Врождённое и приобретённое
Четыре способа задать вопрос о врождённости. И что каждый из них может ответить
Вопрос «врождённое или приобретённое» распадается на три вопроса с разными типами данных: «есть у младенца» не равно врождённому, «нет у младенца» не равно выученному. Дин, Ричардсон, Дилкс и коллеги (2017) получили фМРТ бодрствующих младенцев: из семнадцати сканированных пригодные данные вышли у девяти, у восьми из них нашлись участки, предпочитающие лица либо сцены, там же, где у взрослых. Избирательности взрослого типа при этом не нашлось.
MIT 9.13, раздел о развитии · Deen и др., 2017 · Arcaro и др., 2017 · Polk и др., 2007 · Saygin и др., 2016 · 45 мин · обновлено 01.10.2026
После урока вы сможете
- Разложить вопрос «врождённое или приобретённое» на три вопроса, у каждого из которых свой тип данных
- Назвать, что показывают и чего не показывают четыре источника: младенцы, животные без опыта, слепорождённые, близнецы
- Объяснять, почему «есть у младенца» не равно «врождённо», а «нет у младенца» не равно «выучено»
- Опознавать внутренний контроль, без которого результат о развитии не имеет доказательной силы
- Формулировать текущий вывод о происхождении специализации так, чтобы было видно, чем он держится
К четырём-шести месяцам в затылочно-височной коре младенца уже видны участки, отвечающие на лица сильнее, чем на предметы, и другие участки, отвечающие сильнее на изображения мест. Расположены они примерно там же, где у взрослого. Отсюда вопрос, ради которого стоит держать в голове весь этот модуль: эти участки были там с самого начала, или их построило то, что ребёнок видел за эти месяцы?
Оба быстрых ответа плохи, и полезно понять почему. «Врождённо, раз это есть уже у младенца». Но четыре месяца непрерывного разглядывания человеческих лиц это огромный опыт, и никакой младенец не является протоколом состояния до опыта. «Выучено, раз у новорождённого этого не видно». Но отсутствие отклика может означать и незрелость того сигнала, который мы измеряем, и то, что механизм есть, а показать его нечем.
Поэтому урок не о том, что оказалось врождённым. Он о том, чем вообще можно ответить на такой вопрос. Какие четыре типа данных здесь работают, что каждый из них показывает, чего не показывает ни один. И почему вывод возникает только там, где они сходятся.
Один вопрос, который надо разложить на три
Вопрос «врождённое или приобретённое» не имеет ответа не потому, что он трудный, а потому, что в нём слиты три разных вопроса. Отвечают на них разные данные, и подмена одного другим становится источником почти всех споров о врождённости, включая газетные.
Первый вопрос: что задано к моменту рождения? Не «есть ли уже область лиц», а есть ли структура, определяющая, где эта область окажется, если появится. Это вопрос о каркасе, а не о содержании.
Второй: какой опыт и в каком окне нужен, чтобы избирательность возникла? Утверждение о необходимости опыта проверяется только его отнятием. Наблюдение «у всех, кто видел лица, есть область лиц» не отличает необходимость от совпадения.
Третий: связаны ли различия между людьми по этой области с их генетическими различиями? Это вопрос не об устройстве человека, а об источнике разброса в популяции. Как разобрано в курсе психологии (урок 6), наследуемость это свойство популяции и диапазона сред, из неё не следует ни что у конкретного человека признак врождён, ни что его нельзя изменить. Там же разобраны хеббовская пластичность и чувствительные периоды. Здесь мы на них опираемся, а не пересказываем.
Дальше идут четыре источника данных. Каждый отвечает на свой вопрос и молчит об остальных, и у каждого своя слабость.
Услышав «это врождено», спросите, о чём речь: о каркасе (что задано к рождению), о необходимости опыта (что будет, если опыт отнять) или об источнике различий между людьми. Ответ на один из трёх ничего не говорит об остальных двух, а в популярных пересказах их регулярно выдают друг за друга.
Младенцы: посмотреть как можно раньше
Дин, Ричардсон, Дилкс и коллеги (2017) сделали то, что до них считалось технически невозможным: получили фМРТ бодрствующих младенцев, разглядывающих картинки. Сканировали семнадцать, пригодные данные вышли у девяти, в возрасте от трёх до восьми месяцев. У восьми из девяти в затылочно-височной коре нашлись участки, предпочитающие лица либо сцены, и расположены они были там же, где соответствующие области у взрослых.
Дальше начинается интересное, и обычно в пересказах оно теряется. Категориальной избирательности взрослого типа у младенцев нет. У взрослого отклик области на предпочитаемую категорию выше, чем на все остальные категории по отдельности. У младенцев такого не получилось ни в одной области и ни при каком размере рассматриваемого участка. То есть найдено предпочтение лиц перед сценами и сцен перед лицами, но не найдена избирательность, ради которой эти области вообще названы специализированными. Структура откликов по всему набору категорий у младенцев и взрослых различалась сильно.
Что этот источник даёт: привязка к месту возникает рано. Не даёт он двух вещей. Во-первых, трёх-восьмимесячный ребёнок уже месяцами смотрит на лица, так что «рано» здесь не значит «до опыта». Чтобы отделить одно от другого, нужны другие источники. Во-вторых, объём выборки здесь диктуется методом: бодрствующий младенец в томографе остаётся редким и трудным случаем, и девять человек это не мало по небрежности, а мало по устройству задачи. Одиночная работа такого размера сама по себе даёт слабое свидетельство, и почему именно слабое, разбирается в уроке 21.
Более ранней точкой отсчёта служит поведение. Джонсон, Дзюравец, Эллис и Мортон (1991) показали, что новорождённые дольше прослеживают взглядом и поворотом головы движущийся схематический узор, похожий на лицо, чем такой же узор с переставленными элементами. Отсюда часто делают вывод «предпочтение лиц врождено». Но, во-первых, предпочтение узора не равно специализированной области коры, это разные утверждения о разных вещах. Во-вторых, в той же работе это предпочтение через несколько недель исчезает, а позже возвращается в другом виде. Кривая, которая идёт вниз и потом вверх, предупреждает против чтения любого одного возраста как «исходного состояния».
Животные: отнять опыт и посмотреть, чего не будет
Установить, что опыт необходим, можно единственным способом, отняв его. На человеке это невозможно, поэтому остаются два пути: животные и естественные эксперименты, где опыт отняли обстоятельства.
Аркаро и коллеги (2017) вырастили трёх макак без зрительного опыта лиц: ухаживающий персонал носил маски, всё остальное было обычным. Лицевые домены у этих животных не сформировались.
Информативным этот результат делает не сам дефицит, а сравнение внутри тех же животных. Домены для тел и кистей рук сформировались нормально. Ретинотопическая организация зрительной коры осталась нормальной. Если бы депривация просто ухудшала развитие мозга вообще, пострадало бы всё. Избирательность дефицита это объяснение исключает. Логика та же, что в двойной диссоциации из урока 2: ценность даёт не одно наблюдение, а пара наблюдений, из которых общее объяснение не выводится.
Второе наблюдение той же работы бьёт по интуиции сильнее первого. Контрольные животные смотрели на лица предпочтительно ещё до того, как лицевые домены у них появились. Животные, выращенные без лиц, на лица не смотрели. Значит, само предпочтение смотреть на лица не врождённое в том смысле, в каком его обычно понимают. Оно часть петли: важность объекта задаёт, куда смотреть, куда смотришь, то и активно, активность лепит домен.
Что при этом есть с самого начала, показала другая работа тех же авторов (Аркаро и Ливингстон, 2017). У новорождённых макак иерархическая топографическая организация зрительной системы, включая нижневисочную кору, присутствует до всякой категориальной избирательности. Каркас есть, содержания в нём ещё нет.
Границы источника называются коротко: это макаки, а не люди, и перенос вывода требует отдельного обоснования. Кроме того, отняли один конкретный опыт, и о роли других опытов работа не говорит.
Животное, выращенное в обеднённой среде, хуже почти во всём. Поэтому в депривационном дизайне решает не найденный дефицит, а найденная сохранность рядом с ним: что осталось нормальным при том же лишении. Читая такую работу, ищите в ней сохранную функцию первой. Если её нет, вывод о конкретном опыте не обоснован.
Слепорождённые: развитие без входа
Врождённую слепоту называют естественным экспериментом, который никто не ставил: одного входа нет с самого начала, всё прочее на месте. То, что складывается без зрения, зрением и не строилось.
Махон и коллеги (2009) обнаружили у слепых от рождения ту же крупную организацию вентрального пути по концептуальным доменам, что и у зрячих. Домены здесь такие: неживое против живого, медиально против латерально. Значит, существенная часть этой карты не является следствием того, что человек рассматривал картинки.
Механизм, объясняющий, как такое возможно, показала работа Сайгин и коллег (2016). Детей сканировали в пять лет, когда они ещё не читали, и в восемь, когда уже читали. Область зрительной формы слова функционально возникает в этом промежутке. А где именно она возникнет у конкретного ребёнка, предсказывается паттерном связей этого участка, измеренным в пять лет, до всякого чтения. Заранее существует не детектор букв, которого у неграмотного человека взяться неоткуда, а место, подключённое так, что детектор встанет именно туда.
Дополняет картину случай, когда вход восстановлен поздно. Рёдер и коллеги (2013) обследовали одиннадцать человек, слепых от рождения из-за плотной катаракты и прооперированных в возрасте от двух месяцев до четырнадцати лет. Лицеспецифичный компонент вызванного потенциала N170 у них не развился: отклик на любое изображение оказался таким же, как отклик на лица. У пациентов с неполной или поздно возникшей катарактой N170 был нормальным. Это учебный материал о развитии, а не основание для суждений о лечении: медицинские решения принимаются по другим данным и другими людьми.
Слабости источника тоже стоит назвать: отнят ровно один вход, и человек всю жизнь компенсирует его остальными. Таких пациентов везде мало, и выборки в десяток человек здесь норма.
Близнецы: откуда берутся различия между людьми
Четвёртый источник отвечает на третий вопрос об источнике разброса. Полк и коллеги (2007) обследовали тринадцать монозиготных и одиннадцать дизиготных пар, показывая лица, дома, псевдослова, стулья и фазово-перемешанный контроль, и считали, насколько похожи паттерны активности внутри пары.
Результат: для лиц и для мест монозиготные пары похожи значимо сильнее дизиготных. Для псевдослов и для стульев эффекта зиготности нет.
Условие с псевдословами здесь и есть главное. Письменность существует несколько тысяч лет, и этого слишком мало, чтобы возникла генетическая программа отдельной области для букв. Значит, если бы метод давал повышенное сходство монозиготных по любой категории, результат по лицам ничего не стоил бы. Его объясняло бы то, что монозиготные вообще похожи во всём, включая опыт и способ смотреть. Отсутствие эффекта там, где его по содержательным причинам быть не должно, и есть внутренний контроль, ради которого стоит читать методы.
Границы: близнецовый дизайн говорит о различиях между людьми в этой популяции, а не об устройстве отдельного человека, и не о том, что «область лиц записана в генах». И двадцать четыре пары дают очень маленькую выборку по меркам того, что известно сегодня о связях мозга с поведением. Насколько маленькую, разбирается в уроке 21.
Что из этого складывается
Сводка, которую эти четыре источника позволяют написать сегодня, звучит так. Рано, до опыта и до избирательности, существует топографический каркас и паттерн связей, задающие, где определённая специализация может возникнуть. Само содержание специализации строится опытом, и без нужного опыта оно не строится вовсе, как показали лишённые лиц макаки и как согласуется с отсутствием лицевого N170 после поздней операции. Различия между людьми по этим областям частично связаны с генетическими различиями, но именно там, где для соответствующей категории есть эволюционная история, и не там, где категория культурно новая.
Короткая формула, полезная как рабочая: врождена не область, а место, которое она займёт.
Формулу не надо принимать за окончательный ответ. Сильная версия, по которой кора всюду одинакова, а специализацию целиком задаёт вход, ограниченный связями, активно обсуждается. Главный материал этого спора даёт следующий урок: что происходит с областью, у которой обычного входа не оказалось.
И последнее, ради чего писался урок. Ни один из четырёх источников не даёт вывода поодиночке. У младенцев не отделить опыт. У макак не гарантирован перенос на человека. У слепорождённых отнят один вход, а остальные работают. Близнецы говорят о различиях, а не об устройстве. Слабости у них разные, и потому их согласие несёт вес, которого не несёт ни одна из работ по отдельности. Это и называется конвергентным свидетельством, и это единственный честный способ отвечать на вопросы о врождённости. Читая очередное «учёные доказали, что X врождено», найдите, каким источником это показано, и спросите, что говорят остальные три.
Ключевые работы
| Deen, Richardson, Dilks, Takahashi, Keil, Wald, Kanwisher, Saxe, «Organization of high-level visual cortex in human infants», Nature Communications 8:13995 | 2017 | У 8 из 9 младенцев 3-8 месяцев есть участки, предпочитающие лица либо сцены, с почти взрослым расположением, но без взрослой категориальной избирательности. |
| Arcaro, Schade, Vincent, Ponce, Livingstone, «Seeing faces is necessary for face-domain formation», Nature Neuroscience 20(10) | 2017 | У трёх макак, выращенных без зрительного опыта лиц, лицевые домены не сформировались, а домены тел и кистей и ретинотопия остались нормальными. |
| Arcaro, Livingstone, «A hierarchical, retinotopic proto-organization of the primate visual system at birth», eLife 6:e26196 | 2017 | У новорождённых макак топографическая организация зрительной системы, включая нижневисочную кору, есть до появления категориальной избирательности. |
| Saygin, Osher, Norton, Youssoufian, Beach, Feather, Gaab, Gabrieli, Kanwisher, «Connectivity precedes function in the development of the visual word form area», Nature Neuroscience 19(9) | 2016 | Расположение области зрительной формы слова у ребёнка в 8 лет предсказывается паттерном его связей, измеренным в 5 лет, до обучения чтению. |
| Mahon, Anzellotti, Schwarzbach, Zampini, Caramazza, «Category-specific organization in the human brain does not require visual experience», Neuron 63(3) | 2009 | У слепых от рождения та же медиально-латеральная организация вентрального пути по доменам, что у зрячих. |
| Polk, Park, Smith, Park, «Nature versus nurture in ventral visual cortex», Journal of Neuroscience 27(51) | 2007 | 13 монозиготных и 11 дизиготных пар: сходство паттернов выше у монозиготных для лиц и мест, но не для псевдослов и стульев. |
| Röder, Ley, Shenoy, Kekunnaya, Bottari, «Sensitive periods for the functional specialization of the neural system for human face processing», PNAS 110(42) | 2013 | У 11 человек с врождённой катарактой, прооперированных от 2 месяцев до 14 лет, лицеспецифичный N170 не развился, а при поздней катаракте он нормален. |
| Johnson, Dziurawiec, Ellis, Morton, «Newborns' preferential tracking of face-like stimuli and its subsequent decline», Cognition 40 | 1991 | Новорождённые дольше прослеживают лицеподобный узор, чем перемешанный, а через несколько недель это предпочтение временно исчезает. |
Что подтвердилось, а что нет
В узкой форме утверждение держится: у младенцев 3-8 месяцев участки, предпочитающие лица, лежат почти там же, где у взрослых (Дин и др., 2017), а топографический каркас у новорождённых макак есть до всякой избирательности (Аркаро и Ливингстон, 2017). В широкой форме не держится. В той же работе взрослой категориальной избирательности у младенцев нет. У макак, выращенных без опыта лиц, лицевые домены не сформировались вовсе (Аркаро и др., 2017), а после поздней операции по поводу врождённой катаракты не развился лицеспецифичный N170 (Рёдер и др., 2013). Корректная формулировка: рано задано место, а не содержание.
Правило вывода не работает по двум независимым причинам. Первая: младенец в любом обследуемом возрасте уже имеет опыт, и чем позже съёмка, тем его больше. Трёхмесячный ребёнок месяцами разглядывал лица. Вторая: раннее наличие признака не гарантирует его устойчивости, и предпочтение лицеподобного узора у новорождённых через несколько недель исчезает и возвращается позже иначе (Джонсон и др., 1991). Проверяется врождённость не ранним наблюдением, а отнятием опыта и сравнением с сохранной функцией.
В пользу сильной роли опыта: без зрительного опыта лиц лицевые домены не формируются (Аркаро и др., 2017), избирательность у младенцев ещё не взрослая (Дин и др., 2017). Против однородности: у слепых от рождения сохраняется доменная организация вентрального пути (Махон и др., 2009), место будущей области предсказуемо по связям задолго до появления функции (Сайгин и др., 2016), а топографический каркас есть при рождении. Спор идёт не о том, нужен ли опыт, а о том, насколько сильно предзаданы связи, в которые он укладывается. Продолжение ждёт в уроке 17.
Термины
- естественный экспериментnatural experiment
- Ситуация, где интересующее условие изменено не исследователем, а обстоятельствами: врождённая слепота, глухота, поздняя операция. Позволяет наблюдать то, чего нельзя устроить намеренно.
- депривационный дизайнdeprivation design
- Эксперимент на животных, в котором определённый опыт целенаправленно отнимают, чтобы проверить, необходим ли он для развития конкретной структуры. Интерпретируется только вместе с сохранной функцией.
- прото-организацияproto-organization
- Топографический каркас коры, присутствующий до появления категориальной избирательности и задающий, где именно избирательность потом возникнет.
- коннективный отпечатокconnectivity fingerprint
- Индивидуальный паттерн связей участка коры с остальным мозгом. Измерим до появления функции и предсказывает, где эта функция появится.
- близнецовый дизайнtwin design
- Сравнение сходства монозиготных и дизиготных пар: разность сходств оценивает вклад генетических различий в различия между людьми, а не устройство отдельного человека.
- сходство паттернов активностиpattern similarity
- Мера того, насколько похожи карты активности двух людей при одних и тех же стимулах. Основная измеряемая величина в близнецовых работах о коре.
- N170N170
- Отрицательный компонент вызванного потенциала примерно через 170 мс после появления изображения. У типичного взрослого он заметно сильнее на лица, чем на другие категории.
- конвергентное свидетельствоconverging evidence
- Согласие результатов, полученных методами с непересекающимися слабостями. Даёт вывод, которого не даёт ни один из методов поодиночке.
Практикум · Спроектировать проверку врождённости
Задача не в том, чтобы выяснить, врождено ли нечто, а в том, чтобы построить проверку, которую можно было бы провести. 25-40 минут, нужен только текст новости и лист бумаги.
- Найдите утверждение вида «X врождено» в новости, популярной книге или посте: чувство ритма, страх змей, предпочтение лиц, музыкальность. Выпишите его дословно и выпишите, каким наблюдением его в тексте обосновывают.
- Разложите утверждение на три вопроса урока: что задано к рождению, какой опыт и в каком окне нужен, связаны ли различия между людьми с генетическими различиями. Отметьте, на какой из трёх на самом деле отвечает приведённое обоснование.
- Напишите по одной строке на каждый из четырёх источников: как выглядело бы исследование этого типа для вашего X. Что должно быть видно у младенца, у животного, выращенного без соответствующего опыта, у человека без соответствующего входа, у близнецовых пар.
- Для каждого из четырёх укажите наблюдение, которое утверждение опровергло бы, не «не подтвердило», а именно опровергло. Если такого наблюдения не находится ни для одного источника, утверждение непроверяемо, и это готовый результат работы.
- Вернитесь к исходной новости и найдите в ней внутренний контроль: сравнение, исключающее общее объяснение вроде «эти испытуемые вообще отличаются». Если контроля нет, допишите одну фразу о том, какое сравнение вы бы добавили и что оно исключило бы.
Вопросы для самопроверки
У девяти младенцев 3-8 месяцев найдены участки, отвечающие на лица сильнее, чем на сцены, примерно там же, где соответствующие области у взрослых. Что отсюда следует?
- Что область лиц врождена и опыт для её появления не нужен
- Что расположение таких участков задаётся рано, но о роли опыта эти данные не говорят
- Что младенцы уже различают лица так же, как взрослые
- Что эти участки сформировались в первые недели после рождения
Трёх макак вырастили без зрительного опыта лиц, и лицевые домены у них не сформировались. Какое наблюдение в той же работе исключает объяснение «депривация просто ухудшила развитие мозга в целом»?
- Домены для тел и кистей рук сформировались нормально, ретинотопическая организация тоже осталась нормальной
- Лицевые домены отсутствовали у всех трёх выращенных без лиц животных, и ни у одного не нашлось даже слабого отклика
- Контрольные животные смотрели на лица предпочтительно, а выращенные без лиц этого не делали
- Животных наблюдали с рождения и до взрослого возраста, так что позднее появление лицевых доменов пропустить было нельзя
В близнецовой работе паттерны активности на лица и на места оказались более похожими внутри монозиготных пар, чем внутри дизиготных, а на псевдослова остались одинаково похожими в обеих группах. Зачем в дизайне нужны псевдослова?
- Чтобы проверить, одинаково ли близнецы умеют читать: без равного навыка чтения сравнивать отклик на письменные знаки нельзя, а различие в навыке само по себе даёт различие в отклике и портит сравнение пар
- Чтобы уравнять сложность зрительных стимулов между условиями: буквенные строки по сложности близки к изображениям лиц и мест, и без такого уравнивания сравнивать категории между собой было бы нельзя вовсе
- Как внутренний контроль: письменность слишком молода для отдельной генетической программы, и отсутствие эффекта здесь показывает, что результат по лицам не сводится к общему сходству монозиготных пар
- Чтобы увеличить число условий и тем повысить статистическую мощность: чем больше категорий предъявлено, тем надёжнее оценка сходства внутри пар и тем меньше вероятность принять случайное совпадение за наследуемое
Расположение области зрительной формы слова у восьмилетнего ребёнка предсказывается паттерном связей, измеренным у него же в пять лет, до обучения чтению. Что это показывает?
- Что область зрительной формы слова врождена и присутствует у ребёнка задолго до всякого обучения чтению
- Что связи в мозге формируются самим обучением чтению, а до обучения на этом месте нет ни области, ни ведущих к ней связей
- Что чтению можно не учить: область появится сама, раз её место задано заранее
- Что до обучения существует не сама область, а место, подключённое так, что область встанет именно туда
Популярная статья утверждает: «музыкальность врождена, у младенцев уже есть отклик на музыку в слуховой коре». Чего не хватает, чтобы утверждение стало проверяемым?
- Большего числа младенцев в той же работе: на девяти детях утверждение о врождённости не проверяется, а на сотне проверялось бы
- Более чувствительного томографа и лучшего подавления помех от движений младенца во время съёмки
- Разделения трёх вопросов и данных о том, что происходит при отсутствии соответствующего опыта
- Сравнения младенцев со взрослыми музыкантами и с людьми без всякого музыкального образования и обучения
Ответы и разбор открываются в самопроверке урока: она считает результат и отмечает урок пройденным. Пройти самопроверку.
Что читать
- Ben Deen и др., «Organization of high-level visual cortex in human infants», Nature Communications, 2017: Открытый доступ. Читать стоит раздел о методах: видно, чего стоит каждый пригодный набор данных и почему выборка такая.
- Michael Arcaro, Margaret Livingstone и коллеги, две работы 2017 года: о каркасе при рождении (eLife) и о выращивании без опыта лиц (Nature Neuroscience): Пара, которую надо читать вместе: первая показывает, что задано рано, вторая показывает, чего без опыта не будет.
- Thad Polk и др., «Nature versus nurture in ventral visual cortex», Journal of Neuroscience, 2007: Короткая работа, у которой стоит разобрать именно контрольное условие с псевдословами: образец того, как устроен внутренний контроль.