Michael Merzenich despre re-conectarea creierului

Această mașinărie pe care o avem cu toții în craniile noastre îmi amintește de un aforism dintr-un comentariu al lui Woody Allen întrebând care este cel mai bun lucru pe care îl poți avea în interiorul craniului. Răspunsul este această mașinărie. Este construită pentru schimbare. În tot ce ține de a ea e vorba de schimbare. Ne conferă abilitatea de a face mâine lucruri pe care astăzi nu le putem face, de a face astăzi lucruri pe care ieri nu le puteam face. Și, desigur, se naște prost.

Ultima dată când ai stat lângă un bebeluș -- ea este chiar nepoata mea, Mitra. Nu-i așa că e grozavă? (Râsete) Dar, totuși, când a ieșit pe lume în ciuda faptului că creierul ei chiar evoluase în dezvoltarea lui, timp de câteva luni, pe baza experiențelor din pântecul mamei. Totuși, avea abilități foarte limitate, ca orice copil aflat la termenul normal al nașterii naturale. Dacă i-am analiza abilitățile de percepție, ele ar fi brute. Nu există un semn clar că gândește. De fapt, sunt puține dovezi că un nou-născut ar avea abilități cognitive. Nou-născuții nu prea răspund la stimuli. De fapt, nu prea îți dai seama că e cineva acolo. (Râsete) Doar într-un mod foarte primitiv și limitat își pot controla mișcările.

Abia după câteva luni copilul va putea controla voluntar mișcări simple precum a întinde mâna, a apuca și a duce un obiect de obicei, la gură. Și abia după alte câteva luni vom vedea un progres constant și de durată al evoluției de la primii pași clătinați, la rostogolire, ridicare și mers de-a bușilea la stat în picioare și mers, înainte de a ajunge în punctul magic în care ne putem mișca în lume. Și totuși, dacă analizăm mai atent creierul, vom vedea un progres cu adevărat remarcabil. La această vârstă, creierul chiar poate reține informații. A înmagazinat, a înregistrat și poate reda rapid înțelesurile a mii, zeci de mii de obiecte, acțiuni și relațiile lor cu lumea. Și acele relații pot fi construite de fapt în sute de mii, chiar milioane de feluri. La această vârstă, creierul controlează abilități de percepție foarte rafinate. Și are, de fapt, un repertoar ascendent de abilități cognitive. Acest creier este foarte aproape de o mașinărie de gândit. Și, la această vârstă, este absolut clar că există cineva în acest creier. De fapt, la această vârstă, își controlează în mod substanțial propria dezvoltare. Și observăm o evoluție remarcabilă a capacității de a controla mișcarea.

Acum, a progresat până în punctul în care poate chiar controla mișcări simultane, într-o înlănțuire complexă, în feluri complexe așa cum, de exemplu, e cazul unui joc complicat precum fotbalul. Acest băiat poate lovi mingea repetat cu capul. Și, acolo de unde e, din Sao Paulo, Brazilia, cam 40 la sută din băieții de vârsta lui au această abilitate. Dacă mergi într-o comunitate din Monterey, vei găsi cu greu un băiat care să poată face asta. Și dacă găsești, probabil că e din Sao Paulo. (Râsete)

Altfel spus, competențele și abilitățile noastre individuale sunt determinate în mare măsură de mediul în care trăim. Mediul se extinde în cultura noastră contemporană, devenind provocarea pentru creierul nostru. Pentru că ceea ce am făcut de-a lungul evoluției personale a dezvoltat o gamă largă de competențe și abilități specifice, care sunt reprezentative pentru istoria noastră individuală. De fapt, ele rezultă într-o diferențiere minunată a oamenilor. În sensul că, de fapt, nu exisă două persoane la fel. Fiecare dintre noi a dobândit un set diferit de competențe și abilități care derivă din plasticitatea, adaptabilitatea acestei mașinării cu adevărat remarcabile. În creierul unui adult s-a construit o gamă largă de competențe și abilități măiestrite pe care le putem folosi mai mult sau mai puțin automat din memorie și care ne definesc drept ființe care acționează, se mișcă și gândesc.

Noi studiem acest subiect în stilul nostru monoton, al oamenilor de știință universitari din laborator, folosind creierele unor animale precum șoareci sau maimuțe sau al acestei creaturi foarte ciudate, una dintre cele mai bizare forme de viață de pe pământ pentru a-i implica în procesul de dobândire de noi competențe și abilități. Și încercăm să măsurăm schimbările care apar pe măsură ce dobândim noua competență sau abilitate. De fapt, observăm acest lucru la indivizi de orice vârstă și din toate aceste specii diferite. Mai exact, de la copii mici până la adulți și bătrâni. Astfel, am putea încerca, de exemplu, să determinăm un șoarece să capete o competență sau o abilitate nouă care l-ar putea face pe șoarece să-și folosească lăbuța ca să stăpânească anumite gesturi manuale de a apuca exact cum am putea examina un copil și abilitatea lui de a învăța să facă ceva sau competența generală de a realiza ceva complex precum stăpânirea abilității de a citi. Sau te poți gândi la o persoană mai în vârstă care a reușit să stăpânească un set complex de abilități care pot avea legătură cu citirea unei partituri muzicale sau cu executarea gesturilor mecanice care se aplică unei interpretări muzicale.

Din aceste studii, am definit două mari epoci ale istoriei plasticității creierului. Prima mare epoca este denumită colocvial "Perioada Critică". Și este perioada în care creierul își stabilește în forma sa inițială, mecanismele fundamentale de procesare. Este, de fapt, o perioadă marcată de schimbări dramatice în care nu este nevoie în sine de învățare pentru a determina diferențierea mecanismului de gândire al creierului. De exemplu, în materie de sunet este de ajuns să fii expus la sunet. Iar creierul, depinde, de fapt, de mediul în care este redat sunetul. Astfel, de exemplu, pot așeza un animal într-un mediu în care se aude un sunet mut, lipsit de sens. Un repertoriu de sunete pe care le inventez. Obțin asta prin simpla expunere, de o importanță artificială, a animalului și a creierului său tânăr. Și observ că creierul animalului își stabilește procesarea inițială a acelui sunet într-o formă idealizată și în limitele posibilităților de procesare pentru a-l reprezenta într-o manieră organizată și ordonată. Sunetul nu trebuie să fie relevant pentru animal. Aș putea crește animalul cu un sunet ipotetic relevant precum ar fi o simulare a sunetelor unui copil care vorbește în limba sa nativă. Și văd cum creierul dezvoltă un procesor specializat. Specializat pentru o înșiruire complexă, un reportoriu de sunete. De fapt, exagerează cu marcarea lor distinctă în termeni de reprezentare neuronală multidimensională.

Sau pot expune animalul unui sunet complet lipsit de sens și distructiv. Pot crește un animal în condiții similare cu a crește un bebeluș sub un ventilator coborât din tavan, relativ gălăgios, în prezența unui zgomot continuu. Făcând acest lucru, de fapt, specializez creierul să se obișnuiască să ignore acel zgomot lipsit de sens. Și, îi frustrez abilitatea de a reprezenta vreun sunet cu sens, drept consecință. În istoria timpurie a bebelușilor aceste lucruri apar la bebeluși adevărați. Și au, de exemplu, rolul de a influența evoluția frumoasă de procesare a unei limbi specifice la fiecare bebeluș care se dezvoltă normal. Și mai au și rolul de a dezvolta procesarea defectuoasă la un număr substanțial de copii care, drept consecință, au abilități de exprimare mai limitate la o vârstă mai mare.

Acum, în această perioadă timpurie de plasticitate, creierul de fapt se schimbă fără a fi afectat de un context de învățare. Nu trebuie să fiu atent la ce aud. Informațiile pe care le primesc nu trebuie neapărat să aibă înțeles. Nu trebuie să fiu în context comportamental. E nevoie de el când creierul își stabilește modul de procesare pentru a putea acționa diferit, pentru a putea acționa selectiv, astfel încât ființa care îl poartă și cară să poată începe să funcționeze într-o manieră selectivă. În următoarea mare epocă, corespunzătoare pentru o mare parte din viață, creierul de fapt își rafinează mașinăria, stăpânind o gamă largă de competențe și abilități. Și în această epocă, care se întinde de pe finalul primului an de viață până la moarte. Acțiunile sunt controlate de comportament. E un alt fel de a spune că creierul are strategii care definesc semnificația informațiilor primite pentru creier. Și se concentrează pe fiecare competență în parte, sau abilitate în parte sub un control specific cu rol de atenționare. E o funcție care ține de a reuși sau nu, să atingi un scop comportamental sau de a recompensa sau nu comportamentul unui individ. Este foarte puternic, de fapt. Această capacitate pe care o avem toată viața pentru plasticitate, pentru schimbare a creierului este exprimată puternic. Reprezintă baza diferențierii noastre reale, de la o persoană la alta. Putem vedea ce se întâmplă în creierul unui animal angrenat în folosirea unei competențe specifice și putem asista sau documenta această schimbare pe mai multe nivele.

Iată un experiment foarte simplu. A fost efectuat, de fapt, cam acum cinci ani în colaborare cu oameni de știință de la Universitatea Provence din Marsilia. Este un experiment foarte simplu în care o maimuță a fost antrenată să folosească un instrument echivalent ca și dificultate cu a învăța un copil să mănânce cu lingura. Maimuța a reușit să stăpânească tehnica din aproape 700 de încercări. Astfel, la început maimuța nu putea sub nicio formă să facă ce trebuia. Avea o rată de succes de una din opt încercări. Acele încercări erau elaborate. Fiecare era diferită substanțial de celelalte. Dar maimuța și-a dezvoltat treptat o strategie. Și dupa cam 700 de încercări maimuța stăpânea tehnica la perfecție, fără să eșueze. Reușea tot timpul să-și ia mâncarea cu acest instrument. În acest moment, sarcina este realizată într-o manieră frumos stereotipizată. Foarte frumos reglată și repetată de nenumărate ori, încercare după încercare.

Ne putem uita în creierul maimuței. Și vedem că e deformat. Putem măsura aceste schimbări și le-am măsurat în timp în multe comportamente similare. Și iată deformarea reflectată într-o hartă a suprafețelor pielii mâinii maimuței. Aceasta este o hartă de la suprafața creierului, în care am reconstruit răspunsurile într-un experiment foarte elaborat locație după locație, într-o cartografiere foarte detaliată a răspunsurilor neuronilor săi. Iată aici o reconstituire a felului în care mâna este reprezentată în creier. Prin exercițiu, am ajuns de fapt să deformăm harta. Și se vede marcat în roz. Câteva suprafețe cât vârful unui deget sunt mai mari. Acestea sunt suprafețele pe care maimuța le folosește ca să utilizeze instrumentul. Dacă ne uităm la selectivitatea răspunsurilor din cortexul maimuței vedem că maimuța și-a modificat de fapt caracteristicile de filtrare care reprezintă informații primite de la nivelul pielii vârfurilor degetelor care sunt implicate în acțiune. Cu alte cuvinte, există în continuare o simplă reprezentare unică a degetelor în toate aceste zone corticale foarte organizate ale suprafeței pielii corpului. La fel e și la noi. Dar totuși acum este reprezentat la un nivel de detaliu mult mai fin. Maimuța primește mai multe informații detaliate de la aceste suprafețe. Și este o parte poate necunoscută și nesuspectată de voi a procesului de dobândire a unei competențe sau abilități.

Ne-am uitat de fapt în cateva zone corticale diferite ale maimuței care învață să facă acest exercițiu. Și fiecare dintre ele se modifică în feluri specifice competenței sau abilității. Astfel, de exemplu, putem lua zona corticală care reprezintă informațiile primite pentru a controla poziția maimuței. Ne uităm în zonele corticale care controlează anumite mișcări și succesiunea de mișcări necesare într-un comportament și așa mai departe. Toate sunt remodelate. Se specializează ca să îndeplinească nevoia imediată. Cam 15 sau 20 de zone corticale se modifică specific atunci când deprindem o competență simplă ca aceasta. Iar în creier vorbim despre o schimbare cu adevărat masivă. Reprezintă modificarea credibilă a răspunsurilor a zeci de milioane poate sute de milioane de neuroni din creier. Înseamnă schimbări a sute de milioane, poate miliarde de sinapse din creier. Modificarea este de ordin fizic. Iar nivelul de construcție care apare este masiv. Gândiți-vă schimbările care apar în creierul unui copil pe parcursul dobândirii abilităților generale ale comportamentului de mișcare. Sau al dobândirii abilităților de vorbire nativă. Schimbările sunt masive.

Totul se rezuma la reprezentările selective ale lucrurilor care sunt importante pentru creier. Pentru că în cea mai mare parte a vieții creierului acestea sunt controlate de contextul comportamental. Este vorba despre lucrurile la care ești atent. Este vorba despre ceea ce te mulțumește. Este vorba despre lucrurile pe care creierul le percepe ca fiind pozitive și importante pentru tine. Totul stă în procesarea corticală și specializarea creierului anterior. Și asta stă la baza specializării fiecăruia. De aceea, prin multele competențe și abilități suntem fiecare un specialist unic. Un specialist extrem de diferit în termeni de detaliu ai creierului fizic de creierul unei persoane de acum 100 de ani. Incredibil de diferit la nivel de detaliu de creierul individului de rand de acum 1.000 de ani. Acum, una dintre caracteristicile acestui proces de modificare este că informațiile este întotdeauna legată de alte informații primite care apar imediat, datorită contextului. Pentru că creierul construiește reprezentări ale lucrurilor care sunt corelate în fracțiuni de secundă și care relaționează între ele succesiv în fracțiuni infime de timp. Creierul înregistrează toate informațiile și determină toate schimbările în contextul temporal. În mod copleșitor, cel mai puternic context care a apărut în creierul vostru sunteți voi înșivă. În istoria voastră personală au apărut miliarde de evenimente care sunt legate în timp de propria persoană drept receptor, sau actor, sau gânditor sau element determinant. De miliarde de ori fragmente de senzații au venit de la suprafața corpului care sunt întotdeauna asociate cu persoana voastră ca și receptor, și rezultând în personificarea sinelui. Suntem construiți, eul vostru se construiește din aceste miliarde de evenimente. Se construiește. Este creat în creierul vostru. Și este creat în creier prin schimbare fizică. Este un rezultat construit într-un mod minunat ajungând să aibă o formă individuală pentru că fiecare dintre noi are o istorie extrem de diferita. Și experiențe extrem de diferite care ne conduc la această diferențiere minunată a sinelui a cultului personalității.

Am folosit această cercetare să încercăm să înțelegem nu doar cum se dezvoltă o persoană normală și cum își elaborează competențele și abilitățile dar și să încercăm să înțelegem originile afecțiunilor și originile diferențelor sau variațiilor care ar putea limita capacitățile unui copil sau adult. Voi vorbi despre folosirea acestor strategii pentru a proiecta o abordare bazată pe plasticitatea creierului pentru a determina corecții la nivelul modului de procesare al unui copil care cresc competența copilului de recepție și folosire a limbajului și mai apoi de a citi. Voi vorbi despre experimentele care implică de fapt folosirea acestei științe a creierului. Mai întâi să înțelegem cum contribuie la pierderea funcțiilor pe măsură ce îmbătrânim. Folosind aceste cunoștințe într-o abordare țintită vom încerca să diferențiem mașinăria pentru a-i recupera funcția la vârstă înaintată.

Astfel, primul exemplu despre care voi vorbi este legat de copiii cu deficiențe de învățare. Avem acum la dispoziție o grămadă cărți care demonstrează că problema fundamentală care apare la majoritatea copiilor care au afecțiuni timpurii de vorbire și care se vor chinui să învețe să citească este că procesorul limbajului este creat într-o formă incompletă. Iar motivul pentru care se dezvoltă defectuos este că devreme în viața creierului copilului procesul în sine este zgomotos. Este atât de simplu. Este semnalul unei probleme legată de zgomot. Bine? Multe lucruri contribuie la acest rezultat. Pot fi multe defecte moștenite care să afecteze procesul făcându-l mai zgomotos. Aș putea spune că problema zgomotului ar putea apărea și în baza informațiilor primite din lume, prin intermediul urechilor.

Dacă -- cei mai în vârstă din audiență știu că atunci când eram copil înțelegeam că un copil născut cu cerul gurii despicat era născut cu ceea ce numeam retard mental. Știam că vor fi înceți din punct de vedere cognitiv. Știam că se vor chinui să învețe sa-și dezvolte abilități de vorbire normale. Și știam că se vor chinui să învețe să citească. Majoritatea ar fi niște eșecuri intelectuale și academice. Acum nu mai e cazul. Nu se mai aplică. Această slăbiciune sau condiție moștenită s-a evaporat. Nu mai auzim despre asta. Unde a dispărut? Ei bine, un chirurg olandez a înțeles acum 35 de ani că, pur și simplu, dacă rezolvi problema destul de devreme când creierul este încă în perioada aceasta inițială plastică astfel încît mașinăria sa poată fi reglată adecvat în acest interval inițial de setare din perioada critică nu se va mai întâmpla nimic. Ce faci efectiv prin operația cerului gurii despicat ca să-l corectezi? În principiu, deschizi tuburile care drenează fluidul din urechile medii și care cu siguranță sunt pline. Fiecare sunet pe care copilul îl aude necorectat este înăbușit. Este degradat. In astfel de cazuri limba nativă a copilului nu este engleza. Nu este japoneza. Este engleză înăbușită. Este japoneză degradata. Este nonsens. Iar creierul se specializează așa. Creează o reprezentare a unei limbi fără sens. Iar apoi copilul nu mai scapă de ea.

Nonsensul nu se întâmplă doar în ureche. Se poate întâmpla și în creier. Creierul în sine poate fi zgomotos. De obicei este așa. Există numeroase defecte moștenite care îl pot face și mai zgomotos. Iar limba nativă a unui copil cu un astfel de creier este degradată. Nu este engleză. Este engleză zgomotoasă. Și va rezulta în reprezentări eronate ale sunetelor cuvintelor care nu sunt normale, într-o strategie diferită a unei mașinării care are constante spațiale diferite. Putem analiza creierul unui astfel de copil și înregistra acele constante de timp. Durează cam cu un ordin de mărime mai mult, în medie, cam de 11 ori mai mult ca durată decât la un copil normal. Constantele spațiale sunt cam de trei ori mai mari. Un astfel de copil va avea deficiente cognitive și de memorie în acest domeniu. Este normal să fie așa. Pentru că, în calitate de recipient de vorbire copilul va primi și va reprezenta aceste constante. Iar în termeni de informație, va reprezenta un nonsens. Vor avea abilități slabe de citire. Pentru că citirea depinde de traducerea sunetelor cuvintelor în această formă ortografică sau vizuală de reprezentare. Dacă suntele cuvintelor nu sunt reprezentate în creier traducerea lor nu va avea niciun sens. Și vom avea o neurologie corespunzătoare, anormală.

Tot mai mult, la acești copii de la o evaluare la alta, intervențiile asupra limbajul și asupra citirii, documentează această neurologie anormală. Ideea este că îți poți antrena creierul să scape. O modalitate este să te gândești că poți rafina din nou capacitatea de procesare a mașinăriei schimbând-o. Operând modificări de detaliu. Durează în medie cam 30 de ore. Și până azi am reușit să facem asta pentru cam 430.000 de copii. De fapt, chiar acum, 15.000 de copii se antrenează să scape de defect. Și, de fapt, când te uiți la impact, el e substanțial.

Iată distribuția normală a fenomenului. Cel mai mult ne interesează acești copii din partea stângă a distribuției. Sunt cam 3.000 de copii. Puteți observa că majoritatea copiilor din partea stângă a distribuției se mută spre mijloc sau în partea dreaptă. Este o evaluare largă a abilităților lor de exprimare prin limbaj. Este ca un test de inteligență pentru limbaj. Impactul asupra distribuției, dacă fiecare copil din Statele Unite ar fi antrenat va fi o translație completă a distribuției spre dreapta și o îngustare a distribuției. Este un impact de o amploare substanțială.

Luați o clasă de copii care studiază artele de vorbire. Gândiți-vă la cei mai slab pregătiți copii din clasă. Putem să-i mutăm pe majoritatea spre mijloc sau spre partea dreaptă. Pe lângă antrenamentul pentru o exprimare corectă, rezolvă și probleme legate de memorie și cunoaștere fluență în vorbire și vorbire efectivă. Antrenamentul facilitează deprinderea unei abilități importante, dependentă de exprimare, respectiv, cititul. Iar într-o mare măsură, rezolvă probleme ale creierului. Puteți să vă uitați în creierul unui copil. printr-o sumedenie de variante pe care oamenii de știință le au la Stanford, MIT, UCSF, UCLA și o serie de alte instituții. Copii cu diferite comportamente de exprimare sau cu diferite comportamente de citire în majoritatea cazurilor răspunsurile lor neuronale anormal de complexe înainte de a începe sunt aduse la normal de acest antrenament.

Putem adopta aceeași abordare ca să rezolvăm probleme legate de îmbătrânire. În acest caz, mașinăria se deteriorează de la componentele care merg în jos. Zgomotul crește în creier. Iar modularea învățării și controlul se deteriorează. Și ne putem uita în creierul unui astfel de individ și asista la o schimbare a constantelor de timp și spațiu cu care, de exemplu, creierul își reprezintă din nou limbajul. Așa cum creierul a ieșit la început din haos, la final, reintră în haos. Aceasta conduce la slăbirea memoriei cunoașterii și a abilității de menținere a posturii și a agilității. Se pare că putem antrena creierul unui astfel de individ, este vorba despre o populație restrânsă de astfel de persoane care se antrenează cam 30 de ore în ședințe de intensitate egală. Vorbim despre oameni de 80 și 90 de ani.

Ceea ce observăm sunt îmbunătățiri substanțiale de memorie imediată, abilitatea de a-și aminti lucruri după un interval de timp abilitatea de a-și controla atenția abilitățile de exprimare și abilitățile vizuale și spațiale. Indexul neuropsihologic general al acestor indivizi antrenați în total populației este de aproximativ două deviații standard. Asta înseamnă că dacă ești în partea stângă a distribuției și mă uit la abilitățile tale neuropsihologice, persoana medie a avansat spre mijloc sau spre dreapta distribuției. Înseamnă că majoritatea oamenilor care riscă să devină senili, mai mult sau mai puțin imediat, acum se află într-o poziție protejată.

Problemele mele se leagă de a încerca să salvez într-o măsură mai completă, cât mai mulți cetățenii în vârstă. Pentru că cred că se poate face asta pe scară largă. la fel ca și în cazul copiilor. Principalul meu interes este cum să elaborez această știință să rezolve și alte maladii. Mă interesează mai ales autismul și paralizia cerebrală, aceste mari catastrofe ale copilăriei. Iar la bătrăni, boli precum Parkinson și alte afecțiuni dobândite precum schizofrenia.

Problemele voastre legate de această știință sunt cum să mențineți propria mașinărie de învățare la cote înalte de funcționare. Și, desigur, o viață bine ordonată, în care învățarea este o parte continuă, reprezintă cheia. Dar în viitorul vostru apare și antrenamentul creierului. Pregătiți-vă! Va face parte din viața fiecăruia în viitorul nu foarte îndepărtat. Așa cum exercițiul fizic face parte din orice viață bine organizată, în perioada contemporană. Celălalt fel în care veți ajunge în final să luați în considerare această literatură și știință, importante pentru voi va fi cînd vă veți gândi cum să aveți grijă de voi. Acum că știi, acum că știința ne spune că de tine depinde, că o poți controla, că fericirea și bună-starea ta, abilitățile și capacitățile tale sunt capabile de modificări continue, îmbunătățiri continue iar noi suntem singurii care răspundem de asta. Desigur, mulți oameni vor ignora acest sfat. Va trece multă vreme până când îl vor înțelege cu adevărat. (Râsete) Asta este altă problemă și nu este vina mea. OK. Mulțumesc. (Aplauze)