Пластичность мозга. Потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции нашего мозга

Мыши живут примерно два года. Когда ученые тестировали старых мышей, которых во второй половине жизни десять месяцев содержали в стимулирующей среде, то выявили пятикратное увеличение числа нейронов в их гиппокампе. Эти мыши лучше выполняли задания на обучение, поиск, движение и другие параметры оценки «ума», чем их сородичи, выращенные в нестимулирующих условиях. У старых «умных» мышей формировались новые нейроны, хотя и не так быстро, как у молодых. Это служило подтверждением того, что долговременная стимуляция оказывает огромное влияние на активизацию нейрогенезиса в стареющем мозге.

После этого ученые стали выяснять, какие действия вызывают рост числа нервных клеток у мышей, и выяснили, что существует два способа повысить общее количество нейронов в мозге: создание новых нервных клеток и продление жизни уже существующих.

Коллега Гейджа Генриетта ван Прааг доказала в опытах с мышами, что наиболее эффективным фактором, способствующим разрастанию, или пролиферации, новых нейронов, оказалось… «беличье» колесо. У мышей, которые в течение месяца бегали в этом колесе, число новых нейронов в гиппокампе удвоилось. На самом деле, говорит Гейдж, мыши в «беличьем» колесе не бегут: просто из-за слабого сопротивления колеса создается такое впечатление. В действительности, они быстро ходят.

Теория Гейджа заключается в том, что в естественной обстановке долговременное быстрое передвижение приводит животных в новую, незнакомую среду, для жизни в которой необходимо новое научение. Он называет это «предвосхищающей пролиферацией».

«Если бы наше жизненное пространство ограничивалось только этой комнатой, — говорит он мне, — и это был бы весь наш опыт, то нейрогенезис нам бы не понадобился. Мы бы знали все об этой среде и могли функционировать с помощью имеющихся у нас базовых знаний».

Итак, новая среда может приводить в действие нейрогенезис. Это согласуется с известной мыслью о том, что для поддержания мозга в хорошей форме мы должны изучать что-то новое, а не просто повторно использовать навыки, которыми уже овладели в совершенстве.

Однако, как мы отметили, существует второй способ повышения числа нейронов в гиппокампе: продление жизни уже существующих в нем нейронов. Изучая мышей, группа Гейджа обнаружила, что обучение использованию других игрушек, мячей и труб не приводит к появлению новых нейронов, однако позволяет удлинить жизнь нейронов соответствующей области.

Элизабет Гулд выяснила, что обучение, даже в нестимулирующей среде, повышает выживаемость стволовых клеток. Таким образом, физические упражнения и обучение действуют комплементарно: во-первых, они создают новые стволовые клетки, а во-вторых, продлевают им жизнь.

Учиться, учиться и учиться

Несмотря на огромное значение открытия нейрональных стволовых клеток, это всего лишь один из способов омоложения и совершенствования стареющего мозга. Как это ни парадоксально, но иногда потеря нейронов может привести к повышению функции мозга, как это бывает в случае масштабного «сокращения», происходящего в подростковом периоде, когда отмирают синаптические связи и нейроны, которые не подвергались интенсивному использованию, — что, возможно, является наиболее ярким примером действия принципа «не использовать — значит потерять». Продолжая снабжать неиспользуемые нейроны кровью, кислородом и энергией, организм просто расходует резервы впустую, а избавление от таких нейронов повышает сфокусированность и эффективность мозга.

Частичное сохранение процессов нейрогенезиса в пожилом возрасте вовсе не опровергает того факта, что в этот период жизни работа нашего мозга, как и других органов, постепенно ухудшается. Но даже в середине этого ухудшения мозг претерпевает масштабную пластическую реорганизацию, которая, возможно, нацелена на приспособление к его потерям.

Исследователи Меллани Спрингер и Черил Грейди из Университета Торонто доказывают, что по мере старения наша когнитивная деятельность начинает происходить в иных отделах мозга, чем те, которые мы используем в молодости. Когда молодые испытуемые Спрингера и Грейди в возрасте от 14 до 30 лет выполняли разнообразные когнитивные тесты, то сканирование мозга показывало, что у них задействованы при этом, главным образом, височные доли.

У испытуемых старше шестидесяти пяти лет наблюдался другой паттерн. Результаты сканирования мозга свидетельствовали о том, что они выполняют те же самые когнитивные задания, главным образом, с помощью лобных долей, и что, как и в первом случае, чем выше уровень их образования, тем активнее они их используют.

Этот сдвиг в рамках мозга служит еще одним свидетельством пластичности. Никто не знает, почему он происходит и почему многие исследования указывают на то, что более образованные люди лучше защищены от психического упадка. Наиболее популярная теория предполагает, что в годы обучения у нас создается «когнитивный резерв» — гораздо большее количество сетей, предназначенных для психической деятельности, — к которому мы обращаемся, когда работа нашего мозга начинает ухудшаться.