Младенцы понимают мир с рождения, ведь их мозг не чистый лист

Веками философы и учёные спорили: рождается ли мозг пустым, готовым впитывать опыт, или приходит в мир уже с какой-то врождённой «начинкой»? Новое исследование на мышах дало неожиданный ответ: похоже, мозг стартует не с чистого листа, а с избыточно заполненной черновой версии, которую затем редактирует и упрощает по мере взросления.

Возможно, мозг младенца уже содержит грубый «черновик» нейронных связей, который жизненный опыт превращает в точный инструмент

Почему мозг младенца не является «чистым листом»

Нейробиологи из Института науки и технологий Австрии (ISTA) исследовали, как устроена ключевая цепь памяти в гиппокампе мышей — области мозга, которая отвечает за пространственную ориентацию и превращение кратковременных воспоминаний в долговременные. Мы, кстати, рассказывали, почему гиппокамп считают центром памяти и как он помогает мозгу собирать воспоминания из отдельных фрагментов.

Учёные изучали так называемые CA3-пирамидальные нейроны — клетки, формирующие одну из главных сетей гиппокампа. Результат оказался контринтуитивным: у новорождённых мышей эта сеть была максимально плотной и хаотичной, с огромным количеством случайных соединений. А вот по мере взросления она не разрасталась, а наоборот — становилась более редкой, упорядоченной и эффективной.

«Это открытие было довольно неожиданным, — говорит нейробиолог Петер Йонас из ISTA. — Интуитивно можно предположить, что сеть растёт и становится плотнее со временем. Но здесь мы видим обратное».

Слева: гиппокамп молодой мыши представляет собой плотную сеть нейронов. Справа: по мере взросления мыши эта сеть сокращается.

Как мозг ребёнка избавляется от лишних нейронных связей

Исследователи назвали обнаруженный механизм моделью обрезки. Суть в том, что мозг начинает жизнь «переполненным» связями, а затем постепенно отсекает лишнее, оставляя только нужные маршруты. Это принципиально отличается от модели «чистого листа», в которой нейроны сначала должны найти друг друга, установить контакт и лишь потом начать работать.

Представьте себе два способа найти путь из точки А в точку Б. Первый: перед вами уже есть густая сеть дорог, и вам нужно лишь выбрать оптимальный маршрут. Второй: дорог нет, и вам приходится строить их с нуля. Очевидно, что первый вариант быстрее — именно так, по мнению учёных, и действует развивающийся мозг.

Команда измеряла электрическую активность и клеточные процессы на трёх стадиях развития мышей:

• сразу после рождения (7–8 дней)
• в «подростковом» возрасте (18–25 дней)
• во взрослом состоянии (45–50 дней)

На каждом этапе нейроны помечались специальным веществом — биоцитином, что позволяло полностью восстановить их форму и проследить связи. Результат был последовательным: от плотного хаоса к организованной структуре.

Еще больше познавательных статей вы найдете в нашем Telegram-канале. Подпишитесь прямо сейчас!

Зачем младенцу избыток нейронных соединений

Точная причина такого устройства пока неизвестна, но у исследователей есть гипотеза. Гиппокамп выполняет исключительно сложную задачу: он должен объединять информацию от разных органов чувств — зрения, слуха, обоняния — и связывать её в единую картину.

«Это сложная задача для нейронов, — объясняет Петер Йонас. — Изначально избыточная связность с последующей избирательной обрезкой может быть именно тем, что позволяет осуществить такую интеграцию».

Другими словами, если нейронам с самого начала доступны все возможные маршруты связи, им не нужно тратить время на поиск друг друга. Они могут сразу «протестировать» разные соединения и оставить только те, которые действительно работают. Возможно, поэтому младенцы так рано начинают понимать наш мир, замечая закономерности, которым их ещё никто специально не учил.

Как мозг помогает детям понимать мир с рождения

Здесь важно сделать оговорку: исследование проводилось на мышах, и пока неизвестно, работает ли тот же механизм в мозге человека. Авторы статьи, опубликованной в журнале Nature Communications, прямо указывают на это ограничение.

Тем не менее сама идея нейронной «обрезки» не нова для нейронауки. Ранее было известно, что в человеческом мозге количество синапсов (контактов между нейронами) достигает пика в раннем детстве, а затем снижается — особенно активно в подростковом возрасте. Новое исследование добавляет к этому детальную картину того, как именно выглядит этот процесс на уровне конкретной нейронной цепи.

Если подтвердится, что человеческий мозг развивается по схожему принципу, это может повлиять на понимание нарушений развития. Например, некоторые гипотезы связывают расстройства аутистического спектра именно с нарушениями нейронных связей — когда лишние связи не удаляются вовремя.

Как врождённые нейронные связи меняют обучение

Развитие мозга напоминает работу скульптора: лишнее отсекается, чтобы проявилась форма

Результаты этой работы предлагают красивую и нетривиальную метафору: мозг — не чистый холст, на который опыт наносит рисунок, а скорее глыба мрамора, из которой жизненный опыт высекает скульптуру. Лишние связи убираются, а нужные становятся крепче и эффективнее.

Конечно, это лишь предварительные данные, полученные на одном виде животных и в одной конкретной области мозга. Но они ставят важный вопрос: если мозг приходит в мир не пустым, а «полным», то насколько наши врождённые нейронные структуры определяют способность к обучению, восприятию и даже интуитивному пониманию мира вокруг? Ответ на этот вопрос потребует новых исследований — уже с участием человеческого мозга.