Нейропластичность: как меняется наш мозг на протяжении жизни. Новый взгляд на старение мозга

Как часто раньше мы слышали фразу, что нервные клетки не восстанавливаются. В 1913 году испанский врач, лауреат Нобелевской премии и основоположник нейробиологии Сантьяго Рамон-и-Кахаль подтвердил эту фразу: «У взрослого человека нервные пути представляют собой нечто фиксированное, законченное и неизменное. Все может умереть, но ничто не может возродиться». И это утверждение сохранялось в нашей науке долгие годы, пока в 60-х годах прошлого столетия не стали более прицельно исследовать мозг.

Открытие нейропластичности

И наукой было доказано, что наш мозг обладает «нейропластичностью», то есть нейроны головного мозга умеют изменять свою структуру и функцию. И что если одни нейроны «умирают», то их место могут заменить другие, взяв на себя их функцию или могут появиться новые нейроны даже во взрослом состоянии.

Баланс между потерей и восстановлением нервных клеток

Хотя и сейчас все еще верно утверждение, что «нервные клетки не восстанавливаются», потому что с возрастом их становится все меньше и меньше, что и создает проблемы с памятью, отсюда и болезнь Альцгеймера, жить приходится «в замедленном темпе», потому что скорость реакции становится медленнее и приходится все вспоминать дольше, чем в молодом возрасте.

К концу прошлого века все же теория «нейропластичности мозга» была доказана окончательно и сейчас принято считать, что мозг взрослого может генерировать новые клетки.

Сегодня в 21 веке широко принято, что нейропластичность — не исключение, а правило. Каждый опыт, будь то увлекательное чтение или сложное математическое уравнение, оставляет свой след в структуре и функции нашего мозга.

Революционные изменения мозга после 40 лет

И вот новые исследования подтверждают, что на пятом десятилетии жизни мозг вступает в период революционных перемещений, и наши сети нейронов становятся более упорядоченными и связанными друг с другом. Так наш организм приспосабливается к «старению» и старается более экономично расходовать быстро истощающиеся ресурсы.

При этом, если мы будем вести активный здоровый образ жизни и жить без вредных привычек, то наш мозг будет дольше поддерживаться в хорошем рабочем состоянии и возрастные изменения можно будет отодвинуть на время даже в пожилом возрасте.

Как работает наша память или что такое синаптическая пластичность?

Синаптическая щель и обмен информацией между нейронами

Синапс- это щель (промежуток) между двумя нейронами, ее называют синаптическая щель. С ее помощью два нейрона обмениваются информацией.

Один из нейронов находится в активном состоянии, другой в пассивном. Активный нейрон выпускает трансмиттеры (нейромедиаторы) в эту щель, которые и сообщают что делать пассивному нейрону. Процесс этот занимает доли секунды, но именно таким способом и связываются около ста миллиардов нейронов в нашем мозге. Симпатическая нейропластичность это и есть то действие между двумя нейронами, которое помогает им быть на связи.

Формирование нейронных сетей и памяти

Так появляются сети нейронов, которые так и связываются между собой. Их еще называют нейросети. Так формируется память или какие-то новые навыки.

Если мы часто повторяем одни и те же действия, то этим самым мы заставляем нейроны чаще и чаще связываться, и образуется прочная новая нейронная связь., тело запоминает эти действия, как пример можно привести, вождение автомобиля, мы ездим на «автомате» и тело легко повторяет знакомые движения.

Если мы редко пользуемся какими-то навыками, приобретенными ранее, то нейронная связь слабеет и мы забывает все, что с этим связано. Например, иностранный язык, который мы учили в школе, но не используем в настоящем времени забудется.

Пластичность целых частей мозга

Однако, необходимо отметить, что пластичными могут быть и целые части мозга. Например, области, которые отвечают за определенные функции могут увеличиваться, или, наоборот, уменьшаться. Есть исследование, которое доказывает, что у водителей гиппокамп, отвечающий за пространственное мышление, с увеличением водительского стажа, только становится больше.

Именно на этом и основан принцип реабилитации мозга после инсульта или любых других травм. Например, если у пациента после инсульта плохо работает левая рука, то ему предлагают начать ей работать, постепенно увеличивая нагрузку на нее. И наш мозг в ответ на это увеличивает область зоны, отвечающей за поврежденную руку, перенося часть управления этой рукой в правое полушарие, т. е. вовлекая в работу здоровые части правой половины мозга.

Таким образом мозг реорганизуется и рука может начать работать благодаря этому, это и есть нейропластичность мозга.

Факторы, влияющие на нейропластичность

Однако не всегда так происходит, потому что нейропластичность зависит от:

• возраста, она выше в молодом возрасте;
• от состояния сосудистой системы, чем активнее мозг снабжается кровью, тем лучше работают нейроны;
• от тренировочного процесса. Чем чаще мы повторяем непривычные для нас действия, тем выше вероятность, что наш мозг из быстрее запомнит, нейроны в этом случае будут соединяться в сети быстрее для выполнения этого действия;
• чем быстрее после инсульта вы начнете тренироваться, тем выше вероятность, что мозг быстрее приспособиться к происходящему, он просто перестанет учитывать поврежденные функции, он будет обходить их;
• нужна самая разнообразная практика и новые начинания, даже если не все получается, всегда стоит пробовать новые дела, ходить новыми дорогами и ездить в разные путешествия. Чем больше новой информации воспринимает мозг, тем он становиться нейропластичнее.

Упражнения на повышение нейропластичности мозга

Все эти упражнения привычные и знакомые нам, но вот способы их выполнения отличные от привычных. Таким образом мы начинаем тренировать мозг, повышаем его тонус и повышаем нашу обучаемость.

1. У кого ведущая правая рука, стоит задействовать левую руку. Можно рисовать, выкладывать мозаику, печатать на компьютере, вышивать, есть, чистить зубы, и даже готовить.
2. Можно закрыть глаза и попробовать что-то сделать ничего не видя. Конечно, не нужно переходить улицу с закрытыми глазами, здесь имеются ввиду совсем простые действия: ужин, зарядка, мытье в ванной или в душе.
3. Менять свои стойкие привычки очень сложно, но попробовать стоит. Необходимо дойти или доехать до работы или прийти с работы непривычным путем. Найдите новый маршрут похода на выходные, новое место для пикника и т. д.
4. Попробуйте ходить «задом наперед», то есть спиной вперед или разглядывайте какие-то предметы в перевернутом виде, пробуйте читать справа налево.

В общем, необходимо делать все, что непривычно для вашего мозга. Это тоже очень развивает мозг.

«Нейропластичность» мозга, выводы из всех исследований

Нейропластичность — это свойство человеческого мозга изменяться под действием опыта, а также восстанавливать утраченные связи после повреждения или в качестве ответа на внешние воздействия.

История термина "нейропластичность

Сам медицинский термин «нейропластичность» был введен польским нейрофизиологом Ежи Конорским где-то в 50-60-е гг прошлого века, но исследовать нейропластичность начали сравнительно недавно.

Все данные по изучению нейропластичности мозга собраны воедино в систематическом обзоре «Мозг пожилого человека менее модульный, более интегрированный и менее эффективный в состоянии покоя: систематический обзор крупномасштабных функциональных сетей мозга в состоянии покоя при старении — Дири — 2023 — Психофизиология — Wiley Online Library». Анализ 144 исследований начиная с 1986 по 2021 гг был сделан австралийскими учеными из Университета Монаш.

Ключевые выводы исследований

Из этого систематического обзора можно сделать следующие выводы:

1. Изменения и перестройка в головном мозге начинают происходить начиная с 40-летнего возраста, на пятом десятке лет.
2. Новая информация в этом возрасте дается более сложно начиная с этого возраста, соответственно, обучаемость чему-то новому тоже падает, как и процесс запоминания новой информации.
3. Нейроны головного мозга также генерируются и могут восстанавливаться, отсюда пошло и выражение «о новых нейронных связях».
4. В головном мозге все нейронные сети упорядочиваются, то есть создают свою «умную сеть» и происходит это все также на пятом десятке лет. Разные части мозга больше работают как «сеть», чем индивидуально и используют уже знакомые установившиеся связи на протяжении всей оставшейся жизни.
5. Наш мозг менее эффективно отдыхает после нагрузки.

Возрастные изменения в работе мозга

Нейробиологи в исследованиях подтвердили этот факт методом сканирования.

В молодом возрасте наш мозг имеет «разрозненные сети с высоким уровнем внутренней связи». Мы благодаря этому в молодости живем в режиме многозадачности: учимся, работаем, можем развивать разные таланты, заниматься спортом, изучать языки и др.

И лишь после 40-летия мозг становится менее быстрым, уже сложнее поддается и запоминается новая информация, и заниматься большим количеством задач нам не под силу, мозг быстрее устает, и даже не связанные с этими задачами части головного мозга тоже устают и требуют «перезагрузки». И еще необходимо все большее время для отдыха.

Мышление к 80 годам становится менее гибким, страдает абстрактное мышление, пожилой человек думает «однобоко», так часто мы и говорим про стариков.

У них проблемы с памятью, слабое числовое мышление и даже иногда привычные и знакомые вещи даются с трудом. Да, задачи в хорошо отработанных процессах или то, что делается «на автомате», все также хорошо удаются и даже скорость их выполнения может вырасти несмотря на преклонный возраст. Но вот новые знания и задачи людям после 40-ка уже не под силу.

Энергетические потребности мозга

Возникает вполне логичный вопрос: «А почему так происходит?». Оказывается, есть такое утверждение, что «наш мозг очень жадный до глюкозы, 2% глюкозы приходится на мозг от остальной массы тела. А мозгу необходимо приблизительно 25% от общего потребления глюкозы». Зачем спрашивается столько глюкозы?

Для того, чтобы была энергия, поскольку глюкоза является главным источником для получения энергии для внутриклеточных систем и для жизни в целом. (A. Peters, U. Schweiger, L. Pellerin, C. Hubold, K.M. Oltmanns, et. al... (2004). The selfish brain: competition for energy resources. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 28, 143-180;)

Распределение глюкозы и энергии

Энергетические потребности организма

Как мы видели ранее, что нам необходима энергия как для внутренних процессов, так и для внешних. Большую часть энергии мы получаем в организме из углеводов, которые при расщеплении до глюкозы, а впоследствии до углекислого газа и воды, идут с выделением и запасанием энергии в виде молекул АТФ и др. макро- и микроэнергетических соединений.

В нашем организме все эти запасы распределяются неравномерно. Мозг обычно использует до 50% всей глюкозы, которая проходит через печень и поступает в кровь. И это количество составляет около 100 грамм глюкозы, что не так уж мало. Это количество и обеспечивает нормальную слаженную работу не только в проведении нервных импульсов, но и для питания клеток головного мозга.

Приблизительно 65 грамм идет на работу нервных импульсов и 35 грамм на питание. Самые энергопотребляющие клетки головного мозга — это нейроны и астроциты.

Нейроны и их функции

У обычного человека около 100 миллиардов нейронов, все нейроны выполняют функцию проводника электрических импульсов. В течение долгого времени нейроны проходят процесс обучения своей функции, и уже эти обученные нейроны соединяются с 1000 других нейронов. Благодаря этому процессу и образуются нейронные сети или связи, благодаря которым и происходит обработка и передача информации мозгом в другие отделы нашего организма.

Астроциты выполняют совсем другую функцию. Это глиальные клетки и они обеспечивают нейроны энергетическими ресурсами. Также астроциты участвуют в борьбе с активными формами кислорода и азота. Астроцитов гораздо больше, чем нейронов и каждый нейрон как бы окружает несколько астроцитов.

Различия в энергетическом метаболизме нейронов и астроцитов

Ввиду того, что по функциям астроциты и нейроны имеют существенное отличие, то и пути использования энергетических ресурсов будут тоже сильно отличаться. При распаде глюкозы образуется «глюкозо-6-фосфат», но вот дальше нейроны отправляют его в цепь метаболических превращений пентозофосфатного пути, а в случает астроцитов идет реакция гликолиза. «И это принципиальное различие нейронов и астроцитов.

Дело в том, что в пентозофосфатном пути образуются предшественники для синтеза нуклеотидов ДНК и РНК , а также восстановительные эквиваленты, необходимые нейрону для регенерации белка антиоксидантной защиты мозга —глутатиона. В ходе же гликолиза образуется большое количество энергии, которая используется в разных биосинтетических процессах как «универсальная валюта». ( Juan P. Bolaños, Angeles Almeida, Salvador Moncada. (2010). Glycolysis: a bioenergetic or a survival pathway?. Trends in Biochemical Sciences. 35, 145-149)

Защитные механизмы нейронов

Нейроны — это очень сложно устроенные клетки, каждый из них выполняет строго определенную роль, и при этом они подвержены «разрушению» или как говорят есть склонность к «поломке в структуре ДНК», они также подвержены действию и окислительного стресса. Чтобы поддержать себя в рабочем состоянии нейроны и используют пентозофосфатный путь, который и помогает репарации поврежденных участков ДНК, и заодно еще и борется с активными формами кислорода.

Астроциты помогают нейронам быть в активном рабочем состоянии за счет обеспечения их всей необходимой энергией, которая получается в реакциях гликолиза. Есть еще один этап в реакциях гликолиза, когда идет образование из глюкозы молочной кислоты (лактата), которая может перемещаться во внеклеточное пространство.

Лактат в нейронах восстанавливается до пирувата, а потом с помощью цикла трикарбоновых кислот через целую цепь реакций получается большое количество молекул АТФ, если быть точнее, то 38 молекул АТФ (они и являются источником энергии). В реакциях гликолиза получается всего 2 молекулы АТФ. А нейронам необходимо именно такое большое количество молекул АТФ для закрытия высоких энергетических затрат.

С точки зрения энергии понятно, а вот что происходит в мозге с возрастом?

Наш мозг и возрастные изменения

Мозг, непрерывно склонный к метаморфозам, становится объектом радикальной перестройки на протяжении жизни. Сантьяго Рамон-и-Кахаль, смело вступивший в дебаты о природе нервных путей, дерзко заявил в 1913 году о фиксированности и неизменности взрослого мозга. Этот постулат, казалось бы, был высечен в камне нейронауки, оставаясь непоколебимым на протяжении десятилетий.

Однако вихрь перемен начал разворачиваться в 1960-х, когда доказательства нейропластичности стали настойчиво пробиваться сквозь общепринятые представления. Нейроны, как выяснилось, не столь неподвижны, как думали ранее, они оказываются способны к изменению своей структуры и функций. Мозг, казалось бы, покорялся новым умениям даже в зрелом возрасте, развивая новые клетки даже тогда, когда век уже перевалил за 40.

Тем не менее, старая школа врачей удерживалась, утверждая, что нейроны не восстанавливаются, а с возрастом их количество неуклонно убывает, что якобы становится причиной проблем с памятью, развития Альцгеймера и иных печальных явлений.

Только в 1990-х окончательно были сметены теории 1910-х, когда исследования категорически доказали, что мозг взрослого человека постоянно обновляется, генерируя новые клетки в процессе жизни. Сегодня широко принято, что нейропластичность — не исключение, а правило.

Революционные изменения мозга после 40 лет

Нейропластичность — это как двуручный меч, способный созидать и разрушать: с одной стороны, она дает нам возможность адаптироваться к новым условиям, с другой — может стать причиной зависимостей и других дурных привычек.

И вот новые исследования подтверждают, что на пятом десятилетии жизни наш мозг вступает в период революционных перемещений. Это переосмысление мозговых схем приводит к тому, что разные нейронные сети становятся тесно связанными и интегрированными. Эти изменения оказывают влияние на наше сознание, заставляя нас воспринимать мир в новом свете.

Мозг, будучи мудрецом-архитектором, перестраивает свои храмы, чтобы соответствовать требованиям времени и собственному изношенному организму. Хорошее питание, активный образ жизни и забота о себе могут замедлить этот процесс, поддерживая мозг в оптимальной форме, даже в пожилом возрасте.

Основные трансформации начинаются именно на пятом десятилетии жизни (то есть после 40 лет). Мозг, становясь менее модульным, предпочитает интеграцию и связанность, что влечет за собой усложнение усвоения новой информации и другие изменения. Но несмотря на это, нейроны всё так же продолжают свое творчество, генерируя и восстанавливаясь, несмотря на бушующий в них процесс перемен.

Возрастные изменения в структуре нейронных сетей

В раннем возрасте, в наши подростковые и юношеские годы, мозг, кажется, имеет множество отдельных, но тесно связанных сетей, где каждая часть способна к специализированной обработке информации. Этот период отражает нашу молодость и способность многозадачности, когда мы можем одновременно заниматься разными делами практически не уставая.

Однако, примерно к нашим 40 годам, мозг начинает меняться. Он становится менее связанным внутри отдельных сетей, но более глобально связанным между ними. Мы уже не можем с лёгкостью выполнять десятки различных задач, так как каждый участок мозга влияет на другие, вызывая цепную реакцию и утомление.

Когда мы достигаем 80 лет, мозг уже не обладает региональными специализациями, вместо этого он предпочитает широкие связи и полную интеграцию между различными областями.

Такая «перестройка» оказывает существенное влияние на наше сознание. По словам учёных, пожилые люди, как правило, становятся менее гибкими в своём мышлении, им сложнее формировать новые концепции, у них могут наблюдаться проблемы с абстрактным мышлением.

Эти изменения в мозге начинают проявляться уже в пятом десятилетии жизни, согласно всем исследованиям. Интересно, что задачи, основанные на преимущественно автоматических или хорошо отработанных процессах, менее подвержены влиянию возраста. Это значит, что например, словарный запас и общие знания могут сохраняться или даже немного увеличиваться на протяжении жизни.

Причины и последствия нейропластичности в пожилом возрасте

Почему же происходят эти изменения в нейронных сетях мозга? Здесь есть несколько научных предположений. Ученые отмечают, что мозг — это орган, который требует много энергии. С возрастом наши тела замедляются, и мозг становится менее эффективным, что может быть одной из причин изменений в нейронных связях.

Эти изменения, видимо, призваны помочь мозгу функционировать более эффективно, даже при уменьшении количества доступной энергии. Итак, мозг переживает множество изменений на протяжении жизни, начиная с быстрой организации функциональных сетей в раннем возрасте, проходя через дальнейшее совершенствование до примерно 40-летнего возраста, и заканчивая более глобальной интеграцией в старческий возраст.

Эти изменения не всегда негативны, и могут в некоторых случаях помочь нам сохранять и развивать свои когнитивные способности на протяжении жизни.

Все-таки стоит всегда учиться, учиться и учиться! Именно так можно повысить нейропластичность мозга и хоть чуть замедлить его старение!

Заключение

Наше понимание нейропластичности мозга значительно эволюционировало за последнее столетие. От убеждения в неизменности нервных путей взрослого человека мы пришли к осознанию удивительной способности мозга к изменениям и адаптации на протяжении всей жизни. Исследования показывают, что мозг продолжает развиваться и после 40 лет, становясь более интегрированным и эффективным в использовании своих ресурсов.

Хотя с возрастом мозг действительно сталкивается с определенными трудностями, такими как снижение скорости обработки информации и сложности с усвоением новых знаний, он также приобретает новые преимущества. Более глубокая интеграция нейронных сетей может способствовать лучшему пониманию сложных концепций и более эффективному использованию накопленного опыта.

Ключом к поддержанию здоровья мозга в любом возрасте является постоянная стимуляция через обучение, физическую активность и здоровый образ жизни. Понимание процессов нейропластичности дает нам возможность активно влиять на состояние нашего мозга, замедляя негативные возрастные изменения и поддерживая когнитивные функции на высоком уровне долгие годы.

Актуальные вопросы

Что такое нейропластичность и когда это понятие стало общепринятым в науке?

Ответ: Нейропластичность — это способность мозга изменять свою структуру и функции в ответ на опыт и внешние воздействия. Хотя термин был введен в 50-60-е годы XX века, общепринятым в науке это понятие стало только к концу 1990-х годов, когда было окончательно доказано, что мозг взрослого человека способен генерировать новые нейроны и перестраивать нейронные связи.

Какие основные изменения происходят в мозге после 40 лет?

После 40 лет мозг начинает становиться менее модульным и более интегрированным. Нейронные сети становятся более упорядоченными и взаимосвязанными. Это приводит к снижению способности к многозадачности и более медленному усвоению новой информации, но может улучшить способность к комплексному анализу и использованию накопленного опыта.

Как можно поддерживать нейропластичность мозга в пожилом возрасте?

Поддерживать нейропластичность мозга можно через постоянное обучение новому, физическую активность, здоровый образ жизни и отказ от вредных привычек. Важно регулярно выполнять упражнения на развитие мозга, такие как решение головоломок, изучение новых навыков, чтение, а также поддерживать социальные связи и заниматься творческой деятельностью. Все это стимулирует образование новых нейронных связей и поддерживает когнитивные функции на высоком уровне.