Зажги себя! Жизнь – в движении. Революционное знание о влиянии физической активности на мозг - [21]

Первое убедительное доказательство связи между нейрогенезом и обучаемостью обнаружила одна из коллег Гейджа, Генриетта ван Прааг. В ходе экспериментов ученые использовали небольшой водоем с непрозрачной водой, помещенный в клетку грызуна. В нем прямо под поверхностью одного из углов поставили небольшую платформу. Мыши не любят воду, и цель эксперимента состояла в определении скорости запоминания животным места расположения платформы, которую оно обнаружило при предварительных заплывах. Путь к платформе был своеобразной дорогой спасения для мыши. Когда исследователи сравнили результаты, показанные «неактивными» мышами, с теми, которые демонстрировали животные, пробегавшие от четырех до пяти километров за ночь, то оказалось, что последние запоминали дорогу к безопасному месту гораздо быстрее соплеменников из первой группы. Плавали грызуны примерно с одинаковой скоростью, но если «активные» мыши направлялись к платформе по прямой, то «неактивные» долго кружили по бассейну в поисках убежища. Когда мозг подопытных животных был вскрыт, ученые обнаружили в гиппокампе «активных» вдвое больше стволовых клеток, чем у остальных. Оценивая результат этих исследований, Гейдж сказал: «Между общим количеством нервных клеток в мозге мыши и ее способностью к решению сложных задач существует прямая зависимость. Если блокировать нейрогенез у грызуна, он теряет способность к запоминанию информации».

Объектами этих исследований были мыши, но эксперимент позволил понять, что происходит со школьниками в Нейпервиллском школьном округе: занятия физкультурой вооружают их новыми мозговыми «инструментами» для обучения, а стимуляция новых нервных клеток во время занятий в классе позволяет им активно включиться в нейронную сеть, в которой они становятся ценными единицами сигнальной системы мозга. Таким образом у новых нейронов появляется цель. Создается впечатление, что они, образуясь во время физических занятий, лучше «зажигают» долговременную потенциацию мозга. Они характеризуются высокой пластичностью. Нейрофизиолог из Принстонского университета Элизабет Гульд считает, что новые нейроны быстрее включаются в мыслительную деятельность, а префронтальная кора активно задействует их также в долговременной памяти. Гульд первая показала, что в мозге приматов возникают нейроны. Это наблюдение положило дорогу к экспериментам, касающимся нейрогенеза у человека.

Она и многие другие нейрофизиологи изучают связь нейрогенеза и процессов обучения. Исследуется также и связь с физической активностью. Однако интересно, что относительно мало ученых интересуются самой двигательной активностью. Скорее, они заставляют мышей бегать потому, что этот бег «приводит к массивному нейрогенезу», как провозглашало солидное исследование под названием «Гиппокамп» (2006). Ученые стремятся дешифровать цепочку сигналов, сопутствующих нейрогенезу. Это нужно фармацевтическим компаниям для производства новых лекарств. Они мечтают о создании препарата «Анти-Альцгеймер», которые регенерировал бы нейроны для сохранения памяти. Нейробиолог из Колумбийского университета Скотт Смол, который использовал новейшие образцы компьютерного томографа для наблюдения за нейрогенезом у людей, говорит: «В гиппокампе должно находиться какое-то нейрохимическое вещество, которое реагирует на двигательную активность и отдает команду на формирование новых нервных клеток – нейронов. Если мы сможем открыть природу этих молекулярных процессов, то сумеем изобрести какие-то мудрые способы биохимического запуска нейрогенеза».

Только представьте, что произойдет, если ученые смогут поместить физическую активность в бутылочку!

Связь тело – мозг

Если в мозге растут новые клетки, нужно и какое-то «удобрение» для них. С самого начала ученые полагали, что эту функцию должны выполнять нейротрофины. Исследователи давно узнали, что без белков BDNF, этих «помощников роста Miracle-Gro», мозг не в состоянии воспринимать новую информацию. Теперь они поняли, что без нейротрофинов новые нейроны вообще не могут образовываться.

Белок BDNF концентрируется в особых резервуарах поблизости от синапсов и выбрасывается в нейронную инфраструктуру при активизации жизненных процессов. В этом также принимают участие некоторые гормоны. Среди них IGF-1 – инсулиноподобный фактор роста (ИФР), VEGF – фактор роста эндотелия сосудов (ФРЭС) и FGF-2 – фактор роста фибробластов (ФРФ). Во время физической активности эти гормоны активно поступают в организм через разветвленную систему капилляров, которые предотвращают попадание в кровь объемных чужеродных тел, таких как бактерии. Только недавно ученые узнали, что при поступлении в мозг эти гормоны взаимодействуют с нейротрофинами, запуская молекулярный процесс обучения. Они также генерируются в самом мозге и способствуют делению в нем стволовых клеток, особенно во время нагрузок. Очень важно, что эти гормоны обеспечивают прямую связь между нашим телом и мозгом.

Возьмем, например, инсулиноподобный фактор роста, который образуется в мышцах, когда они испытывают недостаток питательных веществ при упражнениях. Глюкоза – это главный источник энергии для мышц и единственный – для мозга. ИФР работает вместе с инсулином для обеспечения клеток энергией. Интересно, что он связан еще и с обучением. Возможно, в доисторические времена его действие как-то помогало людям находить пищу. Во время физических упражнений нейротрофины помогают мозгу увеличивать производство инсулиноподобного фактора, а он активизирует нейроны для выработки ими сигнальных нейромедиаторов – серотонина и глутамата. Он также способствует возникновению в нейронах большего числа рецепторов нейротрофинов, что усиливает нейронные связи и консолидирует нашу память. Судя по всему, нейротрофины особенно важны для формирования долговременной памяти.