6 книг, которые помогут понять, что такое пластичность мозга и как ее используют в обучении, лечении и нейросетях

Базовые знания

«Пластичность мозга: потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции нашего мозга»

Норман Дойдж

2007 (на русском — 2010, 2018)

Норман Дойдж — американский психиатр и психоаналитик, учившийся еще и на литературоведа и философа. Именно из его научно-популярной книги «Пластичность мозга» русскоязычная аудитория узнала о таком феномене, как нейропластичность.

Поэтому логично начать свое путешествие в мир нейробиологии с этой работы, особенно если вы впервые слышите о том, что мозг — это гибкая живая система, которая меняет свое устройство под влиянием обстоятельств.

Книга сделана по классической схеме нон-фикшена, посвященного нейротемам: автор переходит от одного героя с удивительным нарушением работы мозга к другому — от переживающей ощущение бесконечного падения женщины до девушки, живущей с половиной мозга. В промежутках между историями — научные факты и рассказы о нейробиологических исследованиях, проливающих свет на способности мозга к изменениям. Несмотря на «легкий» формат, объяснений в книге достаточно, чтобы подтянуть знания об устройстве мозга и отдельных его частей.

В основном Дойдж фокусируется на позитивных сторонах нейропластичности, рассказывая, как можно восстановить утраченные функции мозга после инсульта, травмы или операции — с помощью упражнений или экспериментальных технологий. Именно за чрезмерный оптимизм (особенно в его следующей книге о «самоисцелении» мозга) его, бывало, критиковали.

Справедливости ради, в книге есть и главы о негативной стороне пластичности мозга: автор объясняет, как просмотр порно превращается в обучение и формирует зависимость, и выдвигает свою гипотезу о пластичной природе сексуальности.

Поскольку основная специализация Дойджа — психиатрия и психоанализ, особого интереса заслуживает глава, в которой он рассматривает психотерапию сквозь призму нейропластичности. Дойдж представляет работу (эмоциональное переосмысление) пациента на сессиях как процесс «реинвентаризации» физически реально существующих в мозгу нейронных структур. Очень похоже на правду, поэтому всем интересующимся психотерапией будет полезно изучить эту точку зрения.

Спорт и нейропластичность

«Странная девочка, которая влюбилась в мозг: как знание нейробиологии помогает стать привлекательнее, счастливее и лучше»

Венди Сузуки, Билли Фицпатрик

2015 (на русском — 2018)

Оригинальное название звучит более практично и переводится примерно так: «Здоровый мозг — счастливая жизнь: как активизировать ваш мозг и делать всё лучше». Да и суть книги такой заголовок отражает более точно.

Венди Сузуки — профессор нейропсихологии и популяризатор науки из Нью-Йорка, а еще сертифицированный тренер аэробных программ. Причем аэробикой ее сподвигла заняться именно нейробиология: после популярной среди нейробиологов сферы изучения памяти она приступила к исследованию влияния спорта на мозг. Обнаружив, что аэробная нагрузка может влиять на здоровье гиппокампа, Сузуки занялась аэробикой сама, а потом вовлекла в свои эксперименты своих студентов, в ходе которых выяснилось, что аэробные нагрузки так же хорошо влияют на префронтальную кору. Исследовательница утверждает, что у занимавшихся спортом студентов успеваемость была выше, чем у других.

В книге «Странная девочка» главы о строении и работе мозга чередуются с главами, посвященными личной истории Сузуки, которая, благодаря своим открытиям, превратилась из застенчивого пугливого интроверта с лишним весом в бойкую поджарую женщину, напористо читающую лекции и не стесняющуюся приходить в университет в леггинсах для занятий аэробикой.

Всё благодаря нейропластичности, конечно. Бонусом для тех, кому скучно читать чисто научные книжки, станет то, что в главах о личном есть и история ассимиляции японцев в США, и любовная линия, а также затронуты темы музыки и кулинарии.

Примечательно, что одной из учителей Сузуки была Марион Даймонд — ученая, которая впервые провела эксперимент с обогащенной средой и доказала, что строение мозга зависит от среды.

В последние годы Венди Сузуки пытается выяснить, может ли спорт корректировать аффективные расстройства и когнитивные нарушения. Она утверждает, что сочетание аэробных упражнений с положительными аффирмациями (это когда люди скачут с маленькими гантелями и одновременно вопят: «Я счастлива!») положительно влияет на состояние пациентов с травмами мозга — но это ей еще предстоит доказать.

Нейропластичность и психологические установки

«Homo Mutabilis. Как наука о мозге помогла мне преодолеть стереотипы, поверить в себя и круто изменить жизнь»

Настя Травкина

2020

«Homo Mutabilis» на латыни означает «человек меняющийся». Книга отвечает на вопрос, способны ли мы измениться с точки зрения науки и почему это бывает так трудно. Рассматривая то, что влияло на мозг в прошлом и что продолжает влиять на него сейчас, мы лучше понимаем свои возможности и ограничения.

В книге нейропластичность показана с пяти актуальных для многих ракурсов:

обучение (как мозг учится, почему со школой всё плохо и как сделать учебный процесс эффективным);
самооценка (как неадекватная самооценка влияет на наш опыт, а он, в свою очередь. — на строение нашего мозга);
зависимость (почему приобретение вредных привычек — это тоже обучение, бывает ли зависимость от еды, игр и порнографии и как переобучать свой мозг, чтобы избавляться от зависимостей);
стереотипы (почему стереотипы это не «просто слова» и как они снижают когнитивные способности человека — на примере гендерных стереотипов о «женских» интеллектуальных способностях);
бедность (как трудное детство сказывается на работе нашего мозга, почему секреты успешного успеха не работают и как позаботиться о себе во взрослом возрасте, если у вас есть травматичный опыт).

Настя Травкина — научная журналистка, редактор журнала «Нож» и автор многих наших статей о мозге (в том числе и этой, если вы не заметили, поэтому ненадолго перехожу на «я», чтобы избежать смутного ощущения расщепления личности).

Я написала не только об исследованиях, но и попыталась объяснить, что у каждого, даже самого сильного влияния из прошлого есть определенное «окно гибкости». Эта гибкость дает возможность скорректировать почти любые наши особенности благодаря правильной организации опыта. Очень важно понимать, что «сила воли» здесь ни при чем, а меняться может быть очень трудно — и обеспечивать себе поддержку.

Для того, чтобы поддержать своих читателей, я рассказываю о том, как постепенно проверяла данные нейронауки и методы работы с нейропластичностью на себе и как это помогло мне справиться со многими своими несчастьями и скорректировать негативные стороны своей личности.

Фишка книги в том, что к обложке и иллюстрациям тоже приложил руку автор.

Роль нейропластичности в старении и развитии болезни Альцгеймера

Soft-Wired: How the New Science of Brain Plasticity Can Change Your Life

Майкл Мерцених

2013 (не переведена на русский)

Майкл Мерцених — заслуженный нейроученый, который сделал большой вклад в науку о мозге. Он работал над картированием соматосенсорной коры и показал, что она может меняться в зависимости от опыта, а также разрабатывал слуховые импланты и нейроупражнения для детей и взрослых с нарушениями речи. В 2004 году Мерцених прочитал знаменитый доклад на TED Talks о нейропластичности у взрослых, который всё еще пользуется популярностью.

И несмотря на то, что он, как и любой ученый, стоит на плечах своих предшественников, именно его называют «отцом нейропластичности», потому что список его научных достижений действительно огромен.

Но Мерцених не только ученый-теоретик, но и практик, бизнесмен, посвятивший очень много времени развитию центра компьютерного обучения на базе нейропластичности Posit Science Corporation. Это накладывает свой отпечаток на книгу Soft-Wired: в первых частях рассказано много историй потрясающих исцелений людей, которые никак не могли научиться читать и писать или говорить, но при помощи упражнений овладели этими навыками; в последних — довольно нудная реклама упражнений, разработанных центром (за что автор многословно извиняется). Самое интересное в книге — посередине.

Тем не менее практическая ориентация автора книги делает понятным ответ на вопрос «А что делать-то с этой нейропластичностью?». Мерцених рассказывает, что происходит со стареющим мозгом. И нет, это не про возраст «за двадцать»: ученый считает, что интеллектуального пика мы достигаем к 35 годам, а старением можно считать процессы, начинающиеся в 50 лет.

Его подход необычен: он едва касается таких вопросов, как «почему с возрастом падает скорость реакции» или «почему утрачивается способность к периферическому обзору», а вместо этого концентрируется на тех проблемах, которые на самом деле — не результат старения и «естественного» угасания мозга, а результат так называемого негативного обучения. Негативное обучение — это процесс «разучивания» обратно в стадию неумения.

Мерцених утверждает, что большая часть когнитивного затухания происходит не по естественным причинам, а из-за того, что люди после 50 перестают учиться новому и следуют по давно знакомым, рутинным путям. Сложность когнитивной нагрузки снижается, мозг адаптируется к новым условиям, и по закону use it or lose it количество нейронных связей сокращается. Тотальность деградации из-за «уплощения» образа жизни пугает, но Мерцених считает, что негативному обучению противостоит активное обучение!

Он объясняет, что «оставаться активным» — не значит энергично, но бездумно ходить в одни и те же места, играть в одни и те же не требующие усилий игры или делать только то, что давно знакомо. По его мнению, единственный способ оставаться как можно дольше в своем уме и не закончить свои дни в компании с Альцгеймером — каждый день учиться новому, будь то новый путь в привычное место, освоение новых занятий, изучение языка и музыки или внимательное общение с непонятными тебе людьми (например, с молодежью).

Он рассматривает «неправильное» старение как эготическое замыкание в себе и противопоставляет ему «правильное»: открытое новым вызовам (даже если вам по силам только очень маленькие подвиги) и участие в жизни непохожих на вас людей.

Это еще один ответ тем, кто представляет нейропластичность как исключительно положительную суперспособность, забывая, что научиться можно и ненужному, и вредному.

Нейропластичность и новые технологии

Livewired: The Inside Story of the Ever-Changing Brain

Дэвид Иглман

2020 (не переведена на русский)

Спустя полтора десятилетия после начала попыток популяризировать идею взрослой нейропластичности, кажется, не осталось ни одного человека, который отрицал бы потрясающую адаптивность взрослого мозга и его способность изменять свои нейронные структуры под влиянием опыта. Более того, теперь нейропластичность — не только предмет лабораторных исследований, но и фундамент для высокотехнологичных разработок.

Дэвид Иглман — американский нейробиолог из Стэнфордского университета. На базе Стэнфорда сообща работают самые разные и самые лучшие ученые, связанные с компаниями Кремниевой долины, поэтому на его сотрудников стоит обратить внимание всем, кто интересуется как футурологией, так и ближайшим будущим.

Иглман не только преподает нейробиологию и пишет просветительские книги — он еще и глава компании Neosensory, которая занимается разработкой и внедрением технологий сенсорного замещения. Этому вопросу и посвящена книга Livewired.

Сенсорное замещение позволяет вернуть утраченные каналы восприятия (например, слух, зрение или чувство равновесия), используя свойство мозга перестраиваться под действием потока упорядоченной информации. Иглман, к примеру, рассказывает, как можно переводить изображение с камеры айфона в звуковые модуляции, чтобы передать визуальную информацию об окружающей среде слепому человеку в виде звука.

Поначалу мозг воспринимает только информационный шум — а его хозяин слышит только безумную какофонию. Но поскольку все звуки не случайны (громкость сигнализирует о расстоянии, высота тона — о цвете, а прерывистость и непрерывность — о текстуре), со временем мозг обучается этому «языку», как любому другому при погружении в языковую среду. Более того, вскоре ранее «не занятая» зрительная кора переориентируется на восприятие звука, и участники экспериментов начинают переживать не звучание мира, но его видение. То есть они буквально видят мир с помощью звука.

На первый взгляд это может показаться фантастикой, но в таких технологиях нет ничего нового. Первые эксперименты по сенсорному замещению проводили еще в 1930-е годы, и всё это время проблема была не в том, что мы не знали о нейропластичности, а в том, что не было достаточно мощных и портативных wearable-технологий.

Кроме замещения чувств, Иглман мечтает о создании новых. Его компания разработала пояс, передающий информацию о сторонах света на кожу с помощью вибрации. Испытуемые со временем научаются преобразовывать вибрацию в ощущение «компаса» и получают способность ориентироваться в пространстве, как голуби — по интуитивному GPS-навигатору.

Иглман технооптимистичен, но не стоит забывать, что в Стэнфорде работают люди, получающие финансирование от технокорпораций — конечно, они очень оптимистичны. Я предлагаю всё же немного «фильтровать» его позитивные эмоции и помнить, что он также хотел бы подключать к нашему мозгу поток информации из твиттера, чтобы общественное мнение стало одним из наших органов чувств и чтобы нам было легче… быть конформистами?

Высока вероятность, что Иглмана скоро переведут на русский, так как предыдущие его книги «Инкогнито» и «Креативный вид» довольно популярны в нашей стране.

Нейропластичность, обучение и системы искусственного интеллекта

«Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока»

Станислас Деан

2019 (на русском — 2021)

Последняя книга из этого списка, пожалуй, как самая техническая, так и самая нейроподробная: она объясняет, с одной стороны, как на клеточном уровне происходит обучение, а с другой — что из этих механизмов заимствовано инженерами, которые работают над созданием и совершенствованием систем искусственного интеллекта.

Автор книги — из особой группы нейроспециалистов, потому что у него не биологический (как у Иглмана или Мерцениха) или философско-психологический (как у Дойджа или Травкиной) бэкграунд. Французский ученый Станислас Деан изначально был математиком, а уже потом стал нейробиологом и доктором когнитивной психологии. Это определяет специфику его подходов: во-первых, он очень свободно пользуется «компьютерной метафорой» (проводит аналогии между работой мозга и компьютера), а во-вторых, смело и технично ищет нейронные корреляты сознания. Против обоих подходов часто протестуют философы, но математики на них плевать хотели!

Книга дает хорошее представление не только о том, как работают химический и электрический сигналы в мозгу и что за клеточные процессы скрываются за словами «знание», «запоминание» и «понимание», но она также предоставляет базу для того, чтобы разобраться в устройстве нейросетей.

Ее смогут понять читатели, которые не знают ни нейробиологии, ни инженерии — настолько просто и увлекательно она написана. И, что приятно, в ней нет всплеска позитивных эмоций и веры в чудо, которые иногда проскакивают у Дойджа, Мерцениха и Иглмана, и у склонного к научному скептицизму читателя могут вызывать легкое раздражение (как у меня).

Наоборот, Деан объясняет, что пока обычные люди боятся «всемогущего ИИ», максимум, что могут воссоздать инженеры, например, в распознающих изображение искусственных нейросетях — это самые примитивные процессы исчислений, который наш мозг проводит в первые миллисекунды восприятия, еще до того, как мы осознаем, что видим.

Он также показывает, что современный ИИ не сможет выжить без больших данных, потому что не способен анализировать и делать обобщения на основе одного-двух-трех опытов, как умеет это делать даже трехлетний ребенок, что уж говорить о взрослом. ИИ многого не хватает для того, чтобы учиться, как ребенок: Деан называет мозг ребенка «маленьким ученым», так как он постоянно выдвигает гипотезы, ставит эксперименты и запрашивает обратную связь — при том, что никто его этому не учит.

При этом процесс «обучения» нейросетей, по словам ученого, во многом повторяет те процессы, которые происходят в человеческом мозгу в момент познания. Но не потому, что инженеры «сдули» идею из биологии, а потому, что с математической точки зрения это оказывается максимально эффективным путем и для мозга, и для ИИ. В том, что мы сумеем воссоздать эти процессы в полном объеме, Деан не сомневается. Вопрос только в том, когда это произойдет. Из всех перечисленных книг «Как мы учимся» — самая сбалансированная, точная и именно поэтому самая полезная и интересная. Она совсем скоро должна выйти на русском языке.