Страница 13 из 16
Крайне сложно в точности описать все то, что происходит в клетке, когда нарушается гомеостаз организма. Ученые только недавно приступили к изучению этой богатой и сложной области. К примеру, недавно было проведено исследование на крысах, которое показало, что при увеличении нагрузки на определенную мышцу задних лап в их организме активизируется 112 различных генов[24]. По тому, какие гены включались в работу, можно судить о происходящих в организме процессах. Например, активизировались гены, отвечающие за метаболизм и структуру мышечных клеток, а также гены, определяющие скорость, с которой формируются новые мышечные клетки. Результатом всех этих изменений стало укрепление мышц задних лап у крыс[25]. По сути, организм вынудили выйти за пределы его зоны комфорта, и в ответ на это мышцы стали сильнее, расширив тем самым эти пределы. Равновесие вновь было восстановлено.
Так в общих чертах физическая активность воздействует на наш организм: когда определенные мышцы, сердечно-сосудистая система или другие системы находятся в стрессовой ситуации и нарушается равновесие, организм запускает процессы изменений, чтобы восстановить его. Предположим, что вы решили заняться спортом, например бегать трижды в неделю по полчаса, поддерживая пульс на рекомендуемом уровне в 70 % от максимального (примерно 140 ударов в минуту для молодых людей). Постоянные занятия приведут к снижению уровня кислорода в капиллярах мышц ног. В ответ на это организм начнет выращивать новые капилляры, чтобы повысить насыщаемость кислородом до комфортного уровня.
Получается, что стремление нашего организма к равновесию и стабильности можно использовать, чтобы меняться к лучшему: если достаточно долго прилагать какие-то усилия, организм в итоге перестроится так, чтобы эти усилия давались нам легче. В результате вы станете более крепким, выносливым, координированным. Но не все так просто: как только перестройка закончится – когда вырастут новые мышечные волокна и капилляры, – организм вновь войдет в состояние равновесия. Переменам придет конец. Чтобы этот процесс не замирал, вам придется постоянно повышать планку: начать бегать дальше, быстрее, по пересеченной местности. Если вы не будете этого делать, организм войдет в состояние гомеостаза (хоть и на новом для себя уровне).
Поэтому так важно постоянно выходить немного за пределы зоны комфорта: это заставит ваш организм беспрерывно подстраиваться и меняться. Но будьте осторожны! Ставя перед собой нереальные цели, вы рискуете заработать травмы, что отбросит вас далеко назад.
Эти процессы вкратце описывают, как реагирует на физическую активность наше тело. О том же, как реагирует мозг на умственную активность, ученым известно куда меньше. Принципиальное различие между телом и мозгом заключается в том, что клетки мозга взрослого человека в норме не делятся и не образуют новые клетки[26]. Существуют исключения, как в случае с гиппокампом, но в большинстве областей мозга изменения, вызванные упражнениями, не приводят к появлению новых нейронов. Вместо этого мозг перераспределяет ресурсы – усиливает или ослабляет некоторые нейронные связи, иногда добавляет новые или убирает старые. Кроме того, мозг может увеличить выработку миелина – изоляционного вещества, составляющего оболочку нервных клеток. Миелин ускоряет передачу нервных импульсов – в некоторых случаях в 10 раз! Нейронные сети отвечают за многие процессы, в том числе мышления, памяти, контроля движений и интерпретации сенсорных сигналов. Ускорив передачу импульсов по этим сетям, мы можем многого добиться, например научиться читать газету без очков или быстро выстраивать оптимальный маршрут из пункта А в пункт Б.
При этом чем сложнее испытание, тем сильнее изменится структура мозга. Недавние исследования показали, что овладение новым навыком гораздо вероятнее вызовет структурные изменения мозга, чем усовершенствование уже освоенного. С другой стороны, слишком усиленные и продолжительные занятия приводят к эффекту «выгорания» и снижают эффективность обучения. Иными словами, мозг, как и тело человека, быстрее всего меняется, если мы совсем немного выходим за пределы зоны комфорта – но не слишком далеко.
В основе успеха методик целенаправленной и сознательной практики лежит тот факт, что мозг и тело человека реагируют на испытания развитием новых умений и способностей.
По сути, между подготовкой лондонского таксиста к экзамену и тренировками гимнаста перед Олимпиадой нет никакой разницы: они предполагают использование свойств адаптивности мозга и тела для развития новых навыков.
Проще всего это отследить на примере развития какого-нибудь музыкального навыка. За последние два десятилетия ученые досконально изучили процессы, которые происходят в мозгу при занятиях музыкой, и то, как эти процессы приводят к появлению талантливых исполнителей[27]. Наиболее известное исследование на эту тему было опубликовано в 1995 году в журнале Science. Четверо ученых из Германии и психолог Эдвард Тауб из Университета Алабамы набрали экспериментальную группу из четырех скрипачей, двух виолончелистов и одного гитариста. Все музыканты были правшами. Перед началом эксперимента ученые сделали снимки мозга всех участников. Также была составлена контрольная группа из 6 немузыкантов. Тауб с коллегами хотели выяснить, различаются ли у участников из обеих групп зоны мозга, контролирующие движения пальцев.
В первую очередь Тауба интересовали пальцы музыкантов на левой руке: игра на скрипке, виолончели и гитаре требует исключительного контроля. Пальцы нужно передвигать вверх и вниз по грифу, со струны на струну, и проделывать все это порой на невероятной скорости и с абсолютной точностью. Кроме того, для извлечения некоторых типов звуков – например вибрато, – музыканты должны владеть сложнейшей техникой, когда палец чуть скользит или дрожит на струне. Из всех пальцев левой руки меньше всего напрягаться приходится большому: им, как правило, только придерживают гриф. Правая рука тоже используется реже левой, скрипачи и виолончелисты держат в ней смычок, а гитаристы перебирают ею струны или держат медиатор. Иначе говоря, тренировки всех музыкантов, играющих на струнных инструментах, направлены в первую очередь на развитие пальцев левой руки. Но какой эффект это оказывает на мозг?
Чтобы определить, какие зоны мозга отвечают за какие пальцы, команда Тауба использовала магнитоэнцефалограф – аппарат, измеряющий и визуализирующий магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности мозга. В частности, ученые дотрагивались до отдельных пальцев участников эксперимента и наблюдали, какая область мозга реагирует на прикосновение[28]. Выяснилось, что зона мозга, отвечающая за левую руку в целом, у музыкантов куда крупнее, чем у участников контрольной группы. Кроме того, обнаружилось, что у музыкантов области мозга, контролирующие пальцы, «захватили» и часть зоны, отвечающей за ладонь. При этом степень разрастания напрямую коррелировала с тем, как рано человек начал играть на инструменте. Область мозга у музыкантов, связанная с правой рукой, была такого же размера, как и у членов контрольной группы.
Вывод прост: годы игры на струнном инструменте привели к постепенному разрастанию зоны мозга, ответственной за пальцы левой руки, и соответственно – к лучшему владению этими пальцами.
За 20 лет, прошедших с того эксперимента, ученые еще больше узнали о том, как занятия музыкой влияют на структуру и работу мозга. Например, мозжечок – часть мозга, играющая важную роль в контроле передвижения, – у музыкантов крупнее, чем у обычных людей. И чем больше часов провел за инструментом музыкант, тем крупнее у него мозжечок. Кроме того, у музыкантов больше серого вещества в разных частях коры головного мозга, в том числе в соматосенсорной коре (отвечает за осязание и другие чувства), в верхнем темени (обрабатывает импульсы, поступающие от рук) и премоторной коре (планирует задачи по передвижению в пространстве и отслеживает их выполнение).
24
Более точно: ученые насчитали 112 матричных информационных РНК в клетках мышц, которые стимулировали к активной работе. Матричные РНК – часть процесса, в котором информация в ДНК используется для создания белков. Каждая РНК связана с определенным геном, но тем не менее в своем исследовании ученые нашли все же мРНК, а не сами гены.
25
Опять-таки уточним: крысы были утилизированы, а их мышечная ткань исследована до того, как их мускулы полностью приспособились к новым нагрузкам. Это была необходимая мера – как только бы мышцы приспособились к новому уровню нагрузки и восстановили гомеостаз, пропали бы признаки всех этих 112 генов. Но если бы крысы продолжили жить, их мускулы приспособились бы и организм вновь вошел в состояние равновесия.
26
См. Fred H. Gage. “Neurogenesis in the adult brain,” Journal of Neuroscience 22 (2002): 612–613.
27
См. Karen Chan Barrett, Richard Ashley, Dana L. Strait, and Nina Kraus. “Art and science: How musical training shapes the brain,” Frontiers in Psychology 4, article 713 (2013). Информация в этом разделе во многом опирается на данные, изложенные в этой работе.
28
В связи с трудностями проведения магнитоэнцефалографии ученые не стали обследовать каждый палец на левой руке, а сосредоточили свое внимание на большом пальце и мизинце. Отделы мозга, отвечающие за три остальных пальца, находятся между отделами, отвечающими за большой палец и мизинец, так что ученые смогли определить размеры всех этих областей, включив в исследование лишь данные о двух пальцах.