. Даже до формирования коры нейроны, которые должны строить определенные области, уже организованы в «прототипную карту». Каждая область этой карты состоит из нейронов с различными свойствами, с молекулярными механизмами, которые привлекают различные входные волокна, и различными способами ответа на входной сигнал. Аксоны притягиваются и отталкиваются разными видами молекул, растворенных в окружающих жидкостях или прикрепленных к мембранам клеток. И в разных частях растущей коры экспрессируются различные наборы генов. Нейроученый Лоуренс Катц сетовал, что идея «возбуждаются-вместе-связываются-вместе» стала «догмой», мешающей нейроученым исследовать эти генетические механизмы в полном объеме[65].
Но взгляды меняются, и последние открытия показывают, как части мозга могут самоорганизовываться без поступления информации от органов чувств. В экспериментах, которые журнал Science назвал «еретическими», команда Катца удаляла один или оба глаза у развивающихся хорьков, лишая зрительную кору каких-либо сигналов извне. Тем не менее зрительная кора строила связи с глазами по стандартной схеме[66].
Опыты над генетически измененными мышами дали особенно важные подсказки, потому что удаление одного гена дает более точный результат, чем традиционные приемы химического воздействия на нейроны или операции на мозге. Одна группа исследователей вывела мышь, чьи синапсы были полностью выключены, и нейроны не могли обмениваться сигналами. Тем не менее ее мозг развивался довольно нормально, формируя слои, проводящие пути и синапсы там, где нужно[67]. (Мозг быстро дегенерировал после рождения, еще раз доказав, что активность нейронов может быть больше важна для поддержания работоспособности мозга, чем для его построения.) Другая команда создала мышь с неработающим таламусом, лишая кору его сигналов полностью. Однако кора развилась нормально, со всеми слоями и областями, каждый — со своим набором работающих генов[68]. Третье исследование, наоборот, экспериментировало с мышами, лишенными гена, который строит молекулярные цепи, помогающие организовать мозг, включая другие гены в определенных местах. Исчезновение гена повлияло значительно: границы между областями коры были серьезно деформированы[69]. Эти исследования, таким образом, показывают, что гены могут быть важнее для организации коры больших полушарий, чем нейроны и их активность. Без сомнения, активность нейронов играет роль (в зависимости от биологического вида, стадии развития и части мозга), но это только одна из возможностей мозга, а не источник его структуры.
А как насчет нашего вида? Вспомним недавние близнецовые исследования, показавшие, что разница в строении коры, особенно в количестве серого вещества в различных ее зонах, контролируется генами, а следовательно, то же самое верно и для разницы в интеллекте и других психологических чертах[70]. Примеры пластичности человеческого мозга не противоречат его фундаментальной генетической организации. Один из наиболее цитируемых примеров пластичности у людей и обезьян — то, что кора головного мозга, первоначально предназначенная для ампутированной или парализованной части тела, может переключиться на другую часть тела. Но тот факт, что входной сигнал меняет уже готовый и функционирующий мозг, еще не значит, что этот сигнал может формировать мозг в процессе развития. Большинство ампутантов испытывают фантомные ощущения: яркие, детальные галлюцинации. Невероятно, но довольно многие из тех, кто уже родился без конечности, тоже переживают подобные наваждения[71]. Они способны описать анатомию отсутствующей конечности (например, сколько пальцев чувствуют на несуществующей ноге), им даже может казаться, что они жестикулируют фантомными руками во время разговора. Одна девочка решала арифметические задачи, «загибая пальцы» на своей фантомной руке! Психолог Рональд Мелзак, описавший множество подобных случаев, предположил, что мозг содержит врожденную «нейроматрицу», распределенную между несколькими корковыми и подкорковыми зонами и занятую репрезентацией тела.
Впечатление, что человеческий мозг бесконечно пластичен, подкрепляется историями детей, которые порой восстанавливаются после ранних повреждений мозга. Однако существование церебрального паралича (пожизненных трудностей контроля движений и речи, причина которых — врожденные дефекты или ранние повреждения мозга) показывает, что даже пластичность детского мозга имеет жесткие пределы. Наиболее заметное свидетельство экстремальной пластичности у людей — то, что иногда дети вырастают практически нормальными даже после хирургического удаления во младенчестве одного из полушарий целиком[72]. Однако это — особый случай. Возможно, так происходит потому, что мозг приматов по большей части симметричный орган. Обычная человеческая асимметрия (речью управляет преимущественно левое полушарие, пространственными ощущениями и некоторыми эмоциями — в основном правое) наложена на практически симметричный дизайн. И было бы неудивительно, если бы полушария были генетически запрограммированы обладать в целом похожими возможностями, но и небольшими различиями, позволяющими каждому полушарию специализироваться в одних талантах, оставив другие на долю соседа. С потерей одного из полушарий второму приходится использовать свои способности на полную катушку.
Но что случится, если ребенок потеряет часть коры в обоих полушариях, так что ни одно из них не сможет выполнять работу другого? Если области коры взаимозаменяемы, пластичны и организованы воздействием входных сигналов, уцелевшая часть коры должна взять на себя функции поврежденной. Ребенок может быть несколько заторможен, потому что ему придется обходиться меньшим количеством мозговой ткани, но он должен обладать полным набором человеческих способностей. Однако этого не происходит. Несколько десятилетий назад неврологи наблюдали мальчика, пострадавшего от временной гипоксии мозга и вследствие этого потерявшего языковые области левого полушария и зеркально расположенные области правого. И хотя, когда случилось несчастье, ему было всего десять дней от роду, он рос, постоянно испытывая трудности в речи и понимании[73].
Это исследование, как и многие другие в детской неврологии, нельзя назвать безупречным с научной точки зрения, но недавнее изучение двух других умственных способностей подтверждает, что мозг ребенка может быть не настолько пластичен, как многие думают. Психолог Марта Фарах и ее коллеги недавно рассказали о 16-летнем мальчике, который сразу после рождения перенес менингит, повредивший его зрительную кору и нижнюю часть обеих височных долей мозга[74]. Когда такое случается со взрослыми, они теряют способность узнавать лица, с трудом различают животных, однако обычно понимают слова, узнают инструменты, мебель, различают формы. У мальчика был тот же самый синдром. И хотя он вырос с нормальным вербальным интеллектом, совершенно не мог распознавать лица. Не узнавал даже фотографии актеров из своего любимого телесериала «Пляжный патруль», который смотрел каждый день по часу в течение полутора лет. При отсутствии нужных «линий передач» в мозге ни множество увиденных в течение 16 лет лиц, ни наличие большого количества доступной коры не смогли обеспечить его базовой человеческой способностью различать людей по их внешности.
Нейроученые Стивен Андерсон, Ханна и Антонио Дамасио и их коллеги недавно протестировали двух молодых людей, в детстве пострадавших от повреждения вентромедиальной и орбитофронтальной коры[75]. Эти части мозга расположены над глазами и важны для эмпатии, социальных навыков и самоконтроля (как мы знаем из случая Финеаса Гейджа, железнодорожного рабочего, чей мозг был пронзен металлическим прутом). Оба ребенка оправились от травм, воспитывались в стабильных семьях с нормальными братьями и сестрами, с образованными родителями и выросли во взрослых с обычными IQ. Если бы мозг действительно был однородным и пластичным, здоровые его части должны были бы быть сформированы нормальным социальным окружением и взяли на себя функции поврежденных частей. Увы, этого не случилось ни с одним из них. Девушка, которая попала под машину в возрасте 15 месяцев, ребенком совершенно не подчинялась дисциплине, игнорировала наказания и бесконечно лгала. Будучи подростком, воровала в магазинах и у родителей. У нее не было друзей, она не испытывала ни сочувствия, ни раскаяния и совершенно не интересовалась собственным ребенком. Другой пациент, молодой человек, потерял те же части мозга из-за опухоли в трехмесячном возрасте. Он также вырос вспыльчивым и безынициативным, воровал и не имел друзей. Неприятности не ограничивались плохим поведением. Несмотря на нормальный IQ, оба испытывали затруднения в разрешении простых моральных проблем. Они, например, не могли ответить, что нужно делать людям, поспорившим из-за того, какой телеканал смотреть, или решить, должен ли мужчина украсть лекарство, чтобы спасти свою умирающую жену.
Эти случаи не только развенчивают доктрину экстремальной пластичности, они бросают вызов генетикам и нейроученым XXI века. Каким образом геном приказывает развивающемуся мозгу разграничивать нейронные сети, предназначенные для решения таких абстрактных задач, как различение лиц или внимание к интересам других людей?
«Чистый лист» дал свой последний бой, однако, как мы видим, его последние научные бастионы оказались иллюзией. Возможно, количество генов в человеческом геноме меньше, чем ожидали биологи, но это показывает только, что число генов не имеет прямого отношения к сложности организма. Возможно, коннекционистские нейросети могут объяснить некоторые из составных блоков мышления, но они недостаточно мощны для того, чтобы самостоятельно овладеть мышлением или речью; для этого их нужно специальным образом спроектировать заранее. Нейропластичность — не волшебная всемогущая сила мозга, а набор инструментов, помогающих превратить мегабиты генома в терабиты мозга, заставляющих сенсорную кору отвечать на внешние сигналы соответствующим образом и реализовывающих процесс научения.