Эксперименты доказывающие что мозг человека пластичен. Жить с одним полушарием: что такое пластичность мозга. Как реорганизуется кора

Данил Дехканов, главный редактор ресурса TrendClub, написал статью про , о том, почему наш мозг со временем начинает деградировать, и как воспрепятствовать деградации. Здесь мы приведем выдержки из его статьи.

Когда мы прекращаем двигаться вперед, то начинаем двигаться назад. Оставаться на месте, к сожалению, невозможно.

Пластичность мозга

С возрастом вопрос про лечение внутричерепного давления становится для нас более актуальным. Многие замечают, что с возрастом у нас становится значительно меньше желания браться за ту работу, которая является непривычной, или которая требует большей концентрации внимания и освоения новых навыков.

Вот вам небольшой секрет. Чтение любимых газет или любимых авторов, постоянная работа по одной специальности, использование в общении только родного языка, посещение любимого кафе, просмотр любимого сериала, — все, к чему мы так сильно привыкли, приводит к деградации мозга .

Мозг человека очень ленив, он всегда стремится снизить энергетические затраты на любую деятельность, создавая своеобразные программы-шаблоны. Когда человек стоит за станком и выполняет монотонные повторяющиеся операции, мозг «отключается» и начинают работать эти шаблоны.

Еще 30 лет назад человеческий мозг считался органом, который заканчивает свое развитие во взрослом возрасте. Однако наша нервная ткань эволюционирует всю жизнь, отвечая на движения интеллекта и изменения во внешней среде. Пластичность мозга позволяет человеку учиться, исследовать или даже жить с одним полушарием, если второе было повреждено. T&P рассказывают, что такое нейропластичность и как она работает на физиологическом и молекулярном уровне.

Развитие мозга не замирает, когда завершается его формирование. Сегодня мы знаем, что нейронные связи возникают, гаснут и восстанавливаются постоянно, так что процесс эволюции и оптимизации в нашей голове не прекращается никогда. Это явление носит название «нейрональная пластичность», или «нейропластичность». Именно она позволяет нашему разуму, сознанию и когнитивным навыкам адаптироваться к изменениям окружающей среды, и именно она является ключом к интеллектуальной эволюции вида. Между клетками нашего мозга постоянно возникают и поддерживаются триллионы связей, пронизанных электрическими импульсами и вспыхивающих, как маленькие молнии. Каждая клетка на своем месте. Каждый межклеточный мостик тщательно проверен с точки зрения необходимости его существования. Ничего случайного. И ничего предсказуемого: ведь пластичность мозга - это его способность приспосабливаться, улучшать себя и развиваться по обстоятельствам.

Пластичность позволяет мозгу переживать удивительные перемены. Например, одно полушарие может дополнительно взять на себя функции другого, если то не работает. Так произошло в случае Джоди Миллер - девочки, которой в возрасте трех лет из-за не поддававшей лечению эпилепсии почти целиком удалили кору правого полушария, заполнив освободившееся пространство спинномозговой жидкостью. Левое полушарие почти мгновенно стало адаптироваться к создавшимся условиям и взяло на себя управление левой половиной тела Джоди. Спустя всего десять дней после операции девочка покинула больницу: она уже могла ходить и пользоваться левой рукой. Несмотря на то что у Джоди осталась только половина коры, ее интеллектуальное, эмоциональное и физическое развитие идет без отклонений. Единственным напоминанием об операции остается легкий паралич левой части тела, который, однако, не помешал Миллер посещать занятия по хореографии. В 19 лет с отличными оценками она окончила школу.

Все это стало возможным благодаря способности нейронов создавать между собой новые связи и стирать старые, если они не нужны. В основе этого свойства мозга лежат сложные и малоизученные молекулярные события, которые опираются на экспрессию генов. Неожиданная мысль ведет к появлению нового синапса - зоны контакта между отростками нервных клеток. Освоение нового факта - к рождению новой клетки мозга в гипоталамусе . Сон дает возможность растить необходимые и удалять ненужные аксоны - длинные отростки нейронов, по которому нервные импульсы идут от тела клетки к ее соседкам.

Если ткань повреждена, мозг узнает об этом. Часть клеток, которые раньше анализировали свет, могут начать, к примеру, обрабатывать звук. Судя по данным исследований, в том, что касается информации, у наших нейронов просто зверский аппетит, так что они готовы анализировать все, что им только предложат. Любая клетка способна работать со сведениями любого типа. Ментальные события провоцируют лавину событий молекулярных, которые происходят в телах клеток. Тысячи импульсов регулируют производство молекул, необходимых для мгновенного ответа нейрона. Генетический пейзаж, на фоне которого разворачивается это действо, - физические изменения нервной клетки - выглядит невероятно многоплановым и сложным.

«Процесс развития мозга позволяет создавать миллионы нейронов в правильных местах, а потом «инструктирует» каждую клетку, помогая ей сформировать уникальные связи с другими клетками», - рассказывает Сьюзан МакКоннел , ученый-нейробиолог из Стэнфордского университета. «Можно сравнить это с театральной постановкой: она разворачивается по сценарию, написанному генетическим кодом, но у нее нет ни режиссера, ни продюсера, а актеры ни разу в жизни не разговаривали друг с другом до того, как выйти на сцену. И несмотря на все это, спектакль идет. Для меня это настоящее чудо».

Пластичность мозга проявляется не только в экстремальных случаях - после травмы или болезни. Само по себе развитие когнитивных способностей и памяти тоже является ее следствием. Исследования доказали, что освоение любых новых навыков, будь то изучение иностранного языка или привыкание к новой диете, усиливает синапсы. При этом декларативная память (например, запоминание фактов) и процедурная память (например, сохранение моторных навыков езды на велосипеде) связаны с двумя известными нам типами нейропластичности.

Структурная нейропластичность: постоянная развития

С декларативной памятью связана структурная нейропластичность. Каждый раз, когда мы обращаемся к знакомой информации, синапсы между нашими нервными клетками меняются: стабилизируются, усиливаются или стираются. Это происходит в мозжечке , миндалинах , гиппокампе и коре больших полушарий каждого человека каждую секунду. «Приемники» информации на поверхности нейронов - так называемые дендритные шипики - растут, чтобы усваивать больше сведений. Причем если процесс роста запускается в одном шипике, соседние тут же охотно следуют его примеру. В постсинаптических уплотнениях - плотной зоне, которая есть в некоторых синапсах, - вырабатывается больше 1000 белков, которые помогают отрегулировать обмен информацией на химическом уровне. По синапсам курсируют множество различных молекул, действие которых позволяет им не распасться. Все эти процессы идут постоянно, так что с точки зрения химии наша голова выглядит как пронизанный транспортными сетями мегаполис, который всегда находится в движении.

Нейропластичность обучения: вспышки в мозжечке

Нейропластичность обучения, в отличие от структурной, возникает вспышками. Она связана с процедурной памятью, отвечающей за чувство равновесия и моторику. Когда мы садимся на велосипед после долгого перерыва или учимся плавать кролем, в нашем мозжечке восстанавливаются или возникают впервые так называемые лазящие и моховидные волокна: первые - между крупными клетками Пуркинье в одном слое ткани, вторые - между гранулярными клетками в другом. Множество клеток меняется вместе, «хором», в один и тот же момент, - так что мы, ничего специально не вспоминая, оказываемся способны сдвинуть с места самокат или удержаться на плаву.

Моторная нейропластичность тесно связана с явлением долговременной потенциации - усилением синаптической передачи между нейронами, которое позволяет надолго сохранить проводящий путь. Сегодня ученые полагают, что долговременная потенциация лежит в основе клеточных механизмов обучения и памяти. Это она на протяжении всего процесса эволюции различных видов обеспечивала их способность приспосабливаться к изменениям окружающей среды: не падать с ветки во сне, копать подмерзшую почву, замечать тени хищных птиц в солнечный день.

Очевидно, однако, что два типа нейропластичности позволяют описать далеко не все изменения, которые происходят в нервных клетках и между ними на протяжении жизни. Картина мозга, похоже, так же сложна, как картина генетического кода: чем больше мы о нем узнаем, тем лучше понимаем, как мало нам в действительности известно. Пластичность позволяет мозгу приспосабливаться и развиваться, менять свою структуру, улучшать свои функции в любом возрасте и справляться с последствиями болезней и травм. Это результат одновременной совместной работы самых разных механизмов, законы которой нам еще только предстоит изучить.

Как часто мы слышим, что мысли формируют наше будущее. «Секрет», «Трансерфинг реальности», Луиза Хей, Сытин и многие-многие другие утверждают это: «Мы сегодняшние — это наши мысли вчера. Мысли сегодня формируют наше завтра». Есть и скептики. Если вы скажете, что и визуализации помогают, обязательно найдутся и те, кто будут утверждать, что им не помогло и вообще все это чушь, «сколько не говори слово халва, слаще во рту не станет».

В Ханчжоу, Китай

И сегодня, в книжном отделе мне попалась книга, заинтриговавшая меня: Норман Дойдж «Пластичность мозга «. Едва пролистав несколько страниц, я поняла, что это то, что давно искала — не просто утверждения типа «думай позитивно и все получишь», а именно научные факты, доказывающие, что мысли перестраивают структуру нашего мозга и, тем самым, изменяют и наше тело.

… Господствующая классическая медицина и наука считали, что законы функционирования мозга неизменны. Существовало общепринятое мнение, будто после окончания детского возраста мозг начинает затем меняться только в сторону ухудшения его работы: якобы клетки мозга теряют способность правильно развиваться, получают повреждения или умирают, их восстановление невозможно…
… Еще в конце 1960-х начале 1970-х годов было сделано несколько важных открытий. Исследования показали, что мозг изменяется с каждым совершаемым нами действием, преобразуя свои схемы так, чтобы они лучше соответствовали решаемой задаче (выделено мной — М.А.). Если одни мозговые структуры дают сбой, в действие вступают другие. Представление о мозге как механизме, состоящем из жестко специализированных частей, не могло в полной мере объяснить те потрясающие изменения, которые наблюдали ученые. Они назвали это важнейшее свойство мозга нейропластичностью .

… Сначала многие исследователи не решались использовать слово «нейропластичность» в своих работах, а коллеги порицали их за внедрение придуманного ими понятия. Тем не менее ученые продолжали настаивать на своем, постепенно опровергая теорию неменяющегося мозга. Они доказывали, что задатки, присущие нам от рождения, не всегда остаются неизменными; что поврежденный мозг может осуществить собственную реорганизацию (в случае нарушения функционирования одного из его участков другой способен его заменить); что иногда происходит возмещение умерших клеток мозга (!); что многие «схемы» работы мозга и даже основные рефлексы, считавшиеся постоянными, таковыми не являются. Один из исследователей даже обнаружил, что мышление, обучение и активные действия способны «включать» или «выключать» те или иные наши гены …

Во время своих поездок я встретился с ученым, благодаря которому слепые от рождения люди начинали видеть, и ученым, который давал глухим способность слышать. Я разговаривал с людьми, перенесшими инсульт несколько десятилетий назад и считавшимися неизлечимыми, им помогло выздороветь лечение, ориентированное на нейропластические свойства мозга. Были и такие, чьи проблемы с обучением были преодолены, и коэффициент их интеллекта (IQ) существенно вырос. Я познакомился с данными, подтверждающими возможность укрепления памяти у восьмидесятилетних людей: память восстанавливалась до уровня, характерного для них в возрасте пятидесяти пяти лет. Я видел людей, которые благодаря своим мыслям «перепрограммировали» собственный мозг, избавившись от патологических состояний и последствий травм, ранее считавшихся неизлечимыми…

На мой взгляд, идея о том, что мозг способен менять собственную структуру и функционирование, благодаря мыслям и действиям человека , — самое важное нововведение в наших представлениях о человеческом мозге…

… наличие у него (т.е. мозга — М.А.) такого свойства, как нейропластичность, имеет не только положительные стороны; оно не только наделяет наш мозг большими возможностями, но и делает его более уязвимым к внешним влияниям. Нейропластичность способна формировать как более гибкое, так и ригидное поведение…Как это ни странно, но некоторые из наших самых устойчивых привычек и расстройств являются продуктом как раз нашей пластичности. Однажды произошедшее в мозговых структурах пластическое изменение в результате своего закрепления может помешать другим изменениям.

Действительно, сколько мы знаем случаев, когда люди излечивались от самых тяжелейших болезней и вели полноценную жизнь. Всем знаком эффект плацебо. Известно также и то, что для сознания нет разницы, происходит ли что-то с ним в реальности или визуализируется. Накоплено огромное количество фактов, подтверждающих все это. Да и каждый из нас, пожалуй, может привести примеры из собственной жизни, когда мечты воплощались в реальность, отступали тяжелейшие болезни. Этот процесс долгий, требующий внутренней самоорганизации и дисциплины. Но оно того стоит.

В общем, очень рекомендую эту книгу почитать. Я, в свою очередь, думаю, что еще напишу о ней — все-таки это те вещи, которые переворачивают наше представление о реальности и дают в руки очень мощный инструмент для улучшения качества и содержания жизни.

Мне кажется, что и , и , о которых я уже писала, получают новое объяснение в свете теории нейропластичности. Отбрасывая ненужные страхи, пустые переживания, мы тем самым меняем и структуру нашего мозга, восстанавливаем его правильную работу, направленную на созидание, а не на разрушение тела.

Доктор биологических наук Е. П. Харченко, М. Н. Клименко

Уровни пластичности

В начале нынешнего столетия исследователи мозга отказались от традиционных представлений о структурной стабильности мозга взрослого человека и невозможности образования в нём новых нейронов. Стало ясно, что пластичность взрослого мозга в ограниченной степени использует и процессы нейроногенеза.

Говоря о пластичности мозга, чаще всего подразумевают его способность изменяться под влиянием обучения или повреждения. Механизмы, ответственные за пластичность, различны, и наиболее совершенное её проявление при повреждении мозга - регенерация. Мозг представляет собой чрезвычайно сложную сеть нейронов, которые контактируют друг с другом посредством специальных образований - синапсов. Поэтому мы можем выделить два уровня пластичности: макро- и микроуровень. Макроуровень связан с изменением сетевой структуры мозга, обеспечивающей сообщение между полушариями и между различными областями в пределах каждого полушария. На микроуровне происходят молекулярные изменения в самих нейронах и в синапсах. На том и другом уровне пластичность мозга может проявляться как быстро, так и медленно. В данной статье речь пойдёт в основном о пластичности на макроуровне и о перспективах исследований регенерации мозга.

Существуют три простых сценария пластичности мозга. При первом происходит повреждение самого мозга: например, инсульт моторной коры, в результате которого мышцы туловища и конечностей лишаются контроля со стороны коры и оказываются парализованными. Второй сценарий противоположен первому: мозг цел, но повреждён орган или отдел нервной системы на периферии: сенсорный орган - ухо или глаз, спинной мозг, ампутирована конечность. А поскольку при этом в соответствующие отделы мозга перестаёт поступать информация, эти отделы становятся „безработными“, они функционально не задействованы. В том и другом сценарии мозг реорганизуется, пытаясь восполнить функцию повреждённых областей с помощью неповреждённых либо вовлечь „безработные“ области в обслуживание других функций. Что касается третьего сценария, то он отличен от первых двух и связан с психическими расстройствами, вызванными различными факторами.

Немного анатомии

На рис. 1 представлена упрощённая схема расположения на наружной коре левого полушария полей, описанных и пронумерованных в порядке их изучения немецким анатомом Корбинианом Бродманом.

Каждое поле Бродмана характеризуется особым составом нейронов, их расположением (нейроны коры образуют слои) и связями между ними. К примеру, поля сенсорной коры, в которых происходит первичная переработка информации от сенсорных органов, резко отличаются по своей архитектуре от первичной моторной коры, ответственной за формирование команд для произвольных движений мышц. В первичной моторной коре преобладают нейроны, по форме напоминающие пирамиды, а сенсорная кора представлена преимущественно нейронами, форма тел которых напоминает зерна, или гранулы, почему их и называют гранулярными.

Обычно мозг подразделяют на передний и задний (рис. 1). Области коры, прилегающие в заднем мозге к первичным сенсорным полям, называют ассоциативными зонами. Они перерабатывают информацию, поступающую от первичных сенсорных полей. Чем сильнее удалена от них ассоциативная зона, тем больше она способна интегрировать информацию от разных областей мозга. Наивысшая интегративная способность в заднем мозге свойственна ассоциативной зоне в теменной доле (на рис. 1 не окрашена).

В переднем мозге к моторной коре прилегает премоторная, где находятся дополнительные центры регуляции движения. На лобном полюсе расположена другая обширная ассоциативная зона - префронтальная кора. У приматов это наиболее развитая часть мозга, ответственная за самые сложные психические процессы. Именно в ассоциативных зонах лобной, теменной и височной долей у взрослых обезьян выявлено включение новых гранулярных нейронов с непродолжительным временем жизни - до двух недель. Данное явление объясняют участием этих зон в процессах обучения и памяти.

В пределах каждого полушария близлежащие и отдалённые области взаимодействуют между собой, но сенсорные области в пределах полушария не сообщаются друг с другом напрямую. Между собой связаны гомотопические, то есть симметричные, области разных полушарий. Полушария связаны также с нижележащими, эволюционно более древними подкорковыми областями мозга.

Резервы мозга

Впечатляющие свидетельства пластичности мозга нам доставляет неврология, особенно в последние годы, с появлением визуальных методов исследования мозга: компьютерной, магнитно-резонансной и позитронно-эмиссионной томографии, магнитоэнцефалографии. Полученные с их помощью изображения мозга позволили убедиться, что в некоторых случаях человек способен работать и учиться, быть социально и биологически полноценным, даже утратив весьма значительную часть мозга.

Пожалуй, наиболее парадоксальный пример пластичности мозга - случай гидроцефалии у математика, приведшей к утрате почти 95% коры и не повлиявшей на его высокие интеллектуальные способности. Журнал „Science“ опубликовал по этому поводу статью с ироничным названием „Действительно ли нам нужен мозг?“.

Однако чаще значительное повреждение мозга ведёт к глубокой пожизненной инвалидности - его способность восстанавливать утраченные функции не беспредельна. Распространённые причины поражения мозга у взрослых - нарушения мозгового кровообращения (в наиболее тяжёлом проявлении - инсульт), реже - травмы и опухоли мозга, инфекции и интоксикации. У детей нередки случаи нарушения развития мозга, связанные как с генетическими факторами, так и с патологией внутриутробного развития.

Среди факторов, определяющих восстановительные способности мозга, прежде всего следует выделить возраст пациента. В отличие от взрослых, у детей после удалений одного из полушарий другое полушарие компенсирует функции удалённого, в том числе и языковые. (Хорошо известно, что у взрослых людей утрата функций одного из полушарий сопровождается нарушениями речи.) Не у всех детей компенсация происходит одинаково быстро и полно, однако треть детей в возрасте 1 года с парезом рук и ног к 7 годам избавляются от нарушений двигательной активности. До 90% детей с неврологическими нарушениями в неонатальном периоде впоследствии развиваются нормально. Следовательно, незрелый мозг лучше справляется с повреждениями.

Второй фактор - длительность воздействия повреждающего агента. Медленно растущая опухоль деформирует ближайшие к ней отделы мозга, но может достигать внушительных размеров, не нарушая функций мозга: в нём успевают включиться компенсаторные механизмы. Однако острое нарушение такого же масштаба чаще всего бывает несовместимо с жизнью.

Третий фактор - локализация повреждения мозга. Небольшое по размеру, повреждение может затронуть область плотного скопления нервных волокон, идущих к различным отделам организма, и стать причиной тяжкого недуга. К примеру, через небольшие участки мозга, именуемые внутренними капсулами (их две, по одной в каждом полушарии), от мотонейронов коры мозга проходят волокна так называемого пирамидного тракта (рис. 2), идущего в спинной мозг и передающего команды для всех мышц туловища и конечностей. Так вот, кровоизлияние в области внутренней капсулы может привести к параличу мышц всей половины тела.

Четвёртый фактор - обширность поражения. В целом чем больше очаг поражения, тем больше выпадений функций мозга. А поскольку основу структурной организации мозга составляет сеть из нейронов, выпадение одного участка сети может затронуть работу других, удалённых участков. Вот почему нарушения речи нередко отмечаются при поражении областей мозга, расположенных далеко от специализированных областей речи, например центра Брока (поля 44–45 на рис. 1).

Наконец, помимо этих четырёх факторов, важны индивидуальные вариации в анатомических и функциональных связях мозга.

Как реорганизуется кора

Мы уже говорили о том, что функциональная специализация разных областей коры мозга определяется их архитектурой. Эта сложившаяся в эволюции специализация служит одним из барьеров для проявления пластичности мозга. Например, при повреждении первичной моторной коры у взрослого человека её функции не могут взять на себя сенсорные области, расположенные с ней по соседству, но прилежащая к ней премоторная зона того же полушария - может.

У правшей при нарушении в левом полушарии центра Брока, связанного с речью, активируются не только прилежащие к нему области, но и гомотопическая центру Брока область в правом полушарии. Однако такой сдвиг функций из одного полушария в другое не проходит бесследно: перегрузка участка коры, помогающего повреждённому участку, приводит к ухудшению выполнения его собственных задач. В описанном случае передача речевых функций правому полушарию сопровождается ослаблением у пациента пространственно-зрительного внимания - например, такой человек может частично игнорировать (не воспринимать) левую часть пространства.