Звідки беруться розумні діти

Навчання 26 серпня 2022 Перегляди: 63

Від чого залежить розвиток дитини? Природа і виховання, вроджене і набуте, генетичне і середнє… 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 «спермістів» або в яйцеклітині — у «оваристів», а потім «розвертався в немовля».

Насправді все відбувається інакше.

Існує чарівна тканина, з якою дитина народжується на світ, — мозок. З відомим набором нейронів. Нейронних зв’язків у корі в момент народження — всього кілька відсотків від того, що там у підсумку буде. А тепер увага: до десяти місяців життя у немовляти буде в кілька разів більше зв’язків в корі, ніж у мене і у вас. Що далі? Редукція. Експериментально, на тваринах, дослідники бачили те ж саме: надзвичайна надлишковість, так звана синаптична надпродукція спочатку — і редукція потім. Що ж служить механізмом відбору?

Проводилися експерименти над дитинчата тварин, страшнуватенькі, які показували, що відбір повністю залежить від зовнішнього досвіду, від умов реального життя. Коли кошеня вирощували в циліндрі у вертикальну смужку, в його зоровій корі зникали нейрони, здатні реагувати на горизонтальні предмети. Мозок зберігає тільки ті пристрої, які потрібні для обробки реально інформації, а якщо такої інформації немає, якщо обробляти нічого, пристрій зникає. Все це відбувається в особливий період синаптичної надпродукції. Зовнішні впливи — природні та соціальні — почали навіть уподібнювати скульптору, який з цієї нейронної брили мармуру висікає, 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 за своєю природою конкурентні. Нейронні мережі не можуть обробляти одночасно все: поки обробляється одне, інше відсувається. Коли інформація перемагає в боротьбі за нейронний ресурс, у обробного 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 в усьому світі. І мене завжди цікавило питання: що успадковується, а що не успадковується.

Спочатку довелося зробити неможливе

У 1992 році у себе в Психологічному інституті РАО ми з Іриною Посикерой і Оленою Орєховою 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 вичленувати з усього цього, що наслідується, а що йде від середовища. З’ясувати це можна методами генетичного аналізу і статистично. У вибірці є монозіготні близнюки, у яких 100% генів однакові, і дизиготні близнюки, у яких однакові тільки 50%. Середовище вважається еквівалентним. Ознака, яка абсолютно ідентична у монозіготних близнюків, але тільки наполовину ідентична у дизиготних, наслідуємо стовідсотково. А ознака, схожість якої однакова у моно- і дизиготних 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 стосується так званого класу лонгітюдних, коли одних і тих же дітей спостерігають протягом тривалого часу. Психологічних лонгітюдних досліджень, розпочатих від немовляти, з 1980-х років зроблено дуже багато, але таких, щоб в одному дослідженні немовлят були поєднані фізіологічні та 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-ті, в країні, що розпадається. Мало того, що мати якось повинна привезти немовлят в лабораторію, вона ще буде не одна — хтось приїде з нею, щоб допомагати; крім того, вона буде з двома грудними дітьми, а не з одним. І ці груднички пробудуть у нас практично цілий день: поки з одним проводять апаратні дослідження, іншого тестують психологічно, потім вони міняються місцями. І так сто пар, 50 монозіготних і 50 дизиготних. У світі досі такий експеримент вважається практично нездійсненним, так що наші роботи по ньому непогано цитуються.

Найцікавішу частину дослідження ми доповіли на П’ятій когнітивній конференції в Калінінграді в 2012 році, після того як тих же близнюків, яким вже було по 5-6 років, обстежили повторно. Всі сто пар зібрати не вийшло, ми змогли знайти тільки 50, що не дозволило аналізувати генетику, але і при такому обсязі вибірки вдалося вирішити деякі цікаві завдання.

У чому вимірювати інтелект немовляти?

Раніше в лонгітюдних психологічних дослідженнях було показано, що, якщо вимірювати інтелект періодично — в перший рік життя, в другий, в п’ятий і так далі до 19 років, то, починаючи з третього або навіть з другого року, інтелект, вимірений в різних віках, дуже добре корелює. Іншими словами, хто виявився розумним у два роки, той буде розумним і в 6, і в 19 і так далі. Відбувається це частково тому, що внесок спадковості в показники інтелекту з віком збільшується. Це теж підтверджено дослідженнями: брали розлучених близнюків, оцінювали їхній інтелект та інтелект їхніх прийомних і 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 все психічне життя людини, яка набагато багатша за розумове.)

Але кореляція по інтелекту спостерігалася тільки після приблизно двох років. Між періодом немовляти і всіма іншими віками існував розрив — по-англійськи developmental gap: оцінки інтелекту немовляти ніяк не корелювали з подальшими оцінками його інтелекту в інших віках.

Інтелект немовляти традиційно вимірюють за допомогою спеціальних сенсомоторних тестів — шкал Бейлі, які дозволяють велику кількість показників звести в сумарний результат. Цей підхід заснований на тому, що класик психології розвитку швейцарський психолог Жан Піаже колись виділив у розвитку інтелекту сенсомоторну стадію і вважав, що від того, як вона пройде, повинні залежати всі наступні. Повинні, а вони не залежать. Розрив. Можливо, ми просто якось не так природу запитуємо? Можливо, інтелект, який оцінюється в немовляті, включає зовсім інші психічні функції, ніж ті, які оцінюються в тестах на інтелект в більш пізньому віці?

Нам стало цікаво: а чи не зможемо ми поміряти щось інше, що лежить в основі інтелекту у немовлят. Тут якраз наспіло гаряче захоплення західної психології «нервовою моделлю стимулу по Соколову». Коротко суть її ось в чому. У живих істот є так званий орієнтовний рефлекс «що таке?»; він виникає у відповідь на стимул, що пред’являється вперше, і згасає при повторних пред’явленнях 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 у людини в момент, коли стимул перший раз пролунав. При першому пред’явленні стимул не вписується в контекст, в модель ситуації, яка є в мозку. У міру повторних пред’явлень модель ситуації в мозку оновлюється і рефлекс «що таке?» згасає. Тоді швидкість звикання може бути показником швидкості оновлення картинки світу, тобто, в підсумку, швидкості обробки інформації. Простіше кажучи, чим швидше дитина звикає до стимулу, тим у неї 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 пізніми показниками інтелекту.

Але… слабенькі. У тих роботах, які я читала вже в 2006 році, сумарні кореляції все ще не вражали. Дослідники, які думали 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, була краща увага: здатність сфокусуватися на стимулі. Це ж немовлята, ти ще зрозумій, куди він дивиться. Ті з них, які «краще дивилися на стимул» — тобто ті, у яких увага була вищою, — саме вони і звикали до стимулу швидше і мали оцінки інтелекту вище. Прекрасне припущення, але чи можна його якось довести? Як поміряти увагу? І що воно взагалі таке? І тут ми подумали: як добре, ми-то 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-ритм з’являється при емоційному збудженні, мю-ритм характерний для завмирання при глибокій концентрації і так далі. Звідки вони беруться? Фактично в ритмах енцефалограми ви вимірюєте сукупний мембранний потенціал великої кількості нейронів. Ритми — це коливання цього мембранного потенціалу. У збудженому стані мембрана нейрона деполяризована і відповідає нейронним розрядом на будь-який прийдешній стимул. Такий розряд означає, що цей нейрон з’єднався з іншою кліткою. Коли мембрана гіперполяризована, ймовірність розряду зменшується, нейрони синхронізують повільні зміни своїх мембранних потенціалів.

На енцефалограмі завжди видно, коли йде невідфільтрований сенсорний потік, тому що при ньому десинхронізується все на світі: різні групи нейронів в корі зайняті кожна своєю справою. Ритм виникає, коли сенсорний потік починає фільтруватися. Фільтрацією зайнятий спеціалізований вузол в мозку, таламус, куди, як у 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 збудження має каналізуватися через якийсь регуляторний механізм. Саме цю роль — регулятора, фільтра, що відбирає, по якому каналу інформація піде в кору, а які канали будуть при цьому частково вимкнені як неактуальні для обробки даного стимулу, — і грає таламус. Мембранні потенціали великих груп нейронів починають синхронізуватися, тобто ритм в ЕЕГ виникає, тільки коли сенсорний потік частково вимкнений, відфільтрований. Зокрема, якщо в соматосенсорній корі ми бачимо хороший мю-ритм, значить, в цей момент глибина зорової уваги велика, а моторна система відпочиває. Такий же соматосенсорний ритм буде у завмерлої кішки, яка стежить за мишкою, у будь-якої тварини… і у немовляти теж.

Ось його-то, мю-ритм при зоровій увазі, ми і стали вивчати і отримали чудову кореляцію з поведінкою.

У немовлят з вираженим мю-ритмом тривалість загальної уваги, викликаної стимулом, набагато більша. Пізніше, коли ми досліджували цих же дітей у п’ятирічному віці, вони і за темпераментом виявилися дуже пластичні: менш збуджені, здатні довго перебувати в стані уваги. А у немовлят, у яких не було цих ритмів у спектрі, зовнішня стимуляція викликала повну і повсюдну десинхронізацію: загальне збудження, яке ніяк не регулювалося і не диференціювалося. У п’ятирічному віці батьки відзначали у них труднощі регуляції уваги, незсидючість, імпульсивність.

Однак кореляції цієї нейрональної, невидимої поведінково збудженості з інтелектом ми не знайшли; з інтелектом збудливість і в п’ять років не корелює. Тож питання про внесок уваги в інтелект залишалося відкритим.

«Ефект бабусі»

Але, як я вже говорила, увага влаштована досить складно: крім того, що в таламусі регулюється канал, по якому надходить до кору сенсорний приплив, є й інша регуляція — безпосередньо всередині каналу. Наприклад, ваша увага спрямована до глядацького каналу. У зоровому каналі з’являється кілька конкуруючих стимулів. Вам потрібен лише один з них, інші мозок сприймає як перешкоду. Включається принципово інший селективний механізм вибору мішені уваги, він вирішує результат конкуренції: які зі сполучених стимулів ви будете обробляти. Тут я скористалася одним наглядом, яке ми зробили трохи раніше. Справа в тому, що крім альфа-ритму, який народжується у зв’язку таламусу 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 етичні обмеження. Зараз намагаються показувати емоційні відеоролики, фрагменти фільмів, але мені слабо віриться в можливість викликати справжні емоції у дорослої людини в експериментальній камері. З іншого боку, деякі умільці примудрялися знімати емоції навіть під час статевого акту і дійсно отримували величезний тета-ритм у дорослої людини. Крім того, такий же ритм був описаний у грудної дитини, коли йому показали якусь неймовірну нову ляльку. Все це ніби підтверджувало зв’язок тета-ритму з афектом.

Але психофізіологу, який працює з людиною, дуже корисно читати роботи, зроблені на тваринах. Чудова дослідниця Ольга Сергіївна Виноградова з Пущино вивчала тета-ритм у гіпокампі 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 якраз не в корі, а в гіпокампі. Простіше кажучи, коли увага захоплена 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, відстаньте від мене, у мене одна-єдина мішень, і поки це так, ніякого 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? Можливо, зламався механізм, який реєструє в пам’яті зовнішню інформацію, структура пам’яті стала для неї недоступна? І, можливо, в нормі при емоційному збудженні тета-ритм просто означає гранично сфокусовану увагу, стан, коли проблема конкуренції між стимулами всередині одного каналу вирішена? І ми це довели — на грудних немовлятах.

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?» — в цей момент її відгороджував від дитини білий екран. У 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 через екран і немовля все розквітає посмішкою. А якщо він пов’язаний з гранично сконцентрованим, недоступним іншим стимулам увагою, то з’являтися повинен тоді, і тільки тоді, коли дитина чекає, дивлячись на абсолютно порожнє місце, на екран. Чим керується в цей момент увага восьмимісячного немовляти? Зовнішньою стимуляцією? Ні. Його увага управляється його прогнозом ситуації. У дітей до цього віку out of sight — out of mind, зникло з уваги — і тут же забуто. А восьмимісячний знає, що я з’явлюся, його увага підтримується виключно ендогенно, і енцефалограф реєструє шалений 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 в гіпокампі 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 за відсутності зовнішнього стимулу, ендогенно. Ми отримали відповідь на своє питання: хорошу, неабияку кореляцію ендогенної уваги немовлят з їх інтелектом у п’ятирічному віці. Ніякого розриву, отже, ніякого developmental gap ця кореляція не показує.

Виявити фізіологічний субстрат того, що раніше було доступно психіатрії тільки і виключно в поведінкових проявах, означає знайти потенційну «мішень для втручання»: шанс на корекцію. На знімках: МЕГ демонструє, що мозок дитини з аутизмом (внизу) реагує на несподіваний звук інакше, ніж в нормі (вгорі)

Повертаючись до питання про спадкові та середні фактори 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, наслідувані, тета-ритм якраз виявився сильно залежним від факторів загального середовища, тобто того середовища, яке було однаковим для обох близнюків в парі. Нам стало цікаво, від яких саме. Можливо, внутрішньоутробних? Перевірили, начебто ні. Потім моїй колезі Олені Орєховій прийшла в голову ідея: «А давайте подивимося, у яких близнюків є бабусі, а у яких немає. 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. Чи буде цей поділ корелювати з відмінностями між дітьми в тета-ритмі? «

Так ми відкрили «ефект бабусі» — статистично достовірно і надійно. У немовлят, з якими займалися бабусі, тета-ритм в стані уваги був виражений сильніше і сама увага утримувалася краще, тому що вони його «тренували»; у них було більше соціальної взаємодії. Увагу — вкрай тренована річ, внутрішньої зосередженості можна навчити. Ми ж знаємо, як це важливо, як від вміння утримувати увагу залежить не просто здатність людини вирішувати завдання, а взагалі все: сукупний результат його діяльності. Зараз у нашому МЕГ-центрі при МГППУ йдуть дослідження в цьому напрямку; думаю, нас чекає багато цікавого.

Записала Олена Вешняковська.