Мозг материален Казанцева Ася

В 1969 году в Кембридже родились котята[146]. Дело житейское, но на этот раз они родились в абсолютно темной комнате и находились там первые две недели своей жизни. После того как котята немного подросли и глаза у них открылись, они стали проводить время более интересно: каждый день биологи Колин Блэкмор и Грэм Купер на пять часов сажали их в высокий цилиндр, на стеклянную прозрачную платформу, пересекающую его посередине. Куда бы ни смотрели котята, они видели только внутреннюю поверхность цилиндра. Она была полностью закрашена только горизонтальными или только вертикальными полосками. Подопытные не могли увидеть и собственное тело, потому что носили черные ветеринарные воротники. “Судя по всему, котят не огорчала однообразная обстановка, – трогательно отмечают авторы. – Они подолгу сидели и рассматривали стены”.

Когда котятам исполнилось пять месяцев, их стали выпускать в комнату с обыкновенной обстановкой и наблюдать за их поведением. Сначала все животные были довольно беспомощны и ориентировались в основном на ощупь. Но через несколько часов практики они уже понимали, как пользоваться своим зрением – например, для того чтобы смело соскочить со стула на пол. Хотя некоторые проблемы сохранились надолго. В частности, котята не умели оценивать расстояние до объектов. С одной стороны, они пытались потрогать то, что находилось на другом конце комнаты, с другой стороны – время от времени врезались в мебель.

Но главное – они не умели видеть горизонтальные линии, если росли только в окружении вертикальных. Вообще. Совсем. Вы берете указку и играете с котенком. Он следит за ней и ловит ее, как любой обычный котенок. Но только до тех пор, пока вы указываете ей вверх. Или вниз. Или хотя бы по диагонали. Как только вы поворачиваете указку параллельно полу, котенок перестает обращать на нее внимание. Он смотрит прямо перед собой, вы размахиваете указкой прямо у него перед носом, но он в упор ее не видит и никак не реагирует на нее. И наоборот, котенок, выросший в окружении горизонтальных линий, очень заинтересуется указкой в такой ситуации, но перестанет обращать на нее внимание, как только вы повернете ее вертикально.

К тому моменту было уже известно, чт искать в кошачьем мозге. Десятью годами раньше Хьюбел и Визель, будущие лауреаты Нобелевской премии, показали[147], что в зрительной коре существуют клетки, чувствительные к ориентации линий. Чем ближе угол наклона к тому, что предпочитает эта конкретная клетка, тем с большей частотой она отправляет импульсы. И действительно, при вживлении электродов в зрительную кору котят, выросших в цилиндрах, удавалось найти клетки, чувствительные к тем линиям, которые они видели в детстве, – и не удавалось обнаружить клеток, которые должны были бы реагировать на линии, незнакомые котенку.

Главный вопрос жизни, вселенной и всего такого

Если излагать всю современную нейробиологию в двух предложениях, то это будут две англоязычные поговорки: Use it or lose it (используй, или потеряешь) и Cells that fire together wire together (клетки, которые активируются вместе, связываются вместе)[148].

У младенца – будь то котик или человеческий детеныш – очень много нейронов и очень много связей между ними[149]. Больше, чем у взрослого кота или у профессора Гарварда. В младенчестве нервные клетки выращивают отростки во все стороны – не то чтобы совсем хаотически и бессистемно, но избыточность очень большая. Отправляй импульсы всем, Господь отберет своих.

Собственно, как раз поэтому малыши такие неуклюжие. Когда годовалый ребенок пытается есть ложкой, то клетки его моторной коры отправляют импульсы во всех направлениях одновременно, так что неудивительно, что ложка постоянно выпадает из руки и валяется под столом, а каша оказывается на щеках, на подбородке, на люсте, но только не во рту. Но поскольку у ребенка есть намерение научиться пользоваться ложкой (конечно, если вы мудро проводите обучение в те моменты, когда он голодный, а каша вкусная), то он анализирует свой опыт и старается повторять именно те движения, которые, пусть и по чистой случайности, всетаки позволили донести ложку до рта. Соответственно, электрические импульсы чаще проходят именно через те нейронные ансамбли, которые требуются для доставки каши в рот, чем через те, которые нужны для доставки каши в ухо. А мозг конструктивно предрасположен к тому, чтобы укреплять связи между теми нейронами, которые мы часто используем совместно. И ослаблять связи между теми нейронами, которые мы совместно не используем. До такой степени, что человек может научиться пользоваться ложкой (и делать еще много интересных вещей). А котенок может навсегда лишиться способности видеть горизонтальные линии, если в нежном возрасте, когда процесс реорганизации нейронных связей проходил особенно эффективно, зрительная кора не получала от сетчатки совсем никаких сигналов о том, что горизонтальные линии вообщето в мире существуют.

Я уже говорила об этом и еще много раз повторю: любое долгосрочное обучение – это физические изменения в мозге. Сначала все слабо связано со всем, а потом то, что взаимодействует, оказывается связанным прочно, а то, что не взаимодействует, становится связанным менее прочно. И иногда это уже никак не исправить.

Тут можно приводить огромное количество метафор. Например, общение между нейронами похоже на общение между людьми. Вот вы попали в новый университет и сначала просто смутно помните всех однокурсников и преподавателей в лицо. Потом с кемто из них вы начинаете общаться, становитесь друзьями, влюбляетесь. Вы можете перестать тусоваться вместе после окончания университета, но вы запомните их навсегда. Тех, с кем вы не общались, вы все равно будете помнить в лицо во время учебы и некоторое время после, но вот уже через пять лет после выпускного не узнаете их ни при встрече в транспорте, ни наткнувшись на них случайно в Фейсбуке. Впрочем, пока все живы, вы всегда можете познакомиться заново в рамках какого-нибудь рабочего проекта – как и нейроны, люди формируют прочные связи с теми, с кем они взаимодействуют.

Или, например, сравните мозг с полем, заросшим травой. Сначала по нему можно ходить в любом направлении, нет никакой разницы в эффективности движения, куда бы вы ни повернули. Но постепенно на тех направлениях, по которым вы чаще всего прогоняете нервные импульсы, появляются тропинки. Потом грунтовые дороги. Потом трехполосные шоссе с баннерами. Ходить по траве и протаптывать новые тропинки попрежнему возможно (хотя и трудно, потому что трава со временем превращается в одревесневшие колючки), но с гораздо большей вероятностью нервный импульс отправится по проторенной, расчищенной дороге.

Это тот кусок нейробиологии, который имеет огромное прикладное повседневное значение. В этом свете примерно все становится понятным. Большинству из нас не надо прилагать серьезные волевые усилия, чтобы почистить зубы, потому что мы делали это десятки тысяч раз в своей жизни. А вот если мы попытаемся добавить другое настолько же простое действие, например каждый день намазывать лицо кремом, то будем постоянно забивать и забывать, пока не приложим достаточно волевых усилий, чтобы проложить удобные нейронные дорожки и для этого тоже. Когда в нашей жизни происходит какаято резкая перемена, то нас еще долго, месяцы или даже годы, накрывают флешбэки из прошлой жизни. Вы бросили курить, и физиологическая зависимость прошла за три недели, но еще год вы не будете понимать, чем занять голову и сердце в тех ситуациях, в которых курение было особенно важным, потому что эти нейронные сети не успели перестроиться (так что большинство людей срывается обратно в физиологическую зависимость). Вы поссорились с другом, и, например, уверены в своей правоте, и не планируете извиняться, но все равно еще пару лет ловите себя на том, что ведете с ним мысленные диалоги и порываетесь кидать ему прикольные ссылки, – и огорчаетесь каждый раз, когда вспоминаете, что это больше не приветствуется. Но главное, конечно, вот эта история про новые нейронные связи страшно важна для любого целенаправленного обучения. Каждый раз, когда вы занимаетесь повторением, вы повышаете вероятность того, что новые нейронные связи сформируются. Когда вы учите любой материал маленькими кусочками в течение долгого времени, вы запоминаете намного больше, чем при попытке загрузить в голову все сразу за один день перед экзаменом[150], – скорость усвоения информации ограниченна именно потому, что для нее же надо вырастить новые нейронные связи и лучше делать это постепенно.

Прекрасная аплизия

Ну ладно, честно говоря, никто не проверял, как именно у меня в голове работает и медленно перестраивается нейронная сеть, посвященная моему утраченному другу. Мое хобби – экстраполяция. То есть да, исследователи полагают, что укрепление связей между нейронами лежит в основе любого обучения, и у них немало оснований для такой точки зрения, но ключевые прямые эксперименты с непосредственным наблюдением за молекулами и синапсами, конечно, проводят на клеточных культурах и на животных. Причем львиная доля информации была получена благодаря моллюскам, а уже потом многое из того, что верно для них, оказалось правдой и для нас.

Если вдруг вы еще не читали научно-популярную книгу Эрика Канделя “В поисках памяти”, то лучше вообще не читайте меня, а читайте ее. Если уже читали, то тем более не понимаю, что вы тут делаете. На самом деле эта глава нужна только третьей категории читателей – тем, кто Канделя еще не осилил, потому что это кирпич на 736 страниц, и предпочитает сначала получить бойкое и веселое краткое изложение от меня.

Канделю дали Нобелевку за редукционистский подход. За то, что он отвернулся – временно – от млекопитающих с их мелкими и многочисленными нейронами, среди которых толком не найти нужные, особенно когда непонятно, что именно вообще предстоит искать. Он вместо этого сосредоточился на работе с аплизией, или морским зайцем, – большущим, с человеческую ладонь, брюхоногим моллюском, у которого примерно 20 тысяч нейронов, и многие из них такие крупные, что видны невооруженным взглядом, они находятся в одном и том же месте у всех подопытных животных и выполняют одну и ту же функцию.

“Пожалуй, главная мудрость, которую дает Слизень, – пишет про аплизию нейробиолог Коля Кукушкин, – это относительность жизни, смерти, восприятия, памяти, поведения и вообще почти любого биологического процесса. Когда ты можешь разобрать животное на молекулы и, в общем, свести всю его жизнь к биохимическим каскадам, становится понятно, что ты как гигантское позвоночное очень ограничен своей обезьяньей концептуализацией живого организма в принципе. Когда ты усыпил улитку – она еще живая? А когда вытащил из нее мозг? Мозг не знает, что его вытащили. Он так может работать еще несколько дней. А если взять и вытащить из него нейроны? Они могут расти в чашке неделями и не знать, что чтото изменилось. А если расклонировать гены, выделить РНК, разделить белки и заморозить? Молекулам все равно. Где заканчивается жизнь и наступает смерть? Что умерло, а что выжило? На каком уровне искать субъект?”

То есть у вас есть целое животное, и у него есть поведение. Например, когда вы задеваете сифон (трубку, которая соединяет мантийную полость с внешней средой и служит, например, для выведения отходов жизнедеятельности), аплизия немедленно втягивает внутрь и сам сифон, и жабры – они тонкие и их важно беречь от внешних угроз. Это врожденный рефлекс, но вы можете модифицировать его с помощью обучения: приучить аплизию не обращать внимания на слабые прикосновения к сифону или, наоборот, напугать ее, ударив током (причем неважно, в какую часть тела), чтобы она снова втягивала жабры в ответ на самое незначительное воздействие.

Вы можете разобрть аплизию, чтобы посмотреть, где у нее что находится. Вы видите, что чувствительный нерв от сифона заходит в абдоминальный ганглий (брюшной нервный узел). Вы видите, что из этого же ганглия выходит нерв, ведущий к жабрам и заставляющий их втягиваться. Вы начинаете разбирать абдоминальный ганглий поклеточно и находите там сенсорный нейрон. Если вы вставите в него записывающий электрод, то увидите, что этот нейрон активируется от прикосновения к сифону животного. А еще вы найдете рядышком моторный нейрон. Если простимулировать его с помощью электрода, то ваша аплизия втянет жабры.

Теперь вы можете ставить эксперименты по обучению полуразобранной аплизии – чем, собственно, и занялись Кандель и его коллеги. В одном из первых своих ключевых экспериментов[151], в 1970 году, они оставили от аплизии кусочек кожи с сифона, чувствительный нерв, ведущий от него к абдоминальному ганглию, и собственно абдоминальный ганглий. Убедились, что действительно, когда в такой конструкции вы прикасаетесь к коже, моторный нейрон активируется – как если бы аплизия втягивала жабры. Но если вы прикоснетесь к коже много раз, то моторный нейрон перестает активироваться – как если бы аплизия привыкла и перестала обращать внимание. А если вы оставите препарат в покое на двадцать минут и потом снова прикоснетесь к коже, то моторный нейрон снова активируется – как если бы аплизия отдохнула. А еще вы можете воздействовать электрическим током на остатки любого другого чувствительного нерва из тех, что раньше заходили в абдоминальный ганглий из разных концов тела. И в этой ситуации моторный нейрон снова начнет активироваться, хотя аплизия еще не отдохнула. Это потому, что вы ее напугали. Ну, точнее, напугали то, что от нее осталось.

Уже на этом раннем этапе работы можно вставлять много электродов в разные нейроны аплизии – чтобы регистрировать собственную активность клеток и чтобы подавать на них импульсы. Можно изменять состав солевого раствора, в котором все это происходит, чтобы усиливать или ослаблять передачу сигналов. И можно прицельно изучать один-единственный синапс – контакт между сенсорным нейроном и моторным нейроном. То, что на уровне целой аплизии выглядит как привыкание к прикосновениям, на уровне этого единственного синапса выглядит как кратковременное снижение его способности передавать сигналы. Если вы снова напугаете аплизию, то уже будут задействованы какието другие нейроны – в 1970 году пока не было понятно, какие конкретно, и сколько, и как именно они подсоединены, – но они влияют на тот самый контакт между сенсорным и моторным нейроном и снова увеличивают эффективность проведения импульсов. Но тоже ненадолго.

Привет. Это кратковременная память. Целая аплизия ненадолго запоминает, что она привыкла к стимуляции. Или ненадолго запоминает, что она испугана. Для этого она соответственно снижает или повышает проводимость этого своего ключевого синапса между сенсорным и моторным нейроном. Полуразобранная аплизия делает то же самое, и это поддается непосредственному измерению.

В 1970 году было еще неизвестно, как именно аплизия это делает, какие конкретно молекулы отвечают за то, что проводимость синапса временно увеличивается, а главное – имеет ли этот феномен какоето отношение к настоящему обучению, долгосрочным и устойчивым изменениям в поведении животного, или они происходят както совсем иначе. Данные накапливались постепенно, кирпичик за кирпичиком, в десятках последующих работ, – но неуклонно. Кандель и его коллеги научились выращивать аплизий в лаборатории, а не ловить на побережье. Это само по себе было нетривиальной задачей, потому что понадобилось выследить, какой конкретно вид водорослей обязательно должен присутствовать в рационе детенышей. Наличие юных аплизий позволило извлекать из них нейроны и культивировать их в чашке Петри (нейроны взрослых хуже переносят такое обращение). В таких условиях более удобно делать с нейронами что захотите, например поливать их растворами разных веществ и смотреть, что получится. А получалось многое.

Во-первых, для того чтобы усилить проводимость синапса, необязательно механически воздействовать на кожу или стимулировать нейроны с помощью электродов. Можно просто полить синапс серотонином, эффект будет аналогичным.

Во-вторых, воздействие на синапс приводит к увеличению в сенсорном нейроне концентрации цАМФ, циклического аденозинмонофосфата. Это такая молекула-посредник, ее основная биологическая роль заключается в том, чтобы сообщать внутриклеточным белкам, что на мембране происходит чтото интересное. Более того, если на 15 минут залить синапс раствором цАМФ (точнее, раствором его синтетического аналога, способного проникать сквозь клеточную мембрану), то это тоже усилит проведение сигнала.

В-третьих, когда мы говорим о прямых направленных воздействиях на синапс, будь то механическая стимуляция, электрическая или с помощью серотонина, то одноразовое действие приводит к изменению проводимости синапса на несколько минут. Но вот если повторить такое воздействие пять раз подряд, то эффект окажется устойчивым, будет сохраняться даже через сутки.

В 1988 году, располагая этими данными, Кандель и его коллеги перекинули мостик от кратковременной к долговременной памяти[152]. Они проверили сразу две гипотезы, в поддержку которых говорили косвенные данные, но ощущалась нехватка прямых экспериментальных доказательств.

Во-первых, Кандель и его коллеги показали, что если долго, около двух часов, поддерживать повышенную концентрацию цАМФ в нейронах, то и изменение проводимости синапсов окажется долгосрочным. А если использовать всякие другие молекулы-посредники, то ничего не произойдет. Это очень важно, потому что это означает, что различие между кратковременной и долговременной памятью скорее количественное, чем качественное, – в том смысле, что одни и те же молекулы, в зависимости от продолжительности воздействия, вызывают либо краткосрочные, либо долгосрочные изменения.

Во-вторых, и это еще важнее, долгосрочные эффекты пропадают, если одновременно добавить в питательную среду анизомицин. Это вещество, которое подавляет в эукариотических[153] клетках синтез белка. Оно никак не влияет на краткосрочные изменения проводимости синапса. А вот если мы хотим, чтобы синапс изменился надолго, то без производства новых белков это невозможно.

Одновременно с этим Крейг Бейли и его коллега Мэри Чень выяснили с помощью аплизий еще одну важную вещь насчет долговременной памяти[154]. Они работали с целыми, а не разобранными животными и обучали их либо вообще не реагировать на прикосновение к сифону, либо, наоборот, очень серьезно его бояться. А уже потом, после вручения аплизиям красных дипломов в награду за успешное обучение, накачивали их сенсорные нейроны пероксидазой хрена, заливали эпоксидкой, резали на слои и подсчитывали количество пресинаптических выростов – участков нейрона, содержащих пузырьки с нейромедиаторами и готовых эти нейромедиаторы куда-нибудь выделить.

(“При чем тут хрен?” – спросите вы, если вам не доводилось раньше интересоваться молекулярной биологией. Сам хрен действительно ни при чем, а вот выделенный из него фермент по имени пероксидаза – важный инструмент для биологических исследований. Если просто ввести пероксидазу хрена в нейроны, их становится намного удобнее рассматривать под микроскопом. В современных лабораториях широко применяют молекулярные комплексы из пероксидазы и антител к конкретным белкам, позволяющие их выявлять и подсчитывать.)

Так вот, если вашу аплизию вы вообще ничему не обучали, то в среднем у нее в каждом сенсорном нейроне 1300 пресинаптических выростов. Если она у вас достигла просветления, перестала беспокоиться и втягивать жабры (потому что вы дотрагивались-дотрагивались до ее сифона, и ничего страшного не происходило, и ей надоело тревожиться), то прсинаптических выростов на нейроне будет около 900. Если же, наоборот, вы несколько дней били ее током и внушили ей, что жизнь опасна и тяжела, так что втягивать жабры надо при каждом шорохе, то вы насчитаете у такой аплизии в среднем 2700 пресинаптических выростов на один сенсорный нейрон.

Привет. Это долговременная память. Каждое использование синапса (в том числе и поступление на него дополнительной информации о том, что тут опасно и в другие места тела бьют током) повышает количество сигнальной молекулы цАМФ в сенсорных нейронах. Рано или поздно количество переходит в качество, запускаются молекулярные каскады, клетка инициирует процессы считывания генов, синтеза новых белков и начинает выращивать себе новые пресинаптические окончания, с тем чтобы дальше аплизия могла понадежнее связать сенсорные нейроны с моторными, то есть на много недель запомнить, что надо старательно втягивать жабры в ответ на любое прикосновение.

Все это время я старательно фокусировалась на одном-единственном синапсе, контакте между сенсорным и моторным нейроном, чтобы не пугать вас раньше времени. Но на самом деле, когда мы говорим про аплизию и про те механизмы ее обучения, которые исследовал Кандель, там обычно задействованы не два нейрона, а три.

Сенсорный нейрон воспринимает сигналы от внешнего мира. Моторный нейрон передает их мышце. Третья категория – интернейроны, которые делают все остальное. В случае с рефлексом втягивания жабр у аплизии интернейроны серьезно влияют на то, в какой степени система вообще будет изменяться под влиянием пережитого опыта. Именно интернейроны выделяют серотонин – тот, который в лаборатории просто капают из пипетки. Он служит сигналом о том, что случилось чтото важное.

На молекулярном уровне происходит вот что[155],[156]: серотонин воспринимается предназначенными для него рецепторами в сенсорном нейроне, и это запускает производство сигнальной молекулы цАМФ; та, в свою очередь, действует на следующего ключевого игрока в этой цепочке – протеинкиназу А. Вообще, протеинкиназы – это большая группа ферментов, которые всегда делают в клетке важные вещи: они умеют навешивать на разные другие белки фосфатную группу (-PO4) и изменять таким образом их активность.

Когда мы говорим о кратковременной памяти, то есть о процессах, которые затрагивают только проводимость отдельно взятого синапса и ненадолго, то протеинкиназа А действует там на ионные каналы, способствует притоку в сенсорный нейрон ионов кальция и усиливает выделение им глутамата – нейромедиатора, передающего сигнал на моторный нейрон.

Когда мы говорим о долговременной памяти, то ее основное отличие в том, что протеинкиназы А накапливается много. Настолько много, что она поступает в ядро клетки и активирует там белок CREB-1. Он, в свою очередь, взаимодействует с ДНК и запускает считывание генов, кодирующих белки, нужные для последующего роста новых синапсов.

Мы и без аплизии догадывались, что повторение – мать учения. Но именно благодаря ей стало понятно почему. В нейронах просто должно накопиться достаточно цАМФ и вследствие этого достаточно протеинкиназы А, чтобы она инициировала процесс роста новых синапсов. Вероятность этого качественного перехода повышается каждый раз, когда нейроны вовлекаются в работу.

На самом деле, конечно, в клетке еще есть система сдержек и противовесов. Запомнить что-нибудь с первого раза аплизия не может не только потому, что у нее еще не активирован белок CREB-1, но и потому, что у нее, наоборот, работает белок CREB-2. Он тоже сидит в ядре, но только не стимулирует, а подавляет экспрессию генов, нужных для роста новых синапсов. Чтобы его отключить, тоже нужна протеинкиназа А (она делает это не напрямую, а с помощью посредника, который называется “MAP-киназа”). Когда у вас есть нейроны аплизии в клеточной культуре, вы можете сделать антитела к белку CREB-2, ввести их непосредственно в сенсорный нейрон и убедиться, что теперь одного-единственного стимула достаточно для того, чтобы сформировать долговременную память[157].

Не пытайтесь повторить это дома. Если бы мы запоминали с первого раза всю информацию, с которой сталкиваемся, наша жизнь была бы довольно неудобной, потому что мы бы постоянно путались, стараясь выделить важное среди кучи хлама. Это как если бы вы сохраняли на своем рабочем столе отдельным файлом каждую фотографию, которую вы когда-либо видели в интернете, а потом пытались бы перебрать их все, чтобы найти собственное фото на паспорт, которое тоже гдето там на рабочем столе хранится.

Значимость повторения и невозможность запомнить все сразу – это те вещи, которые могут быть легко перенесены с аплизии на млекопитающих. У нас тоже должна накопиться протеинкиназа А, чтобы запустились процессы считывания генов, синтеза белков и роста новых синапсов. Но все же между нами и аплизией, повидимому, есть и некоторые отличия.

Человек сложнее улиточки?

Вот смотрите, что мы поняли про аплизию. Ей для обучения обычно нужно три нейрона. В случае рефлекса втягивания жабр – сенсорный и моторный, которые проводят сигнал, и еще интернейрон, который выделяет серотонин. Этот серотонин инициирует перестройки в синапсе между сенсорным и моторным нейроном, причем в первую очередь за счет изменений в первом из них.

Пока Кандель совершал открытие за открытием, изучая аплизию, другие нейробиологи возились с гиппокампом млекопитающих. Это та самая зона мозга, которую в первой главе удалили Генри Молисону, после чего он лишился способности формировать долгосрочные воспоминания. Работать с гиппокампом гораздо сложнее, чем с абдоминальным ганглием аплизии, нейроны там мелкие, их очень много, эксперименты трудоемкие, результаты противоречивые. Но многие коллеги Канделя сохраняли надежду – и правильно делали. Еще в 1966 году именно в экспериментах на гиппокампе удалось впервые показать, что проводимость синапсов в принципе увеличивается после того, как через них пропустили электрические импульсы (это называется “долговременная потенциация”), а потом и описать молекулярные механизмы, которые ее обеспечивают[158]. И в целом получилось, что у млекопитающих, по сравнению с аплизиями, выше роль изменений не в первом, а во втором нейроне цепочки. И что, повидимому, это усиление проводимости в синапсе с большей вероятностью может сохраниться и перейти в долговременную память и без участия какогото дополнительного третьего интернейрона.

Если на этом месте вы подумали: “Ну и зачем Ася столько времени рассказывала нам про какихто улиток, если у млекопитающих подругому?” – то я хочу вас сразу от этого предостеречь. Сходства между нами намного больше, чем различий[159], – эволюция вообще легко меняет всякие несущественные детали типа формы тела и количества лапок, но очень консервативна в том, что касается жизненно важных молекулярных механизмов. У аплизии, повидимому, усиление проводимости синапса происходит и за счет изменений в постсинаптическом нейроне тоже[160]. У млекопитающих присутствует и регуляция памяти с помощью интернейронов, просто ее намного сложнее изучать, чем у аплизии, и поэтому до сих пор накоплено мало хороших примеров. Но, скажем, еще в 2001 году Сабина Фрей и ее коллеги экспериментировали с крысами, в мозг которых были вживлены электроды[161]. Животным стимулировали зубчатую извилину (ее можно рассматривать как часть гиппокампа, и она точно связана с памятью и пространственным мышлением). После стимуляции возбудимость нейронов повышалась, но за восемь часов падала до прежнего уровня. Или не падала. Зависит от того посылали ли крысе импульсы еще и на амигдалу. Активная амигдала резко замедляет затухание возбуждения в гиппокампе. Видимо, как раз потому, что отростки ее нейронов контактируют с синапсами гиппокампа, поливают их нейромедиаторами (в данном случае в первую очередь норадреналином) и усиливают долговременную потенциацию, то есть резко повышают вероятность того, что структурные изменения произойдут прямо с первого раза.

Вот ровно об этом я думала, дорогой читатель, этими самыми словами, когда два дня назад судьба занесла меня в “Макдоналдс” на Охотном Ряду. Вообщето я его избегаю, но когда нужно быстро и дешево поесть понятной еды в центре города, то вариантов особо нет. А избегаю я его потому, что меня там начинает трясти. Потому что в прошлый раз я туда заходила после того, как три часа подряд позорно липла к человеку, в которого безнадежно и пламенно влюблена. Он, скорее всего, горестно думал: “Ну вот че она? Нормально же сидели” – и пытался мягко от меня отвязаться, но я была непреклонна и решительна, как бронетранспортер. И уж точно проявляла в тот вечер ничуть не больше интеллектуальных способностей, чем улиточка. И у меня, как и у нее, сработала гетеросинаптическая пластичность. То есть амигдала моя, осознав, что наша с ней репутация разрушена безвозвратно, начала со страшной силой посылать импульсы в гиппокамп, чтобы я, по крайней мере, твердо запомнила, в каком месте со мной случилось ужасное, и больше никогда туда не ходила. Вообще у меня к ней много претензий по поводу того, что она могла бы включиться и на три часа раньше, но в присутствии объекта ей приходится преодолевать конкуренцию с прилежащим ядром, а оно у меня тоже эволюционно древнее и довольно мощное.

Влюбленности вообще хорошо подходят, чтобы словить интуитивное понимание того, как работают обучение и память. В конце концов, эти функции миллионы лет эволюционировали не ради того, чтобы мы были способны брать интегралы и дочитывать до конца эпилог “Войны и мира”. Задача была сложнее: повысить вероятность того, что мы выживем, найдем себе убежище, пропитание и половых партнеров. Соответственно, нужна была способность запоминать, где опасно, а где хорошо, какие наши действия приводят к тому, что нам больно, а какие – к тому, что нам приятно. Это уже потом выяснилось, что иногда для того, чтобы платить за квартиру и производить впечатление на девушек, оказываются полезны интегралы или “Война и мир”. И соответственно, мы до сих пор особенно круто умеем запоминать те обстоятельства, которые сопровождали эмоционально значимые события. Например, те песенки, которые были в моде во время острой стадии нашей влюбленности и, соответственно, постоянно крутились по радио, когда мы думали о потенциальном партнере (мы же все время о нем думали, не так ли?). В результате условный Игорь до сих пор железобетонно ассоциируется у меня с “I just cannot fight this feeling, we should be lovers, we should be lovers” (хотя я уже давно не думаю, что we should, но в 2010 году эта песня звучала из каждого утюга), а условный Андрей – с “Завтра в семь двадцать две я буду в Борисполе”, модной в 2012м (хотя, честно говоря, если я встречу Андрея на улице, я вряд ли его вообще узнаю). Уверена, что, если вы когда-нибудь были влюблены, вы сможете без проблем набросать собственный аналогичный список.

Что при этом происходит в мозге? Вот смотрите. У влюбленного человека есть довольно большая и активная нейронная сеть, которая постоянно думает про объект его страсти. И еще есть нейронные сети, которые отслеживают происходящее вокруг, в частности такая, которая слышит и узнает песенку. Между нейронной сетью “объект” и нейронной сетью “песенка” гдето есть контакт. Просто потому, что между любыми нейронными сетями гдето есть контакт. Как-никак у каждого нейрона примерно 10 000 синапсов. (Это как автодороги, по которым можно доехать от Липецка до Парижа, ни разу не съезжая с асфальта.) А на этом синапсе, соединяющем объект и песенку, есть специальные молекулы – детекторы совпадений. Они регистрируют, что эти две нейронные сети были активны одновременно. И делают связь между ними более прочной. Физически.

Понятно, что учебники по нейробиологии[162] рассказывают нам не про любовь, а про эксперименты с электродами, вживленными в гиппокамп. Вот у вас там есть два нейрона. От первого ко второму идет аксон (тот отросток, по которому нейрон отправляет информацию соседям; еще бывают дендриты, которые, наоборот, собирают информацию). Вы этот аксон стимулируете, но совсем немного. Так, что сигнал по нему идет совсем слабый и даже не вызывает никакого потенциала действия во втором нейроне, с которым контактирует. Выделил чутьчуть нейромедиаторов, но для запуска активности не хватило. Естественно, после этого вы не наблюдаете никакой долговременной потенциации, никакого усиления проводимости синапса. Но – внимание! – если вы одновременно в пределах 100 миллисекунд простимулируете и второй нейрон, то тогда долговременная потенциация как раз возникнет. Причем существенно, что она возникнет не во всех синапсах второго нейрона, а только в том, который одновременно получил слабый, подпороговый, но всетаки существующий входящий сигнал.

Это классический принцип Хебба, помните? Cells that fire together wire together. Для того чтобы усиление проводимости синапса произошло, нужно, чтобы второй нейрон одновременно и сам был возбужден, и получил нейромедиаторы от первого. Необязательно стимулировать второй нейрон именно с помощью электродов, вставленных в него, – можно добавить в систему третий нейрон. Теперь вы делаете так: на нейрон № 2 приходят одновременно слабенький сигнал от нейрона № 1 и сильный возбуждающий сигнал от нейрона № 3. И – та-дам! – у второго нейрона усиливается связь не только с третьим, но и с первым. Но не с остальными 9998, с которыми он взаимодействует. Что происходило одновременно, про то и запомним, что оно както связано друг с другом. Про все остальное ничего не запомним.

Детекторы совпадений

Теперь я еще раз коротко напомню вам, как работает синапс. Электрический импульс приходит на пресинаптическое окончание. Там выделяются нейромедиаторы, например глутамат. Нейромедиаторы плывут через синаптическую щель, достигают второго нейрона и связываются с рецепторами, расположенными на постсинаптической мембране. Если это обыкновенные рецепторы, например AMPA, то они в ответ изменяют свою пространственную структуру, открывают канал, который пронизывает мембрану насквозь, и в клетку начинают заплывать положительно заряженные частицы, например ионы натрия. Если их будет много, то начнется цепная реакция. Подключатся другие каналы, возбуждение начнет распространяться дальше по мембране. Возникнет потенциал действия.

Пока обыкновенные рецепторы стараются, NMDA-рецепторы сидят и ничего не делают. Они не могут. У них каналы закупорены. Серьезно, в каждом канале сидит ион магния и никого не пускает ни туда, ни сюда.

NMDA-рецептор откроет свой канал тогда и только тогда, когда будут соблюдены два условия. Во-первых, на него придет глутамат, выделившийся в синаптическую щель. И вовторых, постсинаптическая мембрана уже будет деполяризована. Либо потому, что нейромедиаторы от первого нейрона все поступают и поступают и AMPA-рецепторы успели хорошо поработать. Либо потому, что параллельно чтото произошло в соседних синапсах и возбуждение распространилось и на интересующий нас синапс тоже. Поодиночке ни одного из этих условий недостаточно. NMDA-рецептор регистрирует строго одновременную активность двух нейронов. И вот если она случилась, тогда да. Тогда он открывает канал, и через канал начинают затекать ионы кальция. И эти ионы кальция запускают в клетке еще кучу всего интересного.

Сразу после того, как NMDA-рецептор запустил в клетку кальций, последний воздействует на две новые для нас протеинкиназы (так, напомню, называются ферменты, которые изменяют активность белков). Одну зовут Ca²⁺/кальмодулин-зависимая протеинкназа, вторую – протеинкиназа С. Они запускают последовательность событий, приводящую к тому, что в постсинаптическую мембрану встраиваются новые AMPA-рецепторы. Соответственно, она начинает эффективнее улавливать глутамат, приходящий от первого нейрона. Проводимость синапса увеличивается. Ненадолго, максимум на пару часов. На этом может все и закончиться. Число AMPA-рецепторов вернется к прежнему уровню, и мы забудем то, что выучили прямо на лавочке в коридоре перед экзаменом.

Но если в клетку попало много кальция (например, потому что нам попался на экзамене тот самый билет, который мы учили в последний момент, и пришлось еще раз прогнать импульсы по тем же самым синапсам, и так уже усиленным, что позволило им легко задействовать NMDA-рецепторы еще раз), то протеинкиназы еще и усиливают в клетке производство цАМФ. А дальше вы знаете. Дальше все то же самое, что и у аплизии. Накапливается много активной протеинкиназы А, она проникает в ядро, действует там на CREB, запускает считывание генов, синтез белков, рост новых синапсов. Память стала понастоящему долговременной, анатомически зашитой в мозге.

Ой, всё. Если вы человек, не отягощенный биологическим образованием, и при этом все это прочитали, то я глубоко вами восхищаюсь. Но мне правда кажется, что это очень-очень важная история, одна из ключевых для понимания того, как вообще работает мозг. У нас есть детектор совпадений. Специальная молекула, задача которой – регистрировать одновременную активность двух нейронов и усиливать связь между ними. То есть наша нервная система конструктивно предрасположена к двум невероятно важным вещам. Во-первых, к тому, чтобы укреплять те нейронные цепочки, которыми мы пользуемся регулярно. Во-вторых, к тому, чтобы регистрировать совпадения. Ассоциировать друг с другом те события, информация о которых поступила в мозг одновременно. Для этого есть совершенно четкий молекулярный механизм. Мы просто так устроены.

Эта жестокая правда о себе, если как следует в нее врубиться, очень сильно дисциплинирует. Каждый раз, когда я совершаю какоето правильное действие – например, сажусь работать или учиться, хотя это не срочно, – я не просто сажусь работать или учиться здесь и сейчас. Я одновременно еще и повышаю вероятность того, что и в следующий раз я поступлю точно так же. Что в следующий раз мне будет проще это сделать. У мозга уже будет для этого проторенная дорожка, по которой импульсы пойдут с большей вероятностью. Но и каждый раз, когда я совершаю какоето неправильное действие – например, сев работать, тут же залипаю в Фейсбук, – я тоже не просто залипаю в него здесь и сейчас, а еще и повышаю вероятность того, что и дальше я буду склоняться к выбору Фейсбука, а не работы. Бр-р. Об этом лучше не думать. Пойду посмотрю, не лайкнул ли меня кто-нибудь.

Это еще и жестокая правда об окружающих людях и коммуникации с ними. Мы можем влиять на чужие нейронные сети. Мы постоянно это делаем. У всех, кто меня помнит, есть в голове нейронная сеть “Ася Казанцева”. Она постепенно ослабевает, пока мы не взаимодействуем. А каждый раз, когда мы взаимодействуем, она усиливается, и при этом информация обо мне обновляется в соответствии с новыми полученными стимулами. Когда я когото все время хвалю или кормлю, он мне автоматически становится рад. Когда я ему все время рассказываю про обожаемые мной NMDA-рецепторы, он при мне автоматически начинает скучать. Если хотите, это дрессировка. Не надо думать, что она работает только для собачек.

А еще это жестокая правда об обществе в целом. Все люди вокруг нас конструктивно заточены на то, чтобы фиксировать связи между событиями, совпавшими во времени. Вообщето это невероятно полезное свойство, которое позволяет открывать закономерности в окружающем мире. Но наша проблема в том, что мы слишком уж сильно склонны видеть такие закономерности даже там, где их нет и в помине. Как раз поэтому вся методология науки направлена вот ровно на то, чтобы помешать ученым – они тоже люди! – видеть взаимосвязи там, где их нет. Именно для этого нужны и контрольные группы, и рандомизация, и статистика. А вот нормальным людям, вне рамок научного эксперимента, никто не мешает это делать. Поэтому мы постоянно, даже не задумываясь, набираем информацию о мире именно за счет регистрации совпадений и совершенно неправомерной их экстраполяции на весь окружающий мир. Черная кошка перешла человеку дорогу, а потом он упал и разбил коленку – и сам запомнит, что черная кошка к беде, и детям своим расскажет. Болел гриппом, съел сахарные шарики, выздоровел – будет и дальше есть сахарные шарики. Если вам смешно и вы считаете, что выто не такой, подумайте еще раз. Вот я, например, ужасно люблю студентов, сотрудников и выпускников Физтеха и Вышки, всех скопом, автоматически. Основываясь на весьма ограниченной выборке, я железобетонно уверена, что они – лучшие возможные возлюбленные, друзья и коллеги. Поэтому сообщить о своей принадлежности к одному из этих университетов – это самый надежный способ мгновенно купить мою лояльность, автоматически получить кредит доверия, готовность с вами тусоваться и сотрудничать. Дальше работает самосбывающийся прогноз: людям сложно не реагировать на такое искреннее обожание, и они тоже ведут себя со мной доброжелательно. А я, соответственно, укрепляюсь в уверенности, что это лучшие люди на свете. Что я могу сделать? У меня есть NMDA-рецепторы.

Доверять показаниям свидетелей, наверное, можно, но с осторожностью. Вот представьте такой эксперимент: в лабораторию приходят 150 человек, и вы показываете им всем один и тот же видеоролик про автомобильную аварию. Нестрашный. Просто машины неудачно пытались разъехаться и поцарапали друг друга.

Потом вы спрашиваете испытуемых, с какой скоростью ехали автомобили. При этом одну группу, контрольную, вы спрашиваете именно в такой формулировке. А двум экспериментальным группам подсовываете подсказки: “С какой скоростью ехали машины, когда они соприкоснулись?” и “С какой скоростью ехали машины, когда они врезались друг в друга?”

Нетрудно догадаться, что скорость автомобилей окажется разной в зависимости от формулировки вопроса[163]. Те, кто описывал врезавшиеся автомобили, в среднем сообщили, что они ехали со скоростью 10,46 миль (16,83 км) в час, а испытуемые, размышлявшие о соприкоснувшихся автомобилях, приписали им скорость 8 миль (12,87 км) в час. Само по себе это не слишком удивительно. Люди не очень хорошо умеют оценивать время, расстояние и скорость, и вполне естественно, что они бессознательно опираются на подсказку, содержащуюся в формулировке вопроса, и корректируют свои оценки в соответствии с ней.

Интереснее другое. Через неделю испытуемых снова пригласили в лабораторию. Ролик больше не показывали, зато спросили, видели ли они разбитое стекло. Среди тех, кто во время прошлого визита в лабораторию размышлял о врезавшихся автомобилях, разбитое стекло припомнили 16 % участников. В остальных двух группах, с соприкоснувшимися автомобилями и вовсе без уточнений о характере столкновения, – 7 и 6 % соответственно. На самом деле, конечно же, никакое стекло в ролике не разбивалось.

Это была первая работа о ложных воспоминаниях, опубликованная в 1974 году психологами Элизабет Лофтус и Джоном Палмером. С тех пор Элизабет Лофтус и ее коллеги проделали со своими испытуемыми еще гору интересных вещей. Например, пробовали внедрить им в голову фальшивые воспоминания о детстве[164].

Для каждого испытуемого готовили буклет, в котором были описаны четыре истории из его старшего дошкольного возраста. Три настоящие, подготовленные с помощью родственников, и одна выдуманная, одинаковая для всех, – о том, как участник исследования, когда ему было пять лет, потерялся в торговом центре, заплакал, но пожилая женщина помогла ему найти родственников, и все закончилось хорошо. К участию в эксперименте привекали только тех людей, чьи старшие родственники были абсолютно уверены, что на самом деле ребенок в торговом центре никогда не терялся. Самим испытуемым расплывчато говорили, что исследуют детские воспоминания, и просили записать в буклете все, что они помнят о каждом случае, – ну или написать, что они совсем ничего не помнят, если это так. Через неделю-две после заполнения буклета, а потом еще через неделю-две, с ними проводили интервью, в которых просили воспроизвести в памяти дополнительные подробности, а также оценить, насколько четко они помнят эти события и насколько уверены, что смогут добавить еще какие-нибудь детали, если подумают.

Всего в исследовании участвовали 24 человека. Они смогли вспомнить 49 из 72 событий, которые происходили с ними на самом деле. Кроме того, семеро из них сообщили, что помнят, как потерялись в торговом центре. Но двое из этих участников отсеялись (одна девушка призналась на интервью, что всетаки не помнит случай с торговым центром, а со вторым испытуемым ошиблись сами экспериментаторы – задали не все вопросы, которые планировали, и его пришлось исключить из анализа данных). Пятеро оставшихся людей, успешно запутанных экспериментаторами, все равно помнили настоящие события из своей жизни лучше, чем фальшивые, – на 6,3 балла по десятибалльной шкале. Что касается выдуманной истории, то ее они помнили в среднем на 2,8 балла во время первого интервью – но уже на 3,6 балла во время второго. Добавляли всякие подробности: “Женщина, которая меня нашла, была толстая, а мой брат сказал, что она милая”. Когда им объяснили, что одно из четырех воспоминаний в буклете было фальшивым, и предложили угадать которое, 19 участников из 24 выбрали правильно, но даже среди них некоторые продолжали удивляться: “Но как же, я же четко помню, как я шла мимо примерочных и не нашла свою маму там, где она должна была быть!”

Как видите, большинство людей остается довольно устойчивыми к ложным воспоминаниям. Но зато, если воспоминание все же показалось человеку достаточно убедительным, оно встраивается в картину мира и начинает влиять на представление человека о том, кто он такой, и, соответственно, на принимаемые им решения. Это Элизабет Лофтус и ее коллеги продемонстрировали, например, в эксперименте, посвященном любви к спарже[165].

Людей, как обычно, запутали. Сказали им, что изучают связь между пищевыми предпочтениями и складом характера. Дали пять опросников. Из них три были про характер, а важны для исследователей на самом деле были только остальные два: про то, какую еду человек любил в детстве, и про то, какие блюда в ресторанном меню кажутся ему привлекательными сейчас. В опросник про детские предпочтения подсунули пункт “полюбил спаржу, когда попробовал ее первый раз”, согласие с которым нужно было оценить по шкале от 1 до 8. В опроснике про рестораны исследователей тоже на самом деле интересовало только одно блюдо, “обжаренные ростки спаржи”, но для конспирации там была куча другой еды. Испытуемых просили представить, что они идут в ресторан отмечать какоето важное событие, и оценить для каждого блюда вероятность того, что они его закажут, тоже по восьмибалльной шкале.

Через неделю люди снова приходили в лабораторию. Им говорили, что компьютер составил профиль их пищевых предпочтений в детстве. “Вы не любили шпинат, вам нравилось жареное, вы радовались, когда ваши одноклассники приносили в школу сладости, а еще вы любили спаржу” – вот такое описание получила половина испытуемых. Они спокойно это выслушали, никто из них не завопил: “Эй, ваш компьютер чтото перепутал!” В контрольной группе текст был таким же, но только спаржа вообще не упоминалась. Когда испытуемым затем снова предлагали заполнить опросник про детские пищевые предпочтения, то контрольная группа оценила спаржу так же, как и раньше, – в среднем на полтора балла из восьми. А вот те, кому компьютер сказал, что они любили спаржу в детстве, приняли это к сведению и теперь оценили ее в среднем на четыре балла из восьми.

Разумеется, разные люди поддались на манипуляцию в разной степени. Испытуемых также расспрашивали, насколько твердо они помнят свой первый приятный опыт поедания спаржи (а заодно и другой еды, которая им нравилась на самом деле), и это наконец создавало удачную возможность заявить: “Да не было вообще ничего такого”. Из 46 человек, попавших в экспериментальную группу, 20 именно так и поступили. У этих людей отношение к спарже осталось прежним, несмотря на попытки исследователей их запутать. Но нашлись и 26 доверчивых испытуемых, которые заявили, что да, они помнят, как полюбили спаржу, или по крайней мере верят, что с ними такое было. И вот эти люди приписали спарже дополнительные полтора балла и тогда, когда еще раз заполняли ресторанный опросник, посвященный их сегодняшним пищевым предпочтениям.

То есть смотрите, что происходит. Людям говорят, что в детстве они любили спаржу. Половина верит. После этого у них обновляются представления о себе: “Я такой человек, который в детстве полюбил спаржу”. И это меняет их современное отношение к спарже: они заявляют, что с большей вероятностью закажут ее в ресторане, и вдобавок готовы заплатить за нее в овощном магазине больше денег, чем контрольная группа (это тоже проверяли с помощью опросника).

Обсуждая эти результаты на конференции TED, Элизабет Лофтус говорит: “Психотерапевты по этическим соображениям не могут насаждать фальшивые воспоминания в головы своих пациентов, даже если бы это пошло тем на пользу. Но никто не может запретить родителям попробовать сделать это со своими детьми, страдающими от лишнего веса. Когда я высказала эту мысль публично, это вызвало переполох: «Вот до чего дошло! Она говорит, что родители должны лгать своим детям!» Привет, Санта-Клаус. Я имею в виду, есть другой способ смотреть на вещи. Что бы вы предпочли – ребенка с ожирением, диабетом, сниженной продолжительностью жизни или ребенка с лишним кусочком фальшивых воспоминаний? Я знаю, что я бы выбрала для своего”.

Если серьезно, то эти данные лишний раз напоминают нам, что ближнего своего лучше бы обычно хвалить, а не ругать. Потому что всегда есть риск, что он нам поверит. Имеет смысл регулярно рассказывать окружающим, что они красивые, хорошие, добрые, старательные, способные. Люди формируют представление о себе в том числе и с учетом мнения общественности и склонны соответствовать ее ожиданиям. Поэтому, если вдруг я для вас тоже важный источник информации, то сообщаю вам, что вы такой человек, который регулярно двигается, питается здоровой пищей, вовремя ложится спать и легко бросает вредные привычки. Живите теперь с этим знанием о себе.

Кто управляет настоящим, тот управляет прошлым

Вот вам еще один поведенческий эксперимент с людьми, на этот раз менее зажигательный, но демонстрирующий важные свойства нашей памяти[166].

Испытуемые приходят в лабораторию. Им поочередно показывают 20 предметов (игрушечную машинку, зубную щетку, ложку, носок и т. п.), а потом складывают их в синюю корзинку. Процедура повторяется либо четыре раза подряд, либо до тех пор, пока человек не запомнит хотя бы 17 предметов из списка.

Через два дня люди снова приходят в лабораторию. Половине из них показывают синюю корзинку (без вещей) и просят описать, как происходила процедура обучения, не перечисляя при этом конкретные предметы. Потом им всем дают заучить еще один список из 20 предметов (яблоко, камень, книжка…), но теперь показывают все предметы одновременно, и вообще это делает другой экспериментатор в другой комнате.

Еще через два дня испытуемых просят вспомнить как можно больше предметов из первого списка. И выясняется, что успех этого мероприятия зависит от того, показывали ли им в середине синюю корзину. Если этого не делать, человек вспоминает в среднем 45 % предметов из первого списка и ошибочно добавляет туда 4,9 % предметов из второго. А вот если второй список пришлось учить сразу после активации воспоминаний о ервом визите в лабораторию, то человек правильно вспоминает 36,3 % предметов, а еще приплетает 23,8 % предметов из второго списка. Важно, что такой эффект наблюдается именно в том случае, если уже прошли два дня с прошлого визита. Если попросить испытуемых припомнить вещи из первого списка сразу после того, как они зубрили второй, они никогда не перепутают, что откуда.

Что это означает? Каждый раз, когда мы обращаемся к какомуто воспоминанию, оно перезаписывается в нашей голове. Новая полученная информация накладывается на старую, если мы одновременно обдумывали и ту и другую. При этом изменение воспоминания не происходит мгновенно, реконсолидация требует времени на перестройку нейронных связей.

Это утверждение поддается проверке и в экспериментах, имеющих более прямое отношение к нейробиологии. Например, можно взять крыс и научить их бояться звукового сигнала, потому что его сопровождает слабый, но ощутимый удар током. Когда крыса слышит этот звук, она прекращает свою деятельность, замирает и ждет неприятностей. Она делает так всегда. Но если в один прекрасный день одновременно с предъявлением звука вы сделаете ей инъекцию анизомицина – вещества, нарушающего синтез белков, – то крыса забудет, что этого звука она боялась[167]. Анизомицин в этом эксперименте вводили прямо в амигдалу – помните, тот участок мозга, который связан как со страхом, так и с памятью о нем. Существенно, что если вы введете крысе анизомицин просто так, без предъявления звука, то ее пугающие воспоминания никуда не денутся. Звук был нужен для того, чтобы активировать нейроны, связанные с выученным страхом, а анизомицин – чтобы помешать им правильно перезаписать воспоминание.

В тот момент, когда воспоминание только-только формируется, или в тот момент, когда мы заново к нему обратились, – оно нестабильно, его можно нарушить, в том числе и с помощью фармакологических воздействий. Понятно, что это открывает интересные направления работы с человеческими страхами. Насколько мне известно, никто всерьез не предлагает вводить нам в мозг анизомицин или другие блокаторы синтеза белка. Даже если бы их можно было дать в виде таблетки и добиться при этом достаточной концентрации в мозге, все равно они токсичны. И к тому же возникают этические проблемы. Вот, допустим, человек пережил травмирующий опыт – например, стал свидетелем теракта или жертвой изнасилования. Пускай мы придумаем такую таблетку, которую ему сразу могут выдать сотрудники скорой помощи, чтобы предотвратить запись этого воспоминания в долговременную память. Хорошо ли это? Имеет ли смысл отказываться от пережитого опыта? И к тому же вряд ли таблетка будет настолько эффективна, чтобы у человека просто случился провал в памяти. Более вероятно, что воспоминание будет отрывочным, неполным и нелепым. Человека, например, всю оставшуюся жизнь будет трясти на этой станции метро, но он не будет понимать почему. Лучше использовать более мягкие, более выборочные, более осознаваемые самим человеком способы вмешательства.

Львиная доля исследований человеческих страхов проводится с помощью испытуемых, которые боятся пауков. Во-первых, таких людей легко найти – от арахнофобии страдает примерно каждый десятый. Во-вторых, паука гораздо удобнее держать в лаборатории, чем змею или собаку. Он недорого стоит, долго живет, мало ест и неприхотлив в быту.

Когнитивно-поведенческие психотерапевты широко применяют живых пауков, чтобы, собственно, вылечить своих пациентов от фобии. Метод, который они чаще всего используют, называется экспозиционная терапия. Вы приходите в клинику, а там сидит живой паук. Вы смотрите на паука, паук смотрит на вас. Вы смотрите на паука, паук смотрит на вас. Вы смотрите на паука, паук смотрит на вас. Вы смотрите на паука, паук смотрит на вас. В конце концов вам становится скучно. То есть вы запомнили, что пауки – это скучно. Вы начинаете бояться меньше. Классическое павловское затухание условного рефлекса (именно поэтому паука-птицееда, который работает в Центре нейроэкономики и когнитивных исследований в НИУ ВШЭ, зовут Иван Петрович). Это хороший способ лечения, но долгий, иногда мучительный для пациентов с сильной фобией, и к тому же эффект не всегда сохраняется надолго и не всегда распространяется на любых пауков, а не только на конкретного Ивана Петровича. Так что многие лаборатории по всему миру ищут способы повысить эффективность экспозиционной терапии. В том числе с помощью фармакологических воздействий.

Как вы знаете, нейроны общаются друг с другом с помощью нейромедиаторов. У нас их много разных, некоторые широко распространены по всему мозгу, некоторые преимущественно работают в какихто конкретных его областях. В частности, в амигдале велика роль норадреналина, и там много специфических рецепторов к нему. Похожие рецепторы есть в сердце, там они нужны для того, чтобы реагировать на адреналин и увеличивать частоту сердечных сокращений. Соответственно, давно существовали лекарства, способные связываться с этими рецепторами и мешать им работать – исходно предназначенные для того, чтобы снижать частоту сердечных сокращений. Некоторые из этих лекарств способны проникать через гематоэнцефалический барьер (таможню между кровеносной системой и мозгом) и нарушать проведение нервных импульсов в амигдале, и вдобавок снижать интенсивность синтеза новых белков в ее нейронах. Этим можно воспользоваться.

Мэрил Киндт из Университета Амстердама приглашает к себе в лабораторию людей, которые боятся пауков[168]. В течение двух минут испытуемые внимательно смотрят на живого паука, а сразу после этого съедают таблетку пропранолола, блокатора бета-адренорецепторов (или таблетку плацебо, тут уж кто в какую группу попал). Когда участники эксперимента, которым досталось настоящее лекарство, приходят в лабораторию в следующий раз, они попрежнему помнят про себя, что они такие люди, которые боятся пауков, – и уверенно заявляют это при заполнении психологических опросников. Но дальше им предлагают поведенческий тест, в котором нужно взаимодействовать с настоящим пауком. И испытуемые, к собственному удивлению, соглашаются делать с ним такие вещи, о которых раньше отказывались и думать, – например, согласны подталкивать паука пальцем или брать его в руку. “Вообщето я помню, что я пауков боюсь, но этот ваш какойто нестрашный”, – вероятно, думает испытуемый в такой ситуации. А с чего бы пауку быть страшным, если в прошлый раз у человека было нарушено формирование эмоциональной памяти о взаимодействии с ним. Амигдала должна бы выть сиреной: “Паук! Паук! Бежим отсюда!”, но она этого больше не делает. Ни через две недели, ни через три месяца, ни через год. Две минуты, одна таблеточка, и вы избавлены от фобии навсегда. Круто же.

Но, честно говоря, фобии – это не самая главная проблема. Обычно вы боитесь чегото конкретного и в принципе можете выстроить свою жизнь так, чтобы этого избегать. Больше неприятностей людям доставляет посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). Если человек стал свидетелем катастрофы, жертвой сексуального насилия, если его жизнь подвергалась опасности, ему может быть очень плохо еще месяцы и годы после этого. Его преследуют навязчивые мысли, он не может ни на чем сосредоточиться, испытывает тревогу, избегает любых ситуаций, которые могут напомнить ему о травме, и качество его жизни снижается очень сильно. Было бы здорово, если бы с этим тоже можно было бороться с помощью пропранолола.

Теоретически это должно работать хорошо: вы даете человеку таблетку, у него сохраняется память о событии, но притупляется эмоциональная реакция на него. На практике результаты пока довольно противоречивы. Например, известно, что посттравматическое расстройство часто развивается после инфаркта миокарда, хотя в этой ситуации пациенты как раз получают бета-блокаторы. Если прицельно посмотреть на статьи, в которых людям предлагали принять таблетку пропранолола или плацебо[169], например при поступлении в приемный покой больницы после автокатастрофы, то успехи тоже оказываются скромными. Во-первых, мало кто вообще соглашается: человеку и так плохо, а тут вы к нему еще и пристаете с какимито научными исследованиями. Во-вторых, не всегда возможно предложить пациентам принять таблетку в пределах хотя бы шести часов после травмы – понятно, что в первую очередь они должны пройти через все необходимые лечебные процедуры. В-третьих, сложно сравнивать разные исследования, потому что там применялись разные дозировки, графики приема и способы оценки состояния пациентов. Соответственно, некоторые исследования показывают, что эффект есть (у тех, кто принял пропранолол, ПТСР развивается реже и его симптомы оказываются менее выраженными), но это уравновешивается исследованиями, в которых никакого эффекта обнаружить не удалось.

Но у нас есть феномен реконсолидации воспоминаний. То есть вам необязательно приставать к человеку непосредственно после травмы. Если прошло несколько месяцев, жизнь уже нормализовалась, но посттравматическое стрессовое расстройство попрежнему не позволяет ей радоваться, то вы можете пригласить человека в лабораторию, попросить его обстоятельно вспомнить тот ужас, который с ним случился, накормить его пропранололом и посмотреть, поможет или нет.

Вот совсем небольшое пилотное исследование, описание четырех пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством, с которыми в 2016 году работала Мэрил Киндт[170]. Вкратце процедура была следующей: вначале человек заполняет опросники, призванные оценить тяжесть ПТСР, потом приходит в лабораторию, и его просят описать травматический опыт, побуждая концентрироваться на самых-самых ужасных и чудовищных аспектах события. Когда пациент сообщает, что достиг максимально возможного уровня стресса и просто не способен расстроиться изза воспоминаний еще сильнее, чем уже расстроен, ему дают таблетку пропранолола. Через неделю человек приходит снова и заполняет опросники. Если какогото существенного улучшения не произошло, с ним делают то же самое, что и в прошлый раз, только стараются найти какието новые чудовищные аспекты травмы. Потом люди приходят в лабораторию через месяц и через четыре месяца, чтобы исследователи могли снова оценить их состояние.

Проблема была у каждого своя. Первая пациентка страдала от непрекращающихся ночных кошмаров, острого горя и навязчивых мыслей, с тех пор как три месяца назад ее мать совершила самоубийство. Она набирала 27 баллов из 40 возможных по диагностической шкале интенсивности посттравматического стрессового расстройства (PDS). Уже через неделю после вмешательства выраженность ПТСР снизилась до 9 баллов. Вернувшись для контрольного визита через месяц, женщина отметила, что почти скучает по панике и тревоге, мучившим ее после смерти матери, – настолько внезапно они исчезли. Она, конечно, попрежнему испытывает грусть, но теперь интенсивность переживаний не так велика, чтобы пытаться всеми силами гнать их прочь, как она делала это раньше. Пациентка рассказала, что она смогла обсудить смерть матери со своим братом, а также зайти в комнату, где произошло самоубийство, о чем не могла и помыслить, пока не прошла лечение.

Вторая женщина за два года до встречи с исследователями путешествовала со своим мужем по ЮАР. Ночью в их гостиничный номер вломился вооруженный грабитель. Он держал женщину под прицелом, пока ему не отдали все ценные вещи. Все время, прошедшее с этого момента, потерпевшая страдала от навязчивых воспоминаний об ограблении – особенно по ночам, когда она просыпалась от каждого шороха. В то же время по формальным критериям ее симптомы были относительно слабыми (14 баллов из 40 возможных), и она решила принять участие в исследовании только потому, что друг снова пригласил ее в ЮАР и она хотела бы поехать. Во время неприятной процедуры пробуждения воспоминаний пациентка, рыдая, описывала, как грабитель в отвратительно грязных мешковатых штанах стоял рядом с ней, приставив к ее голове ружье. Затем женщина получила таблетку пропранолола. Через неделю она набрала в опроснике всего 4 балла, рассказала, что снова стала хорошо спать, а вскоре благополучно съездила в Йоханнесбург, где произошло ограбление, и не испытала там никаких неприятных ощущений.

Третья участница исследования четыре года не могла прийти в себя после опыта абьюзивных отношений, включавшего, в частности, изнасилование[171]. Прежде она уже пыталась обращаться за помощью к психологам, но это никак не улучшило ее состояние, так что и от нового вмешательства она не ожидала ничего хорошего. Во время первой психотерапевтической сессии она описывала ужасные ощущения от того, что дверь в ее комнату во время изнасилования была открыта, но никто из соседей по общежитию не пришел ей на помощь. Она говорила, что испытывает бессилие и чувство, что она заслужила дурное обращение. Обсуждение этого события привело ее в подавленное настроение, но не вызвало выраженного всплеска эмоций, так что исследователи решили не давать ей лекарство сразу, а встретиться с ней еще раз. Во время второй встречи они обсуждали другой случай из ее отношений, который она не восприняла как изнасилование, но тоже было неприятно: они с бойфрендом ездили на пляж на мотоцикле, она рассчитывала, что это будет романтично, но выяснилось, что его интересует исключительно секс. Она чувствовала бессилие, утрату контроля, сильный дискомфорт. Исследователи предложили ей представить, как она могла бы повести себя подругому в этой ситуации. Девушка представила, что уходит. Это важный прием с точки зрения реконсолидации воспоминаний: чтобы они могли измениться, важно, чтобы появилась какаято новая информация или какието новые чувства. Действительно, в этот раз она ощутила возможность контроля, чувство безопасности и освобождения – и сразу же разрыдалась. После этого ей дали пропранолол. Во время следующего визита она набрала 4 балла по шкале ПТСР (исходно было 22) и рассказала, что смогла выкинуть из головы навязчивые мысли о бывшем бойфренде, бльшую часть времени пребывает в хорошем настроении и стала лучше учиться. Она также отметила, что стала более раздражительной, но и это трактовала как хороший признак – возросшую способность постоять за себя в конфликтных ситуациях.

Четвертая пациентка – единственная в этом исследовании, которой терапия не помогла. У нее был тяжелый травматический опыт: когда она была подростком, за пять лет до обращения, в ее дом вломились вооруженные грабители. Отец попытался оказать сопротивление, и ему выстрелили в голову (к счастью, он выжил). В маму тоже стреляли, хотя промахнулись, и самой девушке приставили оружие к голове и угрожали убить. Ее и маму связали. Одного из грабителей впоследствии нашли и посадили, но второй все еще разгуливает на свободе. Описывая свой травматический опыт, девушка была довольно сдержанна в эмоциональных проявлениях, и поэтому исследователи не были уверены, что в полной мере достигли пробуждения воспоминаний, важного для возможности в них вмешаться. Тем не менее три сессии подряд ей давали пропранолол. Количество баллов по шкале ПТСР слегка снизилось (с 24 до 15 баллов), но потом снова поднялось до 19. Девушка предположила, что у нее действительно не получилось достаточно испугаться, потому что дневной свет и присутствие врача создавали ощущение безопасности. Исследователи предложили ей провести еще одну сессию в доме, где произошло ограбление, но пациентка отказалась, опасаясь, что от этого паника станет абсолютно неконтролируемой и она сойдет с ума.

Разумеется, четырех пациентов недостаточно, чтобы делать какието выводы. Проблема даже не столько в количестве, сколько в том, что им всем давали лекарство и никому не давали плацебо. Соответственно, мы не знаем, в какой степени благотворный эффект связан именно с воздействием на бета-адренорецепторы. Может, людям просто помогло заплакать в кабинете у психотерапевта. Собственно говоря, экспозиционная терапия, о котрой мы говорили в связи с паучком, может применяться и для лечения посттравматического стрессового расстройства, причем часто пациентам предлагают именно вообразить травмирующее событие. Разница в том, что, вопервых, при экспозиционной терапии врач и пациент общаются дольше, а вовторых, в исследовании Мэрил Киндт разговоры прекращались в момент максимального эмоционального напряжения, а при экспозиционной терапии нужно, наоборот, дождаться, пока человек проживет все заново и успокоится. Но в любом случае золотой стандарт испытания любых лекарств – это двойные слепые плацебо-контролируемые рандомизированные исследования. То есть людей случайным образом разбивают на две группы, одной дают лекарство, а другой пустышку, и при этом ни врач, ни пациент не знают, кто в какую группу попал.

Вот вам исследование 2018 года, в котором были уже 60 участников и все делалось по правилам[172]. На этот раз лекарство (или плацебо) давали за час до активации воспоминаний. Вызывали их с помощью сочинения, в котором человек от первого лица и в настоящем времени описывал свои чувства во время травмы, а потом вслух зачитывал свои записи терапевту. Люди приходили в лабораторию каждую неделю, шесть недель подряд. Во время последующих визитов их уже не просили писать новые сочинения, только читать вслух готовое, но всегда спрашивали, не хотят ли они внести в текст какие-либо изменения. За время исследования половина участников по разным причинам отсеялась: некоторые сообщили о побочных эффектах от лекарства (и в плацебо-группе тоже, как это обычно и бывает), некоторым просто надоело, у одного человека нашли рак, и ему, естественно, стало не до научных исследований, одна участница забеременела (а беременных никогда не берут ни в какие исследования и тем более не дают им лекарств, потому что как бы чего не вышло). Впрочем, осталось по 15 человек в обеих группах – достаточно, чтобы посмотреть, как меняются результаты опросников. Снижение симптомов ПТСР наблюдалось в обеих группах, но было значительно более выраженным в группе, получавшей пропранолол. Например, по опроснику PCL-S (шкала самооценки посттравматического стрессового расстройства, в которой можно набрать максимум 85 баллов) люди перед началом лечения набрали в среднем 61,73 балла в экспериментальной группе и 61,27 балла в контрольной (то есть разницы между ними не было), а после лечения – 38,07 и 55,71 балла соответственно. Некоторых пациентов (9 человек из экспериментальной группы и 5 из контрольной) удалось привлечь к еще одному тестированию через полгода, и там средний балл остался низким (38,4) в группе, получавшей пропранолол, и вырос у тех, кто получал плацебо (аж до 69 баллов, но я не нашла в статье данных о том, каким был исходный уровень именно у этих пятерых людей).

В общем, на сегодняшний день эта терапия изучена еще недостаточно, чтобы войти в повседневную клиническую практику, но результаты обнадеживающие, и, скорее всего, это произойдет в обозримом будущем. Некоторые биохакеры уже едят пропранолол самовольно[173], но я, как обычно, не рекомендую. Во-первых, потому что это всетаки лекарство, снижающее частоту сердечных сокращений, и если она у вас и так невысокая, то вам станет очень нехорошо. И вообще у него, как и у любого эффективного лекарства, внушительный список противопоказаний, и в научных исследованиях пациентов сначала с пристрастием расспрашивают о здоровье, а потом внимательно за ними наблюдают после приема. Во-вторых, потому что правильно провести процедуру реактивации воспоминаний – это тоже на самом деле довольно тонкая вещь, требующая участия квалифицированного специалиста. От самостоятельного лечения эффект, скорее всего, будет сомнительным. Если вы потом напишете мне с просьбой вернуть деньги за книжку и за пропранолол, то я не поведусь, так и знайте.

Мозг как флешка

Когда человек пишет научно-популярную книжку, он старается выбирать эксперименты, которые можно описать простыми словами. Вживили электроды, измерили проведение сигнала между нейронами. Отрезали кусок мозга, посмотрели поведение. Все понятно.

Настоящая современная нейробиология, конечно, состоит не только из простых экспериментов и даже в основном не из них. Она обычно комбинирует много причудливых методов, пришедших из разных областей науки, и это позволяет ей делать с экспериментальными животными совершенно фантастические вещи. Например, смотреть, на какие нейроны записалось воспоминание, а потом редактировать его в этих же конкретных нейронах[174].

Для этого нужны мыши, и не простые, а генно-модифицированные. Причем два раза модифицированные, сначала полностью, а потом частично. А потом в них еще нужно вживить оптоволокно. А потом еще посмотреть, что получилось, с помощью поведенческих методов. И это я собираюсь пересказать только половину исследования, проигнорировав и некоторые группы участвующих в нем животных, и последовавшее посмертное исследование мозга мышей иммуногистохимическими методами. И все равно будет довольно запутанно.

Вот смотрите. Когда мышь (или человек) чемуто учится, то в мозге начинает считываться ген c-fos. Причем именно в тех конкретных нейронах, которые вовлечены в это обучение. Нобелевский лауреат Судзуми Тонегава и его коллеги воспользовались этим фактом, чтобы создать мышей с генетической конструкцией c-fos-tTA. Это значит, что их нейроны во время обучения еще и вырабатывают белок tTA. В норме его у нас в нейронах не бывает, нейробиологи вообще позаимствовали его у бактерий. Но до поры до времени это ни на что не влияет, ну есть и есть.

Дальше вы делаете с этими животными еще одну штуку. Вы дополнительно генетически модифицируете им кусочек мозга, который вас интересует, – зубчатую извилину (часть гиппокампа). Вводите туда ген, который позволит клеткам синтезировать каналородопсин-2. Это такой белок, позаимствованный у хламидомонады (одноклеточная водоросль, любимая многими поколениями школьников за свое прекрасное имя) и очень широко применяемый в нейробиологических исследованиях. Потому что он встраивается в мембрану и пропускает через нее ионы, активируя таким образом нервную клетку. Так же, как это делали многие другие рецепторы, о которых мы уже говорили. Но только каналородопсин реагирует не на нейромедиатор и не на изменение потенциала мембраны, а на свет. То есть когда у вас есть нейрон, мембрана которого утыкана каналородопсином, вы можете посветить на него лампочкой (ну, на самом деле провести к нему свет через вживленный оптоволоконный кабель), и нейрон начнет работать. Очень удобно. Называется “оптогенетика”[175].

Вот, но в случае этой работы (и многих других, применяющих такой метод) вы вводите в нейроны не просто ген каналородопсина. Вы вводите более сложную генетическую конструкцию, которая запустит синтез каналородопсина только в том случае, если в клетке одновременно присутствует tTA. То есть мы получили животных, которые встраивают светочувствительные белки только в мембраны тех клеток, которые чемуто учатся.

Но в этой блистательной схеме все еще есть существенный недостаток. В мозге очень много клеток, и в его зубчатой извилине тоже. И все регулярно чемуто учатся. Пока непонятно, как пометить те, которые учатся именно тому, что нас интересует.

Я уже упоминала, что tTA позаимствован у бактерий. А его полное название – тетрациклиновый трансактиватор. Это название намекает нам, что он имеет какоето отношение к антибиотикам тетрациклинового ряда. И действительно, если мышей кормить антибиотиком доксициклином, то он связывается с tTA – и мешает ему запускать синтез каналородопсина. Вы можете так делать всю мышиную жизнь. А тогда и только тогда, когда собираетесь обучать их тому, что вас интересует, ненадолго из их диеты доксициклин убрать.

Именно так вы и поступете. Когда доксициклина нет и вся система работает как задумано (клетки, участвующие в обучении, встраивают в свои мембраны светочувствительный белок), вы приводите мышей в незнакомые им комнаты и делаете там с ними что-нибудь хорошее или что-нибудь плохое. Хорошее – это, конечно, секс, общество прекрасной мышиной самки. Плохое – это, как обычно, удар током. После обучения вы снова сажаете мышей на доксициклиновую диету, чтобы светочувствительные белки больше никуда не встраивались, и убеждаетесь, что все произошло именно так, как вы планировали. Если вы направите свет в мозг мыши, которую до этого пугали, то он активирует те самые нейроны, которые запомнили, что жизнь тяжела. Мышь будет избегать того участка клетки, в котором получает неприятную стимуляцию. А вот если включать нейроны, которые были активны во время знакомства с самкой, то это, наоборот, приятно, и тогда подопытное животное будет стремиться проводить больше времени именно в том углу клетки, где вы подаете свет на вживленный ему в мозг оптоволоконный кабель.

Это уже довольно круто, да? Но это еще не конец истории. Дальше вы берете ваших напуганных мышиных самцов, сажаете их в клетку с двумя самками – и активируете им те же самые нейроны, которые были нужны для того, чтобы мышь испытывала неприятные ощущения. И наоборот, берете счастливых самцов и бьете их током, одновременно активируя им с помощью света те же самые нейроны, которые раньше были задействованы в том, чтобы испытывать удовольствие. И да, когда вы тестируете их в следующий раз, вы выясняете, что те, кто раньше боялся, – больше не боятся. А те, кто раньше радовался, – больше не радуются. То есть удалось пометить конкретные нейроны, на которые записалось воспоминание, а потом еще и отредактировать это воспоминание, изменить его эмоциональную окраску.

Понятно, что конкретно эта технология не очень подходит для того, чтобы менять воспоминания у людей. Не то чтобы нас нельзя было генетически модифицировать, но всетаки работы в этом направлении пока что ведутся только в целях излечения тяжелых наследственных заболеваний, а не для того, чтобы мы начали вырабатывать в своих нейронах странные бактериальные белки. Но важно, что локализовать и перезаписывать воспоминания возможно в принципе, что для этого нет фундаментальных препятствий, связанных с законами природы. Что мозг материален – и мозг познаваем.

А вот вам еще одна впечатляющая история – про то, как ученые вмешались в мышиные сны и таким образом изменили воспоминания животных о реальности. Сон, надо понимать, вообще в первую очередь нужен для обработки информации, полученной в течение дня. Это верно и для людей (к ним мы еще вернемся), но особенно ярко проявляется у грызунов, чья высшая нервная деятельность не настолько запутанна и хаотична. Когда животное ходит по лабиринту, у него в гиппокампе активируются клетки места[176] – одна за другой, в четкой последовательности. Когда животное потом ложится спать, оно воспроизводит у себя в голове фрагменты той же самой последовательности, только проматывает их в ускоренном режиме[177]. Мозг прилежно повторяет маршрут, выученный накануне, чтобы на следующий день животное могло пройти его более уверенно.

Нейробиологи из Сорбонны использовали это свойство мозга для того, чтобы научить мышей любить конкретные места[178]. В течение дня каждое животное исследовало огороженный загончик, заполненный разными интересными объектами. Площадь его была чуть больше одного квадратного метра – такая, чтобы мышь могла свободно перемещаться, несмотря на провод, торчащий из ее головы. Провод был нужен, чтобы записывать сигналы от электродов, вживленных в клетки места – каждая из них активна на своем собственном конкретном участке исследованного пространства. Когда мышь потом ложилась спать, она, как и положено, время от времени активировала те же самые клетки места, которые работали в течение дня. Исследователи выбирали среди них какую-нибудь одну (ту, в которую просто удачно вошел электрод и от нее было удобно записывать сигналы). Смотрели по своим записям за время бодрствования мыши, с какой именно областью пространства связана эта конкретная клетка места. И после этого каждый раз, когда мышь активировала во сне именно эту клетку, исследователи одновременно отправляли ей электрический импульс в медиальный пучок переднего мозга (оттуда сигнал передается на прилежащее ядро, “центр удовольствия”, то же самое делали с радиоуправляемыми крысами из третьей главы). Так они делали в течение часа, пока мышь спала: за это время конкретная клетка места возбуждалась около 500 раз, и каждый раз это сопровождалось искусственно наведенным счастьем.

Что происходило, когда мышь просыпалась и ее снова сажали в знакомый загончик? Правильно, она прямым ходом устремлялась в то место, где ей было так хорошо во сне. И проводила там в 4–5 раз больше времени, чем накануне. Почти так же она делала и во второй раз, когда ее снова пускали в тот же загончик, а вот к третьему-четвертому разу постепенно теряла интерес, потому что в реальной жизни ничего особенно приятного с ней в этом месте не происходило. А если бы происходило, то, конечно, ни за что бы она оттуда не ушла.

Думаю в этой связи о том, что если бы мне предложили любую магическую способность, то оптимальным выбором было бы “активировать центр удовольствия у других людей – не у всех подряд, конечно, – в тот момент, когда я рядом с ними”. Это залог не только счастливой личной жизни, но и карьерного процветания, потому что так можно было бы делать с теми организаторами, которые предлагают особенно высокие гонорары за мои лекции. К сожалению, вживить им всем электроды в медиальный пучок переднего мозга я не могу, так что приходится активировать центр удовольствия косвенными методами. Вот баечки про биологию рассказывать, например.

Отец маленькой Джини совершенно не переносил шума. Один из ее братьев умер в трехмесячном возрасте от пневмонии: младенца держали в холодном гараже, чтобы он не мешал отцу своим плачем. Самой Джини повезло ненамного больше[179]. У нее был врожденный вывих бедра, так что в положенном возрасте девочка не начала ходить. На этом основании отец решил, что Джини – умственно отсталая и все равно вскоре погибнет. С этого момента девочка была заперта в комнате, привязанная то к детскому стулу с горшком, то к своей кроватке. Ей не давали другой еды, кроме детского питания. Отец бил ее каждый раз, когда она пыталась издавать какие-нибудь звуки, сам же не разговаривал с ней, а только лаял на нее пособачьи.

Мать Джини не одобряла такие методы воспитания, но не решалась спорить с мужем: она была почти слепой и зависела от него. К тому же муж обещал, что если Джини не умрет до двенадцатилетнего возраста, то он позволит показать ее врачам. Потом, правда, он отказался от своих слов, но еще через полтора года мама Джини все же взяла девочку и ушла из дома.

Когда в ноябре 1970 года Джини попала в сферу внимания социальных работников, ей было 13 лет и 9 месяцев. Она весила 28 килограммов, а ее рост составлял 1 метр 38 сантиметров. Джини не умела ходить, контролировать мочеиспускание, жевать твердую пищу. По данным СМИ[180], она понимала около двадцати слов, а сама произносила только два: stopit и nomore – “остановись” и “хватит”. Возможно, это душещипательная легенда: академические публикации утверждают, что она не говорила совсем, а только скулила. Родителям Джини были предъявлены обвинения в жестоком обращении с ребенком, но в то утро, когда они должны были предстать перед судом, отец поончил с собой, оставив записку “Мир никогда не поймет”. Мать оправдали: когда вас регулярно избивают и вы совсем ничего не видите, защищать детей от сумасшедшего отца не так-то просто.

Что касается Джини, то ее, конечно, стали пытаться вернуть к нормальной жизни. Через несколько недель занятий она стала пытаться повторять слова, которые были к ней обращены, а через несколько месяцев начала произносить первые слова спонтанно. Но это требовало от нее огромных физических усилий: она просто не умела управлять мышцами, нужными для речи, ее всю жизнь били за любой звук, который она издавала. Часто она пыталась правильно шевелить губами, но не понимала, как подключить дыхание, чтобы появились звуки. Когда она говорила, все ее тело было напряжено.

Тем не менее через восемь месяцев после начала обучения она уже могла произносить фразы из двух слов: “больше суп”, “желтый машина”. Вскоре она освоила и глаголы: “Марк рисовать”, “хотеть молоко”. Через год с небольшим появились предложения, состоящие из трех-четырех слов: “Тори жевать перчатка”, “Большой слон длинный хобот”, “Джини любить Мартин”. Через полтора года Джини научилась добавлять к своим высказываниям частицу “не”, хотя и всегда в начале предложения (“не больше ухо болеть”), а через два – научилась различать единственное и множественное число существительных. В целом к 1973 году, то есть к своим 16 годам, она освоила язык примерно на уровне двухлетнего ребенка (чуть хуже по грамматике, но лучше по активному словарному запасу: она использовала более 200 слов) – и ученые в целом рассматривают это как успех, потому что до исследования Джини считалось, что настолько взрослый человек уже не способен освоить язык вовсе.

Активные занятия с Джини продолжались до 1975 года. К этому моменту девушка достигла новых успехов в грамматике: например, освоила концепцию прошедшего времени, а также начала более правильно выстраивать отрицательные предложения. В 1975 году ее основная исследовательница, Сьюзан Кёртис, защитила диссертацию, а средств на продолжение исследований не было, так что Джини начала скитаться по приемным семьям, и ее языковые способности ощутимо ухудшились. Летом 1977 года Кёртис смогла получить еще один грант на занятия с Джини, но они продлились всего несколько месяцев[181]. С одной стороны, повидимому, сама исследовательница была серьезно разочарована, обнаружив резкое снижение языковых навыков девушки (Кёртис отзывается о них даже хуже, чем они того объективно заслуживают), а с другой стороны, к этому моменту мама Джини изъявила желание самостоятельно о ней заботиться и не приветствовала дальнейшие контакты с учеными. Сегодня о судьбе Джини ничего толком не известно, но, по слухам (отраженным в Википедии), она живет в приюте для умственно отсталых за счет государства, использует всего несколько слов, а общается в основном с помощью жестов.

Вам все еще кажется, что у вас плохие родители?

Ребенок рождается, не зная ни единого слова, – но за несколько лет овладевает речью в совершенстве, причем независимо от того, насколько сложен язык страны, в которой он появился на свет. Бльшую часть слов и грамматических конструкций он улавливает буквально из воздуха: никто не объясняет трехлетнему малышу логику падежей и спряжений, в лучшем случае исправляют ошибки, и то не всегда. Как это, вообще говоря, ему удается?

Ключевой механизм, который мы используем при овладении родным языком, называется статистическое обучение (statistical learning)[182]. Мозг младенца обрабатывает огромное количество информации и постепенно вычленяет общие закономерности. Разбирается, что важно, а что неважно. Какие звуки и слоги обычно встречаются вместе. Как строятся предложения.

Например, это работает на уровне различения звуков[183]. Вот к вам в лабораторию приходит младенец. Он сидит на коленях у мамы или папы. Большую часть времени он смотрит вправо – там есть ассистент, который привлекает внимание ребенка с помощью игрушек. Слева нет ничего интересного, скучный черный ящик. В это время из динамика звучат одинаковые слоги, например “ра… ра… ра…”. Но вы приучаете младенца, что в тот момент, когда среди монотонного “ра” вдруг прозвучит “ла”, нужно повернуть голову, потому что в черном ящике ненадолго появится кукольный театр, намного более интересный, чем игрушки у ассистента.

В 6–8 месяцев дети уже неплохо справляются с этим заданием. В 65 % случаев они поворачивают голову в правильном направлении. Но фокус в том, что вы проводите этот эксперимент с двумя группами детей: американскими и японскими. Когда они достигают 10–12 месяцев, вы приглашаете их в лабораторию еще раз. И обнаруживаете, что теперь между группами появилась разница. Подросшие англоязычные малыши правильно различают звуки уже в 73,8 % случаев. У детей из Японии результаты, наоборот, ухудшились: теперь они правильно поворачивают голову только в 59,9 % случаев. Понятно, почему так происходит: в английском языке звуки [r] и [l] отличаются. Если уж в каком-нибудь слове есть звук [l], то там всегда [l]. Если там вдруг появится [r], то это уже будет другое слово, с другим значением, употребляющееся в других контекстах. В японском разницы между этими звуками нет, в одних и тех же словах могут встречаться и [r], и [l], и чтото промежуточное между ними. Японский младенец привыкает, что это неважно.

Статистическое обучение полезно и для того, чтобы выделять границы слов в потоке речи. Если обстановка позволяет, попробуйте прочитать предыдущее предложение вслух. Обратите внимание, что вам хватает дыхания для того, чтобы произнести его целиком. Вы не делаете между простыми короткими словами никаких пауз, особенно когда их не разделяют знаки препинания: “полезноидлятого”. Как маленький ребенок должен понять, что это четыре разных слова? Отчасти этому способствует склонность родителей разговаривать с малышами особенно медленно и четко, но очень многие новые слова ребенок все же подцепляет из обыкновенных разговоров взрослых людей друг с другом – и именно благодаря тому, что слышит их много. Соответственно, его мозг накапливает гору информации для анализа и постепенно улавливает в ней закономерности: слоги “полез-но” часто встречаются вместе, а вот слог “для” может быть окружен в предложениях чем угодно.

Такие вещи удобно изучать в экспериментах[184]. Например, вы приглашаете в лабораторию полуторагодовалых детей, которые растут в англоязычных семьях, и даете им слушать предложения на итальянском – с этим языком они никогда не встречались раньше. Предложения составлены так, чтобы в них регулярно встречались четыре существительных: bici, casa, fuga и melo. Вообще это “велосипед”, “дом”, “бегство” и “яблоня”, но смысл в данном случае неважен. Важно, что вы манипулируете тем, в каких сочетаниях встречаются слоги в предложениях. Либо только в составе интересующих вас слов, либо и в других словах тоже.

После того как дети трижды прослушали 12 предложений на незнакомом языке, вы показываете им картинку, а закадровый голос объясняет, что это bici. Потом показываете другую – и это casa. (На самом деле им показывали не велосипеды и домики, а абстрактные изображения – чтобы пара картинок была одинаковой для всех детей независимо от состава предложений и чтобы не запутывать детей, которые уже знают, что домик – это house, а не casa). Обучаете вы их довольно долго, показываете картинки по 25 раз – ну или до тех пор, пока детям совсем не наскучит.

Здесь надо отметить, что младенцы (как, впрочем, и остальные люди) склонны смотреть подолгу на те вещи, которые им незнакомы, удивляют, кажутся неожиданными, – и довольно быстро отводить взгляд, если им все понятно. Это свойство очень широко применяется в самых разных исследованиях млаенческого поведения, в том числе и здесь. В тестовой фазе ребенку снова показывают два изображения, названия которых он уже выучил. Но только на этот раз их названия могут либо остаться прежними, либо измениться: bici теперь внезапно будет называться casa, и наоборот. И вы оцениваете, покажется ли такая перемена ребенку удивительной, то есть будет ли он дольше смотреть на изображение, чье название изменилось.

И выясняется, что дети гораздо эффективнее соотносят слова и объекты, если сначала слушали речь на незнакомом языке, в которой эти слова присутствовали, чем если вместо этого слушали музыку. Это надежно работает в том случае, если слоги bi-ci встречались только вместе. Это продолжает работать, если слог -bi- встречался и в составе других слов тоже, но слог -ci- не встречался. А вот если оба слога встречались и вместе, и в других словах, то это не повышает эффективность последующего выучивания этого слова. Но, скорее всего, все равно бы ее повысило, если бы дети слушали речь не 2 минуты 15 секунд, как в эксперименте, а постоянно, как это происходит в настоящей жизни.

С нашей прекрасной способностью к статистическому обучению есть две проблемы. Во-первых, она действительно требует того, чтобы мы набирали большой массив информации. Чтобы уловить, какие слоги обычно встречаются вместе, мало встретить их вместе – надо еще и удостовериться, что они редко встречаются по отдельности. Нужно, чтобы язык окружал нас везде и всюду, чтобы все звуки, слова и грамматические конструкции встречались нам регулярно и многократно. Причем живое общение работает для этого гораздо эффективнее, чем телевизор, – во всяком случае, когда мы говорим про маленьких детей и их способность различать звуки, присутствующие в языке[185]. Во-вторых, это свойство стремительно теряется с возрастом. Разумеется, взрослые люди могут учить новые языки и овладевать ими на хорошем уровне, но они делают это совершенно не так, как маленький ребенок, погруженный в языковую среду. Нам с вами приходится думать. Вникать в грамматические правила. Зубрить слова. Прикладывать усилия. Ребенок в языковой среде никаких осознанных целенаправленных усилий не прикладывает, а язык усваивает гораздо лучше нас с вами.

Это демонстрируют, например, исследования людей, переехавших в Соединенные Штаты на разных этапах своей жизни[186]. К тому моменту, когда взрослые испытуемые попали к исследователям, они все уже владели английским полноценно, они абсолютно успешно использовали его, чтобы работать, учиться, строить отношения. Но исследователи дали им сложный грамматический тест и показали, что его результаты четко зависят от того, в каком возрасте человек попал в страну. Те, кто переехал до семи лет, набирают столько же баллов, сколько и те, кто родился в США, – в среднем 270, тест был длинным. У тех, кто приехал в 11 лет, будет по 240 правильных ответов. Если старше 17 – уже только 210. Еще раз, все это совершенно не мешает им пользоваться английским, речь идет именно о тонкостях языка. Люди, если они не профессиональные филологи, обычно не помнят никаких правил. И черт с ними, ведь у нас есть чувство языка, интуитивное понимание того, что вот здесь лучше будет звучать одна конструкция, а там – другая. Но вот то, насколько безотказно эта интуиция будет работать, сильно зависит, увы, не только от того, как много примеров мозг успел обработать, но и от того, в каком возрасте он начал это делать.

Из этого вытекает самая ужасная новость во всей книжке. Если вы, как и многие другие люди, когда-нибудь упрекали своих родителей в том, что они не отдали вас на языковые курсы в детстве, когда у людей такие прекрасные способности, – то настало время перед ними извиниться. Прекрасные способности детей проявляются тогда, когда они погружены в языковую среду. А вот когда мы говорим об обучении в классе пару раз в неделю, то эти удивительные способности немедленно кудато деваются[187]. Здесь на успех влияет мотивация, уверенность в себе, способность понимать логические связи и готовность прикладывать сознательные усилия для переработки больших объемов информации. А с этими качествами у взрослых как раз обычно получше, чем у детей, так что и прогрессируют они быстрее[188]. Так что если и обижаться на родителей, то за то, что они не наняли вам англоязычную няню. Но с этим, кажется, надо идти уже не на языковые курсы, а к психотерапевту.

Куда бы вы ни пошли – ваш мозг изменится

В предисловии я уже рассказывала вам про таксистов, у которых изза изучения карты Лондона увеличивается плотность серого вещества в гиппокампе. Это исследование стало одним из самых известных во всей современной нейробиологии благодаря тому, что там сравнивали состояние “до” и состояние “после” и убедились, что у тех, кто учился, мозг изменился, а у тех, кто не учился, – нет. По очевидным причинам придумывать и проводить такие эксперименты сложно. Далеко не всегда обучение меняет мозг настолько сильно, чтобы это прямо можно было увидеть на томограмме, а если да, то обычно речь идет о результатах многолетнего освоения какого-нибудь сложного навыка.

Вот допустим, вы хотите посмотреть, как влияет на мозг изучение иностранного языка. Вам нужно найти людей, которые совсем его не знают, а потом сделать так, чтобы половина из них начала его учить, честно и старательно, а вторая половина не начала, и чтобы они делали это долго. Но на практике некоторые из них собирались учить язык, а потом передумали. Некоторые учили, но спустя рукава. Некоторые не собирались учить, а потом начали. Многие переехали, потеряли телефон, забыли пароль от почтового ящика, и у вас нет никакого способа снова поймать их через пять лет, чтобы посмотреть, изменился ли их мозг. Не говоря уже о том, что ваше начальство ждет, что вы будете публиковать что-нибудь регулярно, а не гоняться за нерадивыми испытуемыми ради долгосрочного эксперимента, в котором еще неизвестно, получится ли что-нибудь обнаружить или нет.

Поэтому во всех таких случаях – не только с иностранным языком, но и, например, с игрой на музыкальных инструментах – первоначальную информацию обычно собирают с помощью кросс-секционных исследований. Это означает, что вы ни за кем не гоняетесь пять лет, вы просто один раз приглашаете в лабораторию людей, которые уже знают (или не знают) иностранный язык, уже умеют (или не умеют) играть на музыкальных инструментах. Делаете им всем структурную магнитно-резонансную томографию[189] и видите, что да, действительно, отличия между группами существуют, причем сразу во многих отделах мозга[190],[191]. Я не буду перечислять все отличия, которые удавалось выявить, но вот пара хорошо подтвержденных и понятных примеров. У тех, кто владеет двумя языками, как правило, выше плотность серого вещества в левой нижней лобной извилине – если вы внимательный читатель, то помните, что как раз там находится зона Брока, связанная с самой способностью к членораздельной речи. Для тех, кто умеет играть на музыкальном инструменте, характерно более развитое мозолистое тело – перемычка, соединяющая два полушария и помогающая им обмениваться информацией друг с другом.