Шрифт
Source Sans Pro
Размер шрифта
18
Цвет фона
2. Клетки углубленной практики
Природный скоростной канал
Углубленная практика – отличная идея, кажущаяся волшебной. Кларисса ничем особенным не выделялась, но за шесть минут занятий она проделала месячную работу. Посредственный пилот на тренажере Линка за несколько часов приобрел новые способности. Тот факт, что направленные должным образом усилия могут в десятки раз ускорить обучение, звучит как сказка, в которой из горсти крошечных семян вырастает огромный заколдованный виноградник. Но как ни удивительно, это подтверждается неврологическими исследованиями.
В начале своего путешествия я узнал о микроскопической субстанции под названием миелин. Вот на что это похоже.
Материальная основа таланта: поперечный разрез двух нервных волокон, обернутых миелином. Снимок сделан в начале процесса обучения: на некоторых волокнах толщина миелиновой оболочки достигает пятидесяти слоев. (Снимок любезно предоставили Дуглас Филдс и Луи Дай из Национального института здравоохранения)
Один из побочных эффектов миелина – спокойные и сдержанные неврологи начинают улыбаться и запинаться, подобно первооткрывателям, только что ступившим на берег нового, еще неизведанного континента. Они просто не в силах сдерживать эмоции и оставаться серьезными. Новые знания изменили их мировоззрение.
«Это невероятно, – утверждал доктор Дуглас Филдс, руководитель лаборатории нейробиологии развития из Национального института здравоохранения в Бетесде, штат Мэриленд. – Еще рано говорить, но возможно, последствия для науки будут огромными».
«Это революция, – говорил мне доктор Джордж Бартзокис, профессор неврологии из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. – Миелин – ключ к нашему умению говорить, читать, обучаться и быть людьми».
Как и многие другие, я полагал, что основную роль в процессе обучения играют нервные клетки мозга, эта удивительная сеть взаимосвязанных нервных волокон, и знаменитые синапсы, соединяющие нервные клетки. Но, по словам Филдса, Бартзокиса и прочих ученых, традиционная точка зрения нейробиологов фундаментально изменилась, хотя нейроны и синапсы по-прежнему считаются принципиально важными. Как оказалось, скромная изолирующая оболочка играет чрезвычайную роль в работе головного мозга, особенно в приобретении новых навыков.
Эта революция, сравнимая по значимости с коперниковской, опирается на три простых факта:
1) Каждое наше движение, каждая мысль или чувство представляют собой электрические сигналы, идущие по цепочке нервных клеток – контуру нервных волокон.
2) Миелин представляет собой изолирующую оболочку вокруг этих волокон, которая усиливает и ускоряет сигналы, повышая точность передачи.
3) Чем больше мы используем определенный нервный путь, тем лучше миелин оптимизирует его работу и тем сильнее, быстрее и четче становятся наши движения.
«Нейроны все делают быстро. Они срабатывают за доли секунды, – объясняет Филдс работу синапсов. – Но в процессе обучения мы затрачиваем много времени. Чтобы научиться играть на фортепиано, в шахматы или бейсбол, нужно время, и здесь в дело вступает миелин».
«Что делают спортсмены во время тренировок? – говорил Бартзокис. – Они посылают по нервным путям точные сигналы, запускающие синтез миелина. В результате у них формируются превосходные проводящие пути, которые можно сравнить с высокоскоростной связью. И именно это отличает их от других людей».
Я спросил Филдса, может ли миелин иметь отношение к феномену «очагов таланта».
Он ответил без колебаний: «Уверен, что у гольфисток Южной Кореи в среднем больше миелина, чем у игроков из других стран. Повышенное количество миелина в определенных областях мозга и вокруг нервов, обслуживающих определенные группы мышц, позволяет им оптимизировать работу нервных цепей. То же самое применимо для любого подобного случая».
«Тайгер Вудс?» – спросил я.
«Вне всякого сомнения, – подтвердил Филдс. – У этого парня огромное количество миелина».
Миелин так привлекает исследователей потому, что позволяет объяснить биологические основы обучения и когнитивных нарушений. Но для наших целей миелин помогает связать различные «очаги талантов» друг с другом и с остальными людьми. Миелинизация так же связана с навыками, как тектонические процессы с геологией или естественный отбор с эволюцией. Она просто и элегантно объясняет сложные вещи. Мастерство – это изолирующие оболочки, вырабатываемые вокруг нервных путей в ответ на прохождение определенных сигналов. История талантов и навыков – это история миелина.
Хотя Кларисса этого не ощущала, разучивая «Золотую свадьбу», она оптимизировала определенные нервные пути, стимулируя выработку миелина.
Летчики, занимаясь на тренажере Эдвина Линка, оптимизировали нервные пути и стимулировали выработку миелина.
Роналдиньо и Роналдо, играя в мини-футбол, активнее оптимизировали нервные пути, чем при занятиях обычным футболом. У них вырабатывалось больше миелина.
Как любое прозрение, осознание важности миелина изменило старые представления. После разговора с Филдсом и другими учеными я чувствовал себя так, как будто надел рентгеновские очки, показывающие мир в новом свете. Я увидел работу миелина не только в «очагах таланта», но и в музыкальных занятиях своих детей, в неожиданной увлеченности жены хоккеем и в собственном интересе к караоке. Это было невероятно приятное ощущение, замена гаданий четким и понятным механизмом. На туманные вопросы появились конкретные ответы.
Вопрос. Почему целеустремленная, направленная на исправление ошибок тренировка столь эффективна?
Ответ. Потому что лучший способ сформировать надежный нервный путь – это посылать по нему сигналы, исправлять ошибки и пробовать снова и снова. Борьба биологически необходима.
Вопрос. Почему страсть и упорство принципиально необходимы для развития таланта?
Ответ. Потому что для выработки миелина вокруг большого нервного пути требуется много энергии и времени. Если вам не нравится занятие, вы никогда не будете работать достаточно интенсивно.
Вопрос. Какой самый надежный способ попасть в Карнеги-холл?
Ответ. Идти по пути миелина .
Мое путешествие в мир миелина началось с визита в инкубатор лаборатории нейробиологии в Национальном институте здравоохранения. В инкубаторе размером с небольшой холодильник на блестящей решетке стояло несколько рядов чашек Петри с розовой жидкостью, похожей на напиток Gatorade. В раствор были погружены платиновые электроды, посылающие слабые электрические импульсы по нервным клеткам мыши, покрытым перламутровой белой субстанцией.
«Вот он, миелин», – сказал доктор Филдс.
Филдсу пятьдесят четыре года, это мускулистый, энергичный человек с широкой улыбкой и быстрой походкой. Раньше он занимался биологической океанологией, а сейчас руководит лабораторией, в которой работают шесть человек. В семи комнатах теснятся шипящие канистры, жужжат электрические приборы с пучками тонких кабелей и трубок, что придает им сходство с небольшим кораблем. Кроме того, Филдс обладает привычкой говорить о крайне интересных вещах как о чем-то само собой разумеющемся. И чем интереснее рассказ, тем скучнее он его излагает. Например, он сообщил мне о том, как два года назад совершил шестидневное восхождение в Йосемитском национальном парке на гору Эль-Капитан высотой более тысячи метров, и я спросил, каково спать, вися на веревке над пропастью. «В общем, не так уж сложно, – ответил Филдс с таким выражением, как будто мы обсуждали поход в магазин. – К этому быстро привыкаешь».
Он подошел к инкубатору, взял одну из чашек Петри с розовым раствором и поставил ее под микроскоп: «Взгляните».
Я наклонился, ожидая увидеть нечто захватывающее и невероятно интересное. Но обнаружил всего лишь пучки каких-то похожих на макароны нитей. По словам Филдса, это были нервные волокна. Миелин увидеть сложнее, это едва заметная волнистая кайма по краю нервных клеток. Я моргнул, настроил четкость и постарался вообразить, как эта субстанция может обусловить связь между Моцартом и Майклом Джорданом или как минимум сыграть ключевую роль в моем освоении гольфа.
К счастью, доктор Филдс – хороший учитель, и в ходе наших предшествующих бесед объяснил два принципа, важные для понимания роли миелина в обучении. Хотя разговор с ним (как и с другими учеными) сродни штурму горной вершины, наградой служит новая, более значительная перспектива.
Для начала важно понять следующее: все наши действия являются результатом электрических импульсов, идущих по цепочке нервных волокон. По сути, наш мозг представляет собой пучки электрокабелей – сто миллиардов нейронов, связанных друг с другом синапсами. Когда мы что-либо делаем, мозг посылает сигналы по нервным цепям к мышцам. Во время любой тренировки – пения, махания клюшкой или заучивания стихотворения – активируются разные, высокоспецифичные нервные пути. Так поочередно зажигаются ряды огоньков на новогодней елке. Самые простые навыки, например удар в теннисе, требуют активации сотни тысяч волокон и синапсов.
По сути своей каждая нервная цепь выглядит следующим образом:
Входящая информация – это все, что происходит до того, как мы выполняем действия: видим мяч, ощущаем ракетку в руке, решаем нанести удар. Исходящая информация – это само действие: сигналы, заставляющие мышцы сокращаться в нужное время и с нужной силой, а суставы ног и рук поворачиваться.
Когда вы ударяете по мячу (берете музыкальный аккорд ля-минор или передвигаете шахматную фигуру), по нервным волокнам (как по электропроводам) проходят электрические импульсы, активируя следующие волокна в цепи. Главное: именно эти нервные цепи, а не послушные мышцы являются истинным центром управления всеми движениями, мыслями и навыками. В определенном смысле нервные цепи и есть движения: они определяют силу и время каждого мышечного сокращения, форму и содержание всякой мысли. Вялая, ненадежная цепь вызовет вялое, ненадежное движение, а быстрая, синхронизированная цепь обеспечит быстрое, синхронизированное движение. Когда тренер говорит «мышечная память», он на самом деле имеет в виду нервные цепи. Сами по себе мышцы столь же бесполезны, как марионетки без ниток. По словам доктора Филдса, навыки заключены в нервных цепях.
Второй важный фактор работы мозга состоит в том, что чем лучше развит навык, тем меньше сознательных усилий он требует. Мы вырабатываем навыки автоматически, сохраняя их в подсознании. Этот процесс чрезвычайно важен с эволюционной точки зрения. Чем больше информации обрабатывается бессознательным образом, тем выше наши шансы вовремя заметить прячущегося в кустах тигра. Кроме того, автоматизм создает весьма убедительную иллюзию: приобретенный навык становится настолько естественным, что кажется, будто мы обладали им от рождения.
Эти два факта – навыки как нервные цепи и автоматизм – создают парадоксальную комбинацию: мы постоянно оптимизируем большие сложные нервные цепи и сразу о них забываем. И здесь в дело вступает миелин.
Сказать, что миелин выглядит скучно, – значит не сказать ничего. Он выглядит не просто скучно. Он выглядит фантастически, невероятно, потрясающе неинтересно. Если мозг сравнить с городом из фильма «Бегущий по лезвию», с удивительными нейронными структурами, вспыхивающими огоньками и звенящими импульсами, то миелин будет играть скромную роль асфальта. Это однотонное, внешне инертное образование. Он состоит из так называемой фосфолипидной мембраны – плотного жира, обернутого вокруг нервного волокна подобно изоленте. Благодаря этому импульс идет по нужному волокну не рассеиваясь. Миелиновая оболочка покрывает нервное волокно не сплошь, а сегментами, так что образуется структура, напоминающая сосиски.
(Ил. Джима Галлагера)
Учитывая явно доминирующую роль нейронов, первые исследователи мозга назвали свою науку неврологией, хотя миелин и другие поддерживающие клетки, именуемые белым веществом, составляют более половины массы головного мозга. В течение столетия ученые фокусировали все свое внимание на нейронах и синапсах, а не на инертной оболочке, которую изучали лишь в связи с рассеянным склерозом и другими аутоиммунными заболеваниями, сопровождающимися разрушением миелина. Как выяснилось, исследователи были в основном правы – нейроны и синапсы действительно объясняют почти все психические феномены: память, эмоции, мышечный контроль, сенсорное восприятие и т. д. Но оставался важный вопрос, который нейроны объяснить не могли: почему на освоение сложных навыков людям требуется столько времени?
Один из первых ключей к разгадке роли миелина был получен в середине 1980-х годов в ходе эксперимента с участием крыс и игрушечных самосвалов. Билл Гринаф из Университета штата Иллинойс вырастил три группы крыс в разных условиях. Крысы первой группы росли изолированно друг от друга в индивидуальных пластиковых коробках. Крысы второй группы ― все вместе, но тоже в коробках. А крысы третьей группы росли в «обогащенной среде»: совместно с большим количеством разных игрушек, с которыми они играли, и даже научились пользоваться рычагом на игрушечном самосвале.
Через два месяца Гринаф произвел вскрытие крыс и исследовал их мозг. Оказалось, что у крыс третьей группы количество синапсов увеличено на 25 процентов по сравнению с представителями других групп. Эти результаты были приняты с воодушевлением, поскольку подтверждали идею о пластичности головного мозга, а также существование определенного периода в ходе его развития, когда мозг особенно хорошо реагирует на внешние условия. Но еще один результат Гринафа остался почти незамеченным. Кроме синапсов, у крыс третьей группы на 25 процентов увеличилось количество белого вещества – миелина.
Гринаф вспоминал: «Мы не обращали внимания на миелин, никто не придавал ему особого значения. Но затем стало ясно, что он играет важную роль».
И все же львиная доля внимания отдавалась нейронам и синапсам, пока в 2000 году не появилась новая технология, называемая диффузионно-тензорной томографией (ДТТ). ДТТ позволила неврологам измерить количество миелина в живом мозге. И ученые начали связывать дефицит миелина с различными нарушениями, такими как дислексия, аутизм, синдром дефицита внимания, посттравматический стресс и даже патологическая лживость. Хотя многие исследователи сосредоточились на выявлении связи миелина с болезнями, других интересовала его роль в обычном, хорошо работающем мозге.
Миелин изучали все активнее. В 2005 году Фредрик Уллен сканировал мозг нескольких концертирующих пианистов и обнаружил прямую связь между длительностью занятий и количеством белого вещества. В 2000 году Торкель Клингберг обнаружил зависимость количества белого вещества от навыков чтения, а в 2006 году Хесус Пужоль доказал существование зависимости между количеством миелина и развитием речи. В 2005 году в детской больнице в Цинциннати исследовали сорок семь обычных детей в возрасте от пяти до восемнадцати лет и обнаружили, что чем больше коэффициент интеллектуальности (IQ), тем выше организация и плотность белого вещества.
Другие исследователи, такие как доктор Филдс, изучали механизм, вызывающий подобное увеличение количества миелина. Как он писал в статье 2006 года, опубликованной в журнале Neuron, клетки нейроглии, называемые олигодендроцитами и астроцитами, реагируют на активность нерва и оборачивают активные волокна большим количеством миелина. Чем активнее нерв, тем толще становится миелиновая оболочка. А чем толще миелиновая оболочка, тем быстрее проходят сигналы. В результате по такому волокну импульсы движутся в сто раз быстрее, чем по немиелинизированному.
Накопленные данные постепенно сложились в новую картину. Миелин действительно представляет собой инфраструктуру, но обладает важной функцией. Он постепенно превращает узкие тропинки в широкие автострады. Нейронный трафик, когда-то идущий со скоростью два километра в час, с помощью миелина ускоряется до двухсот километров. А рефрактерный период (время, которое проходит между соседними сигналами) уменьшается в тридцать раз. Ускорение проведения и уменьшение рефрактерного периода увеличивают общую скорость обработки информации в три тысячи раз, что весьма впечатляет.
Кроме того, миелин может регулировать скорость, ускоряя или замедляя сигналы, чтобы они приходили к синапсам в оптимальное время. Это крайне важно, поскольку нейроны разряжаются по закону «все или ничего»: они или дают залп, или молчат, третьего не дано. Наличие залпа зависит от силы входящих импульсов – будет ли достигнут порог активации. Для наглядности Филдс предложил мне вообразить нервную цепь (например, работающую при ударе в гольфе), в которой два нейрона должны комбинировать свои импульсы, чтобы вызывать разряд третьего нейрона, имеющего высокий порог активации. Но чтобы должным образом суммироваться, импульсам следует прийти одновременно – так, два человека, открывая тяжелую дверь, вынуждены толкнуть ее вместе. Необходимый временной промежуток составляет всего четыре миллисекунды – примерно половину того времени, которое требуется пчеле на один взмах крылышками. Если между сигналами пройдет больше четырех миллисекунд, третий нейрон не активируется и мячик отлетит в сторону. «Мозг так сложен и имеет столько соединений, что гены не в состоянии точно закодировать разряды всех нейронов. Но можно добиться синхронизации с помощью миелина», – говорил Филдс.
Хотя точный механизм оптимизации остается загадкой (Филдс предполагает, что существует обратная связь, отслеживающая, сравнивающая и интегрирующая выход), общая картина получается столь элегантной, что понравилась бы и Дарвину: нервная активность вызывает выработку миелина, миелин контролирует скорость проведения импульсов, а это, в свою очередь, обусловливает наши навыки. Миелин вовсе не преуменьшает значение синапсов – наоборот, как подчеркивают Филдс и его коллеги, синаптические изменения остаются ключевым звеном обучения. Но миелин играет важную роль в проявлении этого обучения. Как выразился Филдс: «Сигналы должны передаваться с подобающей скоростью, прибывать к синапсам в нужное время, и мозг контролирует эту скорость с помощью миелинизации».
Теория миелина в изложении доктора Филдса весьма впечатляет. Но меня сильнее поразило то, что он показал мне потом: визуализация работающего мозга. Мы прошли по узкому коридору в другой кабинет и увидели нечто, напоминающее картину из романа Жюля Верна: светящиеся, зеленые, похожие на осьминога образования на черном фоне, вытягивающие усики к тонким волокнам. Как объяснил Филдс, «осьминоги» – это олигодендроциты, клетки, вырабатывающие миелин. Когда нервное волокно разряжается, олигодендроцит это чувствует, захватывает его и начинает обертывать миелином. Усики олигодендроцита изгибаются и вытягиваются, он выдавливает из себя цитоплазму, и остается лишь похожий на целлофан слой миелина. Миелин, все еще связанный с олигодендроцитом, продолжает обертываться вокруг нервного волокна с удивительной точностью, формируя похожую на сосиски структуру.
Это момент обучения, когда по нервной цепи идут импульсы, олигодендроциты вытягиваются и начинают оборачивать нервное волокно миелином. Зарождается новый навык. (Из статьи Р. Дугласа Филдса «Значение белого вещества» (White Matter Matters). Scientifi c American. 2008. P. 46)
«Это один из самых сложных и тонких межклеточных процессов, – рассказывал Филдс. – И он требует длительного времени. Каждый пласт может обертываться вокруг нервного волокна сорок или пятьдесят раз, и на это уходят дни или недели. А представьте, что нужно обернуть весь нейрон, а затем всю нервную цепь из тысячи нейронов. Это все равно что изолировать трансатлантический кабель».
Итак, вкратце картина такова: каждый раз, когда мы отрабатываем мах клюшкой для гольфа, разучиваем аккорд на гитаре или играем в шахматы, у нас медленно формируются высокоскоростные нервные пути. Мы заставляем нейроны разряжаться, и это воспринимают крошечные зеленые клетки, которые начинают оборачивать эти нейроны миелином. Они захватывают нервные волокна, сжимаются, делают виток, и миелиновая оболочка утолщается. С каждым разом изоляция становится все толще, и нервная проводимость ускоряется, что сопровождается формированием навыков. При этом необходимо преодолевать трудности: чтобы нервные клетки давали оптимальные разряды, следует тренироваться на грани возможностей, делать ошибки, осознавать их и исправлять, медленно формируя нервные цепи. И нужно постоянно поддерживать активность этих цепей, то есть практиковаться, чтобы миелин функционировал должным образом. В конце концов, миелин – это живая ткань.
Подытожим: пора перефразировать пословицу «повторение – мать учения». На самом деле повторение – «мать миелина», а уже миелин – «мать учения». И работа миелина опирается на несколько фундаментальных принципов.
1. Первостепенное значение имеет активность нервной цепи. Миелин не вырабатывается в ответ на желание, пустые идеи или информацию, льющуюся на нас как из ведра. Миелин вырабатывается только в ответ на действие, а именно на прохождение электрических импульсов по нервным волокнам. Причем необходима постоянная активность нервной цепи. Ниже мы обсудим возможные эволюционные причины, а сейчас просто отметим, что углубленной практике способствуют примитивные сигналы, ведущие к сосредоточенности, голоду и даже отчаянию.
2. Миелин универсален. Он один на все навыки. Миелин не «знает», используется ли он для шорт-стопа в бейсболе или музыки Шуберта. Рост миелина подчиняется одним и тем же правилам: он оборачивается вокруг активных волокон. Если вы переедете в Китай, миелин будет оборачиваться вокруг волокон, необходимых для изучения правил спряжения китайских глаголов. Другими словами, миелину все равно, чем вы занимаетесь, главное – тренировка.
3. Миелин оборачивается вокруг волокон, и этот процесс необратим. Подобно дорожному катку, процесс миелинизации идет в одном направлении. Миелинизированное нервное волокно таковым и останется – кроме случаев разрушения миелина вследствие старости или болезни. Именно поэтому так сложно избавиться от привычки. Единственный способ ее изменить – выработать иной навык, отрабатывая новое поведение и миелинизируя новые пути.
4. Возраст имеет значение. У детей формирование миелина контролируется и генами, и обучением. Период активного синтеза миелина продолжается до тридцати лет, причем в определенные критические периоды мозг особенно восприимчив к обучению. Позже выработка миелина потихоньку продолжается примерно до пятидесяти лет, после чего баланс смещается в сторону разрушения. Способность к миелинизации сохраняется в течение всей жизни – к счастью, 5 процентов олигодендроцитов остаются незрелыми и готовыми миелинизировать новые пути. Но все пытавшиеся в зрелом возрасте выучить иностранный язык или научиться играть на музыкальном инструменте знают, что это очень и очень трудно. Поэтому большинство знаменитостей начинали свою карьеру в ранней молодости. Их гены с возрастом не изменились, но способность к выработке миелина уменьшилась.
С одной стороны, на каком-то уровне изучение миелина представляется совершенно новой экзотической нейронаукой. Но с другой стороны, миелин напоминает еще один выработанный в ходе эволюции механизм, который работает каждый день: мышцы. Используя мышцы определенным образом – например, поднимая тяжести, – можно увеличить их силу. А если отрабатывать новые навыки – стараться делать вещи, которые плохо получаются, то в ответ на это нервные связи начнут миелинизироваться и проводить сигналы быстрее и надежнее.
Наши взгляды на мышцы сильно изменились. До 1970-х годов мало кто увлекался марафоном или бодибилдингом, а тех, кто преуспевал в этих дисциплинах, считали одаренными от природы. Но, когда стало известно, как на самом деле работает сердечно-сосудистая система, наше мнение изменилось. Оказывается, можно улучшить свой аэробный и анаэробный обмен, работу сердца и мышц, если действовать на пределе возможностей – поднимать все более тяжелые вещи, бегать на все более длинные дистанции. Как оказалось, культуристами или марафонцами могут стать самые обычные люди, если будут тренироваться должным образом.
Думать о навыках как о мышцах не так просто – к этому нужно привыкнуть. В течение последних полутора веков мы считали, что талант обусловлен генами и окружающей обстановкой, то есть природой и воспитанием. Бытовало мнение, что гены кодируют талант, а окружающие условия помогают этому таланту развиться. И все невольно списывали успех, наблюдаемый в отдаленных «очагах талантов» вроде бразильских футбольных полей, на то, что там живут бедные люди, которые больше тренируются и сильнее жаждут преуспеть. (А ведь мир полон невероятно бедных людей, всеми силами стремящихся достичь успехов в футболе.) Но модель миелина показывает: бразильцы преуспевают не только потому, что больше тренируются, а потому, что больше тренируются определенным образом – углубленно. При ближайшем рассмотрении оказывается, что они вовсе не аутсайдеры. Подобно Давиду, они нашли верное оружие против Голиафа.
