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.