Изследване на мозъка, какво можете да направите? Ние оформяме мозъка си
Човешкият мозък се състои от около сто милиарда нервни клетки, които комуникират помежду си чрез около сто трилиона връзки и произвеждат това, което наричаме възприятие (виждане, чуване, докосване, мирис и вкус), мислене, език, двигателни умения, емоции и т.н. Въпросът, който трябва да бъде зададен тук, е как изглежда, че човешкият мозък е в състояние да се „правилно“ свързва по време на развитието и как почти поема толкова сложни задачи като нещо естествено в ежедневието.
Докато повечето нервни клетки (неврони) присъстват в мозъка при раждането (само в няколко области на мозъка, например тези, които са от решаващо значение за формирането на паметта, са нови нервни клетки, образувани след раждането), експлозия се случва след раждането Увеличение на връзките (синапси). Независимо от средата или специфичните преживявания, това създава огромен излишък на точки за връзка между невроните. В хода на развитието това свръхпредлагане на синапси ще бъде намалено отново в зависимост от степента им на употреба. Следователно опитът е от съществено значение за избора на съединения. Комуникационните точки, които се оказват полезни за обработка, се укрепват и диференцират функционално. Селекцията, растежът и диференциацията са характерни черти на развитието на мозъка. Опитът, т.е. средата на нарастващата система, играе решаваща роля. Това, така че предположението, гарантира, че нашите невронни системи се адаптират възможно най-добре към изискванията на определена среда.
Развитие от бебешката възраст
Въпросът за това как се развиват (човешкият) мозък и успоредно с това психичните функции (възприятие, познание, емоция, личност и т.н.) се изследва с помощта на два подхода, между другото: Проспективните проучвания изследват функционалното развитие и неговите невронни корелати от ранна детска възраст до Зрелост. Това дава възможност да се установи кои промени в мозъка вървят ръка за ръка с кой функционален напредък, като придобиване на перцептивни умения, когнитивни или двигателни умения. Огромният напредък в неинвазивните невронаучни процеси, например измерването на мозъчните вълни (електроенцефалография), междувременно прави възможно проследяването на мозъчните функции при новородени и кърмачета.
Въпреки че това изследване предоставя информация за типичното развитие, на въпроса за зависимостта от опита, т.е. ролята на околната среда в разгръщането на програмата за развитие, не може да се отговори напълно. Това е така, защото поради етични съображения е забранено системното манипулиране на средата на бебета и деца. Неврокогнитивният процес зависи от опита, ако може да се докаже, че се развива само в определен контекст на опита. Говори се за чувствителни фази в развитието, когато трябва да се дадат специфични преживявания през определени фази от живота, за да може една функция да се развие пълноценно. Следователно чувствителните фази са времеви прозорци с повишена пластичност. Пластичността означава, че през това време мозъкът е особено податлив на функционални и структурни промени. За познанието и поведението това означава, че системата се учи особено лесно и бързо. Така че ученето е психологическа функция, която произтича от невропластичността на мозъка.
Чувствителни времеви прозорци
За да могат да се идентифицират чувствителните времеви прозорци на развитие при хората, трябва да бъдат изследвани хора, които са били изложени на нетипична среда в миналото, било от раждането или в по-късна възраст. Ретроспективни изследвания за развитие, например, изследват приспособимостта на неврокогнитивната система към трайна слепота или глухота. Тук се изследва как неврокогнитивната система може да реагира компенсаторно на тази неочаквана за хората среда. Чрез изследване на различните възприятия и когнитивни функции може да се получи информация за потенциала за пластичност на различни функционални области и свързаните с тях мозъчни региони.
Ако се сравнят тези компенсаторни реакции при хора, които са били слепи при раждането, например с тези, които са слепи само в зряла възраст, може да се направят изводи за чувствителни фази за развитието на специфични функции. За да се идентифицират чувствителните фази за „типично“ развитие и основните невронни механизми обаче, трябва да се изследва възстановяването на неврокогнитивните функции след нетипично преживяване с възстановяване на типичната среда. Като модел в човешката област тук се разглеждат хора, които възвръщат зрението си чрез операция след вродена или по-късно приложена слепота. Това са хора, които са родени с плътна непрозрачност на бинокулярните лещи (катаракта) или които са я развили през детството си. Друг пример са проучвания върху глухи хора, които възвръщат слуховите впечатления чрез слухова протеза или кохлеарен имплант.
Лица, родени сляпо като субекти
Компенсаторните помощи за незрящи хора са известни отдавна. Само психологически и невронаучни изследвания успяха да разкрият функционалните области и невронните механизми на такива адаптации. Междувременно голям брой проучвания показват по-добри слухови и тактилни показатели за хора, които са родени напълно слепи. По този начин слепите хора успяват да кодират речевия сигнал по-бързо, особено в среда с много фонов шум. Те имат по-добра памет за шумовете и гласовете в околната среда и могат да локализират шумовете по-точно. Проучванията показват, че различни невронни механизми допринасят за подобряването на ефективността. Съобщава се, че координацията на пространствените представи в слуховата кора и теменния лоб (местоположението на пространственото възприятие въз основа на множество сензорни впечатления) е по-прецизна, отколкото при зрителните субекти, а информацията за самоличността на говорещия и съдържанието на казаното е по-бърза в мозъка на слепородните хора отколкото при зрящи контролни лица.
Въпросът тук е дали такива корекции все още могат да се наблюдават, когато слепотата настъпи по-късно. Това не би се очаквало в същата степен, ако адаптацията към нетипична среда е свързана с чувствителна фаза. Късната слепота среща мозък, който еволюира към живот, основан на зрение. Може да се установи, че хората, които са ослепели по-късно, използват подобни изображения на пространственото кодиране на околната среда като зрящи хора и че те се различават тук от хората, които са слепи по рождение. Често се намират компенсаторни корекции за хора, които ослепяват късно, но техният обхват е по-малък, отколкото за хората с слепота при раждане. В някои функционални области къснослепите и слепородните хора не могат да бъдат разграничени по отношение на тяхното представяне, например при локализиране на източници на звук или разпознаване на гласове.
Ковък за цял живот?
От последното откритие може да се заключи, че съответната функция остава пластична за цял живот и може да се промени по компенсаторен начин дори в зряла възраст. Това заключение обаче често е преждевременно: нашият мозък може да използва различни стратегии, за да стигне до един и същ резултат, т.е.поведение. Кой режим на обработка и по този начин кои невронни системи се използват, не може да бъде решен въз основа на чисто наблюдение на поведението. Тук трябва да се използват невронаучни методи, за да се наблюдават директно нервните системи. Например, беше показано, че слепородните хора усъвършенстват своите пространствени представи, кодирани в сензорни области за локализация на звука. За разлика от тях, хората, които са ослепели по-късно, са склонни да подобряват по-късно процесите на подбор, включващи по-високи области на асоциация. Тези данни предполагат, че първият процес на пластичност може да се адаптира само по време на ранното развитие, т.е. той има чувствителна фаза, докато последният позволява корекции през целия живот.
Този пример също така ясно показва, че включването на невронаучни методи е необходимо за идентифициране на чувствителни фази в развитието. Чувствителните фази в развитието на първо място също означават, че ако някои възможности за обучение липсват в ранното развитие, невронните системи и свързаното с тях поведение вече не могат да се развият напълно. Това означава, че типичните учебни среди в определен момент от време са от съществено значение за едно типично развитие. Аналогично на проучванията върху трайно слепи хора, този въпрос може да бъде изследван при хора, които са слепи от раждането поради плътна непрозрачност на лещите (катаракта), преди повредените лещи да бъдат заменени с изкуствени лещи или специални визуални средства и визуалната информация може да бъде записана отново.
По-късно непрозрачност на лещите
Подобно на модела на трайно слепи хора, хората се изследват като група за сравнение, при която катарактата се развива едва по-късно, например в детството. При тези субекти, поне за известно време, мозъкът се развива като зрящ човек; След премахване на помътняването на лещата, визуалната информация достига визуално „оформен“ мозък. В случай на хора с вродена катаракта, от друга страна, визуалната информация за първи път се сблъсква с мозък, който преди това се е приспособил към живот без зрение.
Може ли и ако да, до кога неврокогнитивната система да се върне към типичната траектория на развитие? Проучванията върху тези хора показват, че дори относително кратък период на слепота не само намалява трайно елементарните зрителни функции като зрителната острота, но и редица по-сложни зрителни функции като възприемането на лица и предмети. Беше забелязано, че функции, които се появяват само късно в развитието, т.е.в момент от време, когато катаракта вече не съществува, също могат да бъдат засегнати. Това явление е известно като „спящ“ ефект и показва, че опитът може да промени развитието на невроналните системи само латентно, което води до трайни промени в по-късно развиващите се системи.
Четете устни
Но не само зрителните функции се променят трайно при хората след вродена катаракта; също така комуникацията на зрителната система с други сензорни системи. Разбираме другите хора по-добре със силен фонов шум, ако можем да проследим движенията им на устните. Този процес на свързване на входовете от различни сензорни системи се нарича мултисензорна интеграция. Хората, които са имали вродена катаракта, могат да четат по устните, но вече не могат да ги комбинират с изслушване на информация по такъв начин, че да могат да подобрят своето говорене. Образните изследвания показват, че визуалната информация не постъпва в слуховата кора, където обикновено е свързана със слуховите входове.
Тези проучвания показват, че не само наличието на специфични преживявания е необходимо за развитието и взаимодействието на невронните системи, но и редът или „оркестрацията“ на тези преживявания също играе важна роля в развитието на мозъка. Може да се предположи, че принципите на човешкото мозъчно развитие, идентифицирани в модела на хора със сетивни увреждания, се прилагат и за други функционални области като емоционално, мотивационно и социално развитие, които са по-малко достъпни за научни изследвания.
В рецензия на Ерик Кнудсен от Станфордския университет през 2004 г. авторът обобщава резултатите от предимно експерименти с животни, които демонстрират ролята на ранния детски опит за функционалното развитие на мозъка и пластичността на мозъка и по този начин способността да се учи в по-късен етап от живота. Заедно с колеги от социологията и икономиката, същият автор извежда последствия за обществото две години по-късно. Тази статия ясно демонстрира, че ранното детско обучение и средите за ранно детско обучение имат решаващо влияние върху по-късните резултати и потенциал за обучение. Съответно инвестициите в развитието на ранното детство се увеличават с всяка следваща година от живота. Ако структурното и функционално формиране на невронни системи не е „инициирано“ по време на чувствителни фази, например поради неблагоприятна среда, това не може да бъде напълно компенсирано по време на по-късните фази на развитие; Тогава компенсаторните мерки са трудоемки, отнемат много време и следователно са разходно интензивни. От икономическа гледна точка ранното детско развитие с неговите чувствителни фази е от особено значение за качеството на живот на хората и за просперитета на едно общество.
Придобиване на чужд език в напреднала възраст
Емоционалните и мотивационни аспекти на такива терапевтични игри също могат да доведат до общо повишаване на пластичността, но това е напълно изразено само в невроналните системи, които се разглеждат чрез допълнително (перцептивно или когнитивно) обучение. Смята се, че по този начин може да се постигне желаната селективност. Подобни механизми на действие се приписват и на други интервенции, например физически упражнения. Бъдещите изследвания трябва да покажат дали фармацевтичните продукти биха могли да постигнат подобни ефекти.
Така че хората имат определено ниво на невропластичност и по този начин способност за учене през целия си живот, която евентуално може да бъде доразвита в определени граници. Тези индивидуални граници, както се предлагат от проучванията за пластичност на развитието, също се определят за всеки индивид от възможностите му за ранно детско обучение. Следователно и двете народни мъдрости, които на пръв поглед си противоречат, са верни: „Това, което Ханс не научава, Ханс никога не се научава“ (чувствителни фази) и „Никога не е късно да се научи“ (пластичност за възрастни).
Авторът е изучавал психология в университета в Марбург. След постдокторски престой в университета в Орегон, тя се превръща в един от първите лидери в новата тогава програма на Еми Нотер на Германската изследователска фондация. Брижит Рьодер е професор по биологична психология и невропсихология в университета в Хамбург от 2004 г. Тя е член на Leopoldina; Нейните научни интереси включват невропластичността на мозъка и взаимодействието на сензорните системи.
Лекционната поредица
Лекционната поредица „Изследване на мозъка, какво можеш да направиш. „Това е инициатива на фондация„ Херти “с нестопанска цел в сътрудничество с Frankfurter Allgemeine Zeitung. Очакванията на невронауките, но и обещанията на самото изследване на мозъка са големи. Но какво наистина може да направи? В тази поредица от статии ние питаме за успехите и възможностите, но също така и за неуспехите и границите на съвременните невронауки в области от социален интерес. Въз основа на поредица от лекции, организирани във Франкфурт от нестопанска фондация Hertie като най-големия частен спонсор на мозъчни изследвания, ние публикуваме статии от водещи мозъчни изследователи по темите език, технология, икономика, болест, изкуство, мислене, музика, съзнание, Чувства, училище, памет и психика.