Венди Сузуки - Странная девочка, которая влюбилась в мозг. Как знание нейробиологии помогает стать привлекательнее, счастливее и лучше
Но затем нейробиологи начали задумываться: а что именно в обогащенной среде вызывает эти поразительные изменения в мозге? Может быть, игрушки? А может, компания других крыс, с которыми можно играть? Ученые систематически стали проверять все факторы и обнаружили среди них тот, который вносил свой вклад практически во все изменения, связанные с обогащенной средой. Этот фактор – физическая активность. Достаточно было обеспечить крысам доступ к колесу, в котором они могли вдоволь побегать, – и ученые получали большую часть изменений, характерных для обогащенной среды. Эти исследования на грызунах показали нам, как физическая активность влияет на мозг на молекулярном, клеточном, контурном и поведенческом уровнях.
Сегодня мы знаем, что сама по себе физическая активность способна удвоить скорость нейрогенеза в гиппокампе крыс. Это происходит благодаря увеличению числа новых «рождающихся» нейронов, повышения их выживаемости (многие новые клетки тут же гибнут), а также из-за стимулирования дифференциации этих новых клеток в зрелые клетки мозга. Новые клетки рождаются не по всему гиппокампу, а только в одном конкретном подотделе, известном как «зубчатая извилина». Когда я это прочла, мне захотелось тут же пойти в спортзал и как следует поработать! Кроме всего прочего, физическая активность у крыс увеличивает и число особых наростов на дендритах (ветвистых структурах, с помощью которых нейрон получает информацию) нейронов зубчатой извилины. Формой они напоминают почки и известны как дендрические шипики. Увеличивается также суммарная длина, сложность и плотность шипиков их дендритов. Неудивительно, что объем зубчатой извилины становится больше с увеличением физической активности. Плотность шипиков в других областях гиппокампа и прилегающей энторинальной коре (которую я изучала в аспирантуре) при повышении физической активности также значительно увеличивается. Шипики – это места, где аксон другого нейрона контактирует с дендритом. То есть чем больше на дендрите шипиков, тем больше связей может быть у данного нейрона. Исследования подтвердили, что есть еще одно функциональное изменение, для появления которого достаточно только физической активности. Речь идет о росте новых кровеносных сосудов по всему объему мозга (включая и гиппокамп) – и это происходит в результате тренировок. Такой процесс называется ангиогенезом.
Физиологические свойства гиппокампа грызунов также изменяются в результате физической активности. Этот феномен известен как «долговременная потенциация синаптической передачи» (LTP). LTP – это длительное изменение электрического обмена между двумя группами нейронов. Его можно исследовать, стимулируя электрическим током связи между двумя группами клеток гиппокампа. Если простимулировать пути в гиппокампе частыми импульсами тока, то реакция этих путей на слабый электрический сигнал усилится по сравнению со спокойным периодом. LTP (долговременная потенциация синаптической передачи) считается основным клеточным механизмом обучения и памяти. В мозгах крыс, которых заставляют заниматься «спортом», это явление выражено ярче. Не исключено, что ключевой фактор описанного эффекта – повышение нейротрофического фактора мозга (BDNF): ведь мы знаем, что BDNF тоже может усиливать LTP. Но BDNF – не единственный фактор, который повышается в результате физических упражнений. Как я уже упоминала в главе 4, кроме анатомических и физиологических изменений, физическая активность также повышает мозговые уровни серотонина, норадреналина и дофамина, а также эндорфинов.
Итак, давайте примем во внимание появление новых клеток мозга и увеличенные размеры клеток в гиппокампе, а также повышенное содержание BDNF, усиленный эффект LTP и все прочие трансмиттеры и факторы роста, наводняющие мозг в результате физических упражнений. Тогда возникает следующий логический вопрос: подстегивает ли физическая активность функцию гиппокампа? Отличаются ли лучшей памятью крысы, которые больше бегают? Неоднократные исследования показали, что крысы, выращенные в обогащенной среде либо в условиях повышенной физической активности, показывают лучшие результаты во время исследований памяти (которая, как нам известно, обеспечивается гиппокампом). Среди тестов, о которых идет речь, были задания на прохождение лабиринтов, на устойчивость памяти, на запоминание и распознавание. А еще – множество заданий на формирование воспоминаний. В этих последних тестах на испытание памяти крысам надо было различать сходные предметы. Нейробиологи считают, что формирование воспоминаний обеспечивает зубчатая извилина, где рождаются уже упомянутые нами новые нейроны. В более общем плане, как мы впервые узнали от Г. М., гиппокамп играет важную роль как в усвоении новой информации, так и в ее сохранении. Без гиппокампа невозможно получить информацию и заложить ее на долговременное хранение в виде воспоминания. Но информация, усвоенная до повреждения гиппокампа, останется в памяти. Хотя мы знаем, что гиппокамп необходим для формирования долговременных декларативных воспоминаний о фактах и событиях, мы до сих пор не представляем, каким образом он добивается этого поразительного результата. Сегодня это – тема бесчисленных нейробиологических исследований. Я уверена, что здесь задействованы такие вещи, как LTP, а уровень BDNF способствует процессу. Известно также множество задействованных молекулярных путей. Тем не менее ученые по-прежнему заполняют пробелы в своих представлениях о том, что именно гиппокамп в целом и зубчатая извилина (та часть гиппокампа, где рождаются новые нейроны) в частности делают для формирования новых воспоминаний. Тех, которые мы ежедневно откладываем в памяти.
С другой стороны, мне НЕТ НУЖДЫ знать в точности, как это работает. Я и без этого могу по достоинству оценить тот факт, что память при физической активности работает лучше. Вот ЭТО по-настоящему интересно! Если у бегающих крыс укрепляется память, то и у людей, посвятивших достаточное время физическим упражнениям, она тоже должна стать лучше, правда? И в самом деле, я заметила, что стала лучше устанавливать связи и ассоциации в памяти, – а ведь мне достоверно известно, что эти функции обеспечиваются гиппокампом. Исследования на грызунах позволяли предположить, что я на верном пути.
Изобретение собственного комплекса упражнений для мозга
Затем у меня появилась идея.
Знаете, как это бывает: в голову приходит новая идея, а ты – в таком нетерпении, что просто не в состоянии дождаться ее осуществления? Именно так я себя и чувствовала. Та идея началась для меня с желания побыстрее освоить всю интереснейшую нейробиологическую литературу, посвященную влиянию физических упражнений на функцию мозга. Любому серьезному преподавателю известно: лучший способ познакомиться с какой-то областью научных исследований и как следует в них разобраться – прочитать студентам курс лекций на эту тему. И я решила прочитать факультативный курс по неврологии о влиянии физических упражнении на мозговую функцию. После занятий фитнесом я чувствовала себя энергичной и изобретательной, так что толчком к будущему курсу послужил мой личный опыт в этой области. Что, если сочетать физические упражнения и университетские занятия? И не просто рассказывать студентам о том, какие нейробиологические процессы стоят за воздействием физической активности на функцию мозга, – но и дать им реально почувствовать на опыте действие этих самых упражнений. Прямо в аудитории! Конечно, я хотела использовать не какие-нибудь упражнения, а интерсати – мой любимый на тот момент вид фитнеса. Я была твердо уверена: добавление физические упражнения в сочетании с обычными занятиями поднимет всю группу на совершенно новый уровень и резко, очень резко повысит мотивацию к освоению материала.
Да-да, я собиралась впервые в истории заставить студентов заниматься аэробными упражнениями в университетской аудитории. Получая теоретическую информацию о том, что физкультура делает с мозгом, они одновременно смогут «на собственной шкуре» ощутить ее положительное действие. Так родился новый курс под названием «Могут ли физические упражнения изменить мозг?». Он должен был соединить две мои величайшие радости – преподавание и физкультуру – в единое целое новым уникальным способом. Я уже придумала формат занятий: сначала мы будем час заниматься интенсати, а затем последует полуторачасовая лекция-дискуссия. Начну курс по порядку – с истории изучения связи между физической активностью и функцией мозга. А в конце семестра я расскажу об исследованиях на людях и опишу, что известно на настоящий момент о влиянии физической активности на познание.
