Роль зрительного опыта в развитии психических функций

Институт психологии Российской академии наук

Насколько знания слепых людей отличаются от знаний зрячих? Этот вопрос стал обсуждаться в науке очень давно – с конца 17 века. Джон Локк в «Опыте о человеческом разумении» попытался ответить на вопрос своего друга Уильяма Молино, который спрашивал, может ли человек, родившийся слепым и научившийся отличать на ощупь куб от сферы, различить их с помощью зрения, внезапно прозрев. Локк ответил на этот вопрос отрицательно. Как сторонник эмпиризма Локк полагал, что при рождении человека его ум представляет собой «tabula rasa», – «белую бумагу без каких-либо знаков и идей», и все понятия и представления вычерпываются из сенсорного опыта. Поэтому слепой от рождения человек

может иметь только тактильные представления об объектах и не может различить объекты с помощью зрения. Прийти к абстрактным амодальным понятиям можно, только интегрировав идеи из разных органов чувств. Сторонники рационализма, напротив, постулировали, что абстрактные идеи о мире существуют с рождения, и поэтому мы можем узнать сферу, представленную нам в любой модальности, поскольку уже имеем представление о сфере как таковой.

Сегодня дихотомию эмпиризма и рационализма можно переформулировать в вопрос: как соотносится восприятие мира и знания о мире? В свою очередь этот вопрос порождает множество других. Как потеря одной из модальностей влияет на знания об окружающей действительности? Какова природа информации, поступающей из различных органов чувств? Какими путями она обрабатывается? Что является результатом этой обработки? Как влияют разные репрезентации окружающего мира на организацию поведения?

Эти вопросы не остаются достоянием философов. В последние десятилетия они активно исследуются в рамках научной психологии. Поиски путей их решения являются отдельной проблемой. Условно можно выделить две методические парадигмы в исследованиях такого рода: 1) создание искусственной сенсорной депривации у животных с последующим исследованием ее влияния на разные показатели развития; 2) сравнение развития психических функций у людей, подвергшихся ранней сенсорной депривации вследствие врожденного поражения какой-либо сенсорной системы, с нормой. Последнее направление имеет большое значение еще и потому, что позволяет выявить трудности психического функционирования у людей с сенсорными нарушениями и выработать пути компенсации этих нарушений.

Исследования, выполненные в рамках первой парадигмы, имеют высокий показатель научной достоверности, однако возникают трудности с экстраполяцией их результатов на психическое развитие человека. Это направление можно, в свою очередь, разделить на два: первое изучает влияние зрительной стимуляции на развитие корковых механизмов, а второе – влияние зрительного опыта на формирование поведенческих паттернов. Классическими здесь являются работы Т.Визела и Д.Хьюбела [Wiesel, Hubel, 1965] на кошках, которые показали, что рецептивные поля зрительной коры модифицируются с опытом. Но в последнее время было сделано достаточно много работ по зрительной депривации на животных разных видов, таких, например, как крысы [Benevento et al., 1992] и пингвины [Wallraff, 2001].

Исторически развитие идей в этой области напоминает движение маятника. Сначала было принято, что опыт является ключевым моментом в развитии корковых механизмов и поведения. Потом маятник качнулся в другую сторону, и акцент делался на способности мозга развиваться самостоятельно и незначительной роли опыта в созревании отдельных способностей к зрительному и пространственному различению. Однако, по всей видимости, даже у животных соотношение врожденных и приобретенных механизмов имеет гораздо боле сложную структуру.

В исследовании, опубликованном в 2001 году в журнале «Nature», Леонард Уайт, Дэвид Коппола и Дэвид Фицпатрик (Wite, Coppola, Fitzpatrick, 2001) представили результаты экспериментов, в которых роль зрительного опыта изучалась на новорожденных хорьках. Эти животные были выбраны потому, что они рождаются с закрытыми глазами и их зрительное развитие сравнимо с другими млекопитающими в материнской утробе. В отличие от других исследователей, которые подчеркивали долговременные последствия зрительной депривации, Уайт, Коппола и Фитцпатрик решили исследовать влияние зрительного опыта на короткие, но важные периоды развития мозга, когда глаза открываются, и сенсорный опыт берет свое начало.

Целью поставленных экспериментов было изучение того, как зрительный опыт влияет на созревание нервных путей в зрительной коре животных, которые позволяют распознавать линии разной ориентации. Эти структуры изучались потому, что активность мозговых клеток, которые отвечают на такие стимулы, легко и точно регистрируется. Более того, селективность к ориентации должна быть обработана нейронами зрительных областей коры на основании электрических сигналов, получаемых от сетчатки. Это один из видов нейрообработки, на который может влиять сенсорный опыт.

В экспериментах одна группа таких животных содержалась в полной темноте, в то время как другая выращивалась с закрытыми глазами. Таким образом, у первой группы не было зрительного опыта. Вторая подвергалась недифференцированной визуальной стимуляции светом, который просачивался через веки, но животные не имели специального опыта с восприятием линий разной пространственной ориентации.

После того как животным позволили смотреть, исследователи картировали зрительные области коры у нормальных и у депривированных животных из обеих тестовых групп во время восприятия горизонтальных, вертикальных и наклонных линий. Исследователи использовали специальную технику, которая выявляла малейшие изменения в поглощении света, что позволяло отслеживать уровень активности в стволах нейронов визуальной коры. Эти оптические сигналы использовались для оценки нормальности функционирования нейронов ориентационной селективности.

Тестирование животных, выращенных в темноте, выявило нормальную активность в отделах мозга, ответственных за ориентацию, но более низкий уровень ориентационной селективности, чем у нормальных животных. Однако наиболее разительные различия наблюдались между нормальными животными и животными, выращенными с закрытыми глазами. У последних наблюдалось полное разрушение отделов мозга, ответственных за ориентационную селективность. Когда животным с ненормальным зрительным опытом предъявлялись линии, их зрительная система старалась сделать максимум, чтобы генерировать последовательности, соответствующие входным сигналам. В результате наблюдался дефицит ориентационной селективности.

Авторы подчеркивают, что система, связанная с ориентацией животных, нормально реагировала на свет, но не реагировала дифференцированно на линии разной пространственной ориентации. Эти данные дают возможность предположить, что развивающаяся зрительная кора перед тем, как глаза открываются, в первую очередь настроена на получение сигналов из естественной среды. Таким образом, существует определенная синергия между врожденными механизмами развития и воздействием опыта, который в норме обеспечивается нормальным зрительным окружением. Данные по животным с закрытыми глазами показывают, что эта синергия может быть полностью нарушена, когда животные имеют ненормальный зрительный опыт. Эти результаты дают возможность составить более сбалансированный взгляд на врожденные механизмы и механизмы зрительного опыта.

Были предоставлены доказательства того, что специфический тип нейронных связей разрушается при отсутствии нормального сенсорного опыта. Выполненная работа послужит установлению более точной и полной картины вклада этих двух источников. Существует врожденная программа, способная устанавливать ориентационную селективность, но сама по себе эта программа не способна выйти на взрослый уровень ориентационной настройки. Для этого необходим нормальный зрительный опыт. Влияние ненормального зрительного опыта, как в случае со светом, проходящим через закрытые веки, показывает, насколько мощное воздействие может оказать опыт в изменении направления развития мозга. При ненормальном зрительном опыте нейроны зрительной коры находятся гораздо в более тяжелом положении, чем в ситуации, если бы на них вообще не оказывалось никакого зрительного воздействия. Это означает, что генетически мозг обладает определенными функциональными возможностями, которые или совершенствуются, или деградируют в зависимости от качества зрительного опыта в первые годы жизни.