Процесс обучения требует усиления связанности между нейронами, которое обеспечивается динамическим механизмом – долговременной потенциацией[14]. Когда мозг начинает воспринимать какую-то информацию, это естественным путем повышает активность в связях между нейронами. Чем выше эта активность, тем сильнее корреляция и тем легче соответствующему сигналу пройти между ними и установить некую цепочку. Активность нейрона заставляет имеющиеся в аксонах запасы глутамата пересечь синаптический разрыв и подготовить рецепторы близлежащего нейрона к принятию сигнала. Пока этот нейрон в покое, его электрический заряд увеличивается, и вследствие этого он, словно магнит, легко притягивает несущий сигнал глутамат. Если поступление таких сигналов в нейрон продолжается, генный механизм его ядра создает новый строительный материал для синапса и, таким образом, усиление нейронной инфраструктуры позволяет информации задерживаться в нейронах в виде памяти.

Предположим, вы заучиваете какое-то французское слово. Когда вы слышите его в первый раз, те нейроны, которые «выбраны» для создания новой цепочки, обмениваются друг с другом сигналами, переносимыми глутаматом. Если вы больше никогда не повторите это слово, взаимосвязь между синапсами соседних нейронов естественным образом ослабнет. Угаснет и сигнал между ними. Вы забудете это слово. Открытие, которое поразило исследователей человеческой памяти и в 2000 году принесло нейрофизиологу из Колумбийского университета Эрику Канделу Нобелевскую премию, состояло в том, что повторная активация (или повторение) заставляет синапсы самостоятельно увеличиваться и устанавливать более прочные связи между собой. Нейрон похож на дерево, в котором вместо листьев имеются своеобразные разветвления, оканчивающиеся синапсами. Эти «ветки» все время появляются, создавая все больше синаптических окончаний для установления множества связей. Этот механизм – разновидность клеточной адаптации, называемой синаптической пластичностью[15], в которой нейротрофины играют ключевую роль.

Вскоре ученые обнаружили: если выделенные в чашке Петри нейроны обработать нейротрофинами, мозговые нервные клетки автоматически выбрасывают новые ветки, осуществляя, таким образом, свой структурный рост для потребностей обучения. Это навело меня на мысль, что нейротрофины служат своеобразными «удобрениями» или «присадками» для развития мозга, подобно тому, как подкормки известной агрофирмы Miracle-Gro позволяют улучшать растения в саду.

Белки нейтротрофины также усиливают рецепторы нейронов в синаптических зонах, активизируя потоки ионов, что увеличивает электрический заряд и силу сигнала между нейронами. Внутри самого нейрона нейротрофины активизируют гены, чтобы те увеличивали синтез BNDF, а также серотонина и белков для более активного строительства синаптических окончаний у нейронов. Нейротрофины регулируют движение и создают дороги между нейронами. В целом же они улучшают работу нейронов, способствуют их росту и защищают от естественного старения и смерти клеток. Наконец – и я постараюсь показать это на протяжении всей книги, – нейротрофины оказываются важнейшим биологическим связующим звеном между нашими мыслями, чувствами и движениями.

Мозг нужен только двигающемуся живому существу, отмечает нейрофизиолог из Нью-Йоркского университета Родольфо Льинас в своей книге I of the Vortex: From Neurons to Self («Я в водовороте: от нейронов к себе»), изданной в 2002 году. В качестве иллюстрации он приводит пример маленького, похожего на медузу морского животного под названием асцидия. Имеющее от рождения примитивный спинной мозг и три сотни нейронов, это мешкообразное существо плавает в неглубоких местах, пока не находит подходящий отросток коралла, к которому и прирастает. После появления асцидии на свет у нее всего 12 часов, чтобы сделать это, иначе она погибает. Прикрепившись к кораллу, асцидия медленно съедает свой мозг. Большую часть жизни она выглядит скорее как растение, а не как животное. Поскольку асцидия не передвигается, мозг ей не нужен. Льинас интерпретирует это так: «То, что мы называем мышлением, появилось у человека в результате эволюционного усвоения движений».

По мере того как человеческий вид эволюционировал, чисто физические навыки его представителей превращались в абстрактные способности предвидеть, оценивать, проводить связь между явлениями, планировать, наблюдать за собой, выносить суждения, исправлять ошибки, менять тактику, а затем и запоминать все, что делалось в целях выживания. Те нейронные цепочки, которые наши далекие предки использовали, чтобы добывать огонь, мы сегодня применяем, например, для изучения французского языка.

Возьмем мозжечок, который координирует наши движения и позволяет безошибочно делать все – от возврата мяча на теннисном корте до сопротивления силе земного тяготения. Когда были получены доказательства, что пучки нервных волокон, соединяющих мозжечок с префронтальной корой, у человека значительно толще, чем у обезьян, возникло представление, будто этот орган головного мозга участвует также в генерировании мыслей, внимания, эмоций и даже навыков социального общения. Я называю мозжечок центром «ритм-энд-блюза», то есть центром настроя мозга. Выполняя физические упражнения, особенно связанные со сложными движениями, мы также тренируем те отделы нашего мозга, которые включены в мыслительную деятельность. Мы заставляем его посылать сигналы по уже устоявшимся нейронным цепочкам, что укрепляет связи между ними.

Когда мы чему-нибудь учимся, в мозге задействуется целый ряд связанных между собой участков и отделов. Например, гиппокамп почти всегда работает под плотным «присмотром» со стороны префронтальной коры. Вообще префронтальная кора контролирует нашу активность – и физическую, и мыслительную, – получая сигналы извне и затем отдавая команды через нейронную сеть мозга. Префронтальную кору можно представить в виде своеобразного начальника. Она прежде всего отвечает за оценку окружающей ситуации, задействуя рабочую память, формируя импульсы и отдавая команды к действиям, суждениям, планированию, предвидению и так далее – то есть разнообразным исполнительным функциям. В качестве генерального директора мозга префронтальная кора всегда находится в тесном контакте с исполнительным директором – двигательной зоной коры головного мозга, а также с другими его отделами.

Гиппокамп представляет собой нечто вроде штурмана, который получает сведения из рабочей памяти, связывает их с уже имеющимися данными, сравнивает, создает новые ассоциации и направляет в префронтальную кору. Ученые полагают, что память – это набор фрагментов информации, рассредоточенных в мозге. Гиппокамп, как некое депо, получает эти фрагменты из коры, связывает и направляет назад в виде новой карты нейронных связей.