Андерс Эрикссон.

Максимум. Как достичь личного совершенства с помощью современных научных открытий



скачать книгу бесплатно

Благодаря исследованиям Макгвайр и других ученых теперь мы знаем, что и мозг способен подстраиваться под изменившиеся обстоятельства не хуже нашего тела.

Наиболее ранние исследования адаптивности мозга – или пластичности, как говорят нейробиологи, – проводились при изучении работы мозга слепых и глухих людей. После потери зрения или слуха мозг «перепрограммирует» себя так, чтобы его части, отвечавшие за эти чувства, не простаивали без дела. В основном слепые не видят из-за проблем непосредственно с глазами или зрительным нервом. Зрительная зона коры головного мозга при этом у них в полном порядке. Если бы наш мозг и впрямь был устроен как компьютер, зрительная зона слепого человека так и осталась бы незадействованной. Сегодня мы уже знаем, что мозг умеет перераспределять свои ресурсы так, чтобы задействовать неактивные зоны. Как правило, в случае слепых и глухих людей мозг «привязывает» неиспользуемые зоны к областям мозга, которые отвечают за другие органы чувств.

К примеру, для чтения слепые используют алфавит Брайля – то есть проводят пальцами по выпуклым точкам. Когда ученые исследовали при помощи МРТ слепых, то выяснили, что во время чтения у них задействуется именно зрительная кора мозга. У зрячих она активизируется при визуальном, а не тактильном получении информации. Зрительная кора помогает мозгу слепого человека интерпретировать тактильные ощущения от прикосновения к буквам алфавита Брайля.

Что интересно, мозг умеет перепрограммировать не только неиспользуемые области. Если вы регулярно занимаетесь каким-то делом, мозг «перебросит» нейроны в соответствующую зону, даже если у них уже есть другая работа. Самое впечатляющее доказательство этого феномена привели ученые, которые в конце 90-х годов провели интересный эксперимент – проследили, какие области мозга отвечают за разные пальцы на руках у высокообразованных слепых людей.

Испытуемые читали трехпальцевым методом: использовали указательный палец для определения точек, формирующих отдельные буквы, средний – для выявления пробелов между буквами и безымянный – для отслеживания места, где они читают.

Мозг зрячего человека устроен так, что за каждый палец отвечает строго определенная зона. Благодаря этому мы, например, можем понять, какой палец укололи, даже не глядя на него. В исследовании принимали участие слепые, которые обучали других чтению при помощи алфавита Брайля и по несколько часов в день проводили за чтением. Таким образом, они гораздо чаще активно использовали три пальца, что, как выяснили ученые, привело к активному расширению зон мозга, отвечающих за каждый из пальцев. Эти области разрослись настолько, что даже стали «заходить» друг на друга. В результате все испытуемые продемонстрировали не только исключительную чувствительность во всех трех пальцах – они чувствовали такие прикосновения, которых зрячие даже не замечали, – но и неумение точно сказать, к какому именно их пальцу прикоснулись

Annette Sterr, Matthias" id="a_idm140647419729680" class="footnote">[22]22
  См. Annette Sterr, Matthias M. M?ller, Thomas Elbert, Brigitte Rockstroh, Christo Pantev, and Edward Taub. “Perceptual correlates of changes in cortical representation of fingers in blind multifinger Braille readers,” Journal of Neuroscience 18, № 11 (1998): 4417–4423.


[Закрыть]
.

Такие исследования пластичности мозга у слепых и глухих людей доказывают, что структура и функциональность мозга вовсе не так ригидны, как считалось раньше. Мозг меняется в зависимости от того, как мы его используем. Соответственно, при осознанных тренировках любой из нас может сделать мозг таким, как ему нужно.

Ученые только начали изучать способы использования таких свойств мозга. Пока что наиболее впечатляющих результатов они добились у людей, страдающих от возрастной дальнозоркости, свойственной почти всем после 50 лет. Совместное исследование американских и израильских нейробиологов и офтальмологов было опубликовано в 2012 году[23]23
  См. Uri Polat, Clifton Schor, Jian-Liang Tong, Ativ Zomet, Maria Lev, Oren Yehezkel, Anna Sterkin, and Dennis M. Levi. “Training the brain to overcome the effect of aging on the human eye,” Scientific Reports 2 (2012): 278, doi:10.1038/srep00278.


[Закрыть]
. Ученые изучали группу добровольцев среднего возраста, которые с трудом фокусировали взгляд на близко расположенных объектах. Такое отклонение называется пресбиопией, или старческой дальнозоркостью, и возникает из-за потери эластичности хрусталика глаза. В результате человеку становится сложнее разглядывать мелкие объекты. Также при пресбиопии размывается граница между светлыми и темными областями, что еще сильнее сказывается на способности фокусировать взгляд. Пресбиопия – благо для офтальмологов и фармацевтов всего мира и головная боль для людей старше 50, которые не могут читать без очков.

На протяжении трех месяцев участники исследования посещали лабораторию три раза в неделю и по 30 минут делали упражнения для глаз: пытались разглядеть небольшой объект, который по цвету практически совпадал с фоном. Чтобы заметить его, испытуемым приходилось прикладывать большие усилия и концентрироваться. Со временем все участники стали находить объекты на картинках быстрее и точнее. К концу эксперимента всем добровольцам вновь проверили зрение. В среднем за три месяца все они научились читать шрифт на 60 % меньше, чем до начала исследования. Кроме того, после эксперимента участники начали читать газеты без очков – то, что до этого было недоступно большинству из них. Выросла и скорость чтения.

Как ни странно, состояние непосредственно глаз при этом у них не улучшилось. Положительные изменения произошли за счет развития зоны мозга, интерпретирующей картинки, которые передают глаза. И хотя ученые так и не поняли, какие конкретно изменения произошли в мозгу, они склоняются к мнению, что мозг просто научился «фокусировать» изображение. Размытая картинка – результат сразу двух отклонений в работе глаз: невозможности видеть мелкие детали и различать контраст. Обе эти проблемы можно решить при помощи процессов распознавания изображений в мозге – совсем как графические редакторы компьютера или камеры могут «навести фокус» на картинке, усилив ее контрастность. Ученые считают, что трехмесячный курс упражнений помог мозгу лучше справляться с обработкой изображений, что и привело к улучшению зрения без влияния на состояние самих глаз.

Испытывая гомеостаз на прочность

Знаете, почему человеческий организм – и тело, и мозг, – в принципе отличаются большой пластичностью и адаптивностью? Забавно, но это объясняется тем, что отдельные клетки и ткани изо всех сил пытаются остаться такими, какие они есть, и ничуточки не меняться.

Человеческий организм стремится к стабильности. Он поддерживает внутри себя одну и ту же температуру, давление и скорость сердечного ритма, уровень глюкозы в крови и уровень pH (соотношение кислотности/щелочности), примерно один и тот же вес. Ни один из этих показателей нельзя назвать статичным – пульс растет от упражнений, вес меняется от переедания или диет, – но в целом все эти изменения временные и в конце концов организм возвращается в исходное состояние. В науке это явление называется гомеостазом, то есть стремлением системы (любой, но в основном живой) к равновесию.

Отдельные клетки тоже предпочитают стабильность. Они стараются поддерживать один и тот же уровень жидкости, а также баланс положительных и отрицательных ионов, в частности ионов натрия и калия, и различных молекул, и делают это, определяя, какие ионы и молекулы должны остаться в клетке, а какие – покинуть ее сквозь мембрану. И вот что также важно: для продуктивной работы клеткам нужна стабильность. Если окружающие клетку ткани становятся слишком горячими или холодными, меняется водный баланс или падает уровень кислорода, это сразу снижает функциональность клетки. Слишком радикальные или продолжительные изменения приводят к гибели клетки.

Поэтому в человеческом организме предусмотрены разные механизмы для поддержания состояния равновесия. Предположим, вы с энтузиазмом приступили к какому-нибудь занятию, требующему больших физических усилий. Сокращение мышечных волокон приведет к тому, что отдельные мышечные клетки станут требовать больше энергии и кислорода, источником которых является кровь, транспортируемая по сосудам. В результате упадет уровень кислорода и энергии в кровеносной системе, на что соответственно отреагирует организм: вырастет частота дыхания (для восполнения нехватки кислорода) и из разных источников будет выделена энергия для мышц, которая направится к ним по кровеносной системе. Вместе с этим вырастет и скорость кровообращения – чтобы быстрее доставить кислород и энергию в те части организма, которые в них больше всего нуждаются.

Если физическая нагрузка не так уж велика, механизмы гомеостаза будут работать в полную силу и упражнение скорее всего не приведет ни к каким переменам в организме. Ведь с точки зрения организма ему нет никакого резона меняться – все и так прекрасно работает.

Другое дело, если вы решаете перейти к изнурительным и тяжелым упражнениям, которые превышают способности механизмов гомеостаза. В таком случае системы и клетки организма оказываются в аномальном состоянии – падает уровень кислорода и разных связанных с энергией веществ: глюкозы, аденозиндифосфата (АДФ) и аденозинтрифосфата (АТФ). Изменяется и метаболизм клеток, в них запускаются разные биохимические реакции, приводящие к выработке нестандартных для этих клеток веществ. Клеткам такое положение дел не нравится, и в ответ они призывают на помощь разные гены из своей ДНК (большая часть генов клетки неактивна, и клетка может «включать» или «выключать» нужные ей гены). Активированные гены в свою очередь запускают или ускоряют разные биохимические процессы в клетке, которые изменяют ее поведение сообразно новым обстоятельствам – то есть стрессовой ситуации, в которой в данный момент находится организм.

Крайне сложно в точности описать все то, что происходит в клетке, когда нарушается гомеостаз организма. Ученые только недавно приступили к изучению этой богатой и сложной области. К примеру, недавно было проведено исследование на крысах, которое показало, что при увеличении нагрузки на определенную мышцу задних лап в их организме активизируется 112 различных генов[24]24
  Более точно: ученые насчитали 112 матричных информационных РНК в клетках мышц, которые стимулировали к активной работе. Матричные РНК – часть процесса, в котором информация в ДНК используется для создания белков. Каждая РНК связана с определенным геном, но тем не менее в своем исследовании ученые нашли все же мРНК, а не сами гены.


[Закрыть]
. По тому, какие гены включались в работу, можно судить о происходящих в организме процессах. Например, активизировались гены, отвечающие за метаболизм и структуру мышечных клеток, а также гены, определяющие скорость, с которой формируются новые мышечные клетки. Результатом всех этих изменений стало укрепление мышц задних лап у крыс[25]25
  Опять-таки уточним: крысы были утилизированы, а их мышечная ткань исследована до того, как их мускулы полностью приспособились к новым нагрузкам. Это была необходимая мера – как только бы мышцы приспособились к новому уровню нагрузки и восстановили гомеостаз, пропали бы признаки всех этих 112 генов. Но если бы крысы продолжили жить, их мускулы приспособились бы и организм вновь вошел в состояние равновесия.


[Закрыть]
. По сути, организм вынудили выйти за пределы его зоны комфорта, и в ответ на это мышцы стали сильнее, расширив тем самым эти пределы. Равновесие вновь было восстановлено.

Так в общих чертах физическая активность воздействует на наш организм: когда определенные мышцы, сердечно-сосудистая система или другие системы находятся в стрессовой ситуации и нарушается равновесие, организм запускает процессы изменений, чтобы восстановить его. Предположим, что вы решили заняться спортом, например бегать трижды в неделю по полчаса, поддерживая пульс на рекомендуемом уровне в 70 % от максимального (примерно 140 ударов в минуту для молодых людей). Постоянные занятия приведут к снижению уровня кислорода в капиллярах мышц ног. В ответ на это организм начнет выращивать новые капилляры, чтобы повысить насыщаемость кислородом до комфортного уровня.

Получается, что стремление нашего организма к равновесию и стабильности можно использовать, чтобы меняться к лучшему: если достаточно долго прилагать какие-то усилия, организм в итоге перестроится так, чтобы эти усилия давались нам легче. В результате вы станете более крепким, выносливым, координированным. Но не все так просто: как только перестройка закончится – когда вырастут новые мышечные волокна и капилляры, – организм вновь войдет в состояние равновесия. Переменам придет конец. Чтобы этот процесс не замирал, вам придется постоянно повышать планку: начать бегать дальше, быстрее, по пересеченной местности. Если вы не будете этого делать, организм войдет в состояние гомеостаза (хоть и на новом для себя уровне).

Поэтому так важно постоянно выходить немного за пределы зоны комфорта: это заставит ваш организм беспрерывно подстраиваться и меняться. Но будьте осторожны! Ставя перед собой нереальные цели, вы рискуете заработать травмы, что отбросит вас далеко назад.

Эти процессы вкратце описывают, как реагирует на физическую активность наше тело. О том же, как реагирует мозг на умственную активность, ученым известно куда меньше. Принципиальное различие между телом и мозгом заключается в том, что клетки мозга взрослого человека в норме не делятся и не образуют новые клетки[26]26
  См. Fred H. Gage. “Neurogenesis in the adult brain,” Journal of Neuroscience 22 (2002): 612–613.


[Закрыть]
. Существуют исключения, как в случае с гиппокампом, но в большинстве областей мозга изменения, вызванные упражнениями, не приводят к появлению новых нейронов. Вместо этого мозг перераспределяет ресурсы – усиливает или ослабляет некоторые нейронные связи, иногда добавляет новые или убирает старые. Кроме того, мозг может увеличить выработку миелина – изоляционного вещества, составляющего оболочку нервных клеток. Миелин ускоряет передачу нервных импульсов – в некоторых случаях в 10 раз! Нейронные сети отвечают за многие процессы, в том числе мышления, памяти, контроля движений и интерпретации сенсорных сигналов. Ускорив передачу импульсов по этим сетям, мы можем многого добиться, например научиться читать газету без очков или быстро выстраивать оптимальный маршрут из пункта А в пункт Б.

При этом чем сложнее испытание, тем сильнее изменится структура мозга. Недавние исследования показали, что овладение новым навыком гораздо вероятнее вызовет структурные изменения мозга, чем усовершенствование уже освоенного. С другой стороны, слишком усиленные и продолжительные занятия приводят к эффекту «выгорания» и снижают эффективность обучения. Иными словами, мозг, как и тело человека, быстрее всего меняется, если мы совсем немного выходим за пределы зоны комфорта – но не слишком далеко.

Формируя мозг

В основе успеха методик целенаправленной и сознательной практики лежит тот факт, что мозг и тело человека реагируют на испытания развитием новых умений и способностей.

По сути, между подготовкой лондонского таксиста к экзамену и тренировками гимнаста перед Олимпиадой нет никакой разницы: они предполагают использование свойств адаптивности мозга и тела для развития новых навыков.

Проще всего это отследить на примере развития какого-нибудь музыкального навыка. За последние два десятилетия ученые досконально изучили процессы, которые происходят в мозгу при занятиях музыкой, и то, как эти процессы приводят к появлению талантливых исполнителей[27]27
  См. Karen Chan Barrett, Richard Ashley, Dana L. Strait, and Nina Kraus. “Art and science: How musical training shapes the brain,” Frontiers in Psychology 4, article 713 (2013). Информация в этом разделе во многом опирается на данные, изложенные в этой работе.


[Закрыть]
. Наиболее известное исследование на эту тему было опубликовано в 1995 году в журнале Science. Четверо ученых из Германии и психолог Эдвард Тауб из Университета Алабамы набрали экспериментальную группу из четырех скрипачей, двух виолончелистов и одного гитариста. Все музыканты были правшами. Перед началом эксперимента ученые сделали снимки мозга всех участников. Также была составлена контрольная группа из 6 немузыкантов. Тауб с коллегами хотели выяснить, различаются ли у участников из обеих групп зоны мозга, контролирующие движения пальцев.

В первую очередь Тауба интересовали пальцы музыкантов на левой руке: игра на скрипке, виолончели и гитаре требует исключительного контроля. Пальцы нужно передвигать вверх и вниз по грифу, со струны на струну, и проделывать все это порой на невероятной скорости и с абсолютной точностью. Кроме того, для извлечения некоторых типов звуков – например вибрато, – музыканты должны владеть сложнейшей техникой, когда палец чуть скользит или дрожит на струне. Из всех пальцев левой руки меньше всего напрягаться приходится большому: им, как правило, только придерживают гриф. Правая рука тоже используется реже левой, скрипачи и виолончелисты держат в ней смычок, а гитаристы перебирают ею струны или держат медиатор. Иначе говоря, тренировки всех музыкантов, играющих на струнных инструментах, направлены в первую очередь на развитие пальцев левой руки. Но какой эффект это оказывает на мозг?

Чтобы определить, какие зоны мозга отвечают за какие пальцы, команда Тауба использовала магнитоэнцефалограф – аппарат, измеряющий и визуализирующий магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности мозга. В частности, ученые дотрагивались до отдельных пальцев участников эксперимента и наблюдали, какая область мозга реагирует на прикосновение[28]28
  В связи с трудностями проведения магнитоэнцефалографии ученые не стали обследовать каждый палец на левой руке, а сосредоточили свое внимание на большом пальце и мизинце. Отделы мозга, отвечающие за три остальных пальца, находятся между отделами, отвечающими за большой палец и мизинец, так что ученые смогли определить размеры всех этих областей, включив в исследование лишь данные о двух пальцах.


[Закрыть]
. Выяснилось, что зона мозга, отвечающая за левую руку в целом, у музыкантов куда крупнее, чем у участников контрольной группы. Кроме того, обнаружилось, что у музыкантов области мозга, контролирующие пальцы, «захватили» и часть зоны, отвечающей за ладонь. При этом степень разрастания напрямую коррелировала с тем, как рано человек начал играть на инструменте. Область мозга у музыкантов, связанная с правой рукой, была такого же размера, как и у членов контрольной группы.

Вывод прост: годы игры на струнном инструменте привели к постепенному разрастанию зоны мозга, ответственной за пальцы левой руки, и соответственно – к лучшему владению этими пальцами.

За 20 лет, прошедших с того эксперимента, ученые еще больше узнали о том, как занятия музыкой влияют на структуру и работу мозга. Например, мозжечок – часть мозга, играющая важную роль в контроле передвижения, – у музыкантов крупнее, чем у обычных людей. И чем больше часов провел за инструментом музыкант, тем крупнее у него мозжечок. Кроме того, у музыкантов больше серого вещества в разных частях коры головного мозга, в том числе в соматосенсорной коре (отвечает за осязание и другие чувства), в верхнем темени (обрабатывает импульсы, поступающие от рук) и премоторной коре (планирует задачи по передвижению в пространстве и отслеживает их выполнение).

Не будем углубляться в подробности того, что именно происходит с каждой областью мозга: неспециалистам это вряд ли будет интересно. Но общая картина такова: занятия музыкой изменяют структуру и функциональность мозга так, что в итоге мы оказываемся более приспособлены к занятиям музыкой. Другими словами, эффективные занятия не только помогут вам научиться играть на музыкальном инструменте, они сделают вас более способными к музыке. Занимаясь должным образом, вы изменяете участки мозга и в каком-то смысле делаете себя талантливее.

В других областях таких исследований проводилось куда меньше, тем не менее результаты все равно каждый раз говорят об одном и том же: долговременные занятия приводят к изменениям тех областей мозга, которые относятся к развитию соответствующих навыков.

Некоторые подобные исследования изучали чисто интеллектуальные навыки, например математические способности. У математиков нижняя теменная долька содержит гораздо больше серого вещества, чем у обычных людей. Эта часть мозга отвечает за математические вычисления и визуализацию объектов в пространстве. Именно на нижнюю дольку темени обратили внимание нейробиологи, изучавшие мозг Альберта Эйнштейна. Выяснилось, что она у Эйнштейна не только намного больше среднего, но и обладает необычной формой. Это заставило ученых задуматься: а не могло ли это напрямую повлиять на способность Эйнштейна создавать абстрактные математические построения[29]29
  См. Sandra F. Witelson, Debra L. Kigar, and Thomas Harvey. “The exceptional brain of Albert Einstein,” The Lancet 353 (1999): 2149–2153.


[Закрыть]
? Но, быть может, некоторые люди, как и Эйнштейн, просто родились с более крупной нижней теменной долькой и потому обладают склонностями к математике? Ученые так не думают: они исследовали эту часть мозга у математиков и обычных людей и обнаружили, что, чем дольше человек занимался математикой, тем больше у него содержится серого вещества в правой задней теменной дольке – а это позволяет предположить, что увеличение дольки является результатом постоянных занятий математикой, а не врожденным свойством[30]30
  Интересно, что корреляции между стажем работы математиком и размером левой задней теменной дольки найдено не было. Возможно, это объясняется лишь тем, что в исследовании участвовало недостаточно людей, чтобы ученые могли опубликовать статистически обоснованные результаты.


[Закрыть]
.

Проводились и исследования, целью которых было изучение навыков, совмещающих умственный компонент с физическим. В одном недавнем эксперименте ученые сравнили мозг пилотов-планеристов с обычными людьми, и также выяснили, что у пилотов в некоторых областях мозга содержится больше серого вещества – например в левой передней части премоторной коры, передней части передней поясной коры и области глазодвигательного поля. Эти зоны отвечают за умение контролировать рычаг планера, сравнение визуальных сигналов во время полета с сигналами, определяющими положение тела в пространстве и положение планера, а также за умение контролировать движение глаз.

Даже в занятиях, которые мы считаем чисто физическими – плавании или гимнастике, – мозг играет главную роль. Дело в том, что развитие этих навыков требует точного контроля каждого движения тела. Исследования доказали, что занятия такими видами спорта также влияют на структуру мозга: например, толщина коры, по которой определяют количество серого вещества, у ныряльщиков в трех областях больше, чем у тех, кто никогда не занимался прыжками в воду. При этом все упомянутые области играют роль в визуализации и контроле движений.

Таким образом, несмотря на мелкие различия, в целом картина для всего мозга одинакова: регулярные занятия приводят к изменениям в частях мозга, которые чаще задействуются во время этих занятий. Мозг адаптируется к сложным задачам, перераспределяя собственные ресурсы и изменяя нейронные сети так, чтобы облегчить их выполнение.

Таковы основные идеи проведенных исследований, изучающих воздействие упражнений на мозг. Существуют и другие детали, достойные упоминания.

Так, надо отметить, что с возрастом воздействие тренировок на мозг меняется. Мозг детей и подростков намного пластичнее и потому занятия оказываются наиболее эффективными в юном возрасте. По этой же причине упражнения в детском возрасте влияют на дальнейшее развитие мозга и в некоторой степени определяют его. Это называется эффектом веточки: если слегка изменить направление роста веточки, то, развившись полностью, она может приобрести формы, отличные от первоначальных и задуманных природой. Изменить направление роста взрослой ветки гораздо сложнее.

Здесь представлен ознакомительный фрагмент книги.
Для бесплатного чтения открыта только часть текста (ограничение правообладателя). Если книга вам понравилась, полный текст можно получить на сайте нашего партнера.

Купить и скачать книгу в rtf, mobi, fb2, epub, txt (всего 14 форматов)



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24