Эти утверждения были прямо противоположными тому, что, как предполагалось, должно происходить во взрослом мозге. У взрослых левое полушарие часто называется доминирующим и считается особенно важным. Нейрохирурги часто не склонны делать операции на левом полушарии из опасения затронуть речь. С другой стороны, правое полушарие нередко считается менее значимым. В старой литературе оно часто называлось «второстепенным полушарием». Нейрохирурги в общем чувствуют себя спокойнее, оперируя на правом полушарии, и электросудорожная терапия (ЭСТ) часто применяется к правому, но не к левому полушарию.
Возможно ли, что левое полушарие посвящено языку и поэтому «бездействует» до полного развития языка? Это могло бы объяснить отсутствие функционального эффекта левополушарного поражения у детей, но это не могло объяснить особо серьезный функциональный эффект правополушарного поражения. Кроме того, друзья-нейрохирурги сообщали мне, что левополушарные поражения неречевых структур у детей тоже не приводили к серьезным функциональным потерям.
Похоже, что в ходе развития произошел некий широкий перенос функций между двумя полушариями, от правого к левому, и что этот перенос не был ограничен освоением языка. Это привело меня к идее, что различия между двумя мозговыми полушариями основано на различии между когнитивной новизной и когнитивной рутиной. Может быть, правое полушарие особо искушено в обработке новой информации, а левое полушарие особо искушено в переработке рутинной, знакомой информации? Я «импортировал» эту идею, когда приехал в Соединенные Штаты в 1974 году. В 1981 году мой друг Луис Коста и я опубликовали теоретическую статью, где впервые правое полушарие связывалось с когнитивной новизной, а левое полушарие — с когнитивной рутиной16.
Лауреат Нобелевской премии психолог Герберт Саймон убежден, что обучение заключается в накоплении легко распознаваемых паттернов17. Не является ли левое полушарие хранилищем таких паттернов?
Новизна и привычность — это определяющие характеристики психической жизни любого существа, способного к обучению. В случае простого инстинктивного поведения пусковой стимул обычно «привычен» и степень «привычности» не меняется с частотой воздействия стимула. Ответ организма вполне сформирован с самого начала и не меняется на всем протяжении жизни. Предполагается, что опыт не меняет нейронную инфраструктуру, контролирующую стимульный ответ. Примером такого поведения являются простые рефлексы. Если ваш нос чешется, вы чешете его автоматически и не думая. Эта реакция не является результатом обучения и не изменится на протяжении жизни.
У высших животных, включая человека, мозг наделен мощной способностью к обучению. В отличие от инстинктивного поведения, обучение, по определению, является изменением. Организм сталкивается с ситуацией, для которой он не имеет готового эффективного решения. В ходе повторяющегося столкновения с подобной ситуацией со временем возникают адекватные стратегии реагирования. Длительность времени, или число итераций, требуемых для возникновения эффективных решений, широко варьируется. Иногда процесс ограничивается одной встречей (так называемая «ага-реакция»). Но неизменно происходит переход от отсутствия эффективного поведения к возникновению эффективного поведения. Этот процесс называется «обучением» и возникающее (или преподанное) поведение называется «выученным поведением». На ранней стадии любого процесса обучения организм сталкивается с «новизной», а финальной стадией процесса обучения является «рутинизация» или «фамильяризация». Переход от новизны к рутине — это универсальный цикл нашего внутреннего мира. Это ритм наших умственных процессов, развертывающийся в различных масштабах времени.
Роль обучения и выученного поведения возрастает в ходе эволюции по отношению к инстинктивному поведению. Возможно ли, что возникновение структурных и химических различий между двумя полушариями было вызвано эволюционными задачами оптимизации обучения? Возможно ли, другими словами, что существование двух различных, отдельных, но взаимосвязанных систем — одна для новизны и другая для рутины — способствует обучению?
Экспериментальный ответ на этот вопрос потребовал бы сравнения способностей к обучению у двух типов организмов: с двумя полушариями и без них, но равной сложности в остальном. Но так как двуполушарность мозга является универсальным атрибутом всех высших видов, такой эксперимент никогда не будет поставлен. Самое большее, на что был бы способен исследователь, — это вычерчивать кривые, относящиеся к эволюционному росту способностей к обучению и к полушарной дифференциации, надеясь увидеть параллель. Но вычерчивание таких «кривых», основанное на произвольных предпосылках, не ведет к точным результатам.
Однако арсенал науки не ограничен экспериментальными и эмпирическими методами. Экспериментальные методы, хотя и являются опорой науки, внутренне ограничены. Поэтому наиболее развитые дисциплины приобретают свою теоретическую ветвь. Теория является упрощенной моделью некоторого аспекта реальности, который обычно конструируется в формальном, часто математическом, языке. Вместо прямого экспериментирования, модель может быть исследована формально, или вычислительно, путем дедукции некоторых ее свойств из других свойств. С наступлением эпохи мощных компьютеров стало возможным объединять дедуктивные и экспериментальные методы в одном вычислительном подходе. Модель исследуемого объекта создается в виде компьютерной программы, которая затем запускается на компьютере, имитируя поведение. Таким путем могут быть спроектированы эксперименты с моделью, и динамические свойства модели могут устанавливаться путем изучения ее фактического поведения. Из всех новых направлений развития в когнитивной нейронауке, развитие вычислительных методов — наиболее многообещающий.
Особенно привлекательными среди них являются формальные нейронные сети. Составленные из больших совокупностей относительно простых единиц, нейронные сети крайне «мозгоподобны». Они могут накапливать и сохранять информацию о своем окружении («входные данные»), при условии, что они получают обратную связь о своем поведении. Они на самом деле обучаются.
Нейронные сети во все возрастающей степени используются для моделирования и лучшего понимания процессов в реальном мозге. Стевен Гроссберг, один из пионеров нейронно-сетевого моделирования, открыл, что вычислительная эффективность действительно повышается путем разбиения системы на две части, одна из которых занимается новыми входными данными, а другая — рутинными входными данными18. Другие вычислительные теории также установили различение между ориентировочным поведением в ситуациях новизны и когнитивной рутиной в стационарных ситуациях. Хотя ни одна из этих теорий не связывала в явной форме эти два процесса с двумя мозговыми полушариями, они дали дополнительный аргумент в пользу того, что возникновение такого разбиения в ходе эволюции могло предоставить мозгу вычислительное преимущество.
Привязывание новизны к правому полушарию, а когнитивной рутины к левому приводит к совершенно новому способу рассмотрения мозга. Традиционное понимание ролей полушарий в познавательной деятельности было статичным и не учитывало индивидуальных различий. Определенные функции, например язык, мыслились неизменно привязанными к левому полушарию. Другие функции, например обработка пространственной информации, предполагались столь же нерушимым образом связанными с правым полушарием. Стандартный учебник нейропсихологии или поведенческой неврологии дает фиксированные карты привязки структур к функциям, без учета каких-либо динамических изменений в природе этого картирования. Что стало с древней мудростью Гераклита, что «невозможно войти дважды в одну и ту же реку»? Почитаемая во многих отраслях нейробиологии, эта, казалось бы, самоочевидная истина многие годы игнорировалась в нейропсихологии. Более того, традиционная нейропсихология и поведенческая неврология молчаливо подразумевают, что функциональная топография у всех людей одинакова, независимо от их образования, профессии, или жизненного опыта. Но это тоже противоречит здравому смыслу. Могут ли фотограф-портретист и музыкант использовать в точности те же части мозга, рассматривая лица и слушая музыку?
С другой стороны, новизна и рутина относительны. То, что является новым для меня сегодня, станет рутиной завтра, через месяц или через год. Поэтому отношения между двумя полушариями должны быть динамичными, характеризуемыми постепенным сдвигом центра когнитивного контроля задачи от правого полушария к левому. Более того, то, что ново для меня, может быть знакомым для вас, и наоборот. Поэтому функциональное отношение между двумя полушариями несколько различно у разных людей.
Говоря о переносе информации справа налево, я не имею в виду буквальное перемещение информации. Более вероятно, что внутренние модели развиваются в обоих полушариях интерактивно, но скорости их формирования различны. Они формируются быстрее в правом полушарии на ранних стадиях обучения когнитивному навыку, но быстрее в левом полушарии на поздних стадиях. Как эти функциональные различия между двумя полушариями могут возникать вследствие нейроанатомических различий между двумя полушариями — обсуждается в другом месте19,20.
В зависимости от образования, профессии и жизненного опыта, то, что ново для одного человека, — рутина для другого. Поэтому роли двух полушарий в познавательной деятельности динамичны, относительны и индивидуализированы. В конце концов, старая гераклитова мудрость применима к способу взаимодействия двух мозговых полушарий так же, как она применима и к любой другой ветви нейробиологии. И, что еще важнее, различение между новизной и рутиной может быть применено к любому существу, способному к обучению, и полушарные различия, базирующиеся на этом различении, могут существовать уже на филогенетических этапах до человека. По крайней мере, эту возможность можно исследовать экспериментально и установить эволюционную непрерывность среди видов. Это гораздо более убедительная основа научного исследования.