16 апреля 2017 г.

5×4 или 4×5 - как правильнее?

Задача для детей родителей детей второго класса:

На столе стоит 4 вазы, в каждой вазе по 5 цветков. Сколько всего цветков стоит на столе в вазах?

Как правильно записывать в решение “4*5” или “5*4”? Именно такой вопрос время от времени возникает на уроках в младшей школе в разных странах мира в разные времена. Учителя снижают детям оценки, родители паникуют, а дети что-то зубрят или впадают в беспомощность. Возник этот вопрос и весной 2017 года в фейсбук-группе “БАТЬКИ SOS” и потянул за собой череду разных обсуждений в комментариях и других постах. В этом тексте я попытаюсь привести немного своих мыслей на тему и около, которые у меня сложились уже ряд лет назад в процессе занятий с людьми разных возрастов.

Итак, до того как подойти к выяснению вопроса о записи умножения, следует сначала коснуться нескольких более базовых моментов.

Про цели обучения. Что такое задача в широком смысле? Это когда у вас некая ситуация или история, и вы хотите что-то выяснить, ответить на какой-то интересующий вопрос, или что-то сделать - достичь некую ясно увиденную, но пока ещё недоступную цель. 

  • Есть канава, нужно построить из подручных средств переправу чтобы перейти. Задача. 
  • Есть содержимое холодильника (или деньги + магазин), есть рецепт, вы хотите приготовить например беф-строганов. Задача. 
  • Вы играте в шахматы и наблюдаете ситуацию на доске. Нужно попытаться построить правдоподобные версии о замыслах соперника, придумать что выгодно вам, и сделать ход. Задача. 
  • У вас есть некоторая сумма денег и нужно их распределить по разным вложениям чтобы снизить риски и повысить выгоду. Задача. 
  • Вы делаете ремонт в квартире, и хотите соединить провода так чтобы при включении света в туалете или ванне автоматически включалась и вытяжка. Задача. 
  • Вы рисуете портрет и хотите сделать при помощи своего инструмента (например карандаша) максимально реалистичные глаза. Задача. 
  • Вы планируете поездку на большое расстояние и вам нужно прикинуть на какую сумму денег нужно заправить авто, и сколько времени у вас примерно займет дорога. Задача. 
  • Выборы в стране на носу, вы читаете речи политиков и вам нужно каким-то образом оценить кто из них больше обманывает или приукрашивает или манипулирует, а кто меньше. Задача.

Люди, при взрослении, чтобы хорошо вписаться общество и быть способными организовать себе жизнь, помимо ряда эмоциональных и социальных навыков должны приобрести опыт в достижении ясно видимых целей, в выяснении ответов на осмысленные вопросы или в выяснении бессмысленности самих вопросов, в способности отделять правду от неправды, важное от неважного в конкретной ситуации и принимать решения, стремиться к пониманию и ценить простоту и ясность. Опыт именно в этих вещах и может быть получен при решении задач по математике, физике, химии, биологии и ряда других. Я не утверждаю что на других предметах нельзя этому тренировать, отнюдь - вполне себе можно. Но что я утверждаю, так что в других предметах задачи часто не столь четкие, граница между правдой и ложью не столь явная или объективная, и важное и неважное часто сложнее отделить от друг друга. Именно в смысле тренировок и получения опыта в перечисленных моментах - решение задач по математике, физике, и других естественнонаучных предметах подходит более всего. Это так сказать лучший и наиболее простой тренажер для отточки этих качеств.

Глобальной целью уроков математики и физики не есть заучивание правил раскрытия скобок, формул решения квадратного уравнения, тригонометрических тождеств, законов Ньютона, таблицы Менделеева, закона радиоактивного распада или уравнения состояния идеального газа. Глобальной целью является тренировка в человеке перечисленных выше качеств мышления в разнообразных ситуациях, приобретение опыта в различных моделях мышления… Природа (в виде задач и уравнений математики, физики) даёт отличный тренировочный полигон с разнообразной полосой ментальных препятствий в виде различных тем, законов и задач. Но да, чтобы стать натренированным и опытным в такого рода мышлениях, нужно пройти этот полигон. И да, в Украине сейчас этот полигон не из лучших, и инструктора не из лучших, и за упражнениями и “снарядами” иногда сложно увидеть где их применить, но все же тренировка будет давать результат. И поверьте мне - все без исключения темы школьного курсы полезны и есть где применить и они нужны для развития детей. Темы - да, другое дело, учебники, подборки задач и учителя - тут все по-разному.

Про законы и правила. Мне кажется многие люди (родителя и учителя) путают законы социальные или юридические с законами и правилами математики и физики. И то и другое в нашем языке мы называем одинаковыми словами “закон” и “правило”. Но это совершенно разные вещи. Если социальные правила сложились исторически или культурно, юридические законы придумываются и переписываются - источниками их формулировок являются люди, то источником законов или правил на уроках математики или физики является природа! Мне кажется это очень важный момент для осознания. Правила математики НЕ могут быть спущены постановлением из министерства, НЕ могут быть придуманы методистами, НЕ могут диктоваться прихотью или авторитетом учителя! Они не являются частью культурного наследия нации, нет особых украинских, финских, американских или российских правил или законов математики или физики. Правила математики и физики - это “подсмотренные” у природы образы и зависимости. Эти правила проверяются и оцениваются не учителем, и не авторитетом, не должностью, не научной степенью, не человеком, они проверяются и оцениваются природой. Учитель лишь может помочь подобрать более или менее подходящий пример для этого.

Сама постановка вопроса “Какие математические правила дети должны выучить?” - она глубоко неправильна и ущербна в своей сути. Зачем? Чтобы учитель потом мог проверить зазубренное? Зачем? Это никак не поможет приобретению опыта мышления и опыта решения задач. Это бессмысленно и нужно только для сиюминутной оценки и самоутверждения учителя.

Более корректная постановка вопроса “Какими примерами и задачами нужно заниматься с ребёнком, какие ситуации или вопросы нужно перед ним ставить, чтобы он сам ясно увидел те правила и зависимости? Чтобы ему стало ясно и понятно почему они верны”.

Учитель вообще говоря не должен напирать на детей с вопросом “почему вы не знаете правил”. Учитель должен спросить себя, что он сделал для того, чтобы эти правила стали понятными и ясно видимыми для детей.

Например. Не нужно заставлять детей заучивать “a + b = b + a”. Нужно подумать как с ними заниматься чтобы они это ясно сами увидели. Если детей учить складывать кучки предметов вместе (камешки, карандаши, ...) и дать и время (!), заниматься с ними этим пару месяцев, то они сами заметят, что неважно какую кучку к какой докладывать - количество предметов в результате выйдет всегда одно и то же, что левую кучку взять и должить к правой или наоборот. Или например если у нас есть три кучки предметов, то дети со временем заметят что общее количество предметов не изменяется в зависимости от порядка в каком эти кучки складывать (порядка в каком пересчитывать)..

Например. Не нужно заставлять детей заучивать “a * b = b * a”. Нужно подумать как и чем нужно заниматься с детьми чтобы они ясно увидели что результат умножения не зависит порядка множителей. Для этого удобно выстраивать предметы в прямоугольники и тогда видно что 5 рядов по 4 предмета, это тоже самое что и 4 ряда по 5 предметов.

Например. Не нужно заставлять детей зубрить формулу “расстояние = скорость * время” (а также, как делают у некоторых учителей, сразу три формулы “S = v*t, v = S/t, t = S/v”). Нужно подумать какие проблемы и вопросы нужно перед ними поставить, чтобы эта зависимость стала для них со временем ясной и очевидной. Один из возможных путей такой. Давать два-три месяца текстовые задачи вида “За 1 час машина проезжает столько-то. Сколько она проедет за 5 часов?”. И наоборот “За 7 часов проезжает столько-то. Какое расстояние проедет за один час?”

Замечание. В обсуждениях в фейсбуке некоторые люди высказывались что важен порядок в вычислениях со скоростью. Это чушь. 5 км/ч * 7 ч = 35 км = 7 ч * 5 км/ч. Проблемы могут быть только когда человек бездумно применяет формулу неправильно, например делит вместо того, чтобы умножать.

Замечание. Также в комментариях промелькнуло что-то вроде “в педагогических вузах рассказывают что порядок важен для какой-то науки из высших соображений”. Так вот, что действительно важно, и что нужно доносить детям ещё до школы и во время школы, что бывают действия для которых важен порядок. Классический пример - надевать трусы, а потом штаны, это не тоже самое что штаны, а потом трусы. Классический пример из школьной математики - повороты. Если мы поворачиваем в плоскости, то например повернуть любую фигуру по часовой стрелке на 30 градусов, а потом на 40 = повернуть фигуру сначала на 40, а потом на 30. Но например для поворотов в пространстве это уже не так - результат зависит от порядка (вспомните кубик-рубик). Еще один пример: что выгоднее - сначала получить скидку на 5%, а потом еще на 15% или если у вас уже есть скидка на 15% и к ней будет дополнительная 5%? (подумайте, это классический развод в рекламе). Еще пример: порядок очень важен при управлении - когда есть ряд работ разной сложности и объема, которые нужно в каком-то порядке поручить работникам. Общая длительность будет зависеть от порядка. Важно осознавать сам факт, что бывают действия и ситуации в которых результат очень сильно зависит от порядка в котором эти действия производятся. И что нужно об этом (зависит или не зависит) думать. В обычном школьном умножении обычных чисел результат НЕ зависит от порядка, точка. Я привел выше пример из природы (выкладывание материальных предметов в прямогольники) почему это так.

Как оценивать решения? Что требуется от задачи в реальной жизни? Чтобы ты получил правильный ответ и чтобы смог ясно и понятно объяснить другим как ты его получил и почему он верный. Всё. Позвольте я проведу аналогию. Если детей учат писать сочинения, то насколько сильно на оценку должен влиять почерк? А если запятую забыл поставить? А орфографические ошибки сделал? Возможно за орфографию и стоит незначительно снизить оценку в особых случаях… Но ведь учимся то писать истории? Вы правда считаете адекватным снижение оценки за почерк? Или за цвет ручки? Нет, конечно, если написано настолько неразборчиво что нельзя прочитать, или невидимыми чернилами например, то наверное да… Но а если это просто субъективно неприятный почерк? Или цвет ручки зеленый? Родители, как вы поступите если вашему ребенку существенно снизят оценку за прекрасное сочинение из-за почерка? Назовете это преступлением против ребенка и против творчества? Это именно та проблема, с которой началось это обсуждение. Проблема записи “5 * 4” или “4 * 5” - это проблема “почерка” в математике. И учитель который снижает за такое оценку - преступник или идиот. Без преувеличений. Также как особенности почерка не могут повлиять на содержательность придуманной истории, так же порядок записи сомножителей не может повлиять на решение. Какая цель? Научить каллиграфии или научить сочинять истории? Заметьте, не за орфографию и пунктуацию, а за почерк.

Мы должны определиться ради чего мы учим детей? Ради оценок? Ради способа записи спущенного в методичках из министерства образования? Ради способа записи который субъективно нравится вашему школьному учителю? Ради заучивания кучи формул и правил без понимания откуда они берутся и почему они правильные? Или может быть ради тренировки остроты мышления в различных ситуациях и ради ясности и понимания законов природы.

P. S. Педвузы нужно уничтожить.

10 октября 2016 г.

Бесполезность тренажёров мозга

На сегодняшний день рынок различных тренажёров мозга - digital brain health market - учебных, лечебных и игровых программ, оценивается в более 1 млрд долларов. Создатели подобного рода программ часто утверждают, что регулярные тренировки с их помощью способствуют общему развитию интеллекта и когнитивных способностей. Свежее исследование, опубликованное в октябре 2016 года в журнале Psychological Science in the Public Interest, даёт веские основания полагать что это неправда. Что большинство тренажёров мозга по всей видимости развивают лишь способность успешно проходить эти самые тренажёры, а на интеллект в целом и на успешность в других задачах или сферах деятельности не влияют.

Тренажёры мозга как правило базируются на гипотезе, что тренируя некие навыки на одних задачах, полученное развитие мозга даст эффект при решении других задач - или более сложных или из другой сферы деятельности. То есть, например, что тренировка запоминания синтетических картинок улучшит запоминание стихов или жизненных ситуаций, улучшит память “в целом”. Или например, что игра в шахматы значительным образом развивает мозг и развивает стратегические и управленческие навыки. Или например, что тренировка счёта по разным методикам улучшит аналитическое мышление или способность к восприятию абстракций.

Авторы опубликованного мета-исследования проанализировали около полутора сотен научных работ по теме и сделали вывод что на сегодняшний день отсутствуют данные о связи между синтетической тренировкой мозга различными методиками и общим уровнем интеллекта и когнитивных способностей.

Таким образом, по всей видимости все развиващие или лечебные специфичные методики тренировки мозга не сильно влияют на способности в целом, и на сегодняшний не существует рациональной причины уделять им много времени с ожиданием какого-либо широкого эффекта.

Забавно, что на самом деле существует выявленная взаимосвязь между результатами тестов интеллекта (например “Raven's Progressive Matrices”) и реальной успешностью людей в жизни. То есть умный человек как правило хорошо решает тесты и головоломки. После чего, видимо, многие люди сделали типичную ошибку “correlation is causation” - ошибочно посчитали что если специально тренировать успешно решать тесты и головоломки, то таким образом мы получим умных людей. Это неявное предположение, из-за которого наверное и возник этот миллиардный рынок, оказалось ошибочным. Видимо, это и приводит сейчас к противоречивым отношениям к головоломкам при приёме на работу - появляется все больше людей которые специально натренированы на их решение, и поэтому для них такого рода проверка не позволяет сделать вывод об уровне общего развития и адекватно предсказать успешность, хотя для людей которые специально этому не тренировались - это действительно индикатор.

  1. Do “Brain-Training” Programs Work?
  2. Market Intelligence: Digital Platforms for Brain Training and Cognitive Assessment

12 августа 2016 г.

Освіта: прагнення та очікування батьків

Батькам слід вчитися краще узгоджувати свої прагнення щодо освіти власних дітей зі своїми реальними очікуваннями від їх освітніх досягнень. Для розвитку дітей надзвичайно корисно прагнути їхніх досягнень і ставити перед ними цілі, але важливо не вимагати аж занадто багато, більше ніж діти реально можуть досягти. Очевидне твердження, так? Мені завжди подобається коли досліджують нібито очевидні речі і або спростовують їх, або, як в цьому випадку, підтверджують та надають виважене і точне (наукове) підгрунтя.

Саме вимірюванню впливу прагнень та очікувань батьків на успішність дітей в математиці присвячено свіже дослідження Don't Aim Too High for Your Kids: Parental Overaspiration Undermines Students' Learning in Mathematics (за посиланням анотація, повний текст статті легко гуглиться).

Останні десятиріччя було проведено ряд досліджень які виявили взаємозв'язок між успішністю дітей в освіті та прагненнями їхніх батьків - у сім'ях де батьки прагнули та очікували від дітей кращих результатів діти краще навчалися. У Великобританії наприклад, як наслідок, зробили цілу інформаційну программу серед населення щоб батьки більше мотивували своїх дітей на досягнення. Але всі ці дослідження мали ті чи інші недоліки: 1) не розглядали зміну успішності дітей у часі в залежності від ставлення батьків; 2) не розрізняли відношення прагнення та очікування; 3) аналізували на малих даних, на малих статистично малих кількостях дітей. Імовірно, це перше дослідження позбавлене цих недоліків.

Группа науковців проаналізувала дані по більш ніж 3500 дітей, еволюції їх математичних досягнень з 5 по 10 клас в школах Німеччини (також потім повторили аналіз для групи дітей в США). Окрім тестів з математики для дітей та тестів на когнітивні здібності, проводили регулярне опитування їх батьків - пропонували поставити дві оцінки. Перша оцінка пов’язана з твердженням “Ми хочемо щоб наш син (донька) отримав таку оцінку” та вимірює прагнення (aspiration) батьків щодо успішності дитини. Друга оцінка відповідає на “Ми віримо що наш син (дочка) може отримати таку оцінку” - це є виміром очікування (expectation) батьків щодо успішності своєї дитини.

Що виявили?

1. Існує залежність між підвищенням прагнень батьків та майбутнім підвищенням успішності дитини. Хотіти від дітей успішності та ставити дітям цілі - це покращує досягнення дітей. Взаємозв’язок між прагнення батьків і успішністю дітей працює в обидва боки у часі. Батьки прагнуть і діти потім покращують результати. І навпаки, якщо діти покращують результати, то часто батьки починають прагнути більшого))

АЛЕ

2. Різниця між прагнення батьків та їх реальними очікуваннями має негативний вплив на подальшу успішність дітей. Ситуація коли батьки “хочуть” від дитини більше ніж “очікують” статистично значимо призводить до погіршення успішності.

Також виявили цікавий факт, що більш негативний ефект такі завищені прагнення призводять у дітей з більш елітних шкіл, де середовище і так більш конкурентне та з високими вимогами. А у школах більш низького рівня освіти і вимог це негативне явище не так виражене.

Тож бажайте своїм дітям досягнень, плекайте своє прагнення щоб діти були успішними, але оцінюйте його реалістично, узгоджуйте з можливостями дитини в даний момент.

17 февраля 2016 г.

Мозг - инструкция по правильному использованию

В анонсе этой лекции было задекларировано ни много ни мало, а “чёткий план, как сделать свою жизнь и жизнь окружающих здоровой и полноценной”. Это, на мой взгляд, оказалось довольно сильным преувеличением - услышанное не сложилось у меня в голове в какой-либо “план”. Но, тем не менее, лекция оказалась не только приятной и слушалась с удовольствием - за что отдельное спасибо лекторам, но и довольно богатой на ряд фактов о работе нашего мозга, которые можно обдумывать и принимать во внимание в повседневной жизни - по отношению к себе, анализируя поведение окружающих, при воспитании детей. Что же такого полезного известно учёным о мозге? Какими знаниями о мозге желательно обладать каждому образованному человеку?

Люди - это всего лишь одни из представителей животного мира на этой планете. И наш мозг имеет немало общего с животными других видов. В чём мы похожи на других живых существ и чем отличаемся?

Крайне упрощённый, утрированный и на самом деле неверный взгляд на мозг, но тем не менее иногда используемый для иллюстрации взаимосвязи людей с животными, называется модель триединого мозга. Согласно этой модели удобно выделять в мозге три “слоя”:
  1. Рептилиевый мозг - занимается поддержкой жизненных процессов в организме - дыхание, сердце, ориентировочный рефлекс (рефлекс на новизну); постоянно активен; функциональность не зависит от эмоций и мыслей.
  2. Лимбическая система или мозг млекопитающих - набор участков мозга отвечающих за формирование эмоций, за базовые потребности (4F = fighting, feeding, fleeing, fucking) - драться, кушать, убегать от опасности, размножаться; за первичную обработку информации от органов чувств; за реакцию на стресс.
  3. Неокортекс (neocortex) или новая кора - наиболее развитая у человека часть коры головного мозга.
Рептилиевый мозг есть у всех позвоночных. Лимбическая система проявляется лучше у млекопитающих. А неокортекс развит лишь у высших приматов и лишь у человека занимает большую часть мозга.

Мозг постоянно меняется в результате нашего жизненного опыта. Во-первых меняется мощность контактов между нейронами (долговременная потенциация) - нужные для опыта контакты усиливаются, а неиспользуемые связи - ослабевают. Во-вторых нейроны подвержены изменениям на генетическом уровне - в течении жизни меняется экспрессия генов в клетках мозга, в результате формируются связи между нейронами, которые и наделяют нас различными умениями и навыками.

Навыки и умения


Как же приобретаются умения? К примеру навык катания на лыжах, или навыки счёта. Как правило, формирование любого навыка проходит через 3 этапа:
  1. Попытки. Человек пытается начать делать что-то новое. Активно задействуется префронтальная кора - анализ и обработка информации. Удачные и правильные попытки закрепляются выбросами дофамина.
  2. Повторы. Запоминание, играет роль таламус. Обострение чувств, появляется “ощущение тела” - если речь идёт о спортивных навыках. Большие энергозатраты.
  3. Автоматизация. Формирование нейронных структур в мозге для этого навыка. После того как подходящая нейронная структура построилась, то префронтальная кора уже особо не задействуется, а лишь играет роль выключателя. Человек способен выполнять навык (например, езда на велосипеде) уже не думая или думая о чем-либо другом.

Сколько же длится формирование навыка? Учёные говорят, что уже через 3 недели после начала попыток увеличивается количество рецепторов на нейронах и выбросов медиаторов (дофамина и др.). А через 2-3 месяца уже формируются и укрепляются готовые нейронные структуры. Таким образом, где-то за 70-80 дней в среднем человек может довести до автоматизма любой несложный навык, если будет регулярно заниматься повторениями и тренировкой. Вырабатывать привычки и не бросать занятие на полпути людям психологически намного легче в компании людей занятых тем же - например поэтому популярны спортивные клубы. Отвыкнуть от привычки или зависимости, то есть выработать навык её отсутствия, тоже можно за 2-3 месяца, и тоже большинству людей легче это делать не в одиночку.

Итак, приобрести привычку можно за пару месяцев, а сколько же времени нужно чтобы стать профессионалом в какой-то сфере деятельности? На этот счёт тоже есть приближённая оценка - 10 тысяч часов. Считается, что если человек достаточно настойчив (!) и посвятит оттачиванию мастерства в каком-то деле чистого времени порядка 10 тыс. часов, то, как правило, он станет профессионалом, одним из лучших в этой области.

Кстати, научно-обоснованной при формировании моторных навыков является так называемая визуализация. Визуализация - это когда вместо того, чтобы реально кататься на лыжах, человек пытается себе отчётливо представить свою езду на лыжах. Представить себе, что он видит в процессе спуска, что он чувствует, как он делает повороты, какие мышцы у него напрягаются, а какие расслабляются и т. д. Доказано, что при такой игре воображения, даже если человек спокойно сидит в своём кресле в тепле дома, то активируются такие же самые структуры мозга, как и при реальном катании. Более того, происходит фактическое их обучение и настройка, как и при реальном выполнении действия. Всё точно так же, только намного слабее чем в случае реального действия - на 25% мощности. На сегодняшний день это используется спортсменами в качестве таких себе ментальных тренировок. Также используется при реабилитации после различных травм, инсультов.

Память


Различают недекларативный и декларативный виды долгосрочной памяти. Недекларативная память - это во-первых набор наших навыков - процедурная память, и во-вторых память связанная с сильными эмоциями. Декларативная память - это наши осознаваемые знания, сознательный опыт. Отдельный отдел мозга - гиппокамп, отвечает за переход краткосрочных воспоминаний в долгосрочные. Декларативная память начинает формироваться начиная с 2-3 лет. Какое ваше первое воспоминание? Это и есть декларативная память.

Этапы запоминания:
  1. информация от органов чувств;
  2. кодирование - разложение информации на отдельные потоки (что? где? когда? ...);
  3. краткосрочное хранение;
  4. консолидация (переход из краткосрочной в долгосрочную);
  5. рабочая память + воспроизведение;
  6. долгосрочное хранение;
  7. забывание.

Кстати, каждый раз когда мы что-то вспоминаем память в некотором смысле немножко перезаписывается, постоянно меняется и подстраивается. Поэтому мы каждый раз вспоминаем уже немножко другое, новое воспоминание.

Как эффективно запоминать? Нужно стараться стимулировать процессы на этапах запоминания.

Можно воспринимать факты, образы или события как можно большей информацией от органов чувств. Зрительное восприятие, звуки, запахи, тактильные ощущения… Чем больше информации, тем больше шансов лучше запомнить.

Можно улучшать кодирование. Оно бывает: а) семантическим - примеры, ассоциации; б) фонематическим - рифма, созвучность; в) структурным - визуальная структура. Таким образом, чтобы лучше запомнить что-то нужно обратить внимание на визуальную структуру, на звучание, и подобрать примеры и ассоциации. Также известно что умеренная сложность улучшает кодирование и запоминание. То есть когда информация совсем лёгкая для восприятия - она слабо запоминается, когда совсем сложная - “ничего не понятно”, тоже слабо запоминается… А вот когда сложная, но не слишком - вот это в самый раз.

Консолидация, то есть переход воспоминаний из краткосрочной памяти в долгосрочную, в основном происходит во время нашего сна. Поэтому полноценный сон (8 часов) крайне важен. Более того, обнаружено, что консолидация активнее происходит ближе к утру, когда происходит более интенсивное чередование быстрой и медленной фаз сна. Поэтому и алкоголь, который блокирует фазу быстрого сна, и ряд медицинских препаратов которые искривляют фазы сна - плохо влияют на функции памяти.

Воспроизведение информации, то есть вспоминание, происходит лучше (на 10-20%) при наличии удачных контекстных стимулов - звуков, запахов, визуальных образов. Это известно как эффект Пруста. Это очень используется в маркетинге - чтобы повысить продажи потенциальных покупателей стимулируют чем угодно - и звуками, и картинкой, и запахами. Считается, что самый мощный стимулятор - это запах. Дело в том, что обонятельный нерв идёт сразу в кору мозга, минуя таламус. Информация от всех остальных органов наших чувств сначала поступает в таламус, где происходит первичная обработка, фильтрация, а потом уже частично формируется отклик мозга. Всеми остальными ощущениями в некотором смысле можно управлять, контроллировать эмоции от них. Запах же напрямую идёт через обонятельный нерв в миндалины, где непосредственно формируются эмоции.

Здоровье


Какие наиболее важные компоненты образа жизни для здорового мозга? Есть мнемоническое правило трёх “С”: сон, спорт и секс.

Сон. Известно, что во время сна активность мозга намного больше, чем просто в состоянии покоя когда не спишь. При этом активируются в основном те же группы нейронов что и в течении дня, перед сном. Мозг во сне продолжает активно обучаться и настраиваться. Недосып, даже небольшой - это вредно. По некоторым физиологическим параметрам недосыпание в течении 5 дней примерно эквивалентно отсутствию сна на протяжении 2 суток. Конечно, есть люди-жаворонки и люди-совы. Было бы здорово, чтобы условия труда и рабочие часы подстраивались под тип человека.

Спорт. Известно, что физическая активность повышает эффективность обучения. Механизм примерно такой. Физическая активность увеличивает кровоснабжение мозга, увеличивает синтез факторов роста нейронов и улучшает выработку дофамина и опиатов. Это приводит к уменьшению тревожности, улучшает настроение, поведение человека начинает быть больше направлено на поиск нового. Также верна концепция активного отдыха, смена видов деятельности - это тоже отдых.

Секс. Кортизол - это такой гормон связанный с уровнем стресса. Опыты на мышках показывают, что сразу после единоразового секса уровень кортизола растёт (стресс), но также выделяются факторы роста нейронов, стимулируется рост клеток гиппокампа - то есть память. При регулярном сексе - уровень кортизола нормализуется (стресса уже нет), но при этом для мозга всё по прежнему очень хорошо - нейроны растут, гиппокамп растёт, шипики на синапсах (память) - интенсивно растут. Также проводились опыты с людьми - снимали картинки мозга и меряли параметры во время оргазма. Оргазм - оказывается это очень хорошо. :) Все системы активируются, везде улучшается кровоснабжение. Выделяются дофамин (счастье, ожидание удовольствия) , серотонин (радость) и окситоцин (доверие, привязанность).

Развитие


Как развивается мозг на протяжении жизни человека? Что полезно знать и принимать во внимание при воспитании детей?

Необходимо знать, что есть так называемые окна развития - критические периоды в формировании мозга у детей. Если на протяжении некоторого периода не происходит определённой стимуляции мозга, то мозг деградирует (точнее не формируется) и уже не способен на выполнение некоторых функций в будущем. Например, ставили опыты над котятами - закрывали новорождённым один глаз на один месяц. После того как через месяц повязку снимали, то котёнок оставался слепым на один глаз - мозг уже не мог адаптироваться и восстановить зрение полностью - “поезд ушёл”. С людьми наиболее характерными примерами есть “дети Маугли” - дети, которые в силу обстоятельств некоторый период начального этапа жизни проводили без контактов с другими людьми, в окружении только животных. Ни у одного такого ребёнка Маугли не развились полноценно социальные функции после возвращения к людям, даже несмотря на то, что с ними много занимались.

Итак, на сегодняшний день про детей известно, что развитие их мозга состоит из таких этапов:
  1. Сенсорные функции. Первыми появляются тактильные ощущения. Вторым - слух. Потом - вкус, зрение и обоняние. Критичный период - первые 6 месяцев. К концу первого года жизни - считаются сформированными.
  2. Языковые функции. Критичен первый год жизни. Полностью формируются к 3-5 годам.
  3. Высшие когнитивные функции. Начинают развиваться под конец первого года жизни. Очень активное развитие происходит в периоде 4-6 лет. В целом более-менее формируются к 15-16 годам. Кстати, в период 2-4 года человек имеет наибольшее за свою жизнь количество синапсов в мозге. 

По мнению лекторов - одно из самых полезных занятий в детстве - это занятие музыкой. Очень много органов чувств задействуется, очень много зон мозга активируется. Начиная от слухового анализа, заканчивая смысловым анализом нотных текстов.

Кстати, на многих ресурсах по воспитанию детей муссируется тема создания для маленьких детей так называемой сенсорно-обогащённой среды. Действительно, учёные провели опыт на крысах. Крысы первой группы с момента рождения росли в одиночестве, каждая в пустой клетке. Крысы второй группы росли вместе с родителями, социально, большими группами, при этом в клетке была масса различных “игрушек”. У второй группы была выявлена намного большая плотность синапсов, больше выделялось серотонина, лучшая пространственная и оперативная память, меньшая тревожность и депрессия. О чём говорит этот опыт? Что есстественная социальная среда с возможностями разнообразно познавать мир для развития мозга животного намного лучше, чем исскуственное одиночество и однообразие мира вокруг. Однако лекторам неизвестно ни одного научного исследования по поводу того как именно формировать среду благоприятную для развития, к примеру детей. Все популярные материалы, что есть на эту тему в отношении воспитания детей не имеют научного обоснования. Поэтому просто решайте для своих детей сами.

В подростковом возрасте в мозге происходит важный процесс - обрезка лишних синапсов. Use it or loose it. (!) Все нейронные связи, что длительное время не задействуются - отмирают, как бы за ненадобностью. И наоборот - те связи, что задействуются, усиливаются. Поэтому в подростковом возрасте с одной стороны очень легко приобретать различные навыки, и они потом как правило остаются на долгие годы или на всю жизнь. С другой стороны, если каким-то видом деятельности подросток совсем не занимается, то во взрослом возрасте научиться этому будет значительно сложнее (нужно не просто усилить сигналы или “подстроить” мозг, а потребуется заново нарастить уже “обрезанные” синаптические связи).

С другой стороны обрезка синапсов - это здоровый процесс и его нарушение тоже приводит к патологиям. На сегодняшний день считается, что аутизм - это как раз нарушение синаптической обрезки, когда остаётся слишком много синапсов. Это часто приводит к мега-хорошей (“фотографической”) памяти или к каким-то другим ярко выраженным умениям. Однако при этом теряется способность к ряду высших когнитивных функций.

Дозревание полушарий мозга завершается в 20-22 года. Окончательно формируется префронтальная кора - она управляет разпределением внимания между различными процессами. А управление своим вниманием - это то, что называют силой воли. У подростков она ещё не сформирована. Поэтому подростки более импульсивны в своём поведении, однако часто более творчески и нестандартно мыслят. Также в связи с этой незрелостью коры, у подростков больший риск развитися различных зависимостей - им тяжелее управлять своим вниманием. И, по мнению лекторов, распространённый вопрос “Кем ты хочешь стать?” имеет смысл задавать человеку лишь с 20-22 лет, когда мозг полностью сформирован.

Ведите здоровый образ жизни. Развивайте свой мозг - используйте его. Just use it!

О лекторах


Виктория Кравченко - канд. биол. наук, доцент кафедры физиологии человека и животных КНУ имени Тараса Шевченка

Виктор Комаренко - канд. биол. наук, доцент кафедры физиологии человека и животных КНУ имени Тараса Шевченка

2 февраля 2016 г.

Нейродегенеративные заболевания


Галина Скибо в первый день февраля рассказывала про нейродегенеративные заболевания. Лекция оказалась для меня довольно познавательной, но скучноватой и относительно нелёгкой для восприятия. И неясно какой фактор тут сыграл большую роль - моя усталость и недосып, или всё-таки манера ведения рассказа лекторши. Осталось ощущение, что вынес с лекции до безобразия мало, хотя информации было много. Во-первых, не знаю как кого, а меня крайне морально угнетает, когда лектор временами просто читает со слайдов, пусть даже и интонируя, страницы текста мелким шрифтом. И такие слайды тоже мрачно угнетают. Во-вторых, мне кажется было не совсем ясно для кого это читается. Информации было много, но она было в основном энциклопедического характера - было затронуто большое количество вопросов, но поверхностно - и при этом всё же местами было перегружено специфической терминологией. То есть вроде бы и не совсем чистый научпоп, с другой стороны и никакого погружения или яркой иллюстрации научного результата представлено не было (ну или я не заметил / не понял). Такие вот впечатления. Далее по сути.

Нейродегенеративными заболеваниями называются заболевания для которых характерна гибель нервных клеток, проявляющаяся в различных неврологических симптомах - слабоумии, нарушениях двигательных функций.

В чём они проявляются и почему их крайне сложно диагностировать и пытаться лечить? Дело в том, что наш мозг, в отличие от других органов, обладает уникальным свойством пластичности - он постоянно меняет и перестраивает свою структуру в процессе нашего обучения, развития, иногда в результате травм. Структура синапсов, контактов между нейронами, постоянно меняется - некоторые связи ослабевают, новые наростают - и всё это в непрерывной адаптации к межклеточным сигналам, сигналам от органов чувств. Кстати, за выяснение некоторых конкретных механизмов преобразований сигналов в нервной системе даже Нобеля в 2000 году дали. Так вот, благодаря этой самой пластичности, если что-то немножко не в порядке в каких-то клетках, то мозг часто автоматически подстраивается - другие клетки берут на себя функции нерабочих и вся система продолжает неплохо функционировать, возможно чуть в меньшую мощность, чуть с меньшей эффективностью - и человек просто чуть-чуть хуже соображает, но в целом сохраняет всё многообразие мыслительных и двигательных способностей которые и делают его полноценной личностью. И только лишь уже когда около 50-60% нейронов или связей нарушаются и отмирают, когда уже “совсем поздно лечить”, тогда это проявляется хорошо выраженными внешними симптомами. Это делает очень сложным раннюю диагностику. Также на сегодняшний день практически невозможно лечить эти болезни на стадиях когда уже есть внешние проявления, когда уже погибла большая часть нервной ткани - большинство методов и препаратов лишь смягчают симптомы и делают это ценой разнообразных побочных эффектов.

Сейчас с каждым годом выделяется всё больше и больше денег на исследования в области нейродегенеративных заболеваний. Это направление объявляется одним из главных как в Европе так и в США. Почему так? На сегодняшний день, по статистике, тройка самых распространённых типов заболеваний забирающих жизни людей выглядит так: 1) сердечно-сосудистые; 2) онкология; 3) неврологические. Но цивилизация не стоит на месте, совершенствуется медицина, увеличивается средняя продолжительность жизни. Риск неврологических заболеваний крайне растёт с возрастом. Если учесть темпы изменения статистики и попытаться спрогнозировать картину заболеваний на 30-40 лет вперёд, то на первое место по угрозе выйдут как раз неврологические, на втором окажутся сердечно-сосудистые, и на третьем - онкология. Поэтому повышение внимания к неврологическим заболеваниям и выделение средств на исследования в этой области - это просто логичная попытка хоть как-то подготовиться к недалёкому будущему.

Среди нейродегенеративных заболеваний есть такие типы:
  1. дегенерация коры головного мозга (Альцгеймер, ишемическая деменция, …);
  2. нарушение двигательных функций (Паркинсон, …);
  3. другие (рассеяный склероз, ...).

Болезнь Альцгеймера


Происходит нарушение белковых комплексов в нервных тканях, образование сгустков - “бляшек”. Это приводит к ухудшению и блокированию связей между нейронами. Нейроны без связей, когда становятся одинокими - погибают. Болезнь возрастная, присуща пожилым людям.

Из-за чего это происходит? Насколько я понял никто на сегодняшний день механизма не знает. Лишь установлено ряд разнообразных корелляций между наличием патологии и мутациями в отдельных генах, и ещё кучей различных факторов - начиная от питания и заканчивая окружающей средой и климатом.

Клиническая картина:
  1. Дебют. Изменения в гиппокампе, как следствие - разрушение памяти, часто происходит по закону Рибо - забывание недавних событий при сохранении памяти в отношении произошедших давно.
  2. Начальный период. Утрата спонтанности в психике. Механичность реакций и поведения.
  3. Развернутый период. Нарушение узнавания (агнозия), нарушения речи (афазия), двигательные нарушения (апраксия).
  4. Конечная стадия. Общее слабоумие.

Ранняя диагностика:
  • выявление “бляшек” на позитронно-эмиссионой томографии (ПЭТ) - очень недешёвая штука;
  • цереброспинальная жидкость на анализ;
  • обонятельный тест - оказывается нарушения в мозга часто сразу же приводят к нарушениям обоняния, был разработан специальный тест на различение около 40 запахов;
  • генетический анализ;
  • рисование часов - больные Альцейгеймером не могут нормально нарисовать циферблат с заданным положением стрелок - по степени искажения рисунка судят о серьёзности патологии.

Ещё одна интересная история связана с небольшим колумбийским городом Ярумал, оказалось что большинство его жителей заболевают Альцгеймером в следствие генетической мутации. Учёные расследуют этот случай, даже есть версия что нехорошие гены были занесены испанскими конкистадорами.

Болезнь Паркинсона


В середине мозга есть часть называемая чёрной субстанцией. Гибель выделяющих дофамин нейронов в чёрной субстанции это и есть болезнь Паркинсона. Тоже часто развивается с возрастом.

Из-за чего это происходит? И тут никто не знает. Тоже приводились примеры с разными “корелляциями”.

Диагностика? Снова ПЭТ, обонятельные тесты, и некоторые другие.

Снять симптомы помогают различные стимуляторы дофамина, рецепторов дофамина или его транспорта. Но могут быть очень плохие побочные эффекты на психику.

Рассеянный склероз


У нервных волокон есть миелиновая оболочка. Миелин - это такое жировое образование. Эта оболочка для нервных волокон играет роль изолятора и улучшает проводимость синапсов.

Рассеяный или множественный склероз - это аутоимунное заболевание, когда собственные антитела по ошибке начинают разрушать миелиновую оболочку нервных волокон. Это приводит к значительному уменьшению скорости передачи сигналов - скорость может падать от 400 км/ч (в нормальном состоянии) до 4 км/ч с повреждённой оболочкой. Также образуются “бляшки” и могут разрушаться нейронные связи. В зависимости от очага поражения - ткани головного или спинного мозга - может иметь различные симптомы.

Такое расстройство иммунной системы может возникать после перенесённого в тяжёлой форме вирусного заболевания - гепатита, герпеса и других. В восточных странах мало встречается. Также мало в жарком климате. Больше болеют в холодном климате. Болеют, как правило, люди молодые - от 15 до 40 лет.

Диагностика: МРТ, спинномозговая жидкость - анализ на антитела, офтальмологическая - бывает на фоне патологии ухудшается зрение.

Ресурсы


  1. Слайды этой лекции
  2. Видео Болезнь Альцгеймера 
  3. Видео Болезнь Паркинсона
  4. Видео Рассеяный склероз

О лекторе


Галина Григорьевна Скибо, заслуженый деятель науки и техники Украины, д.м.н., профессор, лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники за 2013 г., лауреат премии НАН Украины им. О. О. Богомольца, руководитель отдела цитологии Института физиологии им. О. О. Богомольца НАН Украины.

30 января 2016 г.

Бессмертие генов, клеток и архетипов

Бессмертие в природе существует и примером организма который может жить бесконечно долго есть маленькая бессмертная медуза Turritopsis dohrnii. Она начинает свою жизнь в виде личинки, потом взрослеет превращаясь в медузу, живёт медузой 20-30 дней после чего снова превращается в личинку и... начинает развитие из личинки заново.

Что же учёные знают о бессмертии? Есть ли что-то вечное в человеческом организме? Можно ли остановить время и убежать от старения? Лекция Виктора Досенко “Бессмертие” состояла из трёх частей: про бессмертие генов; про известные механизмы и особенности старения человека; и про архетипы людей и социальное понимание бессмертия. И, думаю, каждая из частей нашла свою благодарную аудиторию.

Бессмертие генов


В блестящей книжке Ричарда Докинза “Эгоистичный ген”, которую лектор очень рекомендует прочитать всем, сделан акцент на том, что человек - отнюдь не избранное существо, а лишь один из многих населяющих нашу планету видов. И эволюционная, биологическая цель жизни любого существа - это выживание его генов, передача генов потомству. Мы, живые организмы, лишь контейнер для генов, для выживания нашего генетического кода на многие годы, сквозь века и тысячелетия, сквозь многие поколения организмов, что были нашими предками и будут нашими потомками.

Чем начал отличатся человек от животных, так это тем, что с развитием цивилизаций начал передавать потомству не только гены, но и элементы своей культуры, знания, идеи - так называемые мемы, - они тоже как и гены путешествуют сквозь многие поколения.

Почему же корректно говорить о бессмертии генов, ведь они же постоянно мутируют и меняются, не правда ли? Одним из самых фееричных заблуждений ХХ века оказалось предположение о том, что у организмов разных видов, даже близкородственных, должны быть сильно отличающиеся гены. Когда стало возможным проводить сравнение генов выяснилось, что не только близкородственные организмы имеют удивительно похожий генетический код, но и в генах всех живых организмов на Земле есть много общего. У всех живых форм на планете - животных, растений, грибов и бактерий - около 20% генетического кода совпадает. Если же говорить об эукариотах, живых организмах из клеток имеющих ядра (животные, растения и грибы), то более 50% генома у всех совершенно одинаково и имеет давнее происхождение - передалось в неизменном виде от древних форм жизни. То есть, технически, люди на половину ничем не отличаются к примеру от тех же грибов. Даже если считать просто по количеству информации, по длине ДНК, то например геном человека всего лишь в 4 раза длинее генома ланцетника, примитивного хордового морского животного.

Исходя из подобных данных, сегодня в науке считается верным предположение, что все известные живые формы произошли от одного общего предка - первой живой формы на нашей планете на основе ДНК и протеинов - этого прародителя всего живого учёные называют LUCA (Last Universal Common Ancestor - Последний всеобщий предок). По современным оценкам LUCA жил на нашей планете около 3,5 млрд лет назад. Тем более удивительно, что большая часть его генома была передана в почти неизменном виде через миллионы поколений современным существам. В масштабе истории жизни на нашей планете, и уж тем более в масштабе жизни отдельного человека, гены действительно обладают бессмертием.

Одним из известных примеров генетического механизма оказавшегося одинаковым у всех растений и животных являются так называемые гомеозисные гены или НОХ-гены. Это группа генов которые отвечают за строительство организма по заданному плану в процессе его эмбрионального развития. План устройства организма кодируется в другом фрагменте ДНК - разном для разных существ, а эти гены, одинаковые у всех, строят тело по заданной “программе”. Они одинаковы и у растений, и у мышей, и у человека. Именно они контролируют где у зародыша появится голова, где лёгкое и печень, а где ноги или хвост. Любое малое нарушение в этих генах может повлечь за собой сбои в “конструкции” - к примеру учёные получали в опытах мух с лапами растущими из глаз или мух с других количеством крыльев.

Есть некое сходство, не только поэтическое а и в генетическом смысле тоже, между эмбриональным развитием всех живых организмов на Земле. И человеческий зародыш на пуповине растущий из плаценты матери в чём-то подобен цветку растущему из корневой системы растения. :)

Старение


Большинство живых организмов на планете стареют. Есть редкие исключения - как та медуза из начала статьи. Учёные работают над базой данных особенностей старения у разных существ - AnAge. Там же можно посмотреть короткий список организмов про которых известно, что они почти не стареют - Species with Negligible Senescence.

Старение - это процес когда способность приспосабливаться у организма со временем снижается, а вероятность ассоциированных с возрастом болезней и смерти увеличивается. Старение - это процес настроенный эволюцией, и вряд ли людям получится его избежать полностью и стать бессмертными. Но можно стремиться к тому, чтобы старение было более “здоровым”, более легко переносилось - чтобы наши способности со временем не ухудшались, и чтобы мы с возрастом болели не больше обычного. Продлить жизнь и, главное, сделать жизнь в старости более здоровой и полноценной - именно на это направлены усилия исследователей в этой области. От чего же мы стареем? Что известно учёным и какие теории есть на этот счёт? Какие факторы влияют на риск развития ассоциированных с возрастом болезней и как их можно постараться избежать?

Основной вопрос, который волновал учёных середины ХХ века - “Старение присуще каждой клетке живого организма или же это свойство организма в целом?”. Несколько раз на протяжении недавней истории учёные заблуждались на этот счёт, то считая клетки бессмертными, а старение - особенностью всего организма, то наоборот - считая, что стареют только лишь клетки. На сегодняшний день известно что верно и то и другое - каждая клетка сама по себе в некотором смысле стареет, и параллельно есть механизмы старения на уровне всего организма. Соотвественно, существует два основных направления исследований: 1) изучение старения отдельных клеток - молекулярно-генетические теории старения и 2) механизмы старения организма в целом - нейро-эндокринные теории.

Старение - это хорошая штука придуманная эволюцией для сохранения генома. Мутагенные факторы на протяжении жизни клетки представляют опасность для генов. Если брать соматические клетки, то оказывается что они не могут делиться бесконечное число раз. Леонард Хейфлик в 60х годах ХХ века выяснил, что примерно после 50-60 делений клетка перестаёт делиться, проявляет признаки старения и, в конце концов, умирает. У хромосом в клетках есть небольшие хвостики - теломеры, которые при каждом делении становятся немного короче. Когда длина теломеры падает до нуля - клетка теряет способность делиться. В гаметах, клетках участвующих в половом размножении, теломеры не укорачиваются, и эти клетки бессмертны - способны жить вечно. Оказывается, есть особый фермент - теломераза, который способен достраивать нуклеотиды на хвостах хромосом, то есть “чинить” теломеры, таким образом обеспечивая бесконечное количество делений. За объяснение этого механизма группе учёных в 2009 году дали Нобелевскую премию.

В отношении старения организма в целом на сегодняшний день выяснено несколько аспектов. Гормональная чувствительность гипоталамуса уменьшается с возрастом. Это вызывает, в частности, менопаузу у женщин со всеми вытекающими хорошими и не очень последствиями. Также с возрастом уменьшается выработка и концентрация нейропептида орексина, который играет центральную роль в углеводном и энергетическом обменных процессах - это влияет на чувствительность к глюкозе и способность эффективно осуществлять перенос энергии в организме.

Отдельного упоминания заслуживают эпигенетические механизмы, то есть механизмы приобретения особых “надстроек” над генами (эпигенетических маркеров) способных передаваться по наследству. Исследования последних лет показывают, что большинство эпигенетических особенностей приобретённых родителями на протяжении жизни стираются из генома будущего ребёнка при зачатии - образовании зиготы и её раннем развитии. Но на стадии когда в утробе матери уже образуется эмбрион - его соматические клетки приобретают новые эпигенетические маркеры, это называется эпигенетическим репрограммированием и образ жизни матери на этом этапе и её питание оказывают прямое влияние на формирование особенностей генетики будущего ребёнка. Более того, на последних стадиях эмбрионального развития эпигенетически программируются гаметы - половые клетки ребёнка, что скажется на уже его потомстве. Рацион питания и образ жизни на всём протяжении беременности - это важно!

Вернёмся к старению и поговорим о патологиях связанных с возрастом. Почему люди в старости болеют больше и что делать чтобы этого избежать? Возникновение большинства патологий связано с воздействием различных внешних факторов - например, температуры окружающей среды, или процентного содержания кислорода в воздухе. У каждого внешнего фактора есть некий оптимальный для человека диапазон. Длительное воздействие фактора вне этого диапазона (недостаточное воздействие или чрезмерное) часто и приводит к патологиям. Эволюционно мы приспоблены к воздействию многих внешних патогенных факторов. В процессе своего развития, человечество создаёт для себя всё более “мягкие” и “тепличные” условия, и уменьшение интенсивности влияния некоторых факторов и является, по мнению лектора, причиной большинства болезней цивилизации. Виктор Досенко выделяет следующие 4 основные причины возрастных и цивилизационных болезней: 1) отсутствие голодания; 2) уменьшение физических нагрузок; 3) уменьшение воздействия ксенобиотиков растительного происхождения; 4) отсутствие переохлаждения и перегревания.

1.

Постоянное переедание или отсутствие голодания приводит к блокировке аутофагии, а это влечёт за собой накопление в клетках повреждённых протеинов, органелл и, в конечном счёте, приводит к эндокринно-обменным нарушениям.

Одна из ключевых ролей в процессах клеточного старения принадлежит протеину mTOR. Своим названием (mTOR = mechanistic target of rapamycin = мишень рапамицина) этот протеин обязан другому веществу - рапамицину, открытому в 70х годах ХХ века на острове Пасхи в качестве продукта жизнедеятельности одной из проживающих там бактерий. Рапамицин способен регулировать и блокировать mTOR, что приводит увеличению продолжительности жизни клеток, а также позволяет исскуственно стимулировать процессы аутофагии. В результате нескольких десятилетий исследований на основе рапамицина начали выпускаться официально одобренные медицинские препараты. Кроме увеличения продолжительности клеточной жизни они также оказывают положительное влияние в плане когнитивных функций, риска развития болезни Альцгеймера, рака, заболеваний почек, сердца и аутоимунных. Есть и побочные эффекты - некоторая деградация имунной системы и повышенный риск развития диабета второго типа. На сегодняшний день исследования связанные с mTOR и рапамицином активно продолжаются.

2.

Недостаток физических нагрузок приводит к уменьшению экспрессии генов которые отвечают за адаптацию к недостатку кислорода - гипоксии, что в свою очередь приводит к нарушениям транспорта глюкозы в организме, нарушениям антиоксидантной защиты и другим патологиям.

3.

Ксенобиотиками называют чуждые для нашего организма вещества, часто попадающие извне и токсичные. В нашем организме имеется ряд систем под общим названием ксенобиотический метаболизм, предназначенных для обезвреживания и выведения токсичных веществ. В нём учавствуют печень, почки и ряд других органов. Этот метаболизм регулируется экспрессией определённых генов. Нарушения в этих процессах приводят к неспособности организма обезвреживать вредные вещества, к разнообразным эндокринным и аллергическим заболеваниям. Оказывается, что ключевую роль для “тренировки” ксенобиотического метаболизма и поддержания его в здоровом состоянии играет растительная пища. Растения содержат различные токсины, ксенобиотики растительного происхождения, для защиты себя от поедания. Когда у человека в рационе достаточно растительной пищи, то он получает вместе с едой достаточно этих токсинов и организм постоянно их обнаруживает, обезвреживает и выводит, системы отвечающие за это постоянно находятся “в тонусе” и в любой момент готовы обезвреживать и другие вещества. Если же растительной пищи недостаточно (держим себя постоянно только на макаронах, мясе, и пирожных), то системы ксенобиотического метаболизма со временем деградируют, что и приводит упомянутым выше патологиям.

Тут также уже есть медицинские препараты помимо прочего компенсирующие недостаток растительной пищи (ксенобиотиков). Одно таких из веществ разработано в Киеве - кверцитин, есть на рынке под несколькими торговыми марками.

4.

Ну, и последнее, надо закаляться и ходить в баню :) - время от времени подвергать свой организм переохлаждению и перегреву. Это способствует поддержанию в тонусе системы терморегуляции, отсутствию нарушений в работе гипоталамуса и гипофиза, отсутствию вегетативных патологий.

Бессмертие архетипов

“Не только живые, но и мёртвые играют значительную роль в жизни любого народа. Они творцы его морали и неосознанные двигатели его поведения” - Гюстав Ле Бон.

В каждом социуме есть свои характерные образы, являющиеся частью культуры - к примеру касты в Индии или же распределение ролей в любой достаточно большой группе людей на лидера-льва, жреца-грифа, козла отпущения, рабочую лошадку, друга-пса и других. Какие же роли (архетипы) характерны для украинского социума? Лектор выделил такие четыре: 1) рыцарь, характерник - олицетворение благородства и козацкой силы; 2) Иезуит - государственный деятель, комуникатор, холодный в своих расчётах и планах; 3) козак Мамай - спокойный, погружённый в себя фаталист, философ и музыкант и 4) земледелец-гречкосей - трудолюбивый, привязанный к материальным ценностям, к земле (“Я поддерживал этих страусов. Что в этом плохого?” В. Янукович).

Эти архетипы можно найти в каждом поколении людей. Они передаются из поколения в поколение. Их можно проследить в истории. Проблемы народа и социума появляются тогда, когда носители архетипов занимаются не своим делом. Когда козаки Мамаи пашут землю, иезуиты идут воевать, а гречкосеи правят страной. Нужно стремиться быть в жизни на своём месте, не брать на себя того, что тебе не характерно. Проживать жизнь своим архетипом.

Литература и ресурсы

  1. Ричард Докинз. Эгоистичный ген.
  2. Евгений Кунин. Логика случая.
  3. Слайды этой лекции
  4. Видео Віктор Досенко про старіння


О лекторе


Виктор Досенко - д.м.н., профессор, заведующий отделом общей и молекулярной патофизиологии Института физиологии им. О. О. Богомольца НАН Украины, сооснователь my.science.ua и molecula.club.

16 декабря 2015 г.

Мозг изнутри - современные методы исследования

Был на лекции Павла Билана "Мозг изнутри - современные методы исследования". Он по образованию физик, но уже около 30 лет занимается изучением мозга в институте им. Богомольца, и преподаёт в КПИ. Понравилось. Это здорово, что уже сделано в этой области науки и что ожидается в ближайшей перспективе.

Человеческий мозг - очень сложная система. 86 млрд нейронов, триллионы связей между ними. Как понять что происходит внутри? На данный момент передовой край исследований про структуру и функциональные особенности мозга - это ряд лабораторий США и Human Brain Project (https://www.humanbrainproject.eu/). Это проект ставящий своей целью построить модель мозга человека, ну если не человека, то пока хотя бы мышки. С мышью тоже все непросто - порядка 70 млн нейронов.

Почему мозг сложно исследовать? Во-первых он внутри черепа. Сложно "докапываться". Во-вторых - это оптически непрозрачная среда. Обычные микроскопы слабо полезны. В третьих - очень сложная структура - от клетки (нейрона) размером порядка 1 мкм может уходить ответвление длиной порядка 1 см. И оно всё там переплетается, состыковывается, упаковывается, спрессовывается в невообразимые конфигурации.

В начале биологи пытались подкрашивать определённые молекулы флуоресцентными красками, потом светить на мозговые клетки - подкрашенные молекулы будут светиться каким-то другим цветом, и можно будет смотреть что с теми молекулами происходит. Поскольку молекула типичного белка в среднем примерно в 1000 раз тяжелее молекулы типичного "красителя" которая к нему цепляется, то есть уверенность что подкрашивание не сильно влиет на динамику исследуемых процессов. Однако это сложно - нужно каким-то образом вводить краситель, проблемы с подкрашиванием не только нужного белка а и "чего попало" что было рядом... Прорыв произошёл в связи с развитием генетики. Появилась возможность точечной генной модификации организмов... В результате теперь у ученых есть возможность добавить в генетический код, рядом с фрагментом отвечающим за синтез интересующего белка, кусочек кода отвечающий за создание молекулы красителя и тогда уже в живом организме совершенно есстественным образом будет из ДНК синтезироваться нужный белок уже сразу с прикреплённой к нему молекулой красителя. Это позволяет проводить очень точечные исследования по интересующим белкам. Также это, к примеру, позволяет вывести породу мышек (или любых других существ с ДНК) которые будут светиться в темноте зелёным при облучении их фиолетовым. Показывали фотки. Забавно :)

Когда что-то изучаешь, всегда стоит попробовать вначале разобраться с чем-то простым, а уже потом переходить к сложному. Простым, в контексте изучения мозга, оказались червячки Caenorhabditis elegans (https://en.wikipedia.org/wiki/Caenorhabditis_elegans) организм которых состоит из порядка 900 клеток, из которых нервная система ("мозг") составляет треть, то есть около 300 клеток. Что удивительно, но даже существа с такой совершенно тривиальной нервной системой проявляют признаки социального поведения. На сегодняшний день создана полная и точная (с точностью до молекулы) модель нервной системы этого червячка. То есть с точки зрения структуры узнали всё. Даже сайт есть - "Червячок с открытым кодом" http://www.openworm.org/. :) Но несмотря на такое полное структурное знание, остаётся ещё ряд открытых вопросов по функционированию и поведению этой относительно простой системы. Что же говорить о более сложных организмах.

Далее за дело взялись физики. Первое что они сделали - выяснили что мешает смотреть на мозг в микроскоп. Человек, мышка, большинство других существ - это по сути растворы белковых структур в воде. Что же мешает им быть прозрачными? Почему нам сложно использовать оптический микроскоп? Оказалось, что это из-за липидов, то есть жировых молекул. Если взять мозг той же мыши и подействовать на него веществами расщепляющими жиры, то получается почти совершенно прозрачная субстанция (показывали фотки, странно выглядит))) структуру которой можно затем изучать другими методами и смотреть на мозг в целом. Так появились трехмерные измерения мозга мышек. Также, в результате почти 30-летнего прогресса появились автоматические устройства в которые можно положить мозг, оно там его обработает, порежет на слои толщиной порядка 10 микрон и отсканирует и выдаст на выходе несколько террабайт фото таких срезов, из которых потом на компьютере можно пытаться лепить трёхмерную реконструкцию.

Что ещё прикольного и сделали физики на пару с биологами? За последние 10 лет они создали новую науку - оптогенетику. Началось всё с замечательного наблюдения... Чашка Петри, культура определённых бактерий, с одной стороны чашки включают свет и... бактерии все тикают подальше от света на другую сторону чашки. Каким образом?! У бактерий нет органов чувств, нет нервной системы, как у них получается поведенчески реагировать на свет? Оказалось, у тех бактерий в мембранах есть особенные молекулы которые реагируют на кванты света открывая внутри себя канал для протекания ионов, то есть создавая электрический ток. Выяснение этого факта получило ошеломяющее применение. А давайте, сказали физики, встроим эти фотоэлектрические молекулы в нейроны и тогда, мы сможем генерировать в нейронах электрический ток просто посветив на них, то есть сможем управлять нейронами при помощи света! А давайте при помощи генной модификации заставим организм вырабатывать нейроны с такими молекулами, которые будут реагировать на свет. Такое действительно было сделано и делается сейчас в мире. На червячках, на мышках. Показывали видео мышек с "оптическим интерфейсом" для мозга - для мозга мышки сделана микросхемка, которая по команде с компьютера светит лазером на клетки мозга и они активируются. В завимости от того на какие клетки мозга светят, то можно заставить мышку испытывать боль, заставить её бегать или дать команду остановиться. Также, к примеру, можно управлять взлётом подопытных мух...

На данный момент эти исследования по оптогенетике и управлению мозгом пошли в несколько разных направлений, одно из которых - это оптическое управление культурами мышечных клеток. Сейчас, кажется в Стенфорде, делают микро-робота из выращенной культуры мышечных клеток в оболочке, который может "ходить" за счёт разнообразного сокращения этих клеток под управлением контроллера... Этого микро-робота планируют использовать в диагностике запуская внутрь организма человека, например для прогулки внутри сосудов... В общем proof of concept осуществлён и остался небольшой количественный скачок в сторону киборгов :)

Управление живыми нейронами открывает как широкие возможности по точечному изучению функционирования мозга с одной стороны, так и по различным медицинским применениям, к примеру блокировка хронических или фантомных болей, протезирование и восстановление управлением конечностями, проводятся исследования по болезни Паркинсона...

Как сказал Павел Билан, у нас в Украине это тоже всё умеют делать и в плане образованности не отстают от зарубежных коллег, но конечно исследования проводятся в микромасштабах... соотвественно уровням финансирования, большей частью за счёт помощи из-за рубежа.

Ресурсы

  1. Слайды этой лекции