Почему Ахиллес не может перегнать черепаху

В начале 1990‑х годов, когда Паскуаль‑Леоне еще был молодым сотрудником Национального института неврологических заболеваний и инсульта, он провел ряд экспериментов – известных среди специалистов по нейропластичности своей простотой и изяществом, – которые позволили усовершенствовать способ картирования мозга, заложили основу его экспериментов, ориентированных на воображение, и помогли нам понять, как мы осваиваем навыки.

Он исследовал процесс освоения новых навыков, используя ТМС для картирования мозга слепых участников эксперимента, которые учились читать по системе Брайля. Испытуемые изучали азбуку Брайля в течение года: вначале в классе пять дней в неделю по два часа в день, а затем час дома. Люди, пользующиеся этой азбукой, «сканируют» текст, двигая указательными пальцами по ряду маленьких выпуклых точек, т. е., совершают действия, относящиеся к двигательной активности. При этом они воспринимают на ощупь расположение этих точек, что относится к сенсорной активности. Данные, полученные в ходе этого эксперимента, стали одними из первых подтверждений того, что в процессе освоения новых навыков в мозге происходят пластические изменения.

Воспользовавшись ТМС для картирования двигательной коры, Паскуаль‑Леоне[106]обнаружил, что у испытуемых карты тех пальцев, которые «читали по шрифту Брайля», были больше, чем карты других указательных пальцев. Паскуаль‑Леоне также выяснил, что по мере роста скорости считывания слов двигательные карты увеличивались в размере. Однако наиболее удивительным открытием, сделанным им в ходе эксперимента, стал паттерн пластических изменений, происходящих на протяжении недели.

Мозг объектов исследования картировали с помощью ТМС по пятницам (в конце недели тренировок) и по понедельникам (после того, как они отдыхали в выходные дни). Паскуаль‑Леоне обнаружил, что изменения в эти дни были разными . С самого начала исследования карты, полученные в пятницу, демонстрировали очень быстрое и значительное расширение, но к понедельнику они возвращались к своему исходному размеру. Пятничные карты продолжали расти в течение шести месяцев – упорно возвращаясь к исходному состоянию каждый понедельник. Примерно через шесть месяцев изменение пятничных карт продолжилось, но оно не было настолько интенсивным, как в первые полгода.

В картах, получаемых в понедельник, наблюдалась противоположная тенденция. До окончания шести месяцев обучения они не менялись; затем начиналось их медленное увеличение, которое останавливалось, когда длительность обучения составляла десять месяцев. Скорость, с которой испытуемые читали азбуку Брайля, в большей степени соответствовала картам понедельника , и хотя зафиксированные в эти дни изменения не были такими значительными, как по пятницам, они носили более устойчивый характер .

По окончании десяти месяцев участники эксперимента сделали двухмесячный перерыв в обучении. Когда они вернулись к занятиям, было проведено новое картирование их мозга, которое показало, что их карты не изменились с момента картирования в последний понедельник два месяца назад. Таким образом, обучение приводило к значительным краткосрочным изменениям в течение недели. Однако по понедельникам, после выходных, наблюдались более устойчивые изменения.

Паскуаль‑Леоне считает, что различие результатов, получаемых по пятницам и понедельникам, означает существование разных механизмов пластических изменений. Быстрые изменения, наблюдаемые в пятницу, усиливают существующие нейронные связи и выявляют нервные пути, преданные забвению. Более медленные, но стабильные, изменения, фиксируемые в понедельник, предполагают формирование принципиально новых структур и возможное «выращивание» новых связей и синапсов.

Понимание этого эффекта «черепахи и зайца» может помочь нам разобраться с тем, что мы должны делать для того, чтобы в совершенстве овладеть новым навыком. После короткого периода тренировки, как это бывает, когда, к примеру, нам нужно срочно подготовиться к сдаче экзамена, достаточно просто добиться улучшений, поскольку в данном случае мы усиливаем существующие синаптические связи. Однако мы быстро забываем то, что «вызубрили», потому что подобные связи так же легко уходят, как приходят. Для того чтобы сохранить улучшения и сделать навык постоянным, необходима медленная настойчивая работа, позволяющая сформировать новые связи. Если человеку, осваивающему какой‑либо навык, кажется, что он не делает успехов, или что его «голова напоминает сито», то ему следует упорно тренироваться до тех пор, пока он не добьется «эффекта понедельника» (на что людям, изучающим азбуку Брайля, требовалось шесть месяцев). Различие между результатами пятницы и понедельника может объяснить, почему некоторые люди – медленно осваивающие навык «черепахи», тем не менее осваивают его лучше, чем шустрые «зайцы» – «способные ученики», которым, однако, не всегда удается сохранить на будущее то, чему они научились.

Паскуаль‑Леоне расширил свои исследования, чтобы понять, каким образом люди, читающие по Брайлю, получают такой большой объем информации через кончики пальцев. Общеизвестно, что у слепых людей хорошо развиты невизуальные чувства и что те, кто читает с помощью азбуки Брайля, обладают невероятной чувствительностью пальцев, которые они используют для чтения. Паскуаль‑Леоне хотел узнать, чем вызвано появление этого расширенного навыка: увеличением сенсорной карты прикосновений или пластическими изменениями в других частях мозга. Например, в зрительной коре, которая не получает входящей информации от глаз.

Он предположил: если зрительная кора помогает участникам исследования читать с помощью азбуки Брайля, то ее блокирование помешает им это делать. Так и произошло. Когда ученые применили блокирующую ТМС к зрительной коре испытуемых, слепые участники не смогли читать шрифт Брайля и чувствовать используемым для этого пальцем. Зрительная кора была вовлечена в обработку информации, получаемой от осязания. Блокирующая ТМС, примененная к зрительной коре зрячих людей, не оказала никакого влияния на их тактильные ощущения. Это указывало на то, что со слепыми людьми, читающими с помощью азбуки Брайля, происходило нечто особенное: часть мозга, связанная с одним чувством, передавалась другому (т. е. речь шла о том типе пластической реорганизации, о которой говорил Бач‑и‑Рита).

Паскуаль‑Леоне, кроме того, установил, что чем лучше человек читает с помощью азбуки Брайля, тем в большей степени вовлечена в этот процесс зрительная кора. Его следующее исследование стало настоящим прорывом в науке, доказав, что наши представления могут менять материальную структуру мозга.

О пользе воображения

Теперь Паскуаль‑Леоне использовал ТМС для наблюдения за изменениями карт, соответствующих пальцам руки, у людей, которые учились играть на пианино. Один из кумиров Паскуаль‑Леоне, великий испанский специалист по нейроанатомии и лауреат Нобелевской премии Сантьяго Рамон‑и‑Кахаль, который последние годы жизни посвятил изучению пластичности мозга. Еще в 1894 году Рамон‑и‑Кахаль высказал предположение о том, что «орган мышления обладает, в определенных пределах, гибкостью и способностью к совершенствованию с помощью целенаправленной психической тренировки». В 1904 году он утверждал, что мысли, повторяемые в ходе «психической тренировки», должны укреплять существующие нейронные связи и создавать новые. Кроме того, Рамон‑и‑Кахаль предполагал, что этот процесс может быть наиболее ярко выражен в нейронах, контролирующих пальцы у пианистов[107], которые занимаются психической тренировкой очень много времени.

Используя свое воображение, Сантьяго Рамон‑и‑Кахаль нарисовал картину пластичного мозга, но у него не было возможности и инструментов подтвердить ее. Паскуаль‑Леоне решил, что теперь у него есть такой инструмент – ТМС, который позволяет проверить, действительно ли психическая практика и воображение способны вызывать физические изменения.

Эксперимент был достаточно простым и основывался на идее Рамона‑и‑Кахаля использовать пианино. Паскуаль‑Леоне учил две группы людей, которые никогда не учились игре на пианино, исполнению последовательности нот, показывая, какими пальцами двигать, и позволяя им слушать исполняемые ими ноты. Затем члены одной группы, которая занималась «психической тренировкой », в течение пяти дней сидели по два часа перед электропиано и представляли , что играют выученную последовательность и слышат свое исполнение. Вторая группа, занимавшаяся «физической тренировкой », действительно играла на фортепьяно по два часа в день в течение пяти дней. Участникам обеих групп проводили картирование мозга до начала эксперимента, каждый день во время его проведения и после его завершения. Затем представителей обеих групп попросили сыграть предложенную им последовательность нот, а компьютер оценивал точность их исполнения.

Паскуаль‑Леоне обнаружил, что обе группы научились играть заданную последовательность, и что в обеих группах наблюдаются одинаковые изменения карт мозга. Поразительно, но психическая тренировка привела к тем же самым физическим изменениям в двигательной системе, что и реальная игра на пианино. К концу пятого дня произошло одинаковое изменение двигательных сигналов, поступающих к мышцам, в обеих группах, а на третий день эксперимента исполнители, пользующиеся воображением, исполняли мелодию точно так же, как исполнители, играющие на настоящем фортепьяно.

В группе, занимающейся психической тренировкой, прогресс за пять дней был, хотя и существенным, но не настолько значительным, как у тех участников эксперимента, которые проводили физическую тренировку. Однако после того как первая группа закончила психические тренировки, и для ее участников был проведен двухчасовой сеанс физической тренировки, общий уровень исполнения участников повысился до того уровня исполнения, которого члены второй группы достигли за пять дней физических тренировок. Очевидно, что психическая тренировка – эффективный способ подготовки к освоению физического навыка с помощью минимальной физической тренировки.

Тренинг в одиночной камере

Все мы занимаемся тем, что ученые называют психической практикой, когда вспоминаем ответы на вопросы теста, учим текст роли или репетируем свое выступление, презентацию любого типа. Однако мы недооцениваем ее эффективность, потому что лишь немногие из нас делают это систематически. Некоторые спортсмены и музыканты пользуются ею для подготовки к выступлению, а известный пианист Гленн Гулд к концу своей карьеры, готовясь к записи какого‑либо музыкального произведения, полагался, главным образом, на психическую тренировку.

Одной из наиболее прогрессивных форм психической тренировки являются «ментальные шахматы», в которые играют без доски и фигур. Игроки представляют доску и шахматные фигуры, отслеживая позиции. Анатолий Щаранский, защитник прав человека из Советского Союза, использовал ментальные шахматы для того, чтобы выжить в тюрьме. Щаранский, еврей по национальности, был специалистом по компьютерам, которого в 1977 году ложно обвинили в шпионаже в пользу Соединенных Штатов. Он находился в тюрьме девять лет, из которых 400 дней провел в одиночном заключении в холодном, темном карцере размером полтора на два метра. Политические заключенные, находясь в изоляции, часто «сгорают» психически, потому что мозгу, руководствующемуся принципом «не использовать – значит потерять», необходима внешняя стимуляция для сохранения соответствующих карт. В течение этого продолжительного периода сенсорной депривации[108]Щаранский играл в ментальные шахматы по несколько месяцев подряд, и, возможно, это помогло ему оградить свой мозг от распада. Он играл одновременно белыми и черными фигурами, удерживая все ходы в голове – беспримерная работа для мозга. Однажды Щаранский сказал мне – наполовину в шутку, наполовину всерьез, – что, если бы он продолжал играть в шахматы в уме, то мог бы стать чемпионом мира. После освобождения из тюрьмы ему удалось, с помощью представителей западной общественности, переехать в Израиль, где он стал членом кабинета министров. Когда чемпион мира по шахматам Гарри Каспаров играл против премьер‑министра Израиля и членов кабинета, он выиграл у всех, кроме Щаранского.

Человек‑калькулятор

Благодаря результатам сканирования мозга людей, активно использующих психическую тренировку, мы можем предположить, что происходило в мозге Щаранского во время пребывания в тюрьме. Вспомните историю Рудигера Гамма, молодого немца, обладавшего обычным интеллектом, он превратил себя в математического гения, став человеком‑калькулятором. Хотя от рождения Гамм не обладал исключительными математическими способностями, сегодня он может в уме возвести число в девятую степень или вычислить корень пятой степени из числа и за пять секунд отвечает на вопрос: «Сколько будет 68 умножить на 76?». Начиная с 20 лет, Гамм, работавший в то время в банке, начал по четыре часа в день заниматься тренировкой навыков расчетов. Когда ему исполнилось 26 лет, он стал гением вычислений и мог позволить себе зарабатывать на жизнь выступлениями на телевидении. Специалисты, обследовавшие его мозг в момент проведения вычислений с помощью позитронно‑эмиссионной томографии (ПЭТ), обнаружили, что у Гамма в процесс вычисления вовлекается больше участков мозга, чем обычно.

Психолог Андерс Эрикссон – специалист по развитию профессионального мастерства, выявил, что люди, подобные Гамму, при решении математических задач полагаются на долговременную память, в то время как другие используют для этого кратковременную память. Профессионалы хранят в памяти не ответы, а основные факты и стратегии, которые помогают им эти ответы найти, и у них существует немедленный доступ к ним, словно они хранятся в краткосрочной памяти. Подобное использование долговременной памяти для решения проблем типично для специалистов в большинстве сфер деятельности, и Эрикссон выяснил, что для того, чтобы стать таким специалистом, как правило, требуется около десяти лет упорного труда.