Сергей Савельев - Нищета мозга

К сожалению, парадоксы кровообращения мозга на этом не исчерпываются. Если простодушный читатель надеется, что, стимулируя кровообращение изучением языков и игрой в большой теннис, он добьётся сохранного старения своего мозга, то он горько ошибается. Безусловно, такие приятные развлечения улучшают соматические функции организма, но головной мозг — намного более привередливая система.

Третий парадокс состоит в том, что скорость кровообращения в разных областях мозга постоянно изменяется. Это означает, что, занимаясь физическими упражнениями, человек стимулирует кровоток в моторных и сенсомоторных областях, а не во всём мозге сразу, как предполагалось ранее. Кровеносная система обеспечивает адаптивное динамическое кровоснабжение головного мозга. При повышении нагрузки на мозг скорость и объём движущейся крови в одних областях увеличиваются, а в других — уменьшаются. В тех областях мозга, которые испытывают максимальную функциональную нагрузку, усиливается кровоток, а не задействованные в данный момент области сохраняют исходное кровообращение. По этой причине добиться системного увеличения кровотока во всём мозге при помощи физической нагрузки скелетной мускулатуры крайне затруднительно. В такой ситуации высокий метаболизм будет поддерживаться только в сенсомоторных областях. В остальной части мозга кровоток будет сохраняться на относительно низком уровне.

На этом принципе построены попытки исследовать мозг живого человека при помощи функциональной магнитно-резонансной (functional magnetic resonance imaging, фМРТ) и позитронно-эмиссионной томографии (positron emission tomography, ПЭТ) мозга с применением радионуклидных технологий. При всей технической сложности суть этих методов функциональной томографии довольно проста. фМРТ базируется на уникальной связи между течением крови и присутствием кислорода в одних и тех же отделах головного мозга при активизации нейронов. Например, если человек начинает всматриваться в некий объект, то активизируются зрительные поля коры, расположенные в затылочной доле. Это выражается в том, что в зрительных полях увеличивается кровоток и возрастает количество кислорода (Cooper et al., 1975).

Отличия ПЭТ состоят в том, что при помощи похожих методов происходит сканирование мозга, предварительно насыщенного соединениями, содержащими короткоживущие радионуклиды кислорода ( 150), углерода ( 150), углерода ( 11С), фтора ( 18F) и азота ( 13N). Они имеют очень короткий период полураспада, но позволяют проанализировать места связывания соединений (содержащих эти радионуклиды) в функционально нагруженных областях мозга. Поскольку основным метаболитом нейронов являются сахара, в экспериментах чаще всего используют меченную радионуклидами глюкозу ( 18F-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose, FDG) или Н 2 150.

Применение обоих методов для анализа функциональных областей мозга весьма сходно. Обычно участнику эксперимента предлагают думать на определённую тему, производить математические операции, слушать звуки или слова, читать текст, испытывать обонятельные или вкусовые ощущения. В это время производится фМРТ- или ПЭТ — сканирование, которое позволяет установить наиболее возбуждаемые области головного мозга. Самые активные зоны мозга связывают радиоизотопы или меняют скорость кровотока, что рассматривается как признак локализации функций. Понятно, что активизируются и первичные, и вторичные центры мозга. Особенно расплывчаты границы функциональных полей при решении ассоциативных задач. К ним относятся вычисления, понимание слов и текста, абстрактных изображений и восприятие звуков. Тем не менее даже такие задачи начинают ставиться в наблюдениях на добровольцах или пациентах с заболеваниями нервной системы.

Сомнения в результатах этих исследований вызваны тем, что не решены базовые задачи, подтверждающие достоверность обоих методов. С одной стороны, при использовании фМРТ и ПЭТ не учитывается индивидуальная изменчивость сосудистой сети и скорости кровотока конкретных людей. По этой причине наблюдаемое в эксперименте локальное изменение метаболизма может быть вызвано как активностью самих нейронов, так и индивидуальными особенностями кровотока в этой области мозга. С другой стороны, пока не проведено корректное сопоставление прижизненной локализации областей мозга, выделенных на фМРТ и ПЭТ, с аутопсийными цитоархитектоническими исследованиями этих же центров. Подобную работу необходимо выполнить на одних и тех же людях, используя центры мозга с заведомо однозначными функциями. Поскольку такие исследования пока не проведены, результаты фМРТ и ПЭТ имеют ту же научную ценность, что и индекс интеллекта.

Следует отметить, что систематическая многолетняя нагрузка одних и тех же областей мозга приводит к дифференциальному развитию склеротических изменений. Возрастные патологические процессы в мозге топографически повторяют поведенческие приоритеты. Если в поведении превалировала двигательно-моторная активность, то в первую очередь патогенетические процессы затронут ассоциативные центры, и наоборот.

В результате мозг всегда страдает от неравномерности кровообращения, опосредованной регулярной избыточной нагрузкой одних ядер и полей коры и забвением других. Гармоничного и равномерного кровоснабжения всего мозга можно добиться, лишь ведя инстинктивно-гормональный образ жизни тривиальных приматов. Только надо учесть, что гармония праздности достигается на самом низком метаболическом уровне. При этом склеротические изменения будут развиваться более или менее равномерно, в зависимости от индивидуальных особенностей строения сосудистой сети мозга.

Гармонии кровоснабжения при относительно высоком уровне метаболизма мозга добиться намного сложнее. При возникновении острого желания подольше сохранить свой мозг в рабочем состоянии придётся идти на большие жертвы. Необходимо заставлять свой ленивый мозг заниматься самыми разными предметами и умышленно разнообразить сложные двигательные занятия. Простой физкультурой и кроссвордами остановить саморазрушение мозга обычно не удаётся, а многообразие увлечений может занять всю осмысленную жизнь и привести к универсальному дилетантизму.

Четвёртый парадокс мозга непосредственно связан с кровообращением, но заслуживает отдельного рассмотрения. Движение спинномозговой жидкости настолько своеобразно, автономно и значимо для мозга, что мы подсознательно разделяем простые желания — пить и есть. Парадоксальность ситуации обусловлена значительной независимостью обмена кислорода, жиров, белков, углеводов, с одной стороны, и водно-солевого баланса — с другой.

Обмен спинномозговой жидкости осуществляется независимо от обычного метаболического пути. Основными источниками спинномозговой жидкости являются сосудистые сплетения желудочков головного мозга. Они состоят из капиллярных сплетений сосудов, окружённых тонким слоем клеток нейрального происхождения, которые не проницаемы ни для каких соединений, кроме воды и растворов электролитов. Через них в зависимости от двигательной активности человека за 5 — 12 часов проходит вся вода, содержащаяся в организме. Вместе с водой сосудистые сплетения пропускают растворы основных ионов, необходимых для формирования и проведения электрических сигналов нейронов. Проток спинномозговой жидкости через мозг столь интенсивен, что его можно сравнить со струйкой воды из водопроводного крана диаметром около 3 мм. При такой интенсивности водно-солевого обмена любая приостановка процесса фильтрации чревата сочетанными патологиями нервной системы. Конкретная скорость протока зависит от двигательной активности и объёма выпитой воды. При минимальной подвижности человека все жидкости проходят через мозг за 12 и даже за 14 часов, что зависит от размеров тела. Если человек занимается спортом или тяжёлыми физическими нагрузками, то скорость обмена спинномозговой жидкости увеличивается в 2 — 2,2 раза.