Что такое нейро­плас­тич­ность и как ее раз­ви­вать

Человеческий организм часто воспринимают как механизм.

И если сердце сравнивают с насосом, то мозг — с компьютером. Но это сравнение не совсем верно.

Если бы мозг работал как компьютер, то каждая «деталь» в нем выполняла бы только одну функцию, а при поломке «детали» соответствующая функция утрачивалась бы. Но в жизни так происходит далеко не всегда. Ученые давно обнаружили, что у восстанавливающихся после инсульта людей здоровые участки мозга способны взять на себя полностью или частично функции разрушенных болезнью участков.

То, что мозг может адаптироваться после инсульта, — только одно из многочисленных проявлений нейропластичности.

Рассказываем, как устроена эта способность и можно ли сделать собственный мозг более пластичным.

Нейропластичность — это способность мозга адаптироваться к обстоятельствам, создавая новые нейронные связи или перенастраивая уже имеющиеся.

Впервые об этой способности ученые заговорили в 19 веке. Тогда физиолог Иоганн Шпурцгейм предположил: мозг так же, как и мышцы, может развиваться, если его тренировать.

Его идеей заинтересовался Чарльз Дарвин — через теорию Шпурцгейма можно было бы объяснить, почему мозг кроликов, живущих в дикой природе, больше, чем у домашних. Мозг первых, полагал Дарвин, подстроился под их нужды: условия их жизни оказались гораздо опаснее и сложнее, и, чтобы выживать, им потребовалось больше думать. Однако и после этого в научном сообществе преобладало представление о неизменности структур мозга.

Широко известной идея о способности мозга меняться стала лишь во второй половине 20 века, когда ряд исследователей подтвердили возможность нейропластичности экспериментально. Например, ученый Жюль Котар обследовал детей с поврежденным левым полушарием, где расположен речевой центр Брока. Несмотря на это, дети могли разговаривать.

Другой ученый, Отто Зольтманн проводил эксперименты над щенками и кроликами. Он удалял моторную зону коры головного мозга, которая отвечает за движения. Но даже после проведенной операции у животных сохранялась способность двигаться. Все это говорило способности мозга самореорганизоваться. Иными словами, о его пластичности.

Позже теорией нейропластичности занялись нейробиологи, лауреаты Нобелевской премии Дэвид Хьюбел и Торстен Визель. Они зашивали одно веко котенку и наблюдали, как это влияет на зрительную кору. Оказалось, что нейроны зрительной коры, которые должны были реагировать на сигналы от зашитого глаза, начали больше реагировать на сигналы открытого. Правда, тот же эксперимент на взрослых кошках не дал ожидаемого результата, и ученые предположили, что только юный мозг обладает пластичностью.

Однако нейробиолог Майкл Мерцених опроверг этот вывод. Он провел жестокий, но показательный эксперимент: ампутировал палец взрослым обезьянам и наблюдал, как области мозга, которые ранее представляли эти пальцы, адаптировались к изменениям и стали реагировать на другие, здоровые. А это уже свидетельствовало о способности взрослого мозга перенастраивать свою структуру в ответ на изменения сенсорной информации.

Идею Мерцениха развили в числе прочих калифорнийские ученые. В начале 1990-х они сделали аутопсию мозга людей, которые получили только школьное образование, и тех, кто окончил высшие учебные заведения. Так они обнаружили, что зоны Вернике — этот отдел мозга отвечает за понимание речи — у более и менее образованных людей различаются. Дендриты — отростки нейронов, которые принимают сигналы от других нервных клеток, — в этой области гораздо более разветвленные у тех, чье образование лучше.

Итогом всех этих исследований стало изменение статус-кво. Структуры мозга больше не считаются неизменными. Теперь цель ученых — понять, благодаря каким механизмам мозг адаптируется к изменениям и как использовать эти знания, чтобы улучшить здоровье людей. Например, ускорить и усилить возможности реабилитации после черепно-мозговых травм и инсульта.

Существуют два типа нейропластичности — структурный и функциональный.

Структурная нейропластичность. Способность мозга изменять свою физическую структуру, образовывать новые нейронные связи. Такое изменение происходит, когда человек делает что-то новое, получает неизвестный ранее опыт.

Самое известное исследование этого вида нейропластичности — о лондонских таксистах. Получить лицензию таксиста в Лондоне чрезвычайно сложно — нужно знать расположение около 25 тысяч улиц города и сотню тысяч ориентиров и маршрутов в центре и уметь построить маршрут до любой точки без навигатора, исключительно по памяти. В среднем обучение занимает от двух до четырех лет. И только половина учащихся сдают экзамен.

Ученые наблюдали за лондонцами, решившими стать таксистами, — по мере обучения проводили магнитно-компьютерную томографию гиппокампа — отдела мозга, отвечающего за память. За четыре года наблюдения только 39 из 79 участников исследования смогли получить лицензию.

Добровольцы были разделены на три группы — сдавшие экзамен, обучавшиеся, но не сдавшие, и те, кто никогда не обучался. У получивших лицензию наблюдалось значительное увеличение серого вещества в гиппокампе — эта зона мозга отвечает за кратковременную память и пространственную навигацию.

Увеличение серого вещества в гиппокампе означает, что в этой зоне стало гораздо больше нейронов или нейронных связей. При этом у второй и третьей группы в исследовании — тех, кто не учился на таксиста или не смог сдать экзамен, — изменений и различий в размере и структуре гиппокампа не наблюдалось.

Функциональная нейропластичность. Способность мозга изменять функции нейронов. Например, перемещать функции, которые выполняют одни области мозга, в другие. Часто такое происходит при травме — та или иная область мозга оказывается повреждена, и другая, здоровая, начинает работать вместо нее.

Сделать это мозг способен разными способами. Например, мозг может адаптироваться после повреждений через разрастание аксонов — избежавшие повреждений аксоны могут вырастить новые нервные окончания, чтобы соединить нейроны, связь между которыми разрушилась.

Еще выполнять нужную функцию могут начать неактивные, неиспользуемые нейронные пути. Также взять на себя утраченную функцию могут нейронные цепи, которые выполняют другие функции. Благодаря такой нейронной реорганизации даже при очень тяжелых травмах мозга человек может выжить и восстановиться.

Самый известный пример функциональной нейропластичности — история американского строителя Финеаса Гейджа.

В 1848 году он занимался прокладкой железной дороги и получил тяжелейшую травму — в результате случайного взрыва металлический стержень длиной более метра и шириной около 3 см насквозь пробил его череп, лишив одного глаза и большей части лобной доли левого полушария. Современные ученые, создав модель инцидента, выяснили, что мужчина потерял около 4% коры головного мозга и 11% белого вещества. Из-за травмы нарушились связи с левой височной и правой лобной долями, а также с ответственной за эмоции лимбической системой.

Несмотря на такие серьезные повреждения мозга, Финеас Гейдж восстановился в течение двух месяцев, вернулся к нормальной жизни и прожил еще 12 лет. Его мозг смог реорганизоваться таким образом, чтобы нормально функционировать, то есть ему помогла функциональная нейропластичность. Некоторые знакомые Гейджа свидетельствовали, что его социальные навыки и эмоциональное состояние пострадали от травмы, однако сведения об этом противоречивые.

Личность человека формируется за счет нейропластичности. Когда ученые только начали изучать ДНК, многие были уверены: именно геном определяет человеческое «я». Но оказалось, что генов — всего лишь около 20 тысяч. Тогда как нейронов в мозге — 86 млрд, а соединений между нейронами — 200 триллионов. Иными словами, мозг устроен слишком сложно, чтобы предполагать, будто только гены формируют нашу личность.

Вклад нейропластичности в формирование личности весомый. Нейробиолог, автор книги «Живой мозг» Дэвид Иглмен объясняет это, предлагая спросить себя: почему Эйнштейн стал Эйнштейном? Генетика определенно сыграла в этом большую роль, пишет ученый. Но каждый год рождается немало детей с задатками не хуже — с мозгом, не менее предрасположенным к научным открытиям.

Однако внешняя среда мешает им превратиться в очередного Эйнштейна. Возможно, этот талантливый ребенок рождается в бедной семье, и социально-экономическое положение не дает ему получить нормальное образование и развить способности. Или этот ребенок — девочка, и ей с детства твердят, что женщины лучше понимают литературу, чем математику и физику.

Наше «я» — следствие того, как меняется наш мозг, адаптируясь к происходящему с нами. Вот что имеет в виду Иглмен. Мозг серьезно меняется, пока человек взрослеет, и продолжает меняться в течение всей его жизни. Каждая частица опыта реорганизует нейронные связи, такие изменения накапливаются и складываются в уникальную личность.

Профессионализм — результат обучения за счет нейропластичности. Профессионала от любителя отличает не только умение делать свое дело на высоком уровне, но и структура мозга. Например, ученые заметили, что у пианистов и кларнетистов участки слуховой коры более толстые, чем у немузыкантов. Изначально исследователи предположили, что это отличие отражает предрасположенность мозга к занятию музыкой. Но позже специалисты пришли к выводу: скорее многократное повторение одних и тех же действий меняет мозг, делая человека профессионалом, чем наоборот.

Изменения в мозге происходят не только тогда, когда человек профессионально занимается музыкой или учится ездить по Лондону без навигатора. Например, ученые изучили мозг студентов-медиков до и после подготовки к экзамену и обнаружили, что у тех увеличился объем серого вещества — оно состоит из тел нейронов и их дендритов и играет ключевую роль в процессе обработки информации.

При этом выяснилось, что физические изменения в мозге в процессе обучения происходят по-настоящему быстро. Так, израильские исследователи выяснили: достаточно сделать всего 16 кругов по гоночной трассе в компьютерной игре, чтобы в гиппокампе — области, отвечающей в числе прочего за пространственное мышление, начались структурные изменения.

Обостренный слух при слепоте — пример функциональной нейропластичности. Мозг способен компенсировать слепоту за счет других чувств, прежде всего — слуха. Исследования показывают: у незрячих сверхразвита способность распознавать высоту звука, они также в десять раз более точно, чем зрячие, идентифицируют оттенки музыкальных тонов.

Так происходит потому, что из-за слепоты мозг реорганизовался — неиспользуемые зоны, которые должны обрабатывать визуальную информацию, «отошли» другим органам чувств, прежде всего — слуху. Так за слух стала отвечать большая область коры.

Благодаря этому многие незрячие даже осваивают эхолокацию — вырабатывают способность не наталкиваться на препятствия, руководствуясь слуховыми подсказками от намеренно издаваемых ими звуков. Такими звуками могут быть, например, шаги, постукивание тростью или щелчки пальцами.

Похожие изменения наблюдаются и при утрате другого органа чувств. Например, при глухоте мозг реорганизуется так, что за зрение отвечает большая площадь коры. В итоге неслышащие люди обладают улучшенным периферическим зрительным вниманием и быстрее реагируют на визуальные стимулы.

Зависимости и депрессия тоже связаны с нейропластичностью. Нейропластичность может не только помогать человеку, но и вредить. Мозг формирует нейронные связи на основе того, что человек неоднократно делает в своей жизни — как полезного, так и не очень. Азартные игры, употребление психоактивных веществ — повторение таких действий неизбежно влияет на мозг, приводит к образованию новых нейронных связей, что, по мнению некоторых специалистов, лежит в основе формирования зависимостей.

Депрессия и нейропластичность также неразрывно связаны. При депрессии одновременно наблюдается два процесса — снижение маркеров нейропластичности в гиппокампе и префронтальной коре с одновременной активацией пластичности в миндалине. То есть зоны мозга, которые отвечают за память и регулирование эмоций, становятся менее адаптивными, тогда как зона, идентифицирующая опасность и запускающая реакцию стресса — наоборот, более обучаемой.

Ученые предполагают, что такая комбинация приводит к активации нейронных цепей, контролирующих страх и тревогу. Нарушаются процессы формирования эмоциональной памяти: происходит запоминание не фактов и событий, а пережитых эмоций и впечатлений. В результате человек формирует негативные предубеждения о собственной никчемности и небезопасности окружающей среды.

Постоянное прокручивание этих мыслей в голове лишь усиливает убежденность в этом. С этой точки зрения можно даже рассматривать депрессию как привычку постоянно думать о плохих вещах и закреплять плохое настроение на уровне мозга.

Фантомно-болевой синдром, возможно, возникает из-за нейропластичности. Около 80—95% людей с ампутированными конечностями страдают от фантомных болей. Они ощущают несуществующую часть тела, чувствуют, как будто могут ей управлять. Прикосновение к другой зоне они могут ощущать как прикосновение к отсутствующей конечности. Такое состояние называется фантомно-болевым синдромом.

Индийский невролог Вилейанур Рамачандран предположил, что ощущение фантомной конечности связано с нейропластичностью. Он утверждал: в результате ампутации происходит реорганизация соматосенсорной коры головного мозга человека. Зона коры, получающая сигналы от руки, не получает их и начинает испытывать «сенсорный голод». Тогда в эту зону начинают поступать сигналы от других частей тела — функциональная нейропластичность в действии. Этим и вызвано ощущение, что несуществующая конечность болит или к ней прикасаются.

Рамачандран предложил метод зеркальной терапии. Здоровая рука и отсутствующая конечность располагаются по обе стороны от зеркала, и создается иллюзия, что здоровых рук две. Выполнение упражнений двумя руками вызывает у пациента ощущение, что он может двигать фантомной конечностью. По замыслу Рамачандрана, после зеркальной терапии фантомные боли исчезают.

Зеркальная терапия помогает многим людям с фантомно-болевым синдромом, но пока механизмы фантомно-болевого синдрома не до конца изучены. Многие специалисты считают, что изменения в соматосенсорной коре объясняют некоторые, но не все случаи, когда человек ощущает фантомную конечность.

Главный принцип повышения нейропластичности мозга — постоянно пробовать новое. Так называемая обогащенная окружающая среда — это когда вокруг все новое, требующее потратить внимание и силы, — стимулирует образование новых нейронных связей даже в пожилом возрасте, когда мозг менее склонен их образовывать, и защищает мозг от старения и угасания когнитивных резервов.

Вот несколько идей, которые стоит попробовать.

Изучать новые слова. Классический пример, но от этого не менее эффективный. При запоминании даже одного нового слова создаются новые нейронные пути — они связывают воедино изображение, звучание, написание и перевод. Но не обязательно учить иностранные языки — можно углубиться в свой. В русской классической литературе, например, множество сложной и малоизвестной лексики. А изучение языка Брайля помогает не только развить память, но и пространственное мышление (сайт недоступен из РФ).

Делать привычные действия чуть иначе. Например, можно использовать недоминирующую руку для рутинных действий вроде чистки зубов. Или осваивать новые маршруты — стараться не идти одной и той же дорогой от метро до дома, а пробовать новые, пусть и более длинные и извилистые способы добраться до места назначения.

Знакомиться с новыми людьми. Непривычная коммуникация тоже способствует нейропластичности. Сервисы для знакомств типа Random Coffee, дейтинговые приложения, волонтерские проекты, тематические группы в интернете, групповые занятия по английскому или танцам — все это потенциальные источники полезных для мозга знакомств. И особенно полезно, если собеседники не очень похожи на ваш обычный круг общения. Например, по возрасту — придется подстраиваться под культуру, даже просто сленг другого поколения, и это вызов для мозга.

Заниматься спортом. Физическая активность улучшает не только состояние тела и повышает выносливость, но и положительно влияет на работу мозга. Аэробные нагрузки повышают синтез вещества BNDF — нейротрофического фактора мозга, отвечающего за формирование новых синапсов. BNDF активен в гиппокампе, и потому считается, что спорт опосредованно влияет на формирование новых нейронов в гиппокампе и улучшение памяти.