Чем выше интеллект, тем лучше мозг реорганизует себя

Служба в ВСС США прервала учебу Графмана в аспирантуре. Взамен он получил звание капитана и должность руководителя «Исследования повреждений головы». Работая в этом направлении, он во второй раз столкнулся с пластичностью мозга. Поскольку солдаты находятся лицом к полю боя, разлетающиеся после взрывов металлические осколки часто попадают в переднюю часть мозга и повреждают ткани лобных долей, которые координируют работу других частей мозга и помогают сознанию фокусироваться на главном моменте ситуации, формировать цели и принимать долгосрочные решения.

Графман хотел понять: какие факторы больше всего влияют на выздоровление после повреждений лобной доли. Он занялся изучением вопроса о том, как здоровье человека, его генетика, социальное положение и ум до повреждения позволяют прогнозировать его шансы на выздоровление.

В армии все в обязательном порядке проходят «Квалификационный тест для поступления на военную службу» (приблизительно соответствующий тесту на определение уровня интеллекта), поэтому у Графмана была возможность изучать связь между уровнем IQ солдата до повреждения и после него. Он обнаружил, что независимо от размера раны и местоположения повреждения уровень интеллекта человека служит очень важным фактором прогнозирования того, насколько хорошо он будет восстанавливать утраченные функции мозга. Обладание более высокими когнитивными способностями — «лишним» интеллектом — помогало мозгу лучше компенсировать тяжелую травму. Данные, собранные Графманом, позволяли предположить, что высокоинтеллектуальные люди способны к более эффективной реорганизации своих когнитивных способностей для поддержки поврежденных областей.

Графман хотел исследовать возможности и пределы пластичности, определить продолжительность структурной реорганизации и выявить различные типы пластичности, если такие существуют. Он считал, что в связи с тем, что у людей с повреждениями мозга поражены разные области, которые уникальны для каждого пациента, пристальное внимание к индивидуальным случаям может принести больше результатов, чем большие групповые исследования.

Четыре типа пластичности

Графман исходил из представления, что мозг разделен на сектора, и в ходе его развития на каждый из них накладывается преимущественная ответственность за определенный вид психической деятельности. Сложные виды деятельности предполагают обязательное взаимодействие секторов. Когда мы читаем, значение слова сохраняется или «картируется» в одном секторе мозга; внешний вид букв — в другом, а его звуковой образ — в третьем. Каждый сектор тесно связан с другими, поэтому, когда мы вспоминаем слово, то можем его видеть, слышать и понимать. Нейроны разных секторов должны активироваться в одно и то же время, чтобы мы видели, слышали и понимали одновременно.

Правила хранения всей этой информации отражают принцип «не использовать — значит потерять». Чем чаще мы применяем слово, тем нам легче его найти. Даже пациенты с повреждением мозга в словесном секторе восстанавливают слова, которые они часто использовали до повреждения, — более успешно, чем слова, которыми они редко пользовались.

Графман считает, что в любой области мозга, выполняющей какое-либо действие, например хранение слов, главную роль в выполнении соответствующей задачи играют нейроны, расположенные в центре этой области. Нейроны, находящиеся на ее границах, задействованы в процессе в гораздо меньшей степени, поэтому соседние участки мозга соперничают друг с другом, чтобы пополнить свои «запасы» за счет таких пограничных нейронов. Победу в этом соревновании определяет повседневная деятельность человека. У работника почты, который ежедневно смотрит на адреса, написанные на конвертах, не задумываясь об их значении, нейроны на границе между зрительной областью и областью, связанной со значением слов, будут скорее задействованы в представлении «внешнего вида» слова. У лингвиста, интересующегося значениями слов, эти пограничные нейроны будут привлечены к представлению значения. Графман считает, что все, что известно нам о подобных пограничных областях по результатам сканирования мозга, указывает на то, что, реагируя на наши неотложные потребности, они могут быстро расширяться, увеличиваясь буквально за минуты.

Используя данные своих исследований, Графман определил четыре типа пластичности.

Первый — это «расширение карты», описанное выше, которое происходит, главным образом, на границах между областями мозга в результате повседневной деятельности.

Второй — «сенсорное перераспределение». Оно происходит в случае блокировки одного из чувств, как это бывает у слепых. Когда зрительная кора лишена нормальной входящей информации, она может получать новые информационные сигналы от других чувств, таких как осязание.

Третий — «компенсаторная замена», использующая тот факт, что в распоряжении нашего мозга есть не один, а несколько способов решения задачи. Для того чтобы перемещаться с места на место, некоторые люди используют визуальные указатели. Другие обладают сильным пространственным чувством, однако, утратив это чувство в результате поражения мозга, они тоже могут начать полагаться на указатели. До тех пор, пока ученые не признали существование нейропластичности, компенсаторная замена, или «альтернативные стратегии» (например, переключение людей с чтения на прослушивание аудиозаписей книг), была основным методом, который применяли для оказания помощи детям с проблемами в обучении.

Четвертый тип пластичности — «захват зеркальной области». Когда часть одного полушария не справляется со своей задачей, происходит адаптация такой же (зеркальной) области другого полушария, она берет на себя выполнение данной психической функции.

Эта последняя идея возникла благодаря работе Графмана и его коллеги Харви Левина с мальчиком, назовем его Полом, который пережил автомобильную аварию в возрасте семи месяцев. В результате удара по голове костные фрагменты разбитого черепа попали в правую теменную долю (расположенную в верхней центральной части мозга позади лобных долей). Группа Графмана впервые встретилась с Полом, когда ему было 17 лет.

Ученых удивило то, что у него были проблемы с подсчетами и обработкой чисел. Люди с повреждениями правой теменной доли обычно испытывают трудности с обработкой зрительно-пространственной информации.

Компьютерная осевая томография показала, что в правой поврежденной части мозга Пола есть киста. Затем Графман и Левин решили использовать функциональное магнитно-резонансное сканирование и непосредственно в момент его проведения предлагали Полу простые арифметические задачи. Сканирование показало очень слабую активацию в левой теменной области.

Проанализировав эти странные данные, они пришли к выводу, что левая область слабо активируется при решении задач, потому что теперь она обрабатывает зрительно-пространственную информацию, которую больше не может обрабатывать правая теменная доля.

Автомобильная авария произошла до того, как семимесячному Полу пришлось учить математику, а следовательно, до того, как левая теменная доля начала превращаться в специализированную область для математических символов. В промежутке между семью месяцами и шестью годами, когда Пол начал изучать арифметику, для него было гораздо важнее научиться передвигаться, для чего ему требовалась обработка зрительно-пространственной информации. Поэтому зрительно-пространственная деятельность обрела свой «дом» в той части, которая зеркально соответствовала правой теменной доле (т. е. в левой теменной доле). Теперь Пол мог свободно перемещаться по миру, однако ему пришлось заплатить за это определенную цену. Когда он начал изучать арифметику, центральная часть левого теменного сектора уже была привлечена к обработке зрительно-пространственной информации.