Доктор Гидд и его коллеги [29] из Национального института психического здоровья (NIMH) были первыми, кто провел лонгитюдное исследование детей и взрослых с использованием этой технологии сканирования. В 1999 году, когда они впервые сообщили о своем результате [30], исследовательское поле было небольшим – за этот год было опубликовано всего около четырехсот работ по нейровизуализации у детей. Однако к 2010 году их число выросло до тысячи четырехсот журнальных статей!
Теперь мы знаем, что мозг развивается на протяжении многих десятилетий [31], и у нас также есть гораздо лучшее понимание того, как связаны его различные области. Чтобы понять эти результаты, вам необходим ускоренный курс анатомии мозга.
Серое вещество мозга состоит [32] из ста миллиардов нервных клеток, называемых нейронами. Для того чтобы мозг и нервная система работали, эти клетки должны быть способны посылать и принимать сигналы, во многом похожие на телефонную систему (стационарную, а не ту, что у вас в кармане). В центре нейронов находится тело клетки, которое содержит ядро. Это ее командный пункт, или, используя предыдущую метафору, сам телефон. Короткие ветви, называемые дендритами, вырастают из тела клетки и получают сигналы от других клеток. Каждый нейрон имеет до ста тысяч дендритов [33], которые образуют еще более мелкие веточки.
Белое вещество состоит из аксонов – длинных нервных волокон, которые посылают сигналы от одной клетки мозга к другой. На каждый нейрон приходится только один аксон, но каждый аксон имеет свои собственные ветви. Возвращаясь к сравнению с телефонной системой, аксоны и дендриты – это провода, которые обеспечивают связь между отдельными телефонами.
Вот тут-то и начинается интересное: мозг гибок, потому что аксоны и дендриты физически не прикрепляются друг к другу. Когда связь необходима для передачи определенной информации, между этими двумя соединениями образуется промежуток, известный как синапс. Затем через него проходит нейромедиатор, представляющий собой электрически заряженное химическое вещество. Так что это не метафора – сказать, что мозг «подключен», – это буквальное утверждение. Насчитывается более сотни различных типов этих химических веществ – никто не знает точного количества. Многие из рецепторов специализированы для приема сигналов от конкретного нейромедиатора. Каждый нейромедиатор может иметь разные рецепторные клетки в зависимости от выполняемой им работы.
Одним из подобных химических веществ является аденозин. Вероятно, это второе любимое блюдо вашего сына. (Первое – это дофамин.) Аденозин является частью механизма сна мозга. Когда мозг вырабатывает этот нейромедиатор, он связывается со своими рецепторами, замедляя активность клеток и вызывая у нас сонливость. Однако природа создала нечто, являющееся химическим двойником аденозина, – кофеин, который, по сути, обманывает рецепторы аденозина, заставляя их связываться с ним и тем самым блокируя настоящий нейромедиатор, отправляющий нас в страну грез. Большинство психиатрических препаратов работает по тому же принципу. Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС), такие как «Прозак», «Золофт» или «Лексапро», снимают тревогу и депрессию, действуя подобно дамбе. Они связываются с рецепторными клетками, которые поглощают серотонин, и в свою очередь позволяют этому нейромедиатору, который уже вырабатывается мозгом, оставаться активным в течение более длительного периода времени.
Сеть тело клетки → дендрит → синапс → нейромедиатор → аксон → тело клетки называется нервным путем. Каждую вашу мысль, чувство, которое вы испытываете, или действие, которое вы инициируете, можно понимать как серию нейронов, которые общаются друг с другом [34] посредством языка электрических сообщений. Потренируйтесь бросать бейсбольный мяч, играть на скрипке или запоминать таблицу Менделеева, и вы активируете тысячи специфических нейронных путей. Чем больше вы делаете подобных вещей, тем больше укрепляются связи. Это выставляет известную фразу «Практика – залог успеха» в совершенно новом свете. Более того, каждый раз, когда вы чему-то учитесь, мозг создает больше синапсов и рецепторов. Количество вероятных мозговых путей огромно. Я позволю вам посчитать: для этого умножьте сто миллиардов нейронов на десять тысяч возможных соединений [35]. На самом деле, если бы каждый нейрон в мозге человека при рождении был связан со всеми остальными нейронами, мозг типичного новорожденного [36] должен был бы быть размером с Манхэттен. К счастью, природа решила эту проблему, гарантировав, что нам никогда не понадобится столько проводов.
Эволюционный путь
Мозг устроен так, чтобы адаптироваться к окружающей среде. В то время как развитие человека идет по заранее запрограммированному генетическому пути, существует много возможностей для индивидуализации. Это позволяет развивать навыки и способности, необходимые для выживания как отдельным личностям, так и виду в целом. Таким образом, вместо того чтобы приходить «полностью загруженным», младенец рождается с некоторыми существенными особенностями, а также потенциалом для развития оптимальных для своего окружения навыков. Вот почему дети рождаются с гораздо большим количеством нейронов, чем им нужно, но с очень слабой проводимостью.
Многие ученые, исследующие мозг, считают, что его развитие следует эволюционному пути – от самого примитивного к самому сложному, или буквально снизу вверх. Нижние отделы мозга развиваются быстрее всего, поскольку они контролируют самые основные жизненные функции: дыхание, сон, частоту сердечных сокращений, температуру, баланс и оповещение лиц, осуществляющих уход, о голоде, жажде или дискомфорте. Теперь приготовьтесь к небольшой научной фантастике: эти структуры (ствол и мозжечок) были названы «рептильным мозгом» [37], потому что они полностью напоминают мозг черепахи или хамелеона. Связи из сенсорной и моторной областей мозга новорожденного быстро формируются с другими областями. Мозг ребенка подготавливается к ходьбе, речи, а затем к развитию мелкой моторики (хватание, удержание и так далее), и все это в течение первого критического периода жизни. Пока ваш сын мирно спал в своей кроватке, его мозг формировал два миллиона синапсов каждую секунду!
Как только эти навыки приобретены, мозг «запечатывает» их, теряя свою пластичность в соответствующих областях. Это гарантирует, что данные функции будут оставаться стабильными на протяжении всей жизни: нам не нужно учиться лучше дышать или видеть, нам просто нужно уметь это делать.
Однако для развития более сложных функций мозга [38], таких как суждение и планирование, требуется гораздо больше времени.
Чтобы понять, как происходит этот удивительный процесс, давайте представим мозг в виде компьютера. К шести годам он обладает почти всем необходимым оборудованием (серым веществом) и достигает 90 процентов своего взрослого размера [39]. После этого развитие мозга сводится к реорганизации. Думайте об этом как о серии обновлений программного обеспечения, необходимых для получения максимальной отдачи от сложного оборудования, которое, кстати, также включает нашу нервную систему и тело. Данные улучшения происходят постепенно на протяжении всего детства. Затем половое созревание приводит к метафорической установке новой операционной системы – той, которая позволяет сделать мозг более компактным и эффективным.
Компактнее
В детстве мозг вырабатывает больше синапсов и нейронных связей, чем ему действительно необходимо. На протяжении всей жизни он отсекает ненужные связи, во многом подобно тому, как садовник подрезает куст, удаляя ненужные листья и ветви, чтобы необходимые могли процветать.
Недавние исследования мозга показали, что пик «обрезки» приходится на подростковый возраст [40]. Хотя новые и очень важные связи продолжают устанавливаться, мозг подростка чрезвычайно занят отбрасыванием ненужного багажа, прежде чем он совершит большой переход во взрослую жизнь. Гидд обнаружил, что объем серого вещества увеличивается, особенно в лобной доле (подробнее об этой области в главе 4), в детстве и ранней юности, достигая максимума в возрасте двенадцати лет, а затем начинает снижаться. В подростковом возрасте мозг теряет от 7 до 10 процентов [41] своей серой зоны, а в некоторых местах до 50 процентов. Однако это не повод для паники: ваш сын не теряет никаких умственных способностей, просто его мозг упорядочивается.
Эффективнее
Мозг становится намного более эффективным благодаря процессу, называемому миелинизацией. Миелин – это белое жировое вещество, которое сравнивают с изоляцией. Он покрывает аксоны, делая передачу информации в сто раз быстрее [42]. При рождении только ствол головного мозга ребенка (место, где происходят автоматические функции, такие как дыхание) полностью миелинизирован. Это отсутствие миелинизации объясняет медленную реакцию младенца [43]. Со временем подключается все больше и больше областей мозга, и именно миелин играет центральную роль в быстрой доставке информации туда, куда она должна поступить. Он имеет решающее значение для мозга, который с его помощью может реагировать на потенциальные угрозы, а также решать сложные проблемы.
По мере того как серый цвет в мозге ребенка [44] становится все белее и белее, нейронные связи становятся более прочными и лучше изолированными. Масштабная реорганизация подросткового мозга состоит в основном из обрезки и миелинизации. Однако, как указывает Стейнберг, реальное значение «заключается не в том, что происходит реконструкция, а в том, где это происходит».
Развитие в течение первого периода жизни идет довольно последовательным путем: большинство младенцев развивается одинаково, по одному и тому же графику. На самом деле не имеет никакого значения, был ли ваш ребенок первым из своих сверстников приучен к туалету и когда он начал ходить. Каждый в конце концов научится говорить, если нет какого-то серьезного нарушения. Однако развитие мозга подростков далеко не столь предсказуемо или последовательно. Существуют большие различия в навыках и способностях, которые формируются в подростковом возрасте, включая владение языком, логическое мышление, планирование и самоконтроль.