Джон Арден - Укрощение амигдалы и другие инструменты тренировки мозга

Явление нейропластичности выражается в следующей фразе: «Используй, или потеряешь». Использование нейронных связей, представляющих определенный навык, приводит к их укреплению. Если же навык не задействован, то нейронные связи ослабевают. Похожим образом снижается мышечная сила, если прекратить регулярные физические упражнения.

«Нейроны, активирующиеся вместе, формируют связи» – вот удачное описание того, как меняется структура мозга под влиянием нового опыта. Чем чаще вы повторяете определенное действие (например, произносите слова с акцентом или вспоминаете какое-то событие из своего прошлого), тем прочнее становится нейронная связь между клетками мозга, которые совместно активировались для осуществления этого действия. Чем чаще активируется нейронная связь, тем выше вероятность активации этих нейронов в будущем.

Аналогично тому как эта фраза стала практически мантрой в нейрофизиологии, верно и противоположное утверждение: «Нейроны, активирующиеся по отдельности, не формируют связь». Это значит, что между нейронами, которые не синхронизированы, нейронная связь не образуется. Этот принцип функций нейронов объясняет механизм забывания.

Иными словами, чем чаще вы что-то делаете, тем выше вероятность, что вы сможете сделать это и в будущем. Именно поэтому бейсболисты не жалеют времени на отработку удара битой, игроки в гольф вновь и вновь выходят на поле, а пианисты практикуются часами. Тот же алгоритм применим и к мыслительному процессу. Чем больше вы думаете о своей тете Матильде, тем чаще ваши мысли будут возвращаться к ней. Повторение перенастраивает мозг и формирует привычку.

При совместной активации нейронов скорость их совместной активации постепенно повышается. Это ведет к увеличению продуктивности, так как с большей точностью определяется число нейронов, необходимых для выполнения определенного навыка. Например, в самом начале процесса обучения езде на велосипеде у новичка задействовано больше мышц, а значит, и больше нейронов, так как он пока только учится координировать движения. В дальнейшем, когда он начинает ездить на велосипеде увереннее и быстрее, ему требуется прилагать меньше мышечных усилий, то есть задействовать меньшее число нейронов. Произошло объединение необходимых нейронов при помощи нейронных связей.

Чем лучше человек осваивает определенный навык, тем больше у него становится участок мозга, отвечающий за выполнение этого навыка. Альваро Паскуаль-Леоне из Медицинской школы Гарвардского университета использовал метод транскраниальной магнитной стимуляции[4] для измерения отдельных участков коры головного мозга. Он исследовал слепых людей, способных читать по системе Брайля, и обнаружил, что карты коры мозга для пальцев, занятых при чтении рельефно-точечного письма, больше, чем карты коры мозга для остальных пальцев, а также для пальцев нормально видящих людей. Иными словами, повышенная чувствительность пальцев, занятых при чтении по системе Брайля, требовала больше пространства в структуре мозга. Таким образом, выученные движения стимулировали процесс нейропластичности, в результате которого в мозге было создано дополнительное пространство для этого навыка.

В еще одном эксперименте, посвященном изучению нейропластичности, участвовали музыканты, играющие на струнных инструментах. Исследователи выясняли, изменилась ли у них структура мозга для выделения дополнительного пространства для их навыка. У музыкантов и не-музыкантов не наблюдалось существенных отличий в том, какой участок сенсомоторной зоны (области в центральной части мозга, отвечающей за движения и физическое восприятие) контролировал пальцы правой руки (у музыкантов-правшей).

При этом наблюдались значительные различия в размере участка мозга, отвечавшего за пальцы левой руки (у музыкантов-правшей). Для игры на струнном музыкальном инструменте пальцы руки со стороны грифа (у правшей – левой) должны быть гибкими и натренированными. Участок коры мозга, контролирующий эти пальцы, был значительно больше у музыкантов, чем у не-музыкантов. Эта разница оказалась еще заметнее у людей, начавших занятия музыкой в возрасте до 12 лет. Хотя нейропластичность, обусловленная выполнением определенного действия, возможна и во взрослом возрасте, она проявляется тем сильнее, чем раньше человек начал играть на музыкальном инструменте и чем дольше он практикуется.

Менять структуру мозга посредством нейропластичности способны не только практические действия, но и одна лишь мысль об этих действиях, их визуализация. Например, ученые продемонстрировали, что простая визуализация игры на пианино стимулирует изменение участка мозга, отвечающего за движение пальцев при настоящей игре на пианино. Таким образом даже мысленная тренировка может способствовать перенастройке мозга.

Усиление синаптической передачи между двумя нейронами, сохраняющееся на протяжении длительного времени после воздействия на синаптический проводящий путь, называется долговременной потенциацией (ДВП). В результате этого процесса усиливается нейронная связь между клетками, и они становятся более способными к совместному активизированию в будущем. Таким образом, процесс ДВП относительно длительный.

В результате ДВП происходит усиление сходства между нейронами за счет изменения их электрохимического взаимодействия. На стороне передачи синапса увеличивается количество глутаминовой кислоты (возбуждающего нейромедиатора), вследствие чего на стороне приема происходят такие изменения, чтобы принять большее ее количество. Напряжение на стороне приема в состоянии покоя увеличивается, в результате притягивается больше глутаминовой кислоты. Если синаптическая связь между этими нейронами продолжает сохраняться, в работу вступают гены этих нейронов для создания инфраструктуры и укрепления этой связи.

Одним из наиболее важных элементов процессов нейропластичности и нейрогенеза является нейротрофический фактор мозга (BDNF, от англ. brain-derived neurotrophic factor) белок человека, кодируемый геном BDNF, способствующий росту клеток. BDNF помогает создать, вырастить и сохранить инфраструктуру клеточной сети. Сегодня это одна из наиболее актуальных областей исследования в нейрофизиологии, и более тысячи статей уже написаны об удивительных функциях данного белка. Многие даже называют его «чудом роста», так как при попадании в клетки он стимулирует их рост. Эта способность была наглядно продемонстрирована в эксперименте, в ходе которого исследователи распылили BDNF на нейроны в чашке Петри. И у нейронов появились новые отростки: подобное происходит в мозге в процессе обучения и развития.

Механизм действия BDNF бывает разным. Он может действовать внутри клетки и активировать гены, повышающие выработку белков, серотонина и даже BDNF. Он может присоединяться к рецепторам синапса, стимулируя поток ионов, что ведет к повышению напряжения и усилению способности образовывать синаптические связи между нейронами. В целом BDNF предотвращает отмирание клеток, повышает их жизнеспособность и скорость роста. Активизация BDNF происходит опосредованно с помощью глутаминовой кислоты. BDNF повышает выработку внутренних антиоксидантов и защитных белков, а также стимулирует процесс ДВП, лежащий в основе нейропластичности.

ДВП и BDNF работают в одной связке. Исследователи, изучающие функции мозга у разных животных, продемонстрировали, что стимулирование процесса ДВП посредством обучения способствует повышению уровня BDNF. Когда ученые снизили уровень BDNF, уменьшилась и способность мозга к ДВП.

Использование нейронных связей укрепляет их, а бездействие ослабляет. Старые связи, не поддерживающиеся за счет взаимодействия, распадаются.

Точно так же, как мозгу требуется механизм ДВП, усиливающий нейронные связи, чтобы сохранить способность помнить, ему нужен механизм, обеспечивающий забывание. Процесс, известный как долговременное ослабление, или долговременная депрессия (ДВД), помогает избавиться от вредных привычек. (Обратите внимание, что этот процесс никак не связан с эмоциональным состоянием под названием «депрессия».) Процесс ДВД способствует ослаблению нейронных связей, поддерживающих старые привычки. Ослабление старых нейронных связей обеспечивает большее количество доступных нейронов для формирования новых нейронных связей с помощью механизма ДВП.

Чтобы понять этот принцип, задумайтесь о том, что наличие у человека акцента зависит от возраста, в котором он учит язык. Если учить язык в возрасте 20–30 лет, скорее всего, у человека будет проявляться акцент, обусловленный влиянием родного языка. Если же учить иностранный язык в возрасте до 10 лет, то акцента может не быть совсем. При изучении иностранного языка во взрослом возрасте в мозге продолжают активироваться те же самые нейронные связи, которые сформировались для произношения определенных звуков, даже когда человек старается произносить другие, хотя и похожие звуки.