Венди Сузуки - Странная девочка, которая влюбилась в мозг. Как знание нейробиологии помогает стать привлекательнее, счастливее и лучше

Казалось, это – знак.

Первоначальным источником наших представлений о влиянии занятий физкультурой на деятельность мозга стали давние исследования Мариан Даймонд. Те самые, где она помещала крыс в обогащенную среду и изучала деятельность их мозга. В главе 1 я рассказывала о том, что показали эти ранние исследования. При выращивании крыс в обогащенной среде в их мозге происходит множество разнообразных изменений: кора утолщается из-за более активного ветвления дендритов; кровеносных сосудов становится больше; повышается уровень определенных нейротрансмиттеров – таких как ацетилхолин, и других факторов роста (например, BDNF – нейротрофический фактор головного мозга). Ацетилхолин был первым нейротрансмиттером, который обнаружили ученые. Клетки мозга, которые им пользуются, передают сигналы во все уголки коры, а также в гиппокамп и мозжечковую миндалину. Ацетилхолин – важный регулятор обучения и памяти. При приеме препаратов, мешающих действию ацетилхолина, и у животных, и у людей наблюдаются нарушения памяти.

BDNF – фактор роста, поддерживающий выживание и рост нейронов в период развития мозга. Он же поддерживает синаптическую пластичность и обучаемость во взрослом состоянии. В 1990-е годы были опубликованы сообщения о действительно интересном открытии. Исследователи из Калифорнии доказали, что у крыс, выращенных в обогащенной среде, в мозге рождается больше новых нейронов. Этот процесс известен как нейрогенез. Если в период раннего развития (с младенчества до юности включительно) в мозге рождается множество новых клеток, то позже, во взрослом состоянии, новые клетки в мозге рождаются только в двух местах. Одно из них – обонятельная луковица, часть мозга, отвечающая за ощущение и обработку запахов (см. главу 1), а второе – мой старый приятель гиппокамп. В гиппокампе взрослых крыс новые клетки мозга формируются на регулярной основе. Обогащенную среду удалось также связать с повышенным числом клеток в гиппокампе (но не в обонятельной луковице). Другие исследования показали: у крыс, которые выросли в обогащенной среде и обладали большим числом новых нейронов в гиппокампе, также были лучшие результаты в целом ряде тестов на обучение и память. Это позволяет предположить, что новые нейроны помогают крысам усваивать информацию и лучше запоминать.

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.