40 исследований, которые потрясли психологию - Роджер Р. Хок

В 60-х годах XX века появились новые технологии, которые дали ученым возможность измерить изменения мозга с большей точностью, используя технику с высокой степенью оптического увеличения и определение уровня активности ферментов и нейромедиаторов. Марк Розен-цвейг (Mark Rosenzweig) и его коллеги, Эдвард Беннетт (Edward Bennett) и Мариан Даймонд (Marian Diamond), в Университете Калифорнии в Беркли использовали все эти технологии в претенциозной серии из 16 экспериментов, проводившихся в течение 10 лет с целью выяснения влияния активной умственной деятельности на мозг. Результаты их работы изложены в статье, которая обсуждается в этой главе. По очевидным причинам эксперименты проводились не на людях, а, как во многих классических работах по экспериментальной психологии, на крысах.

Поскольку в конечном итоге психологов интересуют люди, а не крысы, использование животных в этих опытах должно быть как-то оправданно. В теоретическом обосновании этой работы дается объяснение, почему объектом изучения были выбраны крысы. Авторы объяснили, что по нескольким причинам более удобно использовать в опытах грызунов, а не высших млекопитающих, таких как хищники или приматы. Та часть мозга, которая является объектом исследования, у грызунов гладкая, а не складчатая, как у высших животных. Поэтому ее легче изучить и измерить. Кроме того, крысы — небольшие по размерам и недорогие животные, что немаловажно для условий лабораторий (обычно испытывающих недостаток финансирования и места). Крысы приносят многочисленное потомство, и это позволяет брать животных из одного помета для экспериментов в разных условиях. И наконец, у крыс, рожденных от находящихся в родстве особей (inbread), возникают разнообразные генетические деформации, что позволяет ученым при желании включать генетические эффекты в их исследования.

Работы Розенцвейга основаны на предположении, что животные, выращенные в активно стимулирующем окружении, по развитию и биохимическим особенностям мозга будут отличаться от животных, выращенных в обычных лабораторных условиях. В каждом из экспериментов, о которых говорится в этой статье, участвовали 12 групп, состоящих из трех самцов одного помета.

Из каждого помета крысы выбирались три самца. Каждый самец выращивался в одном из трех разработанных режимов содержания. Один оставался в лабораторной клетке с другими крысами колонии. Другой помещался в клетку с «обогащенными», по терминологии Розенцвейга, условиями; третий — в клетку с «обедненными» условиями. Помните, что во всех 16 опытах в каждом из трех режимов содержалось по 12 крыс.

Три режима содержания крыс (рис. 3) описаны следующим образом:

Рис. 3. Три режима содержания крыс в клетках

1. Стандартная лабораторная клетка с несколькими крысами на достаточном пространстве и со всегда доступными пищей и водой.

2. Клетка с обедненными условиями была несколько меньше, находилась в отдельной комнате, и крыса содержалась там одна при достаточном количестве пищи и воды.

3. Клетка с обогащенными условиями представляла собой крысиный Диснейленд (не в обиду Микки Маусу!). От шести до восьми крыс жили в «большой клетке, снабженной разнообразными объектами, с которыми они могли играть. Каждый день в клетку помещался новый набор игрушек, которых всего было 25» (с. 22).

Крысы жили в этих трех режимах в течение разных периодов времени, от 4 до 10 недель. После этого подопытные животные гуманным образом умерщвлялись, и производилось вскрытие для выявления различий в развитии головного мозга. Для того чтобы избежать предвзятости, процедура изучения была стандартизирована и исходные данные закодированы, так что человек, производящий вскрытие, не знал, в каких условиях выращивалось животное. Прежде всего исследователей интересовали различия мозга животных из обогащенных и обедненных условий содержания.

Мозг крыс разделялся на секции, которые измерялись, взвешивались и анализировались по показателям скорости роста клеток и уровня активности нейромедиаторов. В последнем случае особый интерес вызывал фермент ацетилхолинестераза. Это вещество играет очень важную роль в работе мозга, поскольку оно обеспечивает быструю и эффективную передачу нервных импульсов между клетками мозга.

Нашли ли Розенцвейг и его сотрудники различия между мозгом крыс, выращенных в обогащенных и обедненных условиях? Вот их результаты.

Результаты говорят о том, что мозг крыс, выращенных в обогащенных условиях, отличается от мозга крыс, выращенных в обедненных условиях, во многих отношениях. Кора головного мозга крыс из обогащенных условий значительно тяжелее и толще. Кора головного мозга — это та часть мозга, которая отвечает на воздействия окружающей среды и контролирует движение, память, обучение и чувственное восприятие (зрение, слух, осязание и обоняние). Кроме того, уровень активности упомянутого выше фермента нервной системы, ацетилхолинестеразы, оказался выше у крыс с обогащенным жизненным опытом.

У двух групп животных не было выявлено значительной разницы в числе клеток мозга (нейронов), но в обогащенных условиях у крыс развивались нейроны большего размера. С этим связаны и данные о том, что соотношение РНК и ДНК — веществ, играющих важнейшую роль в росте клеток мозга, было выше у крыс с обогащенным опытом. Это говорит о том, что у этих животных уровень химической активности мозга был выше.

Розенцвейг и его коллеги с уверенностью утверждают, что «хотя различия в мозге, вызванные условиями окружающей среды, невелики, но они подлинны. При повторных экспериментах вновь и вновь выявлялись те же закономерности и различия… Оказалось, что наиболее стойким показателем воздействия жизненного опыта на мозг было соотношение веса коры мозга к остальной его части: подкорке. Оказывается, кора головного мозга очень быстро увеличивается в весе в ответ на внешнюю стимуляцию, в то время как остальная часть мозга изменяется мало» (с. 25).

Это измерение отношения веса коры и остальной части мозга было наиболее точным показателем изменений мозга. Общий вес мозга варьируется в зависимости от индивидуального веса каждого животного; выбранный же показатель исключает влияние индивидуальной изменчивости. На рис. 4 представлены данные по этому показателю, полученные во всех 16 экспериментах[2]

Как вы видите, только в одном эксперименте различия не являлись статистически значимыми.

И наконец, были получены данные, касающиеся мозговых синапсов у животных из двух экспериментальных групп. Синапс — это место соединения двух нейронов. Основная часть активности мозга реализуется в синапсах, где нервный импульс или передается от одного нейрона к следующему и дальше, или тормозится и прекращается. Под большим увеличением с использованием электронного микроскопа было обнаружено, что сами синапсы у крыс с богатым опытом на 50 % больше, чем у крыс, выращенных в обедненных условиях.

После десяти лет исследований Розенцвейг, Беннетт и Даймонд были готовы с уверенностью заявить:

«Нет сомнения, что многие аспекты анатомии и химии мозга изменяются в результате познавательного опыта» (с. 27).

Однако авторы признали, что когда они впервые сообщили о своих результатах, многие ученые были настроены скептически, поскольку до тех пор никому не удавалось продемонстрировать ничего подобного. Критики настаивали на том, что изменения мозга были вызваны не обогащенной окружающей средой, а другими различиями в обращении с крысами, просто хорошим уходом или же стрессом.

Рис. 4. Отношение веса коры головного мозга к весу остальной части мозга: разность (в %) между значениями данного показателя, полученными при условии обогащенной и обедненной среды содержания крыс. (Результаты экспериментов 2-16 статистически достоверны)

Утверждения о целом ряде различий в обращении с крысами вполне справедливы потому что крыс в обогащенных условиях содержания дважды в день вынимали из клетки, чтобы сменить набор игрушек, а крыс в обеднённых условиях в руки не брали. Возможно, что именно этот фактор вызвал изменения в мозге, а не окружающая среда. Для того чтобы проверить это, исследователи сравнили развитие мозга у двух групп крыс из одного помета. Крыс одной группы брали в руки каждый день, а другой — не брали (при этом все они выращивались в одинаковых условиях) Различий в мозге крыс из двух групп обнаружено не было. Кроме того в дальнейших экспериментах с крысами в обедненных и обогащенных условиях обращались одинаково, и все же были получены те же результаты.