Текст книги "Странная девочка, которая влюбилась в мозг. Как знание нейробиологии помогает стать привлекательнее, счастливее и лучше"

Автор книги: Венди Сузуки

Соавторы: Билли Фицпатрик
сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 21 страниц) [доступный отрывок для чтения: 9 страниц]

5. Рождение идеи
Как на самом деле физкультура действует на мозг?

Срок сдачи книги приближался, и я все отчетливее чувствовала, что работа над ней идет хорошо. Необычайно хорошо. Время, проведенное за письменным столом, было гораздо более продуктивным и приятным, чем раньше – когда я часами корпела над рукописью, испытывая в основном сильнейший стресс. Раньше на написание всего одного раздела заявки на грант мне требовалась целая неделя. Теперь черновик писался эффективнее, доработка шла быстрее, и весь процесс доставлял мне удовольствие. Мне было легче сосредоточиться, мысли стали четче. Я установила более глубокие и прочные связи между моими идеями, да и в целом работа шла быстрее обычного. Именно тогда я вдруг заподозрила, что между моими занятиями фитнесом и необычной легкостью написания книги существует связь. На неделе, когда я посещала три-четыре тренировки, работа шла успешнее, чем в периоды, когда я позволяла себе полентяйничать и ходила в спортзал лишь один или два раза в неделю.

Что же происходило? Я вдруг осознала, что, сама того не понимая, поставила на себе эксперимент! Тогда я стала варьировать режим тренировок (то четыре-пять занятий на неделе, то одно-два) и обнаружила: повышенное внимание, способность находить новые связи и выстраивать в будущей книге логические цепочки появляются только при высокой частоте тренировок. Известно, что за наше внимание и способность к сосредоточению отвечает префронтальная кора мозга. А вот способность формировать новые связи и ассоциации, как считается, определяется гиппокампом.

Поразительно! Я и раньше знала, что в последнее время достигнут большой прогресс в понимании того, как физические упражнения могут влиять на мозговую функцию. Но я никогда не следила специально за публикациями на эту тему – наверное, была слишком занята борьбой за профессорское звание. Поэтому, заметив изменения в себе, я с головой погрузилась в специальную нейробиологическую литературу и принялась читать о последних открытиях в этой области.

Я нашла огромное количество исследований, посвященных влиянию аэробных упражнений на деятельность мозга. Результаты впечатляли. Оказалось, что зарегистрирован широкий спектр анатомических, физиологических, нейрохимических, а также поведенческих изменений, связанных с повышенной аэробной активностью. Но сильнее всего меня удивил факт, что одним из основателей этого направления была Мариан Даймонд, кумир моей юности!

Казалось, это – знак.

Первоначальным источником наших представлений о влиянии занятий физкультурой на деятельность мозга стали давние исследования Мариан Даймонд. Те самые, где она помещала крыс в обогащенную среду и изучала деятельность их мозга. В главе 1 я рассказывала о том, что показали эти ранние исследования. При выращивании крыс в обогащенной среде в их мозге происходит множество разнообразных изменений: кора утолщается из-за более активного ветвления дендритов; кровеносных сосудов становится больше; повышается уровень определенных нейротрансмиттеров – таких как ацетилхолин, и других факторов роста (например, BDNF – нейротрофический фактор головного мозга). Ацетилхолин был первым нейротрансмиттером, который обнаружили ученые. Клетки мозга, которые им пользуются, передают сигналы во все уголки коры, а также в гиппокамп и мозжечковую миндалину. Ацетилхолин – важный регулятор обучения и памяти. При приеме препаратов, мешающих действию ацетилхолина, и у животных, и у людей наблюдаются нарушения памяти.

BDNF – фактор роста, поддерживающий выживание и рост нейронов в период развития мозга. Он же поддерживает синаптическую пластичность и обучаемость во взрослом состоянии. В 1990-е годы были опубликованы сообщения о действительно интересном открытии. Исследователи из Калифорнии доказали, что у крыс, выращенных в обогащенной среде, в мозге рождается больше новых нейронов. Этот процесс известен как нейрогенез. Если в период раннего развития (с младенчества до юности включительно) в мозге рождается множество новых клеток, то позже, во взрослом состоянии, новые клетки в мозге рождаются только в двух местах. Одно из них – обонятельная луковица, часть мозга, отвечающая за ощущение и обработку запахов (см. главу 1), а второе – мой старый приятель гиппокамп. В гиппокампе взрослых крыс новые клетки мозга формируются на регулярной основе. Обогащенную среду удалось также связать с повышенным числом клеток в гиппокампе (но не в обонятельной луковице). Другие исследования показали: у крыс, которые выросли в обогащенной среде и обладали большим числом новых нейронов в гиппокампе, также были лучшие результаты в целом ряде тестов на обучение и память. Это позволяет предположить, что новые нейроны помогают крысам усваивать информацию и лучше запоминать.

Но затем нейробиологи начали задумываться: а что именно в обогащенной среде вызывает эти поразительные изменения в мозге? Может быть, игрушки? А может, компания других крыс, с которыми можно играть? Ученые систематически стали проверять все факторы и обнаружили среди них тот, который вносил свой вклад практически во все изменения, связанные с обогащенной средой. Этот фактор – физическая активность. Достаточно было обеспечить крысам доступ к колесу, в котором они могли вдоволь побегать, – и ученые получали большую часть изменений, характерных для обогащенной среды. Эти исследования на грызунах показали нам, как физическая активность влияет на мозг на молекулярном, клеточном, контурном и поведенческом уровнях.

Сегодня мы знаем, что сама по себе физическая активность способна удвоить скорость нейрогенеза в гиппокампе крыс. Это происходит благодаря увеличению числа новых «рождающихся» нейронов, повышения их выживаемости (многие новые клетки тут же гибнут), а также из-за стимулирования дифференциации этих новых клеток в зрелые клетки мозга. Новые клетки рождаются не по всему гиппокампу, а только в одном конкретном подотделе, известном как «зубчатая извилина». Когда я это прочла, мне захотелось тут же пойти в спортзал и как следует поработать! Кроме всего прочего, физическая активность у крыс увеличивает и число особых наростов на дендритах (ветвистых структурах, с помощью которых нейрон получает информацию) нейронов зубчатой извилины. Формой они напоминают почки и известны как дендрические шипики. Увеличивается также суммарная длина, сложность и плотность шипиков их дендритов. Неудивительно, что объем зубчатой извилины становится больше с увеличением физической активности. Плотность шипиков в других областях гиппокампа и прилегающей энторинальной коре (которую я изучала в аспирантуре) при повышении физической активности также значительно увеличивается. Шипики – это места, где аксон другого нейрона контактирует с дендритом. То есть чем больше на дендрите шипиков, тем больше связей может быть у данного нейрона. Исследования подтвердили, что есть еще одно функциональное изменение, для появления которого достаточно только физической активности. Речь идет о росте новых кровеносных сосудов по всему объему мозга (включая и гиппокамп) – и это происходит в результате тренировок. Такой процесс называется ангиогенезом.

Физиологические свойства гиппокампа грызунов также изменяются в результате физической активности. Этот феномен известен как «долговременная потенциация синаптической передачи» (LTP). LTP – это длительное изменение электрического обмена между двумя группами нейронов. Его можно исследовать, стимулируя электрическим током связи между двумя группами клеток гиппокампа. Если простимулировать пути в гиппокампе частыми импульсами тока, то реакция этих путей на слабый электрический сигнал усилится по сравнению со спокойным периодом. LTP (долговременная потенциация синаптической передачи) считается основным клеточным механизмом обучения и памяти. В мозгах крыс, которых заставляют заниматься «спортом», это явление выражено ярче. Не исключено, что ключевой фактор описанного эффекта – повышение нейротрофического фактора мозга (BDNF): ведь мы знаем, что BDNF тоже может усиливать LTP. Но BDNF – не единственный фактор, который повышается в результате физических упражнений. Как я уже упоминала в главе 4, кроме анатомических и физиологических изменений, физическая активность также повышает мозговые уровни серотонина, норадреналина и дофамина, а также эндорфинов.

Итак, давайте примем во внимание появление новых клеток мозга и увеличенные размеры клеток в гиппокампе, а также повышенное содержание BDNF, усиленный эффект LTP и все прочие трансмиттеры и факторы роста, наводняющие мозг в результате физических упражнений. Тогда возникает следующий логический вопрос: подстегивает ли физическая активность функцию гиппокампа? Отличаются ли лучшей памятью крысы, которые больше бегают? Неоднократные исследования показали, что крысы, выращенные в обогащенной среде либо в условиях повышенной физической активности, показывают лучшие результаты во время исследований памяти (которая, как нам известно, обеспечивается гиппокампом). Среди тестов, о которых идет речь, были задания на прохождение лабиринтов, на устойчивость памяти, на запоминание и распознавание. А еще – множество заданий на формирование воспоминаний. В этих последних тестах на испытание памяти крысам надо было различать сходные предметы. Нейробиологи считают, что формирование воспоминаний обеспечивает зубчатая извилина, где рождаются уже упомянутые нами новые нейроны. В более общем плане, как мы впервые узнали от Г. М., гиппокамп играет важную роль как в усвоении новой информации, так и в ее сохранении. Без гиппокампа невозможно получить информацию и заложить ее на долговременное хранение в виде воспоминания. Но информация, усвоенная до повреждения гиппокампа, останется в памяти. Хотя мы знаем, что гиппокамп необходим для формирования долговременных декларативных воспоминаний о фактах и событиях, мы до сих пор не представляем, каким образом он добивается этого поразительного результата. Сегодня это – тема бесчисленных нейробиологических исследований. Я уверена, что здесь задействованы такие вещи, как LTP, а уровень BDNF способствует процессу. Известно также множество задействованных молекулярных путей. Тем не менее ученые по-прежнему заполняют пробелы в своих представлениях о том, что именно гиппокамп в целом и зубчатая извилина (та часть гиппокампа, где рождаются новые нейроны) в частности делают для формирования новых воспоминаний. Тех, которые мы ежедневно откладываем в памяти.

С другой стороны, мне НЕТ НУЖДЫ знать в точности, как это работает. Я и без этого могу по достоинству оценить тот факт, что память при физической активности работает лучше. Вот ЭТО по-настоящему интересно! Если у бегающих крыс укрепляется память, то и у людей, посвятивших достаточное время физическим упражнениям, она тоже должна стать лучше, правда? И в самом деле, я заметила, что стала лучше устанавливать связи и ассоциации в памяти, – а ведь мне достоверно известно, что эти функции обеспечиваются гиппокампом. Исследования на грызунах позволяли предположить, что я на верном пути.

Изобретение собственного комплекса упражнений для мозга

Затем у меня появилась идея.

Знаете, как это бывает: в голову приходит новая идея, а ты – в таком нетерпении, что просто не в состоянии дождаться ее осуществления? Именно так я себя и чувствовала. Та идея началась для меня с желания побыстрее освоить всю интереснейшую нейробиологическую литературу, посвященную влиянию физических упражнений на функцию мозга. Любому серьезному преподавателю известно: лучший способ познакомиться с какой-то областью научных исследований и как следует в них разобраться – прочитать студентам курс лекций на эту тему. И я решила прочитать факультативный курс по неврологии о влиянии физических упражнении на мозговую функцию. После занятий фитнесом я чувствовала себя энергичной и изобретательной, так что толчком к будущему курсу послужил мой личный опыт в этой области. Что, если сочетать физические упражнения и университетские занятия? И не просто рассказывать студентам о том, какие нейробиологические процессы стоят за воздействием физической активности на функцию мозга, – но и дать им реально почувствовать на опыте действие этих самых упражнений. Прямо в аудитории! Конечно, я хотела использовать не какие-нибудь упражнения, а интерсати – мой любимый на тот момент вид фитнеса. Я была твердо уверена: добавление физические упражнения в сочетании с обычными занятиями поднимет всю группу на совершенно новый уровень и резко, очень резко повысит мотивацию к освоению материала.

Да-да, я собиралась впервые в истории заставить студентов заниматься аэробными упражнениями в университетской аудитории. Получая теоретическую информацию о том, что физкультура делает с мозгом, они одновременно смогут «на собственной шкуре» ощутить ее положительное действие. Так родился новый курс под названием «Могут ли физические упражнения изменить мозг?». Он должен был соединить две мои величайшие радости – преподавание и физкультуру – в единое целое новым уникальным способом. Я уже придумала формат занятий: сначала мы будем час заниматься интенсати, а затем последует полуторачасовая лекция-дискуссия. Начну курс по порядку – с истории изучения связи между физической активностью и функцией мозга. А в конце семестра я расскажу об исследованиях на людях и опишу, что известно на настоящий момент о влиянии физической активности на познание.

Возбуждению моему не было предела!

Однако я понимала, что радоваться рано. Ведь сначала надо было придумать, каким волшебным образом я смогу затащить инструктора по интенсати в аудиторию и убедить его каждую неделю проводить занятие для моих студентов. Денег на это предусмотрено не было. Считается, что я, как профессор нейробиологии Нью-Йоркского университета, должна самостоятельно продумывать все детали, связанные с разработанными мной курсами. Так вот, мой пропитанный физкультурой мозг пришел к очевидному решению: научиться вести занятия по интенсати самой.

Сказать откровенно, какая-то часть меня только и ждала подходящего предлога, чтобы освоить преподавание интенсати. Помню, как однажды я вдруг ощутила в себе желание преподавать этот вид фитнеса. В тот день я стояла в спортзале, ожидая начала занятия, и болтала со своей подругой по фитнес-группе, милой женщиной Лиз. Между делом она упомянула, что окончила курсы преподавателей и что ей очень понравилось. Я сразу же навострила уши! Я-то думала, чтобы стать тренером, нужно быть какой-то богиней фитнеса или, на худой конец, профессионально заниматься триатлоном. Но Лиз была такой же, как я, – регулярной участницей занятий и большой поклонницей этого вида фитнеса. Я была заинтригована и, если честно, позавидовала Лиз: ведь она научилась преподавать занятие, которое нравилось нам обеим и ради которого мы раз за разом приходили в спортзал. И вот, когда выяснилось, что мне может потребоваться это умение, я решила воспользоваться удобным случаем.

Мне кажется, была еще одна причина, по которой мне захотелось научиться вести занятия: мысль об этом разбудила во мне давно дремавшую звезду Бродвея. Нет, в мои планы не входило петь «Вопреки земному притяжению» из мюзикла «Злая» или «Отпусти и забудь» из мультфильма «Холодное сердце». Но на занятиях нужно было выкрикивать аффирмации в такт музыке и вести за собой группу в своеобразном мини-танце, из которого, собственно, и состоит интенсати. Может, это был мой шанс добавить немного Бродвея на мою личную сцену – в университетскую аудиторию.

В общем, было множество причин, которые побуждали меня кинуться с головой в мой экспериментальный проект. Но несколько нюансов сдерживали меня. Во-первых, был страх превратиться в толстую страшную неудачницу по-бродвейски. В фитнес-клубе у меня все прекрасно получалось, я легко повторяла движения за инструктором. Но смогу ли я провести тренировку и ничего не напутать? Во-вторых, меня пугали насмешки коллег по факультету – тех, кто практиковал более консервативный (в отличие от моего) стиль преподавания. Ни на факультете, ни в университете вообще не было ни единого курса, который хоть немного напоминал бы то, что я задумала. Мне предстояло прокладывать путь по совершенно неизведанной территории.

И наконец: мой авторский курс предполагал, что я должна надеть в университетских стенах трико и показаться в таком виде не только перед теми, кто придет ко мне учиться, но и перед коллегами по факультету. Они подумают, что я сошла с ума, – я это знала. Моя группа должна была заниматься в главной нейробиологической аудитории, так что мои студенты и я сама гарантированно привлечем внимание любого, кто пройдет мимо. Каждый сможет увидеть, как мы прыгаем, молотим воздух руками и ногами – и все это под ритмичную музыку, которая тоже будет привлекать всеобщее внимание. При мысли о том, чем может обернуться мой план, моя душа наполнялась одновременно страхом и восторгом. Вот тут-то я и поняла: мой план не просто глупая фантазия. Я просто должна это сделать! И чтобы не передумать, я поспешила записаться в своем фитнес-клубе на курсы инструкторов интенсати. Одновременно я составила и сдала в деканат программу нового курса. Пути назад были отрезаны.

Несмотря на то, что мне никогда прежде не приходилось вести занятия по фитнесу, у меня все получилось. После пяти дней на курсах инструкторов я восемь часов вела занятия в спортзале: заучивала конкретные движения, используемые в интенсати, и знакомилась с идеями, на которых основан этот вид фитнеса. Среди этих идей были элементы позитивной психологии, индивидуального коучинга, а также умение мотивировать людей.

Планы воплощаются в жизнь

Вскоре после того, как мне впервые пришла в голову мысль об авторском курсе, я поняла: речь здесь может идти о чем-то большем, чем просто новый уникальный вид занятий. У меня в руках была основа для полномасштабного исследования на людях. И объектами его должны были стать мои студенты.

Помните, какие интересные результаты давали исследования на грызунах: в популярной прессе то и дело выходили восторженные статьи. Из этого можно сделать вывод, будто на тему влияния физических упражнений на человека существует богатая литература. Однако на самом деле материалов об этом относительно немного, и посвящены они в основном влиянию физкультуры на пожилых людей (от 65 лет и старше) или на школьников. О действии физической активности на здоровых взрослых людей (таких, как я) информации почти нет. В общем, существует громадное количество важных вопросов, на которые нужно получить ответы. Исследования, ориентированные на пожилых, неизменно показывают: среднее количество физических упражнений в течение жизни влияет на здоровье мозга в старости. Причем максимальная физическая активность коррелирует с наилучшим здоровьем мозга. Так, в одном репрезентативном исследовании (1740 участников старше 65 лет без когнитивных нарушений) испытуемых спрашивали о частоте занятий физкультурой, когнитивной и физической функциях, а также о настроении и склонности к депрессии. Затем, через шесть лет, ученые разыскали этих же людей, чтобы выяснить, у кого из них развилось старческое слабоумие и (или) болезнь Альцгеймера. Затем исследователи сопоставили данные о болезни и о физической активности в течение жизни. Главный вывод оказался таким: у тех, кто занимался физкультурой три раза в неделю или чаще, риск развития деменции был на 32 % ниже. Всякий, у кого слабоумием страдал кто-то из родных, друзей или близких, скажет, что снижение риска на 32 % – это много, очень много. Именно эти и подобные данные побудили исследователей к попыткам тщательнее разобраться в когнитивных эффектах физических упражнений и выяснить, можно ли увеличить эти эффекты. Аналогично, исследования школьников показали: аэробные виды фитнеса дают небольшое, но положительное воздействие на академическую успеваемость. А высокий индекс массы тела, напротив, пагубно влияет на успеваемость.

Но сами по себе эти исследования – далеко не последнее слово по данной теме. Вовсе нет. Подобные исследования называются «наблюдательными», потому что анализ уровня физической активности делается в них со слов испытуемого. А исследователи никак не контролируют количество, качество или точность этих рассказов о себе. Естественно, состояние здоровья мозга испытуемых также не зависит от воли ученых. Да, эти исследования позволяют предположить, что уровень физической активности в течение жизни влияет на здоровье мозга и на возможность избежать слабоумия в старости. Однако существуют и другие объяснения наблюдаемых явлений – и исключить их невозможно. К примеру, на результат мог повлиять такой факт: все, кто занимался физкультурой больше среднего, имели более высокий уровень жизни. А может быть, все они просто оказались более здоровыми и обладали сильным сердцем. Это позволило бы предположить, что на здоровье мозга и его сопротивление слабоумию в старости влияет не уровень физической активности, а социоэкономический статус или общее здоровье человека. По этим причинам выводы из подобных наблюдательных исследований, хотя и информативны, но далеко не однозначны. Вспомним, например, упомянутые выше исследования, связывающие высокие уровни физических нагрузок с небольшим процентом возникновения слабоумия в старости. В дополнение к этим, другие, более непосредственные исследования связывают высокие уровни физических нагрузок с лучшей обучаемостью и устойчивостью памяти. Словом, это перспективное направление, но однозначных выводов по-прежнему нет.

А какие исследования могут быть мощнее наблюдательных? Золотой стандарт экспериментальной нейробиологии – интервенционные исследования. Их еще называют рандомизированными контролируемыми исследованиями. Для таких исследований берут группу испытуемых и случайным образом делят ее на две части – одна будет заниматься физкультурой, другая нет. Экспериментатор получает непосредственный контроль над происходящим. После этого он может сравнивать по заранее выбранным параметрам состояние «группы физкультурников» и «контрольной группы»: приносят ли занятия спортом существенную пользу – по сравнению с теми, кто спортом не занимается. Таких исследований на пожилых людях проводится гораздо меньше. Но те, что есть, показали: благодаря занятиям физкультурой от нескольких месяцев до года, у испытуемых обостряется внимание, ускоряется реакция и улучшаются зрительно-пространственные функции (когнитивные функции, требующие манипулирования визуальной и пространственной информацией в памяти). Самый сильный и стабильный эффект у пожилых людей – это повышение внимания, то есть способности сосредоточиться или сконцентрироваться на конкретных аспектах информации и игнорировать при этом остальную доступную информацию. Это тот самый эффект (улучшенное внимание), который я отчетливо заметила у себя, когда стала чаще заниматься спортом. Одно рандомизированное контролируемое исследование показало, что после года занятий у пожилых людей увеличился размер гиппокампа: это вполне соответствует результатам экспериментов, поставленных на крысах. Еще одно исследование показало: после трех месяцев занятий существенно расширилась сосудистая система гиппокампа. В связи с этим было отмечено небольшое улучшение показателей памяти.

Разработка рандомизированных контролируемых экспериментов

Чтобы изучить результаты некоего действия на человека (к примеру, медитации или физкультуры), используют стандартную процедуру исследования – схему так называемого рандомизированного контролируемого эксперимента. Делается это так. Сначала подбирают людей, подходящих для эксперимента по всем параметрам: возрасту, биографии, состоянию здоровья и т. п. Затем их случайным образом делят на две группы: тестовую и контрольную. Первая занимается тем, что нас интересует, – в нашем примере это физические упражнения. Контрольной группе следует делать нечто, напоминающее занятия тестовой группы – за исключением ключевого элемента: ведь он все и определяет. Так что контрольная группа при исследовании влияния физических упражнений должна, к примеру, медленно ходить. Все зависит от идеи, которую вы, собственно, хотите проверить. Подобным образом можно проверить, например, идею о том, что интенсивные аэробные упражнения улучшают функцию памяти значительнее, чем медленная ходьба. Чтобы доказать это, вы будете проверять память у представителей обеих групп до и после тренировки (или – соответственно – сеанса медленной ходьбы). Затем вы можете задаться вопросом: действительно ли у тестовой группы показатели памяти улучшились сильнее, чем у контрольной группы? Если да, это будет сильным аргументом в пользу того, что физические упражнения улучшают память. Смысл случайного распределения испытуемых по группам – в том, чтобы исключить любые различия между группами до начала эксперимента. Ведь вы не только случайным образом распределите людей по группам, но и проведете предварительные тесты памяти, которые не должны показывать разницу в способностях участников. Именно так выглядит золотой стандарт экспериментальных исследований.

Таких вот рандомизированных контролируемых экспериментов проводится гораздо меньше, чем обычных, корреляционных. Причина – в том, что проводить их намного труднее, да и обходятся они значительно дороже. Зато из рандомизированного контролируемого эксперимента можно получить то, что вы никогда не получите из корреляционных исследований: нормативные аспекты физических упражнений. Только рандомизированный контролируемый эксперимент позволяет сказать: «Мы показали, что столько-то (X) упражнений такого-то рода (Y) улучшают такую-то мозговую функцию (Z)». А ведь именно такая информация нам нужна. Мы не знаем, какие именно упражнения лучше всего работают… какой должна быть длительность и интенсивность тренировок… различаются ли тренировочные режимы, обеспечивающие оптимальное здоровье мозга для мужчин и женщин… И самое главное: мы не знаем, какое в точности действие производят на мозг пожилого человека упражнения.