту) до того, як пошкоджені лінзи замінили штучними лінзами або спеціальними візуальними засобами, а візуальну інформацію можна було записати знову.
Пізніше помутніння кришталика
Подібно до моделі постійно сліпих людей, людей розглядають як групу порівняння, у якої катаракта розвивалася лише пізніше, наприклад, у дитинстві. У цих суб’єктів, принаймні протягом деякого часу, мозок розвивався як зряча людина; Після усунення помутніння кришталика візуальна інформація потрапляє у візуально “фігурний” мозок. У випадку з людьми з вродженою катарактою, навпаки, візуальна інформація вперше зустрічає мозок, який раніше пристосувався до життя без зору.
Чи може, і якщо так, до якого часу нейрокогнітивна система повернеться до типової траєкторії розвитку? Дослідження на цих людях показали, що навіть порівняно короткий період сліпоти не лише назавжди зменшує такі елементарні зорові функції, як гострота зору, але й ряд складніших зорових функцій, таких як сприйняття облич та предметів. Було помічено, що також можуть впливати функції, які виявляються лише пізно в процесі розвитку, тобто в той час, коли катаракта вже не існувала. Це явище відоме як ефект "сплячого" і вказує на те, що досвід може лише приховувати розвиток нейрональних систем, що призводить до постійних змін у системах, що розвиваються пізніше.
Читати губи
Але не тільки зорові функції постійно змінюються у людей після вродженої катаракти; також спілкування зорової системи з іншими сенсорними системами. Ми краще розуміємо інших людей під гучні фонові звуки, якщо ми можемо стежити за їх рухами губами. Цей процес зв'язування входів з різних сенсорних систем називається багатосенсорною інтеграцією. Люди, які перенесли вроджену катаракту, можуть читати губи, але більше не можуть поєднувати їх із слуханням інформації таким чином, щоб покращити розуміння мовлення. Дослідження зображень показали, що зорова інформація не надходить у слухову кору, де вона, як правило, пов’язана зі слуховими входами.
Ці дослідження показують, що наявність не лише специфічного досвіду, необхідного для розвитку та взаємодії нервових систем, але порядок чи “оркестровка” цих досвідів також, схоже, відіграє важливу роль у розвитку мозку. Можна припустити, що принципи розвитку людського мозку, визначені в моделі людей з порушеннями чутливості, стосуються й інших функціональних сфер, таких як емоційний, мотиваційний та соціальний розвиток, які є менш доступними для наукових досліджень.
В огляді Еріка Кнудсена зі Стенфордського університету в 2004 році автор підсумовує результати переважно експериментів на тваринах, які демонструють роль досвіду раннього дитинства для функціонального розвитку мозку та пластичності мозку, а отже, і здатності вчитися пізніше в житті. Разом із колегами з соціології та економіки той самий автор вивів наслідки для суспільства через два роки. Ця стаття чітко демонструє, що середовища раннього навчання та раннього навчання мають вирішальний вплив на подальші результати та навчальний потенціал. Відповідно, інвестиції в розвиток дошкільного віку збільшуються з кожним наступним роком життя. Якщо структурно-функціональне формування нервових систем не «ініціюється» під час чутливих фаз, наприклад через несприятливе середовище, це неможливо повністю компенсувати на пізніх фазах розвитку; Тоді компенсаційні заходи є трудомісткими, трудомісткими і, отже, витратними. З економічної точки зору, розвиток раннього дитинства з його чутливими фазами має особливе значення для якості життя людей та процвітання суспільства.
Опанування іноземної мови в старості
Емоційні та мотиваційні аспекти таких терапевтичних ігор також можуть призвести до загального збільшення пластичності, але це повною мірою виражається в нейрональних системах, які вирішуються додатковим (перцептивним або когнітивним) тренуванням. Вважається, що таким чином можна досягти бажаної селективності. Подібні механізми дії приписуються іншим втручанням, наприклад фізичним вправам. Майбутні дослідження повинні показати, чи фармацевтичні препарати можуть досягти подібних ефектів.
Отже, люди мають певний рівень нейропластичності і, отже, здатність до навчання протягом усього свого життя, яку, можливо, можна розвивати в певних межах. Ці індивідуальні межі, як пропонують дослідження з пластичності розвитку, також встановлюються для кожної людини завдяки можливостям раннього навчання. Обидві народні мудрості, які на перший погляд суперечать одна одній, таким чином відповідають дійсності: "Те, чого Ганс не вчиться, Ганс ніколи не вчиться" (чутливі фази) і "Ніколи не пізно вчитися" (пластика для дорослих).
Автор вивчав психологію в університеті Марбурга. Після перебування в докторантурі в Університеті штату Орегон вона стала одним із перших керівників нової на той час програми Еммі Нотер Німецького дослідницького фонду. Бріджит Редер є професором біологічної психології та нейропсихології в Гамбургському університеті з 2004 року. Вона є членом Леопольдіни; Її наукові інтереси включають нейропластичність мозку та взаємодію сенсорних систем.
Цикл лекцій
Цикл лекцій «Дослідження мозку, що ти можеш зробити. «Це ініціатива некомерційного фонду Hertie у співпраці з Frankfurter Allgemeine Zeitung. Очікування нейронаук, а також обіцянки самого дослідження мозку великі. Але що це може зробити насправді? У цій серії статей ми запитуємо про успіхи та можливості, а також про невдачі та межі сучасних нейронаук у сферах соціального інтересу. На основі серії лекцій, організованих у Франкфурті некомерційним фондом Герті як найбільшого приватного спонсора досліджень мозку, ми публікуємо статті провідних дослідників мозку на теми мови, технологій, економіки, хвороб, мистецтва, мислення, музики, свідомості, Почуття, школа, пам’ять і психіка.