Статья на конкурс «био/мол/текст»: Выражение «нервные клетки не восстанавливаются» является одним из лидеров среди расхожих в быту утверждений о человеческом мозге.
При этом уже 20 лет как доказана его ложность, а количество рассматривающих это самое восстановление статей до сих пор увеличивается чуть ли не по экспоненте.
Уже установлены зоны, где оно проходит, его функциональное значение, а также огромное количество влияющих на него факторов. А сколько еще предстоит открыть…
Еще в начале прошлого века потеря нейронов в результате травмы или старения считалась фатальной — ведь даже лучшие умы настаивали на невозможности новообразования нейронов (или нейрогенез) у взрослых особей высших позвоночных. Впервые это постулировал гениальный С.
Рамон-и-Кахаль [1], у которого на тот момент просто не могло быть инструментов исследования мозга, способных фиксировать малоинтенсивные постнатальные процессы. Авторитет Рамон-и-Кахаля был огромен, к тому же было известно, что с возрастом масса мозга снижается.
О наличии малого пула стволовых клеток поводов задуматься не было, а отсутствие знаний о пластичности мозга не позволяло решить проблему интеграции новых нейронов в сложнейшую систему старых.
В результате убежденность в невозможности образования нервных клеток во взрослом состоянии была настолько твердой, что стала причиной ряда драматических историй в науке. Одним из первых, кто говорил о существовании взрослого нейрогенеза, был Джозеф Альтман.
Используя новый для того времени метод авторадиографии с меченым тимидином (рис.
1), он и его сотрудники выпустили в 60-х целый ряд работ, утверждавших протекание нейрогенеза в зубчатой фасции гиппокампа, обонятельных луковицах и коре головного мозга у взрослых крыс, морских свинок, а также в новой коре у кошек [2].
Рисунок 1. Первые признаки взрослого нейрогенеза. Животным вводили 3Н-тимидин — радиоактивный аналог обычного нуклеотида тимидина, — который тоже встраивается в ДНК делящейся клетки, но который потом можно регистрировать методом авторадиографии.
Альтман также предположил, что «взрослорождённые» нейроны имеют ключевое значение в процессах обучения и формирования памяти. Несмотря на то, что работы были выпущены в ведущих научных журналах, ученое сообщество проигнорировало их выводы, противоречившие установившемуся стереотипу.
В результате Альтман прекратил работы по этому направлению. В начале 80-х его утверждения дополнились ультраструктурными доказательствами того, что возникающие в мозге взрослых крыс клетки похожи на нейроны. Кроме того, процессы деления были зафиксированы уже в мозге взрослых приматов — макак.
Эти результаты получил Майкл Каплан, известный биолог и врач, позднее работавший в Университете Джонса Хопкинса и Национальном институте по проблемам старения (США).
В ответ на его статьи некоторые именитые ученые говорили, что подобные результаты, полученные на крысах, не могут быть показательными, так как крысы не прекращают расти в течение жизни, следовательно, не могут когда-либо считаться «взрослыми».
А обнаруженные деления в мозге макак сочли недостаточными для доказательства существования у них значительного нейрогенеза. Такие реакции не вдохновляли Каплана на продолжение исследований этой проблемы, и он занялся реабилитационной медициной [3].
…и всё же это удалось!
Одним из поворотных моментов в изучении нейрогенеза стала серия статей Фернандо Ноттебома, вышедшая в 80-х и 90-х годах. Сейчас Ноттебом — глава отдела экологии и этологии Рокфеллеровского университета, а тогда он занимался мозгом птиц, в частности — вокальным центром канареек.
В ходе его работы выяснилось, что в отделах их мозга, гомологичных коре и гиппокампу приматов, помимо гибели происходит образование огромного количества новых клеток! При этом многие новые клетки являются нейронами и образуют синапсы, а активность всего этого процесса коррелирует со сложностью окружающей птицу среды.
Несмотря на то, что многими эти результаты списывались на некую специфику птиц, они сильно сдвинули общественное мнение [3].
Исследование нейрогенеза продолжилось с новыми силами после введения в научную практику синтетических аналогов тимидина. Такие аналоги куда легче потом обнаружить в тканях, чем радиоактивные, которые использовал Альтман.
Кроме того, были открыты маркеры клеток разных типов: нейронов различной степени зрелости, клеток глии, а также любых клеток, находящихся в фазе митоза, то есть делящихся.
Это позволило еще увереннее говорить об активном нейрогенезе в зубчатой фасции гиппокампа и в стенках желудочков мозга с проекциями в обонятельные луковицы (рис. 2) [4].
Последние работы демонстрируют нейрогенез и в ряде других структур мозга: в хвостатом ядре, фронтальной коре, первичной и вторичной моторной и соматосенсорной коре (рис. 3) [5], [6]. Но недостаточно высокая активность процесса всё же не позволяет называть эти зоны нейрогенными, в отличие от двух вышеназванных.
Рисунок 3. Зоны мозга человека, в которых происходит нейрогенез. У приматов клетки, образующиеся в субвентрикулярной области, мигрируют еще и в полосатое тело, которое представляет собой анатомическую структуру мозга, отвечающую за мышечный тонус, формирование условных рефлексов, а также регулирующую некоторые поведенческие реакции.
Нейрогенез в желудочках мозга значительно усиливается при каком-либо обонятельном опыте, а также при беременности у грызунов, так как узнавание детенышей у них сильно связано с обонянием [7], [8].
Результаты работ по исследованию нейрогенеза в этой зоне у человека пока не приводят к окончательным выводам: часть из них свидетельствует о его протекании у человека, другая ставит под сомнение миграцию нейронов в обонятельные луковицы.
Недавно было показано, что у приматов новообразованные нейроны из субвентрикулярной зоны могут мигрировать в полосатое тело (или стриатум), отвечающее за сложные двигательные реакции и формирование условных рефлексов [9].
С повреждениями стриатума связан синдром Туретта, а также более серьезные проблемы, такие как болезни Паркинсона и Хантингтона. Поэтому в будущем можно рассчитывать на появление ряда работ по связанному с этой областью нейрогенезу.
Нейрогенез оказался важным инструментом в нашем организме..
Пожалуй, для человека самой важной нейрогенной зоной всё же можно назвать зубчатую фасцию гиппокампа.
Гиппокамповая формация является частью лимбической системы и участвует в исполнении таких функций мозга, как интеграция и распределение по мозгу сенсорной информации, ответ на новизну, регуляция настроения и активности организма.
Будучи частью круга Пейпеца, гиппокамп удерживает информацию при бодрствовании и участвует в ее переводе в кору больших полушарий во время сна, то есть из кратковременной памяти в долговременную.
Нейрогенез вовлечен в осуществление некоторых из этих функций, выполнение которых становится возможным благодаря специфическим характеристикам образующихся клеток — в частности, молодые гранулярные клетки зубчатой фасции имеют более низкий порог долговременной потенциации, чем старшие [10]. Считается, что подобная пластичность играет роль в процессах обучения и памяти [11].
Скорость образования новых нейронов гиппокампа для взрослой крысы оценивается в 9000 клеток в сутки, однако большинство новообразованных клеток погибает между первой и второй неделями после своего рождения, из-за чего число окончательно интегрировавшихся в гиппокамп новых нейронов в месяц равно примерно 25000, что составляет около 3,3% их популяции [12]. Скорость нейрогенеза у человека оценивается в 700 нейронов ежедневно, а в год обновляется около 1,75% всего гиппокампа или же 0,004% нейронов его зубчатой фасции [13]. Половая специфика в этих показателях отсутствует, а с возрастом активность процесса снижается, при этом «качество» предшественников остается прежним, так как in vitro они культивируются так же хорошо, как и в молодом возрасте. Это позволяет предположить, что с возрастом происходит удлинение продолжительности клеточного цикла предшественников нервных клеток in vivo [14].
Стадии нейрогенеза в зубчатой фасции подробно описаны по морфологии клеток и набору специфических клеточных маркеров (рис. 4) [15].
Рисунок 4. Схема дифференцировки нервных стволовых клеток зубчатой фасции со специфическими маркерами разных стадий.
Покоящиеся нервные предшественники (quiescent neural progenitors, в ранней классификации называемые радиальной глией) после активации цитокинами, ростовыми или иными факторами начинают делиться асимметричным митозом с образованием в базальной части делящегося нервного предшественника (amplifying neural progenitor, в ранней классификации — нерадиальный предшественник). Он, в свою очередь дважды поделившись, выходит из клеточного цикла и становится постмитотическим нейробластом (neuroblast 1, ранее — промежуточный прогенитор). Именно на этой стадии погибает большинство клеток. Оставшиеся превращаются в нейробласты второго порядка (neuroblasts 2, ранее — нейробласты) и затем в незрелые нейроны, мигрирующие в гранулярный слой, где завершается их созревание. Полное превращение нервной (нейральной) стволовой клетки в функциональный нейрон занимает около месяца.
В настоящее время ведутся споры относительно судьбы QNP (quiescent neural progenitors, покоящихся нервных предшественников) после деления.
Согласно «оптимистической» модели, стволовые клетки мозга — по аналогии с гемопоэтическими стволовыми клетками — являются самовозобновляемыми: в результате асимметричного деления они дают клетку, дифференцирующуюся потом в нейрон, а затем возвращаются в покоящееся состояние и могут быть заново активированы.
В противоположность этому, согласно «пессимистической» модели, стволовые клетки зубчатой фасции не способны к самовоспроизведению, и их активация в конечном итоге приводит к превращению в астроциты.
Предполагают, что сами стволовые клетки используются только единожды в течение взрослой жизни, выходя из этого пула после серии быстрых делений, в результате которых образуются прогениторы. Это объясняет и связывает между собой снижение темпов нейрогенеза и рост количества астроцитов в течение жизни (рис. 5) [16].
Рисунок 5. «Оптимистическая» (слева) и «пессимистическая» (справа) модели деления стволовых клеток.
В то же время вторая модель не исключает возможности нахождения в зубчатой фасции или малых популяций самовоспроизводящихся стволовых клеток, или клеток с удлиненными G2/M-фазами, или же каких-то специфических клеток, не экспрессирующих нестин. В последнем случае их просто не удалось бы обнаружить при использованном дизайне эксперимента.
…на работу которого многое может повлиять
Уровень новообразования нервных клеток — в частности, в зубчатой фасции — может меняться под воздействием множества факторов.
Если принять во внимание «пессимистическую» модель и роль нейрогенеза в осуществлении некоторых функций гиппокампа, а также патогенез ряда нейродегенеративных заболеваний, станет очевидной важность определения мишеней для этих факторов — влияют ли они на молчащие стволовые клетки, расходуя их пул, или же способствуют выживаемости их потомков, или увеличивают количество их делений. Все влияния на нейрогенез в конечном итоге можно подразделить по результату их действия на положительные и отрицательные. К первым относятся как банальные (содержание в обогащенной среде, физическая нагрузка, прием антидепрессантов или мелатонина, социальные взаимодействия), так и специфические — вроде одноночной бессонницы или приема каннабиноидов. Ко вторым — радиация, стресс, хроническое недосыпание, злоупотребление опиатами, алкоголем и множество прочих общенегативных для мозга вещей.
Хотя в целом результат воздействия многих перечисленных факторов можно предугадать, механизм их воздействия, а также влияние их комбинаций требуют изучения — как для выстраивания правильной общей профилактики, так и для лечения конкретных заболеваний.
Среди так называемых позитивных факторов особенно эффективным является обогащенная среда, включающая в себя физические упражнения.
По различным данным, нахождение в течение небольшого количества времени (примерно от недели до месяца) в такой среде стабильно и значимо повышает уровень нейрогенеза, причем увеличение может быть даже пятикратным — в зависимости от возраста, состояния здоровья и других параметров [17].
Несмотря на активное изучение эффектов обогащенной среды на нейрогенез, на современном этапе исследований остается открытым вопрос о том, какие именно из ее компонентов (физическая или исследовательская активность) оказывают влияние на процесс формирования новых нейронов в мозге, а также на какие этапы нейрогенеза эти эффекты распространяются. Разрешение этих вопросов важно для поиска новых терапевтических и нейропротекторных воздействий и для нахождения эффективных путей регуляции нейрогенеза во взрослом мозге. Именно поэтому интерес к этой теме лишь усиливается, и количество статей по ней будет расти еще долгое время.
- Сотворивший нейробиологию: Сантьяго Рамон-и-Кахаль;
- Altman J. (1963). Autoradiographic investigation of cell proliferation in the brains of rats and cats. Anat. Rec. 145, 573–591;
- Gross C.G. (2009). Three before their time: neuroscientists whose ideas were ignored by their contemporaries. Exp. Brain Res. 192, 321–34;
- Eriksson P.S., Perfilieva E., Björk-Eriksson T., Alborn A.M., Nordborg C., Peterson D.A., Gage F.H. (1998). Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat. Med. 4, 1313–1317;
- Sachs B.D. and Caron M.G. (2015). Chronic fluoxetine increases extra-hippocampal neurogenesis in adult mice. Int. J. Neuropsychopharmacol. 18;
- Yuan T.-F., Liang Y.-X., So K.-F. (2014). Occurrence of new neurons in the piriform cortex. Front. Neuroanat. 8, 167;
- Shingo T., Gregg C., Enwere E., Fujikawa H., Hassam R., Geary C. et al. (2003). Pregnancy-stimulated neurogenesis in the adult female forebrain mediated by prolactin. Science. 299, 117–120;
- So K., Moriya T., Nishitani S., Takahashi H., Shinohara K. (2008). The olfactory conditioning in the early postnatal period stimulated neural stem/progenitor cells in the subventricular zone and increased neurogenesis in the olfactory bulb of rats. Neuroscience. 151, 120–128;
- Ernst A., Alkass K., Bernard S., Salehpour M., Perl S., Tisdale J. et al. (2014). Neurogenesis in the striatum of the adult human brain. Cell. 156, 1072–1083;
- Deng W., Aimone J.B., Gage F.H. (2010). New neurons and new memories: how does adult hippocampal neurogenesis affect learning and memory? Nat. Rev. Neurosci. 11, 339–350;
- Lledo P.-M., Alonso M., Grubb M.S. (2006). Adult neurogenesis and functional plasticity in neuronal circuits. Nat. Rev. Neurosci. 7, 179–193;
- Cameron H.A. and McKay R.D. (2001). Adult neurogenesis produces a large pool of new granule cells in the dentate gyrus. J. Comp. Neurol. 435 (4), 406–417;
- Spalding K.L., Bergmann O., Alkass K., Bernard S., Salehpour M., Huttner H.B. et al. (2013). Dynamics of hippocampal neurogenesis in adult humans. Cell. 153 (6), 1219–1227;
- Goldman S.A., Kirschenbaum B., Harrison-Restelli C., Thaler H.T. (1997). Neuronal precursors of the adult rat subependymal zone persist into senescence, with no decline in spatial extent or response to BDNF. J. Neurobiol. 32 (6), 554–566;
- Encinas J.M., Michurina T.V., Peunova N., Park J.H., Tordo J., Peterson D.A. et al. (2011). Division-coupled astrocytic differentiation and age-related depletion of neural stem cells in the adult hippocampus. Cell Stem Cell. 8, 566–579;
- Kempermann G. (2011). The pessimist’s and optimist’s views of adult neurogenesis. Cell. 145 (7), 1009–1011;
- Van Praag H., Kempermann G., Gage F.H. (2000). Neural consequences of environmental enrichment. Nat. Rev. Neurosci. 1, 191–198.
Физические нагрузки и нейрогенез в гиппокампе
Ограниченная способность головного мозга к регенерации породила теорию, что нейрогенез – возникновение новых клеток в мозге – прекращается после эмбрионального развития.
Однако во второй половине XX века учёные выяснили, что новые клетки рождаются в мозге на протяжении всей жизни, правда только в определенных частях головного мозга, включая области, участвующие в процессах обучения и памяти, например, в гиппокампе.
Сегодня это знание помогает ученым лучше понять специфику когнитивных функций.
Новые нейроны, продемонстрированные на картинке на примере мыши (Рис. 1), зарождаются на протяжении всей жизни в определённой области гиппокампа. Эта область, известная как зубчатая извилина, также вовлечена в процесс дифференциации очень похожих между собой воспоминаний.
Рис.1 1) Новые клетки рождаются в зоне зубчатой извилины, называемой субгранулярной зоной. 2) Далее они мигрируют в зернистую зону. 3) И расширяют нервные волокна (аксоны). 4) Без определенного белка, новорожденные клетки могут слишком далеко мигрировать, вызывая проблемы с обучением и памятью.
Подобное новаторское исследование, проведенное в 2013 году задокументировало присутствие нейрогенеза на протяжении всей жизни человека.
Используя радиоуглеродный анализ, исследователи оценили возраст нейронов гиппокампа в посмертных образцах мозга и построили модель изменений клеток в течение жизни человека.
Они определили, что в гиппокампе человека существует значительный нейрогенез, предполагающий, что новорожденные нейроны вносят значительный вклад в функционирование мозга.
Кроме того, физическая нагрузка способствует нейрогенезу в той же области. Представленные картинки (Рис. 2) с разным увеличением показывают новые клетки в зубчатой извилине малоактивной мыши (сверху) и мыши, которая бегает в колесе (снизу). В зубчатой извилине подвижная мышь генерируется больше новых нейронов, по сравнению с малоподвижной мышью.
Многочисленные исследования показывают, что преимущества физических упражнений выходят за рамки сердечно-сосудистых тренировок и включают в себя сохранение когнитивной функции и снижения возрастной атрофии мозга.
В дополнение к увеличению кровотока и факторов роста в головном мозге, нейрогенез может быть одним из способов, с помощью которых физическая активность оказывает свое нейропротекторное действие.
Однако также предполагалось, что усиление нейрогенеза может предотвратить снижение когнитивных функций.
Рис. 2 Новые клетки в зубчатой извилине малоактивной мыши (сверху) и мыши, которая бегает в колесе (снизу)
Хотя история исследований нейрогенеза началась с небольшого эксперимента Джозефа Альтмана в 1962 году, при помощи новых инструментов и технологий поколение молодых ученых всё быстрее приближается к разгадке тайны нейрогенеза и старения мозга. При поддержке со стороны государственных и частных учреждений, ученые будут продолжать исследования этих открытий и определять возможные стратегии для предотвращения возрастного упадка когнитивных способностей.
Подготовили: Алмазова Т.А., Касьянов Е.Д.
Источник: Cortney C. Winkle et al. Trim9 Deletion Alters the Morphogenesis of Developing and Adult-Born Hippocampal Neurons and Impairs Spatial Learning and Memory. Journal of Neuroscience 4 May 2016, 36 (18) 4940-4958; DOI:10.1523/JNEUROSCI.3876-15.2016
Бег стимулирует нейрогенез и улучшает способность к обучению
Бег на длинные дистанции улучшает когнитивные способности.
Аэробные упражнения, такие как бег, ходьба или плавание, может оказывать положительное воздействие на мозговые структуры и их работу, в частности стимулировать генерацию нейронов (нейрогенез) в гиппокампе, структуре мозга, играющей важную роль в процессе обучения.
Пока неясно, оказывают ли аналогичное воздействие на организм и способствуют ли нейрогенезу в зрелом возрасте высокоинтенсивные интервальные тренировки (англ. HIIT) или анаэробные силовые тренировки. Кроме того, существует индивидуальные генетически заложенные особенности, определяющие ответ на физические упражнения, и этот вопрос только начинает изучаться.
Исследователи с кафедры психологии и кафедры биологии физической активности университета Йювяскюля (Финляндия) изучали воздействие длительных беговых тренировок, высокоинтенсивных интервальных тренировок и силовых тренировок на нейрогенез зрелого гиппокампа в мозге взрослых крыс-самцов.
В экспериментах использовалась крысы линии Спрег — Доули, которые за 17 поколений селекции были разделены на линии животных с генетически заложенным высоким ответом на аэробные тренировки (HRT) и низким ответом на аэробные тренировки (LRT). Исследование проводилось на протяжении 6—8 недель.
Полученные результаты свидетельствуют, что наибольшее число новых нейронов гиппокампа появилось у крыс, которые бегали на большие расстояния и которые также имели генетическую предрасположенность к получению пользы от аэробных упражнений.
У крыс линии HRT, которые добровольно бегали в колесе, появилось в 2—3 раза больше новых нейронов гиппокампа в конце эксперимента, по сравнению с такими же крысами, просто сидящими в своих клетках. У крыс линии LRT эффект также проявился, но в меньшей степени. Силовые тренировки, хоть и сделали животных сильнее, но не оказали влияния на нейрогенез.
Эффект высокоинтенсивных интервальных тренировок оказался незначительным. Таким образом, только длительные аэробные упражнения заметно улучшают нейрогенез у взрослых животных.
Результат опытов финских учёных интересен тем, что, как показали предыдущие исследования, рост новых нейронов гиппокампа необходим для процесса обучения и решения сложных пространственных задач. Не исключено, что стимулирование нейрогенеза последовательными аэробными упражнениями может быть полезно для улучшения процесса обучения и людей.
"Бег — лучший способ обновить свой мозг"
Эпидемия заболеваний мозга породила ответную реакцию: лучшие ученые всего мира думают, как защитить серое вещество. О том, в каком направлении движется научная мысль, «Огоньку» рассказал крупнейший нейробиолог Григорий Ениколопов
— Григорий Николаевич, кажется, что изучению мозга сегодня посвящена половина научных новостей. С чем связана подобная тенденция?
— Во всем мире наука о мозге выходит по значимости на первое место. Это связано с двумя вещами, во-первых, мозг остается самой сложной и до сих пор непознанной системой живого мира. Во-вторых, эти исследования чрезвычайно важны с социальной и экономической точки зрения.
Парадоксальным образом, благодаря успехам современной медицины граница старости отодвигается и из-за этого увеличивается количество нейродегенеративных заболеваний среди пожилых.
Одновременно растет количество нервных и нейрологических расстройств среди работающей части населения — депрессии, тяжелые неврозы, наркомания, инсульты, травмы.
Лечение такого количества людей — дорогостоящее удовольствие.
Подсчитано, что если не будет сделано каких-то принципиальных открытий, то через 20-30 лет затраты на всего лишь одну болезнь Альцгеймера могут сокрушить систему здравоохранения любой высокоразвитой страны, будь то США, Россия или Япония. Это огромная проблема. А ведь пока мы всерьез не можем остановить не то что тяжелые заболевания, но и «обычное» ухудшение памяти, которое наблюдается с возрастом.
— А какое открытие, с этой точки зрения, кажется вам наиболее значимым в последнее время?
— Сейчас происходит взрывное увеличение открытий и знаний в науке о мозге. Непосредственно в моей области, важнейшее открытие последних лет — неоспоримое доказательство того, что образование нервных клеток во взрослом мозге, то есть нейрогенез, происходит не только во взрослом мозге животных, но и у человека.
Довольно долго считалось, что нервные клетки образуются у нас только во время эмбрионального периода, а потом всю жизнь расходуются. Но сегодня блестяще доказано, что процесс появления новых нейронов активно идет у человека как в молодом возрасте, так и в совсем преклонном.
Это принципиально важно для понимания работы мозга и для новых идей о терапии заболеваний нервной системы.
— Как происходит появление нейронов? Из чего они рождаются?
— В нашем мозгу есть запас стволовых клеток, которые под воздействием целого каскада реакций и сигналов начинают превращаться в нейроны.
При этом в основном нейрогенез идет в двух частях мозга: желудочках и, что может быть наиболее важно, для человека, в гиппокампе — структуре, ответственной за научение и память.
Правда, буквально на днях появилась новость, что и в других областях взрослого мозга при инсультах в нейроны может превращаться и другой тип клеток — астроциты. Это очень интересно, так как означает, что у нас есть какой-то клеточный резерв и он включается при повреждении мозга.
— Ваша лаборатория вывела трансгенный тип мышей, у которых ярко светились стволовые клетки мозга. После этого стало отчетливо видно, что в мозге животных действительно растут нервные клетки. А как зафиксировать это у человека?
— Сама идея того, что во взрослом мозге человека могут появляться новые клетки, была предложена 50 лет назад. Но и для животных было трудно доказать, что во взрослом мозге новые клетки способны превращаться именно в нейроны.
Принципиально важные работы относительно человека появились только в середине 90-х годов прошлого века. Ученые из Каролинского университета в Швеции работали с больными раком на последней стадии. Добровольцам вводили в организм меченые нуклеотиды, а после смерти анализировали их мозг.
Именно так удалось увидеть и доказать, что у взрослых людей в мозге происходит деление клеток, большая часть из которых превращается в нейроны. В течение последующих лет ученые пытались понять, что же это значит и какую функцию они несут.
Вообще, именно эта область нейрофизиологии на сегодняшний день развивается наиболее бурно. Главная задача — разработать подходы, которые позволили бы оценивать появление новых нейронов у человека неинвазивно.
— Можно ли уже делать какие-то выводы? Какова функция этих новых нейронов?
— Мы связываем новые нейроны в гиппокампе с памятью, эмоциями и когнитивными функциями, — способностью мозга к обучению и восприятию информации. В частности, несколько лабораторий показали, что новые нейроны важны для особой формы памяти, которая называется «различение паттернов». Она не похожа на запоминание ряда цифр или слов.
— Можно пояснить на примере, что это такое?
— Речь идет о том, что человек способен различить очень похожие, но немного различающиеся контексты. На деле мы этим занимаемся постоянно, когда понимаем, что ситуация или место почти такие же, но в чем-то все-таки другие. Именно этот механизм нарушается при некоторых нейродегенеративных заболеваниях.
Например, мы знаем много историй, когда в начале болезни Альцгеймера, еще до развития тяжелых стадий, люди не могут найти свой дом. Им кажется, что они подошли к правильному перекрестку, к правильному дому и так далее — ситуации на 90 процентов совпадают, но самое главное кроется в этих 10 процентах отличий, которые они не замечают.
Так вот, новые нейроны отвечают именно за такое различение небольших, но часто критических, отличий.
— Если нейрогенез так важен, можно ли его как-то ускорить? Есть ли какие-то действенные способы?
— Сейчас много исследований посвящено клеточным механизмам, которые регулируют те или иные этапы образования новых нейронов, и способам «подстегивания» стволовых клеток и нейрогенеза. Именно это и является главной темой наших исследований.
Поразительно, что наиболее сильным и безотказным способом подстегнуть нейрогенез и улучшить свои когнитивные способности является бег и в целом физические нагрузки. Сегодня это подтверждено десятками, если не сотнями исследований. Кроме того, очень сильно ускоряют нейрогенез некоторые лекарственные средства и процедуры.
Например, антидепрессанты типа «Прозак», электроконвульсивный шок и другие эффективные способы лечения депрессии — все они увеличивают нейрогенез. На основании этих данных начинает развиваться новая индустрия брейн-фитнеса.
— В вашей московской лаборатории в МФТИ ученые изучают влияние на мозг низких доз радиации. Чем это интересно?
— Современный человек все чаще сталкивается с подобными видами излучения — мы подвергаемся всевозможным медицинским обследованиям, летаем на самолетах, и так далее. Помимо обычных людей, появляется все большее количество профессий, в которых приходится работать с постоянными источниками различных излучений,— врачи, инженеры, летчики, космонавты…
Сегодня мы точно знаем, что низкие дозы радиации не вызывают таких опасных осложнений, как, например, рак. Но до сих пор ничего неизвестно, как они влияют на когнитивные способности человека.
Об этом стали задумываться только в последнее время, когда стало известно о том, что в мозге постоянно происходит рождение новых нейронов. Может быть, подобные дозы никак не влияют, может быть, ухудшают, а может быть, и улучшают когнитивные процессы.
Пока это открытый вопрос. Сейчас в нашей лаборатории мы смотрим, как долгосрочное воздействие низких доз радиации влияет на память и способность к обучению у животных.
Это очень долгий процесс, но только так можно зафиксировать какие-либо изменения и после этого попробовать найти химические соединения, которые могут противостоять возможному негативному воздействию.
— Насколько это актуально? Кажется, что о радиации мы знаем довольно много.
— Интерес чрезвычайно высок! Возьмем дальние космические перелеты, например будущий полет на Марс. Дело в том, что на Земле и на околоземной орбите астронавтов от космических излучений защищает магнитное поле планеты.
Но как только они покинут зону его влияния, на них обрушится поток самых разных частиц, о воздействии которых на мозг ничего не известно.
Если они будут повреждать механизм рождения новых нейронов в гиппокампе, то могут возникнуть различные формы психических расстройств, например люди будут хуже запоминать новую информацию, страдать от тяжелых депрессий и так далее.
Подобные факты могут стать критическим препятствием для дальних полетов. Это вполне реальные опасения, поэтому НАСА последние 10 лет выделяет большие гранты на изучение подобных вопросов, как раз исходя из конкретных задач сохранения психологического здоровья экипажа.
— Есть какие-то реальные подтверждения тому, что излучения могут ухудшать у человека память или нарушать эмоциональную сферу?
— Если говорить о повышенных дозах, то есть, причем они приходят с неожиданной стороны. Например, в последнее время становится ясно, что примерно у 20-40 процентов людей, которые излечиваются от рака с помощью радио- и химиотерапии, на какое-то время нарушаются когнитивные способности.
Есть даже такое понятие «химомозг»: состояние, когда после онкотерапии человек плохо соображает, его мозг как бы затуманен, при этом через несколько месяцев, самое крайнее пару лет, утерянные функции восстанавливаются.
Так вот, у нас есть основания полагать, что подобные манипуляции убивают стволовые клетки в мозге и, тем самым, появление новых нейронов.
Беседовала Елена Кудрявцева
Григорий Ениколопов, профессор, кандидат биологических наук. Родился в 1952 году в Ереване. Окончил биологический факультет МГУ в 1974 году. Работал в Институте молекулярной биологии АН СССР в лаборатории Г.П. Георгиева. Преподает в МГУ.
Руководитель группы в Лаборатории Колд-Спринг Харбор (США, Нью-Йорк) и руководитель лаборатории стволовых клеток мозга в МФТИ. Член программ по нейробиологии, генетике и молекулярной биологии, фармакологии Университета Стони Брук, США.
Автор более 120 научных работ, владелец 6 научных патентов США, участвует в экспертных группах по присуждению грантов основных научных фондов США и Европы. Ведущий исследователь в области нейрогенеза (речь идет о способностях нервных клеток к восстановлению).
Примечательно, что в 1989 году в Лабораторию Колд-Спринг Харбор, где трудились 9 нобелевских лауреатов, Григория Ениколопова пригласил работать Джеймс Уотсон — один из авторов открытия двойной спирали ДНК.
Особенные продукты для защиты нейронов — обязательная часть любой программы брейн-фитнеса
1. Какао. Напиток номер один для тех, кто хочет сберечь мозг. Содержит теобромин, который активизирует когнитивные способности мозга — память, скорость обработки информации, креативность.
2. Куркума. Эта специя содержит куркумин — вещество, которое предотвращает разрушение в мозге дофамина — важного вещества в борьбе против болезни Паркинсона.
3. Нежирное мясо. Содержит вещество L-карнозин, который необходим для нормальной работы мозговой ткани. Он спасает от воздействия токсичных металлов.
4. Ягоды. Практически все виды содержат флавоноиды. Они активизируют гены, защищающие мозг от стресса. Особенно много их в темном винограде, вишне и черной смородине.
5. Шпинат, а также щавель, лебеда и некоторые виды листовых салатов. Блокируют воздействие свободных радикалов, помогают при больших умственных нагрузках.
6. Зеленый чай. Источник эпигаллокатехина галлата, который защищает мозг от развития обширных инсультов. Нейтрализует нейротоксины.
7. Гинкго. Экстракт из плодов одноименного дерева, сглаживает реакцию мозга на воздействие гормона стресса кортизола, регулирует микроциркуляцию крови в голове.
8. Рыбий жир. Приостанавливает процессы разрушения нервных клеток, улучшает работу участков мозга, ответственных за эмоции и память.
Как бег влияет на наш мозг?
Древние греки говорили «Хочешь быть сильным — бегай, хочешь быть красивым — бегай, хочешь быть умным – бегай». Дошедшее до наших дней древнегреческое выражение – неоспоримая истина. И вот почему:
Во время бега задействуются практически все мышцы организма. Усиливается кровообращение, к тканям и органам поступает больше крови, обогащённой кислородом и питательными веществами.
Беговые нагрузки оказывают положительное влияние на опорно-двигательный аппарат. Позвоночник становится более подвижным, что делает его здоровой, крепкой и надежной опорой всего организма.
Беговые упражнения способствуют выработке особого гормона — эндорфина. Его ещё называют «гормон счастья». Когда концентрация эндорфина в крови возрастает, человек испытывает лёгкое чувство эйфории.
Пробежка будет полезна людям, желающим сбросить лишний вес. Кровь движется по организму быстрее и уничтожает излишки жира.
Занятия бегом очищают наш организм. Во время силовых упражнений выделяется пот, а вместе с ним выводятся вредные токсины и шлаки.
Бег тренирует сосудистую систему. Сердце становится крепче и сильнее, что сказывается на его производительности. Предотвращаются многие сердечные заболевания.
Бег полезен для ума
Getting things done is a process, demands accountability, and has clear goals. Follow through is the most valuable asset to any organization. Successful teams ask questions, evaluate reality, and navigate toward specific solutions. Action implies taking responsibility for results.
Бег стимулирует процесс нейрогинеза — образования новых клеток в мозге. Увеличивается объём мозговой ткани, который обычно уменьшается, когда мы стареем.
Регулярные занятия бегом развивают память и внимание, а также предотвращают развитие возрастной деменции, или старческого маразма.
Бег улучшает вашу способность к планированию и организации. Во время силовых упражнений включается лобная кора головного мозга и человек начинает соображать быстрее.
Во время бега, сосредоточившись на своем дыхании или шагах, мы расслабляемся. Такая осознанная медитация помогает нам управлять мыслями и вести внутренний диалог.
Занятия бегом имеют благотворное влияние на познание, улучшают пространственную функцию памяти.
Утренние пробежки помогают сконцентрироваться и настроиться на работу. Вечерний бег является завершающей стадией рабочего дня. Организм настраивается на позитивный лад перед сном.
Нейробиологи объясняют, как бег приносит огромную пользу мозгу
Наступил творческий ступор? Отправляйтесь на пробежку. Пытаетесь принять судьбоносное решение? Отправляйтесь на пробежку. Почувствовали раздражительность, загрустили или просто скучаете? Вам нужно бегать, бегать, бегать.
Писательница Джойс Кэрол Оутс однажды написала в колонке для New York Times, что «у бегущего человека ум движется вместе с телом… в ритме с ногами и руками». Режиссёр Кейси Нейстат прошлой осенью рассказал журналу Runner’s World, что иногда только бег приносит ему ясность ума.
«Перед каждым важным решением, которое я принял за последние восемь лет, я сначала бегал», – сказал он изданию. Но, наверное, лучше всего выразился бегун по имени Монте Дэвис в книге «The Joy of Running» (1976): «Трудно бежать и в то же время жалеть себя.
Кроме того, после длинной пробежки наступают часы ясности и уравновешенности».
После хорошей пробежки порой можно почувствовать себя совершенно новым человеком. И это в буквальном смысле. Примерно три десятилетия исследований в области нейрологии выявили устойчивую связь между аэробной тренировкой и последующей когнитивной ясностью. Но самое захватывающее открытие в этой области – нейрогенез.
Не так давно самые яркие умы человечества полагали, что наш мозг получает определённое количество нейронов, численность которых не увеличивается во взрослой жизни. Оказалось, что это заблуждение.
Исследования, проведённые на животных, показали, что в течение жизни в головном мозге образуются новые нейроны.
И в настоящее время известно, что рождение новых нейронов вызывают энергичные аэробные упражнения, говорит Карен Постал (Karen Postal), президент Американской академии клинической нейропсихологии.
Интересно, что новые клетки образуются в гиппокампе, области мозга, связанной с обучением и памятью.
Это поможет объяснить, по крайней мере, частично, почему многие исследования выявляют связь между аэробикой и улучшением памяти.
«Если вы тренируетесь до появления пота, – примерно 30-40 минут – у вас генерируются новые мозговые клетки», – говорит Постал, которая и сама бегает. «Это происходит как раз в области, связанной с памятью».
Изменения после пробежки зафиксировали и в лобных долях головного мозга. Повышенная активность в этих участках наблюдается после того, как люди перенимают долгосрочную привычку к физической активности.
После 30-40 минут энергичной аэробной тренировки исследователи зафиксировали увеличение притока крови в этой области, которая, кстати, связана с перспективным планированием, вниманием и сосредоточенностью, постановкой целей и управлением временем.
Этот участок мозга также связан с регулированием эмоций, что помогает объяснить результаты недавнего исследования, проведённого профессором психологии Гарвардского университета Эмили Э. Бернштейн (Emily E. Bernstein). Она занимается бегом и заинтересовалась тем, какие изменения он вызывает в её головном мозге.
«Я замечаю, что чувствую себя лучше, когда я активна», – говорит Эимли. Её заинтересовали интервенционные исследования, проведённые за последние годы, которые предполагают, что людям, испытывающим проблемы с настроением или тревожностью, помогают физические упражнения. Бернштейн захотела узнать, почему это работает.
Чтобы разобраться, она прибегла к версии классического эксперимента среди исследователей, изучающих эмоции. Вместе со своим коллегой Ричардом Дж. Макналли они включали финальную сцену из фильма «Чемпион» (Champ, 1979) для группы испытуемых. Вот этот эпизод:
Перед просмотром часть из 80 участников пробежала трусцой в течение 30 минут; остальные испытуемые ничего не делали. После просмотра все заполнили опросник, чтобы указать, какое впечатление произвёл на них фильм. Затем все напряжённо трудились в течение 15 минут, после чего снова проверили, как они себя чувствуют.
Участники исследования, которые совершили 30-минутную пробежку, быстрее оправились от эмоциональной сцены, чем остальные. Особенную пользу от бега получили те, кто изначально чувствовал себя хуже.
В настоящее время Эмили Бернштейн проводит дополнительные исследования, чтобы точно определить, почему и как именно это работает.
Есть ещё одна большая выгода для мозга, связанная с бегом. Пока вы накручиваете километры, ваш мозг «витает в облаках».
Осознанность или сосредоточенное пребывание здесь и сейчас приносит в жизнь большую пользу, о чём свидетельствует растущее число научных данных. И все же грёзы и мечтательность не менее важны.
К примеру, вот отрывок из статьи, которую три психолога опубликовали в 2013 году в журнале Frontiers in Psychology:
«Ум блуждает по нашему сознательному выбору или случайно и это приносит ощутимое вознаграждение при сопоставлении лично значимых целей и устремлений. Иногда приходится в третий раз перечитывать строку текста из-за того, что внимание отдалилось от темы….
Потерять пару минут это незначительная трата, если отвлечение внимания позволило нам, наконец, понять, почему что-то сказанное вами так расстроило босса на прошлой неделе.
Вернуться домой из магазина без яиц, покупка которых была целью похода в супермаркет, это всего лишь досада, если за это время вас осенило решение просить о повышении, сменить работу или вернуться к учёбе».
Сложно измерить выгоду от блуждающих мыслей, но это не означает, что они не представляют собой ценности. Как раз продолжительный бег надёжно приводит к подобному состоянию ума. В ходе нескольких недавних исследований учёные пытались разузнать, о чём думают профессиональные бегуны или любители, наматывая вёрсты. Почти всегда мысли не о делах.
Они не имеют никакого значения. Как написал Харуки Мураками в своей книге «О чём я говорю, когда говорю о беге»: «Когда я бегу, вокруг меня образуется некая пустота. Можно сказать, что я и бегаю-то, чтобы оказаться в этой самой пустоте.
Хотя она всё равно негерметична – в ней витают кой-какие мысли вроде вот этой, и я время от времени на них натыкаюсь».
Загрузка...
