Страница 16 из 22
Когда один нейрон заставляет другой активироваться либо когда два нейрона активируются почти одновременно, связь между ними усиливается благодаря химическим изменениям в синапсах. Итак, если два нейрона активируются совместно, они становятся связанными друг с другом.
Идея далеко не нова. Впервые она была высказана еще Зигмундом Фрейдом, но сегодня известна как правило Хебба, по фамилии канадского нейропсихолога Дональда Хебба, который сформулировал это правило в своей книге «Организация поведения: нейропсихологическая теория» (The Organisation of Behavoiur). Химическое обоснование правила было получено в 1960-х гг., после того как невропатолог и психиатр Эрик Кандел занялся препарированием гигантского морского моллюска Aplysia californica. Брюхоногие этого вида имеют одну уникальную особенность: у них насчитывается всего порядка 20 000 нервных клеток, причем они необычайно крупные и прозрачные, что делает их удобными для изучения. Локализовав одну полную нейронную цепь моллюска, Кандел смог увидеть, какие изменения происходят в синапсах при активизации механизмов памяти.
Связь между нейронами осуществляется посредством нейромедиаторов – веществ, которые выпускаются передающим нейроном, проходят через синапс и достигают рецепторов принимающего нейрона, возбуждая в нем электрический импульс.
Когда импульс возникает в двух нейронах одновременно, связь между ними усиливается. Активизируется специальный ген, вызывающий структурные изменения в обоих нейронах. В результате первый начинает вырабатывать больше нейромедиаторов, а во втором появляется больше рецепторов, рассчитанных на эти конкретные нейромедиаторы. Таким образом, открыв одну дверь, мы одновременно прорубаем несколько новых. В одном из исследований Кандел и его коллеги установили, что в ходе этого процесса число рецепторов у одного нейрона может увеличиться более чем в два раза.
Данные процессы лежат в основе механизмов научения и памяти. Когда человек совершает некое действие или переживает некое ощущение, у него активируется определенная цепочка нейронов, каждый из которых воздействует на соседние. Их совместная активация усиливает связь между ними: высвобождение нейромедиаторов того или иного типа приводит к увеличению числа рецепторов и, соответственно, к появлению новых синаптических связей. В итоге меняется карта коры головного мозга. Однако на этом изменения не заканчиваются. В каждом виде спорта есть свои легенды о тех, кто оставался в зале после тренировок. Дэвид Бекхэм, выступавший за Manchester United, был как раз таким игроком. По окончании тренировки он подолгу самостоятельно оттачивал мастерство выполнения свободных ударов, что помогло ему стать одним из величайших исполнителей стандартов в истории футбола. Англичанин Ронни О’Салливан, снискавший славу великого снукериста, сам будучи правшой, тренировал удары левой рукой до тех пор, пока не научился уверенно выполнять их в игре.
Положительный эффект практики наблюдается и после того, как навык успешно освоен, поскольку она повышает продуктивность работы мозга. Допустим, человек годами выполнял определенную работу. Он прекрасно знает, что от него требуется, потому прекрасно со всем справляется. Более того, по прошествии времени ему уже не нужно прилагать столько усилий, как раньше, но качество от этого нисколько не страдает. Точно так же происходит и с нейронами головного мозга.
В процессе освоения навыка увеличивается размер проекции той части тела, которая задействована в реализации данного навыка, на кору мозга. Однако постепенно число нейронов и количество энергии, необходимые для осуществления этого действия, уменьшаются, поскольку мозг научается использовать мышцы более эффективно.[54] Иллюстрацией может служить игра звезд мирового спорта. Достаточно взглянуть на то, как Лионель Месси уверенно контролирует пас, как экономны его движения, как легко он касается мяча, и сравнить с игрой футболиста второго дивизиона. Обратите внимание на плавность движений полевого игрока в крикете или бейсболе при выполнении броска, а потом попробуйте сделать так же. Или присмотритесь к тому, как Роджер Федерер выполняет удар справа: кажется, будто его рука плывет по воздуху, когда он ставит победную точку в матче.
Имя бразильца Неймара получило известность в мировом футболе еще до его многомиллионного трансфера из Santos в Barcelona, где уже играл Месси. Его отец был футболистом, и в детстве Неймар играл в мини-футбол и уличный футбол. Когда мальчику было всего 11 лет, его заметили в молодежной академии Santos и пригласили в клуб. Так что, учитывая, сколько времени он посвятил футболу, можно уверенно сказать, что свои 10 000 часов он отработал уже давно.
В 2014 г. в Японии провели исследование, чтобы определить, насколько именно повысилась эффективность работы мозга Неймара благодаря многолетней практике.[55] Исследование проводилось на аппарате фМРТ: футболист должен был совершать вращательные движения ногой ниже колена попеременно по и против часовой стрелки, меняя направление вращения каждые несколько секунд. В исследовании также приняли участие трое других профессиональных футболистов, двое пловцов из числа лидеров, а также один футболист-любитель. Выяснилось, что во время выполнения задания уровень мозговой активности у футболистов был ниже, чем у пловцов, у профессиональных футболистов – ниже, чем у любителя, а самым низким он оказался у Неймара.
Ученые считают, что причина здесь в том, что Неймар много лет играл босиком, перепробовав порядка 50 разных типов мячей. Итогом стали изменения в его мозге: укрепились связи между нейронами, а зона коры, отвечающая за движения ног, увеличилась и к тому же стала функционировать более эффективно.
Этот феномен часто называют мышечной памятью, однако высокая эффективность работы нейронов – это лишь одна сторона такой памяти. Другая предполагает высокую скорость выполнения операций, и здесь важную роль играет миелин – богатое липидами белое вещество головного мозга.
Авто(мато)бан
Почему у спортсменов с определенного возраста начинается спад? Понятно, что тело, которое столько лет заставляли работать на пределе возможностей, говорит, что дальше так нельзя. Однако спортсменов начинает подводить не только тело, но и голова: реакция уже не та, что прежде, а период, в течение которого они могут компенсировать потерю скорости за счет опыта, ограничен.
Нейрон похож на электрический провод. Если его правильно заизолировать, ток пойдет быстрее и без ненужных потерь. Для нейронов в роли изолятора выступает миелин. Научение, как мы выяснили, определяется изменениями в синапсах; миелин же закрепляет результаты научения. Он формирует оболочку вокруг нейрона, подобно изолятору вокруг медного провода. Таким образом, нервный импульс не теряется при прохождении через нейрон, а скорость его прохождения становится выше. «Благодаря миелину узкие дорожки, по которым идет сигнал, превращаются в сверхскоростные автобаны, – пишет Даниэл Койл в книге «Код таланта» (The Talent Code). – Нервные импульсы, которые до этого «тащились» со скоростью менее 1 м/с, после формирования миелиновой оболочки «летают» со скоростью порядка 90 м/с».
Появление слоя миелина по всему пути проведения импульса сравнимо со сменой телефонного интернет-соединения на широкополосное. Кроме того, оболочка дает возможность сократить временной разрыв между сигналами, что в совокупности ведет к увеличению скорости обработки информации в 3000 раз. Как мы убедились, ключевое отличие спортсменов от обычных людей состоит в их способности заблаговременно считывать важную информацию и быстро принимать на ее основе точные решения. Отсюда главное – это скорость, а скорость – это миелин.
При активизации нейрона происходит не только упрочение его связей с соседями, процесс также привлекает клетки олигодендроциты, которые на томограмме выглядят как светящиеся зеленые точки. Они-то и вырабатывают миелин, слой за слоем окружающий нервную клетку. Все это происходит крайне медленно, учитывая масштаб скоростей, с которыми по нейронным сетям перемещаются импульсы.
54
Ученые из Колорадо установили, что даже после того, как навык полностью освоен (в данном случае испытуемый научился управлять механической рукой), процесс экономии сил не прекращается. Это связано с тем, что мозг начинает использовать свои ресурсы более эффективно. Когда мы осваиваем новый двигательный навык, увеличивается проекция соответствующей части тела на карту коры головного мозга. Однако впоследствии число нейронов, задействованных в осуществлении этого навыка, уменьшается, поскольку мышцы начинают работать с большей эффективностью. Нейробиологом из Питтсбургского университета Петером Штриком было проведено исследование, в ходе которого обезьяны разучивали два разных навыка, причем один из них они повторяли по памяти, а для освоения второго им нужно было реагировать определенным образом на появление точки на экране. В обоих случаях в мозге животных регистрировалась активность одинакового числа нейронов, только выполнение действия по памяти было менее энергозатратным, поскольку обезьянам оно уже было знакомо.
55
Naito E. & Hirose S. (2014). Efficient foot motor control by Neymar’s brain // Frontiers in Human Neuroscience 8. http://dx.doi.org/10.3389/fnhum.2014.00594.