Почему сон и движение так важны для нашего мозга: интервью Аси Казанцевой
Текст: Дарья Раздумина
Почему нет биологического смысла учиться утром? Можно ли сказать, что наша личность обусловлена индивидуальной микроархитектурой мозга и почему образ жизни играет важнейшую роль для формирования новых нейронных связей?
Ася Казанцева. Фото: Анна Сетина
Любовь, память, решения — все это рождается внутри нашего мозга. То, что мы используем его лишь на 10%, не более чем миф — об этом научный журналист Ася Казанцева писала еще в своей первой книге. В 2019 году она выпустила уже третью — «Мозг материален», в которой подробно рассказывает о нашем главном рабочем инструменте.
Кто на самом деле принимает решения: мозг или «я»? «Я» тождественно мозгу?
Ася Казанцева: У нейробиолога Дика Свааба есть научно-популярная книжка, которая называется «Мы — это наш мозг». Это абсолютно исчерпывающий ответ. Любые наши мысли, эмоции, решения — результат активности конкретных нейронных контуров. Часто их можно найти, иногда на них можно повлиять.
Например?
Ася Казанцева: Самая впечатляющая история, по-моему, про «клетки концепций». Это нейроны в гиппокампе (зоне мозга, связанной с памятью), отвечающие за распознавание конкретных образов. Допустим, вы находите у человека «нейрон принца Уильяма» и наблюдаете, как его электрическая активность повышается в любых ситуациях, связанных с распознаванием образа принца Уильяма. Когда человек видит его фотографию. Слышит, как произносят это словосочетание. Видит его написанным. Просто перебирает в памяти членов королевской семьи. При этом клетка не активируется в ответ на предъявление портретов других людей — для них есть свои нейроны.
Нейрон принца Уильяма находится в одном и том же месте у всех людей?
Ася Казанцева: Нет, конечно. Смотря какие клетки взяли на себя распознавание его образа в момент, когда человек впервые с ним столкнулся. Собственно, это единичные находки: у одного испытуемого идентифицируют нейрон принца Уильяма, у другого — нейрон Дженнифер Энистон, у третьего — нейрон магистра Йоды. Чтобы их найти, надо вживить электроды в мозг, а это всегда делается только по медицинским показаниям, обычно при подготовке к хирургическому лечению эпилепсии. И уже тогда, когда вы вживили человеку электроды туда, куда нужно с точки зрения будущей операции, вы предлагаете ему поучаствовать в эксперименте и показываете кучу картинок в надежде установить функции этих конкретных нейронов. Иногда получается. Хотя мы не знаем, отвечает ли этот нейрон только за образ принца Уильяма, и уж точно это не единственный нейрон, который за него отвечает.
Тогда почему это важно?
Ася Казанцева: Во-первых, это очень яркая иллюстрация того, что мозг материален: для конкретных образов существуют конкретные клетки. Во-вторых, тут интересно, что эта клетка находится на высоком иерархическом уровне, она обобщает информацию разных модальностей. Это в принципе довольно универсальная история про мозг. Если вы помните, как выглядит классический нейрон из школьного учебника, то у него нарисовано много дендритов (отростков, которые собирают информацию) и всего один аксон, который эту обобщенную информацию передает дальше. Большинство нейронов в мозге действительно устроены так. Они слушают многих подчиненных (скажем, передающих информацию о поле человека, его возрасте, чертах лица) и принимают одно решение (например, «этот человек нам знаком, и это принц Уильям»).
А если подчиненные клетки расходятся во мнении?
Ася Казанцева: Это самая интересная ситуация. Сейчас бурно развивается новая область науки, которая называется нейроэкономика, или нейробиология принятия решений. И, в общем, она говорит нам о том, что разные клетки или даже разные отделы мозга на самом деле постоянно конфликтуют друг с другом, буквально соревнуются, кто кого перекричит.
Этот процесс можно наблюдать на уровне отдельных клеток. Например, для распознавания цветов у нас есть красные и зеленые колбочки. Но проблема в том, что спектры их чувствительности очень сильно перекрываются, то есть, когда вы видите зеленый цвет, то и красные колбочки в этот момент тоже активны. На уровне информации от сетчатки невозможно точно сказать, какой цвет видит человек и можно ли ему переходить дорогу по пешеходному переходу. Но дальше, на более высоких уровнях обработки зрительной информации в мозге, есть клетки, которые буквально вычитают один сигнал из другого. И уже они с уверенностью говорят: «Сигналы от зеленых колбочек интенсивнее, чем от красных, так что дорогу переходить можно». Или наоборот.
Такие же процессы можно изучать на уровне крупных отделов мозга. Скажем, многие исследователи наблюдают за тем, как люди что-нибудь покупают за настоящие деньги, лежа в томографе. Можно видеть, как прилежащее ядро, «центр удовольствия», активируется тем сильнее, чем больше человеку нравится товар. И одновременно островковая кора, связанная вообще-то с болью и отвращением, активируется тем сильнее, чем более высокую цену запросили исследователи. А медиальная префронтальная кора сопоставляет сигналы от этих областей, и по активности этих отделов мозга исследователи могут уверенно предсказать решение человека до того, как он сам ответил, будет покупать предложенный товар или нет.
То есть человек принимает решения в зависимости от того, какой из отделов его мозга оказался более активным. Чем это обусловлено?
Ася Казанцева: Множеством параметров, конечно. Мозг учитывает объективную информацию от внешней реальности: хороший ли товар, справедливая ли цена. Учитывает текущее функциональное состояние: скажем, голодный человек, разумеется, покупает еду с большей вероятностью, чем сытый. На решение влияет предшествующий опыт, текущее настроение, миллион факторов на самом деле. Поэтому нейроэкономику приятно изучать в лаборатории, когда экспериментальная ситуация максимально упрощена, а в реальной жизни люди все равно ведут себя по-разному, хотя статистически предсказать, какое решение примет большинство, часто оказывается возможным.
Можно ли натренировать себя принимать правильные решения?
Ася Казанцева: В общем, да, в этом смысл любого обучения. Профессионал отличается от любителя как раз тем, что он более эффективно обрабатывает информацию и с большей вероятностью выбирает правильные действия.
Мозг эксперта отличается от мозга новичка?
Ася Казанцева: Да. В принципе это важнейшее открытие нейробиологии XX века — любое обучение анатомически меняет мозг. Долговременная память — это не что иное, как рост новых синапсов, связей между нейронами. Молекулярные механизмы этого процесса изучил Эрик Кандель, получивший за это Нобелевскую премию. Его открытия объясняют, например, почему повторение — мать учения. В нервных клетках действительно должно накопиться достаточно определенных молекул, чтобы они запустили рост новых связей, а количество этих молекул увеличивается каждый раз, когда мы прогоняем электрические импульсы по конкретной нейронной сети. Есть множество подтверждений этого факта в томографических исследованиях на людях. Если взять много людей, сделать снимки их мозга, потом половину из них чему-то обучать, а половину нет, то при следующем исследовании мозга можно зафиксировать реальные изменения плотности серого вещества или толщины коры в тех зонах, которые связаны с этим навыком. Хрестоматийный пример — лондонские таксисты, у которых увеличивается плотность серого вещества в гиппокампе по мере того, как они запоминают карту города.
В вашей новой книге есть целая глава, посвященная молекулам — детекторам совпадений.
Ася Казанцева: Да, потому что они меня очень восхищают. Речь об NMDA-рецепторах. Они находятся в синапсах, зонах контакта между нейронами, регистрируют одновременную активность нейронов и запускают молекулярный каскад, приводящий к формированию новых связей между ними. Это объясняет, почему люди и все остальные живые существа, у которых есть нервная система, так сильно склонны к формированию ассоциаций между событиями, происходящими одновременно. Вот у вас есть нейронная сеть, зафиксировавшая, что вы слышите песенку. И одновременно нейронная сеть, активная потому, что рядом с вами — ваш возлюбленный. Между ними где-то есть контакт. В этой точке контакта срабатывают NMDA-рецепторы. В результате песенка начинает ассоциироваться у вас с возлюбленным.
Какие действия способствуют тому, чтобы более эффективно формировать связи между нейронами?
Ася Казанцева: Важен образ жизни. В первую очередь сон и движение. На выращивание новых синапсов требуется время, и эффективнее всего мозг занимается этим именно во сне. В принципе, по современным представлениям, ключевая функция сна — это именно консолидация воспоминаний, перевод их из кратковременной памяти в долговременную. Во время сна мозг заново рассортировывает дневные впечатления, решает, что из них мы будем запоминать, а что нет. Существует множество экспериментов, демонстрирующих, что лучше всего люди запоминают повторенное непосредственно перед сном и что люди с регулярным недосыпом начинают испытывать довольно серьезные проблемы с памятью. В этом смысле система образования устроена неправильно. В США и Канаде есть целое гражданское движение, призывающее к тому, чтобы начинать школьные занятия попозже, особенно у подростков. У активистов хорошая научная база, но чиновники отказываются сотрудничать: говорят, придется переделывать расписание школьных автобусов.
Что касается движения, здесь все просто: современные люди двигаются гораздо меньше, чем двигались наши предки, и мозг просто не рассчитан на такой пассивный образ жизни и не может полноценно функционировать в таких условиях. Он просто начинает страдать от недостатка кровоснабжения. Во время аэробной нагрузки у нас учащается пульс, к мозгу поступает больше крови, и это позволяет мозгу синтезировать больше молекул, необходимых для формирования новых синапсов. Дети, подростки и молодые взрослые еще как-то справляются, потому что у них достаточно энергии и они обычно могут набрать достаточно физической активности, просто потому что играют, бегают, гуляют, хотя бы даже подметают пол. А вот к сорока годам человек зарабатывает на автомобиль, домработницу и доставку суши на дом, перестает двигаться, и это очень плохо отражается на его когнитивных функциях. Пожилые люди и вовсе попадают в ужасный замкнутый круг: они плохо себя чувствуют, из-за этого не ходят гулять, из-за этого начинают чувствовать себя еще хуже.
Сколько нужно двигаться, чтобы мозг нормально себя чувствовал?
Ася Казанцева: На самом деле не так уж и много. ВОЗ рекомендует 150 минут умеренной физической активности в неделю или 75 минут интенсивной. Если вы полчаса в день по пять дней в неделю ходите пешком или каждую неделю отправляетесь на три пробежки по 25 минут каждая, то с точки зрения кровоснабжения мозга с вами все в порядке. Но даже если вы не можете набрать столько, важно получать хотя бы сколько-то движения. Меньше — намного лучше, чем ничего. Есть исследования на пожилых людях, показывающие, что 15 минут умеренной физической активности в день увеличивают ожидаемую продолжительность жизни на три года.
Любовь — это тоже результат активности мозга?
Ася Казанцева: Все на свете — результат активности мозга. Но, действительно, нейробиологи довольно активно исследуют романтическую влюбленность. Она интересна тем, что ее прямо видно на томограмме. Если вы берете влюбленного человека, кладете его в томограф и показываете фотографию возлюбленного, то можно наблюдать специфическую, характерную картину активации. В частности, очень активны хвостатое ядро и вентральная область покрышки — это участки системы вознаграждения, которые связаны с предвкушением, мотивацией, стремлением к достижению цели. Антрополог Хелен Фишер отмечает, что картина активации мозга влюбленного человека при виде объекта страсти вообще-то на удивление сильно похожа на картину активации мозга наркомана при виде фотографий наркотика. У всех аддикций есть нечто общее с точки зрения активности мозга, и ряд эволюционных биологов полагают, что наша склонность к формированию аддикций, по крайней мере поведенческих, в принципе заложена в мозге именно для того, чтобы обеспечивать влюбленности.
Но какой эволюционный смысл в том, чтобы человек влюблялся?
Ася Казанцева: Очень большой в этом эволюционный смысл и довольно очевидный. Мы, люди, существа с очень крупным мозгом и, как следствие, с очень долгим детством. Вдобавок мы еще и прямоходящие, и в каком-то смысле все наши младенцы рождаются недоношенными: мозг у них при рождении гораздо менее зрелый, чем даже у детенышей шимпанзе. Наши младенцы требуют очень долгой заботы.
В принципе у шимпанзе тоже есть такая проблема. Самка не заводит нового ребенка, пока не вырастила предыдущего хотя бы лет до четырех, чтобы он мог уже сам находить себе пропитание. И из-за этого шимпанзе очень немногочисленны и все время балансируют на грани вымирания. Рожать ребенка раз в четыре года — это слишком мало для того, чтобы наращивать численность вида в условиях опасной дикой природы.
Предки человека смогли выбраться из этой эволюционной ловушки, по-видимому, как раз потому, что у них появилась любовь. Это клей, который удерживает мужчину рядом с женщиной и побуждает приносить ей еду. В таких условиях шансы на выживание потомства гораздо выше, можно заводить по ребенку в год и в итоге достигнуть численности в 7,5 млрд.
Это подробно разработанная гипотеза. Например, в Веллингтоне есть даже целая лаборатория романтической любви, которая исследует этот феномен с точки зрения разных наук. С одной стороны, антропологам известно, что романтическая любовь есть в большинстве изученных культур. А еще известно, что наличие отца действительно на десятки процентов повышает вероятность выживания детей в современных племенах охотников и собирателей. Есть и всякие чисто биологические аргументы в пользу того, что моногамия, по крайней мере серийная, свойственна нашему виду. Например, у человеческих мужчин гораздо меньше количество спермы, выбрасываемой в ходе эякуляции, чем у шимпанзе, — это значит, что для нашего вида не были характерны «спермовые войны»: ситуация, когда самка в период овуляции спаривается сразу с несколькими самцами и шанс на отцовство получает тот, у кого больше сперматозоидов. А у человеческих женщин есть такой удивительный и редкий в животном мире феномен, как скрытая овуляция: по внешнему виду женщины, в отличие от кошки или от самки шимпанзе, невозможно сказать, способна ли она в данный момент к зачатию. Более того, человеческие женщины могут заниматься сексом и хотеть заниматься сексом на самых разных стадиях цикла и даже во время беременности и лактации. Это потому, что секс нужен нам не только для размножения, но и для поддержания отношений в паре, которые в свою очередь способствуют более эффективному совместному выращиванию потомства.
Последний вопрос. Какое из недавних открытий в нейробиологии показалось вам самым важным и многообещающим с точки зрения улучшения жизни людей?
Ася Казанцева: Если говорить именно о перспективах внедрения научных достижений в практику, то, наверное, следует назвать стартап Neuralink, проект Илона Маска. Они разработали новый вариант электродов для вживления в мозг и робота, который способен аккуратно их вживлять. Конечно, это далеко не первая попытка создания инвазивных интерфейсов «мозг — компьютер». Многие лаборатории в мире работают и над созданием зрительных протезов, трансформирующих изображение с видеокамеры таким образом, чтобы передать его напрямую в мозг слепого человека, и над созданием роботизированных рук, считывающих сигналы с моторной коры парализованного человека и преобразующих эти сигналы в движения, уже довольно точные. Но до последнего времени все упиралось в низкое пространственное разрешение этих систем. Чтобы точно считывать сигналы от мозга или передавать много сигналов в мозг, нужно вживить очень много микроэлектродов в небольшой участок коры. Это чревато механическими травмами, вся система нагревается, живой мозг постоянно изменяется под этими электродами, необходима буквально ежедневная калибровка — очень много технических проблем. Команда Илона Маска разработала очень тонкие полимерные нити, каждая из которых несет 32 золотых электрода. Потенциально это позволяет вживлять на один квадратный сантиметр коры по несколько тысяч электродов и добиваться очень высокой точности передачи сигнала. Пока что технология испытана только на крысах, а статьи о ней доступны только в виде препринтов, то есть это еще не официальное научное открытие из официального научного журнала. Но Маск говорит, что надеется уже в 2020 году перейти к экспериментам по соединению мозга с компьютером, в которых бы участвовали парализованные люди-добровольцы. Если технология окажется хотя бы на четверть так хороша, как авторы описывают во время презентации проекта, то это действительно будет серьезный прорыв как в медицине, так и в исследованиях человеческого мозга.
