Каким образом физические и умственные упражнения улучшают память и способность к обучению
Все мы живем с верой, что однажды погибшие нервные клетки уже невозможно восстановить. Кто из нас не боялся, что некоторые наши драгоценные, незаменимые нейроны могут погибнуть, даже когда мы задерживаем дыхание, вдыхаем сигаретный дым, выпиваем бокал вина или позволяем нашей стороне типа А взять верх над нами, пока мы стоим в пробке? Этого вполне достаточно, чтобы вы побоялись утром подняться с постели.
Только в последние несколько лет ученые обнаружили точное свидетельство наличия нейрогенеза — процесса регенерации нервных клеток. Сейчас мы знаем, что новые нейроны могут образовываться у взрослых крыс, мартышек, макак, а также у человека. Однако вы должны понять, что для того, чтобы избежать гибели нервных клеток, вы можете сделать не так уж много. Но можно сделать так, чтобы появлялось больше новых нейронов, а также помочь этим клеткам выжить.
Два самых больших участка для запоминания и обучения
Согласно новым открытиям существует множество специальных структур мозга, где нейроны восстанавливаются наверняка. Одной из этих структур является гиппокамп. Если желаете, чтобы какая-нибудь часть вашего мозга постоянно восстанавливалась, лучше гиппокампа не найти, так как эта структура играет ключевую роль в процессах изучения и запоминания новых объектов. На основе последних исследований выдвинуто предположенрш,
что новые нейроны могут генерироваться в префронтальной коре — местоположении рабочей памяти и умения решать возникающие задачи.
Вероятно, это не совпадение, что оба участка головного мозга — гиппокамп и префронтальная кора — уменьшаются в объеме, когда мы стареем. Также с постепенной атрофией этих структур возникают типичные возрастные ухудшения памяти и остроты ума. В некоторой степени эти изменения происходят практически у всех, особенно у людей с болезнью Альцгеймера — самой главной причиной старческого слабоумия.
Почему у некоторых людей болезнь проявляется сильнее, чем у других
На фоне всего вышесказанного появляются некоторые вопросы. Если мы в течение всей жизни генерируем новые нейроны, почему тогда теряется ясность ума? Если гиппокамп постоянно восстанавливается, почему наша память ухудшается? И, вероятно, самый главный вопрос: почему у некоторых людей головной мозг остается здоровым независимо от возраста, другие становятся забывчивыми, а у третьих развивается болезнь Альцгеймера?
Первое, что надо запомнить: несмотря на то, что нейрогенез продолжается всю нашу жизнь, с возрастом он, естественно, снижается. Но все же это не объясняет, почему одни пожилые люди страдают сильнее других.
Ответ лежит на генетическом уровне. Для формы болезни Альцгеймера с поздним началом, которая обычно возникает у людей старше 65 лет, существует некоторый вариант гена, который кодирует белок апопротеин Е, из-за чего в некоторой степени увеличивается риск развития заболевания. Но связь между геном и болезнью Альцгеймера непростая, или детерминированная: множество людей, у которых в геноме не содержится этот
вариант гена, заболевают болезнью Альцгеймера, в то время как люди, у которых этот ген есть, остаются здоровыми.
Таким образом, должны быть вовлечены и другие факторы. Очень вероятно, что некоторые из них действуют точно так же, как уже обнаруженные, сказываясь на процессе нейрогенеза, происходящего в головном мозге.
^
Новые нейроны, новая память
Согласно последним доказательствам, недавно выработанные нейроны могут играть более существенную роль в процессе запоминания, чем просто соединяться со старыми нейронами для поддержания существующих систем обучения и памяти. Новые нейроны могут быть необходимы для формирования новых воспоминаний.
В эксперименте, опубликованном в журнале «Nature», исследователи вводили крысам химикат, выборочно убивающий недавно произведенные нервные клетки. Эти крысы не могли с помощью обучающих уроков приобретать новые знания, за которые отвечает гиппокамп — структура головного мозга, где появляются новые нейроны.
У этих крыс не нарушился ни один вид памяти, за который не отвечает гиппокамп. Таким образом, без новых нервных клеток у крыс не было возможно формирование новых воспоминаний, зависящих от работы гиппокампа.У людей часть памяти, зависящая от гиппокампа, включает в себя семантическую память — о событиях — и эпизодическую — автобиографические воспоминания о местах и событиях. У людей с болезнью Альцгеймера в большинстве случаев нарушаются именно эти два вида памяти.
ч
В отличие от генетического фактора, на остальные вы вполне можете повлиять.
Организация работы нейронов существенно снижает процент их гибели
Степень влияния одного фактора зависит от того, в какой степени используются навыки, которыми управляет гиппокамп. У диких животных нейронов в гиппокампе вырабатывается гораздо больше, чем у домашних, возможно, потому, что дикие животные чаще используют навыки, за которые отвечает гиппокамп — например, способны найти нужный путь в окружающей среде и помнят дорогу домой.
А у- некоторых диких животных уровень нейрогенеза колеблется в зависимости от сезонных потребностей. У буроголовых гаичек вырабатывается много новых нейронов в течение года, когда они запасают и находят семена или просто летают. У лабораторных крыс, обученных новым навыкам, отмечено, что процесс нейрогенеза увеличивается в два раза в отличие от крыс, которых ничему не обучали.
Исследователи еще точно не знают, каким образом умственные упражнения поддерживают нейрогенез. Однако стало известно, что двойная норма роста нейронов получается за счет увеличенного выживания недавно произведенных нейронов, но никак не за счет их усиленного производства. Учитывая все, что нам известно о головном мозге, в этом есть смысл, ведь произведенные нервные клетки выживут или нет независимо от того, используете ли вы их. В конце концов, этот принцип работает фактически с момента нашего рождения и даже до него.
Подумаем в этом направлении
Каждый раз, начиная познавать что-то новое или решая головоломку, вы помогаете совсем новым нейронам расположиться среди прочих нервных клеток и удлинить свои соединительные нити, называемые дендритами и аксонами, которые передают нервный импульс другим клеткам, задействованным в процессах памяти и обуче- ния. Возможность помочь недавно произведенным нервным клеткам уцелеть и укрепить связь с другими нейронами — это куда более оптимистичная картина, чем та, с которой мы все свыклись, — с постоянной гибелью нервных клеток. Есть что-нибудь, что мы можем сделать в первую очередь для усиления процесса возникновения новых нейронов? Согласно последним исследованиям — да, можем.
Физические упражнения укрепляют нервные клетки
Наряду с умственными упражнениями физические занятия точно так же улучшают процесс нейрогенеза.
У лабораторных крыс, выполняющих множество физических упражнений, количество нейронов в итоге увеличивается в два раза, в отличие от неподвижных крыс; то же самое происходит и при выполнении умственных упражнений. Крысы также лучше выполняют тесты, направленные на обучение и запоминание. Вполне возможно, что физические упражнения, в отличие от умственных, действуют по-другому и повышают уровень факторов роста — например, вызывая активацию выделения нейротрофического фактора мозга, который поддерживает и восстанавливает нервные клетки.
Депрессия нарушает функции головного мозга
В соответствии с недавними исследованиями, антидепрессанты увеличивают производство новых нейронов в гиппокампе. Благодаря антидепрессантам увеличивается уровень нейротрофического фактора мозга, который, в свою очередь, является фактором роста клеток, вызванного физическими упражнениями, так что это может быть один из способов влияния антидепрессантов на процесс нейрогенеза. Предварительные исследования показали, что уровень нейромедиатора серотонина повышается при введении в организм некоторых антидепрессантов, благодаря чему можно стимулировать нейрогенез.
Это может быть следующий механизм положительного влияния антидепрессантов на процесс роста и развития нервных клеток.Возможно, люди, извлекающие пользу из стимуляции антидепрессантами процесса появления новых нервных клеток, являются теми, кто принимает антидепрессанты по обыкновенным причинам, то есть у кого в результате депрессии снизился уровень нейротрофического фактора мозга и серотонина.
Худеем, чтобы быстрее думать
Следующий фактор, который повышает уровень нейротрофического фактора мозга и увеличивает количество выживающих новых нейронов, — это снижение потребления калорий.
Во многих исследованиях было отмечено, что крысы и мыши, находящиеся на диете, ограничивающей потребление калорий, живут дольше, чем те животные, которые едят столько, сколько хотят. Позже было отмечено, что диета с ограничением употребления калорий оказывает защитное действие на клетки головного мозга и может нейтрализовать дегенерацию нейронов гиппокампа, которая возникает при болезни Альцгеймера. В Китае и Японии, где дневная норма потребляемых калорий относительно невелика, болезнь Альцгеймера встречается вдвое реже, чем в США и Западной Европе. Последние исследования ученых из Нью-Йорка
показали, что чем ниже уровень ежедневно потребляемых калорий, тем меньше процент этого заболевания в среднем по стране.
j
Доказательство, что эстроген помогает
предупредить развитие болезни Альцгеймера
Нейротрофический фактор мозга — не единственный природный химреагент, повышающий генерацию нервных клеток. Также это относится и к эстрогену. У крые-еамок во время эстрального цикла увеличение и снижение скорости нейрогенеза соответствовали колебаниям уровня эстрогена. Если крысе удаляли яичники, это приводило к снижению уровня эстрогена, и, соответственно, количество новых нейронов также снижалось. Если же затем начать дополнительно вводить эстроген, скорость нейрогенеза будет повышаться.
Эти результаты соответствуют результатам эксперимента, согласно которым эстроген препятствует развитию слабоумия у людей. Это одна из причин, по которым женщине в период постменопаузы рекомендуют иногда проходить эстрогенозаместительную терапию. Некоторые недавние исследования показывают, что женщины после 65 лет с естественным высоким уровнем эстрогена реже страдают слабоумием. (Даже если в их яичниках гормон вырабатывается недолго, эстроген все еще продолжает преобразовываться из гормонов надпочечников.) Поэтому женщины с низким уровнем эстрогена оказываются в группе повышенного риска развития слабоумия, например болезни Альцгеймера, и им рекомендуется эстрогенозаместительная терапия.
S _ с
Согласно недавнему обследованию жителей Нью-Йорка, среди тех, у кого был самый низкий уровень потребления калорий, был и самый низкий процент заболевания старческим слабоумием.
Этот факт подчеркивает некоторые практические пути воздействия на состояние клеток вашего головного мозга. Прежде всего, концепция «Пользуйся, или потеряешь» — не просто броский лозунг, практически она применяется для выживания недавно произведенных нервных клеток.
Во-вторых, физические упражнения не только улучшают ваше настроение, они придают вам бодрость, а также помогают поддержать ясность ума. На самом деле такие факторы, как физические и умственные упражнения, настроение так сильно переплелись между собой, что, вероятно, невозможно затронуть один из них, не влияя при этом на другие.
Литература Brown, David R., et al. (1995). Chronic psychological effects of exercise and exercise plus cognitive strategies. Medicine and Science in Sports and Exercise 27/5: 765—75. Gould, Elizabeth, etal. (2000). Regulation of hippocampal neurogenesis in adulthood. Biological Psychiatry 48/8: 715—20. Gould, Elizabeth, et al. (1999a). Learning enhances adult neurogenesis in the adult hippocampal formation. Nature Neuroscience 2:260—5. Gould, Elizabeth, et al. (1999b). Neurogenesis in the neocortex of adult primates. Science 286: 548. Hollmann, Wilder, andHeiko K. Striider(2000). Brain function, mind, mood, nutrition, and physical exercise. Nutrition 16/7—8: 516—19. Mattson, Mark P. (2000). Neuroprotective signaling and the aging brain: take away my food and let me run. Brain Research 886: 47—53. Melberg, Jessica E.? et al. (2000). Chronic antidepressant treatment increases neurogenesis in adult rat hippocampus. The Journal of Neuroscience 20/24:0104—10* Shors, Tracey J., et ah (2001)* Neurogenesis in the adult is involved in the formation of the trace memories. Nature 410: 372—5. van Praag, H., G. Kempermann, and F. Gage (1999). Running increases cell proliferation and neurogenesis in the adult mouse dentate gyrus. Nature Neuroscience 2: 266—70.
Еще по теме Каким образом физические и умственные упражнения улучшают память и способность к обучению:
- ГЛОССАРИЙ
- ПРЕДИСЛОВИЕ
- 2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИЗУЧЕНИЯ ШКОЛЬНИКОВ
- ПУТИ ПРЕОДОЛЕНИЯ НЕУСПЕВАЕМОСТИ школьников
- § 1. ЦАРСКОСЕЛЬСКИЙ ЛИЦЕИ(Ш1--Ш4)
- Предисловие
- Слабоумие не является частью нормального процесса старения
- Каким образом физические и умственные упражнения улучшают память и способность к обучению