Механизмы ограничения объема

Предположим, мы определили ключевые области мозга, которые регулируют процесс развития памяти в детстве. Какие изменения происходят в теменной и лобной долях при увеличении информационных нагрузок? Почему память не безгранична? На эту тему было проведено несколько исследований. Ученые задались целью выяснить, что происходит с мозговой активностью при увеличении количества букв, цифр или лиц, которые предлагается запомнить испытуемым[62]. Результаты исследований во многом совпали, в частности, они показали, что скорость кровотока и метаболизма постепенно увеличивалась по мере увеличения объема информации. Может ли это означать, что существует некий метаболический предел в виде нехватки кислорода? Или в соответствующие области мозга поступает недостаточное количество крови, и именно этот фактор ограничивает деятельность нашей рабочей памяти? Может быть, в нашем мозге образуется молочная кислота? Если вы когда-нибудь выполняли тест на запоминание, когда вам называют восемь цифр, которые надо повторить в обратном порядке, мысль о молочной кислоте в мозге может показаться не совсем абсурдной.

Однако ни одно из этих объяснений не представляется достаточно убедительным. Кровоснабжение мозга устроено так, что нейроны всегда получают достаточное количество обогащенной кислородом крови. Когда нейроны активируются, увеличивая скорость метаболизма и расход кислорода, приток крови к ним возрастает настолько, что происходит сверхкомпенсация, и кислорода и крови поступает больше, чем когда нейроны бездействуют. Известно также, что в экстремальных ситуациях, например во время эпилептического припадка, в мозге увеличивается кровоток в гораздо большей степени, чем при выполнении задач, требующих интеллектуальных усилий. Так что придется искать другие вероятные объяснения. Возможно, изучая динамику возрастных изменений теменной и лобной долей, мы поймем, какие механизмы лежат в основе совершенствования рабочей памяти.

Детский мозг

Исследования детского мозга помогают нам избавиться от наивного штампа: мы всегда были убеждены в том, что мозг — высокофункциональная система, содержащая огромное количество нейронов. Кстати, в лобной доле двухлетнего ребенка содержится почти в два раза больше синапсов — соединений между нейронами, — чем у взрослого в 20-летнем возрасте. И вместе с тем рабочая память у двухлетнего малыша функционирует гораздо хуже. На третьем году жизни плотность синапсов постепенно начинает снижаться и примерно к 12 годам достигает уровня взрослого человека[63]. После раннего перепроизводства количество нейронов, медиаторов и синапсов начинает стремительно уменьшаться.

В первые три месяца жизни ребенка в нервных волокнах, соединяющих два мозговых полушария, ежедневно гибнет 900 тысяч аксонов[64]. Почему объем рабочей памяти увеличивается, когда нейроны исчезают, объяснить сложно. Возможно, структура нервных сетей организована так, что некоторые важные связи усиливаются, а второстепенные ослабевают.

В детском возрасте происходит еще один важный процесс — миелинизация. Межклеточные соединения покрыты веществом, которое называется миелином; оно играет роль проводника сигналов. Миелинизация — процесс образования миелина вокруг аксонов ряда нервных волокон — обычно полностью завершается к концу второго года жизни ребенка. Основная функция миелина — вещества, образующего миелиновую оболочку нервных волокон, — быстрое проведение нервного импульса по аксонам, которые он окружает. Слой миелина постепенно уплотняется, именно этот процесс и называется миелинизацией. Миелинизация в основном приходится на первые два года жизни, однако, как теперь стало известно, процесс продолжается вплоть до двадцатилетнего возраста. Магнитно-резонансное сканирование также выявило связь между миелинизацией нервных волокон, соединяющих кору теменной и лобной долей, и развитием рабочей памяти[65]. Но почему этот феномен улучшает рабочую память, до конца не ясно. Возможно, это результат более интенсивного «общения» между нейронами. Другое объяснение — миелин увеличивает прочность связей, то есть повышает вероятность того, что импульс, посланный из теменной доли, достигнет лобной доли.

Таким образом, параллельно с развитием рабочей памяти в мозге происходит несколько процессов: усиление одних нейронных связей и ослабление других, значительная потеря соединений между различными областями мозга и миелинизация нервных волокон. Возможно, современные методы изучения человеческого мозга слишком примитивны, чтобы ответить на вопрос о пределах рабочей памяти. Может быть, надо искать объяснение, например, в характере синаптических связей между отдельными нейронами. Скептики считают, что сканировать мозг с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) или функциональной магнитно-резонансной томографии (ФМРТ) — все равно что измерять температуру компьютера: конечно, можно определить, насколько она повышается у работающего и понижается у выключенного компьютера, но это нисколько не помогает разобраться в устройстве и функциях компьютера.