5. Мозг и магическое число семь

Детский мозг

Исследования детского мозга помогают нам избавиться от наивного штампа: мы всегда были убеждены в том, что мозг — высокофункциональная система, содержащая огромное количество нейронов. Кстати, в лобной доле двухлетнего ребенка содержится почти в два раза больше синапсов — соединений между нейронами, — чем у взрослого в 20-летнем возрасте. И вместе с тем рабочая память у двухлетнего малыша функционирует гораздо хуже. На третьем году жизни плотность синапсов постепенно начинает снижаться и примерно к 12 годам достигает уровня взрослого человека⁶³. После раннего перепроизводства количество нейронов, медиаторов и синапсов начинает стремительно уменьшаться.

⁶³ О синаптической плотности и развитии см.: Huttenlocher, P. Synaptic density in human frontal cortex — developmental changes and effects of aging. Brain Research, 1979.163:195–205.

В первые три месяца жизни ребенка в нервных волокнах, соединяющих два мозговых полушария, ежедневно гибнет 900 тысяч аксонов⁶⁴. Почему объем рабочей памяти увеличивается, когда нейроны исчезают, объяснить сложно. Возможно, структура нервных сетей организована так, что некоторые важные связи усиливаются, а второстепенные ослабевают.

⁶⁴ О потере аксонов в процессе развития см.: LaMantia, A. S. & Rakic, P. Axon overproduction and elimination in the corpus callosum of the developing rhesus monkey. Journal of Neuroscience. 1990,10, 2156-75.

В детском возрасте происходит еще один важный процесс — миелинизация. Межклеточные соединения покрыты веществом, которое называется миелином; оно играет роль проводника сигналов. Миелинизация — процесс образования миелина вокруг аксонов ряда нервных волокон — обычно полностью завершается к концу второго года жизни ребенка. Основная функция миелина — вещества, образующего миелиновую оболочку нервных волокон, — быстрое проведение нервного импульса по аксонам, которые он окружает. Слой миелина постепенно уплотняется, именно этот процесс и называется миелинизацией. Миелинизация в основном приходится на первые два года жизни, однако, как теперь стало известно, процесс продолжается вплоть до двадцатилетнего возраста. Магнитно-резонансное сканирование также выявило связь между миелинизацией нервных волокон, соединяющих кору теменной и лобной долей, и развитием рабочей памяти⁶⁵. Но почему этот феномен улучшает рабочую память, до конца не ясно. Возможно, это результат более интенсивного «общения» между нейронами. Другое объяснение — миелин увеличивает прочность связей, то есть повышает вероятность того, что импульс, посланный из теменной доли, достигнет лобной доли.

⁶⁵ О гистологических исследованиях миелинизации см.: Yakovlev, P.I. & Lecours, A.-R. The myelogenetic cycles of regional maturation of the brain. In: Minkowsi, A. (ed.). Regional development of the brain in early life. Blackwell Scientific Publications: Oxford and Edinburgh: 1967, s. 3-70. С помощью магнитно-резонансного сканера можно провести косвенные измерения миелинизации, с использованием техники диффузионного тензорного отображения, которая измеряет диффузию воды в белом веществе. Об использовании этой техники для изучения развития белого вещества см.: Nagy, Z., Westerberg, H. & Klingberg, T Regional maturation of white matter during childhood and development of function. Journal of Cognitive Neuroscience. 2004,16:1227–1233. В другом исследовании диффузии выявлена связь миелинизации с изменением мозговой активности, см.: Olesen, P.J., Nagy, Z., Westerberg, H. & Klingberg, Т. Combined analysis of DTI and fMRI data reveals a joint maturation of white and grey matter in a fronto-parietal network. Cognitive Brain Research. 2003, 18:48–57.

Таким образом, параллельно с развитием рабочей памяти в мозге происходит несколько процессов: усиление одних нейронных связей и ослабление других, значительная потеря соединений между различными областями мозга и миелинизация нервных волокон. Возможно, современные методы изучения человеческого мозга слишком примитивны, чтобы ответить на вопрос о пределах рабочей памяти. Может быть, надо искать объяснение, например, в характере синаптических связей между отдельными нейронами. Скептики считают, что сканировать мозг с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) или функциональной магнитно-резонансной томографии (ФМРТ) — все равно что измерять температуру компьютера: конечно, можно определить, насколько она повышается у работающего и понижается у выключенного компьютера, но это нисколько не помогает разобраться в устройстве и функциях компьютера.