Мерзенич, 1983: взрослый мозг меняется — и это впервые доказали экспериментально

Большую часть XX века нейробиологи были согласны в одном: взрослый мозг неизменен. После детства нейронные связи затвердевают — и остаются такими до конца жизни. Это называлось доктриной неизменности взрослого мозга. Её принимали как факт.

В 1983 году Майкл Мерзенич и его коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Франциско сделали эксперимент, который опроверг её раз и навсегда.

Они перерезали нерв у взрослой обезьяны. И стали наблюдать, что произойдёт с мозгом.

Что происходило до 1983 года

Считалось, что нейропластичность — способность мозга меняться — есть только у детей. В первые годы жизни мозг гибкий: новые связи формируются легко, карты сенсорной коры подвижны. Потом всё это закрывается. Критические периоды заканчиваются, и дальше — только то, что уже есть.

Практическое следствие этой идеи было мрачным: взрослый человек после инсульта, травмы или повреждения нерва не может по-настоящему восстановиться. Мозг не перестроится. Функция утрачена навсегда.

Реабилитация в те годы строилась на компенсации — научить пользоваться тем, что осталось. Не на восстановлении.

Эксперимент с перерезанным нервом

Мерзенич работал с соматосенсорной корой — зоной мозга, которая получает тактильные сигналы от тела и организована соматотопически: каждому участку кожи соответствует определённый участок коры. Это называется корковой картой.

Он перерезал срединный нерв у взрослых обезьян — нерв, который несёт тактильную информацию от трёх пальцев руки. Затем вместе с коллегами начал картировать соматосенсорную кору — проверять, какие зоны реагируют на стимуляцию каких участков кожи.

По старой теории: зона коры, которая принимала сигналы от отключённых пальцев, должна была просто замолчать. Нет входящего сигнала — нет активности.

Произошло другое.

Через несколько месяцев зона коры, прежде обрабатывавшая сигналы от трёх пальцев, начала отвечать на стимуляцию соседних участков кожи — ладони и оставшихся пальцев. Соседние зоны коры буквально захватили освободившееся пространство.

Корковая карта перестроилась. У взрослого животного. Без критических периодов. Просто в ответ на изменение входящего сигнала.

Почему это был переворот

До Мерзенича нейропластичность взрослого мозга была разрозненными клиническими наблюдениями — люди иногда восстанавливались после инсульта, иногда нет, никто не понимал почему. Теоретического основания не было.

После 1983 года появился принцип, который стали называть use-dependent plasticity — пластичность через использование. Мозг перестраивается в ответ на то, что получает. Активные зоны расширяются. Неактивные — сжимаются.

Это меняло всё. Если мозг меняется в зависимости от входящего сигнала — значит, реабилитацию можно строить не на компенсации, а на восстановлении. Нужно давать нужный сигнал — и мозг перестроится.

💡 Мерзенич сам сформулировал это коротко: «Neurons that fire together, wire together» — нейроны, которые активируются вместе, связываются вместе. Эта фраза стала одним из главных принципов современной нейронауки.

Что последовало за открытием

Другие лаборатории немедленно начали воспроизводить и расширять результаты. Тим Пенс и Майкл Калаша показали: у обезьян, которых обучали задачам с определёнными пальцами, зона этих пальцев в коре увеличивалась. Не от повреждения — от практики.

Альваро Паскаль-Леоне в 1993 году показал то же самое у слепых людей, читающих шрифт Брайля: зона указательного пальца в соматосенсорной коре у них примерно в два с половиной раза больше, чем у зрячих. Годы тактильной практики буквально расширили её.

Томас Элберт в 1995 году — скрипачи: зона пальцев левой руки, работающей на грифе, значительно больше, чем у нетренированных людей. И больше, чем зона пальцев правой руки того же скрипача.

Карты мозга оказались живыми. Они менялись от опыта, от практики, от того, что человек делал каждый день руками.

Нейропластичность и руки

Руки — самые богато иннервированные части тела с наибольшим представительством в соматосенсорной коре. На гомункулусе Пенфилда руки занимают треть всей карты тела. Это делает их главным окном нейропластичности.

Когда руки регулярно получают разнообразный тактильный сигнал — разные текстуры, веса, усилия, температуры — соответствующие зоны коры поддерживаются в активном состоянии. Когда руки месяцами делают только одно и то же — клавиатуру — карта обедняется.

Это не метафора. Это то, что Мерзенич показал в 1983-м и что с тех пор воспроизведено сотни раз.

📊 У людей, страдающих хронической болью в руках после однообразной работы, нейровизуализация показывает изменения в корковых картах соматосенсорной коры — сжатие и деформацию зон, соответствующих перегруженным пальцам. Это называется кортикальной реорганизацией при хронических перегрузках.

Мерзенич после 1983 года

Открытие стало делом всей жизни. В 1990-х Мерзенич основал компанию Scientific Learning Corporation, разрабатывавшую программы когнитивного тренинга на основе нейропластичности. Позже — Posit Science, известную программой BrainHQ.

Он опубликовал несколько книг, в том числе «Soft-Wired» — о том, как поддерживать мозг в форме на протяжении всей жизни. Его главный тезис прост: мозг меняется от того, что ты делаешь. Если ты хочешь другой мозг — делай другое.

Ему сейчас за восемьдесят. Он продолжает работать.

→ Тактильная стимуляция — что происходит в мозге при прикосновении

Часто задаваемые вопросы

Нейропластичность работает в любом возрасте?

Да, хотя с разной скоростью. В детстве мозг меняется быстрее всего — критические периоды. Во взрослом возрасте изменения медленнее и требуют больше повторений, но происходят. Это и доказал Мерзенич: пластичность не заканчивается с детством, она меняет форму.

Что значит «корковая карта»?

Соматосенсорная кора организована так, что каждому участку тела соответствует определённый участок коры — это соматотопическая организация. Гомункулус Пенфилда — визуальное представление этой карты. У Мерзенича карта оказалась не жёсткой схемой, а живой структурой, которая перестраивается от опыта.

Use-dependent plasticity — это то же самое, что «повторение — мать учения»?

В каком-то смысле да, но с нейронным механизмом. Повторяющаяся активация нейронных цепей усиливает синаптические связи между ними — это долгосрочная потенциация, LTP. Именно это происходит при обучении навыкам рук: скрипач, хирург, гончар буквально расширяют корковые зоны, связанные с практикуемыми движениями.

Можно ли восстановить нейропластичность, если долго не тренировал руки?

Да. Корковые карты сжимаются от бездействия — но расширяются от практики. Это обратимо. Именно на этом строится интенсивная моторная реабилитация после инсульта: давать поражённой руке максимум разнообразной работы, чтобы заставить мозг перестроиться. Чем богаче и разнообразнее стимуляция — тем сильнее сигнал для перестройки.

Книги Мерзенича — с чего начать?

«Soft-Wired: How the New Science of Brain Plasticity Can Change Your Life» (2013) — самая доступная и практичная. На русском языке выходила под названием «Тренируй свой мозг». Написана для широкой аудитории без потери научной точности.

✅ Тактильный инструмент, о котором написана эта статья, теперь выпускается под названием Чилс. Заказ и подробности — на чилс.рф

⚠️ Статья носит научно-популярный и ознакомительный характер. Продукт «Смяч» не является медицинским изделием.

Источники

Полный список исследований с DOI и PMID — здесь

  • Merzenich M.M. et al. (1983). Topographic reorganization of somatosensory cortical areas 3b and 1 in adult monkeys following restricted deafferentation. Neuroscience, 8(1):33–55.
  • Merzenich M.M. et al. (1984). Somatosensory cortical map changes following digit amputation in adult monkeys. Journal of Comparative Neurology, 224(4):591–605.
  • Pascual-Leone A. & Torres F. (1993). Plasticity of the sensorimotor cortex representation of the reading finger in Braille readers. Brain, 116(1):39–52.
  • Elbert T. et al. (1995). Increased cortical representation of the fingers of the left hand in string players. Science, 270(5234):305–307.
  • Hebb D.O. (1949). The Organization of Behavior. Wiley. (Источник принципа «neurons that fire together, wire together».)

Читайте также