Майкъл Мерзенич за обновяването на връзките в мозъка

Тази машина, настанена в черепа на всеки от нас, ми припомня за един афоризъм от един коментар на Уди Алън да попиташ кое е най-доброто, което можеш да имаш вътре в черепа си. А това е тази машина. Тя е конструирана за промяна. Всичко в нея е свързано с промяна. Тя ни удостоява със способността да правим утре неща, които не можем да правим днес, да правим днес неща, които не сме можели да правим вчера. И, разбира се, се ражда глупава.

Последния път, когато сте били в присъствието на бебе... това случайно е внучката ми Митра. Не е ли страхотна? (Смях) Но въпреки това, когато се роди, въпреки факта, че всъщност мозъкът й е напредвал в развитието си няколко месеца преди на базата на преживяванията й в утробата. Въпреки това имаше много ограничени способности, както е с всяко пеленаче по времето на нормалния термин при доносено раждане. Ако трябва да изпитваме възприятийните й способности, те биха били недодялани. Няма никаква истинска индикация, че има каквото и да било истинско мислене. Всъщност, почти няма доказателства, че има каквато и да било познавателна способност при едно много малко бебе. Бебетата не откликват на кой знае какво. Наистина, всъщност няма кой знае каква индикация, че на борда има някой. (Смях) Могат да го правят само по много примитивен начин, и по силно ограничен начин да контролират движенията си.

Ще минат няколко месеца, преди това кърмаче да може да прави нещо толкова просто, като да се протяга и да сграбчва под преднамерен контрол един обект и да го взема, обикновено поднасяйки го към устата. А преди това ще минат няколко месеца, и виждаме дълъг, стабилен напредък на еволюцията от първите завъртания към обръщане, сядане, пълзене, изправяне, ходене, преди да стигнем до онзи магичен момент, в който можем да бродим по света. И все пак, когато се вглеждаме напред в мозъка, виждаме наистина забележителен напредък. До тази възраст мозъкът наистина може да съхранява. Той е съхранявал, записвал, бързо може да възстановява значенията на хиляди, десетки хиляди обекти, действия и техните връзки в света. А тези връзки всъщност могат да бъдат конструирани по стотици хиляди, потенциално милиони начини. Към тази възраст мозъкът контролира много изтънчени възприятийни способности. Той всъщност има нарастващ репертоар от познавателни умения. Този мозък до голяма степен е машина за мислене. И към тази възраст абсолютно не стои под въпрос, че при този мозък има някой на борда. Всъщност, на тази възраст той реално контролира собственото си саморазвитие. И към тази възраст виждаме забележителна еволюция в неговата способност да контролира движение.

Движението е напреднало до степен, при която наистина може да контролира движение едновременно, в сложна последователност, по сложни начини, както би се изисквало, например, при участие в сложна игра като футбол. Това момче може да подхвърля футболна топка с главата си. А там, откъдето идва това момче - Сао Пауло, Бразилия, около 40% от момчета на неговата възраст имат тази способност. Можете да отидете в общността в Монтерей и ще ви е трудно да откриете момче, което има тази способност. А ако намерите, вероятно ще е от Сао Пауло. (Смях)

Всичко това е друг начин да се каже, че нашите индивидуални умения и способности до голяма степен се оформят от нашата околна среда. Тази околна среда се простира до нашата съвременна култура, онова, с което е предизвикан нашият мозък. Защото онова, което сме направили в личните си еволюции, е да надграждаме голям репертоар от специфични умения и способности, които са специфични за собствените ни индивидуални истории. Всъщност резултатът от тях е една чудесна диференциация сред човечеството. Тоест, всъщност няма двама от нас, които да си приличат особено. Всеки един от нас има различен набор от придобити умения и способности - всички те се извличат от пластичността, адаптивността на тази наистина забележителна адаптивна машина. В един възрастен мозък, разбира се, сме натрупали голям репертоар от усъвършенствани умения и способности, които можем да изпълняваме повече или по-малко автоматично по памет, и това ни определя като действащи, движещи се, мислещи същества.

Сега проучваме това, като досадни, базирани в университетски лаборатории учени, каквито сме, като ангажираме мозъците на животни като плъхове или маймунки, или на това особено любопитно създание, една от най-странните форми на живот на Земята, ангажираме ги в учене на нови умения и способности. Опитваме се да проследяваме проявяващите се промени с придобиването на новото умение или способност. Всъщност, правим това при индивиди на всяка възраст, от тези различни видове. Тоест, от най-ранно детство, от кърмачета до възрастни и стари. Бихме могли, например, да ангажираме един плъх да придобие ново умение или способност, при което плъхът да използва лапата си, за да усвои определени умения за ръчен захват, точно както бихме могли да преглеждаме едно дете и неговата способност да придобива под-уменията, или общото умение за постигане на нещо като усвояване на способността да чете. Или може да се разглежда един по-възрастен индивид, който е усвоил сложен набор от способности, които може да са свързани с четене на музикален нотопис или изпълнение на механичните действия, свързани с музикално изпълнение.

От тези проучвания дефинирахме две големи епохи на пластичната история на мозъка. Първата голяма епоха обикновено се нарича "Критичният период". Това е периодът, през който мозъкът се развива в първоначалната си форма, основните му обработващи устройства. Това всъщност е период на драматична промяна, при който не е нужно обучение като такова, за да тласка първоначалната диференциация на мозъчните устройства. Всичко, което е нужно, например в звуковата сфера, е излагане на звук. И мозъкът всъщност е оставен на милостта на звуковата среда, в която е отгледан. Например, мога да отгледам едно животно в среда, където има безсмислен тъп звук. Репертоар от звук, който аз измислям. Който правя само чрез излагане, принудително важно за животното и младия му мозък. Онова, което виждам е, че мозъкът на животното настройва първоначалната си обработка на този звук във форма, която е идеализирана, вътре в границите на обработващите си постижения, за да го представя по организиран и подреден начин. Не е нужно звукът да е ценен за животното. Бих могъл да отгледам животното в нещо, което би могло да е хипотетично ценно, като звуците, които симулират звуците на роден език за едно дете. И виждам, че всъщност мозъкът развива процесор, който е специализиран. Специализиран за този сложен ред, един репертоар от звуци. Той всъщност преувеличава разделността на тяхното представяне, в смисъла на многомерно невронно представяне.

Или мога да изложа животното на напълно безсмислен и разрушителен звук. Мога да отгледам едно животно при условия, които биха били еквивалентни на отглеждане на бебе под средно шумен таванен вентилатор, в присъствието на постоянен шум. Когато правя това, всъщност специализирам мозъка като умел процесор за този безсмислен звук. Аз възпрепятствам способността му да представлява какъвто и да било значим звук, като следствие. Такива неща в ранната история на бебетата се проявяват при истински бебета. Те са причина, например, за прекрасната еволюция на един езиково-специфичен процесор при всяко нормално развиващо се бебе. А дали са причина също и за развитие на дефектна обработка при значителна популация от деца, които като последствие са по-ограничени в езиковите си способности на по-голяма възраст.

В този ранен период на пластичност мозъкът всъщност се променя извън обучителен контекст. Не е нужно да обръщам внимание на онова, което чувам. Всъщност не е нужно входната информация да е значима. Не се налага да съм в поведенчески контекст. Това се изисква, за да може мозъкът да настрои обработката си, така че да може да действа диференциално, да може да действа селективно, така че създанието, което го носи, да може да започне да действа с него по селективен начин. През следващата голяма епоха от живота, която се прилага през по-голямата част от живота, мозъкът всъщност усъвършенства устройствата си, докато усвоява широк репертоар от умения и способности. През тази епоха, която се простира от края на първата година от живота до смъртта, той всъщност извършва това под поведенчески контрол. А това е друг начин да се каже, че мозъкът има стратегии, които определят значимостта на входната информация в мозъка. Той се съсредоточава върху умение след умение, или способност след способност, под специфичен контрол с вниманието. Това е функция, от това дали една цел в дадено поведение се постига, или дали индивидът е награждаван в поведението. Това всъщност е много мощно. Продължаващата цял живот способност за пластичност, за мозъчна промяна е мощно изразявана. Това е основата на реалната ни диференциация, между един индивид и друг. Може да се разглежда снизходително мозъкът на животно, който е ангажиран в специфично умение, и можете да станете свидетели или да документирате тази промяна на ред нива.

Ето един много прост експеримент. Той беше проведен преди около пет години в сътрудничество с учени от Университета в Прованс, в Марсилия. Това е един много прост експеримент, при който една маймунка е била обучена в задача, включваща това тя да борави с един инструмент, еквивалентна по трудност на това едно дете да се учи да борави с лъжица. Маймунката всъщност е усвоила задачата след около 700 опита. В началото маймунката изобщо не е могла да изпълни тази задача. Имала е ниво на успех около един при осем опита. Тези опити са били сложни. Всеки опит е бил значително различен от другия. Но маймунката постепенно е развила стратегия. И след около 700 опита маймунката го изпълнява безпогрешно, без провал. Тя успява да вземе храна с този инструмент всеки път. На този етап задачата се изпълнява по прекрасно стереотипен начин. Много красиво регулиран и високоповторяем, опит след опит.

Можем да гледаме снизходително мозъка на маймунката. И виждаме, че той е изкривен. Можем да проследим тези промени, и сме проследявали тези промени при много такива поведения с времето. Тук виждаме изкривяването, отразено в картата на кожните повърхности на ръката на маймунката. Това е карта на повърхността на мозъка, в която, при много сложен експеримент, сме конструирали отклиците локация по локация, във високо детайлизиран отклик, картографиращ отклиците на нейните неврони. Тук виждаме реконструкция на начина, по който ръката е представена в мозъка. Всъщност сме изкривили картата чрез упражнението. И това е показано в розовото. Имаме две повърхности, с големина на върха на пръстите, които са по-големи. Това са повърхностите, които маймунката използва, за да манипулира инструмента. Ако разглеждаме селективността на отклиците в мозъчната кора на маймунката, виждаме, че маймунката всщъност е променила филтърните характеристики, които представляват входната информация от кожата, на върховете на пръстите, които са ангажирани. С други думи, все още има единствено, просто представяне на върховете на пръстите в тази най-организирана от областите на кората на повърхността на кожата на тялото. При маймунката тя е същата, както при вас. И все пак сега тя е представена значително по-фино. Маймунката получава по-подробна информация от тези повърхности. А това е непозната, неподозирана, може би от вас, част от придобиване на умението или способността.

Всъщност разгледахме няколко различни области от кората при маймунката, учеща тази задача. Всяка от тях се променя по начини, специфични за умението или способността. Например, може да разгледаме областта от кората, представляваща входната информация, която контролира позата на маймунката. Гледаме областите на кората, които контролират специфични движения и последователности от движения, които се изискват при поведението, и така нататък. Всички те са премоделирани. Всички стават специализирани за настоящата задача. Има 15 или 20 области от кората, които се променят специфично, когато учите просто умение като това. А това представлява в мозъка ви наистина масивна промяна. То представлява промяната по сигурен начин на отклиците на десетки милиони, вероятно стотици милиони неврони във вашия мозък. То представлява промени на стотици милиони, може би милиарди синаптични връзки във вашия мозък. Това се конструира чрез физическа промяна. А нивото на изграждане, което се случва, е огромно. Помислете за промените, които се проявяват в мозъка на едно дете в курса на придобиване на неговите двигателни поведенчески способности като цяло. Или придобиване на неговите способности по роден език. Промените са огромни.

Всичко това е свързано със селективните представяния на неща, които са важни за мозъка. Защотго при по-голямата част от живота на мозъка това е под контрол на поведенческия контекст. На това обръщаш внимание. Това е възнаграждаващо за теб. Това разглежда самият мозък като позитивно и важно за теб. Свързано е с обработка в кората и предмозъчна специализация. А това лежи в основата на вашата специализация. затова вие, в многото си умения и способности сте уникален специалист. Специалист, различен в огромна степен във физическия ви мозък в подробности от мозъка на един индивид преди 100 години. С огромна разлика в детайлите от мозъка на средностатистическия индивид преди 1000 години. Една от характеристиките на този процес на промяна е, че информацията винаги е свързана с друга входна информация, която се появява непосредствено, в контекст. Това е, защото мозъкът изгражда представяния на неща, които са взаимосвързани в кратки времеви моменти, и те се свързват един с друг в кратки моменти от последващо време. Мозъкът документира цялата информация и движи всяка промяна в темпорален контекст. Непреодолимо, най-мощният контекст, проявяващ се във вашия мозък, сте вие. Милиарди събития са се случили във вашата история, които са свързани във времето с вас самите като получател, или вас самите като деец, вас самите като мислител, вас самите като двигател. Милиарди пъти са влизали малки парченца усещания от повърхността на тялото ви, които винаги са свързани с вас като получателят, и резултат от това е вашето въплъщение. Вие сте изградени, вашата личност е изградена от тези милиарди събития. Тя е изградена. Създадена е в мозъка ви. И е създадена в мозъка чрез физическа промяна. Това е прекрасно конструирано нещо, което води до индивидуална форма, защото всеки един от нас има невероятно различна история. И невероятно различни преживявания, които тласкат към нас тази прекрасна диференциация на личността, или самоличността.

Използвахме този подход, за да се опитаме да разберем не само как се развива една нормална личност и как усъвършенства своите умения и способности, но също и да се опитаме да разберем произходите на уврежданията и произходите на разликите или вариациите, които биха могли да ограничат способностите на едно дете или един възрастен. Ще говоря за употребата на тези стратегии, за проектиране на основан на пластичността на мозъка подход за подтикване на корекции в устройствата на едно дете, който повишава компетентността на детето като получател и потребител на език, и съответно като читател. Ще говоря за експерименти, които всъщност включват употребата на тази мозъчна наука. Първо трябва да разберем как допринася тя за загубата на функция, докато остаряваме. После, чрез използването й с целенасочен подход, ще се опитаме да диференцираме устройствата за възстановяване на функция при старша възраст.

Първият пример, за който ще говоря, е свързан с деца с увреждания, свързани с обучението. Сега имаме голям обем от литература, която демонстрира, че фундаменталният проблем, който се проявява при мнозинството деца, които имат ранни езикови увреждания и които ще се борят, за да се научат да четат, е, че техният езиков процесор е създаден в дефектна форма. А причината да се развие в дефектна форма е, че рано в живота на мозъка на бебето машинният процес е шумен. Толкова е просто. Това е сигнал за шумов проблем. Нали? Има много неща, които допринасят за това. Има множество наследени проблеми, които биха могли да направят машинния процес по-шумен. Бих могъл да кажа, че шумовият проблем може също да се прояви въз основа на предоставената информация в света, през ушите.

Ако някой... онези от вас, които са по-възрастни сред публиката, знаят, че когато бях дете, разбирахме, че едно дете, родено с цепнато небце, е родено с онова, което наричахме умствено изоставане. Знаехме, че те ще бъдат бавни умствено. Знаехме, че ще се борят при ученето, за да развият нормални езикови способности. И знаехме, че ще се борят, за да се научат да четат. Повечето от тях щяха да претърпят провал интелектуално и академично. Това изчезна. Това вече не се прилага. Тази наследена слабост, това наследено условие се изпари. Вече не чуваме за това. Къде е отишло? Е, било е разбрано от един холандски хирург преди около 35 години, че ако проблемът просто се реши достатъчно рано, когато мозъкът е все още в този първоначален пластичен период, така че да може да настрои тези устройства адекватно, в това първоначално време за настройка през критичния период, нищо от това не се случва. Какво се прави като операция за корекция на цепнатото небце? По същество се отварят тръбите, които източват течност от средните уши, които са ги поддържали постоянно пълни. Всеки звук, който детето чува некоригиран, е приглушен. Той е деградиран. В такъв случай родният език на детето не е английски. Не е японски. Той е приглушен английски език. Той е деградирал японски. Той е боклук. И мозъкът се специализира за него. Той създава репрезентация на езиков боклук. И тогава детето е заседнало с него.

Боклукът не се случва само в ухото. Може да се случи също и в мозъка. Самият мозък може да бъде шумен. Той обикновено е шумен. Има много наследени проблеми, които могат да го направят по-шумен. И родният език за дете с такъв мозък е деградиран. Той не е английски. А шумен английски. Резултат от това са дефектни репрезентации от звуци от думи, не нормални, една различна стратегия от машина, която има различни пространствени константи. Може да разгледате мозъка на такова дете и да запишете тези времеви константи. Те са около един порядък величина по-дълги, средно около 11 пъти по-дълги по продължителност, отколкото при едно нормално дете. Пространствените константи са около три пъти по-големи. Такова дете ще има паметни и познавателни дефицити в тази област. Разбира се, че ще е така. Защото като получател на език, те го получават и представят. А в информацията той представлява боклук. И те ще имат лоши четивни умения. Защото четенето зависи от превода на звуци от думи в тази ортографична или визуална форма на представяне. Ако нямате мозъчна репрезентация на звуци от думи, този превод е безсмислен. И ще имате съответна абнормална неврология.

Тогава тези деца все повече, при оценка след оценка, при дейностите им с език и при дейностите им при четене... документираме тази абнормална неврология. Смисълът е, че мозъкът може да се обучи да не прави това. Един начин да се мисли за това е, че всъщност може да се прерафинира обработвателната способност на устройствата, чрез нейната промяна. Чрез промяната й в подробности. Нужни са средно около 30 часа. Постигнали сме това днес при около 430 000 деца. Всъщност, около 15 000 деца са обучавани, докато говорим. И всъщност, когато погледнете ефектите - ефектите са значителни.

Така че разглеждаме нормалното разпространение. Онова, от което най-много се интересуваме, са тези деца от лявата страна на разпределението. Това са от около 3000 деца. Виждате, че повечето от децата от лявата страна на разпределението се придвижват към средата или надясно. Това е една широка оценка на езиковите им способности. Това е като езиков тест за интелигентност. Ефектът в разпределението, ако се обучава всяко дете в Съединените щати, би бил да се премести цялото разпределение надясно и да се стесни разпределението. Това е значително голям ефект.

Представете си една класна стая с деца по езикови изкуства. Помислете за децата от бавната страна на класа. Имаме потенциала да преместим повечето от тези деца към средата или към дясната страна. В добавка към прецизно езиково обучение това също поправя паметта и познавателната способност, гладкостта на речта и произвеждането на говор. Едно важно, зависимо от езика умение се развива от това обучение - тоест, четенето. То до голяма степен поправя мозъка. Мозъкът на едно дете може да се разглежда снизходително. В разнообразни задачи, които имат учените в Станфорд, Масачузетския институт по технологии, Калифорнийския университет - Сан Франциско, Калифорнийския университет - Лос Анжелис, и ред други институции. И деца, действащи в различни езикови поведения или в различни четивни поведения, виждате в най-голяма степен, за най-много деца, как невронният им отклик, сложно абнормален преди старта, се нормализира от обучението.

Същият подход може да се приеме за решаване на проблеми при стареенето. При което съоръженията също се разграждат - от компетентни съоръжения вървят към разпад. Шумът в мозъка се увеличава. Обучителната модулация и контролът се разлагат. Може всъщност да погледнете мозъка на такъв индивид и да станете свидетели на промяна във времевите константи и пространствените константи, с които, например, мозъкът отново представя езика. Точно както мозъкът е произлязъл от хаос в началото, се връща в хаос накрая. Тези резултати на упадък в паметта, познавателната способност, способностите за поза и подвижност. Оказва се, че може да се обучи мозъкът на такъв индивид, това е малка популация от такива индивиди, да се обучава еднакво интензивно за около 30 часа. Това са 80- до 90-годишни.

Онова, което се вижда, са значителни подобрения на непосредствената им памет, на способността им да помнят неща след забавяне, на способността им да контролират вниманието си, езиковите си способности и визуални, пространствени способности. Общият невропсихологически индекс на тези тренирани индивиди в тази популация е около две стандартни отклонения. Това означава, че ако стоите от лявата страна на разпределението и аз разглеждам вашите невропсихологични способности, средностатистическата личност се е придвижила към средата или дясната страна на разпределението. Това означава, че повечето хора, които са в риск от сенилност, повече или по-малко незабавно, сега са в защитена позиция.

Смятам да се опитам да спася по-старите граждани по-пълно и в по-голям брой. Защото мисля, че това може да се извърши на тази арена в огромен мащаб. Същото е и за децата Основният ми интерес е как да се задълбочи тази наука за лечение на други болести. Особено се интересувам от неща като аутизма и церебрална парализа, тези огромни катастрофи от детството. При по-възрастни - състояния като паркинсонизма, а при други - придобити разстройства като шизофрения.

Вашите въпроси, що се отнася до тази наука, са как да поддържате собствената си високофункционална обучителна машина. А, разбира се, един добре подреден живот, от който ученето е постоянна част, е от ключова важност. Но в бъдещето ви също е и мозъчната аеробика. Подгответе се за нея. Тя ще бъде част от всеки живот, в не твърде далечното бъдеще. Точно както физическите упражнения са част от всеки добре организиран живот в съвременния период. Другият начин, по който в крайна сметка ще започнем да мислим за тази литература и науката, която е важна за вас, е при мисълта как да отглеждаш самия себе си. Сега, когато знаете, когато науката ни казва, че вие ръководите, че е под ваш контрол, че вашето щастие, вашето добруване, вашите способности, вашият капацитет подлежат на постоянна промяна, постоянно подобрение, и вие сте отговорният агент и страна. Разбира се, много хора ще игнорират този съвет. Ще мине дълго време, преди наистина да го разберат. (Смях) Това е друг въпрос, и не е по моя вина. Добре. Благодаря. (Аплодисменти)