В — привлекая взгляды. ШФ — в уличном кафе 2 страница

Пластичность мозга и когнитивные упражнения

Эти ранние попытки, с их смешанными результатами, основывались на предпосылке, или по крайней мере надежде, что когнитивная тренировка поможет изменить когнитивные функции. Но все радикально изменилась с появлением новых данных, — что когнитивные упражнения помогают изменить сам мозг. Кажется почти самоочевидным, что так и должно быть.

Когда вы занимаетесь спортом, не только улучшаются ваши атлетические навыки, но и происходит фактический рост мускулов. В отличие от этого, отсутствие упражнений ведёт не только к утрате атлетических навыков, но и к фактическому уменьшению мышечной ткани. Или другой, более важный в этой связи пример: у детёныша обезьяны сенсорная депривация порождает фактическую атрофию соответствующей мозговой ткани.

Однако решающие экспериментальные данные начали появляться только недавно. Было известно, что погружение в обогащённую среду способствует излечению повреждений мозга у крыс12. Теперь механизмы, лежащие за этим излечением, становятся, наконец, понятными. Сравнивалось выздоровление животных с травматическим повреждением мозга в двух условиях: в стандартном окружении и в окружении, обогащённом необычным количеством разнообразной сенсорной стимуляции. При сравнении в мозге животных этих двух групп обнаружились удивительные различия. Восстановление связей между нервными клетками («ветвление дендритов») было намного более энергичным в стимулированной группе, чем в стандартной группе. Имеются также некоторые свидетельства того, что при энергичных умственных упражнениях кровоснабжение мозга улучшается благодаря усиленному росту малых кровеносных сосудов («васкуляризации»)13. Учёные, такие как Арнольд Шайбель, убеждены, что сходные процессы происходят в человеческом мозге. Систематическая когнитивная активация может способствовать интенсивному ветвлению дендритов у жертв инсульта или черепно-мозговой травмы; это в свою очередь облегчает восстановление функции.

Это вызывает другой вопрос: замедляет ли когнитивная активация развитие дегенеративных мозговых расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Пика, болезнь телец Льюи? Эти расстройства характеризуются прогрессирующей атрофией мозга и утратой синаптических связей. Это связано в свою очередь с накоплением патологических микроскопически малых частиц, таких как «амилоидные бляшки» и «нейрофибриллярные клубочки» при болезни Альцгеймера.

В отличие от травмы головы или инсульта, деменции являются медленными, постепенно прогрессирующими расстройствами. Это означает, что эффективность лечения должна оцениваться не только в отношении того, обращает ли оно ход течения болезни (это, по крайней мере пока, было бы нереалистичным ожиданием), но также потому, замедляет ли это лечение развитие болезни. Существуют, однако, данные, что когнитивные упражнения могут временно улучшить физиологию мозга, даже в абсолютном смысле. Учёные в Институте Макса Планка в Германии использовали позитронно-эмиссионную томографию (PET) для изучения эффектов когнитивных упражнений и нейростимулирующих лекарств на метаболизм глюкозы в мозге у людей на ранней стадии когнитивного упадка. В комбинации эти две формы терапии улучшили глюкозный метаболизм мозга14. Немецкое исследование изучало изменения в физиологии неактивированного мозга, его фонового состояния, а также изменения в типах мозговой активации, когда мозг стимулируется когнитивной задачей. Развитие технологии нейровизуализации мозга открывает окно для наблюдения мозговых механизмов психических процессов, которое казалось немыслимым в прошлом. Сейчас возможно прямое наблюдение того, что происходит в мозге, когда человек занят умственной активностью.

Годами принималось за аксиому, что мозг теряет свою пластичность и способность к изменению по мере того, как мы движемся от детства к взрослости. Сегодня, однако, появляются все новые данные, что мозг сохраняет пластичность и во взрослом возрасте и, возможно, на всем протяжении жизни. Раньше предполагалось, что во взрослом организме умирающие нейронные клетки не восстанавливаются. Хотя давно было известно, что новые клетки могут развиваться у птиц (благодаря работе учёного из Рокфеллеровского университета Фернандо Ноттебома) и крыс (благодаря работе Джозефа Альтмана из Университета Индианы), эти данные игнорировались на том основании, что они являются скорее исключением, чем правилом. Но недавняя работа Элизабет Гоулд из Принстонского университета и Брюса МакЮэна из Рокфеллеровского университета показала, что новые нейроны продолжают появляться у взрослых обезьян-мартышек15.

Рост новых нейронных клеток был продемонстрирован в гиппокампе, структуре мозга, играющей особую роль для памяти. В другом исследовании Элизабет Гоулд и её коллеги обнаружили продолжающийся рост новых нейронов в коре взрослых обезьян-макак16. Новые нейроны добавляются к гетеромодальной ассоциативной коре в префронтальной, нижней височной и задней теменной областях — в зонах мозга, участвующих в наиболее сложных аспектах переработки информации.

Новые данные, полученные как на животных, так и на людях, открывают совершенно новый путь осмысления эффектов когнитивных упражнений. Вместо того, чтобы пытаться сформировать или трансформировать специфические психические процессы, попробуй перестроить сам мозг.

Хотя большинству из нас понятно, что психические процессы являются процессами мозговыми, логика, лежащая за различными подходами к когнитивной тренировке, различна. Ранние попытки акцентировали отдельные функции, надеясь, что в результате мозговые структуры, соответствующие этой функции, могут быть как-то модифицированы. Новый подход подчёркивает обобщённые, широкие влияния когнитивных упражнений на мозг. Игрок в теннис или гольф, ежедневно тренируясь, может стремиться к улучшению определённой техники игры. Это соответствует специфической, ориентированной на задачу, когнитивной тренировке. Или же он может надеяться, что, тренируя некоторые определённые аспекты техники, он улучшит другие аспекты техники и тем самым игру в целом. Это соответствует тренировке всей функциональной системы. Или, наконец, он может начать цикл тренировок с целью улучшить не столько игру как таковую, но само тело, которое играет: повысить общую силу, координацию и выносливость. Это соответствует попытке улучшить функцию мозга. Третья цель намного более амбициозна, чем первые две, но новые данные дают основание полагать, что она достижима, по крайней мере в принципе.

Изучение животных показывает, что рост «мощи мозга» путём когнитивной активации — отнюдь не фантазия. Учёные в знаменитом Институте биологических исследований Солка в южной Калифорнии проверяли эффекты воздействия обогащённого окружения на взрослых мышей17. Они обнаружили, что у мышей, помещённых в клетки, оборудованные колёсами, туннелями и другими игрушками, развивалось до 15% больше нервных клеток, чем у мышей, оставшихся в стандартных клетках. «Стимулированные» мыши также лучше, чем «нестимулированные», выполняли различные тесты на «мышиный интеллект». Они были способны лучше и быстрее обучаться лабиринтам.

Эти находки важны в двух отношениях. Во-первых, они развенчивают старое представление о том, что новые нейроны не могут развиваться во взрослом мозге, — они могут. Во-вторых, эти находки с драматической ясностью демонстрируют, что когнитивная стимуляция может изменить структуру самого мозга и улучшить его способность к переработке информации. Рост новых нейронов был особенно заметен в зубчатой извилине гиппокампа, структуре на медиальной поверхности височной доли, которая считается особенно важной для памяти18.

Возникновение новых клеток («пролиферация нейронов») во взрослом мозге представляется связанной с так называемыми нейробластами, предшественниками нейронов, которые в свою очередь развиваются из общих клеточных «полуфабрикатов», называемых стволовыми клетками. Эти стволовые клетки и нейробласты продолжают расти в течение взрослости, но обычно они не выживают, чтобы стать нейронами. Исследование Института Солка даёт основание предполагать, что когнитивная стимуляция повышает шансы выживания для нейробластов, позволяя им стать полноценными нейронами19.

Из всех применений когнитивных упражнений особенно многообещающей является их профилактическая роль, помогающая людям дольше наслаждаться своим когнитивным здоровьем. Как житейские наблюдения, так и формальные исследования показали, что образование дарует защитный эффект от деменции. Для высокообразованных людей вероятность того, что они заболеют деменцией, меньше. Исследовательская Сеть успешного старения при Фонде МакАртура финансировала изучение индикаторов когнитивных изменений у пожилых людей. Выяснилось, что образование является наиболее мощным индикатором когнитивной сохранности в старческом возрасте20.

Механизм этой связи не вполне понятен. Защищает ли от деменции образ жизни, связанный с образованием, или же некоторые люди рождаются с особенно «успешной» нейробиологией, которая одновременно и делает их лучшими кандидатами для высшего образования, и защищает их от деменции? Разумно предположить, что защищает от деменции скорее именно природа деятельности, связанной с высшим образованием, чем само образование. Высокообразованные люди — в силу самой природы их профессий — с большей вероятностью, чем менее образованные, вовлекаются в пожизненную энергичную умственную деятельность.

Если допустить, что неврологическое заболевание, вызывающее деменцию, поражает обе группы с равной частотой, то неврологическое заболевание равной серьёзности будет иметь менее разрушительное воздействие на хорошо тренированный мозг, чем на плохо тренированный мозг. Это произойдёт в силу дополнительных резервов, которые имеет хорошо тренированный мозг благодаря дополнительным нейронным связям и кровеносным сосудам. Равная степень структурного повреждения произведёт меньшее функциональное разрушение. И опять на ум приходит аналогия между когнитивной тренированностью и физической тренированностью. Случай сестры Марии представляет этот феномен с драматической и примечательной ясностью. Она успешно выполняла когнитивные тесты до самой своей смерти в возрасте 101 года. И это несмотря на тот факт, что посмертное исследование её мозга обнаружило многочисленные нейрофибриллярные клубочки и амилоидные бляшки, — признаки болезни Альцгеймера. Похоже, что сестра Мария имела здоровый ум внутри мозга, поражённого болезнью Альцгеймера!

Сестра Мария принадлежала к Школе сестёр из Нотр-Дама, широко изученной и описанной группе монахинь из г. Манкато в штате Миннесота. Примечательные своим долголетием, они известны также полным отсутствием среди них болезни Альцгеймера. Этот феномен был единодушно приписан пожизненной привычке быть когнитивно активными. Монахини постоянно упражняли свои умы загадками, карточными играми, обсуждением текущей политики и другими умственными занятиями. Более того, монахини, окончившие колледж, которые преподавали и систематически участвовали в других требующих умственных усилий активностях, в среднем жили дольше, чем менее образованные монахини21. Эти наблюдения когнитивного здоровья монахинь оказались столь убедительными, что было запланировано посмертное исследование для изучения отношения между когнитивной стимуляцией и дендритным разрастанием.

В случае монахинь защитный эффект когнитивных упражнений мозга был кумулятивным, действующим на протяжении всей их жизни. В архивах были найдены автобиографии монахинь, написанные ими в возрасте от 20 до 30 лет. Когда было изучено отношение между этими ранними сочинениями и преобладанием деменции в поздние годы, возникла поразительная картина. Те монахини, которые в своей юности писали более грамматически правильные и концептуально богатые эссе, сохраняли свою умственную бодрость значительно дольше в жизни, чем те монахини, которые писали простой фактуальной прозой, когда были молодыми22.

Эти находки вызвали в популярной прессе спекуляции о том, что при деменции речь идёт о заболевании, длящемся всю жизнь, которое начинает воздействовать на некоторых людей субклинически на раннем этапе их жизни, вынуждая их писать более простую прозу. Но столь же вероятно, что те же аспекты организации мозга, которые делают некоторых людей «умнее» других, также наделяют их защитным эффектом в отношении деменции на позднем этапе жизни. Возможно также, что монахини, которые рано развили в себе привычку напрягать свой ум и, по-видимому, сохранили эту привычку, приобрели защиту для своего мозга, которая оказалась столь важной в их поздние годы.

Насколько универсально защитное влияние когнитивной стимуляции на умственный упадок? Похоже, что универсально, ибо этот эффект может быть продемонстрирован также и для других видов. Это было продемонстрировано Делу с коллегами для крыс-самцов вида Спраг-Дейли23. Животные с опытом обучения различным задачам были менее подвержены возрастному дефекту памяти, чем крысы без истории «умственных упражнений».

«Используй вещь, или ты её потеряешь» — старое изречение. Кажется, что оно прямо и буквально применимо к мышлению. Два учёных из Университета штата Пенсильвания, Уорнер Шайе и Шерри Уиллис опубликовали статью с интригующим названием: «Можно ли сделать обратимым упадок интеллектуального функционирования у взрослых людей?»24. Авторы исследовали группу индивидов в возрасте от 64 до 95 лет, которые страдали когнитивным упадком многих умственных функций на протяжении более чем 14 лет. Может ли относительно короткий тренировочный цикл восстановить их мыслительные процессы до исходного уровня, компенсировать 14 лет упадка пространственной ориентации и индуктивного мышления? Во многих случаях ответом оказалось «да». Более того, когнитивная реабилитация была генерализованной; она могла быть продемонстрирована многими независимыми тестами различных когнитивных функций, причём не только на тех задачах, которые использовались при тренировке. Эффект был длительным; у многих участников он мог быть продемонстрирован через семь лет после завершения тренировочного цикла. Авторы пришли к заключению, что тренировочный цикл реактивировал когнитивные навыки, которые начали «ржаветь» от недостатка применения.

Если от когнитивных упражнений логично ожидать терапевтических эффектов, то почему ранние попытки когнитивной реабилитации эффектов повреждения мозга имели весьма относительный успех? Для этого есть разные основания. Первое основание лежит в самом различии между когнитивной тренировкой повреждённого мозга и когнитивными упражнениями неповреждённого или почти неповреждённого мозга, между лечением и профилактикой. Известно, что легче предотвратить заболевание, чем лечить его. Тяжело повреждённый мозг будет меньше поддаваться терапии, чем здоровый мозг — профилактике.

Второе основание относится к тому, как когнитивные упражнения традиционно формулировались в рамках «старой» философии. В попытке нацелиться на специфическую, очень узкую когнитивную функцию, использовались узкие когнитивные упражнения. Логично, что чем более широка когнитивная тренировочная программа, тем более общими являются эффекты. Используя аналогию с физической тренированностью, можно сказать, что индивид, который проводит все тренировочное время, повторяя одно и то же упражнение, не может ожидать улучшения своей сердечно-сосудистой системы. Для этой цели нужна комбинация различных упражнений.

Третье основание относится к способам измерения эффектов лечения. Измеряя эффекты одного когнитивного упражнения способностью выполнять другую когнитивную задачу, мы делаем предположение о специфической природе терапевтических эффектов, которые пытаемся измерить. Неудача с поиском эффекта может, разумеется, быть результатом действительного отсутствия эффекта. Но она так же легко может быть отражением нашей неудачи в поиске измерения, подходящего для его фиксации. Так как мы стараемся усилить лежащие в основе биологические процессы, было бы лучше измерять эти процессы прямо. И действительно, когда эффекты когнитивных упражнений оценивались позитронно-эмиссионной томографией (PET), был обнаружен улучшившийся метаболизм глюкозы (важный маркер функции мозга)25.

Четвёртое основание относится к тому, чем являются разумные ожидания эффектов когнитивной тренировки. Если общие функции мозга усиливаются в результате таких тренировок, то ожидаемый эффект может быть широким, но относительно малым в любой узкой сфере.

В любом случае, современные данные о размножении нейронных клеток на всем протяжении жизни вдохнули новую жизнь в концепцию когнитивных упражнений и дали им новое обоснование.

Когнитивное здоровье: начало тенденции

Польза от физических упражнений хорошо известна, другое дело — как упражняться. Можно подтягиваться на своей кухонной двери, а можно идти в тренировочный сердечно-сосудистый центр. Хотя подтягивание, вероятно, полезно (пока вы не сломаете кухонную дверь), от более научно-обоснованной тренировки вы ожидаете большего. Именно поэтому мы тратим время и деньги на тренировочное оборудование, личных тренеров и на членские взносы в клубах здоровья.

Хорошо составленная тренировочная программа использует знание человеческой анатомии и физиологии. Каждое упражнение спроектировано для усиления определённой мышечной группы или физиологической системы. В зависимости от ваших индивидуальных целей, вы можете выбрать полную, хорошо сбалансированную программу или сосредоточиться на отдельном упражнении. Тренировка университетского атлета, готовящегося к командному соревнованию, отличается от упражнений его профессора средних лет, слегка полноватого, озабоченного своей сердечно-сосудистой системой и пытающегося отсрочить инфаркт миокарда.

Мозг называют микрокосмом не без причины. Из всех биологических систем он является наиболее сложным и разнообразным по структуре и функциям. Знание исключительной сложности мозга образует солидную основу для создания «мозговой тренировочной программы». При этом для каждой когнитивной функции разрабатывается особое когнитивное упражнение. Большинство из нас смутно осознает пользу когнитивных нагрузок. Как и в случае физической тренированности, ваша умственная тренировка может быть менее или более изощрённой. Ваш воскресный утренний кроссворд, вероятно, хорош для вас; думайте о нем, как о подтягиваниях для мозга. Но вы можете делать нечто лучшее, чем это.

Если когнитивные упражнения улучшают и усиливают сам мозг, то важно создать систематическую тренировочную программу, вовлекающую все важные части мозга, или по крайней мере большинство. При физической тренировке важно сбалансированным образом тренировать различные мускульные группы. Баланс достигается тренировочной программой, включающей разнообразные и тщательно подобранные упражнения. Современные знания о мозге позволяют создать «когнитивную тренировочную программу», которая будет систематически тренировать различные части мозга. Если ненаправленные — случайно подобранные — умственные упражнения демонстрируют защитный эффект против деменции, то целенаправленная, научно обоснованная когнитивная тренировочная программа должна быть ещё более полезной.

Ранние симптомы болезни Альцгеймера и других исходно дегенеративных деменций, таких как болезнь телец Льюи, весьма разнообразны. Снижение памяти, предполагающее дисфункцию гиппокампа, является первым признаком болезни у большинства пациентов, но не у всех. У некоторых пациентов ранний упадок выражается в трудностях с нахождением слов, что указывает на левую височную долю; или в пространственной дезориентации, что указывает на теменные доли; или в ухудшении предвидения, социального суждения и инициативы — знаки дисфункции лобных долей. Хотя все эти зоны подвержены эффектам болезни Альцгеймера, их относительная уязвимость весьма вариабельна. Что определяет относительную уязвимость различных мозговых структур у различных индивидов?

Учёные из Нидерландского института исследования мозга в Амстердаме, Мирмиран, ван Сомерен и Свааб, выдвинули поразительную гипотезу26. Они полагают, что активация избранных зон мозга на протяжении жизни может предотвратить или замедлить дегенеративные эффекты в этих частях мозга. Согласно этому взгляду, тот, кто занимается дизайном как профессией или хобби, защитит свои теменные доли, тот, кто занимается творческой писательской деятельностью, защитит свои височные доли, а тот, кто занимается принятием сложных решений и планированием, защитит свои лобные доли.

Британские специалисты по нейронауке сообщили об открытии, которое, появись оно всего несколько лет назад, было бы отвергнуто как неврологическая невозможность. Они сканировали мозг 16 лондонских водителей такси и сравнили их с мозгом 50 человек из контрольной группы27. Водители такси, которые в ходе своей работы развили детальную умственную пространственную карту своей огромной столицы, имели необычайно большие задние части гиппокампов. Более того, чем больше был стаж этой работы, тем больше были гиппокампы у индивидуальных водителей. Это логично, так как гиппокампы вовлечены в пространственное обучение и память²⁸. Это вполне может быть первой прямой демонстрацией взаимоотношения между величиной области мозга и факторами окружающей среды, способствовавшими её использованию.

Логический вывод из этой линии рассуждения интригует и поражает. Чтобы защитить весь мозг от эффектов диффузного дегенеративного заболевания, должна быть создана всеохватывающая когнитивная тренировочная программа, тренирующая различные части мозга сбалансированным и научно обоснованным образом. Понятие систематических когнитивных упражнений как важной формы активности и при старении, и в годы пребывания на вершине своей карьеры, все ещё ново. Но оно является естественным и логическим расширением физических упражнений. «Физическая тренированность» стала термином домашнего обихода. Когнитивная тренированность находится на пороге превращения в следующую волну популярной культуры.

Зарождение программы

Моя клиническая практика в нейропсихологии весьма разнообразна. Значительная её часть состоит из умных и интеллигентных пожилых мужчин и женщин, которые прожили полноценную и успешную жизнь. Многие из них — ушедшие на пенсию профессионалы (учёные, врачи, редакторы), которые жили своим разумом, наслаждались силой своих умов, и которых теперь беспокоит легкий когнитивный упадок. Иногда нейропсихологические тесты подтверждают их озабоченность, а иногда — нет. Но наши диагностические инструменты относительно грубы, и очень тонкие когнитивные изменения могут остаться незамеченными. Когда очевидно интеллигентный пациент сообщает о своём впечатлении мягкого упадка, я склонен верить пациенту, а не цифрам, которые дают мои тесты.

Пациенты приходят за диагнозом, но в ещё большей степени они приходят за помощью. Нейропсихология, с её ударением на диагноз, традиционно могла предложить в качестве лечения очень немногое. Для тяжелых повреждений мозга были развиты успешные методы когнитивной реабилитации. Но что может нейропсихология предложить индивиду, у которого только начинается мягкий когнитивный упадок?

В ответ на просьбы моих пациентов предложить им больше, чем диагноз, я решил разработать программу, чтобы помочь их когнитивным функциям. Десять лет назад я бы за такое дело не взялся. Но теперь, под впечатлением открытий, описанных в этой книге выше, я чувствовал, что время для такого подхода пришло.

Создавая свою программу, я следовал многим принципам. Во-первых, программа должна быть разнообразной, охватывающей широкую сферу когнитивных функций, включая память, но никоим образом не ограничиваясь ею. Важное место в программе заняли управляющие функции. По всем основаниям, описанным в этой книге, я чувствовал, что управляющие функции особенно уязвимы на ранних стадиях когнитивного упадка. Сохранение их, насколько возможно, является решающим фактором продления когнитивного благосостояния. Вдобавок, я стремился охватить как можно больше других когнитивных функций.

Во-вторых, я решил держаться в стороне от мнемоники и других методов, нацеленных на повышение объёма информации, перерабатываемой с помощью специальной техники. При том, что мы знаем об отсутствии обобщения, я чувствовал, что с помощью этих подходов мы не смогли бы достичь многого. Вместо этого я хотел создать программу, предлагающую когнитивный аналог гимнастики, — для упражнения скорее широкого набора «мозговых мускулов», чем когнитивных навыков. Надежда была на то, что вовлечение нейронных механизмов усилит их биологические свойства. Перед тем как записывать клиентов в программу, мы давали им нейропсихологические тесты. Мы старались приспособить выбор упражнений к индивидуальному когнитивному профилю клиента. Отобрав подходящие когнитивные упражнения, мои коллеги и я объединяли их в «широкую когнитивную тренировочную программу».

Эта программа все ещё находится на ранней стадии развития — оценивать её эффективность преждевременно. В то время, как пишется эта книга, в этой программе участвуют несколько дюжин пациентов, большей частью людей шестидесяти и семидесяти лет. Практически все без исключения участники этой когнитивной программы чувствуют, что — как минимум — когнитивные упражнения дают им возможность лучше узнать их сильные и слабые когнитивные точки. Уже одно это придает им ощущение контроля и освобождает от страха перед деменцией. Не менее важно, что им нравится это. Ни один из участников не пожаловался, что это было скучным времяпрепровождением. Я иногда шучу, что мне нужны клещи, чтобы оторвать их от компьютеров, когда тренировочная сессия заканчивается. И это при всех разговорах о страхе стариков перед компьютером!

В целом, большинство клиентов чувствуют, что программа приводит к подлинному улучшению в ситуациях реальной жизни. После перерывов на каникулы они часто сообщают о некоторой потере когнитивной остроты, которая возвращается после их возвращения к программе. Многие клиенты рассказывают о нашей программе своим друзьям и знакомым, которые тоже присоединяются к ней. Откровенно говоря, это больше, чем я ожидал при запуске программы несколько лет назад.

Когнитивные упражнения как способ профилактики мыслительного упадка и улучшения мыслительных функций — это новая территория. По мере того, как мы продвигаемся вперед по этой интригующей новой дороге, мы должны развивать как новаторские подходы, так и точные методы оценки их эффективности. Идеально было бы проверить эффекты различных типов когнитивных упражнений на физиологию мозга методами функциональной нейровизуализации. Есть ли какой-нибудь эффект вообще? Являются ли эффекты глобальными? Являются ли они локальными? Зависимы ли они от упражнений? Это важные вопросы, которыми должны заняться будущие исследования в новом веке и в новом тысячелетии.

12. Лобные доли и парадокс лидерства

Автономия и управление в мозге

Лобные доли являются инструментом и агентом контроля внутри центральной нервной системы. Может показаться, что их появление на позднем этапе эволюции должно было привести к более жёсткой организации мозга. В действительности, однако, ситуация сложнее. В ходе эволюции мозга образовывались различные тенденции, которые уравновешивали друг друга. Эволюционное давление в направлении развития лобных долей было вызвано, вероятно, увеличением степеней свободы в организации мозга и грозящим потенциалом хаоса внутри него.

С начала 1980-х годов функциональная организация мозга находилась в центре интенсивных научных дебатов. Рассматривались два радикально отличающихся друг от друга принципа организации. Первый принцип основывался на понятии модулярности1. Как мы обсуждали ранее, модулярная система состоит из автономных единиц, каждая из которых наделена относительно сложной функцией и относительно обособлена от других. Отдельные модули передают и получают входные данные друг от друга, но они оказывают мало влияния, или вообще никакого влияния, на внутреннее функционирование друг друга. Взаимодействие между модулями ограничено и осуществляется через относительно небольшое число информационных каналов.

Альтернативный принцип — единый массивно запараллеленный, взаимосвязанный мозг2. Здесь единицы мельче, наделены намного более простыми функциями, но намного более многочисленны. Они тесно взаимосвязаны и непрерывно взаимодействуют через многочисленные каналы.

Понятие модулярности — это «высокотехнологичное» воспроизведение френологии восемнадцатого века. Оно предполагает не только отчётливые границы между дискретными единицами, но и их функциональную предопределённость. Согласно этому взгляду, каждой такой единице жёстко предписана очень специфическая функция.

В отличие от этого, понятие массивно взаимосвязанного мозга берет своё начало, несколько кружным путём, от формальных нейронных сетей (или просто нейронных сетей) которые сами были инспирированы биологической нервной системой. Нейронные сети являются динамическими моделями мозга. Впервые этот подход был введён в 1940-е годы, но приход компьютеров вдохнул в него новую жизнь3. Нейронная сеть — это коллекция большого числа простых взаимосвязанных элементов, выраженная в форме компьютерной программы. Свойства элементов и взаимосвязей упрощённо имитируют свойства реальных биологических нейронов, а также соединяющих их аксонов и дендритов. Запуская программу на компьютере, исследуют «поведение» модели при решении различных задач, и это позволяет исследователю понять динамические свойства реального мозга. Накапливая «опыт», формальные нейронные сети приобретают богатый набор свойств, которые не были запрограммированы в них с самого начала, — «эмерджентные» свойства. Комбинации сил их связей меняются, так что различные части сети формируют «внутренние представления» различных поступающих типов информации.