Если вы войдете в детскую комнату типичной американской семьи среднего класса, вы, скорее всего, увидите колыбель, полную мягких игрушечных зверей, над которой на доступном для ребенка расстоянии развешаны разноцветные погремушки. Некоторые из этих игрушек могут светиться, двигаться, проигрывать мелодию или делать все это одновременно. Как вы думаете, для чего ребенку дают возможность так много видеть и делать? Кроме того что дети явно получают удовольствие и положительно реагируют на все эти вещи, родители верят, сознательно или нет, что дети нуждаются в стимулирующем окружении для оптимального интеллектуального развития и правильного развития мозга.
В течение многих веков вопрос о том, вызывает ли интеллектуальная деятельность физические изменения мозга, дискутировался и исследовался философами и учеными. В 1785 году итальянский анатом Малакарне (Malacarne) изучал пары собак из одного помета и пары птиц из одной кладки яиц. Из каждой пары он интенсивно тренировал только одно животное, в то время как другое получало такой же хороший уход, но не тренировалось. Позднее, после вскрытия черепа животных,
обнаружил, что у тренированных животных мозг имеет бо-сложную структуру с большим количеством складок и из-илин. Однако исследования в этом направлении по какой-то причине не были продолжены. В конце XIX века были сделаны попытки связать длину окружности головы человека с его образованностью. В некоторых ранних работах утверждалось, что такая связь существует, однако последующие исследования показали, что величина окружности головы не является достоверным показателем степени развития мозга.
В 60-х годах XX века появились новые технологии, которые дали ученым возможность измерить изменения мозга с большей точностью, используя технику с высокой степенью оптического увеличения и определение уровня активности ферментов и нейромедиаторов. Марк Розенцвейг (Mark Rosenzweig) и его коллеги, Эдвард Беннетт (Edward Bennett) и Мариан Дай-монд (Marian Diamond), в Университете Калифорнии в Беркли использовали все эти технологии в претенциозной серии из 16 экспериментов, проводившихся в течение 10 лет с целью выяснения влияния активной умственной деятельности на мозг. Результаты их работы изложены в статье, которая обсуждается в этой главе. По очевидным причинам эксперименты проводились не на людях, а, как во многих классических работах по экспериментальной психологии, на крысах.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ
Поскольку в конечном итоге психологов интересуют люди, а не крысы, использование животных в этих опытах должно быть как-то оправдано. В теоретическом обосновании этой работы дается объяснение, почему объектом изучения были выбраны крысы. Авторы объяснили, что по нескольким причинам более удобно использовать в опытах грызунов, а не высших млекопитающих, таких как хищники или приматы. Та часть мозга, которая является объектом исследования, у грызунов гладкая, а не складчатая, как у высших животных. Поэтому ее легче изучить и измерить. Кроме того, крысы — небольшие по размерам и недорогие животные, что немаловажно для условий лабораторий (обычно испытывающих недостаток финансирования и Места). Крысы приносят многочисленное потомство, и это
позволяет брать животных из одного помета для экспериментов в разных условиях. И наконец, у крыс, рожденных от находящихся в родстве особей (inbread), возникают разнообразные генетические деформации, что позволяет ученым при желании включать генетические эффекты в их исследования.
Работы Розенцвейга основаны на предположении, что животные, выращенные в активно стимулирующем окружении, по развитию и биохимическим особенностям мозга будут отличаться от животных, выращенных в обычных лабораторных условиях. В каждом из экспериментов, о которых говорится в этой статье, участвовали 12 групп, состоящих из трех самцов одного помета.
МЕТОД
Из каждого помета крысы выбирались три самца. Каждый самец выращивался в одном из трех разработанных режимов содержания. Один оставался в лабораторной клетке с другими крысами колонии. Другой помещался в клетку с «обогащенными», по терминологии Розенцвейга, условиями; третий — в клетку с «обедненными» условиями. Помните, что во всех 16 опытах в каждом из трех режимов содержалось по 12 крыс.
Три режима содержания крыс (рис. 1.3) описаны следующим образом:
1. Стандартная лабораторная клетка с несколькими крысами на достаточном пространстве и со всегда доступными пищей и водой.
2. Клетка с обедненными условиями была несколько меньше, находилась в отдельной комнате, и крыса содержалась там одна при достаточном количестве пищи и воды.
3. Клетка с обогащенными условиями представляла собой крысиный Диснейленд (не в обиду Микки Маусу!). От шестим до восьми крыс жили в «большой клетке, снабженной разнообразными объектами, с которыми они могли играть. Каждый день в клетку помещался новый набор игрушек, которых всего было 25» (р. 22).
Крысы жили в этих трех режимах в течение разных периодов времени, от 4 до 10 недель. После этого подопытные животные гуманным образом умерщвлялись, и производилось
вскрытие для выявления различий в развитии головного мозга. Для того чтобы избежать предвзятости, процедура изучения и та стандартизирована и исходные данные закодированы, так человек, производящий вскрытие, не знал, в каких условиях выращивалось животное. Прежде всего исследователей интересовали различия мозга животных из обогащенных и обедненных условий содержания.
Мозг крыс разделялся на секции, которые измерялись, взвешивались и анализхировались по показателям скорости роста клеток и уровня активности нейромедиаторов. В последнем случае особый интерес вызвал фермент ацетилхолинестероза. Это вещество играет очень важную роль в работе мозга, поскольку оно обеспечивает быструю и эффективную передачу нервных импульсов между клетками мозга.
Нашли ли Розенцвейг и его сотрудники различия между мозгом крыс, выращенных в обогащенных и обедненных условиях? Вот их результаты.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Результаты говорят о том, что мозг крыс, выращенных в обогащенных условиях, отличается от мозга крыс, выращенных в обедненных условиях, во многих отношениях. Кора головного мозга крыс из обогащенных условий значительно тяжелее и толще. Кора головного мозга — это та часть мозга, которая отвечает на воздействия окружающей среды и контролирует движение, память, обучение и чувственное восприятие (зрение, слух, осязание и обоняние). Кроме того, уровень активности упомянутого выше фермента нервной системы, ацетилхолинестера-зы, оказался выше у крыс с обогащенным жизненным опытом
У двух групп животных не было выявлено значительной разницы в числе клеток мозга (нейронов), но в обогащенных условиях у крыс развивались нейроны большего размера. С этим связаны и данные о том, что соотношение РНК и ДНК — веществ, играющих важнейшую роль в росте клеток мозга, — было выше у крыс с обогащенным опытом Это говорит о том, что у этих животных уровень химической активности мозга был выше.
Розенцвейг и его коллеги с уверенностью утверждают, что «хотя различия в мозге, вызванные условиями окружающей среды, невелики, но они подлинны. При повторных экспериментах вновь и вновь выявлялись те же закономерности и различия... Оказалось, что наиболее стойким показателем воздействия жизненного опыта на мозг было соотношение веса коры мозга к остальной его части: подкорке. Оказывается, кора головного мозга очень быстро увеличивается в весе в ответ на внешнюю стимуляцию, в то время как остальная часть мозга изменяется мало» (р. 25).
Это измерение отношения веса коры и остальной части мозга было наиболее точным показателем изменений мозга. Общий вес мозга варьируется в зависимости от индивидуального веса каждого животного, выбранный же показатель исключает влияние индивидуальной изменчивости. На рис 1.4 представ-
лены данные по этому показателю, полученные во всех 16 экспериментах. *
Как вы видите, только в одном эксперименте различия не являлись статистически значимыми.
И наконец, были получены данные, касающиеся мозговых синапсов у животных из двух экспериментальных групп. Синапс — это место соединения двух нейронов. Основная часть активности мозга реализуется в синапсах, где нервный импульс или передается от одного нейрона к следующему и дальше, или тормозится и прекращается. Под большим увеличением с испольванием электронного микроскопа было обнаружено, что сами синапсы у крыс с богатым опытом на 50% больше, чем у крыс, выращенных в обедненных условиях.
* Разница, в процентах, между отношениями весов указанных частей мозга в условиях двух разных сред. – Примеч. Ред.