Мы не любим скучать. Скучный фильм мы выключим, скучную книгу отложим, со скучным человеком просто не будем общаться. Ну а если приходится скучать в транспорте или ожидая где-нибудь своей очереди, мы стараемся занять себя чем-нибудь интересным: интересной книгой, интересным видео в интернете или интересным разговором с кем-нибудь.
Мы не любим скучать и правильно делаем: чем интереснее мозгу жить, тем лучше он работает. Кто-то знает это по собственному опыту, а кроме того, есть довольно много экспериментальных исследований с животными. Конечно, у животных не спросишь, насколько им скучно или интересно. Но тут и спрашивать не надо: представим себе крысу или мышь в пустой клетке, где нет ничего, кроме еды и воды. И представим ту же крысу или мышь в клетке, где есть игрушки, какой-нибудь трёхэтажный лабиринт, по которому можно бегать, где есть, наконец, другие крысы или мыши, с которыми можно общаться.
О том, что интересная жизнь улучшает грызунам память и что они начинают лучше учиться новому, стало известно ещё в 60-е годы прошлого века. С тех пор было поставлено множество нейробиологических и поведенческих экспериментов с похожими результатами. Выяснилось, что у грызунов, живущих в монотонной, неинтересной обстановке, повышается вероятность того, что их мозг будет созревать с аномалиями и хуже восстанавливаться после повреждений. Опыты с мышами, генетически предрасположенными к болезни Альцгеймера*, говорят о том, что интересная жизнь позволяет затормозить и смягчить симптомы болезни. Что именно происходит при этом на уровне нейронов? Известно, что когнитивные способности зависят от пластичности мозга, то есть от его способности перестраивать нейронные цепи. Все психические процессы поддерживаются нейронными импульсами, которые бегут по соединённым нервным клеткам из одного нервного центра в другой. Межнейронные контакты называются синапсами. Формирование синапсов — а значит, и нейронных цепей — отчасти зависит от генов, отчасти от ощущений, впечатлений, переживаний, которые поступают в мозг и которые он неустанно обрабатывает. Чтобы эффективнее решить какую-то задачу, бывает необходимо установить новые межнейронные контакты, и тогда на нейронных отростках под названием дендриты появятся выросты, которые соединятся с отростком-аксоном другого нейрона. Аксоны передают информацию, дендриты — принимают; у нейрона, чьи дендриты создали новый контакт, формируется новый информационный фон, в котором он живёт. Соответственно, нужно вовремя избавляться от контактов, которые несут лишнюю информацию. Насколько быстро и своевременно нейрон умеет формировать новые контакты и избавляться от старых, настолько он пластичен, а из пластичности нейронов складывается во многом пластичность мозга в целом.
* Настоящей болезни Альцгеймера у мышей не бывает, но в исследовательских целях у них можно спровоцировать некоторые ключевые симптомы, что позволяет экспериментально изучать сопутствующие ей патологические процессы.
Интересная жизнь как раз стимулирует нейронную пластичность: дендриты активнее ветвятся, и на них появляется больше так называемых дендритных шипиков — выступов на клеточной мембране, готовых сформировать синапс. То есть под действием разнообразных стимулов у нейронов образуется больше «проводов», а на «проводах» — больше потенциальных мест для контакта. Кроме того, в мозге становится больше самих нервных клеток — по крайней мере, в некоторых областях коры и в гиппокампе, который служит одним из главных центров памяти**. Очевидно, это связано с повышением уровня белков-нейротрофинов, самый известный из которых — BDNF, нейротрофический, или нейротропный, фактор мозга. Нейротрофины стимулируют появление новых нейронов и рост тех, что уже есть, стимулируют их жизнеспособность и появление новых синапсов.
** Появление новых нейронов во взрослом мозге, или взрослый нейрогенез, давно обнаружен у грызунов, и, скорее всего, он происходит у всех зверей. По некоторым сведениям, новые нейроны появляются и в человеческом мозге, но не так интенсивно, как у грызунов; кроме того, данные о человеческом нейрогенезе всё ещё ждут более тщательной проверки.
Очевидно, изменения в структуре клеток должны подкрепляться изменениями на уровне ДНК: чтобы клетка перестроилась, в ней должно стать меньше одних белков и больше других, а если изменяется количество белков, это значит, что меняется активность генов в хромосомах. В прошлом году сотрудники Барселонского научно-технологического института сообщили в журнале «Frontiers in Molecular Neuroscience», как интересная жизнь влияет на хромосомы. Эксперименты ставили опять-таки на мышах: некоторые мыши жили в очень разнообразной обстановке с туннелями, шарами, кубиками и другими предметами и к тому же в большой компании себе подобных. Других же мышей селили компаниями поменьше, и обстановка в клетках у них была бедная. Хромосомы у тех и других отличались упаковкой: у мышей, живших в разнообразной среде, в ДНК были раскрыты регуляторные участки — особые последовательности, от которых зависит активность разных генов. Что значит раскрыты? Известно, что разные участки хромосом могут быть в закрытом, плотноупакованном виде и открытом, слабоупакованном. Плотность упаковки зависит от белков гистонов, которые постоянно находятся вместе с ДНК. Если они её плотно упаковывают, то гены оказываются недоступны для белковых машин, которые считывают с них информацию. Если упаковка слабеет, ДНК образует свободные нити и петли, на которые могут сесть ферменты, читающие генетическую информацию.
После того как ДНК распакована, нужно сблизить последовательности-регуляторы с теми генами, которые они регулируют. Исследователи показали, как у мышей, живущих интересной жизнью, в клетках мозга меняется активность трёх белков, которые помогают распаковать ДНК и смонтировать её в пространстве для активации нужных генов. В результате в мозге активируются гены, необходимые для роста нейронных отростков, для формирования синапсов и т. д. Причём всё это происходит не только в нейронах, но и в служебных клетках мозга, которые называют нейроглией и которые, как теперь становится ясно, не просто обслуживают нейроны, питая их и защищая от инфекций, но и непосредственно вмешиваются в их работу, влияя на когнитивные функции (подробно о роли нейроглии рассказано в статье «Иммунные ”электрики” мозга», «Наука и жизнь» № 8, 2020 г.). То есть общение с товарищами, игра с игрушками, изучение сложного окружающего ландшафта превращаются в мозге в набор стимулов, переформатирующих хромосомы, перенастраивающих генетическую активность и меняющих структуру нейронных цепей.
Но мозг ведь существует не сам по себе, и сигналы, приходящие к нему от внутренних органов, могут влиять на пластичность нейронов. В начале января в «Cell Reports» вышла статья, в которой говорится, что интересная жизнь делает мозг пластичным с помощью кишечной микрофлоры. Пластичность оценивали, закрывая мышам один глаз, так что нейроны в зрительной коре мозга должны были разорвать информационные связи с закрытым глазом и перестроить свои цепи на второй глаз. Однако это происходит только в том случае, если мышь жила в клетке с игрушками и другими мышами. Если же она жила в скучной обстановке, нейроны в её зрительной коре не перестраивались.
Оказалось, что если одноглазую мышь лишить микрофлоры, то нейронные цепи у неё не перестроятся, несмотря на интересную жизнь. В то же время, если у одноглазой мыши в разнообразной обстановке взять кишечные бактерии и пересадить их другой мыши, жившей в обычной скучной клетке, то у второй мыши нейронные цепи перестроятся — несмотря на скучное окружение. Без микрофлоры на нейронах зрительной коры становится меньше дендритных шипиков — тех самых выростов, которые готовы сформировать синапсы. Исследователям удалось также показать, что здесь большую роль играют короткие жирные кислоты, выделяющие бактерии микрофлоры: когда эти жирные кислоты добавляли в корм, нейронные цепи у мышей становились пластичными.
Очевидно, когда мышь живёт интересно, на микрофлоре это как-то сказывается, так что потом, когда мозгу приходится проявить пластичность, «интересная» микрофлора ему помогает. Связь между микрофлорой и мозгом работает в обе стороны: бактерии могут посылать мозгу химические сигналы напрямую, синтезируя целый ряд нейроактивных молекул (включая такие нейромедиаторы, как ацетилхолин и серотонин), и косвенно, через иммунные сигнальные белки. Мозг, в свою очередь, влияет на бактерии через нервы, идущие к кишечнику и через иммунную систему, которая реагирует на нейроэндокринные сигналы.
Кстати, для самого иммунитета интересная жизнь тоже полезна. У Т-лимфоцитов мышей, которым есть где бродить и что исследовать, повышается активность пятидесяти шести генов, связанных с защитой от инфекций. Когда Т-клетки чуют инфекцию, они выделяют интерлейкин-20 и интерлейкин-17 — сигнальные иммунные белки, от которых зависит иммунная противоинфекционная реакция. И если мышь не скучала, её Т-лимфоциты выделяют интерлейкинов больше, чем у мыши, жившей в неинтересной обстановке.
Правда, к таким исследованиям время от времени возникают вопросы, и связаны они с разными составляющими интересной жизни. Что такое интересная жизнь в эксперименте? Это набор разнородных стимулов: социальных — когда мыши обнюхиваются с товарищами, когда они вылизывают друг другу шерсть и т. д.; зрительных и осязательных — когда мышь рассматривает и трогает какую-нибудь игрушку; моторных — когда мышь бегает по лабиринту или в беличьем колесе и играет с теми же игрушками. Ещё говорят о когнитивных стимулах — ведь мышь не просто смотрит на игрушку, она её исследует, то есть узнаёт что-то новое и укладывает это новое в память, согласовывая свежую информацию с прежними воспоминаниями. Чему именно мозг обязан той пользой, что ему даёт «интересная жизнь», — социальным стимулам, моторным, собственным размышлениям о новых вещах, которые он узнал?
Вопрос не такой уж и праздный, если мы хотим лучше понять, как работает мозг и как сделать его более эффективным. Если говорить о моторных стимулах, то физические упражнения сами по себе стимулируют мозг, что многократно было показано не только на животных, но и на людях (статья «Физическая активность и мозг», «Наука и жизнь» № 9, 2017 г.). Если говорить о социальных стимулах, то для любых социальных животных отсутствие общения ведёт к хроническому стрессу и депрессии — а стрессированный и депрессивный мозг работает плохо. Человек — тоже социальное животное, и стресс от одиночества ему тоже ведом, причём стресс этот сказывается не только на мозге, но и на иммунитете («Говорят, все болезни от нервов…», «Наука и жизнь» № 12, 2016 г.). Что касается сугубо когнитивных стимулов, то и здесь есть масса клинических наблюдений, свидетельствующих о том, что у людей умственные занятия задерживают ослабление когнитивных способностей, связанное с различными деменциями, в том числе и с болезнью Альцгеймера. (Насколько человек активно занимается умственными занятиями, оценивают и по характеру работы, и по уровню образования, и по владению иностранными языками, и по другим подобным параметрам.) Порой в таких исследованиях даже удаётся проникнуть на молекулярно-генетический уровень. Так, в ноябре 2021 года в «Science Translational Medicine» вышла статья о том, что систематические умственные усилия активируют в человеческом мозге антиальцгеймерические гены, которые не дают перевозбуждаться нейронам коры и перегружать работой нейронные цепи. При этом в нейронах скапливалось меньше токсичных белковых отложений, появляющихся при болезни Альцгеймера. (Известно, что на ранних стадиях нейродегенеративных расстройств, к которым относится и болезнь Альцгеймера, нейроны начинают лихорадочно работать, что, по-видимому, открывает дорогу дальнейшим патологическим событиям.) Эти результаты подтвердились и на мышах, хотя им, как обычно, за умственные усилия засчитывали в целом жизнь в интересной обстановке.
Отделить разные впечатления друг от друга и по отдельности оценить их влияние на мозг порой весьма трудно. Но если отвлечься от конкретных социальных, моторных, когнитивных стимулов, то нельзя не заметить, что, говоря об интересной жизни, мы всё-таки имеем в виду, что все разнообразные стимулы объединены одним — интересом. То есть индивидуума никто не заставляет бегать в беличьем колесе или общаться с себе подобными — он сам к этому стремится, потому что скука его угнетает и он хотел бы что-то изменить. В таком случае неважно, как именно ему становится интересно: он может ходить в походы с друзьями или в одиночестве читать толстый роман. Хотя всё-таки лучше, чтобы меню стимулов было сбалансировано: нашему мозгу интересно не только узнавать новое из книг, видео и соцсетей, ему также бывает интересно общаться и ходить на фитнес.
Дендритные шипики — это выступы на мембране коротких и разветвлённых нейронных отростков-дендритов. В сумме на дендритах одного нейрона может быть от сотен до тысяч шипиков. Каждый шипик — это особая зона в клетке: здесь белки цитоскелета готовы по первой необходимости увеличить или уменьшить шипик и изменить его форму, а белки-рецепторы тщательно ловят внешние сигналы, чтобы вовремя запустить формирование полноценного синапса с другим нейроном.
К короткоцепочечным жирным кислотам относятся муравьиная, уксусная, масляная и некоторые другие кислоты. В их молекулах число атомов углерода не превышает пяти. Соединяясь друг с другом, атомы углерода образуют скелет молекулы; один из углеродных атомов вместе с атомами кислорода и водорода образует кислотную карбоксильную группу. Короткоцепочечные жирные кислоты образуются в толстом кишечнике при ферментации бактериями пищевых волокон; здесь же они всасываются кишечной стенкой и переходят в воротную вену.
Гистоны — важный класс белков, необходимых для упаковки и компактизации ДНК в клеточном ядре. Одни гистоны служат катушкой, на которую наматываются нити ДНК, другие потом садятся на эту катушку и фиксируют на ней намотанную ДНК. Специальные ферменты присоединяют к гистонам различные химические группы; в зависимости от конкретной модификации гистоны могут ослаблять упаковку, делая ДНК доступной для считывания генетической информации, или же упаковывать ДНК плотнее, закрывая к ней доступ. Модификации гистонов относятся к эпигенетической регуляции генетической активности
0
180.00
