Зажги себя! Жизнь – в движении. Революционное знание о влиянии физической активности на мозг

Еще во времена нейробиолога Рамон-и-Кахаля[16] (который в 1906 году получил Нобелевскую премию за выдвижение идеи, что центральная нервная система человека состоит из отдельных нейронов, взаимодействующих между собой с помощью «полярных связей») некоторые ученые полагали, что процесс обучения включает в себя возникновение изменений в синапсах. Несмотря на одобрительные отзывы об этой теории, большинство исследователей все же не поверили в нее. Так продолжалось до 1945 года, пока психолог из Университета Макгилла Дональд Хебб

[17] не наткнулся на первое подтверждение. В те дни лабораторный режим был не таким строгим, как сейчас, и ученый посчитал возможным принести домой несколько лабораторных крыс в качестве домашних животных для забавы своим детям. Идея оказалась взаимовыгодной: когда через некоторое время он вернул крыс в лабораторию, обнаружилось, что те значительно превосходят оставшихся собратьев в тестах на обучаемость. Приобретенный крысами – любимцами детей опыт внимательного и даже любовного обращения оказал явно позитивное воздействие на их способность учиться, что Хебб интерпретировал как положительные изменения в их мозге. В признанном классическом труде The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory («Организация поведения: нейропсихологическая теория») он описал это явление как «пластичность от использования» («синаптическая пластичность»). Его идея состояла в том, что под влиянием стимуляции, связанной с обучением, синапсы сами видоизменялись.

Теория Хебба полностью вписывается в оценку физической активности, потому что для живых существ та часто выступает как новый опыт, во всяком случае в том, что касается мозга. В 1960-х годах группа ученых из Калифорнийского университета в Беркли использовала модель эксперимента под названием «обогащение среды» для проверки теории Хебба. Исследователи не брали грызунов домой, но оборудовали их жилища большим количеством игрушек, препятствий, скрытыми кормушками и беговыми колесами. Они также объединили животных в группу, чтобы те могли общаться и играть.

Дело, к сожалению, окончилось для крыс не совсем удачно: после эксперимента их мозг был вскрыт. Исследование показало, что большое количество сенсомоторных и социальных импульсов изменило структуру и функции мозга грызунов. Они не только лучше выполняли задания на обучаемость. Мозг их оказался тяжелее, чем у тех особей, что жили в пустых клетках. Определение Хеббом пластичности не включало в себя рост мозга. «Он формулировал свою теорию, когда даже заикнуться о том, что мозг может изменяться, было все равно что нести ересь, – говорит нейрофизиолог Уильям Гриноу, который молодым аспирантом очень интересовался экспериментами в Беркли. – Особенно изменяться физически под влиянием нового опыта».

Гриноу мечтал присоединиться к исследованию влияния «обогащения среды» на мозг, но его предупредили о нежелательности таких работ. Он вспоминает: «Научный руководитель сказал: если я выберу для изучения эту тему, наверняка окажусь во Вьетнаме». Однако по мере того, как эксперименты ученых из Беркли все же повторялись, постулат, что опыт может существенно влиять на мозг, обретал все более прочную базу. В серии параллельных исследований группа ученых из Гарварда доказала обратное: что при «обеднении среды» мозг может усыхать, или сжиматься.

Изучая кошек, у которых один глаз был зашит, исследователи установили, что их визуальная кора становилась меньше, чем у обычных. Все это укрепляло у ученых идею, что мозг подобен мышце и может как развиваться, так и ослабевать.

Последствия экспериментов с «обогащением среды» были очень серьезными. И дело не только в том, что они сблизили разделенные до этого биологию и психологию. Опыты ученых из Беркли привели к созданию федеральной образовательной программы «Старт ума» (Head Start), на которую выделялись существенные средства, чтобы обучать детей с отставаниями в развитии и из бедных семей в подготовительных школах. Почему ранее было возможно оставлять этих бедных мальчиков и девочек в «голых клетках» без обогащенного окружения?

Таким образом открылась новая область исследований. Нейробиологи и нейрофизиологи принялись изучать различные способы стимуляции роста мозга. Когда Гриноу получил должность преподавателя в Иллинойсском университете, он вернулся к интересующей его теме. В своих новаторских исследованиях 1970-х годов он использовал электронный микроскоп для обнаружения того, как «обогащение среды» позитивно влияло на рост новых ответвлений у нейронов. Стимуляция этого процесса за счет таких факторов «обогащения среды», как обучение новому, физические упражнения и социальные контакты, заставляла синапсы нейронов устанавливать новые связи с соседними нейронами. Одновременно синаптические окончания нейронов приобретали более толстую миелиновую оболочку, что позволяло эффективнее проводить поступающие сигналы.