Через пять лет после Шеррингтона Дональд Хебб, американский нейропсихолог, был поражен случайным озарением, которое привело его к созданию первого квазиэкспериментального теста на пластичность мозга.

Когда этот сорокатрехлетний исследователь взял домой крысят из своей лаборатории в Университете Макгилла в Канаде и дал их своим детям в качестве домашних животных, он позволил этим грызунам свободно перемещаться по дому. Озарение Хебба состояло в том, что он захотел сравнить мозги этих свободно перемещающихся крыс с теми крысами, которые содержались в клетках его лаборатории.

Через несколько недель он устроил для этих двух групп крыс своего рода тест интеллекта, заставив их пройти через лабиринт. Домашние крысы, которые могли свободно перемещаться по дому Хебба и беспрепятственно общаться друг с другом, а также с Хеббом и его семьей, значительно лучше ориентировались в лабиринте, чем крысы, ограниченные небольшими клетками.

К концу 1990-х годов исследователи подтвердили ряд изменений в размере мозга, объеме серого вещества, размере нейронов, дендритных ветвлениях, а также количестве синапсов в нейронах, связанных с опытом и стимулированием. Ученые пришли к выводу: чем сильнее стимуляция и чем обширнее опыт, тем крупнее нейроны, плотнее дендриты, больше количество синапсов и объемнее серое вещество.

На старших курсах в Университете Смита в 1977—1978 годах я написала первую профессиональную журнальную статью под руководством Нико Спинелли, профессора кафедры психологии и информатики Университета штата Массачусетс, Амхерст. Он проводил новаторские эксперименты по пластичности зрительной коры.

Предыдущие исследования изучали мозг млекопитающих, выросших в обедненной среде. Спинелли хотел посмотреть, будет ли пластичность работать в «нормальной» среде. Поэтому мы взяли котят, воспитанных их матерями в стандартных условиях, и предложили им то, что называется обучением избеганию. В этих экспериментах «безопасный» и «небезопасный» стимулы ассоциировались с двумя различными визуальными воздействиями: вертикальными и горизонтальными линиями. Поскольку котята научились связывать безопасный стимул с горизонтальной или вертикальной линией, число нейронов в этих частях визуальной коры увеличивалось. Результаты, которые были опубликованы в журнале Science, подтвердили, «что раннее обучение производит пластические изменения в структуре развивающегося мозга», или, выражаясь проще, молодой мозг формируется с помощью опыта.

Конечно, взрослый мозг также может формироваться опытом. Исследователи пластичности нейронов обнаружили, что даже в старости мозг можно перестроить – просто не так легко и не так устойчиво, как в детстве и подростковом возрасте.

Если детский мозг будет реагировать и меняться в ответ на практически любую стимуляцию, то пластичность взрослых работает только в определенных поведенческих контекстах.

Например, у таксистов Лондона (как известно, сложного для навигации города) ученые обнаружили увеличенный гиппокамп, в частности в области, ответственной за пространственную память. У скрипачей и виолончелистов, которые должны использовать свои руки плавно и быстро, была обнаружена увеличенная моторная область коры. А в необычном эксперименте, проведенном несколько лет назад Патрицией Мак-Кинли из Университета Макгилла, удалось доказать, что обучение танго, которое подразумевает одновременно сложные движения и тонкое чувство равновесия, улучшало способности пожилых людей в возрасте 68—91 года переключаться между двумя разными когнитивными задачами. Пластичность, таким образом, в каком-то смысле еще один синоним слова «обучение».

Первые несколько лет детства длится критический период пластичности, в котором обучение происходит быстро и легко. Эксперты по эволюции считают, что это способ мозга помочь нам быстрее адаптироваться к конкретной среде, в которой нас воспитывают. Концепция здесь та же, что и у импринтинга, когда у утенка развивается глубокое и мощное желание следовать за матерью-уткой, а не за кем-то еще.

Когда мне было пять лет, я видела это в действии, хотя я, конечно, не знала, как это работает. Была Пасха, и только что родился мой младший брат. Возможно, из-за этого друзья моих родителей дали мне мою собственную «лялю-уточку», к ужасу моих родителей. Я обожала эту пушистую птичку и была абсолютно очарована тем, что она будет следовать за мной по дому и даже пойдет со мной во двор. Поскольку я была с этой уточкой почти с ее рождения, она посчитала меня своей мамой.

Годы спустя я читала детскую книгу «Ты моя мама?» П. Д. Истмэна своим сыновьям. В принципе, эта книга об импринтинге. Молодой птенец покидает свое гнездо, пока его мать ушла искать пищу, и отправляется в путешествие. Каждому животному и каждому предмету, который он встречает, – котенку, курице, собаке, корове, автомобилю, даже огромному экскаватору – он задает вопрос о своей принадлежности. К счастью экскаватор поднимает его наверх обратно в гнездо и кладет рядом с его настоящей мамой.

Я, пятилетняя, была единственной мамой моего утенка.

К сожалению, конец наших отношений было внезапным и жестоким. Примерно через неделю после Пасхи я вернулась домой из детского сада, и мой утенок снова стал ходить за мной по дому. Но на этот раз, когда я прошмыгнула между кухней и столовой через вращающиеся двери, птенцу не удалось сделать это и его сплющило. Я плакала в течение нескольких дней.

Тринадцать лет спустя, на первом курсе Университета Смита, я создала свой собственный эксперимент по импринтингу с цыплятами для класса по продвинутой биологии. Чтобы произвести импринтинг цыплят на звук, я целую неделю «облучала» их конкретными звуками или тонами. В конце обучающего периода птенцы были помещены на своего рода подиум и им воспроизводились два звука – один из них знакомый звук, который я включала им семь дней подряд. Все цыплята пошли на знакомый звук: звук запечатлелся в них. Я помню это так хорошо, потому что моя мама была в гостях у меня во время эксперимента и она помогла мне печатать результаты!

Как на самом деле происходит обучение? Молодой и старый мозг работают одинаково, получая информацию от органов слуха, зрения, вкуса, осязания, обоняния. Сенсорная информация передается через сеть нейронов и хранится в кратковременной памяти. Эта область памяти является крайне неустойчивой и постоянно получает информацию из почти непрерывного информационного потока, с которым органы чувств сталкиваются каждую минуту во время нашего бодрствования. После обработки информации в краткосрочной памяти она сравнивается с существующими воспоминаниями и если она совпадает с ними, то отсеивается. (Пространство мозга слишком ограничено и слишком драгоценно, чтобы занимать его нейронными дубликатами.) Если информация является новой, то она отравляется в одно из мест в головном мозге, где хранятся долгосрочные воспоминания.