Как вырастить новые клетки головного мозга? Бег и мозг: как занятия спортом влияют на функциональные связи

Регулярные занятия бегом дают куда больше, чем укрепление сердца и легких. Перспективные исследования мозга показывают тесную связь между бегом и молодостью, живостью мозга, быстротой мышления.

Более энергичная деятельность "насоса" сердечно-сосудистой системы позволяет кислороду и глюкозе активнее достигать мозга. И когда вы делаете бег свой регулярной привычкой, это дает значительные выгоды организму в долгосрочной перспективе. Все формы упражнений дают энергию для мозга, но исследования показывают, что чем более интенсивны аэробные упражнения, тем больше "выигрыш".

Новые клетки мозга

Бег заставляет расти новые нервные клетки (процесс нейрогенеза), и новые кровеносные сосуды (ангиогенез), говорит Дж. Карсон Смит, доктор философии, доцент в университете штата Мэриленд. "Мы знаем, что нейрогенез и ангиогенез увеличивают объем тканей мозга, которые в противном случае уменьшаются с возрастом", добавляет он. Исследование 2011 года, опубликованное в Трудах Национальной академии наук, показало, что у пожилых людей, которые регулярно бегают, больше объем гиппокампа (области, связанной с обучением и памятью) на 2%, по сравнению с их неактивными сверстниками. Это может не показаться чем-то значительным, но вы должны понимать, что это часть мозга обычно не растет в зрелом возрасте. Более того, в этом случае упражнения выступают как "спасатели" клеток от верной гибели.

Ясность мышления

Бег поможет вам лучше учиться и запоминать новую информацию, и даже потенциально способен предотвратить возрастное слабоумие. Гиппокамп – часть могзга, скрытая под медиальной височной долей, наиболее страдает от нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. В исследовании 2010 года, у взрослых мышей-"бегунов" образовывались новые нейроны, которые помогали им лучше улавливать тонкие различия между формами и цветами, чем "сидячим" грызунам. Более ранние исследования на людях показали аналогичные результаты. Все эти типы когнитивных навыков помогают предотвратить слабоумие.

Регулярные занятия бегом помогают легче справляться с такими функциями, как принятие решений, планирование, организация, "жонглирование" несколькими умственными задачами. В японском исследовании 2010 года люди, которые только что завершили занятия физической активностью, реагировали на психические испытания лучше, чем те, кто этого не делал.

Быстрое напоминание

Будучи активным физически, вы сможете не только лучше запоминать, но и находить нужные факты в памяти, когда захотите. В исследовании пациентов с диагнозом "ранняя стадия болезни Альцгеймера" те, кто регулярно тренировался, могли лучше вспомнить имена известных людей. Сканирование мозга выявило активность в хвостатом ядре, которое находится в средней части мозга, чуть ниже мозолистого тела. Эта область участвует в двигательной функции, но также поддерживает совокупность операций, связанных с памятью, улучшает качество передаваемых нервных сигналов. Это означает, что вы будете иметь отличный доступ к миллиарду деталей, хранимых в закоулках вашего мозга.

Положительные перспективы

Занятия бегом могут быть столь же эффективными, и в некоторых случаях лучше, чем СИОЗС-препараты при лечении депрессии. Эти антидепрессанты влияют на выработку серотонина, улучшая настроение и самоощущение. Оказывается, аэробные упражнения делают то же самое. Причем в исследованиях пациенты, которые были успешно пролечены СИОЗС-препаратами, испытывали рецидив раньше, чем те, кто оставался физически активными.

Напоминаем, что эта неделя посвящена влиянию бега на тело человека и внутренние процессы. Тема сегодняшней статьи - влияние бега на умственные способности человека.

Физическая активность благотворно влияет не только на наше тело, но и на наши когнитивные способности. Многие исследования показали, что физические упражнения в прямом смысле делают нас умнее.

Бег является той искрой, благодаря которой рождаются новые нервные клетки (нейрогенез) и образуются новые кровеносные сосуды (ангиогенез).

Нейрогенез и ангиогенез увеличивают объем мозговых тканей, которые обычно уменьшаются с возрастом. Именно поэтому бег трусцой или хотя бы быстрая ходьба так благотворно влияют на мозговую активность у пожилых людей. В 2011 году исследования, проведенные в Proceedings of the National Academy of Sciences, показали, что у пожилых людей, которые ведут активный образ жизни и занимаются спортом, увеличивается объем гиппокампа - область мозга, которая связана с памятью и способностью к обучению.

Всего несколько дней бега подряд могут привести к росту сотен тысяч новых клеток мозга, которые отвечают за воспроизведение и сортировку воспоминаний (информация не смешивается у вас в голове в одну кучу) — этот навык имеет решающее значение в процессе обучения и других когнитивных заданиях.

Более того, во время бега у вас больше шансов отыскать нужную информацию в своих чертогах памяти. Еще одни исследования показали, что во время бега более активно начинает работать хвостатое ядро, которое расположено в среднем мозге чуть ниже мозолистого тела. Эта область участвует в моторной функции и поддерживает схемы памяти, а бег улучшает сигналы, которые передаются в ячейки памяти, и ваши шансы докопаться до мелких деталей и другой информации значительно возрастают. Так что рекомендуем вам во время бега подумать о задачах, которые вы никак не можете решить.

Кроме вышеперечисленных бонусов к улучшению памяти, концентрации и способности к обучению, бег может оказаться самым действенным лекарством от депрессии. Исследования показали, что его влияние на процессы, запускающие депрессию, сходно с влиянием лекарственных препаратов (антидепрессантов) - они задерживают нейротрансмиттеры (серотонин и норадреналин) в синапсах на более продолжительный период, улучшая настроение.

А еще бег может быть отличным способом осознанной медитации. Причем, у каждого бегуна свой способ. Кто-то сосредотачивается на дыхании или ритме сердца и таким образом полностью очищает свой разум от посторонних мыслей, кто-то начинает созерцать и замечает вокруг себя то, что раньше не бросалось в глаза. Вещи, события и люди начинают восприниматься совершенно по-другому. Кто-то полностью очищает свой мозг от мыслей и остается в полной тишине, а кто-то на бегу пытается решить задачу, которая не давалась целый день и - бинго!- находит решение, которое лежало на поверхности.

Многие люди несмотря на физическую усталость после бега чувствуют всплеск позитивных эмоций и ясность ума. А что чувствуете вы? Бывало ли так, что во время бега вы находили выход из, казалось бы, безвыходной ситуации?

Вероятно, только один вид спорта может называться универсальным – это бег. Именно бег помогает человеку развивать и совершенствовать самые необходимые качества: силу многих , быстроту, работоспособность, волю. Особенно актуальна потребность человека в физической нагрузке в наше время технического прогресса. К сожалению, образ жизни современного человека содействует появлению и развитию сердечных заболеваний, болезней обмена веществ, сосудистой системы. Комфортные условия жизни ведут к мышечной дистрофии, в результате нарушается деятельность самых важных систем организма.

Как бег влияет на здоровье человека

В удобное для вас время принесут организму несомненную пользу:

• укрепление : активная пробежка заставляет сердце усиленно работать, перекачивать около 30 л крови за минуту, в то время как в состоянии покоя объем поступаемой из сердца крови не превышает 4 л в минуту;
• ускорение кровообращения способствует улучшению окислительного процесса жировых клеток, таким образом, бег помогает очистить стенки сосудов от отложений вредного холестерина, что несомненно, поможет защитить себя от развития инфаркта миокарда, стенокардии, гипертонии, атеросклероза, избавит от ожирения;
• бег стимулирует восстановительные процессы (чередуются фазы «утомление» — «отдых»), тем самым происходит замедление естественного старения человека;
• бег помогает укрепить дыхательную систему , увеличить функциональный объем легких. Во время пробежки улучшается процесс снабжения кислородом всех органов и тканей, что способствует нормализации их работы.

Польза бега для головного мозга

Все мы слышали изречение о том, что «нервные клетки не восстанавливаются», и с каждым днем их количество у нас убывает. Новейшие открытия ученых свидетельствуют о том, что процесс регенерации нервных клеток (нейрогенез) возможен, и в силах каждого человека сделать так, чтобы в его мозге регулярно появлялись новые нейроны, а также выживали уже имеющиеся. Помимо нейрогенеза было также обнаружено и экспериментально доказано благотворное влияние бега на ангиогенез – процесс появления новых кровеносных сосудов , питающих клетки мозга.

В целях улучшения скорости и течения нейрогенеза и ангиогенеза, полезно выполнять как регулярные умственные, так и физические упражнения. И здесь на помощь придет бег, поскольку улучшение способствует оптимизации деятельности в гиппокампе – структуре головного мозга, где рождаются новые нейроны. Эти новые элементы играют ключевую роль в процессах запоминания и восприятия информации, они также плотно связаны с эмоциями и памятью.

Пробежки улучшают память

Согласно результатам проведенных исследований, новые нейроны играют более значимую роль в процессе запоминания , нежели чем будучи в комплексе с уже существующими. Исходя из этого, можно предположить, что регулярные занятия бегом улучшают скорость и качество запоминания.

Следующий пример может подтвердить это предположение : группа людей, которые занимались бегом регулярно в течение 4 недель, показали гораздо лучшие результаты в воспроизведении сложных картин на память, нежели чем те, которые не уделяли время физической активности и вели пассивный образ жизни.

Бег убережет от депрессий

Все бегуны отмечают, что пробежки улучшают их настроение и помогают и депрессией. Это связано со следующими факторами:

• физиологический: пробежки могут заменить прием медикаментозных антидепрессантов, поскольку их эффект схож: они помогают задержать и продлить действие таких нейромедиаторов как серотонин и эндорфин, которые и отвечают за приподнятое настроение;
• психологический: улучшая здоровье и , бег приносит в его жизнь радость самосовершенствования. Физическое утомление способствует расслаблению мыслей, своеобразному уходу от тревожащей действительности. Большинство любителей бега отмечают, что во время тренировки происходит особая концентрация внимания, беспокоящие вопросы и проблемы находят свое решение, мозг заряжается творческой энергией.

Бег помогает думать. Многие замечали, что после хорошей пробежки мыслишь особенно четко и ясно. Нейробиологи нашли научное объяснение этим ощущениям. Оказывается, крылатое выражение «нервные клетки не восстанавливаются» не соответствует действительности. На самом деле новые нейроны в организме образуются, и бег - лучший способ запустить этот процесс.

«Во время исследований мы обнаружили, что новые нейроны появляются через 30-40 минут после начала тренировки. Мы также заметили, что бег увеличивает активность в лобной доле, которая отвечает за планирование, концентрацию, постановку целей и тайм-менеджмент», - пояснила президент Американской академии клинической нейропсихологии Карен Постал.

Бег улучшает память. Еще одна область головного мозга, которая активизируется при беге, - это гиппокамп. Она отвечает за память и имеет свойство уменьшаться с возрастом. Но старческой забывчивости можно в буквальном смысле избежать. Результаты экспериментов: у людей, получавших хорошую аэробную нагрузку, гиппокамп за год увеличился в объеме вдвое.

Бег спасает от депрессии. Бегун Монте Дэвис как-то сказал: «Очень сложно бежать и жалеть себя одновременно». Оказалось, в шутке была лишь доля шутки: при беге происходит выброс серотонина и эндорфина, которые называют гормонами радости.

Второй момент психологический: бег улучшает здоровье и фигуру - мысль о самосовершенствовании автоматически делает вас счастливее.

И еще одно: физическое утомление способствует «расслаблению» мыслей. Другими словами: вы слишком устали на тренировке, чтобы переживать из-за проблем.

Бег помогает мозгу«отдохнуть». Это полезное воздействие бега на мышление еще не изучено в достаточной мере. Однако примерная суть такова: во время пробежки разум «блуждает». Внимательность и концентрация - это, конечно, важно. Но для эффективной работы мозгу просто необходимо иногда пребывать и в рассеянном состоянии.

В общем, прав был японский писатель, бегун-любитель и большой мудрец Харуки Мупаками, когда писал : «Я ни о чем конкретном не думаю, бегу себе и бегу. В принципе, когда я бегу, вокруг меня образуется некая пустота. Можно сказать, что я и бегаю-то для того, чтобы оказаться в этой самой пустоте».

Бег развивает логику. Японские ученые доказали: бегуны в два раза быстрее решают логические задачи - как на уровне бытовых забот, так и в сфере бизнеса. Это связано с тем, что регулярные пробежки улучшают работу лобных долей мозга, в ведении которых находятся такие функции, как принятие решений, организация и планирование стратегии.

Эпидемия заболеваний мозга породила ответную реакцию: лучшие ученые всего мира думают, как защитить серое вещество. О том, в каком направлении движется научная мысль, "Огоньку" рассказал крупнейший нейробиолог Григорий Ениколопов

— Григорий Николаевич, кажется, что изучению мозга сегодня посвящена половина научных новостей. С чем связана подобная тенденция?

— Во всем мире наука о мозге выходит по значимости на первое место. Это связано с двумя вещами, во-первых, мозг остается самой сложной и до сих пор непознанной системой живого мира. Во-вторых, эти исследования чрезвычайно важны с социальной и экономической точки зрения. Парадоксальным образом, благодаря успехам современной медицины граница старости отодвигается и из-за этого увеличивается количество нейродегенеративных заболеваний среди пожилых. Одновременно растет количество нервных и нейрологических расстройств среди работающей части населения — депрессии, тяжелые неврозы, наркомания, инсульты, травмы.

Лечение такого количества людей — дорогостоящее удовольствие. Подсчитано, что если не будет сделано каких-то принципиальных открытий, то через 20-30 лет затраты на всего лишь одну болезнь Альцгеймера могут сокрушить систему здравоохранения любой высокоразвитой страны, будь то США, Россия или Япония. Это огромная проблема. А ведь пока мы всерьез не можем остановить не то что тяжелые заболевания, но и "обычное" ухудшение памяти, которое наблюдается с возрастом.

— А какое открытие, с этой точки зрения, кажется вам наиболее значимым в последнее время?

— Сейчас происходит взрывное увеличение открытий и знаний в науке о мозге. Непосредственно в моей области, важнейшее открытие последних лет - неоспоримое доказательство того, что образование нервных клеток во взрослом мозге, то есть нейрогенез, происходит не только во взрослом мозге животных, но и у человека. Довольно долго считалось, что нервные клетки образуются у нас только во время эмбрионального периода, а потом всю жизнь расходуются. Но сегодня блестяще доказано, что процесс появления новых нейронов активно идет у человека как в молодом возрасте, так и в совсем преклонном. Это принципиально важно для понимания работы мозга и для новых идей о терапии заболеваний нервной системы.

— Как происходит появление нейронов? Из чего они рождаются?

— В нашем мозгу есть запас стволовых клеток, которые под воздействием целого каскада реакций и сигналов начинают превращаться в нейроны. При этом в основном нейрогенез идет в двух частях мозга: желудочках и, что может быть наиболее важно, для человека, в гиппокампе - структуре, ответственной за научение и память. Правда, буквально на днях появилась новость, что и в других областях взрослого мозга при инсультах в нейроны может превращаться и другой тип клеток — астроциты. Это очень интересно, так как означает, что у нас есть какой-то клеточный резерв и он включается при повреждении мозга.

— Ваша лаборатория вывела трансгенный тип мышей, у которых ярко светились стволовые клетки мозга. После этого стало отчетливо видно, что в мозге животных действительно растут нервные клетки. А как зафиксировать это у человека?

— Сама идея того, что во взрослом мозге человека могут появляться новые клетки, была предложена 50 лет назад. Но и для животных было трудно доказать, что во взрослом мозге новые клетки способны превращаться именно в нейроны. Принципиально важные работы относительно человека появились только в середине 90-х годов прошлого века. Ученые из Каролинского университета в Швеции работали с больными раком на последней стадии. Добровольцам вводили в организм меченые нуклеотиды, а после смерти анализировали их мозг. Именно так удалось увидеть и доказать, что у взрослых людей в мозге происходит деление клеток, большая часть из которых превращается в нейроны. В течение последующих лет ученые пытались понять, что же это значит и какую функцию они несут. Вообще, именно эта область нейрофизиологии на сегодняшний день развивается наиболее бурно. Главная задача - разработать подходы, которые позволили бы оценивать появление новых нейронов у человека неинвазивно.

— Можно ли уже делать какие-то выводы? Какова функция этих новых нейронов?

— Мы связываем новые нейроны в гиппокампе с памятью, эмоциями и когнитивными функциями, — способностью мозга к обучению и восприятию информации. В частности, несколько лабораторий показали, что новые нейроны важны для особой формы памяти, которая называется "различение паттернов". Она не похожа на запоминание ряда цифр или слов.

— Можно пояснить на примере, что это такое?

— Речь идет о том, что человек способен различить очень похожие, но немного различающиеся контексты. На деле мы этим занимаемся постоянно, когда понимаем, что ситуация или место почти такие же, но в чем-то все-таки другие. Именно этот механизм нарушается при некоторых нейродегенеративных заболеваниях. Например, мы знаем много историй, когда в начале болезни Альцгеймера, еще до развития тяжелых стадий, люди не могут найти свой дом. Им кажется, что они подошли к правильному перекрестку, к правильному дому и так далее — ситуации на 90 процентов совпадают, но самое главное кроется в этих 10 процентах отличий, которые они не замечают. Так вот, новые нейроны отвечают именно за такое различение небольших, но часто критических, отличий.

— Если нейрогенез так важен, можно ли его как-то ускорить? Есть ли какие-то действенные способы?

— Сейчас много исследований посвящено клеточным механизмам, которые регулируют те или иные этапы образования новых нейронов, и способам "подстегивания" стволовых клеток и нейрогенеза. Именно это и является главной темой наших исследований. Поразительно, что наиболее сильным и безотказным способом подстегнуть нейрогенез и улучшить свои когнитивные способности является бег и в целом физические нагрузки. Сегодня это подтверждено десятками, если не сотнями исследований. Кроме того, очень сильно ускоряют нейрогенез некоторые лекарственные средства и процедуры. Например, антидепрессанты типа "Прозак", электроконвульсивный шок и другие эффективные способы лечения депрессии — все они увеличивают нейрогенез. На основании этих данных начинает развиваться новая индустрия брейн-фитнеса.

— В вашей московской лаборатории в МФТИ ученые изучают влияние на мозг низких доз радиации. Чем это интересно?

— Современный человек все чаще сталкивается с подобными видами излучения — мы подвергаемся всевозможным медицинским обследованиям, летаем на самолетах, и так далее. Помимо обычных людей, появляется все большее количество профессий, в которых приходится работать с постоянными источниками различных излучений,— врачи, инженеры, летчики, космонавты...

Сегодня мы точно знаем, что низкие дозы радиации не вызывают таких опасных осложнений, как, например, рак. Но до сих пор ничего неизвестно, как они влияют на когнитивные способности человека. Об этом стали задумываться только в последнее время, когда стало известно о том, что в мозге постоянно происходит рождение новых нейронов. Может быть, подобные дозы никак не влияют, может быть, ухудшают, а может быть, и улучшают когнитивные процессы. Пока это открытый вопрос. Сейчас в нашей лаборатории мы смотрим, как долгосрочное воздействие низких доз радиации влияет на память и способность к обучению у животных. Это очень долгий процесс, но только так можно зафиксировать какие-либо изменения и после этого попробовать найти химические соединения, которые могут противостоять возможному негативному воздействию.

— Насколько это актуально? Кажется, что о радиации мы знаем довольно много.

— Интерес чрезвычайно высок! Возьмем дальние космические перелеты, например будущий полет на Марс. Дело в том, что на Земле и на околоземной орбите астронавтов от космических излучений защищает магнитное поле планеты. Но как только они покинут зону его влияния, на них обрушится поток самых разных частиц, о воздействии которых на мозг ничего не известно. Если они будут повреждать механизм рождения новых нейронов в гиппокампе, то могут возникнуть различные формы психических расстройств, например люди будут хуже запоминать новую информацию, страдать от тяжелых депрессий и так далее. Подобные факты могут стать критическим препятствием для дальних полетов. Это вполне реальные опасения, поэтому НАСА последние 10 лет выделяет большие гранты на изучение подобных вопросов, как раз исходя из конкретных задач сохранения психологического здоровья экипажа.

— Есть какие-то реальные подтверждения тому, что излучения могут ухудшать у человека память или нарушать эмоциональную сферу?

— Если говорить о повышенных дозах, то есть, причем они приходят с неожиданной стороны. Например, в последнее время становится ясно, что примерно у 20-40 процентов людей, которые излечиваются от рака с помощью радио- и химиотерапии, на какое-то время нарушаются когнитивные способности. Есть даже такое понятие "химомозг": состояние, когда после онкотерапии человек плохо соображает, его мозг как бы затуманен, при этом через несколько месяцев, самое крайнее пару лет, утерянные функции восстанавливаются. Так вот, у нас есть основания полагать, что подобные манипуляции убивают стволовые клетки в мозге и, тем самым, появление новых нейронов.

Беседовала Елена Кудрявцева

Мозг — его ремесло

Визитная карточка

Григорий Ениколопов, профессор, кандидат биологических наук. Родился в 1952 году в Ереване. Окончил биологический факультет МГУ в 1974 году. Работал в Институте молекулярной биологии АН СССР в лаборатории Г.П. Георгиева. Преподает в МГУ. Руководитель группы в Лаборатории Колд-Спринг Харбор (США, Нью-Йорк) и руководитель лаборатории стволовых клеток мозга в МФТИ. Член программ по нейробиологии, генетике и молекулярной биологии, фармакологии Университета Стони Брук, США. Автор более 120 научных работ, владелец 6 научных патентов США, участвует в экспертных группах по присуждению грантов основных научных фондов США и Европы. Ведущий исследователь в области нейрогенеза (речь идет о способностях нервных клеток к восстановлению). Примечательно, что в 1989 году в Лабораторию Колд-Спринг Харбор, где трудились 9 нобелевских лауреатов, Григория Ениколопова пригласил работать Джеймс Уотсон — один из авторов открытия двойной спирали ДНК.

Еда для ума

Детали

Особенные продукты для защиты нейронов — обязательная часть любой программы брейн-фитнеса

1. Какао. Напиток номер один для тех, кто хочет сберечь мозг. Содержит теобромин, который активизирует когнитивные способности мозга — память, скорость обработки информации, креативность.

2. Куркума. Эта специя содержит куркумин — вещество, которое предотвращает разрушение в мозге дофамина - важного вещества в борьбе против болезни Паркинсона.

3. Нежирное мясо. Содержит вещество L-карнозин, который необходим для нормальной работы мозговой ткани. Он спасает от воздействия токсичных металлов.

4. Ягоды. Практически все виды содержат флавоноиды. Они активизируют гены, защищающие мозг от стресса. Особенно много их в темном винограде, вишне и черной смородине.

5. Шпинат, а также щавель, лебеда и некоторые виды листовых салатов. Блокируют воздействие свободных радикалов, помогают при больших умственных нагрузках.

6. Зеленый чай. Источник эпигаллокатехина галлата, который защищает мозг от развития обширных инсультов. Нейтрализует нейротоксины.

7. Гинкго. Экстракт из плодов одноименного дерева, сглаживает реакцию мозга на воздействие гормона стресса кортизола, регулирует микроциркуляцию крови в голове.

8. Рыбий жир. Приостанавливает процессы разрушения нервных клеток, улучшает работу участков мозга, ответственных за эмоции и память.