Что может менять структуру мозга

Ученые выяснили, от какой работы «уменьшается мозг»

По мнению исследователей, профессия влияет не только на образ жизни человека, но и на структуру головного мозга.

Фото: www.globallookpress.com / © Simone Brandt

Исследователи утверждают, что профессия влияет не только на образ жизни и круг общения человека, но и на структуру головного мозга. Решение изо дня в день похожих задач способствует увеличению одних зон мозга и подавлению других, сообщает РИА Новости.

Российские и бельгийские ученые определили влияние микрогравитации на структуру человеческого мозга. Как выяснилось, после полета в космос объем серого вещества в височной области коры уменьшился на три процента. Также сократилось содержание белого вещества, изменилась и форма мозга, правда незначительно. А спустя шесть месяцев количество серого вещества вернулось к значениям до полета. Однако белое вещество не восстановилось.

Также изменения в структуре мозга были замечены и у таксистов. Область мозга, отвечающая за переход кратковременной памяти в долговременную и обрабатывающая пространственную информацию об окружающей среде, — немного больше, чем у других людей. Нейрофизиологи связали это с необходимостью запоминать сотни маршрутов и объездных путей. Речь не идет о водителях, которые пользуются навигатором.

У шахматистов, как выяснили ученые, снижен объем серого вещества в затылочно-височной доле, которая участвует в представлении объектов относительно друг друга. Также у них уменьшен объем хвостатого ядра, отвечающий за принятие решений. По словам исследователей, шахматисты при игре используют части мозга, участвующие в переработке сенсорной информации. А участки, которые связаны с интеллектом и логикой, не задействуют.

Удивительно, но мозговые структуры, связанные с логикой, почти не используют программисты. У них активируются зоны мозга, которые отвечают за память, внимание и языковые способности.

У музыкантов, по словам исследователей, увеличены зоны мозга, регулирующие движения пальцев. У опытного скрипача объем коры, связанной с мелкой моторикой, больше.

Ранее ученые выяснили, что большинство людей неправильно едят яблоки.

Источник

Нейропластичность: перестраиваем мозг

Наш мозг необычайно пластичен. Не как пластиковая посуда или кукла Барби – в неврологии пластичность означает удивительную способность мозга меняться и адаптироваться практически ко всему, что с нами происходит. В былые времена учёные считали, что когда человек переставал быть ребёнком, его мозг застывал, как глиняный горшок, и оставался в одной форме. Но кипы исследований опровергли их мнение – мозг больше напоминает пластилин [play-doh]. Эти изменения могут происходить на разных масштабах: от отдельного нейрона, меняющего связи, до целой корковой области, уменьшающейся или разбухающей. Структуру мозга могут менять множество факторов, от травм и инсультов, до медитации, упражнений или ежедневных занятий на пианино. И как всё в жизни, пластичность – это палка о двух концах. Плюс в том, что мозг может перестроить себя во время реабилитации после инсульта. Минус – фантомные боли после потери конечности. Давайте посмотрим, как, что и почему происходит.

Начнём с небольших масштабов и синаптической пластичности (если вы не в курсе, что есть синапс, прочтите сначала вводную статью про мозг). Эта разновидность пластичности, которую часто называют длительной потенциацией (ДПЦ) и длительным подавлением (ДПД), критична для нашего понимания процессов запоминания и обучения. Очень упрощённо она работает так: связи между нейронами усиливаются или ослабляются (происходит потенциация или депрессия) в зависимости от их действий. Когда нейрон А постоянно возбуждает нейрон Б, связь между ними усиливается.

Естественно, обычно это происходит на нескольких синапсах – так могут появиться целые сети, в случае, если они достаточное количество раз именно в таком составе проявили активность (и мы считаем, что память формируется примерно так же). Так что целуйте вашу половинку достаточно часто во время прослушивания композиций Лу Бега, и скоро песня «Mambo number five» будет вызывать у вас романтические чувства. Дональд Хебб [Donald Hebb], канадский невропсихолог, придумал поговорку «Вместе запускаются, вместе заплетаются» [What fires together, wires together] для описания этого процесса. Изначально эти связи хрупкие, но если вы активируете их достаточное количество раз, они превратятся в прочные (их нельзя будет разделить, как Бритни и Джастина в 99-м). Обратный процесс, ДПД, запускается другой процедурой стимуляции, и, как считается, ослабляет ненужные связи – вы забываете имя вашей бывшей или облагораживаете новые танцевальные движения. Пластичность синапсов – концепция, которую когнитивные и поведенческие терапевты рекомендуют своим пациентам: для смены устоявшихся мысленных шаблонов нужно шаг за шагом при помощи практики формировать новые. И новые пути проходят эволюцию от грунтовых дорог до скоростных шоссе (по которым передвигается здоровое поведение), а сломанные контуры уплывают в небытие.

Пластичность на больших масштабах проявляется по-другому. Растущее количество исследований показывают, что чем больше вы используете определённый мускул, тем большую область мозг для него выделяет. Например, одно из исследований показывает, что хотя области, отвечающие за движения пальцев, обычно имеют одинаковый размер, это не неизменно. После пяти дней упражнений на пианино были найдены определённые и вполне видимые изменения в двигательной области коры мозга. Области, отвечающие за движения пальцев, расширились и заняли другие части соседних областей, будто сорняки, разрастающиеся в саду. Исследователи пошли ещё дальше: они показали, что даже если испытуемые думали об упражнениях, эффект получался почти таким же! Мысленные упражнения оказались настолько же эффективными в реорганизации структуры мозга, как и физические. Ещё один пример (о котором студенты-неврологи слышали, наверное, чаще, чем жители «Bible Belt» – областей США, где особенно силён протестантский фундаментализм – об Иисусе) – это лондонские таксисты. Опытные таксисты, которым приходится запоминать карту столицы, включая десятки тысяч улиц и десятки достопримечательностей, обладают большим задним гиппокампом – структурой мозга, отвечающей за пространственную память и ориентацией. У контрольной группы, водителей автобусов с постоянными и устоявшимися маршрутами, гиппокамп обычного размера. Чтобы предотвратить обычные комментарии типа «корреляция не гарантирует причинности» (ведь, возможно, именно увеличенный размер гиппокампа и привёл таксистов на эту работу?), исследователи показали, что увеличении объёма гиппокампа позитивно коррелировала со временем, проведённым за баранкой. Чем дольше вы водите, тем больше ваш мозг адаптируется.

Вы уже согласны с тем, что мозг невероятно пластичен? Не спешите, у нас есть ещё примеры. Если вы отказались от медитации, как от хипповой ерунды, обратите внимание: долговременная практика медитации связана с весьма положительными изменениями в мозгу. Воспринимайте её как тренировку – как уроки на пианино. Исследования показывают, что если сидеть спокойно и медитировать, то можно увеличить толщину коры (то есть, больше серых клеточек, то есть, больше нейронов для обработки сигналов) в областях, связанных с вниманием, памятью и управлением эмоциями. Более того, миндалина, центр реакций, связанных со страхом и отвращением, уменьшается и ослабляет связи с префронтальной корой головного мозга, местом, где расположены высшие исполнительные функции. Проще говоря, медитация позволяет реагировать на стресс более вдумчиво и подавлять инстинкты. Последнее по очереди, но не по значимости – сеть пассивного режима работы мозга, ответственная за самоопределение и грёзы наяву, также снижает активность, что позволяет меньше отвлекаться (и предотвращает перескакивание мыслей со вчерашней вечеринки на неотвратимость смерти или что-то подобное). И пока я тут занимаюсь скрытой пропагандой ЗОЖ, упомяну, что ещё меняют ваш мозг к лучшему физические упражнения. Всего три часа быстрой ходьбы в неделю увеличивает рост и рождение нервных клеток, что, в свою очередь, предотвращает возрастное уменьшение мозга. Исследование показывают, что особенно выигрывают от этого передние области и гиппокамп – то есть, их объём после длительных упражнений вырастал. Вот вам и пример того, как память и способность рассуждать улучшаются благодаря ЗОЖ.

Ваш мозг, словно идеальный супруг, существует с вами вместе в хорошие времена и в плохие, в болезни и в здоровье. После перенесённой травмы или инсульта нейропластичность помогает вам. Реабилитационные тренировки после инсульта или травмы показали, что мозг проводит реорганизацию вокруг повреждённого региона. Допустим, инсульт повредил часть мозга, отвечающую за движения левой руки. Использование технологии под названием «терапия принудительных двигательных ограничений» (когда вас заставляют пользоваться «плохой» рукой, в то время как другую руку ограничивают в движениях), ведёт к увеличению объёма серого вещества в двигательном отделе, меняет смежные с повреждённым регионы так, что они берут на себя его функции и даже заставляют контралатеральную полусферу участвовать в восстановлении. Мозг перестраивает себя, чтобы приспособиться к новым обстоятельствам и сделать это наилучшим образом. Однако, не всегда это проходит так здорово. Иногда мозг может подложить свинью и доставить вам неприятностей – это я насчёт фантомных болей. Вы, наверно, слышали о людях, у которых сохраняется ощущение ампутированных рук или ног. Это также заслуга нашего неугомонного пластичного мозга, хотя на 100% этот процесс не изучен. Одна из общепринятых теорий говорит, что область соматосенсорной коры, соседствующая с той, что отвечала за функции отсутствующей конечности, хватается за новую возможность и занимает вакантное место. К примеру, область лица расположена рядом с областью рук. И если потерять руку, область лица занимает место своего соседа и воспринимает все ощущения лица вдвойне: как идущие от щеки, так и от несуществующего большого пальца.

Становится понятно, что мы не ограничены теми картами, что нам раздала природа: возможно поменять некоторые из них (и это даже не будет воспринято, как шулерство). Мозг отражает наше окружение, наши решения, эмоции и стиль жизни, и поменять всё это, на самом деле, никогда не поздно.

Источник

Восстановление функций мозга в психиатрии и неврологии

Несмотря на то, что значение исполнительного функционирования для психической деятельности сложно переоценить круг его составляющих, на мой взгляд, очерчен нечеток. Исполнительные функции (executive function — EF) касаются ряда способностей, включая решение проблем, планирование, инициирование, самоконтроль, сознательное внимание, возможность справляться с новыми ситуациями и способность изменять планы при необходимости. Это высокая когнитивная функция, которая крайне важна для человека и позволяет ему поддерживать повседневную деятельность, сохраняя при этом хорошее качество жизни. С областью исполнительных функций связаны ассоциации психопатологической симптоматики, когнитивный резерв, шкалы оценки и программы когнитивной реабилитации.

«Лобный синдром» и «синдром дизэксплуатации»

В прошлом, изучая пациентов с префронтальными повреждениями, исследователи отмечали определенные нарушения в некоторых функциях, таких как инициация, последовательность, гибкость, мониторинг, суждение, планирование, принятие решений и трудности при необходимости решения новых задач. В то время это функциональное нарушение было названо «синдромом лобной доли», хотя у некоторых из этих пациентов лобные доли были неврологически интактными. Затем неспособность контролировать эти когнитивные функции стала известна как «синдром дизэксплуатации» (DS — Dysexecutive Syndrome). В этом смысле DS не обязательно связан с травмой лобной доли, а скорее с рядом недостатков в обработке, планировании, инициировании поведения, поддержании этого поведения, саморегуляции и самоконтроле.

Лобные функции

Существует как минимум четыре категории, относящиеся к лобным функциям, но не обязательно обусловленным травмами лобной доли: энергизация, исполнительные когнитивные функции, саморегуляция поведения/эмоций и мета-когнитивный процесс.

«Энергизация» (Energization) или возбуждение

Процесс необходимого тонуса для инициации и сохранении любого (определенного) режима реагирования в зарубежной литературе обозначают термином «еnergization».

Исполнительные когнитивные функции

Планирование, контроль за последовательностью действий при решении задач и регулировка поведения в ряде случаев обозначают, как исполнительные когнитивные функции.

Саморегуляция поведения/эмоций

Необходимые для решения сложных ситуаций, обусловленных внешними триггерами привычки и навыки когнитивного анализа позволяют человеку самостоятельно регулировать свои эмоциии и поведение.

Мета-когнитивный процесс

Интеграция когниций и эмоций, аспекты личности, социальные когниции, самосознание, адекватное восприятие юмора являются составляющими мета-когнитивного процесса.

Исполнительные функции в психиатрии

Дефицит «исполнительной власти» наблюдается при многих психических расстройствах, включая синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), шизофрению и биполярное аффективное расстройство. При расстройствах настроения пациенты имеют когнитивные нарушения, связанные с лобными областями, демонстрируя снижение показателей вербальной памяти, когнитивной гибкости, совладания, метакогниции и саморегуляции, особенно по сравнению со здоровыми субъектами. Фактически, заболевание, требующее наибольшей когнитивной реабилитации — это шизофрения, где может иметь место значительная потеря объема мозга. Кроме того, больные шизофренией продемонстрировали значительное снижение социальных навыков, что увеличило потребность в когнитивной реабилитации и, в частности, восстановления полноценного исполнительного функционирования. Эти методы (когнитивная ремедиация) должны сочетать нейрокогнитивные и психосоциальные компоненты, результаты которых показали положительное влияние на функционирование этих людей в повседневной жизни.

Исполнительные функции в наркологии

Расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ, также связаны с исполнительными нарушениями, такими как потеря когнитивной гибкости, сложность принятия решений и скорость обработки информации. Опять же, здесь мы имеем гипофронтальность структур и сетей мозга.

Исполнительные функции в неврологии

Нарушения исполнительного функционирования связано и с подкорковыми расстройствами, в частности, с болезнью Паркинсона, прогрессирующим надъядерным параличом, болезнью Хантингтона, синдромом Корсакова и деменцией, вызванной вдыханием органических растворителей.

Восстановление мозга

В этом смысле представляют интерес две концепции, получившие известность в дискуссиях нейропсихологов: резерв мозга и резерв познания. Когнитивный и «мозговой резерв» могут снизить риск неадекватного поведения, поскольку он связан со способностью мозга активно справляться с повреждениями посредством реализации когнитивных процессов.

Работа с «резервом мозга»

«Резерв мозга» обычно относится к его определенным характеристикам, которые могут различаться у разных людей, включая размер, нейрогенез, плотность нейронов и синаптические связи. Многочисленные исследования предоставляют доказательства того, что резерв мозга может быть «податливым», и предполагают, что регулярные когнитивные упражнения, в частности, могут значительно помочь больным той же шизофренией. Образование увеличивает рост синапсов у младенца или ребенка. Кроме того, влияние упражнений с виртуальной реальностью на больных с черепно-мозговой травмой показывает улучшении некоторых когнитивных показателей.

«Когнитивный резерв»

«Когнитивный резерв» относится к способности мозга справляться с проблемами, используя другие когнитивные ресурсы. Как следствие, два человека с одинаковой степенью структурного резерва мозга могут более или менее успешно адаптироваться к травме головного мозга, если у одного есть больший объем «когнитивного резерва», то есть большее разнообразие когнитивных процессов, которые нужно задействовать или использовать в качестве компенсации. Нейронную реализацию «когнитивного резерва» можно разделить на «нейронный резерв» и «нейронную компенсацию». Первый относится к дифференциальным эффективным схемам синаптической связи, в то время как «нейронная компенсация» относится к привлечению областей мозга, которые обычно не используются людьми без патологии мозга для компенсации его повреждения.

Хороший когнитивный резерв может помочь в восстановлении и компенсации травмы за счет как нейронного резерва, так и нервной компенсации. Это позволяет нам задуматься о последствиях повреждения мозга с точки зрения нейропластичности и когнитивной реабилитации.

Как только появляется вероятность того, что проблемы DS положительно связаны с некоторыми структурными повреждениями, у людей с мозговым резервом появляется что-то вроде «жира, который нужно сжигать», тогда как те, у кого есть когнитивный резерв, могут лучше справляться и находить разные способы решения проблемы. Подтверждая эти выводы, некоторые данные, полученные от людей с высоким уровнем активности, таких как творчество, чтение, посещение друзей, посещение фильмов и ресторанов, прогулки и выполнение физических и «умственных» упражнений, говорит о том, что эти люди имеют меньший риск развития деменции.

Другие исследования показали, что у пациентов, у которых в анамнезе была преморбидная болезнь мозга, наблюдалось более выраженное когнитивное снижение посттравматического характера. С другой стороны, как упоминалось ранее, психические расстройства способны повредить резерв мозга, как это видно при шизофрении, когда потеря серого вещества может достигать 3% от общего объема всего мозга, в частности 3,5% в лобной доле.

Оценка исполнительной функции

Чтобы выбрать лучшую терапевтическую программу для восстановления мозга допустим при шизофрении, необходима хорошая нейропсихологическая оценка, основанная на трех основных целях: измерение, диагностика и интерпретация каждого измерения. Нейропсихологические тесты должны индивидуально различать когнитивные компоненты (измерения), такие как планирование или самоконтроль раздельно, а затем указывать, где сконцентрированы ошибки (диагностика). Последняя часть оценки состоит в том, чтобы решить, на чем будет сосредоточена реабилитация (интерпретация).

Виртуальная реальность

Еще один метод нейропсихологической оценки, который явно расширился в последние годы, — это использование виртуальной реальности (VR), которая также использовалась для целей когнитивной реабилитации.

Трудности оценки исполнительных функций

Поставить нейропсихологический диагноз, когда человек не функционирует эффективно — из-за его импульсивности, неспособности планировать или неспособности поддерживать поставленные задачи — не всегда просто, когда дело доходит до самоотчета. Более того, на практике может быть сложно определить все аспекты, связанные с проблемами поведения, из-за плохой способности к самоотчету. Например: плохое внимание или определенный дефицит рабочей памяти часто являются первыми симптомами, которые привлекают наше внимание. Как следствие, самоконтроль человека ухудшается, и, следовательно, пациент не замечает проблемы по мере их возникновения.

Экологическая значимость нейропсихологических тестов

В этом смысле некоторые нейропсихологи обсуждают экологическую значимость разумного количества нейропсихологических тестов. Под «экологическим» можно понимать, насколько тест репрезентативен для жизни конкретного человека. Некоторые авторы предположили, что большинство тестов не иллюстрируют истинность клинических проявлений; вероятно, потому, что эти оценки происходят не в повседневной жизни, но в стандартных тестах (неэкологических) они наблюдаются отдельно. «Карта зоопарка» и «тест на выполнение нескольких поручений» являются двумя примерами, имеющими большую экологическую ценность. Здесь пациент должен одновременно решить несколько задач. Это требует способности планирования, а также хороших управленческих способностей для решения всех задач. Больной смешивает простые задачи, делая упражнение с двумя задачами, особенно с несколькими поручениями, из-за шаблонов ошибок. Эти тесты ближе к реальной ситуации, чем другие тесты, которые могут быть отличными тестами EF, но не к обычным формам поведения, которые мы привыкли реализовать каждый день. Тест на «поведенческую память» — еще один действительный экологический тест, используемый для оценки повседневных проблем с памятью, выявления умеренных и тяжелых нарушений, однако незначительные нарушения памяти могут остаться здесь незамеченными у ряда пациентов, набравших баллы в пределах нормы.

Импульсивность

Еще одним проявлением исполнительного дефицита может быть импульсивность: для некоторых болльных проблема заключается не столько в неспособности смотреть вперед или предвидеть последствия, сколько сложность торможения своих желаний или импульсов в ответ на изменения внешней ситуации.

Программы реабилитации

Современные программы реабилитации считают функциональную оценку наиболее показательной. Они анализируют поведение пациента в тех ситуациях, когда присутствует дефицит, и замечают точную стадию, на которой человек ломается. Сосредоточив внимание на постепенном увеличении автономии пациента мы получим, большее количество попаданий в цели, которые могут быть достигнуты посредством когнитивной реабилитации. Представляют особый интерес виртуальные программы когнитивной ремедиации. Было обнаружено, что технология виртуальной реальности является хорошим средством лечения и оценки в нескольких контекстах. VR использовался как способ повышения экологической достоверности тестов, поскольку в виртуальном мире можно моделировать широкий спектр возможностей и ситуаций. Вместо того, чтобы моделировать обычную деятельность, V-STORE моделирует магазин, где пациенты должны забрать продукты в супермаркете Virtual Action-Planning Supermarket, имитируя повседневное выполнение поручений.

Целью каждой программы реабилитации руководителей должно быть улучшение или обеспечение большей автономии людей в повседневных ситуациях, позволяя им решать проблемы (в пределах своих возможностей), а не застревать в порочном круге, в котором не используются исполнительные навыки.

В основном программы реабилитации при префронтальных нарушениях можно разделить на четыре направления (см. выше).

Рабочая память

В контексте предполагаемой памяти повторное обучение — это метод, при котором клиент выполняет определенное действие многократно с увеличивающимися промежутками времени между ними. Этот интервальный поиск — полезный и хорошо известный метод изучения информации. Пока это удается, мы можем укреплять ретроспективную память, чтобы обеспечить необходимую поддержку будущей памяти. Этот способ очень полезен для людей, страдающих болезнью Альцгеймера, для выполнения ежедневной задачи предполагаемой памяти на необходимые действия, отображаемой в календаре (Fish et al., 2009). Кроме того, он может оказывать поддержку исполнительному компоненту с использованием свободных путей или интегративных подходов, направленных на повышение осведомленности о трудностях и расширение использования компенсационных стратегий.

Супервизия внимания

С тех пор, как была создана модель супервизорной системы внимания (SAS), стало ясно, что повседневное функционирование представляет собой очень сложное и динамичное взаимодействие автоматического рутинного поведения и сознательно контролируемого действия.

Источник

Нейронная скульптура: как мозг меняется в течение жизни и почему возраст — не помеха обучаемости

Теории и практики

Человеческий мозг состоит из десятков миллиардов нейронов. По мере взросления они соединяются в масштабную сеть, которая меняется всю жизнь под воздействием внешней среды. Такая пластичность позволяет улучшать когнитивные способности уже во взрослом возрасте, восстанавливаться после серьезных повреждений и решать самые неожиданные задачи. T&P публикуют отрывок из книги современного философа Катрин Малабу о том, почему мозг напоминает скульптуру, как определенные занятия помогают улучшить память и есть ли пределы у пластичности.

Что нам делать с нашим мозгом?

Катрин Малабу

V-A-C press. 2019

1. Пластичность развития: формирование нейронных связей

[…] «Головной мозг человека, — утверждает Жан-Пьер Шанже, — предстает перед нами как гигантская сборка десятков миллиардов спутанных друг с другом нейронных „паутин“, где „стрекочут“ и распространяются тысячи электрических импульсов, тут и там перехватываемых широким спектром химических сигналов». Эти «паутины», также называемые «разветвлениями», — нейронные соединения, постепенно образующиеся в ходе развития индивида. Когда говорят о пластичности, характеризуют именно этот нейрогенез. Мозг, в сущности, формирует сам себя. «Человек рождается с мозгом, который весит 300 граммов, то есть в пять раз меньше мозга взрослого… Одна из главных особенностей развития человеческого мозга состоит в том, что оно продолжается еще длительное время после рождения… примерно пятнадцать лет».

Таким образом, все начинается с установления соединений, затем их умножения и усложнения. Увеличение массы мозга совпадает с разрастанием аксонов и дендритов, образованием синапсов, развитием вокруг аксонов миелиновых оболочек. Это развитие подчинено строгому генетическому детерминизму. По своему происхождению и строению «все человеческие мозги схожи между собой», говорит Марк Жанро. Безусловно, соединения, составляющие анатомию зрелого мозга, не являются делом случая или стихийной организации. Миграция нервных клеток и их приспособление к конечным целям запрограммированы. «Приведем лишь один пример, — продолжает автор. — У всех людей волокна, исходящие из сетчатки и несущие зрительную информацию, завершают свой путь в зрительной части коры больших полушарий, то есть в затылочной доле, находящейся в задней части мозга; у всех людей эта зрительная часть образует связи с другими участками, расположенными в теменной, височной доле и т. д. Следовательно, мозг взрослого человека отражает существование предустановленного плана, который обеспечивает неизменность анатомии от одного индивида к другому».

Если нейрогенез соответствует «предустановленному плану», зачем вообще говорить о пластичности, характеризуя это развитие? По двум существенным причинам, связанным с 1) вышеупомянутым процессом установления соединений и 2) их формовкой (которая отличается от модуляции синаптической эффективности). В обоих случаях выполнение программы действует как пластика. Существует, так сказать, пластическое искусство мозга, чем и объясняется использование термина «пластичность» в данном контексте. Именно здесь на передний план выступает суженное или «закрытое» значение этого понятия — скульптура заранее определенной формы.

Между тем, как объясняет Марк Жанро, начиная с этой стадии развития и как только система обретает законченную скульптурную форму, «генетический детерминизм ослабевает». «После рождения топографическая сеть, образовавшаяся в ходе эмбриогенеза и стабилизировавшаяся через гибель нейронов и устранение соединений, начинает функционировать под влиянием внешних факторов. Это функционирование влечет за собой новую фазу формовки соединений». Среда играет здесь основополагающую роль.

Развитие человеческого мозга по большей части протекает в открытом пространстве, при соприкосновении с раздражителями мира, которые непосредственно воздействуют на рост и объем соединений.

Например, зрительная система не является целиком функциональной при рождении. Синапсы, что соединяют волокна, исходящие из сетчатки, с нейронами зрительной коры, еще не полностью сформированы. И именно информация, полученная извне, активизирует эти синапсы и содействует их созреванию. В этом ключе и принято говорить о формовке синапсов или механизме синаптической пластичности (как мы видим, по-прежнему связанной с генетической программой) во второй фазе развития.

Процесс образования мозга в течение этих двух фаз — установление соединений и их созревание под воздействием среды — выявляет, таким образом, пластичность в выполнении программы. В обоих случаях мозг предстает как сформированная — постепенно изваянная, стабилизированная, поделенная на разные регионы — и в то же время формообразующая инстанция: мало-помалу, по мере того как увеличивается объем соединений, прорисовывается идентичность индивида. И чем дальше, тем больше эта «первая пластичность» утрачивает свой неумолимый детерминизм. Скульптор постепенно начинает импровизировать. В формовке соединений все большую роль играет наша собственная активность: «Наш мозг, формуемый нашей собственной деятельностью, нашими взаимодействиями с внешним миром, равно как и влиянием, испытываемым нами в ходе воспитания, знает нашу историю и жизненный путь. Из этой близости рождается глубинное тождество функционирования нашего мозга и нашего понимания мира, можно даже сказать, тождество взглядов».

На самом деле первый уровень пластичности тесно связан со вторым, поскольку влияние среды постепенно приходит на смену эпигенетической «лепке» и становится все более выраженным. Суженное или «закрытое» значение пластичности очень скоро наталкивается на ее «открытое» значение — «свободу», в которой удивительным образом сходятся детерминизм и неопределенность. И действительно, мы видим, что морфогенез мозга приводит не к установлению ригидной и окончательно закрепленной структуры, но к образованию того, что можно назвать шаблоном. Он затем оттачивается (вылепляется) в ходе развития и далее — уже в меньшей степени, но с неменьшей эффективностью — на протяжении всей жизни. Нервная деятельность предустановленных цепочек, таким образом, приходит на смену скульптурной активности апоптоза. Отныне роль морфогенных факторов играет окружение мозга как органа (формовка соединений), а затем и его внешнее окружение (синаптическая модуляция под влиянием среды).

Источник: Svetlana Mokrova / istockphoto.com

2. Пластичность модуляции: мозг и его история

В этом пункте мы сразу же встречаем второе поле действия нейропластичности — модификацию нейронных соединений посредством модуляции синаптической эффективности. Несомненно, именно на этом уровне пластичность проявляет себя с наибольшей яркостью и силой и именно здесь она «раскрывает» свое значение. На самом деле существует своего рода нейронное «творчество», не зависящее ни от чего другого, кроме опыта индивида, его жизни и взаимодействий со средой. Это «творчество» не закреплено исключительно за человеческим мозгом, но характерно уже для наиболее рудиментарных нервных систем.

Потенциация и депрессия представляют собой не просто синаптические процессы, в течение которых одна или несколько стимуляций вызывают немедленное возбуждение. Это еще и долговременные модификации, способные преобразовать форму (изменения размера определенной зоны мозга, варьирование проницаемости регулярно возбуждаемой зоны) и удалить след, с тем чтобы нанести его заново (лабильность следа памяти). Действительно было замечено, что некоторые нервные сети становятся более продуктивными, когда «подавляют» синапсы, которые были задействованы в задачах, приводивших к ошибкам в двигательном обучении. В человеческом мозге эта особенность проявляется со всей очевидностью в ходе всех процессов обучения. Например, при обучении игре на фортепиано механизм подавления входных сигналов, соответствующих ошибочным движениям («промахам»), делает возможным усвоение правильных движений. В случае потенцированных соединений синапсы увеличивают площадь соприкосновения, их проницаемость возрастает, нервная проводимость ускоряется. И наоборот, малоиспользуемый или «подавляемый» синапс имеет тенденцию становиться менее продуктивным. Нейроны в некотором роде сохраняют импульсы стимуляции. Дело обстоит так, как если бы стабилизация воспоминаний происходила исключительно при условии потенциальной дестабилизации общего пейзажа памяти.

тот факт, что синапсы демонстрируют усиление или ослабление своей эффективности в зависимости от опыта, позволяет установить, что, хотя анатомия мозга у всех людей одинакова, ни один мозг не идентичен другому по своей истории.

Об этом напрямую свидетельствуют явления обучения и памяти. Повторение и привычка играют существенную роль, а это значит, что у нервной цепочки никогда нет четко фиксированной реакции. Пластичность совмещает роль скульптора с функциями художника и воспитателя свободы и автономии. В некотором смысле допустимо утверждать, что синапсы представляют собой резервы мозга на будущее. Они не закреплены и не служат простыми передатчиками нервной информации, но обладают силой формировать или реформировать саму эту информацию. Марк Жанро пишет: «Эффективность синапсов варьируется в зависимости от потоков информации, которая через них проходит: каждый из нас в детстве и на протяжении всей своей жизни испытывает уникальную конфигурацию влияний внешней среды, которая отражается на форме и работе сетей нашего мозга».

Это вновь позволяет поставить под сомнение старую догму, согласно которой взрослый мозг, как правило, утрачивает свою пластичность — он, конечно, в состоянии накапливать новую информацию, но с его обучаемостью, функциями памяти и глобальной структурой не происходит никаких изменений, разве что в сторону упадка или дегенерации. Мы, напротив, видим, что имеет место постоянная перестройка нейронной морфологии.

3. Восстановительная пластичность: мозг и его регенерация

Здесь мы подходим к рассмотрению третьего поля действия пластичности — восстановления. За термином «восстановительная пластичность» на самом деле кроются два различных процесса: обновление нейронов, или вторичный нейрогенез, и способность мозга восполнять некоторые виды ущерба, вызванного повреждениями.

«сегодня нам известно, что отдельные нейроны в зонах, важных для процесса обучения, постоянно обновляются — и это составляет относительно существенные анатомические изменения».

Даже если роль стволовых клеток во взрослом мозге и их локализация все еще мало изучены, даже если существует вероятность, что вторичный нейрогенез затрагивает не все регионы мозга, неоспорим тот факт, что нервные клетки во взрослом возрасте обновляются. Это открывает небывалые перспективы для восстановления мозга и меняет наши представления о его функционировании.

Недавнее исследование неокортекса приматов выявило наличие новых нейронов в трех регионах ассоциативной коры: префронтальной, нижней височной и теменной зонах. «Данный результат особенно интересен, поскольку ассоциативная кора играет важную роль в высокоуровневых когнитивных функциях, тогда как стриарная кора [в которой не наблюдается обновления] участвует в обработке информации зрительного происхождения. Это различие наводит на мысль, что для пластичных по своей природе функций нейрогенез играет ключевую роль и в то же время он бесполезен для функций низшего уровня, таких как обработка данных органов чувств, которые, как правило, стабильны в течение всей жизни».

Производство новых нейронов, таким образом, имеет целью не просто замену отмирающих клеток. Оно играет роль в пластичности модуляции и в силу этого еще больше расширяет понятие пластичности — вплоть до того, что колеблет понятие стабильности. Опять же: статуя оживает, программа одушевляется. Там, где, как нам кажется, присутствует лишь чистая механика, мы обнаруживаем сложное переплетение разных типов пластичности, противоречащих привычным представлениям о мозге как машине. Как утверждает Ален Прошьянц: «Необходимо сказать, что одна из главных характеристик нервной системы, безусловно, заключается в ее пластичности. Мозг нельзя рассматривать как сеть окончательно проложенных кабелей, а старение мозга — как выключение все возрастающего числа элементов этой цепочки из сети. Даже несмотря на то что это формально доказано лишь в нескольких экспериментальных моделях, мы вправе предположить, что нервные волокна вырастают ежедневно, что одни синапсы распадаются, а другие, новые, образуются. Эти перемены в нейронном пейзаже… являются свидетельством нашей приспособляемости, обучаемости и нашего потенциала к совершенствованию, который сохраняется вплоть до преклонного возраста, а фактически — до самой смерти».

В статье под названием «Необычное распределение новых нейронов» исследователи утверждают: «…наблюдения вторичного нейрогенеза отчетливо показывают, что адаптивные способности нервной системы птиц и взрослых млекопитающих проистекают не только из изменчивости синаптических соединений. Они также опираются на производство или обновление отдельных популяций нейронов в нескольких строго определенных регионах, общим свойством которых является выполнение функций, отвечающих за обучение и/или память. В этом свете представляется, что вторичный нейрогенез равным образом позволяет личному опыту субъекта накладывать свой отпечаток на нейронные сети в виде регулярных морфологических и функциональных перестроек. А значит, взрослый нейрогенез в качестве предельного механизма пластичности, в значительной мере управляемого личным опытом субъекта и его взаимодействиями со средой, по всей видимости, составляет дополнительный механизм индивидуации. С той существенной разницей, что действует он в течение всей жизни».

Идея клеточного обновления, регенерации, ресурса как вспомогательных средств синаптической пластичности проливает свет на силу исцеления — лечения, заживления, компенсации, восстановления, способности мозга создавать естественные «протезы». Пластическое искусство мозга рождает статую, способную излечивать саму себя. Функционирование мозга, как мы знаем, может быть нарушено по причине многих патологий, наиболее известные из которых — черепно-мозговые травмы, нарушения мозгового кровообращения, энцефалиты, нейродегенеративные заболевания (болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера). Вместе с тем после подобных повреждений и недугов нервная система неизменно проявляет пластичность независимо от того, венчаются ее усилия успехом или нет: пораженные структуры и функции пытаются себя модифицировать, с тем чтобы восполнить дефицит или сформировать новую схему организации, одновременно отклоняющуюся от нормы и ее восстанавливающую.

Восстановительная пластичность, очевидно, восполняет не все дефициты. Некоторые поражения, как мы знаем, необратимы. Но поначалу мозг всегда пытается с большей или меньшей результативностью, эффективностью и надежностью реорганизовать пораженную функцию. В качестве примера данного феномена Марк Жанро приводит «паралич левой руки, вызванный поражением двигательной коры справа вследствие инсульта. Сначала никакое движение невозможно, рука неподвижна и вяла. Через некоторое время мышечная сила возвращается, восстанавливается подвижность локтя и запястья. Как это возможно, если нейроны, отвечающие за управление этими движениями, разрушены?… Тут на помощь приходит функциональная нейровизуализация: она показывает, что при усилиях пациента двигать парализованной рукой активизируется как раз не затронутая поражением двигательная кора слева. Пациент, сам по себе или за счет реабилитации, учится использовать нервные пути, которые в нормальном состоянии таковыми не являются. Подобная реорганизация двигательной функции еще раз свидетельствует о пластичности церебральных механизмов». Другой пример — это то, что происходит на начальном этапе болезни Альцгеймера. Наступающая амнезия частично компенсируется способностью восстановления хранящейся информации. Деактивация одних регионов (гиппокампа) уравновешивается метаболической активацией других (фронтальных). Таким образом,

за поражением отдельных цепочек следует смена стратегий обработки информации, которая также свидетельствует о функциональной пластичности мозга.

Итак, в мозге человека предусмотрены функции, ответственные за реорганизацию после повреждений. Эти явления также наблюдаются в случае некоторых трансплантаций. В январе 2000 года сотрудники лионской больницы имени Эдуара Эррио впервые провели пересадку кистей рук тридцатитрехлетнему Дени Шателье, который за три года до этого перенес ампутацию после случайного взрыва. Вопрос стоял следующим образом: даже если удастся установить анатомическую преемственность между кистями донора и предплечьями реципиента, можно ли добиться той же преемственности на психологическом и неврологическом уровнях? Случай Д. Ш. доказал, что да. Фантомные боли у него исчезли, а двигательный прогресс, которого он добился, позволил заключить, что его мозг успешно интегрировал пересаженные руки. «Когда двигательная кора реорганизуется, синапсы модифицируются. Они изменяют свои влияние и „вес“ в локальном функционировании сети нейронов… После пересадки [подобное] изменение нейронных связей могло бы привести к восстановлению представительства кисти руки». Очередное доказательство удивительной приспособляемости нашего мозга.

В рубрике «Открытое чтение» мы публикуем отрывки из книг в том виде, в котором их предоставляют издатели. Незначительные сокращения обозначены многоточием в квадратных скобках.
Мнение автора может не совпадать с мнением редакции.

Источник