Нейропластичность

Одно время было принято считать, что мозг взрослого совершенно не пластичен. Люди думали: в зрелом возрасте уже нельзя изменить ни привычки, ни установки, ни убеждения. Тем не менее, удалось доказать, что мозг взрослого вполне способен подстраиваться под новые обстоятельства. Целые структуры и отдельные нейроны способны менять свои связи и формировать новые.

Такое свойство нашего мозга и нервной системы является важным механизмом адаптации к изменениям. Более того, эти изменения могут происходить не только из-за воздействия нового опыта. Иногда нейропластичность способствует восстановлению мозга после травм и повреждений. Как это происходит? Расскажем в статье.

Что такое нейропластичность

Наш мозг, как и любой орган или часть тела, можно повредить. Некоторые травмы и заболевания повреждают его нервную ткань. За счёт этого человек может терять некоторые важные способности. 

Однако эта самая нервная ткань может восстанавливаться, что даёт возможность восстановить утраченные функции – или же адаптироваться к новым обстоятельствам. Например, у потерявшего зрение может развиться обострённый слух. Эта способность к приспособляемости и называется нейропластичностью. 

Учёные впервые подняли этот вопрос ещё в XIX веке. Сделал это немецкий врач-физиолог Иоганн Шпурцгейм. Именно он высказал идею о том, что мозг, подобно мышце, может развиваться, если его тренировать. Эта идея пришлась по вкусу второму знаменитому учёному, Чарльзу Дарвину. С помощью теории Шпурцгейма Дарвин объяснил, почему мозг диких кроликов больше, чем у домашних. Согласно его версии, разум первых приспособился к более опасным и сложным условиям.

Но истинную популярность идея нейропластичности обрела только ко второй половине XX века. Тогда учёный Отто Зольтманн начал проводить эксперименты над щенками и кроликами. Он удалял животным моторную зону коры головного мозга, которая отвечает за движение. Тем не менее, подопытные сохраняли способность шевелиться. Это подтвердило, что мозг способен самореорганизовываться.

Синаптическая пластичность

Пространство между двумя нейронами, где происходит обмен информацией, называется синапс. Активный нейрон посылает пассивному сигналы, которые дают команду: активироваться или оставаться в режиме бездействия. Таких нейронов в нашем мозгу целые миллиарды. Каждый из них способен поддерживать связи с тысячами других, а само время контакта занимает буквально доли секунды. Примечательно, что чем чаще конкретный нейрон взаимодействует с другим, тем активнее и регулярнее становятся эти связи. Такой процесс может затрагивать не пару нейронов, а целую группу. И вот именно так появляется то, что мы называем нейросетями. Это стоит в основе формирования определённых навыков: например, памяти. 

Так мы получаем и новые способности. Говоря простым языком, учась, человек «дрессирует» группы нейроны общаться друг с другом. Подобным образом формируется навык. Если же мы долго не используем какие-либо навыки, нейросети ослабевают. Так, человек может забыть иностранный язык, на котором долго не говорил.

Виды нейропластичности

Нейропластичность бывает двух видов: структурная и функциональная. Как они работают – сейчас объясним.

Структурная нейропластичность

Когда мозг образовывает новые нейронные связи, меняя свою структуру – это и есть структурная нейропластичность. Именно она отвечает за обучение новым навыкам. 

Одно из самых известных исследований связано с таксистами Лондона. Получить в этом городе лицензию для осуществления перевозок довольно тяжело. Чтобы это сделать, надо знать расположение примерно 25 тысяч городских улиц. Кроме того, необходимо помнить множество ориентиров в центре. Также, конечно, таксист обязан уметь построить маршрут без навигатора, по памяти. Обучение занимает примерно 2-4 года. Экзамен же сдаёт примерно половина.

Учёные провели наблюдение за учащимися и отслеживали состояние их мозга с помощью магнитно-компьютерной томографии. Объектом изучения был гиппокамп – отдел мозга, отвечающий за память. Добровольцев разделили на три группы: сдавшие экзамен, не прошедшие и те, кто никогда не обучался. У тех, кто получил лицензию, значительно увеличилось количество серого вещества в гиппокампе. 

Функциональная нейропластичность

Мозг способен изменять функции нейронов. К примеру, так он перемещает функции, которые выполняет одна область, в другую. Такое часто происходит при травме, когда одна область мозга отказывает, и второй приходится работать за неё. Подобная адаптация может произойти разными способами. Первый – это разрастание аксонов, то есть, отростков нервных клеток. Те аксоны, которые избежали травмы, могут вырастить новые нервные окончания. Так они соединяют нейроны с разрушенными связями. 

Второй способ заключается в том, что нарушенную функцию начинают выполнять неиспользуемые нейронные пути. Эта способность иногда позволяет мозгу восстановиться даже после тяжёлой травмы.

Популярным примером функциональной нейропластичности служит случай Финеаса Гейджа. Это произошло в 1848 году. Работая на железной дороге, он получил тяжёлую травму. Из-за взрыва металлический стержень диаметров в 3 см пробил его череп. В результате этого, Гейдж потерял глаз и часть лобной доли левого полушария. Создав модель его мозга учёные также обнаружили утрату 4% коры головного мозга и 11% белого вещества. Травма нарушила связь с левой височной и правой лобной долей. Также повредилась лимбическая система, ответственная за эмоции. Тем не менее, Гейдж смог восстановиться за два месяца, вернуться к работе и прожить ещё 12 лет. 

Человек подвергается изменениям всю свою жизнь. Как именно – рассказываем в статье «Психология развития»

Роль в восстановлении

Иоганн Шпурцгейм был прав: мозг действительно развивается в процессе тренировки. Области, которые отвечают за те или иные функции, могут увеличиваться. Именно это служит основой для реабилитации людей после инсульта. Если у пациента нарушается подвижность левой руки, врачи советуют ему ограничить активность здоровой. Работая больше повреждённой конечностью, человек постепенно наращивает её функциональность. Мозг увеличивает зоны, которые за неё отвечают. Кроме того, он вовлекает в процесс и здоровую часть двигательного отдела. Начинают  включаться зоны, которые находятся в другом полушарии. Так и происходит реорганизация и адаптация мозга.

От чего зависит нейропластичность

Нейропластичность может быть высокой или, напротив, низкой. Её активность зависит от нескольких важных факторов. 

• Состояние сосудов. Нейроны работают лучше при активном кровоснабжении.
• Возраст. Несмотря на то, что нейропластичность сохраняется на протяжении всей жизни, у молодых она эффективнее.
• Частота тренировок. При регулярном совершении того или иного действия, мозг затачивается под него точнее. Нейросети становятся прочнее.
• Время начало тренировок. Если пациент пережил инсульт, крайне важно начать тренироваться как можно быстрее. Иначе произойдёт процесс адаптации – а это не всегда хорошо. Мозг будет стремиться компенсировать нарушенную функцию, а не восстановить её.

Примеры

Мы уже приводили примеры структурной и функциональной нейропластичности. Тем не менее, существуют и другие неочевидные случаи успешной адаптации и реорганизации мозга. Некоторые из них весьма интересные. 

Профессионализм

Рост определённой функции учёные заметили не только у лондонских таксистов. Следующими на очереди для исследований встали… Пианисты. Учёным удалось выяснить, что у них и кларнетистов более толстые участки слуховой коры. Сначала исследователи подумали, что это имеет связь с врождённой предрасположенностью. Но позже стало ясно, что кора укрепилась из-за многократных повторений одного действия. В нашем случае – игры на музыкальном инструменте.

К слову, необязательно выполнять какие-то физические действия для развития нейропластичности. Учёные изучили мозг студентов-медиков во время подготовки к экзаменам. Стало ясно, что объём серого вещества у них увеличился. Оно отвечает за обработку информации и играет в ней самую главную роль.

Обострение слуха при слепоте

К сожалению, человек может потерять зрение по многим причинам, и вернуть его – не всегда возможно. Исследования незрячих показало, что они намного лучше распознают высоту звука. Также их способность идентифицировать оттенки музыкальных тонов в десять раз точнее. Эти изменения связаны со способностью мозга к самореорганизации. Зоны, которые использовались для обработки визуальной информации, за ненадобностью отошли в другой отдел. Да, слуховой.

Депрессия и зависимости

Яд может быть лекарством, а лекарство – ядом. Так и с нейропластичности, которая не всегда идёт на пользу. Да, мозг формирует нейронные связи, основываясь на часто повторяемых действиях. Но мы ведь не всегда делаем исключительно полезные вещи. Некоторые специалисты считают, что именно нейропластичность лежит в основе зависимостей. Принятие психоактивных веществ и азартные игры неизбежно меняют структуру мозга.

Депрессия и нейропластичность тоже имеют тесную взаимосвязь. При этом расстройстве снижается пластичность в гиппокампе и префронтальной коре, которые отвечают за память и регулирование эмоций. Одновременно с этим растёт пластичность в миндалине, которая запускает идентификацию опасности и стресса. Такая связь активирует нейронные сети, отвечающие за тревогу и страх. Процессы эмоциональной памяти тоже нарушаются. Человек начинает запоминать не факты, а пережитые эмоции. В результате этого, пациент с депрессией формирует негативные установки и мнения о небезопасности окружающей среды и собственной никчёмности.

Фантомные боли

Примерно 80-85 пациентов с ампутированными конечностями ощущают фантомные боли. Они чувствуют несуществующую часть тела и способность управлять ей. Взаимосвязь между фантомно-болевым синдромом и нейропластичностью предложил индийский невролог Вилейнур Рамачадран. При ампутации происходит реорганизация соматосенсорной коры. Та зона, которая не получает сигнала от ампутированной конечности, начинает испытывать «сенсорный голод». Тогда, повинуясь функциональной нейропластичности, другие части тела начинают посылать сигналы в эту зону.

Наш мозг полон самых разных загадок. Иногда кажется, что его никогда не получится изучить до конца – настолько он удивителен.

Полна неожиданных тайн и жизнь человека. Сохраните воспоминания о своей судьбе для потомков в Цифровой капсуле времени!