Людський мозок – це найскладніший механізм у нашому Всесвіті. Дуже часто його порівнюють з устроєм Всесвіту, проте наразі саме Всесвіт нам легше піддається дослідженням – ми знаємо про чорні діри чи про темну матерію, а ось пізнання мозку для нас виглядає складнішим завданням. Проте це дуже важлива місія, адже людський мозок – це наш персональний комп’ютер, який керує нашим організмом, а також усіма його процесами. Ба більше, мозок – це наша особистість, і наша душа, без сумніву, теж міститься у нашому мозку, який, відповідно, є і нашою свідомістю.
Нана ВОЙТЕНКО, український нейробіолог, електрофізіолог, дослідниця болю. Доктор біологічних наук, професор, завідувачка відділу сенсорної сигналізації Інституту фізіології імені О. О. Богомольця НАН України.
Доповідь прочитана на міждисциплінарному семінарі «Обрії науки» 21 січня 2021 року.
Свідомість – це можливість нашого мозку оцінювати та аналізувати ту вхідну інформацію, яка до нього потрапляє. Важливо розуміти, що свідомість є не тільки в людей, а і в деяких тварин. Вони також здатні обробляти інформацію і діяти відповідно до результатів взаємодії з цією інформацією. У людського мозку дуже розвинена префронтальна кора, що дозволяє нам керувати своєю свідомістю, а у тварин такої властивості немає.
Сучасна медицина та фізіологія в цілому мають достатньо відповідей на те, як функціонує наше тіло, і сьогодні людство здатне побороти більшість хвороб – онкологічних, серцево-судинних чи інфекційних. Проте ми досі не можемо побороти захворювань мозку, а особливо тих, які пов’язані із процесами старіння. Дослідження у цій сфері є вкрай важливими, адже уже сьогодні ми навчилися продовжувати людське життя – у розвинутих країнах людина цілком спокійно живе до ста років і більше. Проте завдання не в тому, щоб просто жити, а щоб зберігати ясність розуму, і саме для цього мої колеги нейрофізіологи займаються тим, щоб зрозуміти роботу людського мозку, а також зрозуміти ті аспекти, що пов’язані з погіршенням роботи мозку з віком. Ми усвідомлюємо, що піклуватися про мозок і про інші органи потрібно починати якомога раніше, а здоровий спосіб життя та певні звички сприяють тому, щоб наш мозок нормально функціонував протягом цілого життя.
Клацніть для збільшення
Звідки наш мозок бере інформацію і яким чином він цю інформацію обробляє? Усю інформацію ми отримуємо завдяки нашим органам чуття: зір, слух, смак, нюх і дотик. Усі ці якості дають нам уявлення про навколишній світ, повідомляють про загрози, а також допомагають нам сприймати інформацію та аналізувати її. Власне ця вхідна інформація і є джерелом наших думок та образів, і ми також використовуємо її для отримання нових знань чи досвіду. Усі сигнали, які надходять через ці 5 входів у наш мозок, активують достатньо прості фізичні процеси, пов’язані із зміною потенціалу на мембрані периферичних клітин, тобто на відростках, якими закінчуються периферичні нейрони. Кожна система має свої молекулярні механізми, які можуть змінювати потенціал на мембрані клітини. Якщо мова про зір, то це певні білки-опсини, які змінюють свою конформацію при стимуляції світлом і таким чином також запускають деполяризацію мембрани і генерацію потенціалу дії. Згодом сигнал, який згенерувався на кінцях цих перефиричних нейронів, біжить по досить довгому аксону, який ми називаємо потенціалом дії і який потрапляє у центральну нервову систему і в результаті декількох перемикань потрапляє на свою кінцеву ціль обробки – в кору головного мозку. У різних частинах кори головного мозку відбувається оброблення сигналу, зіставлення з іншими сигналами, і далі відбувається ця складна машинерія, з якою ми досі до кінця не розібралися. Проте саме у нашому Інституті фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України вперше вдалося зробити діаліз нервової клітини, щоб виміряти трансмембранні токи, які приводять до генерації цих потенціалів дії.
Таким чином, об'єднуючись, клітини формують нейронну сітку. У мозку людини є близько 100 мільярдів нейронів, які потенційно можуть формувати 100 трильйонів контактів. Ці контакти роблять наш мозок працездатним, і за їхньою допомогою мозок керує іншими системами в організмі і дозволяє нам опрацьовувати вхідну інформацію, генерувати знання і створювати наші світовідчуття. Крім нейронів, які передають інформацію, у мозку існують ще інші важливі елементи – судини, які забезпечують нейрони кров'ю, та гліальні клітини, які не передають інформації, але допомагають нейронам у їхній життєдіяльності. Усе це разом формує людський мозок, який важить приблизно півтора кілограма.
Дуже цікавим у цьому сенсі є наступне запитання – чи залежать розумові здібності людей від ваги мозку? До прикладу, ми маємо порівняльні свідчення про те, що в однієї людини мозок важив близько трьох кілограмів, але вона була розумово відсталою, і приклад людини, яка мала дуже малий мозок, який важив близько одного кілограма. Цей мозок належав дуже інтелектуально розвиненій людині, письменнику Анатолю Франсу. Теорія про залежність між вагою мозку і розумовими здібностями людини була цілком спростована наукою. Інтелект людини не залежить від розміру мозку, хоча, звісна річ, цей стереотип дуже поширений. Насправді рівень нашого інтелекту визначає той рівень зв’язків, які формують нейрони. Що більше зв’язків, то більший рівень інтелекту. В науці нейронні зв’язки ми називаємо терміном синапси. Ми вже знаємо, що доросла людина може сформувати до 100 трильйонів синапсів, проте, наприклад, в малої дитини ще далеко не всі з цих нейронних зв'язків сформовані. Людина народжується з можливістю сприймати сенсорну інформацію. Новонароджена дитина відчуває світло, через деякий час починає бачити та чути, але в інтелектуальному сенсі ця дитинка є tabula rasa, чисте поле, на яке можна записувати інформацію, яка власне й активує ці зв’язки. Формування синапсу само собою є активаційним процесом, і для того, щоб він почав працювати, туди має прийти потенціал дії.
Клацніть для збільшення
Мозок є дуже складною структурою, і різні його частини відповідають за різні процеси в людському організмі. Кора півкуль мозку пов’язана з нашими інтелектуальними можливостями, і запис туди інформації дозволяє активовувати ці синапси. Сьогодні вчені користуються так званим функціональним МРТ, який дозволяє записувати активність тих чи інших ділянок мозку. Мозок чотирирічної дитини має ще багато неактивованих ділянок, проте, скажімо, сенсорна чи зорова кора вже дуже добре розвинуті. Мозок дитини у цьому віці вже виконує базові функції, у нього розвинута базова моторика і вона добре сприймає таку сенсорну інформацію. Етапи сприйняття інформації детерміновані генетично, і зрозуміло, що в 4-річному віці мозок дитини ще не готовий сприймати інформацію про вищу математику, проте в цьому віці дитина вже може вивчати мови, адже у віці чотирьох чи шести років зони кори головного мозку, які відповідають за сприйняття мови, починають активно розвиватися.
Клацніть для збільшення
У цьому сенсі теорія “дитини Мауглі” працює, адже якщо дитина до 6-8 років не має досвіду людської мови, то, відповідно, вона ніколи не зможе говорити, адже в неї не були активовані ті ділянки, які відповідають за розвиток мовлення. Тому важливо, щоб ці зв'язки між нейронами були активовані саме в цей період часу. У 9 років мозок людини вже здатен добре сприймати математику, геометрію і логічні основи, розвивається тонка моторика, як-от каліграфічний почерк. Діти у цьому віці стають вже достатньо креативними. Проте фронтальна зона, яка відповідає за силу волі, аналіз, прийняття рішень, ще не надто добре розвинута.
Клацніть для збільшення
В 13 років у нас вже фактично розвинулася лімбічна система, яка відповідає за формування емоцій, що пов’язано із статевим дозріванням. У цьому віці «первинний мозок» – наші два базових інстинкти (самозбереження і продовження роду) – працює вже дуже добре, розвиненим також є «вторинний мозок», що відповідає за емоції, проте «третинний мозок», який здатен аналізувати, ще не цілком сформувався. Саме тому вік 13 років є таким складним, адже ми вже маємо дуже сильні емоції, але ще не до кінця можемо ними керувати. В 15 років ми вже здатні сприймати будь-яку інформацію, можемо вивчати будь-які науки, з цим віком також пов’язані і цілком протилежні процеси. Деякі зв’язки, які сформувалися раніше, починають деактивовуватися, і це відбувається через все вужчу спеціалізацію у житті людини. У цьому віці дитина починає розуміти, що вона, до прикладу, стане фізиком, а не музикантом чи літератором. Через такі життєві вибори багато з наших нейронних зв'язків перестають працювати або послаблюються.
Клацніть для збільшення
У 17 років наш мозок вже фактично цілком дозріває, а 90 % усіх процесів головного мозку активується до 21 року. Не зважаючи на це, ми можемо тренувати наш мозок протягом усього життя, а особливо ті його ділянки, що відповідають за емоційний інтелект, силу волі, прийняття рішень.
Клацніть для збільшення
Для того, щоб наші нейронні зв’язки не деградовували, важливо, окрім нашої основної спеціалізації, займатися ще чимось іншим, мати якісь хобі. В процесі читання книги, гри в шахи чи гри на музичному інструменті наші нервові клітини витрачають енергію і, кажучи просто, – тренуються. Коли ж ми їх не активовуємо, то наш мозок, відповідно, починає стагнувати. Крім цього, дуже важливими також є фізичні навантаження, які не тільки тренують наші м’язи, а й позитивно впливають на діяльність нашого мозку.
Клацніть для збільшення
Нещодавно в одному з американських університетів був проведений експеримент щодо дослідження старечої деменції. Були сформовані дві групи людей, яким було за 80 років: одна з груп тричі на тиждень займалася у спортзалі, а інша група не мала фізичних навантажень. Через пів року у тієї групи, яка регулярно займалася у спортзалі, на 50% збільшилась здатність до виконування арифметичних завдань. Тому так важливо, щоб, незалежно від віку, ми достатньо часу приділяли фізичним навантаженням.
Інше важливе питання, яким особливо цікавляться батьки, – це вплив комп’ютера і гаджетів на мозкову діяльність дітей. Ми мусимо пам’ятати, що комп’ютер – це просто зовнішнє джерело інформації. У нашому мозку є дуже важлива ділянка, яка називається гіпокамп. Це, по суті, наша оперативна пам’ять. Там зберігається уся інформація, яку ми отримуємо протягом дня. Згодом, особливо під час сну, ця інформація переходить на довге зберігання в кору головного мозку. Ємність цього гіпокампу обмежена, і якщо дитина дуже довго грає у комп’ютерні ігри протягом дня, то важко буде після цього додати до гіпокампу ще щось, адже він цілком вже заповнений даремною інформацією. Наша префронтальна кора мозку дозволяє нам приймати рішення щодо того, якою інформацією заповнювати наш гіпокамп.
Чи існують якісь чарівні методики, які б дозволи сповна використовувати потенціал нашого мозку? Немає жодної методики, яка б за короткий період чи за якихось простих махінацій зробила би з нас геніїв чи експертів в якійсь сфері. Проте існують методики, які дозволяють покращити запам'ятовування певної інформації. Це можуть бути різні вправи, пов’язані із вирахуванням певних чисел (такі методики інколи використовують у спеціалізованих школах) або ж асоціацій. Всі ці "чарівні" методики вимагають праці і зусиль. Щодо препаратів, які стимулюють діяльність мозку (ноотропи), то ефективність таких препаратів не має доказової бази. Є інші медикаменти, які можуть короткостроково поліпшити концентрацію та здатність опрацьовувати великі масиви інформації. Ці препарати містять малі дози наркотичних речовин і можуть викликати залежність. Ці препарати спричиняють так звану десенситизацію, коли після активної роботи наш мозок переживає етап пригніченої розумової діяльності.
А ось здоровий сон є дуже важливим елементом для якісної роботи нашого мозку. Тривалість сну є досить індивідуальним питанням, і не кожній людині потрібно рівно 8 годин для того, щоб добре почуватися. Кількість сну залежить від віку, стану здоров’я та генетичної спадковості. Дуже важливою у роботі мозку є так звана глімфатична система (термін запропонувала данська дослідниця Maiken Nedergaard), яка працює тільки під час сну і займається тим, що “очищує” наш мозок від продуктів метаболізму, токсинів та неправильно згорнутих білків. Зауважу, що у звичайному процесі оновлення білків, який у нас відбувається кожних кілька місяців, деякі білки помилково формуються у так звану бета-структуру. Такі неправильно згорнуті білки є причиною появи хвороби Альцгеймера. Ці структури виводяться з мозку саме під час сну, і ми маємо експериментальні підтвердження цього. Дослідження також показують, що існує прямий зв'язок між Альцгеймером і безсонням.
Процес переносу пам’яті (consolidation) з гіпокампу до кори головного мозку також відбувається тільки під час цілісного і здорового сну. Під час сну також відбувається збір «пазлу» нашого світовідчуття, консолідація тої інформації, яку ми отримували протягом дня. Ми знаємо, що таблиця хімічних елементів наснилася саме Менделєєву, а відомий закон Ньютона наснився саме Ньютону. Дуже часто деталі «пазлу», який ми намагаємося скласти під час нашої денної діяльності, успішно «знаходяться» саме уві сні.
Інший важливий момент – це вплив емоцій на пам’ять. Гіпокамп є частиною лімбічної системи, яка також відповідає за наші емоції, і, відповідно, вони мають дуже сильний вплив на роботу нашого мозку. Ми маємо найміцнішу пам’ять про те, що пов’язане із найемоційнішими моментами нашого життя, які у кожного є дуже особистими. Тому, якщо ми хочемо щось запам’ятати, нам потрібно прив'язати це до сильної емоційної події. З негативної точки зору, на діяльність нашого мозку впливає те, що ми називаємо стресом або, ще гірше, – хронічним стресом. Стрес пов'язаний із інстинктом самозбереження, і якщо ми стикаємося з небезпекою, вона нас сильно лякає, і це викликає цілий ланцюг реакцій в організмі, що призводить до того, що надниркові залози виділяють гормони кортизол і адреналін. Ці два гормони еволюційно відповідають за нашу можливість реагувати на небезпеку.
Грубо кажучи, коли ми зустрічаємо шаблезубого тигра, ми повинні мобілізувати усі системи нашого організму для порятунку від небезпеки – тоді ми або зустрічаємо небезпеку віч-на-віч, або втікаємо від неї. Інша річ, коли відчуття страху чи стресу не проходить. Справа в тому, що підвищений вміст кортизолу, якщо він не знизився у відповідь на нашу реакцію, починає дуже згубно діяти на наш мозок. Є дослідження, які показують, що підвищений рівень кортизолу вбиває клітини гіпокампу, погіршуються зв'язки з корою мозку, погіршується процес запам'ятовування. У стані хронічного стресу людина гірше запам'ятовує, гірше спить, безсоння викликає додатковий рівень кортизолу в організмі, що також спричиняє чимало суміжних негативних наслідків в нашому організмі. На еволюційному рівні колись наші пращури мали вирішити реальну ситуацію у дикій природі – вступити у боротьбу зі звіром або втекти. А які у нас сьогодні страхи? Дедлайни, сварки в сім’ї, якісь інші побутові речі. Якщо ми не вирішуємо своїх проблем, то, відповідно, і рівень кортизолу не падає. Штучним чином рівень кортизолу з організму можна вивести шляхом фізичної активності або медитації у широкому значенні цього слова, коли ми змушуємо себе не думати про проблеми, які викликають у нас стан хронічного стресу. Саме ці методи не дозволяють знищувати наш мозок.
Звісно, збалансоване харчування теж має дуже велике значення. Нашому мозку потрібен будівельний матеріал, який базується на балансі білків, жирів і вуглеводів. Важливі також вітаміни та мікроелементи. До прикладу, вітамін D чудово допомагає справлятися із хворобами мозку, а особливо із розсіяним склерозом. Вчені довели, що стабільні і посилені прийоми цього вітаміну дозволяють призупинити розвиток цього захворювання головного мозку.
Цікаво, що усі ми, маю на увазі українців, маємо досить низький показник вітаміну D в організмі, а північніші країни мають ще нижчі показники. У країнах Африки майже немає випадків розсіяного склерозу, а у нас, і особливо в скандинавських країнах, ця хвороба дуже поширена. Така ситуація пояснюється також тим, що з еволюційної точки зору не було передбачено, що в далекому майбутньому люди суттєво покриватимуть своє тіло. Цікаве дослідження було також проведене в Ізраїлі. Науковці обрали дві категорії жінок – ізраїльтянок і арабок. Через спекотний клімат ізраїльтянки мають звичай носити дуже відкритий одяг. З іншого боку, за культурними канонами, арабки мають майже цілком покриті всі частини свого тіла. Дослідження показало, що в жінок-арабок на 50% частіше трапляються випадки хвороби Альцгеймера власне через те, що їм часто не вистачає вітаміну D, який ми отримуємо завдяки дії прямих сонячних променів на наше тіло.
Клацніть для збільшення
Остання річ, про яку ми маємо знати, – це вплив алкоголю та наркотиків на головний мозок. Ці речовини дуже легко потрапляють через мембрану клітин і впливають на рецептори, які беруть участь у формуванні синапсів. Тому наркотики і алкоголь згубно впливають на людський мозок, особливо у період його активного формування. Саме тому в багатьох країнах вживання алкоголю заборонено до 21 віку, коли якраз активно формуються ці зв’язки.
Підведемо короткий підсумок нашої розмови:
– мозок можна і потрібно “накачувати”
– здоровий 8-годинний сон є життєво необхідним для мозку
– позитивні емоції продовжують життя і покращують роботу мозку
– негативні емоції і хронічний стрес шкодять мозку
– алкоголь і наркотики вбивають мозок
Ми – це наш мозок! Бережімо його!
Занотував Андрій Гриниха
10.02.2021