Но происходит ли нейрогенез и в человеческом мозге? Чтобы выяснить это, доктор Гейдж и его коллеги взяли мозговую ткань умерших раковых больных, которые пожертвовали свои тела науке. Еще при жизни этим людям вводили тот же тип вещества, что и мышам доктора Гейджа. Так патологоанатомы надеялись узнать, насколько быстро росли опухолевые клетки пациентов. Когда Гейдж добавил красители в образцы мозга, он снова увидел новые нейроны.
Как и у мышей, у людей наблюдались признаки нейрогенеза, и этот нейрогенез был сосредоточен почти исключительно в гиппокампе.
Открытие доктора Гейджа поразило мир неврологических исследований подобно удару грома. С тех пор ученые находят все больше доказательств того, что человеческий мозг не только способен обновляться, но и что физические упражнения ускоряют этот процесс. «Мы всегда знали, что наш мозг контролирует наше поведение, но мы не знали, что наше поведение может контролировать и изменять структуру нашего мозга», – сказал мне доктор Гейдж.
Однако человеческий мозг чрезвычайно трудно изучать, особенно если человек все еще жив.
Не подвергая испытуемых эвтаназии, исследователи могут максимально приблизиться к пониманию того, что происходит внутри черепа человека, при помощи функциональной МРТ. Он измеряет размер и форму мозга и, в отличие от стандартного аппарата МРТ, отслеживает кровоток и электрическую активность.
Вскоре после того, как доктор Гейдж и его коллеги опубликовали свои исследования нейрогенеза у мышей и людей, нейробиологи из Колумбийского университета в Нью-Йорке решили изучить, происходит ли нечто подобное у живых людей. Они собрали группу мужчин и женщин в возрасте от двадцати одного года до сорока пяти лет и попросили их начать тренироваться по одному часу четыре раза в неделю. Через двенадцать недель испытуемые, как и следовало ожидать, стали более подтянутыми. Их максимальный уровень VO2 значительно улучшился.
Но в результате всех этих тренировок произошло кое-что еще: к гиппокампу, в котором происходит нейрогенез, начало приливать все больше крови. Функциональная МРТ показала, что в определенную часть гиппокампа каждого человека ее теперь поступало вдвое больше, чем раньше. Ученые предполагают, что кровь помогала создавать там новые нейроны.
Исследование, проведенное в Колумбийском университете, предполагает, что уменьшение гиппокампа, происходящее с возрастом, можно замедлить с помощью физических упражнений.
Добровольцы, участвовавшие в этом исследовании, продемонстрировали значительные улучшения памяти; они занимались физкультурой в течение трех месяцев, а затем их проверили с помощью теста на запоминание слов. Более того, те, у кого был наибольший прирост VO2 max, показали лучшие результаты теста среди всех участников.
Скотт А. Смолл, руководитель исследования, доктор медицинских наук, профессор неврологии в Колумбийском университете, говорит: «Разумно предположить, что нейрогенез происходит в нашем гиппокампе и что физические упражнения – это движущая сила нейрогенеза».
Сражаясь с тенями
Мыши, как и люди, с возрастом теряют способность к запоминанию и ясному мышлению. Начнем с того, что они далеко не интеллектуалы. Молодые мыши затрачивают большую часть своих мозговых способностей на поиск пищи или возможностей к размножению. Однако со временем их способности заполучить самку или еду заметно ухудшаются. Мыши становятся медлительными и рассеянными. Их воспоминания ускользают как тени.
Если только они не бегают.
Ученые из Лаборатории неврологии Национального института старения провели эксперименты, которые укрепили и расширили наше понимание того, как движение влияет на мышление. Они разделили лабораторных мышей разного возраста на две группы. Половине мышей, среди которых были и молодые, и старые, в клетках установили беговые колеса. Другая половина оставалась малоподвижной. Большинству мышей нравится бегать, и мышата, которым дали беговые колеса, бегали в них часами. Даже пожилым мышам удавалось бегать хотя бы по часу в день.
Проходили недели. Те мыши, у которых был доступ к колесу, бегали, а остальные просто бездельничали. Затем каждая мышь была помещена в отдельную коробку из органического стекла, в которой находился специальный сенсорный экран с подсветкой размером с мышь. На этом экране высвечивались изображения, и благодаря инфракрасным датчикам, он распознавал даже самые легкие тычки носом.
При помощи еды в качестве награды мышей учили тыкать носиками в мигающие квадраты. В конце концов, им пришлось запоминать и различать несколько квадратов, появляющихся на экране; иногда эти квадраты соприкасались, а иногда располагались на большом расстоянии друг от друга. Таким образом, ученые хотели проверить, различают ли мыши паттерны, как работает их память и насколько они способны к обучению.
Молодые спортивные мыши проявили себя наилучшим образом. Они обрабатывали информацию быстрее и с меньшим количеством ошибок, чем молодые малоподвижные мыши. При исследовании тканей головного мозга оказалось, что в их гиппокампе было в два раза больше новых клеток, чем у малоактивных животных.
У пожилых мышей, занимающихся бегом, улучшения были менее заметны, и им потребовалось больше времени, однако у пожилых неактивных мышей вообще не наблюдалось никаких изменений. Ни одна из них так и не поняла стоящую перед ней задачу. Но активные старые мыши смогли отличать один хорошо отделенный и освещенный квадрат от других, зарабатывая тем самым свой корм. В отличие от неактивных старых мышей, они были способны запоминать и учиться.
Однако в их мозге было мало признаков нейрогенеза. Это позволяет предположить, что, когда мы тренируемся, в мозге также могут быть задействованы другие процессы.
Пользуйтесь своей головой
У разных ученых есть любимые теории о том, как физические упражнения побуждают мозг перестраиваться, и каждая из этих теорий включает в себя алфавитный набор взаимосвязанных биохимических процессов. Одна из популярных гипотез указывает на инсулиноподобный фактор роста 1, белок, который циркулирует в крови и вырабатывается в больших количествах в ответ на физические нагрузки. ИФР-1 не может просто так попасть в мозг – обычно он останавливается у гематоэнцефалического барьера, – но считается, что физические упражнения помогают ему проходить через этот барьер, вызывая нейрогенез и другие изменения в тканях мозга.
Другие исследователи считают, что BDNF, или нейротрофический фактор головного мозга, оказывает полезный психический эффект во время физических упражнений. BDNF – это белок, вырабатываемый в головном мозге и других частях тела. Известно, что он особенно активно синтезируется во время и после тренировки и помогает нейронам развиваться и процветать. Это позволяет мозгу превращать кратковременные воспоминания в долгосрочные.
А еще есть BMP, костный морфогенетический белок. В Медицинской школе Фейнберга Северо-Западного университета ученые контролировали уровень этого белка в мозге лабораторных мышей. BMP, который содержится в тканях по всему организму, влияет на развитие клеток различными способами, некоторые из которых нежелательны.
