Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката

Вопреки неприглядному образу, сложившемуся в нашей культуре, крысы на самом деле очень любопытные и умные существа, способные быстро адаптироваться к любой среде, где бы они ни находились. Соответственно, мозг будет отражать их образ жизни. Первая эмпирическая демонстрация такой зависимой от опыта пластичности в обогащенной среде была проведена в 1940-е годы. Дональд Хебб, с которым мы познакомились ранее, забрал нескольких крыс из лаборатории и позволил им опробовать новую интерактивную среду, очень отличавшуюся от обычных клеток. Через несколько недель, поведенных в доме Хебба, эти «свободные» крысы проявляли превосходную способность к решению различных задач по сравнению с их менее удачливыми собратьями, которые оставались в обычных клетках.

Однако физические изменения в нейронных сетях в результате стимуляции были достоверно и непосредственно продемонстрированы только несколько десятилетий спустя.[110] Ученые намеревались выявить механизмы, лежащие в основе индивидуальных различий в поведении и решении задач на примере нескольких пород крыс, и в скором времени пришли к выводу об огромном влиянии опыта.

Нетрудно догадаться, что воздействие обогащения среды оказалось в центре внимания со стороны нейробиологов и психологов. Стало ясно, что оно оказывает влияние на широкий круг видов и на особей всех возрастов. В последние десятилетия исследования «обогащенных» животных показали явные анатомические изменения, и все из них можно отнести к положительным:[111] как молодые, так и пожилые особи показывают высокие результаты в тестах пространственной памяти. Более того, даже короткий период пребывания в обогащенной среде сводит на нет дефицит памяти у взрослых генетически модифицированных мышей, выступающих в качестве модели при изучении болезни Альцгеймера.[112] Кроме того, такая стимуляция индуцирует нейрогенез (формирование новых клеток головного мозга) и улучшает память.[113]

Рис. 3. Типичная «обогащенная» среда для крыс (Devonshire, Dommett&Greenfield, неопубликованное)

Обогащение среды также может помочь замедлить или смягчить повреждение головного мозга в целом. Болезнь Хантингтона – наследственное расстройство, которое характеризуется прогрессирующей нейродегенерацией, и эффективного лечения этого заболевания на сегодняшний день не существует. Но не так давно были исследованы трансгенные мыши, которые демонстрируют нейродегенеративный синдром, характеризующийся прогрессирующими двигательными нарушениями, аналогичными тем, которые возникают у людей с болезнью Хантингтона. Однако пребывание этих мышей в обогащенной среде с раннего возраста помогает свести к минимуму разрушение мозговой ткани и задерживает начало двигательных расстройств,[114] а также компенсирует повреждение головного мозга.[115]

Решающим фактором здесь выступает продолжительность опыта. Было исследовано, как различные периоды пребывания в обогащенной среде влияют на поведение мышей, в частности на их подвижность. Сравнивались результаты после одной, четырех и восьми недель пребывания. Одна неделя не дала никакого видимого эффекта, но за четыре недели возникли поведенческие изменения, которые сохранялись на протяжении двух месяцев, а после восьми недель пребывания в обогащенной среде эффект сохранялся в течение шести месяцев.[116]

Все эти исследования иллюстрируют значимость такого фактора, как взаимодействие животного, вне зависимости от вида и уровня организации, с определенной стимулирующей средой. Провоцируемые такой стимуляцией изменения были обнаружены у мышей, песчанок, белок, кошек, обезьян и даже у птиц, рыб, плодовых мух и пауков – словом, у каждого вида, который попадался под руку ученым.[117] И фокус любопытнее всего направить на то, как конкретный мозг реагирует на подобные сценарии.

Всеохватывающая стимуляция заставляет клетки мозга работать более интенсивно, и они растут аналогично тому, как мышцы растут от тренировок. Однако клетки мозга реагируют на тренировки все же не в точности так, как мышцы. Подвергающиеся стимуляции нейроны формируют множество ветвей, известных как дендриты.[118] У приматов, как и у мышей, окружающая среда вызывает интенсивные структурные и химические изменения, включая усиленный рост дендритов.[119] А почему это так интересно и важно для нас? Потому что, благодаря ветвлению дендритного дерева, нейрон увеличивает площадь поверхности, а это означает, что он сможет формировать больше связей.