Ученые только начали изучать способы использования таких свойств мозга. Пока что наиболее впечатляющих результатов они добились у людей, страдающих от возрастной дальнозоркости, свойственной почти всем после 50 лет. Совместное исследование американских и израильских нейробиологов и офтальмологов было опубликовано в 2012 году
[23]. Ученые изучали группу добровольцев среднего возраста, которые с трудом фокусировали взгляд на близко расположенных объектах. Такое отклонение называется пресбиопией, или старческой дальнозоркостью, и возникает из-за потери эластичности хрусталика глаза. В результате человеку становится сложнее разглядывать мелкие объекты. Также при пресбиопии размывается граница между светлыми и темными областями, что еще сильнее сказывается на способности фокусировать взгляд. Пресбиопия – благо для офтальмологов и фармацевтов всего мира и головная боль для людей старше 50, которые не могут читать без очков.
На протяжении трех месяцев участники исследования посещали лабораторию три раза в неделю и по 30 минут делали упражнения для глаз: пытались разглядеть небольшой объект, который по цвету практически совпадал с фоном. Чтобы заметить его, испытуемым приходилось прикладывать большие усилия и концентрироваться. Со временем все участники стали находить объекты на картинках быстрее и точнее. К концу эксперимента всем добровольцам вновь проверили зрение. В среднем за три месяца все они научились читать шрифт на 60 % меньше, чем до начала исследования. Кроме того, после эксперимента участники начали читать газеты без очков – то, что до этого было недоступно большинству из них. Выросла и скорость чтения.
Как ни странно, состояние непосредственно глаз при этом у них не улучшилось. Положительные изменения произошли за счет развития зоны мозга, интерпретирующей картинки, которые передают глаза. И хотя ученые так и не поняли, какие конкретно изменения произошли в мозгу, они склоняются к мнению, что мозг просто научился «фокусировать» изображение. Размытая картинка – результат сразу двух отклонений в работе глаз: невозможности видеть мелкие детали и различать контраст. Обе эти проблемы можно решить при помощи процессов распознавания изображений в мозге – совсем как графические редакторы компьютера или камеры могут «навести фокус» на картинке, усилив ее контрастность. Ученые считают, что трехмесячный курс упражнений помог мозгу лучше справляться с обработкой изображений, что и привело к улучшению зрения без влияния на состояние самих глаз.
Испытывая гомеостаз на прочность
Знаете, почему человеческий организм – и тело, и мозг, – в принципе отличаются большой пластичностью и адаптивностью? Забавно, но это объясняется тем, что отдельные клетки и ткани изо всех сил пытаются остаться такими, какие они есть, и ничуточки не меняться.
Человеческий организм стремится к стабильности. Он поддерживает внутри себя одну и ту же температуру, давление и скорость сердечного ритма, уровень глюкозы в крови и уровень pH (соотношение кислотности/щелочности), примерно один и тот же вес. Ни один из этих показателей нельзя назвать статичным – пульс растет от упражнений, вес меняется от переедания или диет, – но в целом все эти изменения временные и в конце концов организм возвращается в исходное состояние. В науке это явление называется гомеостазом, то есть стремлением системы (любой, но в основном живой) к равновесию.
Отдельные клетки тоже предпочитают стабильность. Они стараются поддерживать один и тот же уровень жидкости, а также баланс положительных и отрицательных ионов, в частности ионов натрия и калия, и различных молекул, и делают это, определяя, какие ионы и молекулы должны остаться в клетке, а какие – покинуть ее сквозь мембрану. И вот что также важно: для продуктивной работы клеткам нужна стабильность. Если окружающие клетку ткани становятся слишком горячими или холодными, меняется водный баланс или падает уровень кислорода, это сразу снижает функциональность клетки. Слишком радикальные или продолжительные изменения приводят к гибели клетки.
Поэтому в человеческом организме предусмотрены разные механизмы для поддержания состояния равновесия. Предположим, вы с энтузиазмом приступили к какому-нибудь занятию, требующему больших физических усилий. Сокращение мышечных волокон приведет к тому, что отдельные мышечные клетки станут требовать больше энергии и кислорода, источником которых является кровь, транспортируемая по сосудам. В результате упадет уровень кислорода и энергии в кровеносной системе, на что соответственно отреагирует организм: вырастет частота дыхания (для восполнения нехватки кислорода) и из разных источников будет выделена энергия для мышц, которая направится к ним по кровеносной системе. Вместе с этим вырастет и скорость кровообращения – чтобы быстрее доставить кислород и энергию в те части организма, которые в них больше всего нуждаются.
Если физическая нагрузка не так уж велика, механизмы гомеостаза будут работать в полную силу и упражнение скорее всего не приведет ни к каким переменам в организме. Ведь с точки зрения организма ему нет никакого резона меняться – все и так прекрасно работает.
Другое дело, если вы решаете перейти к изнурительным и тяжелым упражнениям, которые превышают способности механизмов гомеостаза. В таком случае системы и клетки организма оказываются в аномальном состоянии – падает уровень кислорода и разных связанных с энергией веществ: глюкозы, аденозиндифосфата (АДФ) и аденозинтрифосфата (АТФ). Изменяется и метаболизм клеток, в них запускаются разные биохимические реакции, приводящие к выработке нестандартных для этих клеток веществ. Клеткам такое положение дел не нравится, и в ответ они призывают на помощь разные гены из своей ДНК (большая часть генов клетки неактивна, и клетка может «включать» или «выключать» нужные ей гены). Активированные гены в свою очередь запускают или ускоряют разные биохимические процессы в клетке, которые изменяют ее поведение сообразно новым обстоятельствам – то есть стрессовой ситуации, в которой в данный момент находится организм.
Крайне сложно в точности описать все то, что происходит в клетке, когда нарушается гомеостаз организма. Ученые только недавно приступили к изучению этой богатой и сложной области. К примеру, недавно было проведено исследование на крысах, которое показало, что при увеличении нагрузки на определенную мышцу задних лап в их организме активизируется 112 различных генов
[24]. По тому, какие гены включались в работу, можно судить о происходящих в организме процессах. Например, активизировались гены, отвечающие за метаболизм и структуру мышечных клеток, а также гены, определяющие скорость, с которой формируются новые мышечные клетки. Результатом всех этих изменений стало укрепление мышц задних лап у крыс
[25]. По сути, организм вынудили выйти за пределы его зоны комфорта, и в ответ на это мышцы стали сильнее, расширив тем самым эти пределы. Равновесие вновь было восстановлено.
