[54].
Как расценивать использование зрительной коры для обработки шрифта Брайля у слепых людей? На первый взгляд это выглядит как настоящее превращение. Но может быть, это и не так. Еще не описано случая, чтобы любая способность заняла любую свободную зону коры. Чтение по Брайлю может использовать анатомию зрительной коры тем же способом, каким это делает зрение.
Нейроанатомы уже давно знают, что волокон, несущих информацию в зрительные зоны коры от прочих областей мозга, не меньше, чем волокон, передающих информацию от глаз[55]. Эти иерархические связи выполняют несколько функций. Они направляют внимание на какую-то часть зрительного поля, или координируют зрение с другими ощущениями, или группируют пиксели по областям, или формируют психические образы (визуализацию вещей в уме)[56]. Слепые люди могут просто использовать эти вшитые по умолчанию иерархические связи для того, чтобы читать шрифт Брайля. Возможно, они «представляют» последовательности точек, когда ощущают их, подобно тому как человек с завязанными глазами воображает объекты, которые он держит в руках, — хотя, конечно, гораздо быстрее. (Предыдущие исследования установили, что и у слепых людей есть психические представления — возможно, даже зрительные образы, — содержащие пространственную информацию[57].) Зрительная кора отлично подходит для выполнения операций, необходимых для чтения шрифта Брайля. Глаза зрячего человека сканируют обстановку, передавая детали в центральную ямку сетчатки, обладающую высокой разрешающей способностью. Это очень похоже на перемещение пальцев вдоль линии Брайля и передачу мелких деталей с помощью высокой разрешающей способности кожи на их кончиках. Так что зрительная система у слепых людей может функционировать почти так же, как и у зрячих, несмотря на отсутствие сигнала от глаз. Годы тренировки в воспроизведении образов мира, ощущаемого пальцами, и внимание к деталям шрифта Брайля учат зрительную кору максимально использовать врожденно запрограммированные сигналы, поступающие от других частей мозга.
Так же и в случае с глухотой: один из органов чувств берет контроль над подходящими нейронными цепями, а не просто переезжает на свободную территорию. Лаура Петитто и ее коллеги обнаружили, что глухие люди используют верхнюю извилину височной доли (область рядом с первичной слуховой корой), чтобы распознавать элементы языка жестов, так же как и слышащие используют ее, чтобы обрабатывать звуки разговорной речи. Они обнаружили, что глухие используют латеральную префронтальную кору для извлечения жестов из памяти, как и слышащие используют ее для припоминания слов[58]. И это не удивительно. Лингвистам давно известно, что структура языка жестов очень похожа на структуру обычной речи. Там есть слова, грамматика и даже фонологические правила, с помощью которых из бессмысленных жестов составляются осмысленные знаки, подобно тому как правила разговорной речи комбинируют бессмысленные звуки в осмысленные слова[59]. Более того, отчасти модульный характер имеет и разговорная речь: представления для слов и правил могут быть отделены от систем ввода-вывода, которые соединяют их с ушами и ртом. Простейшая интерпретация, предложенная Петитто и ее коллегами: зоны коры, используемые теми, кто говорит на языке жестов, изначально предназначены не для речи как таковой, а для языка (слов и правил) и выполняют те же функции, что и у слышащих людей.
Позвольте мне теперь обратиться к самому поразительному примеру пластичности: к «перемонтированным» хорькам, чьи глаза были связаны со слуховыми зонами таламуса и коры, что заставило эти зоны работать, подобно зрительным. Но даже и здесь вода не превращалась в вино. Сур и его коллеги обратили внимание на то, что перенаправленный сигнал изменил не существующие в слуховой коре связи, а только силу синаптических связей. В результате они обнаружили множество различий между переоснащенной слуховой корой и нормальной зрительной[60]. Репрезентация зрительного поля в слуховой коре была более нечеткой и дезорганизованной, поскольку эти ткани предназначены для слухового, а не для зрительного анализа. Карта зрительного поля, например, была более четкой в направлении справа налево, чем в направлении вверх-вниз. Это потому, что направление право-лево отображалось на оси слуховой коры, которая у нормальных животных отображает различные звуковые частоты и поэтому получает от внутреннего уха сигналы, четко организованные по высоте звука. Но направление верх-низ представлено на перпендикулярной оси слуховой коры, которая обычно получает большое количество сигналов одинаковой частоты. Сур также заметил, что связи между первичной слуховой корой и другими слуховыми зонами мозга (эквивалент диаграммы связей в зрительной системе) не изменялись из-за поступления новых сигналов.
Так что вид сигнала может настроить часть сенсорной коры так, чтобы она была способна обрабатывать эти сигналы, но только в пределах уже существующих между нейронами связей. Сур предположил, что слуховая кора хорьков вообще оказалась способной обрабатывать визуальную информацию, потому что определенные виды обработки информации, вероятно, полезно выполнять непосредственно на входе сенсорных сигналов, неважно — зрительных, слуховых или тактильных:
С этой точки зрения одна из функций сенсорного таламуса или коры — выполнять определенные стереотипные операции над входными сигналами, независимо от их модальности (зрение, слух или осязание); конкретный тип сенсорного сигнала, разумеется, обеспечивает основную информацию, которая передается и обрабатывается… Если нормальная организация основных слуховых структур не изменена зрительными сигналами или, по крайней мере, не изменена значительно, мы можем ожидать, что некоторые операции, подобные операциям обработки зрительных сигналов, которые мы наблюдали у прооперированных хорьков, будут выполняться также и в слуховых проводящих путях нормальных животных. Другими словами, животные со зрительными сигналами, направленными в слуховые проводящие пути, заставляют нас по-новому взглянуть на некоторые операции, которые в нормальном состоянии должны выполняться в слуховом таламусе и коре[61].
Предположение, что слуховая кора изначально приспособлена для анализа зрительных сигналов, не так уж неправдоподобно. Я упоминал, что частота (высота звука) в слуховом восприятии имеет много общего с пространством, когда речь идет о зрении. Мозг воспринимает источники звука разной высоты как объекты, расположенные в разных местах, и перепады высот звука трактует как движение в пространстве[62]. Это значит, что некоторые из операций зрительного анализа аналогичны операциям анализа слухового и могут быть выполнены, по крайней мере частично, посредством однотипных нейронных связей. Сигналы от ушей представляют звуки различной частоты, сигналы от глаз — точки различной локализации. Нейроны сенсорной коры (и зрительной, и слуховой) принимают информацию от соседних входных волокон и выделяют из них простые паттерны. Поэтому нейроны слуховой коры, которые обычно определяют повышение или понижение тона, его богатство и чистоту, а также местоположение источника звука, у «перемонтированных» хорьков автоматически были способны определять линии определенного наклона, место и направление движения.
Я не хочу сказать, что первичная слуховая кора может без подготовки справиться со зрительными сигналами. Она все же должна настроить свои синаптические связи в ответ на вид сигнала. Прооперированные хорьки — замечательная демонстрация того, как развивающаяся сенсорная кора организует сама себя в превосходно функционирующую систему. Но, как и другие примеры пластичности, это не доказывает, что сигналы от органов чувств могут переделать аморфную кору и заставить ее делать все что заблагорассудится. Кора имеет врожденную структуру, которая позволяет ей выполнять определенные виды операций. Многие из примеров пластичности, скорее всего, демонстрируют только взаимодействие входного сигнала с этой структурой.
Каждый, кто смотрел канал Discavery, видел кадры, на которых детеныш антилопы гну или зебры сразу после рождения ковыляет на подгибающихся ножках минуту или две, а потом весело скачет вокруг матери, уже полностью контролируя движения и владея всеми своими ощущениями и импульсами. Это происходит так быстро, что никакой организованный внешний опыт просто не успел бы воздействовать на его мозг, а значит, обязательно должны существовать генетические механизмы, способные структурировать мозг в период внутриутробного развития. Нейроученые знали об этом задолго до того, как пластичность вошла в моду. Уже первые исследования развития зрительной системы, проведенные Дэвидом Хьюбелом и Торсеном Визелем, показали, что почти готовая микросхема закладывается в мозгу обезьян к моменту рождения[63]. И даже их известные эксперименты, продемонстрировавшие, что зрительная система кошек может быть изменена внешними сигналами, если их воздействие приходится на критический период развития (например, при содержании в полной темноте, или внутри полосатого цилиндра, или с принудительно закрытым глазом), показывают только, что опыт необходим для поддержания зрительной системы в рабочем состоянии и для ее тонкой настройки в процессе роста животного. И они не доказывают, что опыт необходим для создания связей в мозге.
В самом общем виде мы понимаем, как мозг компонуется под руководством генов[64]