От простого к сложному
Нервная система малыша развивается поэтапно, с каждым днём она становится всё более сложной. Примерно на 15-й день после зачатия образуются первые нервные клетки, которые в дальнейшем будут управлять всем организмом. Развитие головного и спинного мозга, а также всей нервной системы ребёнка начинается с формирования нервной трубки. Это полоса нервных клеток, которая неравномерно растёт. В области головы она образует пузырьки, которые затем станут головным мозгом. В остальных частях тела полоса изгибается — это будущие отделы спинного мозга.
На 22-й день после зачатия головной и спинной мозг малыша ещё ничем не защищены3. Кости, образующие череп и позвоночник, появятся позднее. Но так как ребёнок ещё находится в твоей матке и плавает в околоплодных водах, он надёжно оберегается от травм и сотрясений. К концу первого месяца в области головы малыша можно увидеть три мозговых пузыря: передний, средний и задний. На шестой и седьмой неделях передний и задний пузыри раздваиваются и из трёх пузырей получается пять.
В дальнейшем передняя пара развивается в большие полушария головного мозга и промежуточный мозг (таламус и гипоталамус). Средний мозговой пузырь превратится в средний мозг, которому природа «поручила» выполнение большого количества жизненно важных функций: он отвечает за зрение, слух, контроль движений, регуляцию циклов сна и бодрствования, ориентировочные, защитные и оборонительные рефлексы, концентрацию внимания, болевую чувствительность, репродуктивное поведение и температуру тела.
Задний мозговой пузырь станет ромбовидным мозгом, основные функции которого — контроль дыхания и кровообращения, передача информации из спинного мозга в головной, координация движений, регуляция равновесия и мышечного тонуса.
Когда формируется нервная система, внутриутробное развитие становится очень тонким процессом, на который влияют любые негативные изменения. Поэтому так важно, чтобы ты оберегала себя от заболеваний и стресса, регулярно проходила профилактические осмотры и прислушивалась к советам врачей. Посещение акушера-гинеколога и соблюдение его рекомендаций — залог того, что твой малыш будет правильно развиваться и хорошо себя чувствовать с первых дней его внутриутробной жизни4.
Пластичность модуляции: мозг и его история
В этом пункте мы сразу же встречаем второе поле действия нейропластичности — модификацию нейронных соединений посредством модуляции синаптической эффективности. Несомненно, именно на этом уровне пластичность проявляет себя с наибольшей яркостью и силой и именно здесь она «раскрывает» свое значение. На самом деле существует своего рода нейронное «творчество», не зависящее ни от чего другого, кроме опыта индивида, его жизни и взаимодействий со средой. Это «творчество» не закреплено исключительно за человеческим мозгом, но характерно уже для наиболее рудиментарных нервных систем.
Данная пластичность, состоящая в придании формы ветвлениям и модуляции синаптической эффективности, была впервые выявлена канадским неврологом Дональдом Олдингом ХеббомДональд Олдинг Хебб (1904–1985) — автор труда «Организация поведения: нейропсихологическая теория» (1949). Термин «пластичность» был впервые предложен выдающимся польским неврологом Ежи (Юрием) Конорским, чье видение синаптического функционирования было довольно близко взглядам Хебба (Konorski J. Conditioned Reflexes and Neuron Organization. Cambridge: Cambridge University Press, 1948; Конорски Ю. Интегративная деятельность мозга. М.: Мир, 1970).. В конце 1930-х годов разнообразные экспериментальные наблюдения заставили его отойти от концепции жесткой локализации цепочек памяти в соответствии с моделью рефлекторной дуги Павлова. По его мысли, следовало скорее говорить о существовании «пластичных синапсов», способных адаптировать свою эффективность передачи. Хебб сформулировал гипотезу нейронных цепочек, способных к самоорганизации, то есть к модификации своих соединений в ходе деятельности, необходимой для восприятия и обучения. Синапс — это первостепенное место, где нервная деятельность может оставить след, способный сместить, изменить или преобразовать себя через повторение прошлых действий.
Умение синапсов модулировать свою эффективность и модифицировать интенсивность своих ветвлений под действием опыта осуществляется в двух направлениях. Либо эффективность синапса (его способность передавать сигналы от нейрона к нейрону) увеличивается — это «долговременная потенциация (ДВП или LTP)»; либо она уменьшается — это «долговременная депрессия (ДВД или LTD)». Это видно уже на примере такого животного, как аплизия. Ее центральная нервная система проста и состоит из восьми пар ганглиев, расположенных вокруг пищевода, и большого абдоминального ганглия. Аплизия обладает скудным набором поведенческих стереотипов, среди которых можно выделить ряд защитных маневров вроде втягивания сифона или жабры. Вместе с тем сила ее защитного рефлекса модулируется опытом. Повторение неопасных стимуляций на мантии вызывает уменьшение рефлекса (привыкание), которое выражается в снижении амплитуды отступательных движений. Привыкание сопровождается подавлением синаптической активности и пропорциональным уменьшением количества нейротрансмиттера, выделяемого на уровне сенсорно-двигательного синапсаНейротрансмиттеры (ацетилхолин, адреналин и др.) обеспечивают перенос нервного импульса c одной на другую сторону синаптической щели. Здесь на смену электричеству приходит химия (принцип передачи нервного сигнала электрический / химический / электрический)..
Явления долговременных потенциации и депрессии еще более отчетливо выражены в процессах приспособления, обучения и памяти у птиц. К примеру, черношапочная гаичка запасает еду в кладовых, которые потом безошибочно находит. Исследователям удалось установить, что размер мозговой зоны (гиппокампа)Поскольку гиппокамповая формация и парагиппокампальная извилина играют первостепенную роль в процессе запоминания. Ключ к пластичности мозга и поведения — это способность к обучению и запоминанию. А гиппокамп как раз является зоной, преимущественно отвечающей за эти операции. Его повреждение имеет особенно тяжкие и чаще всего необратимые последствия для когнитивной деятельности и памяти., участвующей в этом процессе, у данной птицы больше, чем у других, не имеющих опыта запасания кормов. Стало быть, виды, практикующие запасание, имеют в сравнении с другими ощутимо более крупный гиппокамп. Это изменение является следствием накопления новых нейронов, уменьшения клеточной гибели (апоптоза) и увеличения соединений между нейронами гиппокампа. Последний, таким образом, демонстрирует удивительную структурную пластичность.
Потенциация и депрессия представляют собой не просто синаптические процессы, в течение которых одна или несколько стимуляций вызывают немедленное возбуждение. Это еще и долговременные модификации, способные преобразовать форму (изменения размера определенной зоны мозга, варьирование проницаемости регулярно возбуждаемой зоны) и удалить след, с тем чтобы нанести его заново (лабильность следа памяти). Действительно было замечено, что некоторые нервные сети становятся более продуктивными, когда «подавляют» синапсы, которые были задействованы в задачах, приводивших к ошибкам в двигательном обучении. В человеческом мозге эта особенность проявляется со всей очевидностью в ходе всех процессов обучения. Например, при обучении игре на фортепиано механизм подавления входных сигналов, соответствующих ошибочным движениям («промахам»), делает возможным усвоение правильных движений. В случае потенцированных соединений синапсы увеличивают площадь соприкосновения, их проницаемость возрастает, нервная проводимость ускоряется. И наоборот, малоиспользуемый или «подавляемый» синапс имеет тенденцию становиться менее продуктивным. Нейроны в некотором роде сохраняют импульсы стимуляции. Дело обстоит так, как если бы стабилизация воспоминаний происходила исключительно при условии потенциальной дестабилизации общего пейзажа памяти.
Итак, долговременная потенциация структурно связана с долговременной депрессиейЕсли бы синапсы, и особенно синапсы гиппокампа, только и делали, что укреплялись под действием ДВП, вскоре все они достигли бы максимальной степени эффективности и, следовательно, кодировка новой информации была бы невозможной., и эта связь составляет дифференцирующую, а точнее, трансдифференцирующую силу нейропластичности. Если воспользоваться аналогией со становлением стволовых клеток, то можно считать, что благодаря своей пластичности нейронные связи всегда способны сменить различие, воспринять отпечаток или от него избавиться, трансформировать свою программу.
Следовательно,
тот факт, что синапсы демонстрируют усиление или ослабление своей эффективности в зависимости от опыта, позволяет установить, что, хотя анатомия мозга у всех людей одинакова, ни один мозг не идентичен другому по своей истории.
Об этом напрямую свидетельствуют явления обучения и памяти. Повторение и привычка играют существенную роль, а это значит, что у нервной цепочки никогда нет четко фиксированной реакции. Пластичность совмещает роль скульптора с функциями художника и воспитателя свободы и автономии. В некотором смысле допустимо утверждать, что синапсы представляют собой резервы мозга на будущее. Они не закреплены и не служат простыми передатчиками нервной информации, но обладают силой формировать или реформировать саму эту информацию. Марк Жанро пишет: «Эффективность синапсов варьируется в зависимости от потоков информации, которая через них проходит: каждый из нас в детстве и на протяжении всей своей жизни испытывает уникальную конфигурацию влияний внешней среды, которая отражается на форме и работе сетей нашего мозга».
Это вновь позволяет поставить под сомнение старую догму, согласно которой взрослый мозг, как правило, утрачивает свою пластичность — он, конечно, в состоянии накапливать новую информацию, но с его обучаемостью, функциями памяти и глобальной структурой не происходит никаких изменений, разве что в сторону упадка или дегенерации. Мы, напротив, видим, что имеет место постоянная перестройка нейронной морфологии.
Чему учится твой малыш
На шестой и седьмой неделях беременности параллельно с головным и спинным мозгом формируется периферическая нервная система ребёнка: в ней уже можно различить самые крупные черепно-мозговые нервы5. Они нужны, чтобы мозг малыша оперативно собирал и обрабатывал информацию, полученную от всех частей его тела. К этому времени у него начинают развиваться и другие крупные системы органов: бьётся сердце, печень создаёт первые клеточки крови, растут почки. Также у ребёнка растут ручки и ножки, формируются глаза и уши, малыш уже становится похожим на тебя. С каждым днём он всё больше совершенствуется, постоянно учится новому.
Во втором триместре беременности развитие продолжается: малыш уже слышит твой голос и все внешние шумы, активно исследует при помощи рук своё тело и окружающую среду. Он трогает пуповину, сосёт большой палец, у него развиваются необходимые в будущем рефлексы. Он координирует движения конечностей, ежедневно тренируется. Ты уже чувствуешь его ритмичные пинки и толчки изнутри. Также во втором триместре кроха начинает открывать глаза, теперь он может испугаться яркого света и вздрогнуть.
Во втором триместре также начинается процесс миелинизации. Это «защитная изоляция» для каждого нерва, она улучшает его работу, чтобы твой малыш быстро учился новому. К моменту родов процесс миелинизации не завершается полностью, он продолжается и в течение первых лет жизни ребёнка. На пятом месяце беременности большие полушария мозга ещё гладкие, но когда твой кроха появится на свет, на них уже будут извилины и борозды.
3. Восстановительная пластичность: мозг и его регенерация
Здесь мы подходим к рассмотрению третьего поля действия пластичности — восстановления. За термином «восстановительная пластичность» на самом деле кроются два различных процесса: обновление нейронов, или вторичный нейрогенез, и способность мозга восполнять некоторые виды ущерба, вызванного повреждениями.
Что подразумевается под «обновлением нейронов» или «вторичным нейрогенезом»? Из того, что мы только что сказали, вытекает, будто за первой пластичностью — морфогенетической — следует пластичность модуляции, которая модифицирует синаптическую эффективность, но не затрагивает анатомическую стабильность мозга, как если бы она работала, так сказать, внутри закрытой системы. По словам Хезер Кэмерон: «Некоторые ученые до сих пор придерживаются гипотезы стабильного мозга, согласно которой никакой анатомической пластичности взрослого мозга, и особенно коры больших полушарий, не существует; они считают, что функциональная пластичность, лежащая в основе механизмов обучения, предполагает изменение „мощности“ синапсов, производимое модификацией рецепторов или межклеточной среды нейронов на молекулярном уровне»Хезер Кэмерон — исследовательница в лаборатории молекулярной биологии Национального института неврологических расстройств и инсульта (NINDS/NIH) в Бетесде, США. Мы цитируем ее статью: Cameron H. Naissance des neurones et mort d’un dogme // La Recherche, No 329, Mars 2000. P. 35.. Однако эта догма стабильного мозга не вполне верна. Действительно, продолжает автор,
«сегодня нам известно, что отдельные нейроны в зонах, важных для процесса обучения, постоянно обновляются — и это составляет относительно существенные анатомические изменения».
Даже если роль стволовых клеток во взрослом мозге и их локализация все еще мало изучены, даже если существует вероятность, что вторичный нейрогенез затрагивает не все регионы мозга, неоспорим тот факт, что нервные клетки во взрослом возрасте обновляются. Это открывает небывалые перспективы для восстановления мозга и меняет наши представления о его функционировании.
Недавнее исследование неокортекса приматов выявило наличие новых нейронов в трех регионах ассоциативной коры: префронтальной, нижней височной и теменной зонах. «Данный результат особенно интересен, поскольку ассоциативная кора играет важную роль в высокоуровневых когнитивных функциях, тогда как стриарная кора [в которой не наблюдается обновления] участвует в обработке информации зрительного происхождения. Это различие наводит на мысль, что для пластичных по своей природе функций нейрогенез играет ключевую роль и в то же время он бесполезен для функций низшего уровня, таких как обработка данных органов чувств, которые, как правило, стабильны в течение всей жизни».
Производство новых нейронов, таким образом, имеет целью не просто замену отмирающих клеток. Оно играет роль в пластичности модуляции и в силу этого еще больше расширяет понятие пластичности — вплоть до того, что колеблет понятие стабильности. Опять же: статуя оживает, программа одушевляется. Там, где, как нам кажется, присутствует лишь чистая механика, мы обнаруживаем сложное переплетение разных типов пластичности, противоречащих привычным представлениям о мозге как машине. Как утверждает Ален Прошьянц: «Необходимо сказать, что одна из главных характеристик нервной системы, безусловно, заключается в ее пластичности. Мозг нельзя рассматривать как сеть окончательно проложенных кабелей, а старение мозга — как выключение все возрастающего числа элементов этой цепочки из сети. Даже несмотря на то что это формально доказано лишь в нескольких экспериментальных моделях, мы вправе предположить, что нервные волокна вырастают ежедневно, что одни синапсы распадаются, а другие, новые, образуются. Эти перемены в нейронном пейзаже… являются свидетельством нашей приспособляемости, обучаемости и нашего потенциала к совершенствованию, который сохраняется вплоть до преклонного возраста, а фактически — до самой смерти».
В статье под названием «Необычное распределение новых нейронов» исследователи утверждают: «…наблюдения вторичного нейрогенеза отчетливо показывают, что адаптивные способности нервной системы птиц и взрослых млекопитающих проистекают не только из изменчивости синаптических соединений. Они также опираются на производство или обновление отдельных популяций нейронов в нескольких строго определенных регионах, общим свойством которых является выполнение функций, отвечающих за обучение и/или память. В этом свете представляется, что вторичный нейрогенез равным образом позволяет личному опыту субъекта накладывать свой отпечаток на нейронные сети в виде регулярных морфологических и функциональных перестроек. А значит, взрослый нейрогенез в качестве предельного механизма пластичности, в значительной мере управляемого личным опытом субъекта и его взаимодействиями со средой, по всей видимости, составляет дополнительный механизм индивидуации. С той существенной разницей, что действует он в течение всей жизни».
Идея клеточного обновления, регенерации, ресурса как вспомогательных средств синаптической пластичности проливает свет на силу исцеления — лечения, заживления, компенсации, восстановления, способности мозга создавать естественные «протезы». Пластическое искусство мозга рождает статую, способную излечивать саму себя. Функционирование мозга, как мы знаем, может быть нарушено по причине многих патологий, наиболее известные из которых — черепно-мозговые травмы, нарушения мозгового кровообращения, энцефалиты, нейродегенеративные заболевания (болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера). Вместе с тем после подобных повреждений и недугов нервная система неизменно проявляет пластичность независимо от того, венчаются ее усилия успехом или нет: пораженные структуры и функции пытаются себя модифицировать, с тем чтобы восполнить дефицит или сформировать новую схему организации, одновременно отклоняющуюся от нормы и ее восстанавливающую.
Восстановительная пластичность, очевидно, восполняет не все дефициты. Некоторые поражения, как мы знаем, необратимы. Но поначалу мозг всегда пытается с большей или меньшей результативностью, эффективностью и надежностью реорганизовать пораженную функцию. В качестве примера данного феномена Марк Жанро приводит «паралич левой руки, вызванный поражением двигательной коры справа вследствие инсульта. Сначала никакое движение невозможно, рука неподвижна и вяла. Через некоторое время мышечная сила возвращается, восстанавливается подвижность локтя и запястья. Как это возможно, если нейроны, отвечающие за управление этими движениями, разрушены?… Тут на помощь приходит функциональная нейровизуализация: она показывает, что при усилиях пациента двигать парализованной рукой активизируется как раз не затронутая поражением двигательная кора слева. Пациент, сам по себе или за счет реабилитации, учится использовать нервные пути, которые в нормальном состоянии таковыми не являются. Подобная реорганизация двигательной функции еще раз свидетельствует о пластичности церебральных механизмов». Другой пример — это то, что происходит на начальном этапе болезни Альцгеймера. Наступающая амнезия частично компенсируется способностью восстановления хранящейся информации. Деактивация одних регионов (гиппокампа) уравновешивается метаболической активацией других (фронтальных). Таким образом,
за поражением отдельных цепочек следует смена стратегий обработки информации, которая также свидетельствует о функциональной пластичности мозга.
Итак, в мозге человека предусмотрены функции, ответственные за реорганизацию после повреждений. Эти явления также наблюдаются в случае некоторых трансплантаций. В январе 2000 года сотрудники лионской больницы имени Эдуара Эррио впервые провели пересадку кистей рук тридцатитрехлетнему Дени Шателье, который за три года до этого перенес ампутацию после случайного взрыва. Вопрос стоял следующим образом: даже если удастся установить анатомическую преемственность между кистями донора и предплечьями реципиента, можно ли добиться той же преемственности на психологическом и неврологическом уровнях? Случай Д. Ш. доказал, что да. Фантомные боли у него исчезли, а двигательный прогресс, которого он добился, позволил заключить, что его мозг успешно интегрировал пересаженные руки. «Когда двигательная кора реорганизуется, синапсы модифицируются. Они изменяют свои влияние и „вес“ в локальном функционировании сети нейронов… После пересадки [подобное] изменение нейронных связей могло бы привести к восстановлению представительства кисти руки». Очередное доказательство удивительной приспособляемости нашего мозга.
В рубрике «Открытое чтение» мы публикуем отрывки из книг в том виде, в котором их предоставляют издатели. Незначительные сокращения обозначены многоточием в квадратных скобках. Мнение автора может не совпадать с мнением редакции.
Где можно учиться по теме #здоровье
Курс
Курс В.А. Дубынина «Иммунитет глазами физиолога»
15 октября 2021 — 12 ноября 2019
Курс
Магистратура «Семейная и супружеская терапия»
1 сентября 2021 — 1 июля 2022
Курс
Курс «Первая помощь»
29 октября 2021 — 27 ноября 2019
Где можно учиться по теме #мозг
Курс
Многофункциональность мозга
По мере набора
Курс
Мозг и зависимости
По мере набора
Курс
Развитие головного мозга: полезные занятия
Учёные считают, что на формирование нервной системы ребёнка положительно влияют прослушивание классической музыки, просмотр произведений искусства, чтение книг, твой ласковый голос. Каждую свободную минутку старайся развивать нервную систему малыша. Как можно больше читай, в том числе и вслух, чтобы тебя было слышно, любуйся прекрасным, наслаждайся приятными мелодиями. Твои положительные эмоции крайне важны для развития мозга и всей нервной системы твоего ребёнка.
После 30-й недели, когда начинается декретный отпуск, можно запланировать программу культурных мероприятий: посещение выставок, музеев или выезды на природу. Однако посоветуйся с врачом и узнай, какие мероприятия стоит исключить из списка. Так, длительное стояние, подъёмы по крутым лестницам или нахождение в шумных помещениях стоит исключить.
