Мозг ребенка. Понятно о непонятном1

Оказывается, активность мозга ребенка никогда не прекращается, она переходит из одного участка в другой, создавая чрезвычайно структурированный поток мыслей, которые он потом проецирует во внешний мир.

По мнению других ученых, если у детей формирование «рабочего пространства» — набора участков мозга, – едет в щадящих условиях, то их мозг обеспечен гибко обменивающимися сигналами, что позволяет управлять информацией изнутри и выполнять уникальный интеллектуальный синтез. Иными словами, человеческий мозг, в итоге, способен мобилизовать сверху вниз практически любые участки мозга и довести информацию до сознания.

Когда выяснилось, что активность человеческого мозга может происходить независимо от внешних стимулов, возникла необходимость искать новые парадигмы для его изучения. Одна из самых популярных гипотез заключается в том, что человек, и особенно современный ребенок, за счет высокотехнологического обеспечения развития, обладает уникальной способностью расширять свою функциональность. Следствием такого скачка становиться изобретение новых культурных инструментов человечества. Так же, как в свое время что-то подвигло человека изобрести письменность, арифметику, науку вообще.

Такая «культурная рециркуляция» показывает, что архитектура мозга ребенка формируется при сложном сочетании биологических и культурных элементов. Вероятно, когда ребенок получает образование, это еще больше увеличивает разрыв между человеческим мозгом и мозгом, например, наших братьев-приматов. Многие ученые мира ведут поиск методов, позволяющих расшифровать организацию мозга младенца и выяснить, как он меняется в процессе образования.

Так что же уже известно о развитии детского мозга, и как эти знания использует современная педагогика? Обратите внимание, что грандиозное взаимодействие генетических факторов и окружающей среды, мы будем наблюдать на каждом из этапов развития мозга.

Эмбрион…

У человеческого зародыша уже на 16-й день внутриутробного развития можно различить так называемую нейрональну пластинку, которая в течение следующих нескольких дней образует желоб, верхние края которого срастаются и образуют трубку. Этот процесс является результатом сложной координированной работы целого ряда генов и зависит, от наличия определенных сигнальных веществ, в частности, фолиевой кислоты. Формальным началом развития, собственно, головного мозга считается процесс, когда начинается формирование и деление регионов мозга уже на периоде 7 недель.

Скорость роста мозга плода поражает: ежеминутно формируется 250 000 новых нейронов! Миллионы связей образуются между ними! Каждая клетка занимает свое определенное место, каждая связь аккуратно организована. Нет места для произвольности и случайности. Первой появляется реакция на прикасания – тактильная чувствительность. На восьмой неделе плод реагирует на прикосновение к губам и щечкам. На 14-й неделе плод реагирует на прикосновение к другим частям тела. Следующим развивается вкус – уже на 12 неделе плод чувствует вкус амниотичной жидкости и может реагировать на материнскую диету.

На звук плод реагирует начиная с 22-24 недель жизни. Сначала улавливает звуки низкого диапазона, но постепенно диапазон расширяется, и уже перед рождением плод распознает разные голоса и даже различает отдельные звуки. Утробная среда, где развивается плод, достаточно шумная: здесь стучит сердце, шумит поток жидкостей и перистальтика кишечника. Поступают разнообразные звуки и из внешней среды, хотя и приглушенные тканями матери. Впрочем – что интересно – диапазон человеческого голоса в 125–250 Гц приглушен как раз слабо. Следовательно, разговоры извне формируют большую часть звукового окружения плода.

Отдельное внимание исследователей привлекает реакция на боль. Определить, чувствует ли плод боль сложно – боль в большой мере субъективный феномен. Впрочем, несознательный ответ на болевые раздражители начинается около 24-26 недели развития, когда впервые формируется нейрональний путь ответа. С момента развития первых органов чувств, мозг начинает получать от них информацию, что само по себе выступает фактором его же развития и приводит к обучению.

Возникает вопрос, насколько важной является, полученная таким образом, информация и можем ли мы определенным образом влиять на плод, побуждая мозг к развитию и способствуя учебе?

Плод может учиться распознавать вкус и запах. Например, если мать употребляет чеснок во время беременности, то новорожденный младенец будет демонстрировать меньше отвращения к запаху чеснока, чем младенец, мать которого чеснок не употребляла. Новорожденные дети также будут отдавать преимущество музыке, которую они слышали в утробе, по сравнению с музыкой, которую слышат впервые. Все это уже установлено наукой. Но до сих пор непонятно, имеет ли явление перенатальной (внутриутробной) учебы хотя бы какой-либо длительный эффект. Однако, способность плода к «учебе» наводит некоторых людей на мысль, что есть возможность усилить этот эффект. И такие попытки осуществляются. Впрочем, об этом нет никаких солидных научных исследований.

Новорожденный…

На момент рождения мозг младенца имеет фактически все необходимые нейроны, но продолжает активный рост и за следующих два года достигает 80% размера мозга взрослого человека. Что происходит в течение этих двух-трех лет?

Основной прирост веса мозга происходит за счет глиальных клеток, которых в 50 раз больше чем нейронов. На картинке нейроны (зелёные) в окружении глиальных клеток (красные). (Фото C.J.Guerin, PhD, MRC Toxiology Unit).

Глиальные клетки не передают нервные импульсы, как это делают нейроны, но они обеспечивают жизнедеятельность самих нейронов: поставка питательных веществ, уничтожение отмерших нейронов или поддержка их в определенном положении, формирование миелиновой оболочки и пр.

С момента рождения в мозг малыша поступает громадное количество сигналов всех органов чувств. В это время мозг младенца открыт к моделирующей руке опыта в значительно большей степени, чем в любой другой промежуток жизни человека. В этот период, в ответ на требования окружения, мозг становиться «скульптором самого себя».

Зрение и мозг. Понимание особенностей формирования зрительной коры началось с известных экспериментов Девида Хьюбела и Торстена Визела в 60-х годах прошлого столетия. Они продемонстрировали, что если котятам временно закрыть один глаз в определенный критический для развития мозга период, то в мозге не формируется определенная связь. Даже, после того как зрение восстанавливают, то полноценное бинокулярное зрение уже никогда не сформируется. На картинке путь зрительных нервов от глаз к зрительной коре в затылочной части мозга.

Это открытие открыло новую эру в понимании роли критических периодов развития ребенка и важности наличия соответствующего стимула в нужный период времени. В 1981 году исследователи получили за это открытие Нобелевскую премию.

Историю с котятами, воспроизводить на людях, очевидно, не гуманно. Но эти опыты позволили понять особенности развития человеческого мозга. Примеры с врожденной катарактой у детей, указывают на то, что и у человека есть критические периоды в развитии мозга, которые требуют наличия определенных внешних зрительных стимулов для корректного развития мозга. Что же известно о зрении новорожденного? (по ссылке можно посмотреть на мир глазами младенца в различный возрастной период).

Новорожденный ребенок видит в 40 раз менее раздельно, чем взрослый человек. Наблюдая и созерцая, мозг ребенка учится анализировать изображение и уже за два месяца он способен различать основные цвета, а изображение становится более четким. В три месяца происходят качественные изменения, в мозге формируется зрительная кора, изображение становится близким к тому, как в последующем будет видеть взрослый человек. Через полгода ребенок уже способен различать отдельные детали, хотя и видит пока в 9 раз хуже, чем взрослый. Полностью зрительная кора формируется к 4-му году жизни.

Уже давно ни у кого не вызывает отрицаний тот очевидный факт, что в первые три года жизни происходят важнейшие этапы в формировании мозга. Серьезным подтверждением может служить явление госпитализма, которое в 1945 описал Шпитц. Речь идет о том, что у детей на первом году жизни, воспитываемых в учреждениях, идеальных с точки зрения медицинского и гигиенического ухода, но в отсутствии родителей наблюдалось ухудшение их физического и психического состояния. Дети страдали от депрессий, были пассивны, заторможены в движениях, с бедной мимикой и плохой зрительной координацией, даже в целом нефатальные болезни часто имели летальные последствия. Сегодня наблюдают также явление семейного госпитализма, которое развивается у детей на фоне эмоциональной холодности родителей.

При длительной депрессии гиппокамп (на рисунке) — центральная структура лимбической системы мозга, по форме напоминающая морского конька, — может значительно потерять в объеме (изображение с сайта www.morphonix.com)

Факт, что первые три года жизни, безусловно, критические для развития мозга ребенка, побудил ученых к последующим исследованиям, а педагогов и политиков к бурной кампании в поддержку стимуляции мозга ребенка на протяжении первых трех лет жизни. Началось все с утверждения, что, очевидно, мозг формируется от нуля до трех лет, и после этого уже поздно что-то делать.

В Америке тогда при государственной финансовой поддержке стартовали даже две кампании «I Am Your Child» и «Better Brains for Babies». Как результат – гора книжек, учебных программ для родителей и статей в прессе. Главный message этих программ: за первые три года нужно как можно активнее активизировать ментальную стимуляцию мозга новорожденного. Такой подход получил название science-based еnriched environments.

Родители ринулись покупать младенцам диски с Моцартом для беби, флэш-карты с яркими изображениями, которые должны развивать и пр. Но оказалось, что педагоги несколько опередили ученых. В разгар кампании один журналист позвонил по телефону нейрофизиологу Джону Бруеру, автору работы «The Myth of the First Three Years: A New Understanding of Early Brain Development and Lifelong Learning» и спросил: «Базируясь на нейрофизиологии, что бы вы могли посоветовать родителям относительно выбора садика для их детей?». Бруер ответил: «Базируясь на нейрофизиологии – ничего». Правда заключается в том, что наука до сих пор точно не знает, какие именно условия оптимальны для развития мозга в течение первых трех лет.

Для родителей, которые обеспокоены тем, что не успели вовремя развить ребенка за первые три года, у ученых есть утешительный аргумент: развитие мозга продолжается и после трех лет. В мозге формируются нейронные связи в течение всей жизни. Хоть этот процесс и не совсем линейный, он также генетически запрограммирован, и так же зависит от приобретенного опыта и окружения. В одни периоды жизни он более интенсивен, чем в другие. Следующий период большой перестройки мозга – подростковый возраст.

Подросток…

Мозг подростка – это строительная площадка. Ученые давно изучают мозг человека, но настоящий прогресс начался с применением технологии магнитно резонансной томографии. Эта технология позволяет визуализировать активные участки мозга, которые называют функциональными. Речь идет не просто об определении участка, а об определении именно тех участков, которые активизируются в ответ на стимул.

На базе этого метода в американском National Institute of Mental Health под руководством Dr. Jay Giedd начался масштабный проект по исследованию мозга подростков и его изменении в процессе взросления. Мозг 145 нормальных детей сканировали с интервалом в два года и исследовали, какие участки мозга обрабатывают информацию и как меняется топография функциональных участков по сравнению с такими же, но уже у взрослых людей. Что же обнаружили ученые?

Первое открытие касалось серьезной перестройки префронтального кортекса. Giedd и его коллеги обнаружили, что мозг за счет лобовой коры (префронтального кортекса), растет как раз перед половой зрелостью. Префронтальный кортекс - участок, который расположен сразу за лобными костями черепа. Перестройка этого участка вызывает особенный интерес, поскольку именно она выступает как CEO мозга, отвечая за планирование, рабочую память, организацию и настроение человека. Как только префронтальный кортекс «созревает», подростки начинают лучше соображать, обретают возможность контроля над собственными импульсами. Префронтальный кортекс назвали регионом «трезвой оценки решений».

Пока у ребенка не созрел префронтальный кортекс, обработка эмоциональной информации остается незрелой и осуществляют ее другие участки мозга, которые менее подходят на такую работу. Именно поэтому подростки склонны к неоправданным рискам, в целом, плохо различают разные эмоциональные состояния других людей.

Это же касается и изучения иностранных языков. Если ребенок выучил второй язык до наступления половой зрелости, но во время большой «подростковой» перестройки его не использует, то нейронные связи, которые его обслуживают, разрушаются. Соответственно язык, который изучался после перестройки мозга, займет особенное место в языковом центре и будет использовать совсем другие связи, чем родной язык.

Кроме мозолистого тела, серьезную перестройку испытывает также мозжечок. И перестройка длится вплоть до взрослого возраста. До сих пор считалось, что функция мозжечка ограничивается координацией движений, однако результаты магнитно резонансной томографии показали, что он также задействован в обработке умственных заданий.

Мозжечок не играет критическую роль в реализации этих заданий, скорее, выполняет функцию копроцесора. Все, что мы называем высоким мышлением, – математика, музыка, философия, принятие решения, социальные навыки, - проходит через мозжечок.

Несмотря на серьезность и количество проведенных исследований, ученые продолжают утверждать, что они все еще мало знают о связи структуры и функций мозга с особенностями развития характера поведения ребенка. Так же малоизвестно, какие факторы являются наиболее весомыми для оптимального развития, и насколько велик потенциал таких резервов мозга. Но одно очевидно – внешние факторы воздействия напрямую обусловливают формирование мозга ребенка.

Сразу вспоминаются результаты научных исследований, которые нашли свое отражение в создании игрушек и программного обеспечения нового формата, ориентированного на мысленное управление предметом или интерфейсом. Они изготовлены с помощью устройств, которые регистрируют суммарную активность больших популяций нейронов, которых только в одном кубическом миллиметре коры головного мозга содержится около 45 тысяч.

Ученые пытаются достичь детального считывания, декодирования мыслей человека. «Будущее – за глубокими мозгомашинными интерфейсами» - считает  российский нейробиолог,  член-корреспондент РАН и РАМН Константин Анохин. Что интересно, для того, чтобы научиться играть в подобные игрушки необходимо развивать в себе волевую регуляцию, умение владеть собой, управлять концентрацией внимания. Иначе просто не получится управлять активностью мозга.