ЗВІДКИ БЕРУТЬСЯ РОЗУМНІ ДІТИ
Існує чарівна тканина, з якої дитина народжується на світ, — мозок. З відомим набором нейронів. Нейронних зв’язків у корі в момент народження…
РОЗУМНІ ДІТИ
Природа і виховання, вроджене і набуте, генетичне і средовое… Це дихотомія, в якій люди мислили багато століть.
Просто в ХХ столітті, як точно підмітила видатний генетик ХХ століття Сюзан Ояма, в масовій свідомості термін «гени» замінив «маленького чоловічка», який крився в сперматозоїді у «спермистов» або в яйцеклітині — у «оваристов», а потім «розгорталася у немовляти».
Насправді все відбувається інакше
Існує чарівна тканина, з якої дитина народжується на світ, — мозок. З відомим набором нейронів.
Нейронних зв’язків у корі у момент народження — всього кілька відсотків від того, що там буде.
А тепер увага: до десяти місяців життя немовляти буде в кілька разів більше зв’язків у корі, ніж у мене і у вас.
Що далі? Редукція. Експериментально на тварин, дослідники бачили те ж саме: надзвичайна надмірність, так звана синаптична сверхпродукция спочатку — і редукція потім.
Що ж служить механізмом відбору?
Проводилися експерименти над дитинчатами тварин, страшноватенькие, які показували, що відбір повністю залежить від зовнішнього досвіду, від умов реального життя.
Коли кошеня вирощували в циліндрі у вертикальну смужку, його зорової корі зникали нейрони, що здатні реагувати на горизонтальні предмети.
Мозок зберігає тільки ті пристрої, які потрібні для обробки реально надходить інформації, а якщо такої інформації немає, якщо обробляти нічого, пристрій зникає.
Все це відбувається в особливий період синаптичної сверхпродукции.
Зовнішні впливи — природні і соціальні — почали уподібнювати скульптору, який з цієї нейронної брили мармуру креше, як різцем, наше «я», але така аналогія не зовсім точна.
Ближче до істини нейрофізіологи, які кажуть: «use it or lose it», «використовуй або втратиш».
І дійсно: мати і використовувати — це дві різні речі.
Ті ж нейрофізіологи кажуть, що процеси обробки інформації по своїй природі конкурентні.
Нейронні мережі не можуть обробляти одночасно все: поки обробляється одне, інше відсувається.
Коли інформація перемагає у боротьбі за нейронный ресурс, опрацьовував її пристрою підвищуються шанси зберегтися при редукції.
Роль селекторів інформації відіграють такі фактори, як емоції, увага, деякі інші, і саме ними активно займаються дослідники інтелекту у всьому світі.
І мене завжди цікавило питання: що наследуемо, а що не наследуемо.
Спочатку довелося зробити неможливе
У 1992 році у себе в Психологічному інституті РАВ ми з Іриною Посикерой і Оленою Горіховою вирішили зайнятися дослідженням близнюків.
Таким, щоб у них можна було зняти енцефалограму спокою і енцефалограму при різних навантаженнях, когнітивних і афективних, провести психологічні проби, оцінити їх рівень когнітивного розвитку, а потім виділити з усього цього, що наследуемо, а що йде від середовища.
З’ясувати це можна методами генетичного аналізу і статистично.
У вибірці є монозиготные близнюки, у яких 100% генів однакові, і дизиготные близнюки, у яких однакові тільки 50%.
Середовище вважається еквівалентною.
Ознака, який абсолютно ідентичний у монозиготных близнюків, але тільки наполовину ідентичний у дизиготных, успадковуємо стовідсотково.
А ознака, схожість якого однаково моно – та дизиготных близнюків, залежить, швидше за все, від середовища.
Можна побудувати математичну модель, яка розділить внесок генетики і середовища.
Мені було цікаво, як розподіляться ознаки, які залежать від того і від іншого.
Наше дослідження близнюків відноситься до так званого класу лонгітюдних, коли одних і тих же дітей спостерігають протягом тривалого часу.
Психологічних лонгітюдних досліджень, розпочатих від дитинства, з 1980-х років зроблено дуже багато, але таких, щоб в одному дослідженні немовлят були поєднані фізіологічні і психологічні методи, до нас ніхто не проводив.
Але для статистичного дослідження потрібна хороша вибірка, ми вирішили — мінімум сто пар.
Уявіть, як було це організувати, та ще в 1990-е, в напіврозваленій країні.
Мало того, що мати повинна привезти немовлят в лабораторію, вона ще буде не одна — хтось приїде з нею, щоб допомагати; крім того, вона буде з двома немовлятами, а не з одним.
І ці немовлята пробудуть у нас практично цілий день: поки з одним проводять апаратні дослідження, іншого тестують психологічно, потім вони міняються місцями.
І так сто пар, 50 монозиготных і 50 дизиготных.
У світі досі такий експеримент вважається практично нездійсненним, так що наші роботи по ньому непогано цитуються.
Найцікавішу частину дослідження ми доповіли на П’ятій когнітивної конференції в Калінінграді в 2012 році, після того як тих же близнюків, яким уже було по 5-6 років, обстежили повторно.
Всі сто пар зібрати не вийшло, ми змогли знайти лише 50, що не дозволило аналізувати генетику, але і при такому обсязі вибірки вдалося вирішити деякі цікаві завдання.
В чому вимірювати інтелект дитини?
Раніше в лонгітюдних психологічних дослідженнях було показано, що, якщо вимірювати інтелект періодично — в перший рік життя, у другий, п’ятий і так далі до 19 років, то починаючи з третього або навіть з другого року інтелект, виміряний у різних віках, дуже добре корелює.
Іншими словами, хто виявився розумним два роки, той буде розумним і в 6, і в 19 і так далі.
Це відбувається частково тому, що внесок спадковості в показники інтелекту з віком збільшується.
Це теж підтверджено дослідженнями: брали розлучених близнюків, оцінювали їх інтелект і інтелект їх приймальних та біологічних батьків.
З часом діти ставали інтелектуально все більше схожими на своїх біологічних батьків.
(Тут дуже важливо розуміти, що мова йде виключно про інтелект, а не про всієї психічної життя людини, яка набагато багатше розумової.)
Але кореляція за інтелектом спостерігалася тільки після приблизно двох років.
Між періодом дитинства і всіма іншими віками існував розрив — по-англійськи developmental gap: оцінки інтелекту дитини ніяк не корелювали з наступними оцінками його інтелекту в інших віках.
Інтелект дитини традиційно вимірюють за допомогою спеціальних сенсомоторних тестів — шкал Бейлі, які дозволяють велике число показників звести в сумарний результат.
Цей підхід заснований на тому, що класик психології розвитку швейцарський психолог Жан Піаже колись виділив у розвитку інтелекту сенсомоторную стадію і вважав, що від того, як вона пройде, повинні залежати всі наступні.
Повинні, а вони не залежать. Розрив. Може бути, ми просто якось не так природу запитуємо?
Можливо, інтелект, який оцінюється в дитячому віці, включає зовсім інші психічні функції, ніж ті, які оцінюються в тестах на інтелект у більш пізньому віці?
Нам стало цікаво: а чи не зможемо ми поміряти щось інше, що лежить в основі інтелекту у немовлят.
Тут як раз приспів гаряче захоплення західної психології «нервовою моделлю стимулу по Соколову».
Коротко суть її ось у чому. У живих істот є так званий орієнтовний рефлекс «що таке?»; він виникає у відповідь на стимул, який пред’являється вперше, і згасає при повторних предъявлениях того ж стимулу.
Євген Іванович Соколов, геніальна людина і великий вчений, припустив, що згасання залежить від тієї нервової моделі стимулу, яка була у тварини або людини в момент, коли стимул перший раз пролунав.
При першому пред’явленні стимул не вписується в контекст, в модель ситуації, яка є в мозку.
По мірі повторних пред’явлень модель ситуації в мозку оновлюється і рефлекс «що таке?» згасає.
Тоді швидкість звикання може бути показником швидкості оновлення картинки світу, тобто, у підсумку, швидкості обробки інформації.
Простіше кажучи, чим швидше дитина звикає до стимулу, тим у нього буде вище інтелект.
У 1990-ті роки почали різними способами міряти у немовлят динаміку звикання і побачили: так, корелює!
На відміну від шкал Бейлі, у швидкості звикання є кореляції з пізнішими показниками інтелекту.
Але… слабенькі. У тих роботах, які я читала вже в 2006 році, сумарні кореляції все ще не вражали.
Дослідники, мыслившие більш фізіологічно, припустили, що ці кореляції могли виникати не тому, що швидкість звикання відображає швидкість обробки інформації, а тому, що у тих діток, які швидше звикали, було краще увагу: здатність сфокусуватися на стимулі.
Це ж немовлята, ти зрозумій, куди він дивиться. Ті з них, які «краще дивилися на стимул» — тобто ті, у яких увагу було вище, — саме вони і звикали до стимулу швидше і мали оцінки інтелекту вище.
Прекрасне припущення, але можна його якось довести? Як поміряти увагу? І що воно взагалі таке?
І тут ми подумали: як добре, ми якраз можемо поміряти увагу на першому році життя!
Справа в тому, що електричні процеси в мозку дуже точно відображають увагу.
Основу електричних процесів, які реєструє енцефалограма, складають ритми.
Альфа-ритм домінує в стані спокою зорової системи, тета-ритмпоявляется при емоційному збудженні, мю-ритм-характерний для завмирання при глибокої концентрації і так далі.
Звідки вони беруться? Фактично в ритмах енцефалограми ви вимірюєте сукупний мембранний потенціал великої кількості нейронів.
Ритми являють собою коливання цього мембранного потенціалу.
У збудженому стані мембрана нейрона деполяризована і відповідає нейронних розрядом на будь-який приходить стимул.
Такий розряд означає, що цей нейрон з’єднався з інший кліткою.
Коли мембрана гиперполяризована, ймовірність розряду зменшується, нейрони синхронізують повільні зміни своїх мембранних потенціалів.
На енцефалограмі завжди видно, коли йде неотфильтрованный сенсорний потік, тому що при ньому десинхронизируется все на світі: різні групи нейронів в корі зайняті кожен своєю справою.
Ритм виникає, коли сенсорний потік починає фільтруватися.
Фільтрацією зайнятий спеціалізований сайт в мозку, таламус, куди, як на свого роду пропускник, надходить вся сенсорна інформація, перш ніж вступити в кору.
Здавалося б, навіщо мозку ця затримка? Але увага, як показують апаратні дослідження мозку, — це досить складний, неоднорідний процес.
Спочатку стимул викликає підвищений загальний рівень нейронального збудження, потім це порушення має каналізуватися через якийсь регуляторний механізм.
Саме цю роль — регулятора, фільтра, відбирає, по якому каналу інформація піде в кору, а які канали будуть при цьому частково виключені як неактуальні для обробки даного стимулу, — і грає таламус.
Мембранні потенціали великих груп нейронів починають синхронізуватися, тобто ритм ЕЕГ виникає, лише коли сенсорний потік частково вимкнений, відфільтрований.
Зокрема, якщо в соматосенсорной корі ми бачимо хороший мю-ритм, значить, у цей момент глибина зорового уваги велика, а моторна система відпочиває.
Такий же соматосенсорный ритм буде у завмерлої кішки, яка стежить за мишею, у будь-якої тварини… і у немовляти теж.
Ось його-то, мю-ритму при зоровому уваги, ми і стали вивчати і отримали чудову кореляцію з поведінкою.
У немовлят з вираженим мю-ритмом тривалість загальної уваги, викликаного стимулом, набагато більше.
Пізніше, коли ми досліджували цих же дітей в п’ятирічному віці, і за темпераментом виявилися дуже пластичні: менш збудливі, здатні довго перебувати у стані уваги.
А у немовлят, у яких не було цих ритмів у спектрі, зовнішня стимуляція викликала повну і повсюдну розсинхронізацію: загальне збудження, яке ніяк не регулювалося і не диференціювалося.
У п’ятирічному віці батьки відзначали у них труднощі регуляції уваги, непосидючість, імпульсивність.
Однак кореляції цієї нейрональної, невидимою поведінково збудливості з інтелектом ми не знайшли; з інтелектом збудливість і в п’ять років не корелює.
Так що питання про внесок уваги інтелект залишався відкритим.
«Ефект бабусі»
Але, як я вже говорила, увагу влаштовано досить складно: крім того, що в таламусі регулюється канал, по якому надходить до кори сенсорний приплив, є й інша регуляція — безпосередньо всередині каналу.
Наприклад, вашу увагу направлено до зорового каналу. В зоровому каналі з’являється кілька конкуруючих стимулів. Вам потрібен тільки один з них, інші мозок сприймає як перешкоду.
Включається принципово інший селективний механізм вибору мішені уваги, він вирішує результат конкуренції: які з соположенных стимулів ви будете обробляти.
Тут я скористалася одним спостереженням, яке ми зробили трохи раніше.
Справа в тому, що крім альфа-ритму, який народжується у зв’язку таламуса і кори, у людини, і у немовляти теж, є ще тета-ритм.
Тета-ритми спочатку брали за афективні, вони з’являлися і були вперше описані як емоційні.
Але емоції — справа тонка, в експериментальній обстановці їх викликати важко, якщо тільки це не негативні емоції, а негативні викликати не можна через етичних обмежень.
Зараз намагаються показувати випробуваному емоційні відеоролики, фрагменти фільмів, але мені слабо віриться у можливість викликати справжні емоції у дорослої людини в експериментальній камері.
З іншого боку, деякі умільці могли знімати емоції навіть під час статевого акту і дійсно отримували величезний тета-ритм у дорослої людини.
Крім того, такий же ритм був описаний у немовляти, коли йому показали якусь неймовірну нову ляльку.
Все це як ніби підтверджувало зв’язок тета-ритму з афектом.
Але психофизиологу, який працює з людиною, дуже корисно читати роботи, зроблені на тварин.
Чудова дослідниця Ольга Сергіївна Виноградова з Пущино вивчала тета-ритм у гипокампе тварин (гіпокамп — це структура, яка пов’язана з пам’яттю і дуже любить нав’язувати корі свої правила).
Так от, тета-ритм виявився найбільш виражений як раз не в корі, а в гипокампе.
Простіше кажучи, коли увага захоплено однією-єдиною мішенню, коли вона утримується в пам’яті, у внутрішньому фокусі, то в корі з’являється тета-ритм, який нав’язав їй гіпокамп.
Цікаво, що сам гіпокамп при цьому знаходиться в загальмованому стані, у нього працюють всього кілька груп нейронів, які цей ритм нав’язують; він не реєструє ніякої нової інформації, тільки демонструє, що «лінія зайнята».
«Я зайнятий, відчепіться від мене, у мене одна-єдина мішень, і поки це так, жодного багатого сенсорного припливу у мене не буде».
Тоді я подумала: чому тета-ритм виникає при емоціях? Тому, що вони емоції, або тому, що в стані емоційного збудження увага зосереджена на чомусь одному?
Чому тета-ритм спостерігається у дітей при багатьох патологіях? Може бути, зламався механізм, який реєструє в пам’яті зовнішню інформацію, структура пам’яті стала для неї недоступна?
І, може бути, в нормі при емоційному збудженні тета-ритм просто означає гранично сфокусоване увагу, стан, коли проблема конкуренції між стимулами всередині одного каналу вирішена?
І ми це довели — на грудних немовлят.
Ми провели дуже простий і показовий експеримент: експериментатор грала з немовлям в «ку-ку».
Вона з’являлася перед ним: «Привіт, ти мене бачиш?», «Ти мене чекаєш?» — у цей момент її відгороджував від дитини білий екран.
В руках у неї був датчик, яким вона відзначала періоди появи і зникнення, а відеокамера реєструвала поведінку дитини.
Гіпотеза була така: якщо тета-ритм пов’язаний з афектом, то його максимум повинен виникати, коли експериментатор з’являється з-за екрану і немовля весь розквітає усмішкою.
А якщо він пов’язаний з гранично сконцентрованим, недоступним іншим стимулам увагою, то повинен з’являтися тоді, і тільки тоді, коли дитина чекає, дивлячись на абсолютно порожнє місце, на екран.
Чим керується в цей момент увагу восьмимісячної дитини? Зовнішньою стимуляцією? Немає.
Його увагу управляється його прогнозом ситуації.
У дітей до цього віку out of sight — out of mind, зникла з виду — і тут же забули.
А восьмимісячний знає, що я з’явлюся, його увага підтримується виключно ендогенно, і енцефалограф реєструє божевільний тета-ритм.
Потім я з’являюся — і тета-ритму немає. Він блокований зовнішнім стимулом; внутрішня, самим мозком обрана мішень зникла.
Після того як ми це опублікували, з’явилися інші цікаві роботи, що показують такий же тета-ритм у гипокампе і корі у людей при навігації у віртуальному лабіринті.
Ці факти підтверджували нашу гіпотезу про тета-ритм як механізм внутрішньої селекції мішені уваги. Але для мене це означало можливість оцінити, як пов’язана з інтелектом здатність немовляти утримувати мішень уваги у відсутність зовнішнього стимулу, ендогенно.
Ми отримали відповідь на своє питання: гарну, неабияку кореляцію ендогенного уваги немовлят з їх інтелектом у п’ятирічному віці. Ніякого розриву, отже, ніякого developmental gap ця кореляція не показує.
Повертаючись до питання про успадкованих і середовищних чинниках інтелекту: наші результати, опубліковані в журналі «Psychophysiology», містили в собі ще одну важливу річ.
На відміну від багатьох інших параметрів енцефалограми немовлят, які дуже, просто до неприємного, наследуемы, тета-ритм як раз виявився сильно залежать від факторів загального середовища, тобто тієї середи, яка була однаковою для обох близнюків в парі.
Нам стало цікаво, від яких саме. Можливо, внутрішньоутробних? Перевірили, начебто немає.
Потім моїй колезі Олені Горіховою прийшла в голову ідея:
«А давайте подивимося, в яких близнюків є бабусі, а в яких ні. У мами, якщо вона одна в будинку, мало часу на спілкування з близнюками залишається, їй всю домашню роботу треба самій виконувати.
Коли в родині є бабуся — інша справа. У такій сімейній ситуації у дорослих більше можливостей пограти і позайматися з дітьми.
Буде це поділ корелювати з відмінностями між дітьми в тета-ритм?»
Так ми відкрили «ефект бабусі» — статистично достовірно і надійно.
У немовлят, з якими займалися бабусі, тета-ритм у стані уваги був виражений сильніше і сама увага утримувалося краще, тому що вони його «тренували»; у них було більше соціальної взаємодії.
Увага — вкрай підготовку якої здійснювали річ, внутрішньої зосередженості можна навчити.
Ми ж знаємо, як це важливо, як від вміння утримувати увагу залежить не просто здатність людини вирішувати задачки, а взагалі все: сукупний результат його діяльності.
Зараз у нашому МЕГ-центрі при МГППУ йдуть дослідження у цьому напрямку; думаю, нас чекає багато цікавого.