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

Связь тело – мозг

Если в мозге растут новые клетки, нужно и какое-то «удобрение» для них. С самого начала ученые полагали, что эту функцию должны выполнять нейротрофины. Исследователи давно узнали, что без белков BDNF, этих «помощников роста Miracle-Gro», мозг не в состоянии воспринимать новую информацию. Теперь они поняли, что без нейротрофинов новые нейроны вообще не могут образовываться.

Белок BDNF концентрируется в особых резервуарах поблизости от синапсов и выбрасывается в нейронную инфраструктуру при активизации жизненных процессов. В этом также принимают участие некоторые гормоны. Среди них IGF-1 – инсулиноподобный фактор роста (ИФР), VEGF – фактор роста эндотелия сосудов (ФРЭС) и FGF-2 – фактор роста фибробластов (ФРФ). Во время физической активности эти гормоны активно поступают в организм через разветвленную систему капилляров, которые предотвращают попадание в кровь объемных чужеродных тел, таких как бактерии. Только недавно ученые узнали, что при поступлении в мозг эти гормоны взаимодействуют с нейротрофинами, запуская молекулярный процесс обучения. Они также генерируются в самом мозге и способствуют делению в нем стволовых клеток, особенно во время нагрузок. Очень важно, что эти гормоны обеспечивают прямую связь между нашим телом и мозгом.

Возьмем, например, инсулиноподобный фактор роста, который образуется в мышцах, когда они испытывают недостаток питательных веществ при упражнениях. Глюкоза – это главный источник энергии для мышц и единственный – для мозга. ИФР работает вместе с инсулином для обеспечения клеток энергией. Интересно, что он связан еще и с обучением. Возможно, в доисторические времена его действие как-то помогало людям находить пищу. Во время физических упражнений нейротрофины помогают мозгу увеличивать производство инсулиноподобного фактора, а он активизирует нейроны для выработки ими сигнальных нейромедиаторов – серотонина и глутамата. Он также способствует возникновению в нейронах большего числа рецепторов нейротрофинов, что усиливает нейронные связи и консолидирует нашу память. Судя по всему, нейротрофины особенно важны для формирования долговременной памяти.

Этот механизм очень разумен с точки зрения эволюции. Абстрагируясь от научных терминов, скажем: главная причина, по которой нашим предкам необходима была способность к обучению, заключалась в приобретении навыка поиска и добычи пищи, а также ее сохранения. Мы нуждаемся в энергетических ресурсах, чтобы учиться; нам требуется способность к обучению, чтобы находить источники энергии. Все сигналы, исходящие от тела, поддерживают эти процессы, позволяют приспосабливаться к окружающим условиям и выживать.

Чтобы доставлять энергию к образованным клеткам, необходимы новые кровеносные сосуды. Когда организму не хватает кислорода, как это бывает во время систематического напряжения мышц при повышенной физической активности, в действие вступает фактор роста эндотелия сосудов, создающий много новых микрососудов – капилляров – в теле и мозге. Ученые подозревают: одна из причин исключительной важности этого фактора в нейрогенезе – то, что гормон VEGF (ФРЭС) существенно изменяет гематоэнцефалический барьер (ГЭБ)^[18], позволяя другим гормонам проникать в мозг во время нагрузок.

Наш организм производит еще один важный элемент, который поступает в мозг: это фактор роста фибробластов, FGF-2 (ФРФ), активно вырабатывающийся при физической активности наряду с IGF-1 (ИФР) и VEGF (ФРЭС). Этот гормон помогает росту тканей, и он чрезвычайно важен для запуска в мозге долговременной потенциации.

С возрастом производство всех трех перечисленных гормонов, а также нейротрофинов снижается, ослабляя и нейрогенез. Как мы увидим, даже еще до наступления старости эти снижения могут проявиться в возрастании стрессовых состояний и депрессий. Но, с моей точки зрения, во всем написанном выше есть оптимистическая нота. Если физическая активность приводит к увеличению выработки нейротрофинов и факторов роста IGF-1 (ИФР), VEGF (ФРЭС) и FGF-2 (ФРФ), это значит, что мы располагаем определенным контролем над ситуацией.

Речь идет о росте против упадка; об активности против инертности. Наше тело создано, чтобы двигаться. Проявляя физическую активность, мы включаем и мозг. Способность к обучению и память развились в процессе эволюции; они тесно связаны с двигательными функциями, позволявшими доисторическим предкам находить пищу. Так что, говоря о мозге: если мы не двигаемся, нам не нужно и обучаться чему-либо.

Тренируйте свой выбор

Теперь вы знаете, что физические упражнения повышают нашу способность к обучению на трех уровнях. Первое: они улучшают настрой мозга, повышая его восприимчивость, внимание и целеустремленность. Второе: они готовят и побуждают нервные клетки к активизации взаимных связей, что на клеточном уровне создает основу для восприятия новой информации. И третье: они способствуют развитию новых нервных клеток из стволовых, имеющихся в гиппокампе. Хорошо, скажете вы, а какие же упражнения лучше? Конечно, было бы хорошо располагать идеальным унифицированным набором и объемом упражнений, гарантированно укрепляющих и развивающих мозг, однако ученые еще только подходят к этой задаче. «Пока никто не занимался всерьез подобными исследованиями, – говорит Уильям Гриноу. – Однако, думаю, лет через пять наши знания по этому вопросу существенно расширятся».

И все же даже сейчас можно сделать определенные выводы из имеющихся данных. Об одном они говорят с определенностью: вы вряд ли сможете запоминать трудный материал непосредственно во время интенсивной физической активности, поскольку в это время кровь оттекает от префронтальной коры головного мозга, снижая ее исполнительные функции. Например, когда студенты колледжа занимались на стационарной беговой дорожке в течение 20 минут с нагрузкой, соответствующей 70–80 % их максимальной частоты сердечных сокращений, они одновременно показывали не очень хорошие результаты в задачах комплексного обучения. (Именно поэтому, поступая в юридический вуз, постарайтесь не готовиться к экзаменам, занимаясь во всю силу на эллиптических тренажерах, имитирующих ходьбу на лыжах.) Однако кровотоки в вашем организме перераспределяются почти сразу после завершения упражнений, и это – лучшее время, чтобы сосредоточиться над новым проектом или комплексным анализом проблем.

В 2007 году был проведен известный эксперимент, однозначно показавший: всего одна 35-минутная тренировка на дорожке для ходьбы с нагрузкой в пределах 60–70 % максимальной ЧСС существенно повышает гибкость мышления. Объектами исследования стали 40 взрослых людей 50–64 лет. Их просили придумать как можно больше способов использования газеты: прежде всего она предназначена для чтения, но в нее можно заворачивать рыбу, ею легко накрывать клетку с птицей, в нее можно упаковывать вещи и так далее. Половина испытуемых смотрели фильм, другие занимались на тренажерах. Их тестировали непосредственно перед экспериментом, сразу же после него и еще раз – спустя 20 минут. У тех, кто смотрел фильм, никаких изменений не обнаружилось. А вот те, кто занимался на тренажерах, продемонстрировали улучшение скорости обработки информации и гибкости мышления всего после одной тренировки. Гибкость мышления – важная исполнительная функция мозга, которая отражает способность к переключению и обеспечению устойчивого потока креативных мыслей в противовес тривиальным. Это качество человека связано с высокой продуктивностью в тех направлениях, которые требуют высокой интеллектуальной отдачи. Так что, если во второй половине дня вам предстоит важное совещание типа «мозгового штурма», недолгая, но интенсивная пробежка во время обеда вам поможет.

Многие исследования, о которых я упоминал в этой главе, концентрируются вокруг влияния физических упражнений на гиппокамп, поскольку его роль в консолидации памяти очень важна с точки зрения обучения. Но гиппокамп не работает в одиночку, самостоятельно создавая новые нейронные цепочки. В обучении задействовано много различных участков мозга, руководит которыми префронтальная кора. Мозг должен быть в состоянии воспринимать поступающие импульсы, удерживать их в рабочей памяти, давать эмоциональную оценку, проводить параллель между ними и прошлым опытом и только потом направлять полученный результат в гиппокамп. Префронтальная кора анализирует поступающую информацию, устанавливает последовательность событий и связывает их воедино. Она работает вместе с мозжечком и миндалевидным телом, поддерживающими ритм поступательного-возвратного движения информации. Повышение пластичности гиппокампа усиливает нейронные связи, однако процесс обучения формирует более разветвленные, здоровые и лучше интегрированные в нейронную сеть мозга нейроны. Чем больше мы создаем и тренируем нейронных связей, а также обогащаем запасы памяти и опыта, тем легче для нас обучение, потому что уже имеющиеся знания становятся фундаментом для более сложных мыслей.

Касательно того, какой объем аэробных упражнений необходим нам для ясности ума, интересно небольшое, но строго научно обоснованное исследование японских ученых. Оно показало, что получасовой джоггинг^[19] всего два-три раза в неделю за три месяца существенно улучшает исполнительные функции человека. Следует, однако, помнить о необходимости совершать и такие физические упражнения, которые требуют большей координации, чем попеременное переставление ног. Несколько лет назад Уильям Гриноу в эксперименте сравнивал две группы крыс: просто бегающих в колесе и выполняющих сложные движения, такие как ходьба по жердочке, по неустойчивым объектам или лазание по подвижным трапециям. После двух недель тренировок у крыс-акробатов обнаружился 35 %-ный рост нейротрофинов в мозжечке, тогда как у крыс-бегунов никаких изменений в этом органе не произошло. Это подтверждает то, что мы знаем из изучения нейрогенеза: аэробные упражнения и сложные движения хотя и позитивно, но по-разному влияют на мозг. Положительный момент: они, по сути, дополняют друг друга. «Следует брать в расчет оба вида активности, – говорит Гриноу. – Пока это не доказано на 100 %, но лучше, если режим вашей жизни включит в себя и простые аэробные движения, и сложные, требующие определенных навыков».

В этом плане я предложил бы либо выбирать такие виды двигательной активности, которые подразумевают одновременное задействование сердечно-сосудистой системы и мозга (например, теннис), либо начинать физические занятия с десятиминутной аэробной разминки, а затем продолжать более сложными видами, например скалолазанием или специальным комплексом развития навыков поддержания равновесия и стабильности тела. Если аэробные упражнения поднимают в вашем мозге уровень содержания нейромедиаторов и создают новые микрососуды, которые доставляют в организм факторы роста и генерируют новые клетки, то более сложная телесная активность использует весь этот материал для укрепления и расширения вашей нейронной сети. Чем сложнее движения, тем более непростыми становятся синаптические связи. И хотя новые нейронные цепочки создаются благодаря движениям тела, они могут быть задействованы и в мыслительных процессах. Именно поэтому обучение игре на пианино облегчает понимание математики. Префронтальная кора способна использовать когнитивный потенциал двигательных навыков и в других ситуациях, не связанных с моторикой.

Изучение асан в йоге, позиций в балете, гимнастических движений, элементов фигурного катания, пилатеса и формализованных упражнений (ката) в каратэ задействует нервные клетки в разных отделах мозга. Исследования, проведенные на танцорах, например, показывают, что их движения под музыку с необычным ритмом сильнее улучшают пластичность их мозга, чем под простые мелодии. Поскольку танцоры при этом совершают непривычные движения, это активизирует их способности к обучению так же, как в случае с мышами Хебба или экспериментами Гриноу.

Любой моторный навык человека, за исключением ходьбы, можно назвать приобретенным, поэтому обучение ему – всегда вызов для мозга. Сначала человек проявляет неловкость и терпит неудачи. Однако по мере упрочения нейронных цепочек, связывающих мозжечок, базальные ядра и префронтальную кору, движения становятся все более точными. Упражняясь, вы наращиваете миелиновую оболочку на нервных волокнах, которая способствует мощности и скорости проводимых сигналов, а следовательно – эффективности нейронной цепи в целом. Если говорить о каратэ, изучая определенные ката, вы можете включать элементы из них в более сложные движения и вскоре будете способны к быстрому реагированию на возникающие ситуации. Так же и в обучении танго. То, что вы должны моментально отвечать на действия партнера, создает дополнительные требования к вниманию, оценкам и точности па, постепенно усложняя ситуацию. Прибавьте к этому удовольствие от слияния с музыкой и социальный аспект в виде общения, и вы поймете, что активизируете мозг и мышцы, равно как и весь организм. И тогда вы заряжены на восприятие новых вызовов, в чем и состоит смысл этого танца.

3. Стресс

Главная угроза

Сьюзан была измучена стрессом. Прошло уже более года, как ремонтная компания взялась за переделку ее кухни, но теперь она боялась тишины больше, чем строительного шума. Эти паузы означали, что по какой-то причине работы остановились и ремонт надолго затягивается. Она не представляла, когда получит отремонтированную кухню, не говоря уже о спокойной жизни. Это очень беспокоило Сьюзан, и любой, кто пережил большой ремонт, прекрасно ее понимает. Подобные переделки подразумевают незнакомцев, которые снуют по вашему дому; вы не располагаете своим временем и повсюду висит алебастровая пыль. А эта самоуверенность подрядчика, который прекрасно чувствует себя у вас дома, появляясь в нем, когда ему заблагорассудится!

Сьюзан шел четвертый десяток, и она всегда была активной и подвижной женщиной. Мать троих школьников, председатель ассоциации «Учителя-родители», любительница верховой езды, профессиональный волонтер. И вот она вынуждена целый день неотлучно находиться дома в ожидании мастеров, которые, приехав, вдруг могут отменить запланированные на сегодня работы. Одного этого достаточно, чтобы вывести любого человека из себя. Она попала в ловушку собственного разгромленного жилища и не знала, что можно со всем этим поделать. Чтобы снять напряжение, она начала время от времени выпивать бокал вина. Потом два. Совсем скоро она обнаружила, что открывает бутылку шардоне еще до обеда. «Всегда шардоне, – говорит Сьюзан, – я пью только это вино».

Мир Сьюзан сужался, и то же самое, как я поясню ниже, происходило с ее мозгом. Она пришла ко мне на консультацию из страха, что ее метод снятия стресса грозит превратиться в зависимость. Я выслушал, и мы начали обсуждать, как разорвать этот порочный круг, в какой момент ее потянуло к алкоголю и почему во всем оказался виновен стресс. Хотелось помочь ей найти то, что она могла применить немедленно, дома, отвлекаясь таким образом и снижая стрессовую нагрузку. Сьюзан никогда не была склонна к физическим тренировкам, но выглядела вполне спортивной. Как-то само собой выяснилось, что она любит прыгать через скакалку. Отлично! Я предложил ей брать скакалку в руки каждый раз при угрозе стресса.

Когда мы встретились со Сьюзан в следующий раз, она рассказала, что в каждой комнате ее дома теперь лежит скакалка и ей удалось пристраститься к прыганию, вместо того чтобы для расслабления прибегать к вину. Даже с помощью таких небольших «взрывов» управляемой двигательной активности она сразу же почувствовала большую уверенность в себе и приобрела ощущение хозяйки собственной судьбы. Ей стало легче и субъективно: снизилось напряжение в мышцах, посещало меньше отвлекающих мыслей. Нынешнее состояние Сьюзан описывает так: «У меня подозрение, что эта скакалка как будто освежила мой мозг».

Понимаем стресс по-новому

Почти каждый человек считает, что знает суть стресса. Но так ли это? Стресс имеет различные формы и объемы. Он бывает острым и хроническим. Может быть социальным, физическим, связанным с метаболизмом и т. д. Большинство используют это слово, не различая причину и следствие. Вот и получается, что, описывая наваливающийся стресс, мы часто говорим: «У меня стрессовая работа». Или, сталкиваясь с проблемами, жалуемся: «Я испытываю такой стресс. Просто ничего не соображаю». Даже ученые не всегда проводят четкую грань между стрессом как состоянием и психологической реакцией на него.

Стресс – настолько расплывчатый термин отчасти по той причине, что ощущение его нагрузки у человека принимает самые разные формы: от чувства легкого напряжения до полной подавленности. На одном из полюсов этих состояний располагается то, что называют «абсолютным стрессом». Имеется в виду, что под его давлением обычные жизненные ситуации превращаются в неподъемные проблемы. Если человек находится в таком состоянии продолжительное время, мы говорим уже о хроническом стрессе, который переводит эмоциональное напряжение в физическое. Побочные эффекты от реакции тела на психологическое напряжение могут привести к серьезным соматическим расстройствам, таким как тревожные состояния и депрессии, а также к гипертонии, заболеваниям сердца и раку. Хронические стрессы могут даже нарушить структуру мозга.

Но как же все-таки разобраться с этим растяжимым понятием? Для этого нужно припомнить его биологическую природу. Стресс, прежде всего, угрожает балансу нашего организма. Это вызов, на который необходимо среагировать; это команда к адаптации к окружающим изменениям. Все, что вызывает активность клеток мозга, можно считать стрессом в той или иной форме. Чтобы нейрон передал по цепочке сигнал, ему нужна энергия, а сжигание топлива для нее изнашивает клетки. Ощущение стресса – это прежде всего эмоциональное эхо напряжения, которое испытывают клетки мозга.

Скорее всего, вам никогда не придет в голову, что встать с кресла – стресс. Дело в том, что обычно вы при этом не испытываете напряжения. Но в биологическом смысле это действие – безусловный стресс. Конечно, он не сравним, скажем, с потерей работы. Но важно помнить, что оба эти события активизируют одни и те же цепочки в нашем организме и мозге. Вставание с кресла запускает нейроны, контролирующие движения. А переживания из-за потери работы включают активную мозговую деятельность, в которую вовлечены разные нейроны, усиленно обменивающиеся соответствующими сигналами. Точно так же изучение французского языка, знакомства с людьми и напряжение мышц тела всегда предъявляют достаточно высокие требования к мозгу: все эти события можно назвать формами стресса. В том, что касается нашего «компьютера», стресс всегда остается таковым. Разница только в степени остроты.

Прививайте себя от стресса

То, как наше тело и мозг реагируют на стресс, зависит от многих факторов, и немаловажны здесь ваш генетический код и личный опыт. Мы наблюдаем все более расширяющийся разрыв между нашей эволюцией как биологических существ и развитием общества. Сегодня не нужно убегать от львов. Более того, мы даже вынуждены сдерживать природные инстинкты: в конференц-зале на заседании совета директоров мало кто поддастся заложенной в человеческой природе реакции «бей или беги». Если на работе вы испытываете стресс, разве вы позволите себе из-за этого дать пощечину начальнику? Или отвернуться от него и убежать? Сегодня все дело в том, насколько правильно вы реагируете на ситуацию. От этого зависят не только ваши самоощущения, но и то, как стресс влияет на ваш мозг. Если вы реагируете пассивно и не находите выхода, он способен оказать на вас разрушительное воздействие. Как и большинство психических расстройств, хронический стресс возникает, когда мозг зациклен на каких-то переживаниях – прежде всего на пессимистических мыслях, страхах и стремлении избежать неприятностей. Активное противодействие стрессу выводит из таких состояний. Следует противостоять врожденным инстинктам и помнить, что мы можем контролировать влияние стресса на нас. И этот контроль – ключевой фактор, с чем согласилась бы и Сьюзан.

Физические упражнения помогают бороться с эмоциональными и телесными проявлениями этой проблемы. Они работают и на клеточном уровне. Но как это может быть, если нагрузка тела – сама по себе одна из форм стресса? Активность мозга, вызванная тренировками, генерирует на молекулярном уровне побочные вещества, способные навредить клеткам. Однако в нормальных условиях восстановительные механизмы через некоторое время делают клетки мозга еще более приспособленными для будущих задач. Нейроны ослабляются и укрепляются, совсем как мышцы нашего тела – чем больше напрягаются, тем гибче и устойчивее становятся. Именно таким образом двигательная активность заставляет тело и мозг приспосабливаться к новым условиям.

Стресс и выздоровление. Эта базовая парадигма биологии дает мощные и иногда неожиданные результаты.

В 1980-х годах Министерство энергетики США заказало ученым исследование по влиянию на здоровье людей продолжительного нахождения под воздействием радиации. Изучались две группы рабочих, которые участвовали в сборке атомных кораблей на судоверфях в Балтиморе. Одна группа подвергалась слабому радиационному воздействию от материалов, с которыми имела дело, другая нет. Эксперимент продолжался восемь лет – с 1980 по 1988 год. Результаты поразили всех.

Радиация сделала рабочих из первой группы здоровее. Среди 28 тысяч подвергшихся слабому облучению специалистов смертность была на 24 % ниже, чем среди 32 тысяч их коллег, которые работали с чистыми материалами. То вредное, как считали многие, влияние радиации не только не нанесло ущерба, но и привело к противоположным результатам. В принципе, радиация – это стрессовая нагрузка на организм, разрушающая его клетки. При высоком уровне облучения она совсем убивает клетки и может вызывать тяжелые заболевания, вплоть до рака. Поскольку в ходе исследования дозы облучения были микроскопическими, они не только не уничтожали клетки, но, наоборот, даже укрепляли их.

Может быть, стресс не так уж и вреден? Поскольку заказанное Министерством энергетики исследование «провалилось» – не смогло обнаружить ожидавшегося неблагоприятного эффекта радиации на рабочих, – его результаты не публиковались. Из того, что мы с тех пор узнали о биологических механизмах стресса и выздоровления, можно сделать вывод: иногда напряженная ситуация оказывает на клетки мозга влияние, сходное с воздействием вакцин на иммунную систему. В небольших дозах это заставляет наши мозговые клетки «перенапрягаться» и, таким образом, готовиться к дальнейшим вызовам. Нейрофизиологи называют это «стресс-прививочной терапией».

Среди потока советов и рекомендаций, как уменьшить напряжение в современной жизни, мы как-то забываем, что проблемы и вызовы позволяют нам расти над собой, учиться и развиваться. Параллель на клеточном уровне такова: стресс «запускает» механизм роста мозга. При условии, что стрессовая нагрузка не чрезмерна и нейронам дается время на регенерацию, нейронная сеть мозга становится только сильнее, а наш мыслительный аппарат работает лучше. Стресс – это не про плохое или хорошее; это вопрос необходимости.