Текст книги "Зажги себя! Жизнь – в движении. Революционное знание о влиянии физической активности на мозг"

2. Обучение

Выращивайте клетки своего мозга

Когда школьники в школах Тайтусвилла или Нейпервилла пробегают свою дистанцию в спортивном зале или на стадионе, они заряжаются готовностью к учебе. Их ощущения обостряются, настроение и способность к концентрации повышаются, они становятся менее напряженными, появляются мотивация и энергия. То же самое происходит и со взрослыми в том учебном классе, который представляет собой жизнь. Новые революционные достижения науки помогают легче и быстрее усваивать материал. Физические упражнения, заряжая энергией наш мозг, оказывают на него позитивное влияние на клеточном уровне, повышая способность к поглощению и обработке новой информации.

Дарвин утверждал, что учение – это механизм выживания, который мы используем, чтобы адаптироваться к постоянно меняющейся окружающей среде. Внутри инфраструктуры самого мозга это подразумевает создание новых связей между его клетками для передачи информации. Когда мы учим что-либо, например новое французское слово или движение в сальсе, клетки мозга связываются в определенном порядке, чтобы закодировать эту информацию. Таким образом, можно допустить, что наша память физически встраивается в мозг, становясь его частью. Эта гипотеза существует уже более века, но только недавно была подтверждена экспериментально. Сегодня мы знаем, что мозг гибок, или пластичен, как любят выражаться нейрофизиологи, даже в большей степени, чем глина для фарфора. Это адаптирующийся орган, который можно «сформировать» влиянием извне почти так же, как и накачать мускулы поднятием тяжестей. Чем больше вы используете мозг, тем сильнее и гибче он становится.

Концепцию пластичности можно считать основополагающей с точки зрения понимания работы мозга и того, как его активность улучшает и функции, и качество его же деятельности. Все, что мы делаем, думаем и чувствуем, контролируют клетки мозга, или нейроны, и их связи. То, что люди представляют себе в качестве психологического портрета человека, основывается на биологических механизмах этих связей. С другой стороны, наши мысли и действия, а также окружающая обстановка влияют на нейроны, определяя модели соединений между ними. Наш мозг не запрограммирован раз и навсегда, как когда-то считали ученые. Скорее, он постоянно перепрограммируется. И я в этой книге научу каждого из вас быть программистом для самого себя.

Нейромедиаторы как курьеры

Мозг – это сплошные связи. Он состоит из сотни миллиардов различных нейронов, которые общаются с помощью сотен различных нейрохимических веществ, имея целью управлять каждой нашей мыслью и действием. Любая нервная клетка мозга получает «вводные» от сотен тысяч других подобных клеток, прежде чем «выстрелит» свой сигнал. Пространство, существующее в месте сближения нейронов, называется «синапс», и именно в нем начинается передача сигнала. В синапсах нейроны не соприкасаются, что иногда сбивает с толку, поскольку нейрофизиологи часто говорят, что синапсы «соединены, словно электроцепь». На самом деле электрический сигнал, возникающий в нейроне, проходит по его ответвлению, называемому аксоном, вплоть до синапса. А уже здесь он переносится через синаптический разрыв с помощью химического вещества. С другой стороны, в дендрите, или «приемном» ответвлении принимающего нейрона, нейромедиатор попадает в рецептор (как ключ в замок), и благодаря этому в клеточной мембране принимающего нейрона открываются ионные каналы, которые снова преобразовывают химический сигнал в электрический. Если электрический сигнал в принимающем нейроне превышает некий порог, этот нейрон проводит сигнал в собственное ответвление, или аксон, и процесс повторяется.

Около 80 % всех сигналов в клетках мозга передаются двумя нейромедиаторами (их еще называют нейротрансмиттерами), которые обычно уравновешивают друг друга: глутаматами (солями глутаминовой кислоты), возбуждающими активность нейронов, и гамма-аминомасляной кислотой (ГАМК), снижающей активность нейронов. Когда между двумя нейронами, не соединенными раньше, действует глутамат, их активность возрастает. Чем чаще их взаимодействие, тем сильнее возникающее между ними притяжение, которое нейрофизиологи называют «нейронными связями».

Глутаматы – это рабочие лошадки нейронных взаимосвязей. Но ученые обращают большее внимание на группу других нейромедиаторов, выступающих регуляторами сигнальных процессов в мозге и вообще всего, что он делает. Эти нейромедиаторы носят название серотонина, норэпинефрина и дофамина. И хотя производящие их нейроны составляют лишь 1 % от сотни миллиардов клеток мозга, именно эти нейромедиаторы играют огромную роль в нашей жизни. Они могут заставить нейрон синтезировать больше глутамата, или придать ему большую активность, или изменить чувствительность его рецепторов. Они могут «накладываться» на сигналы, поступающие с синапса, снижая таким образом «посторонние шумы» в мозге. Или, наоборот, усиливать эти сигналы. Они способны передавать сигналы непосредственно от нейрона к нейрону, как это делают глутаматы и ГАМК, однако их первичная задача – регулировка потока информации таким образом, чтобы обеспечивать баланс других нейрохимических веществ, присутствующих в нашем мозге.

Серотонин, о котором вы многое узнаете в последующих главах, часто называют полицейским мозга, потому что он помогает контролировать его деятельность. Он влияет на настроение человека, его импульсивность, гнев и склонность к агрессии.

Норэпинефрин, первый нейромедиатор, который исследовали ученые, чтобы понять настроение, усиливает сигналы, влияющие на внимание, восприятие, мотивацию и возбуждение.

Дофамин, который также часто считают нейромедиатором, способствующим обучению, чувству удовлетворения, повышению внимания и двигательной активности, может иногда оказывать и противоположное действие на клетки мозга.

Большинство медицинских препаратов, которые мы используем для улучшения душевного и психического состояния, имеют цель воздействовать на уровень в организме этих трех нейромедиаторов. Однако простым увеличением или снижением их уровня невозможно добиться совершенно четких и однозначных результатов, поскольку наша нервная система очень сложна. Воздействие только на один нейромедиатор может иметь побочные эффекты. К тому же действие соответствующих препаратов может быть неодинаковым в несхожих обстоятельствах и у разных людей.

Я часто говорю людям, что пробежка оказывает такое же влияние на организм, как прием небольшой дозы антидепрессантов или противотревожных препаратов, поскольку, как и эти лекарства, движения повышают уровень нейромедиаторов в нашем мозге. Более глубокое объяснение – физическая активность гармонизирует нейромедиаторы, равно как и другие важные нейрохимические вещества. А как вы увидите дальше, если удается поддерживать мозг в сбалансированном состоянии, это чрезвычайно позитивно влияет на всю вашу жизнь.

Учиться – значит расти

Как бы ни были важны нейромедиаторы, в организме есть еще один класс мастер-молекул, изучение которых за последние годы кардинально изменило понимание связей в мозге, а особенно тех процессов, благодаря которым они развиваются и растут. Я имею в виду семейство белков, объединенных широким наименованием факторы, главным из которых считается нейротрофический фактор мозга (BDNF)[13]13
  Нейротрофический фактор мозга (нейротропный фактор мозга) – белок человека, кодируемый геном BDNF. Относится к нейротрофинам – веществам, стимулирующим и поддерживающим развитие нейронов. Прим. перев.


[Закрыть]. Если нейромедиаторы служат для передачи сигналов между нейронами, то нейротрофины – это строительный материал для всей нейронной инфраструктуры мозга.

С начала 1990-х годов, когда ученые обнаружили свидетельства нейронного механизма памяти, они обратили самое пристальное внимание на нейротрофины, изучение которых превратилось в отдельную область нейрофизиологии. В 1990-х годах было опубликовано около десяти научных работ о нейротрофинах, когда были установлены их присутствие в мозге человека и их роль в качестве своеобразных «удобрений» для роста и развития нейронов. А потом, по словам нейрофизиолога Ээро Кастрена из шведского Каролинского университета, разразилось «цунами» из экспериментов, проведенных в университетах и исследовательских центрах фармацевтических компаний. Сегодня список библиографии по нейротрофинам насчитывает около 5,5 тысяч наименований. А когда стало понятно, что они присутствуют и в гиппокампе, том отделе мозга, который отвечает и за память, и за обучение, ученые стали уже прицельно рассматривать их роль в формировании памяти.

Процесс обучения требует усиления связанности между нейронами, которое обеспечивается динамическим механизмом – долговременной потенциацией[14]14
  Долговременная потенциация – усиление синаптической передачи между двумя нейронами, сохраняющееся длительное время после воздействия на синаптический проводящий путь. Участвует в механизмах синаптической пластичности, обеспечивающих нервную систему возможностью адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды. Большинство теоретиков нейрофизиологии полагают, что ДП и долговременная депрессия лежат в основе клеточных механизмов памяти и обучения. Прим. перев.


[Закрыть]. Когда мозг начинает воспринимать какую-то информацию, это естественным путем повышает активность в связях между нейронами. Чем выше эта активность, тем сильнее корреляция и тем легче соответствующему сигналу пройти между ними и установить некую цепочку. Активность нейрона заставляет имеющиеся в аксонах запасы глутамата пересечь синаптический разрыв и подготовить рецепторы близлежащего нейрона к принятию сигнала. Пока этот нейрон в покое, его электрический заряд увеличивается, и вследствие этого он, словно магнит, легко притягивает несущий сигнал глутамат. Если поступление таких сигналов в нейрон продолжается, генный механизм его ядра создает новый строительный материал для синапса и, таким образом, усиление нейронной инфраструктуры позволяет информации задерживаться в нейронах в виде памяти.

Предположим, вы заучиваете какое-то французское слово. Когда вы слышите его в первый раз, те нейроны, которые «выбраны» для создания новой цепочки, обмениваются друг с другом сигналами, переносимыми глутаматом. Если вы больше никогда не повторите это слово, взаимосвязь между синапсами соседних нейронов естественным образом ослабнет. Угаснет и сигнал между ними. Вы забудете это слово. Открытие, которое поразило исследователей человеческой памяти и в 2000 году принесло нейрофизиологу из Колумбийского университета Эрику Канделу Нобелевскую премию, состояло в том, что повторная активация (или повторение) заставляет синапсы самостоятельно увеличиваться и устанавливать более прочные связи между собой. Нейрон похож на дерево, в котором вместо листьев имеются своеобразные разветвления, оканчивающиеся синапсами. Эти «ветки» все время появляются, создавая все больше синаптических окончаний для установления множества связей. Этот механизм – разновидность клеточной адаптации, называемой синаптической пластичностью[15]15
  Синаптическая пластичность – возможность изменения силы синапса (величины изменения трансмембранного потенциала) в ответ на активацию постсинаптических рецепторов. Она считается основным механизмом, с помощью которого реализуется феномен памяти и обучения. Прим. перев.


[Закрыть], в которой нейротрофины играют ключевую роль.

Вскоре ученые обнаружили: если выделенные в чашке Петри нейроны обработать нейротрофинами, мозговые нервные клетки автоматически выбрасывают новые ветки, осуществляя, таким образом, свой структурный рост для потребностей обучения. Это навело меня на мысль, что нейротрофины служат своеобразными «удобрениями» или «присадками» для развития мозга, подобно тому, как подкормки известной агрофирмы Miracle-Gro позволяют улучшать растения в саду.

Белки нейтротрофины также усиливают рецепторы нейронов в синаптических зонах, активизируя потоки ионов, что увеличивает электрический заряд и силу сигнала между нейронами. Внутри самого нейрона нейротрофины активизируют гены, чтобы те увеличивали синтез BNDF, а также серотонина и белков для более активного строительства синаптических окончаний у нейронов. Нейротрофины регулируют движение и создают дороги между нейронами. В целом же они улучшают работу нейронов, способствуют их росту и защищают от естественного старения и смерти клеток. Наконец – и я постараюсь показать это на протяжении всей книги, – нейротрофины оказываются важнейшим биологическим связующим звеном между нашими мыслями, чувствами и движениями.

Связь между телом и мозгом

Мозг нужен только двигающемуся живому существу, отмечает нейрофизиолог из Нью-Йоркского университета Родольфо Льинас в своей книге I of the Vortex: From Neurons to Self («Я в водовороте: от нейронов к себе»), изданной в 2002 году. В качестве иллюстрации он приводит пример маленького, похожего на медузу морского животного под названием асцидия. Имеющее от рождения примитивный спинной мозг и три сотни нейронов, это мешкообразное существо плавает в неглубоких местах, пока не находит подходящий отросток коралла, к которому и прирастает. После появления асцидии на свет у нее всего 12 часов, чтобы сделать это, иначе она погибает. Прикрепившись к кораллу, асцидия медленно съедает свой мозг. Большую часть жизни она выглядит скорее как растение, а не как животное. Поскольку асцидия не передвигается, мозг ей не нужен. Льинас интерпретирует это так: «То, что мы называем мышлением, появилось у человека в результате эволюционного усвоения движений».

По мере того как человеческий вид эволюционировал, чисто физические навыки его представителей превращались в абстрактные способности предвидеть, оценивать, проводить связь между явлениями, планировать, наблюдать за собой, выносить суждения, исправлять ошибки, менять тактику, а затем и запоминать все, что делалось в целях выживания. Те нейронные цепочки, которые наши далекие предки использовали, чтобы добывать огонь, мы сегодня применяем, например, для изучения французского языка.

Возьмем мозжечок, который координирует наши движения и позволяет безошибочно делать все – от возврата мяча на теннисном корте до сопротивления силе земного тяготения. Когда были получены доказательства, что пучки нервных волокон, соединяющих мозжечок с префронтальной корой, у человека значительно толще, чем у обезьян, возникло представление, будто этот орган головного мозга участвует также в генерировании мыслей, внимания, эмоций и даже навыков социального общения. Я называю мозжечок центром «ритм-энд-блюза», то есть центром настроя мозга. Выполняя физические упражнения, особенно связанные со сложными движениями, мы также тренируем те отделы нашего мозга, которые включены в мыслительную деятельность. Мы заставляем его посылать сигналы по уже устоявшимся нейронным цепочкам, что укрепляет связи между ними.

Когда мы чему-нибудь учимся, в мозге задействуется целый ряд связанных между собой участков и отделов. Например, гиппокамп почти всегда работает под плотным «присмотром» со стороны префронтальной коры. Вообще префронтальная кора контролирует нашу активность – и физическую, и мыслительную, – получая сигналы извне и затем отдавая команды через нейронную сеть мозга. Префронтальную кору можно представить в виде своеобразного начальника. Она прежде всего отвечает за оценку окружающей ситуации, задействуя рабочую память, формируя импульсы и отдавая команды к действиям, суждениям, планированию, предвидению и так далее – то есть разнообразным исполнительным функциям. В качестве генерального директора мозга префронтальная кора всегда находится в тесном контакте с исполнительным директором – двигательной зоной коры головного мозга, а также с другими его отделами.

Гиппокамп представляет собой нечто вроде штурмана, который получает сведения из рабочей памяти, связывает их с уже имеющимися данными, сравнивает, создает новые ассоциации и направляет в префронтальную кору. Ученые полагают, что память – это набор фрагментов информации, рассредоточенных в мозге. Гиппокамп, как некое депо, получает эти фрагменты из коры, связывает и направляет назад в виде новой карты нейронных связей.

Сканирование мозга человека показывает: когда он заучивает новое слово, префронтальная кора его головного мозга активизируется (как и гиппокамп, и некоторые другие прилегающие участки, например слуховая кора). После того как благодаря химическим сигналам глутамата создана новая нейронная цепочка и слово зафиксировано в памяти, активность префронтальной коры снижается. Она проконтролировала начальные этапы проекта, а теперь может переложить ответственность на других членов команды и заняться очередными проблемами.

Таким образом мы узнаем новое и до автоматизма отрабатываем свежие навыки, такие как, например, езда на велосипеде. Автоматические мыслительные и двигательные функции управляются базальными ядрами, мозжечком и стволом – древними зонами, которые исследователи до последнего времени связывали только с моторными функциями. Передача фундаментальных навыков и знаний в эти зоны мозга, связанные с нашим подсознанием, освобождает другие важные его отделы для работы по адаптации к окружающим условиям. Этот элемент в устройстве работы мозга очень важен. Представьте, что нам нужно было бы на некоторое время останавливаться и вспоминать, как спродуцировать ту или иную привычную мысль или совершить то или иное привычное движение. Мы изнывали бы от усталости еще до того, как налили бы себе утреннюю чашку кофе. Поэтому, кстати, пробежка по утрам так важна.