Страница:
Вторая проблема еще более весома. Эффект, который проявляется лишь в тех случаях, когда ребенок с определенным набором генов попадает в определенную обстановку, известен как взаимодействие генов с окружающей средой. Иными словами, определенные генетические характеристики могут сделать ребенка восприимчивым к определенным аспектам его опыта, которые не оказали бы никакого влияния на ребенка с другими генетическими характеристиками; впоследствии мы еще вернемся к этой теме. Такое взаимодействие объясняет на первый взгляд парадоксальное открытие, что многие наследуемые качества за последние несколько десятилетий передавались гораздо быстрее, чем это можно объяснить в рамках биологической эволюции. Примеры варьируют от ожирения и умственных способностей (см. главу 22) до близорукости (см. врезку «Игры на свежем воздухе улучшают зрение» в главе 10).
Взаимодействие генов с окружающей средой представляет проблему, поскольку исследователи исходят из предпосылки, что эти два фактора действуют независимо, когда рассчитывают процентное соотношение генетических характеристик и условий окружения, о котором вы читаете в газетах. Но, как мы уже говорили, на самом деле так бывает редко. Еще неоднозначнее то обстоятельство, что любые выявленные взаимодействия обычно включают в «генетическую» часть, отчего влияние окружающей среды кажется менее важным. Для примера давайте возьмем исследование мелких правонарушений среди 862 усыновленных шведских подростков. Данное исследование предполагало выяснить следующее: генетика (преступное прошлое одного из родителей) или факторы окружающей среды (плохое питание в детстве или неудачная приемная семья) увеличивают риск правонарушений у детей. Мы не ожидаем, что генетики определят «ген преступности», но такие черты, как импульсивность и агрессивность, являются наследуемыми и могут существенно повысить риск нарушения закона. По сравнению с базовым показателем преступности 2,9% – среди детей, родившихся в семьях без преступного прошлого и воспитанных в хорошей обстановке, показатель для биологических детей преступников, воспитанных в хорошей обстановке, достигал 12,1%, а для детей, чьи родители не совершали преступлений, но воспитанных в плохой обстановке, – 6–7%.
Однако ни тот, ни другой фактор нельзя назвать предопределяющим судьбу ребенка. Даже в наихудших условиях более половины детей (60%) с многочисленными факторами риска становились законопослушными гражданами. Иными словами, ни один из обсуждаемых факторов не является абсолютным показателем будущей судьбы ребенка, но лишь влияет на степень риска.
Поэтому в следующий раз, когда вы прочитаете, что интеллект на 60% зависит от генетики, или что ученые открыли ген гомосексуальности, или что дети агрессивны лишь из-за поведения, усвоенного от своих ролевых моделей, имейте в виду, что биология так не работает. Гены и окружающая среда нерасторжимо связаны на всем протяжении жизни вашего ребенка.
Часть II
Глава 5
Глава 6
Взаимодействие генов с окружающей средой представляет проблему, поскольку исследователи исходят из предпосылки, что эти два фактора действуют независимо, когда рассчитывают процентное соотношение генетических характеристик и условий окружения, о котором вы читаете в газетах. Но, как мы уже говорили, на самом деле так бывает редко. Еще неоднозначнее то обстоятельство, что любые выявленные взаимодействия обычно включают в «генетическую» часть, отчего влияние окружающей среды кажется менее важным. Для примера давайте возьмем исследование мелких правонарушений среди 862 усыновленных шведских подростков. Данное исследование предполагало выяснить следующее: генетика (преступное прошлое одного из родителей) или факторы окружающей среды (плохое питание в детстве или неудачная приемная семья) увеличивают риск правонарушений у детей. Мы не ожидаем, что генетики определят «ген преступности», но такие черты, как импульсивность и агрессивность, являются наследуемыми и могут существенно повысить риск нарушения закона. По сравнению с базовым показателем преступности 2,9% – среди детей, родившихся в семьях без преступного прошлого и воспитанных в хорошей обстановке, показатель для биологических детей преступников, воспитанных в хорошей обстановке, достигал 12,1%, а для детей, чьи родители не совершали преступлений, но воспитанных в плохой обстановке, – 6–7%.
С точки зрения отдельного нейрона трудно провести различие между генетическим воздействием и влиянием окружающей среды.Представьте, что генетические факторы и влияние окружающей среды не зависят друг от друга. Тогда вы можете предположить, что вероятность совершения преступлений для детей, родившихся от преступных родителей и воспитанных в плохой обстановке, составит 18,8% – путем сложения двух предыдущих показателей. Но исследование показало нечто совершенно иное. Дети с обоими факторами риска имели значительно большую склонность к правонарушениям – 40%, т.е. более чем вдвое превосходящую ожидаемый риск.
Однако ни тот, ни другой фактор нельзя назвать предопределяющим судьбу ребенка. Даже в наихудших условиях более половины детей (60%) с многочисленными факторами риска становились законопослушными гражданами. Иными словами, ни один из обсуждаемых факторов не является абсолютным показателем будущей судьбы ребенка, но лишь влияет на степень риска.
Поэтому в следующий раз, когда вы прочитаете, что интеллект на 60% зависит от генетики, или что ученые открыли ген гомосексуальности, или что дети агрессивны лишь из-за поведения, усвоенного от своих ролевых моделей, имейте в виду, что биология так не работает. Гены и окружающая среда нерасторжимо связаны на всем протяжении жизни вашего ребенка.
Часть II
Поэтапный рост
• Один раз в жизни: сензитивные периоды
• Прирожденные лингвисты
• Прекрасные сновидцы
• Это девочка! Половые различия
• Подростковый возраст: дело не только в сексе
• Прирожденные лингвисты
• Прекрасные сновидцы
• Это девочка! Половые различия
• Подростковый возраст: дело не только в сексе
Глава 5
Один раз в жизни: сензитивные периоды
Возраст: от рождения до пятнадцати лет
Построение мозга вашего ребенка чем-то напоминает сборку мебели, купленной в концерне IKEA: оно состоит из этапов, которые обычно следуют по порядку. Неудача при завершении очередного этапа – как случалось со многими из нас при сборке стола – может стать препятствием на последующих этапах и обычно откладывает их на более поздний срок, а иногда останавливает весь процесс.
В этой главе мы обсудим особый тип развития, который занимает центральное место в приспособлении мозга ребенка к условиям окружающей среды. Сензитивные периоды – это особые чувствительные этапы развития. Опыт, пережитый на протяжении сензитивного периода, оказывает особенно сильное или долговременное воздействие на формирование связей в мозге. Получение определенного опыта во время сензитивного периода жизненно важно для выработки схем поведения, опирающихся на эти связи.
Правда, не все аспекты раннего развития требуют такого внимания. Взросление мозга в значительной степени происходит без посторонней помощи. Например, нервные связи в сетчатке и в спинном мозге формируются в соответствии с заданной программой, которая вообще не зависит от опыта. Другие регионы, такие как гиппокамп и некоторые участки коры головного мозга, модифицируются под влиянием жизненного опыта не за определенный короткий период времени, а в течение всей жизни. Эти отделы мозга постоянно учитывают новую информацию, которая помогает нам продолжать адаптацию к окружающей среде в зрелом возрасте.
Сензитивные периоды имеют особое значение для некоторых функций, поскольку опыт, пережитый в это время, может оказывать воздействие на дальнейшую жизнь. Например, те участки мозга, которые специализируются на понимании языка, образуют разные связи между нейронами в зависимости от того, слышит ли ваш ребенок английскую речь или мандаринский диалект в первые несколько лет жизни (см. главу 6). Изменения, которые происходят в результате этого опыта, делают вашего ребенка специалистом в понимании и произношении звуков родного языка.
Впоследствии вы можете выучить новый язык, но при этом вам придется приложить гораздо больше усилий. В зрелом возрасте языковые зоны мозга больше не находятся в стадии восприимчивого становления, и их связи труднее модифицировать. Особо чувствительный – сензитивный – период для усвоения языка уже миновал.
К счастью, как мы уже говорили, восприятие не является пассивным даже для маленьких детей. Мозг вашего ребенка имеет определенные предпочтения относительно того, что он должен усваивать на разных этапах развития. Виды опыта, способные модифицировать развивающуюся нейронную сеть, определяются предпочтениями, которые встроены в мозг благодаря нашей эволюционной истории. Иными словами, дети активно ищут тот опыт, в котором они нуждаются.
Что мы имеем в виду под опытом? На мозг ребенка потенциально влияет любое событие, которое воспринято сенсорными рецепторами, преобразовано в электрические импульсы и передано в мозг (как мы покажем в главах 10–12, все наши знания о мире поступают в виде этих электрических импульсов). Взаимодействие с родителями или другими опекунами – лишь часть богатой палитры доступных стимулов. Физические изменения в мозге вашего ребенка также могут происходить, когда он смотрит на подвижную игрушку, подвешенную над его колыбелью, засовывает в рот большие пальцы ног или слышит звук сирены на улице. Впоследствии его вселенная расширится и включит в себя общение с другими детьми, ориентировку в ближайших окрестностях, обучение спортивным играм, школьные занятия и многое другое. Все это будет оставлять следы в его мозге, иногда очень глубокие, а иногда мимолетные.
Как мы описывали в главе 2, запрограммированные химические сигналы направляют аксоны к участкам-мишеням и обеспечивают формирование большого количества синапсов. После создания этих основных элементов жизненный опыт может влиять на дальнейшее развитие, контролируя активность аксонов и синапсов. Синапсы нейронов, которые чаще активируются, с большей вероятностью будут сохраняться и укрепляться благодаря пластичности биохимических проходов к клетке-мишени, в то время как неработающие синапсы (т.е. связи между двумя нейронами) слабеют или исчезают. Синаптическая активность также может вызывать рост или втягивание аксонных или дендритовых ответвлений. Клетки, которые активируются совместно, прочно связываются друг с другом (см. главу 21).
После завершения этих пластических изменений архитектура мозга меньше поддается модификации в будущем, либо потому, что дополнительные аксоны и синапсы больше недоступны, либо потому, что биохимические проводящие пути, определяющие активность синапсов, изменяются с возрастом. В этом отношении мозг использует сенсорный опыт для формирования связей в нервной цепи, отсекая ненужные связи и поддерживая наиболее прочные и активные для сохранения схем восприятия и поведения, соответствующих индивидуальному окружению ребенка.
Ненужные синаптические связи удаляются в детстве. Так, общее количество синапсов в первичной зрительной коре головного мозга быстро возрастает с рождения до кульминации в возрасте 8 месяцев, а затем постепенно уменьшается вплоть до 5 лет – по мере развития зрительных способностей (см. главу 10). Максимальное снижение количества синапсов в этом регионе мозга происходит в возрасте от 5 до 11 лет (мы точно не знаем, когда именно, поскольку дети от 6 до 10 лет не подвергались обследованию). В лобной коре головного мозга плотность синапсов остается высокой как минимум до 7 лет, немного уменьшается к 12 годам и достигает уровней взрослого человека к 14–15 годам (см. главу 9). Не вполне ясно, что происходит между 7 и 12 годами.
Процесс устранения синапсов гораздо подробнее изучен у других приматов, и результаты в целом согласуются с фрагментарными данными по исследованию людей. У макак-резусов взрывной рост синапсов в первые несколько месяцев после рождения сменяется сначала постепенным, а потом ускоряющимся уменьшением их количества в детстве. Взрослый уровень плотности синапсов наблюдается после достижения половой зрелости. Хотя этот рост у животных имеет сходные тенденции, уменьшение происходит по разным графикам у разных особей, подкрепляя идею о том, что именно события в окружающей среде влияют на процесс устранения синапсов.
Во всех областях коры головного мозга, изученных у обезьян, развитие синапсов идет по сходному временно́му графику. Еще неясно, можно ли применить этот принцип одновременного развития синапсов по отношению к детям. Сканирование мозга на стадии развития серого вещества, где находятся все синапсы, показывает, что лобные доли достигают своего окончательного объема несколько позже, чем зрительные участки коры головного мозга{Они расположены в затылочных долях. – Прим. ред.}. Однако из-за возрастного пробела в подсчете человеческих синапсов и расхождений между индивидуумами свидетельства в поддержку этой позиции являются неполными. Так или иначе, измерение энергии мозга у детей показывает, что разница в сроках развития различных участков коры сравнительно мала и что устранение синапсов продолжается на протяжении всего детства (см. выше врезку: «Знаете ли вы? Мозг вашего ребенка потребляет половину энергии организма»).
Чтобы разобраться в том, как опыт влияет на синаптические изменения во время сензитивного периода, мы должны обратиться к исследованиям на лабораторных животных. Амбарные совы охотятся в темноте и должны точно определять источник звука, чтобы знать положение своей добычи. Они делают это, сравнивая разницу во времени поступления звукового сигнала между левым и правым ухом, поскольку звук, доносящийся слева, достигает левого уха раньше, чем правого, и наоборот. Более сложный расчет верхнего или нижнего положения источника звука проводится по различиям громкости, создаваемым формой ушной раковины. Мозг совы получает информацию о расхождениях во времени и перепадах громкости и использует ее для создания мозговой карты звукового источника. Поскольку поступающая информация зависит от индивидуальных характеристик, таких как размер головы и форма уха, которые изменяются по мере роста животного, ее нельзя определить заранее, поэтому естественное картирование происходит в процессе развития.
Этот сдвиг происходит потому, что нейроны, принимающие информацию о времени и громкости, протягивают свои аксоны и соединяются с новыми нейронами в другой части карты. Прежние связи остаются на месте, хотя их синапсы ослабевают, что позволяет совам вернуться к старой схеме вещей после того, как с них снимают очки. Такая пластичность восприятия имеет место во время сензитивного периода, примерно до 7 месяцев. Взрослым, чей сензитивный период завершился, гораздо труднее перестроить связи, поскольку их аксоны ограничены меньшим участком мозга и нейронная цепь уже не может переносить сигналы за пределы диапазона, установленного в юности.
В некоторых случаях области мозга, отвечающие за более высокие уровни восприятия, могут компенсировать недостаточное развитие нижних уровней. Например, глубину зрительного восприятия можно определить по разным визуальным сигналам, поэтому люди, у которых отсутствует бинокулярное зрение из-за патологий развития (см. главу 10), часто пользуются другими стратегиями для точного определения глубины.
Как мы уже говорили, обучение языку требует накопления определенного опыта в течение сензитивного периода. В экстремальных случаях дети, которые растут в плохой языковой среде, могут все больше отставать от сверстников. Но в нормальных обстоятельствах дети буквально впитывают языковой опыт. Вам не нужно учить ребенка, чтобы он подражал вашему голосу, а не звуку двигателя вашего автомобиля, потому что языковые центры его мозга лучше всего активируются именно звуками речи и потому что обучение языку, как и многому другому, наиболее эффективно происходит при общении. В следующей главе мы подробнее рассмотрим языковое развитие как хорошо изученный пример сензитивного периода.
В этой главе мы обсудим особый тип развития, который занимает центральное место в приспособлении мозга ребенка к условиям окружающей среды. Сензитивные периоды – это особые чувствительные этапы развития. Опыт, пережитый на протяжении сензитивного периода, оказывает особенно сильное или долговременное воздействие на формирование связей в мозге. Получение определенного опыта во время сензитивного периода жизненно важно для выработки схем поведения, опирающихся на эти связи.
Правда, не все аспекты раннего развития требуют такого внимания. Взросление мозга в значительной степени происходит без посторонней помощи. Например, нервные связи в сетчатке и в спинном мозге формируются в соответствии с заданной программой, которая вообще не зависит от опыта. Другие регионы, такие как гиппокамп и некоторые участки коры головного мозга, модифицируются под влиянием жизненного опыта не за определенный короткий период времени, а в течение всей жизни. Эти отделы мозга постоянно учитывают новую информацию, которая помогает нам продолжать адаптацию к окружающей среде в зрелом возрасте.
Впоследствии вы можете выучить новый язык, но при этом вам придется приложить гораздо больше усилий. В зрелом возрасте языковые зоны мозга больше не находятся в стадии восприимчивого становления, и их связи труднее модифицировать. Особо чувствительный – сензитивный – период для усвоения языка уже миновал.
К счастью, как мы уже говорили, восприятие не является пассивным даже для маленьких детей. Мозг вашего ребенка имеет определенные предпочтения относительно того, что он должен усваивать на разных этапах развития. Виды опыта, способные модифицировать развивающуюся нейронную сеть, определяются предпочтениями, которые встроены в мозг благодаря нашей эволюционной истории. Иными словами, дети активно ищут тот опыт, в котором они нуждаются.
Что мы имеем в виду под опытом? На мозг ребенка потенциально влияет любое событие, которое воспринято сенсорными рецепторами, преобразовано в электрические импульсы и передано в мозг (как мы покажем в главах 10–12, все наши знания о мире поступают в виде этих электрических импульсов). Взаимодействие с родителями или другими опекунами – лишь часть богатой палитры доступных стимулов. Физические изменения в мозге вашего ребенка также могут происходить, когда он смотрит на подвижную игрушку, подвешенную над его колыбелью, засовывает в рот большие пальцы ног или слышит звук сирены на улице. Впоследствии его вселенная расширится и включит в себя общение с другими детьми, ориентировку в ближайших окрестностях, обучение спортивным играм, школьные занятия и многое другое. Все это будет оставлять следы в его мозге, иногда очень глубокие, а иногда мимолетные.
Знаете ли вы? Мозг вашего ребенка потребляет половину энергии организма
Если дети растут как сорняки (в конце концов одуванчики являются сорняками), то их мозг горит как факел. Достаточно накладно поддерживать мозг взрослого человека, который использует 17% общей энергии организма, хотя составляет лишь 3% массы тела, но это ничто по сравнению с энергетическими затратами на развитие детского мозга. Мозг почти достигает полного объема в возрасте 7 лет, но он по-прежнему содержит связи, которые будут удалены впоследствии по мере того, как жизненный опыт ребенка будет способствовать его развитию.
Синапсы потребляют большую часть энергии мозга, поэтому поддержание дополнительных связей обходится недешево. С 3 до 8 лет ткани детского мозга потребляют вдвое больше энергии, чем ткани мозга взрослого человека. Пятилетнему ребенку, который весит 20 кг, требуется 860 калорий в день, и половина этой энергии достается мозгу.
Исследователи изучают использование энергии мозгом с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), определяющей уровень радиомаркированной глюкозы – сахара, который является главным «топливом» для нейронов (см. рис.). Радиомаркеры создаются при добавлении радиоактивных атомов, что позволяет проследить движение химического вещества в недрах мозга или тела человека.
В первые 5 недель после рождения самое высокое энергопотребление наблюдается в соматосенсорной и моторной коре, таламусе, стволе головного мозга и мозжечке, т.е. в наиболее зрелых частях мозга при рождении, которые отвечают за базовые функции жизни, такие как дыхание, движение и осязание.Поскольку нервные связи развиваются на разных этапах взросления, существует несколько сензитивных периодов, каждый из которых соответствует определенной функции мозга. Сензитивные периоды особенно характерны для развивающегося мозга младенцев и малышей, поскольку он растет очень интенсивно, но они могут возникать и в другое время. Некоторые сензитивные периоды начинаются и завершаются еще до рождения – например, развитие осязания, основанное на ощущениях ребенка в материнской утробе (см. главу 11). Многие наступают вскоре после рождения, например, первое взаимодействие с близкими людьми формирует мозговые связи, реагирующие на стресс (см. главу 26). Другие сензитивные периоды, скажем обучение грамматическим аспектам языка, продолжаются до конца детства и в подростковом возрасте.
В возрасте 2-3 месяцев энергопотребление возрастает в височных, лобных и затылочных долях коры головного мозга, а также в подкорковых базальных ганглиях, которые среди прочего контролируют зрение, пространственную ориентацию и движение.
В возрасте от 6 до 12 месяцев возрастает потребление энергии в лобных долях коры головного мозга, когда дети впервые начинают контролировать свое поведение.
Количество энергии, потребляемой мозгом, продолжает возрастать до 4 лет, а в возрасте около 9 лет начинает снижаться, последовательно достигая «взрослых» уровней в разных участках по мере их созревания. Этот процесс завершается в возрасте от 16 до 18 лет.
Как мы описывали в главе 2, запрограммированные химические сигналы направляют аксоны к участкам-мишеням и обеспечивают формирование большого количества синапсов. После создания этих основных элементов жизненный опыт может влиять на дальнейшее развитие, контролируя активность аксонов и синапсов. Синапсы нейронов, которые чаще активируются, с большей вероятностью будут сохраняться и укрепляться благодаря пластичности биохимических проходов к клетке-мишени, в то время как неработающие синапсы (т.е. связи между двумя нейронами) слабеют или исчезают. Синаптическая активность также может вызывать рост или втягивание аксонных или дендритовых ответвлений. Клетки, которые активируются совместно, прочно связываются друг с другом (см. главу 21).
После завершения этих пластических изменений архитектура мозга меньше поддается модификации в будущем, либо потому, что дополнительные аксоны и синапсы больше недоступны, либо потому, что биохимические проводящие пути, определяющие активность синапсов, изменяются с возрастом. В этом отношении мозг использует сенсорный опыт для формирования связей в нервной цепи, отсекая ненужные связи и поддерживая наиболее прочные и активные для сохранения схем восприятия и поведения, соответствующих индивидуальному окружению ребенка.
Ненужные синаптические связи удаляются в детстве. Так, общее количество синапсов в первичной зрительной коре головного мозга быстро возрастает с рождения до кульминации в возрасте 8 месяцев, а затем постепенно уменьшается вплоть до 5 лет – по мере развития зрительных способностей (см. главу 10). Максимальное снижение количества синапсов в этом регионе мозга происходит в возрасте от 5 до 11 лет (мы точно не знаем, когда именно, поскольку дети от 6 до 10 лет не подвергались обследованию). В лобной коре головного мозга плотность синапсов остается высокой как минимум до 7 лет, немного уменьшается к 12 годам и достигает уровней взрослого человека к 14–15 годам (см. главу 9). Не вполне ясно, что происходит между 7 и 12 годами.
Процесс устранения синапсов гораздо подробнее изучен у других приматов, и результаты в целом согласуются с фрагментарными данными по исследованию людей. У макак-резусов взрывной рост синапсов в первые несколько месяцев после рождения сменяется сначала постепенным, а потом ускоряющимся уменьшением их количества в детстве. Взрослый уровень плотности синапсов наблюдается после достижения половой зрелости. Хотя этот рост у животных имеет сходные тенденции, уменьшение происходит по разным графикам у разных особей, подкрепляя идею о том, что именно события в окружающей среде влияют на процесс устранения синапсов.
Во всех областях коры головного мозга, изученных у обезьян, развитие синапсов идет по сходному временно́му графику. Еще неясно, можно ли применить этот принцип одновременного развития синапсов по отношению к детям. Сканирование мозга на стадии развития серого вещества, где находятся все синапсы, показывает, что лобные доли достигают своего окончательного объема несколько позже, чем зрительные участки коры головного мозга{Они расположены в затылочных долях. – Прим. ред.}. Однако из-за возрастного пробела в подсчете человеческих синапсов и расхождений между индивидуумами свидетельства в поддержку этой позиции являются неполными. Так или иначе, измерение энергии мозга у детей показывает, что разница в сроках развития различных участков коры сравнительно мала и что устранение синапсов продолжается на протяжении всего детства (см. выше врезку: «Знаете ли вы? Мозг вашего ребенка потребляет половину энергии организма»).
Чтобы разобраться в том, как опыт влияет на синаптические изменения во время сензитивного периода, мы должны обратиться к исследованиям на лабораторных животных. Амбарные совы охотятся в темноте и должны точно определять источник звука, чтобы знать положение своей добычи. Они делают это, сравнивая разницу во времени поступления звукового сигнала между левым и правым ухом, поскольку звук, доносящийся слева, достигает левого уха раньше, чем правого, и наоборот. Более сложный расчет верхнего или нижнего положения источника звука проводится по различиям громкости, создаваемым формой ушной раковины. Мозг совы получает информацию о расхождениях во времени и перепадах громкости и использует ее для создания мозговой карты звукового источника. Поскольку поступающая информация зависит от индивидуальных характеристик, таких как размер головы и форма уха, которые изменяются по мере роста животного, ее нельзя определить заранее, поэтому естественное картирование происходит в процессе развития.
Восприятие не является пассивным даже у маленьких детей. Мозг вашего ребенка имеет определенные предпочтения относительно того, что он должен усваивать на разных этапах развития.Для «калибровки» слуховой карты мозг совы дополнительно обрабатывает зрительную информацию. В ходе эксперимента исследователи снабжали совят призматическими очками, которые визуально смещали предметы в одну сторону. Сначала, пытаясь передвигаться с надетыми очками, птицы делают массу ошибок, но постепенно мозг адаптируется к искажающим очкам, смещая свою визуальную карту для отражения новой реальности. Карта звукового пространства тоже смещается как результат реакции на призматические очки, хотя слуховая информация остается неизменной.
Этот сдвиг происходит потому, что нейроны, принимающие информацию о времени и громкости, протягивают свои аксоны и соединяются с новыми нейронами в другой части карты. Прежние связи остаются на месте, хотя их синапсы ослабевают, что позволяет совам вернуться к старой схеме вещей после того, как с них снимают очки. Такая пластичность восприятия имеет место во время сензитивного периода, примерно до 7 месяцев. Взрослым, чей сензитивный период завершился, гораздо труднее перестроить связи, поскольку их аксоны ограничены меньшим участком мозга и нейронная цепь уже не может переносить сигналы за пределы диапазона, установленного в юности.
Знаете ли вы? Пределы пластичности мозгаОдин из основных принципов развития мозга состоит в том, что простейшие строительные кирпичики укладываются первыми. Впоследствии на этом фундаменте возникает надстройка из более сложных процессов. Например, участки зрительной коры, определяющие края и тени, становятся активными до того, как другие участки начинают интерпретировать эти контуры в виде реальных предметов. По этой причине для зрения существует не один, а несколько сензитивных периодов, каждому из которых необходим опыт для развития отдельного участка зрительной коры. Если этот опыт оказывается недоступным для своевременного завершения процесса, сензитивный период обычно растягивается, что приводит к замедленному взрослению данной мозговой цепи и всех остальных, которые зависят от нее. В конце концов окно возможностей закрывается, и ущерб может стать невосполнимым.
Оптимистичные авторы популярных книг превозносят чудеса гибкости человеческого мозга. Мысль о том, что жизненный опыт производит значительные изменения в мозге, звучит заманчиво, так как питает надежду, что люди могут учиться и развиваться в течение всей жизни, преодолевая одно препятствие за другим. История о безграничных возможностях обладает почти волшебной привлекательностью для американцев. Но пришло время отступить в сторону и внимательно рассмотреть доказательства.
Даже младенцев нельзя считать чистыми грифельными досками, чей мозг и поведение является невероятно пластичным. До того, как сенсорный опыт начинает оказывать влияние на мозг ребенка, нейроны учатся «общаться» друг с другом через синаптические связи. Программа развития уточняет схемы связей, общие для всех людей.
При отсутствии генетических ошибок или искажений в развитии внешние клетки глаз направляют свои аксоны в зрительные зоны таламуса, который передает информацию в первичную зрительную кору головного мозга. Аксоны, которые переносят сигналы от чувствительных к прикосновению рецепторов на кончиках пальцев, занимают большие площади соматосенсорной коры, чем аксоны, передающие сигналы от менее чувствительных локтей, и так далее. В большинстве случаев схемы связей поддаются адаптации, но в некоторых случаях дела обстоят иначе. Так, у слепых людей части зрительной коры могут переходить под контроль соседних регионов и использоваться для совершенно других функций.
Сходная перестройка позволяет людям оправляться после инсульта, используя другую часть мозга вместо поврежденного участка, но если ущерб значителен, выздоровление будет неполным.
Если адаптация за пределами сензитивного периода вообще возможна, то она обычно требует не просто реакции на внешние стимулы. Например, взрослые, чье зрение ослаблено из-за амблиопии (также известной как «затуманенное зрение»), могут улучшить его после активной концентрации на сложных задачах, что далеко не равнозначно беспрепятственному развитию такой же способности у детей. Аналогично, вы можете заняться перепланировкой готового дома, но гораздо легче вносить изменения во время строительства.
В некоторых случаях повторное обучение мозга в зрелом возрасте является возможным, но это медленный и трудный процесс, который имеет свои издержки наряду с преимуществами. И, наконец, самое важное. Если бы повседневный опыт мог легко изменять ваш мозг, то вы бы рисковали утратой с трудом обретенных знаний, способностей и воспоминаний, которые приобрели раньше.
В некоторых случаях области мозга, отвечающие за более высокие уровни восприятия, могут компенсировать недостаточное развитие нижних уровней. Например, глубину зрительного восприятия можно определить по разным визуальным сигналам, поэтому люди, у которых отсутствует бинокулярное зрение из-за патологий развития (см. главу 10), часто пользуются другими стратегиями для точного определения глубины.
Как мы уже говорили, обучение языку требует накопления определенного опыта в течение сензитивного периода. В экстремальных случаях дети, которые растут в плохой языковой среде, могут все больше отставать от сверстников. Но в нормальных обстоятельствах дети буквально впитывают языковой опыт. Вам не нужно учить ребенка, чтобы он подражал вашему голосу, а не звуку двигателя вашего автомобиля, потому что языковые центры его мозга лучше всего активируются именно звуками речи и потому что обучение языку, как и многому другому, наиболее эффективно происходит при общении. В следующей главе мы подробнее рассмотрим языковое развитие как хорошо изученный пример сензитивного периода.
Глава 6
Прирожденные лингвисты
Возраст: от рождения до восьми лет
Сложные навыки требуют прочной основы. Дети начинают учить язык задолго до того, как начинают говорить. Они с самого рождения проявляют особое внимание к речи – или даже раньше, так как слух начинает функционировать во время третьего триместра беременности (см. главу 11). Но поскольку дети не нуждаются в выражении всех усвоенных знаний, бывает трудно догадаться, насколько хорошо они понимают язык в младенческом возрасте.
Новорожденные младенцы уже предпочитают голос матери голосам других женщин. Кроме того, они предпочитают родной язык другим языкам, а звуки речи – любым другим звукам, которые обладают такими же акустическими свойствами (в том числе запись речи, проигранную задом наперед). Они также распознают множество вокальных и интонационных оттенков и ритмику разных языков, распознают признаки раздражения. С самого раннего возраста ваш младенец впитывает огромное количество информации, которая делает его специалистом по родному языку, включая его модуляции, звуки, фонетическую структуру и построение предложений. Как упоминалось в главе 3, большинство взрослых инстинктивно разговаривают с младенцами на «материнском» языке, который медленнее обычного и акцентирует звуки.
Маленькие дети могут различать и распределять по категориям звуки любого языка, хотя взрослые часто путают произношение букв на иностранном языке. Например, r и l на английском языке звучат одинаково для взрослого человека из Японии, но по-разному для японских младенцев. По мере приобретения навыков устной речи дети начинают специализироваться на звуках, или фонемах, своего родного языка. К 6 месяцам (для гласных) и к 10 месяцам (для согласных) младенцы начинают лучше определять фонемы своего родного языка, но при этом хуже различают фонемы других языков. Иначе говоря, благодаря языковому опыту ребенок начинает относить звуки к определенным категориям и определяет, какие вариации звуковых характеристик являются значимыми (выражают разные фонемы), а какие второстепенными (особенности произношения у разных людей и другие незначительные отличия).
Как и следует ожидать, неврологическая активность отражает процесс заучивания фонем. У малышей постарше схемы электрических сигналов в мозге (они называются вызванными потенциалами), записанные с электродов на коже головы, показывают, что дети проводят различие между двумя звуками родного языка, но не могут различить два похожих звука на иностранном языке. У самых маленьких детей схемы вызванных потенциалов указывают на способность различать звуковые пары как родного, так и иностранного языка. Такая специализация мозга имеет важное значение для будущего обучения. Младенцы, чей мозг в возрасте 7,5 месяца лучше различает звуки родного, а не иностранного языка, усваивают родной язык раньше, чем младенцы, демонстрирующие хорошую способность различать все звуки. Более «разборчивые» малыши быстрее учат слова, имеют больший словарный запас и строят более сложные предложения в возрасте 2 лет, а также произносят более сложные фразы в возрасте 2,5 года. Таким образом, даже если ваш ребенок еще не разговаривает, он усваивает закономерности человеческой речи.
Живое общение – это тот ключ, с помощью которого дети определяют, какие звуки им нужно учить. Девятимесячный младенец, который слышит короткую аудио– или видеозапись речи на неизвестном языке, не учит его звуки, но такая же речь, произнесенная живым человеком, позволяет ребенку различать фонемы нового языка. При некоторых обстоятельствах дети могут учиться с помощью аудио– или видеозаписей, но это занимает больше времени, чем при живом общении. Определенные способы общения с учителем (включая родителей) показывают, насколько хорошо тот или иной ребенок будет воспринимать звуки нового языка. Предпочтение к живому общению отчасти объясняет, почему дети, страдающие аутизмом (см. главу 27), которые не общаются с другими людьми (и не оказывают предпочтение звукам «материнского» языка), испытывают трудности при обучении языку.
Новорожденные младенцы уже предпочитают голос матери голосам других женщин. Кроме того, они предпочитают родной язык другим языкам, а звуки речи – любым другим звукам, которые обладают такими же акустическими свойствами (в том числе запись речи, проигранную задом наперед). Они также распознают множество вокальных и интонационных оттенков и ритмику разных языков, распознают признаки раздражения. С самого раннего возраста ваш младенец впитывает огромное количество информации, которая делает его специалистом по родному языку, включая его модуляции, звуки, фонетическую структуру и построение предложений. Как упоминалось в главе 3, большинство взрослых инстинктивно разговаривают с младенцами на «материнском» языке, который медленнее обычного и акцентирует звуки.
Маленькие дети могут различать и распределять по категориям звуки любого языка, хотя взрослые часто путают произношение букв на иностранном языке. Например, r и l на английском языке звучат одинаково для взрослого человека из Японии, но по-разному для японских младенцев. По мере приобретения навыков устной речи дети начинают специализироваться на звуках, или фонемах, своего родного языка. К 6 месяцам (для гласных) и к 10 месяцам (для согласных) младенцы начинают лучше определять фонемы своего родного языка, но при этом хуже различают фонемы других языков. Иначе говоря, благодаря языковому опыту ребенок начинает относить звуки к определенным категориям и определяет, какие вариации звуковых характеристик являются значимыми (выражают разные фонемы), а какие второстепенными (особенности произношения у разных людей и другие незначительные отличия).
Как и следует ожидать, неврологическая активность отражает процесс заучивания фонем. У малышей постарше схемы электрических сигналов в мозге (они называются вызванными потенциалами), записанные с электродов на коже головы, показывают, что дети проводят различие между двумя звуками родного языка, но не могут различить два похожих звука на иностранном языке. У самых маленьких детей схемы вызванных потенциалов указывают на способность различать звуковые пары как родного, так и иностранного языка. Такая специализация мозга имеет важное значение для будущего обучения. Младенцы, чей мозг в возрасте 7,5 месяца лучше различает звуки родного, а не иностранного языка, усваивают родной язык раньше, чем младенцы, демонстрирующие хорошую способность различать все звуки. Более «разборчивые» малыши быстрее учат слова, имеют больший словарный запас и строят более сложные предложения в возрасте 2 лет, а также произносят более сложные фразы в возрасте 2,5 года. Таким образом, даже если ваш ребенок еще не разговаривает, он усваивает закономерности человеческой речи.
Живое общение – это тот ключ, с помощью которого дети определяют, какие звуки им нужно учить. Девятимесячный младенец, который слышит короткую аудио– или видеозапись речи на неизвестном языке, не учит его звуки, но такая же речь, произнесенная живым человеком, позволяет ребенку различать фонемы нового языка. При некоторых обстоятельствах дети могут учиться с помощью аудио– или видеозаписей, но это занимает больше времени, чем при живом общении. Определенные способы общения с учителем (включая родителей) показывают, насколько хорошо тот или иной ребенок будет воспринимать звуки нового языка. Предпочтение к живому общению отчасти объясняет, почему дети, страдающие аутизмом (см. главу 27), которые не общаются с другими людьми (и не оказывают предпочтение звукам «материнского» языка), испытывают трудности при обучении языку.