Елена Бадьева

Активные передвижения тренируют мозг

Бег в колесе - хороший способ тренировки гиппокампа.
Бег в колесе - хороший способ тренировки гиппокампа. Фото с сайта http://farm3.static.flickr.com

Гиппокамп, отдел мозга животных и человека, обрабатывающий пространственную информацию об окружающей среде, тем сильнее развит, чем более обширными индивидуальными участками владеют живые существа и чем активнее они эти участки используют. Наблюдения за природными популяциями млекопитающих и птиц, а так же лабораторные эксперименты позволили сделать вывод о сонаправленности изменений размера гиппокампа и активности поведения, связанной с перемещением и ориентацией.

Гиппокампу, расположенному внутри переднего мозга, отводится роль архивариуса кратковременной памяти и переводчика ее в долговременную. При поражении гиппокампа в первую очередь утрачивается память на текущие события. Так, человек с нарушенным гиппокампом не в состоянии запомнить имени нового знакомого, содержания только что просмотренного кинофильма и вообще – обедал он сегодня или нет.

Гиппокамп также отвечает за хранение и обработку пространственной информации, являясь чем-то вроде нейронной карты окружающей среды (см.: Представление о пространстве является врожденным.»Элементы», 21.06.10). Регистрация последовательности электрических импульсов «клеток места», расположенных в гиппокампе, позволяет проследить, как животное ориентируется и запоминает пройденный путь.

В обзорной статье сотрудника биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова В.А. Яскина представлено множество примеров параллельного изменения размера гиппокампа и пространственного поведения млекопитающих и птиц.

Автор приводит принцип Гарри Джерисона: «Масса нервной ткани, контролирующей конкретную функцию, соответствует количеству обрабатываемой информации, вовлеченной для выполнения этой функции». Соответственно, чем востребованнее пространственная информация, тем крупнее гиппокамп. Различия в величине гиппокампа можно проследить между группами животных, отличающихся практически только активностью пользования территорией: между видами, подвидами, а также полами и породами внутри одного вида.

Те виды птиц, что запасают корм, имеют гиппокамп больший по сравнению с близкородственными видами, таких запасов не делающими. Максимальный размер гиппокампа у запасливых птиц средней полосы был зарегистрирован в октябре – во время наиболее активного создания систем кладовых на своем участке. Если мозг таких птиц, например гаичек, сравнить с мозгом птиц того же вида, но экспериментально отстраненных от заготовления корма и проверки своих кладовых (однако не ограниченных в прочей активности), то гиппокамп первых окажется более развитым.

Птицам, которым свойственен гнездовой паразитизм, также требуется развитый гиппокамп, чтобы заранее приглядеть и запомнить расположение гнезд, куда вовремя нужно будет отложить яйца и где их птенцов в дальнейшем будут пестовать наивные приемные родители. Характерно, что из трех видов американских воловьих птиц, проживающих в одном ареале и имеющих сходную экологию, к гнездовому паразитизму склонны только два – и как раз у них обнаружен более развитый гиппокамп. Также надо отметить, что поиски гнезд потенциальных хозяев – задача матери, поэтому у самок-паразиток гиппокамп крупнее, чем у самцов, и еще сильнее увеличивается в сезон откладки яиц.

Зато самцам полигамных пенсильванских полевок – обладателям по их меркам обширных угодий, населенных многими женами – необходим более массивный гиппокамп, чем самкам, каждая из которых занимает только часть этой территории. У моногамных сосновых полевок, семейная пара которых на равных владеет одним участком, полового диморфизма по размеру гиппокампа не наблюдается.

У мигрирующего подвида белоголовой воробьиной овсянки Zonotrichia leucophrys gambelii гиппокамп крупнее, чем у ее оседлой родственницы Z. l. nuttalli. Да и почтовые голуби имеют рекордный гиппокамп среди прочих пород того же вида.

В.А. Яскин обращает внимание на то, что размер гиппокампа варьирует в течение жизни: сезонные изменения величины индивидуального участка и двигательной активности стимулируют пространственную память и приводят к увеличению гиппокампа (но никак не связаны с массой продолговатого мозга, взятого в качестве контроля).

Долгое время считалось, что птицы и млекопитающие имеют постмитотичный, т.е. необновляемый в течение жизни мозг – «нервные клетки не восстанавливаются!» Однако к сегодняшнему дню получены многочисленные данные, указывающие на наличие «взрослого» нейрогенеза. Исходя из этого, описанные обратимые изменения размера гиппокампа могут объясняться как общим физиологическим состоянием животных, так и рождением новых нейронов.

Например, циклическое варьирование размера гиппокампа полевок и бурозубок, ведущих зимой подснежный образ жизни, связано, в том числе, с общими колебаниями содержания воды, наполняющей ткани организма: меньше зимой и больше летом.

Прирост гиппокампа в период его востребованности может быть вызван увеличением числа и активным развитием обслуживающих нейроны клеток глии, которые окружают собственно нейроны и осуществляют вспомогательные функции: трофическую, опорную, защитную.

Но ряд работ свидетельствует о возрастании плотности и общего числа самих нейронов при увеличении гиппокампа.

Одним из факторов, влияющих на структурные изменения мозга, является продолжительность светового дня. Существуют данные, показывающие, что животные, выращенные в искусственных условиях с длинным (летним) световым днем, способнее к пространственному обучению по сравнению с теми, кто вырос при зимнем фотопериоде.

Уровень половых гормонов тоже воздействует на величину гиппокампа и способность к ориентированию в пространстве: в некоторых экспериментах более одаренными в этом плане оказались взрослые самцы, а также самки, инъецированные мужским половым гормоном тестостероном.

Активные физические упражнения, как и тренировки, направленные на ориентирование в пространстве, сами по себе могут стимулировать нейрогенез в гиппокампе. Например, повышение двигательной активности лабораторных зверьков при беге в моционном колесе или тренировка пространственной памяти в водном лабиринте (обучение в водном лабиринте можно посмотреть здесь: 5-дневное обучение дикой мыши поиску скрытой в мутной воде платформы – единственного места, куда можно выбраться из бассейна) развивают гиппокамп.

Томографические исследования мозга лондонских таксистов, включенные даже в Википедию, показали, что гиппокамп таксистов, особенно опытных, крупнее, чем у остальных людей. Пока непонятно, помогает ли изначально увесистый гиппокамп стать его обладателю профессиональным таксистом, либо постоянный поиск кратчайшего пути приводит к росту этого отдела мозга. В то же время водители автобусов, четко следующие заданному маршруту, не имеют столь развитого гиппокампа, а постоянное пользование GPS-навигатором и вовсе может служить дополнительным фактором риска развития болезни Альцгеймера, приводящей к полному затуханию сознания.

Исследования мозга человека подтверждают тесную связь болезни Альцгеймера с поражением гиппокампа. На ранних стадиях болезни, развивающейся, как правило, у людей старше 65 лет, наблюдается расстройство кратковременной памяти, затем следует нарушение других функций организма, в том числе ориентирования в пространстве. Однако опыты с лабораторными мышами и крысами показывают, что если старых, утративших живость мозговой деятельности животных подвергать регулярным двигательным нагрузкам, то у них улучшится и состояние гиппокампа, и – параллельно – обучаемость. Поэтому и людям с болезнью Альцгеймера и прочими когнитивными нарушениями врачи рекомендуют активно осваивать пространство: совершать долгие пешие прогулки – дабы поддерживать свой мозг (по-видимому, именно гиппокамп) в «разумном» состоянии.

Элементы

© 2005-2017 «Элементы»