Как работа и хобби меняют структуру головного мозга

Алекс Хоннольд может в одиночку и без страховки забраться на отвесную скалу высотой в несколько сотен или даже тысяч метров. Вспотевшие ладони, головокружение, сердце, бьющееся в ушах, — похоже, все это ему незнакомо. Тесты показывают, что Хоннольд начисто лишен чувства страха: его помещали в томограф и показывали страшные фотографии, а в ответ его миндалины — области мозга, отвечающие за формирование как положительных, так и отрицательных эмоций, — сохраняли стоическое спокойствие.

У остальных людей, даже у других спортсменов-экстремалов, аналогичные тесты разжигают целый пожар на МРТ-сканах миндалин, но с Хоннольдом такого не было. Этим он похож на людей, страдающих редкой болезнью Урбаха—Вите, но только вместе с бесстрашием, связанным с неработающими миндалинами, он не получил побочных эффектов вроде полного нарушения чувства личного пространства.

Случай Хоннольда уникален, и это подарок для нейронауки. Его бесстрашие помогает лучше понять, как наше сознание порождает разные чувства и насколько сильно они переплетены друг с другом. Точно так же случай Финеас Гейджа, голову которого насквозь прошил металлический лом, в свое время показал ученым, что органические поражения мозга могут до неузнаваемости изменить личность человека.

Изучение выделенных социальных групп противоположно подходу, построенному на ярких кейсах, и в идеале они должны дополнять друг друга. Случаи Хоннольда и Гейджа показывают нам точки прорыва, места, где проседает современная научная парадигма, а систематические исследования мозга представителей четких социальных групп эту парадигму расширяют, добавляют деталей в принятую картину мира и помогают понять отдельные явления.

Предвестники Альцгеймера и природа языков программирования: мозги монахинь и кодеров

В 1986 году ученые университета Миннесоты начали большое многолетнее исследование католических монахинь, в котором они хотели найти достоверные причины развития болезни Альцгеймера. Все монахини ведут очень похожую жизнь, не употребляют наркотики, не увлекаются алкоголем и потому идеально подходят для подобного исследования, в котором нужно максимально строго разграничить влияние на здоровье образа жизни и наследственности.

Эта работа продолжается до сих пор, и поучаствовать в ней успели уже 678 монахинь. Она показала, что развитие Альцгеймера можно с высокой достоверностью предсказать задолго до старости. Перед постригом (средний возраст — 22 года) каждая из женщин писала автобиографическое эссе, лингвистическая сложность которого, как оказалось, указывает на вероятность развития болезни. 80% монахинь, тексты которых не баловали сложным синтаксисом и разнообразными грамматическими конструкциями, в старости страдали болезнью Альцгеймера, в то время как среди авторов более замысловатых текстов заболевших было только 10%.

Совершенно другие задачи в своем исследовании решали ученые из Германии и США, которые хотели понять, насколько языки программирования похожи на обычные, естественные языки. Для этого они привлекли 17 испытуемых и сканировали в томографе активность их головного мозга во время выполнения несложных заданий: людям нужно было прочитать короткую программу, написанную на Java, и предсказать результат ее работы (все испытуемые владели азами программирования).

Выяснилось, что подобные задачи активируют работу нескольких участков мозга, в норме ответственных за память, внимание и языковые способности. В то же время структуры, связанные с математическими вычислениями и логикой, остаются практически в полном покое. Получается, что кодинг ближе к разговору на иностранном языке, чем к решению математических задач, — конечно, с той смелой оговоркой, что чтение простейших программ в несколько десятков строчек может правдоподобно моделировать написание настоящих программ на тысячи и тысячи строк.

Как жизнь меняет наше мышление: таксисты, музыканты и шахматисты

Себастьян Сеунг, профессор Массачусетского технологического университета и специалист по нейронауке, сравнивает нашу нервную деятельность с водой, течение которой направляет русло ручья — структура мозга и хитросплетение нейронных связей в нем. Природные особенности строения нервной системы, с одной стороны, определяют наши мысли и чувства, а с другой — постоянно изменяются под действием тех же самых мыслей, как вода, подмывающая берега и пробивающая себе новое русло. Многие исследования подтверждают эту мысль Сеунга: наш опыт и наша жизнь действительно могут менять структуру головного мозга.

Каждый лицензированный таксист в Лондоне должен пройти непростое испытание — выучить названия и особенности около 25 тысяч лондонских улиц и запомнить все достопримечательности на них, чтобы потом на экзамене письменно и в максимальных подробностях спланировать любой маршрут по городу.

Как показало исследование 2000 года, такая подготовка не только делает ненужными карты или навигаторы, но и сильно увеличивает объем задней части гиппокампа — зоны мозга, связанной с ориентацией в пространстве. Упорный труд и пресловутые 10 000 часов, проведенные в блужданиях по лондонским улицам, будто затачивают работу мозга под идеальное чувство пространства. При этом объем задней части гиппокампа увеличивается у таксистов тем больше, чем больше они провели времени за рулем.

Похожая история есть и для музыкантов, играющих на струнных инструментах. Немецкие ученые показали, что чем дольше они исполняют музыку, тем больше у них, по сравнению с обычными людьми, увеличивается объем коры головного мозга, регулирующей движения пальцев.

Правда, подобная логика — чем больше, тем лучше — работает не всегда. Другое исследование, проведенное швейцарскими учеными на 20 профессиональных шахматистах и 20 шахматистах-любителях, показало, что профессиональное обучение иногда может не увеличивать, а наоборот, уменьшать объем определенных областей, что в первом приближении (но только в первом) даже похоже на характерную картину при порнозависимости или алкоголизме.

Игра в шахматы, по этим данным, приводит к снижению объема серого вещества в зоне стыка височной и затылочной долей мозга, уменьшению объема хвостатого ядра (отвечает за принятие решений) и уменьшению разветвленности верхнего продольного пучка (передает информацию от визуальных зон к исполнительным). Опытные шахматисты как будто балансируют свой мозг и учат его эффективно справляться со сложными интеллектуальными задачами малыми ресурсами (а не убивают его, как делают люди с зависимостью). Точно так же, как Неймар, один из лучших современных футболистов, умеет превосходно контролировать мяч, показывая значительно меньшую активность мозга, чем другие футболисты.

Врожденные особенности: фонетисты и геймеры

Многие могут интерпретировать выводы исследования с шахматистами совершенно по-другому. Возможно, от рождения существует некоторое количество людей с гармонично организованным, сбалансированным, шахматным мышлением, и только они с течением времени могут стать настоящими гроссмейстерами — для остальных шахматы останутся на уровне хобби. Такая логика приводит нас к точно таким же данным, как и логика с руслом, меняющимся под действием стремительного водного потока, а потому для понимания истинной природы наблюдающихся в мозгу изменений почти всегда нужны долгосрочные многолетние исследования.

С подобными объяснениями данных столкнулись и ученые, изучавшие мозги фанатов компьютерных игр. В их исследовании 2011 года участвовало 154 подростка, которых разбили на две группы: тех, кто часто играл в компьютерные игры (больше девяти часов в неделю), и тех, кто играл редко (меньше девяти часов). В результате оказалось, что в мозгу активных геймеров был значительно увеличен объем центров удовольствия, сконцентрированных в вентральной части полосатого тела и выделяющих различные вещества, наполняющие нас счастьем и наслаждением в ответ на еду, общение, секс и другие приятные действия.

Похожие отклонения наблюдаются у шизофреников или людей с разными видами зависимостей, но при этом все испытуемые, по словам ученых, с точки зрения психиатрии в зависимость от видеоигр еще не впали. Интерпретировать такое совпадение опять же можно двумя способами: либо компьютерные игры могут постепенно довести до зависимости, либо от природы существуют люди, склонные к поиску легких, гарантированных удовольствий, одними из которых могут стать видеоигры.

Куда более однозначны результаты нейробиолога Нарли Голестани, изучавшей работу мозга фонетистов — людей, анализирующих звуки различных языков, на многих из которых они иногда даже не умеют разговаривать. Она показала, что слуховая кора фонетистов имеет более сложную структуру, чем у обычных людей, — в ней больше пальцеобразных извилин, заполненных белым веществом. При этом достоверно известно, что эти особенности не могут возникать и развиваться уже после рождения человека. Получается, фонетистом можно только родиться, а вот что делать с таксистами, музыкантами, шахматистами и другими узкоспециализированными профессиями, еще непонятно. Пока наука не запрещает любому пробовать свои силы в каждой из них и надеяться на успех.