Число нейронных связей в мозге улучшает качество жизни человека
Ум, настроение и удовлетворение жизнью зависят от того, насколько активно разные области мозга общаются между собой. Ученые, выяснившие это, рассказали отделу науки «Газеты.Ru», передается ли повышенное количество нейронных связей по наследству и как можно повысить склонность человека к математике.
На протяжении многих лет ученые думали, что головной мозг взрослого человека остается неизменным. Однако теперь науке точно известно: на протяжении всей жизни в нашем мозге формируются все новые и новые синапсы — контакты между нейронами или получающими их сигнал клетками другого типа. В совокупности
нейроны и синапсы формируют нейронную сеть, отдельные элементы которой постоянно контактируют между собой и обмениваются информацией.
Нейрон ответит за память
Исследователи выяснили, как эпизодическая память и ассоциации возникают на уровне одного нейрона и как…
02 июля 13:40
Именно нейронные связи помогают разным областям головного мозга передавать друг другу данные, тем самым обеспечивая жизненно важные для нас процессы: формирование памяти, продуцирование и понимание речи, управление движениями собственного тела.
Группа исследователей под руководством Стивена Смита из Центра функциональной магнитно-резонансной томографии головного мозга Оксфордского университета решила выяснить, способно ли общее число нейронных связей в мозге каким-то образом влиять на его работу в целом. В ходе исследования ученые использовали данные, полученные в рамках Human Connectome Project — проекта, запущенного в 2009 году. Его целью является составление своеобразной «карты» головного мозга, с помощью которой можно будет понять, какая область мозга отвечает за тот или иной процесс или заболевание, а также каким образом разные области мозга взаимодействуют друг с другом.
Уникальность работы исследовательской группы Стивена Смита заключалась в том, что ученые не концентрировали свое внимание на связях между конкретными областями мозга или на его определенных функциях, а изучали процессы в целом.
Подробнее ознакомиться с полученными данными можно в журнале Nature Neuroscience.
В исследовании были использованы результаты магнитно-резонансной томографии 461 человека. Для каждого из них была создана «карта», на которой показывалось общее количество нейронных связей между всеми областями мозга. Кроме того, каждый участник исследования заполнял анкету, где рассказывал о своем образовании, образе жизни, состоянии здоровья, семейном положении и эмоциональном состоянии. Всего вопросы затрагивали 280 аспектов жизни человека.
Паралитик встал и пошел
Впервые в истории мужчина, обе ноги которого были парализованы в течение пяти лет, вновь обрел способность…
24 сентября 11:42
В результате работы удалось выяснить: чем большее количество нейронных связей присутствует в головном мозге человека, тем более «положительным» он является.
Люди, мозг которых был богат контактами между нейронами, как правило, получили высшее образование, не имели проблем с законом, стремились вести здоровый образ жизни, находились в хорошем психологическом состоянии и в целом демонстрировали высокий уровень удовлетворенности жизнью.
Как утверждают авторы исследования, взаимосвязь между количеством нейронных связей и качеством жизни человека была такой яркой и сильной, что сами ученые были поражены этим.
Отделу науки удалось связаться с ведущим автором работы Стивеном Смитом и поговорить с ним о деталях работы.
— Можно ли дать точное объяснение того, почему количество нейронных связей в головном мозге оказывает прямое воздействие на качество жизни человека: например, сказать, что число связей каким-то образом влияет на мозговую деятельность?
— Нет, говорить о таких причинно-следственных связях пока рано, так как все это — предмет сложного и многовариантного корреляционного анализа. Поэтому пока что мы не можем заявить, что мозг, в котором много нейронных связей, заставляет человека учиться на несколько лет дольше (или наоборот — что многолетнее обучение увеличивает количество нейронных связей).
Кстати, на данный момент действительно можно распространять причинно-следственные связи в оба направления — это можно назвать «заколдованным кругом».
— В таком случае каким образом вы собираетесь этот «заколдованный круг» разорвать?
— Та работа, которую мы проделали сейчас — сканирование головного мозга при помощи магнитно-резонансной томографии, — может показать лишь то, насколько тесно связаны между собой те или иные области мозга. Она также отражает множество других биологических факторов меньшей важности — например, демонстрирует точное количество нейронов, связывающих эти области. А вот понимание того, как эти связи влияют на поведение, умственные способности, образ жизни человека, — это основной вопрос, который стоит перед сотрудниками проекта Human Connectome Project.
Почему надо спать на боку
Чтобы очистить мозг от накопленных за день токсинов, надо спать на боку, выяснили ученые. Отдел науки…
16 августа 12:40
— Стивен, а существует ли корреляция между числом нейронных связей в головном мозге родителей и детей?
— А вот тут я могу однозначно ответить — да.
Существует множество доказательств того, что количество нейронных связей, скажем так, передается по наследству. В рамках нашего проекта мы собираемся изучить это явление более глубоко. Хотя, несомненно, существуют и другие важные факторы, которые влияют на функционирование мозга и формирование нейронных связей.
— А возможно ли — хотя бы теоретически — каким-то образом повлиять на количество нейронных связей и таким образом изменить качество жизни человека?
— Об этом очень сложно говорить в общих чертах. Впрочем, существует множество примеров, когда вмешательства в функционирование головного мозга изменяли поведение человека или улучшали какие-то отдельные показатели его работы. О подобном эксперименте можно прочесть, например,
Можно привести и другой, более простой и обыденный пример: мы же все знаем, что обучение и практика в каком-либо виде деятельности помогают улучшить выполнение этой самой деятельности.
Но ведь обучение — по определению — изменяет нейронные связи головного мозга, пусть иногда мы и не в состоянии это зафиксировать.
Что касается вашего вопроса, то проблема глобального изменения поведения или способностей человека остается масштабным и чрезвычайно интересным объектом исследования.
Зачем нужны новые нейронные связи?
«Берегите нервы, а главное, не трепите их ни себе ни людям, ведь нервные клетки не восстанавливаются» — говорили нам в детстве. Но вот ученые не так категоричны в отношении способностей мозга и уже несколько десятилетий говорят об обратном.
О том, что такое нейрогенез, для чего он нужен и как каждый из нас в силах его поддержать, читайте в этом материале.
Содержание
- Нейрогенез: как и для чего образуются новые клетки?
- Динамика нейрогенеза на протяжении жизни: от 250 000 клеток в минуту до нескольких тысяч в день
- Несколько факторов, которые могут все испортить
- Как улучшить нейрогенез
Нейрогенез: как и для чего образуются новые клетки?
Когда мы говорим о мозге, то представляем огромный конгломерат нейронов – нервных клеток, которые слишком малы, чтобы их увидеть и слишком многочисленны, чтобы их пересчитать.
5 мкм — размер нервной клетки. Всего их около 86 млрд.
Нейроны не функционируют поодиночке, а образуют тысячи контактов с другими нервными клетками, формируя тем самым нейронные сети.
Именно они лежат в основе процессов запоминания, обучения, восприятия и других когнитивных функций. Однако было бы ошибкой думать, что мозг состоит только лишь из нейронов, мозг это еще и 85 млрд глиальных клеток, которые питают, защищают и поддерживают нервные клетки. Кроме того, это органы эндокринной системы
Не так давно после многочисленных споров, открытий и их опровержений, ученым все-таки удалось доказать и наличие стволовых клеток в ЦНС взрослого человека.
Стволовые клетки – это неспециализированные клетки организма, которые способны к делению и превращению в клетки различных органов и тканей. В головном мозге они превращаются в нейрональные или глиальные.
Именно благодаря стволовым клеткам возможен нейрогенез – формирование новых нейронов. Но зачем они нужны?
Еще со школьных уроков биологии мы знаем, что все живые клетки, будь то растительные или животные, способны к делению. Именно благодаря этому организм растет, размножается, заменяет поврежденные клетки на новые «рабочие».
Нейроны не обладают такой способностью, поэтому если с ними что-то случается и они погибают, то это происходит раз и навсегда.
Раньше так и думали, поэтому советовали беречь нервные клетки. Теперь же, после открытия нейрогенеза, становится ясно, что несмотря на потери, мы можем восстановить нервную ткань и заменить «мертвые» клетки на новые рабочие.
Также нейрогенез связывают с процессами обучения, памяти и защитой мозга от вызванного стрессом истощения. Ученые возлагают большие надежды на этот процесс, предполагая его участие в реабилитации психических и неврологических расстройств.
Нейрогенез – это важная адаптивная функция мозга, задача которой компенсировать поврежденные клетки в результате патологических или иных причин.
Будущие нейроны формируются преимущественно в двух областях: зубчатой извилине гиппокампа и субвентрикулярной области боковых желудочков мозга.
Перед тем как стать нейрональной клеткой, клетка предшественница должна пройти несколько этапов трансформаций и, что немаловажно, выжить. Химическое «окружение» клетки играет большую роль в ее выживании и переходе в статус зрелой нейрональной клетки.
Так, только 25% клеток из области желудочков и 40% из гиппокампа способны на это.
Далее клетки дифференцируются, то есть превращаются в какой-то конкретный тип нейронов и мигрируют в нужные области мозга, где включаются в работу.
Динамика нейрогенеза на протяжении жизни: от 250 000 клеток в минуту до нескольких тысяч в день
Начинается нейрогенез на этапе формирования плода и отвечает за «заселение» растущего мозга. Уже на третьей неделе после зачатия начинают формироваться клетки, предназначенные для построения нервной системы, а на 14 неделе мозг ребенка становится похож на мозг взрослого, за исключением наличия в нем борозд и извилин.
Основная часть нейрогенеза завершается к 5 месяцам внутриутробного развития, однако описанные выше области гиппокампа и боковых желудочков мозга продуцируют нейроны на протяжении всей жизни.
Кора головного мозга – слой серого вещества, который состоит из тел нейронов, формируется в самую последнюю очередь. Нейрогенез протекает в это время очень бурно и, по некоторым данным, в пиковый момент активности достигает 250 000 клеток в минуту.
Однако после рождения интенсивность образования новых клеток значительно падает и ко взрослому возрасту составляет примерно 9 000 клеток в день. В пожилом возрасте отмечается снижение объема гиппокампа (на 1—2% ежегодно) и, как следствие, связанного с ним нейрогенеза. Однако говорить о конкретных цифрах пока сложно.
Изучение нейрогенеза у людей сопряжено с большим количеством трудностей, поэтому чаще всего его исследуют на животных. Именно поэтому сегодня мы не можем описать точную количественную картину нейрогенеза у человека с указанием каждого возрастного периода.
Несколько факторов, которые могут все испортить
Нейрогенез не статичен, а потому подвержен воздействию множества внешних и внутренних факторов. Так, острый и хронический стресс снижает образование новых клеток в гиппокампе, поскольку увеличивается секреция глюкокортикоидов – гормонов коры надпочечников. Их хроническое действие в свою очередь не только негативно отражается на нейрогенезе, но и обостряет апоптоз – запрограммированную гибель всех клеток.
С Тестом Микробиоты Атлас можно узнать, в порядке ли баланс кишечных бактерий и что стоит добавить в рацион, чтобы лучше справляться со стрессом.
Известно, что депрессия тесно связана с прекращением нейрогенеза в гиппокампе. Дело в том, что при депрессии заметно снижается количество серотонина – одного из главных нейромедиаторов нашего мозга, то есть биологически активного вещества, благодаря которому информация передается от клетки к клетке. Однако помимо функции переносчика, серотонин также регулирует размножение стволовых клеток в гиппокампе, поэтому изменения в его работе приводят и к нарушению нейрогенеза.
Но не стоит впадать в панику, ведь есть много способов научиться справляться с хроническим стрессом и минимизировать его вредное влияние на мозг. Кроме того, доказано, что длительный прием антидепрессантов различного класса (среди которых и селективные ингибиторы обратного захвата серотонина) при тяжелой депрессии не только не снижает, но и стимулирует нейрогенез.
К гибели нейронов и уменьшению появления новых приводят не только психические заболевания (шизофрения, алкогольная и наркотическая зависимость) но и неврологические, такие как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона, рассеянный склероз, эпилепсия и другие.
Ученые также выяснили, что большое потребление жиров и рафинированных сахаров экспериментальными животными в несколько раз снизило образование новых клеток в мозге.
Исследования предполагают, что негативные эффекты чрезмерного потребления калорий опосредуются кишечной микробиотой. В целом, существует большое количество данных, фактически доказывающих влияние кишечной микробиоты на начало нейрогенеза и его протекание.
Однако мы все еще не можем утверждать это наверняка, поскольку исследования имеют свои ограничения.
В целом, все, что вредно для работы мозга, вредно и для нейрогенеза. Среди прочих факторов, это еще и травмы головы, гипоксия, нейроинфекции, нейровоспаления и многое другое.
Как улучшить нейрогенез?
Много факторов способны разрушить хрупкий и ценный процесс образования новых нейронов, однако есть вещи, которые в силах сделать каждый из нас, чтобы его поддержать.
Что поможет улучшить нейрогенез:
- Обучение
Регулярная умеренная когнитивная нагрузка обеспечивает выживание старых клеток и производство новых: можно отгадывать сканворды, играть в судоку, читать книги, тренировать мозг с помощью решения математических задач. - Физические упражнения
Было показано, что систематическое выполнение аэробных физических упражнений способствует функционированию нейрогенеза и приводит к увеличению объема гиппокампа на 2%.
- Питание
Ученые выяснили, что витамины B-6, B-12 и omega 3 полиненасыщенные жирные кислоты имеют решающее значение для поддержания нейрогенеза у взрослых, поэтому продукты—источники таких полезных веществ обязательно стоит включать в рацион.
Витамин B-6 содержится в грецких орехах, фундуке, шпинате, картофеле, моркови, B-12 — в говядине, субпродуктах и морепродуктах, omega 3 — в жирной рыбе, грецких орехах и льняном семени.
Кроме того, улучшить нейрогенез может помочь прием антидепрессантов. Но только в тех случаях, когда это рекомендовано врачом.
Больше статей о здоровье в блоге Атласа:
- Как отличть тревогу от генерализованного тревожного расстройства
- Психические расстройства и генетика
- Гомазков О.А. Нейрогенез как адаптивная функция мозга, 2014
- Abdissa D, Review Article on adult neurogenesis in humans, 2020
- Banasr M, Serotonin-Induced Increases in Adult Cell Proliferation and Neurogenesis are Mediated Through Different and Common 5-HT Receptor Subtypes in the Dentate Gyrus and the Subventricular Zone, 2003
- Bounchez C, Serotonin: 9 Questions and Answers, 2011
- Erickson K, Exercise training increases size of hippocampus and improves memory, 2011
- Kolb B, Brain plasticity and behavior in the developing brain, 2011
- Liu Ch, The gut microbiome: implications for neurogenesis and neurological diseases, 2022
- Poulose S, Nutritional Factors Affecting Adult Neurogenesis and Cognitive Function, 2017
- Raz N, Regional brain changes in aging healthy adults: general trends, individual differences and modifiers, 2005
- Weintraub K, The Adult Brain Does Grow New Neurons After All, Study Says, 2019
- Yong E, Do Adult Brains Make New Neurons? A Contentious New Study Says No, 2018
Создание и разрыв связей в мозгу
Если бы вы взяли человеческий мозг и бросили его в блендер — не то чтобы вы должны были — получившаяся суспензия клеток не была бы такой особенной, как человеческий мозг.
Ни мыслей, ни забот, ни удивления, ни трепета.
Это потому, что связи между этими клетками делают мозг таким удивительным. Посылая электрические сигналы от нервной клетки к нервной клетке по огромной сети соединений, мозг создает такие обыденные мысли, как «Где мои ключи?» или столь глубокое, как «Я мыслю, следовательно, существую».
Кимберли Макаллистер была очарована человеческим мозгом еще в колледже. Будучи аспирантом в 1990-х годах, изучая нейробиологию развития, ее привлек вопрос о том, как устроен мозг: как отдельные клетки мозга в растущем плоде каким-то образом организуются в орган, способный однажды обдумывать тайны жизни.
Ныне директор Центра неврологии Калифорнийского университета в Дэвисе, Макаллистер продолжает исследовать, как нервные клетки мозга, называемые нейронами, находят друг друга, соединяются и расходятся. Она разговаривала с Knowable Журнал о ключевых открытиях в изучении сетей мозга и новых работах, раскрывающих их значение при заболеваниях.
Эта беседа была отредактирована для увеличения длины и ясности.
Связи между нейронами называются синапсами. Что такое синапс и что там происходит?
По сути, это соединение: одна ячейка разговаривает с другой. Клетка мозга, или нейрон, имеет большое основное тело, из которого торчат маленькие нити. Итак, один нейрон, передатчик, использует очень тонкую нить, называемую аксоном. Второй нейрон, приемник, может получать контакты вдоль своего основного тела или вдоль нитей, которые разветвляются, как дерево, называемые дендритами. Когда кончик аксона передатчика соединяется с приемником, это синапс.
Нейроны работают на электричестве. Если электрический сигнал проходит по аксону, его кончик высвобождает химические вещества, называемые нейромедиаторами, в синапс. Эти нейротрансмиттеры сообщают клетке-приемнику либо активировать собственный электрический заряд, который посылает сигнал следующему нейрону в цепочке, либо приказывают клетке-приемнику оставаться в покое.
Когда нервная клетка связывается с другой нервной клеткой, сообщение передается от кончика аксона, длинных тонких ответвлений, отходящих от основного тела клетки. Этот конец аксона выпускает химические мессенджеры, известные как нейротрансмиттеры (синие точки), в пространство между двумя клетками, называемое синаптической щелью. Белки-рецепторы на дендрите принимающей клетки — другом ответвлении — улавливают эти нейротрансмиттеры, которые сообщают принимающей клетке, следует ли оставаться в покое или послать сообщение дальше. Это сильно упрощенное изображение также показывает несколько тысяч видов белков, обнаруженных в синапсах, в том числе потенциалзависимые ионные каналы, которые помогают нервам посылать электрические сигналы, и транспортные белки, которые перемещают молекулы в клетки и из них.
Но это не так просто, как один приемник на каждый передатчик. Например, в лобной коре — части мозга, отвечающей за такие способности, как речь, которые отличают нас от других животных, — нейроны выглядят красиво, как деревья.
Они могут иметь 10 000 или более синапсов на своих ветвящихся дендритах, каждый из которых может получать информацию от другой клетки.
Активность этих тысяч входных сигналов суммируется, чтобы вызвать срабатывание нейрона — или нет — и именно так информация передается в мозг. Этот вид передачи информации через сложные сети, созданные 120 миллиардами нейронов в человеческом мозгу, позволяет создавать сложные мысли.
Аксоны и дендриты могут перемещаться, особенно когда мозг молод. То, как они соединяют отдельные нейроны, создает сетевые пути. Во время развития 100 триллионов синапсов в коре головного мозга человека формируются со скоростью примерно 10 000 каждые 15 минут! Вместе все эти синапсы образуют гигантскую сеть. И это дает нам сознание.
Когда я начинал, мы ничего не знали о том, как формируются синапсы. Я разработал технику для изучения роста дендритов. Мы поняли, что форма нейронов и дендритов зависит от активности синапсов. То есть, если мозг не получает информацию — от органов чувств и окружающей среды — и не отвечает разговорами по сети, тогда нейроны не будут строить правильные приемники, и мозг не будет развиваться должным образом.
Синапсы — это очень маленькие, но невероятно сложные молекулярные механизмы, состоящие из белков, которые направляют, поддерживают и укрепляют связи. Одним из самых больших достижений за последние 20 лет стала идентификация огромного количества белков, образующих эти связи. По оценкам биохимиков, в каждом синапсе находятся тысячи различных белков. Удивительное разнообразие этих белков позволяет мозгу настраивать силу и стабильность синапсов, позволяя нам думать сложные мысли и создавать воспоминания.
Мы узнали, что если есть генетическая мутация, которая изменяет функцию одного из этих белков, она может способствовать развитию таких расстройств, как аутизм, шизофрения и депрессия. Мы привыкли думать об этих состояниях как о нарушениях синапсов или синаптопатиях.
Считалось, что в развивающемся плоде или младенце нейроны волей-неволей образуют множество связей, что описывается восхитительной фразой «буйный синаптогенез». Как этот процесс строит организованный мозг?
Когда нейроны рождаются в мозгу плода, они мигрируют в свое правильное положение.
Упрощенно можно представить, что некоторые перемещаются в головной мозг, который участвует в таких задачах, как речь и рассуждения, некоторые в мозжечок, который участвует в координации движений, а некоторые в ствол мозга, где коренятся автоматические действия тела, такие как дыхание. . После размещения аксоны следуют по химическим следам к целевым областям либо в той же части мозга, либо в другом месте.
В учебниках говорится, что как только они попадают в основную область-мишень, аксоны образуют избыточные соединения; затем лишние синапсы обрезаются только на более поздних этапах развития. Но теперь мы знаем, что есть молекулы, которые с самого начала ограничивают образование синапсов, что начальное образование контролируется более жестко.
Большинство нейронов головного мозга развиваются до рождения, но мозг продолжает созревать долгое время после этого, при этом нейроны создают и разрывают поразительное количество соединений, называемых синапсами.
Нейроны, показанные в этом видео, были выделены из коры головного мозга новорожденной мыши и выращены в чашке, где их визуализировали каждые 30 минут между шестым и восьмым днями после рождения. Тонкие клеточные отростки, называемые аксонами (красные), ищут ответвления дендритов (зеленые) соседних нейронов, чтобы сформировать связи.
ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ: А. КИМБЕРЛИ МАКАЛЛИСТЕР / СКОТТ КЭМЕРОН
Способность мозга усиливать или ослаблять синапсы в зависимости от того, насколько они активны, часто называют «пластичностью». Что такое пластичность и почему она важна?
Пластичность означает, что мозг может изменяться, например, путем изменения связей в его сетях. Без пластичности мы не смогли бы учиться или адаптироваться к окружающей среде. Когда вы что-то изучаете, электрическая активность проходит по разным цепям. Эти электрические импульсы изменяют силу определенных соединений, делая их сильнее или слабее.
Например, если вы узнаете, что «hola» в переводе с испанского означает «привет», некоторые синапсы станут сильнее.
Это происходит в результате изменений в различных белках, составляющих синапс.
Ученые могут видеть это, когда имитируют обучение на срезах мозга в лабораторных чашках и даже у живых животных. Дендриты имеют небольшие выступы, называемые шипами, которые действуют как приемники сигналов. После обучения эти шипы становятся больше, и они с большей вероятностью останутся. Такое изменение является частью пластичности.
Маленькие дети отлично усваивают новую информацию и навыки. Будучи взрослыми, мы часто не так хороши в этом. Как меняется пластичность с возрастом?
Мозг молодых животных обладает большой пластичностью. Для каждой способности мозга, например, для понимания языка, существует критический период, когда обучение идет легко. Это критический период, когда в мозгу происходит много изменений. Если вы посмотрите на эти отростки дендритов в молодом мозгу, то увидите, что они двигаются как сумасшедшие.
Но если вы посмотрите на мозг взрослого человека, иглы почти не двигаются.
Это потому, что материал, который действует как клей, входит и удерживает нейроны на месте. Критический период для каждой области мозга заканчивается в разное время. Например, критический период для развития речи начинает заканчиваться примерно в возрасте 5 лет. Но способность мозга делать рациональные суждения не достигает полной зрелости примерно до 25 лет. полностью исчезнуть. У взрослых речь идет не столько о добавлении или удалении связей, сколько о настройке силы синапсов с использованием всех этих синаптических белков.
Одной из величайших загадок является , почему взрослых так легко теряют способность учиться. В некоторых случаях, например, в частях зрительной системы лягушек и золотых рыбок, эта пластичность не исчезает. Ученые пытаются понять, что происходит с этими существами. Если бы мы могли возобновить критический период у кого-то, чьи нервы повреждены или ухудшаются, возможно, мы смогли бы восстановить связи.
Чтобы изучить синапсы, ученые сначала занялись нервно-мышечным соединением, где определенные нейроны встречаются с мышцами для управления движением.
Куда ушли исследователи оттуда?
В 1990-х и начале 2000-х годов в этой области полностью доминировали исследования нервно-мышечных соединений. Это гораздо более простой синапс, чем в мозге. Мы многому научились.
Но в мозгу синапсы намного разнообразнее. Сосредоточение внимания на мозге стало возможным благодаря развитию методов, которые позволили нам извлекать нейроны из мозга и наблюдать в чашке, как они образуют сети. Таким образом, мы можем начать оценивать, как формируются, функционируют и исчезают синапсы в сложных сетях, которые они формируют даже за пределами мозга.
Мы обнаружили огромные различия между мозгом и нервно-мышечным соединением. В мозгу есть еще много, много разных типов синапсов и больше видов нейротрансмиттеров. Это значительно усложняет мозг — не говоря уже о сложности нервно-мышечного соединения! — и суперинтересно.
Исследователи также обнаружили новый класс молекул, которые удерживают вместе две стороны синапса.
Почему это важно?
Эти молекулы охватывают промежуток между двумя сторонами синапса, удерживая передающие и принимающие клетки вместе, как молнии, и они действительно важны для образования и ликвидации синапсов.
Оказывается, мутации, которые изменяют многие из этих молекул «молнии», делают синапсы дисфункциональными и связаны с расстройствами головного мозга, включая эпилепсию, синдром Дауна и болезнь Альцгеймера. Например, дефекты в гене белка-молнии под названием нейролигин были связаны с аутизмом; затем исследователи обнаружили мутации в том же гене у людей, больных шизофренией.
Но у вас также могут быть эти мутации, но не расстройство мозга. Один из актуальных вопросов сейчас: что заставляет человека с мутацией белка-молнии проявлять симптомы и почему у разных людей с одинаковыми мутациями проявляются различные наборы симптомов (например, аутизм и шизофрения)?
Я думаю, что эти белки-молнии могут оказаться даже более интересными, чем другие части синапса.
Теперь ученые хотят понять: как мы можем разработать лекарства для исправления дисфункциональных синапсов?
Считалось, что мозг несколько изолирован от иммунной системы организма. Тем не менее, вы и другие сейчас изучаете роль иммунных клеток и молекул в мозге. Что они делают?
Большое внимание уделяется особому типу иммунных клеток, называемому микроглией. Эти клетки очищают мозг от мертвых клеток и других израсходованных материалов. Микроглия может уничтожать синапсы, поедая их. Мы знаем, что они связаны с заболеваниями головного мозга, такими как болезнь Альцгеймера, потому что они переключаются в свое активное противоинфекционное состояние у людей с такими заболеваниями. Но до сих пор остается загадкой, как именно они вносят свой вклад.
Я изучал мозговые функции иммунных молекул под названием MHC1. Эти молекулы отлипают от поверхности почти всех клеток. Их традиционная работа — сообщить иммунной системе, что эти клетки являются частью тела, а не чем-то, что нужно атаковать.
Молекулы MHC1 также участвуют в синаптической пластичности. Они предотвращают образование синапсов на ранней стадии, поэтому они делают развитие мозга менее бурным и более строго контролируемым.
Я также думаю, что молекулы MHC1 участвуют в том, как химические вещества или инфекции влияют на развитие мозга. Я вхожу в группу, изучающую, как инфекции у беременных женщин усугубляют риск развития у ребенка расстройства аутистического спектра или шизофрении. В одном проекте мы изучаем потомство мышей-матерей после того, как матери подверглись воздействию вирусоподобного вещества, вызывающего иммунный ответ. У мышей-потомков в мозгу больше MHC1 и меньше синапсов, чем у контрольных животных. Это говорит о том, что инфекции, которые затрагивают иммунную систему, могут изменить схему мозга за счет изменения уровня иммунных молекул в синапсах.
С одной стороны, тот факт, что инфекции могут изменить развитие мозга, пугает. С другой стороны, в большинстве случаев инфекции не влияют на мозг.
Если мы сможем лучше понять, как, когда и почему иммунная система регулирует развитие мозга, однажды мы сможем разработать лекарства для изменения иммунного ответа и исправления того, что происходит или идет не так в мозгу.
Архитектура мозга
Ключевые понятия
Ранний опыт влияет на развитие архитектура мозга , которая обеспечивает основу для всего будущего обучения, поведения и здоровья. Точно так же, как слабый фундамент ставит под угрозу качество и прочность дома, неблагоприятный опыт в раннем возрасте может ухудшить архитектуру мозга, причем негативные последствия сохраняются и во взрослой жизни.
Развитие архитектуры мозга ребенка обеспечивает основу для всего будущего обучения, поведения и здоровья. Мозги формируются с течением времени, снизу вверх. Базовая архитектура мозга строится в ходе непрерывного процесса, который начинается еще до рождения и продолжается во взрослой жизни.
Сначала формируются более простые нейронные связи и навыки, за которыми следуют более сложные схемы и навыки. В первые несколько лет жизни каждую секунду образуется более 1 миллиона новых нейронных связей.* После этого периода быстрого распространения связи сокращаются в результате процесса, называемого обрезкой, который позволяет мозговым цепям работать более эффективно.
Архитектура мозга состоит из миллиардов связей между отдельными нейронами в разных областях мозга. Эти соединения обеспечивают молниеносную связь между нейронами, которые специализируются на различных функциях мозга. Ранние годы являются наиболее активным периодом для установления нейронных связей, но новые связи могут формироваться на протяжении всей жизни, а неиспользуемые связи продолжают сокращаться. Поскольку этот динамический процесс никогда не останавливается, невозможно определить, какой процент развития мозга приходится на определенный возраст. Что еще более важно, связи, которые формируются рано, обеспечивают либо сильную, либо слабую основу для связей, которые формируются позже.
Взаимодействие генов и опыта формируют развивающийся мозг. Хотя гены обеспечивают схему формирования мозговых цепей, эти цепи укрепляются при многократном использовании. Основным компонентом этого процесса развития является взаимодействие между детьми и их родителями, а также другими лицами, осуществляющими уход, в семье или сообществе. В отсутствие чуткой заботы — или если ответы ненадежны или неадекватны — архитектура мозга формируется не так, как ожидалось, что может привести к несоответствиям в обучении и поведении. В конечном счете, гены и опыт работают вместе, чтобы создать архитектуру мозга.
Легче и дешевле сформировать прочные мозговые цепи в первые годы, чем вмешиваться или «исправлять» их позже. Когнитивные, эмоциональные и социальные способности неразрывно переплетаются на протяжении всей жизни. Мозг является высокоинтегрированным органом, и его многочисленные функции работают в координации друг с другом. Эмоциональное благополучие и социальная компетентность обеспечивают прочную основу для новых когнитивных способностей, а вместе они являются кирпичиками архитектуры мозга.
Эмоциональное и физическое здоровье, социальные навыки и когнитивно-лингвистические способности, возникающие в первые годы, важны для успеха в школе, на работе и в обществе в целом.
Токсический стресс ослабляет структуру развивающегося мозга, что может привести к пожизненным проблемам в обучении, поведении, физическому и психическому здоровью. Переживание стресса является важной частью здорового развития. Активация реакции на стресс вызывает широкий спектр физиологических реакций, подготавливающих организм к встрече с угрозой. Однако, когда эти реакции остаются активированными на высоком уровне в течение значительных периодов времени, без поддерживающих отношений, которые помогли бы их успокоить, возникает токсический стресс. Это может ухудшить развитие нейронных связей, особенно в областях мозга, отвечающих за навыки более высокого порядка.