Tag Archives: нейроны

Как обучение обонянию может изменить ваш мозг за несколько недель, и почему это важно

польза тренировок обоняния Когда дело доходит до тренировки мозга, обоняние — это, возможно, последнее, что, по вашему мнению, может улучшить его работу. Изучать новый язык или читать больше книг – конечно. Но обоняние?

Между тем, наша обонятельная система – одна из самых пластичных систем вашего мозга. Нейропластичность описывает, как мозг гибко адаптируется к изменениям в окружающей среде или при травмах.

Если мы стимулируем мозг новыми навыками и умениями, то его нервные структуры укрепляются и это усиливает адаптивные способности мозга, тем самым сохраняя его молодость.

Наша система обоняния особенно хорошо умеет и обновляться, и ремонтировать себя. Так, например, обонятельные клетки недавно были использованы для пересадки человеку при травме спинного мозга (Nakhjavan-Shahraki et al., 2018).

Помните поговорку что «нервные клетки не восстанавливаются»? Обонятельная система – одно из исключений: люди получают новые обонятельные нейроны каждые три-четыре недели на протяжении всей своей жизни, а не только во время развития ребенка. Эти сенсорные нейроны располагаются на слизистой носа, где они собирают находящиеся в воздухе химические вещества и посылают сигналы активности прямо в мозг. Если бы не эта постоянная регенерация сенсорных клеток в вашем носу, мы бы прекратили распознавать запахи уже после первой простуды.

С возрастом эта способность ослабевает, как и наше обоняние. Обонятельные характеристики снижаются примерно к 70 годам, так как регенерация обонятельных нейронов замедляется. Однако этот процесс возрождения никогда не прекращается полностью. Тренировка обоняния помогает замедлить этот спад и предлагает отличный способ повысить пластичность вашего мозга.

Недавние исследования показывают (Frasnelli et al., 2009), что обонятельные способности к восприятию запахов ассоциируется с утолщением коры головного мозга. И, наоборот: у людей, потерявших обоняние, ученые наблюдают уменьшение коркового вещества в областях, участвующих в обработке запаха.

Возник вопрос: можно ли изменить свой мозг, тренируя обоняние? Группа канадских ученых под руководством Фраснелли в 2019 году экспериментально установила (Al Aïn et al., 2019), что интенсивная тренировка в течение шести недель приводит к существенным структурным изменениям в некоторых регионах мозга.

Участники выполняли каждый день в течение 20-30 минут три задачи:

Задача по определению интенсивности: участники должны были расположить 16 образцов запаха по уровню концентрации, от самой слабой к самой большой.

Задача по идентификации: 11 образцов знакомого участникам аромата были смешаны с различным содержанием лимонного аромата, и надо было расположить их в порядке – где больше лимона и где меньше.

Задача определения: в половине из 14 пробирках был знакомый аромат, смешанный с другими ароматами, а в другой половине – были совершенно другие ароматы. Задача была определить, в каких пробирках есть целевой аромат.

Ответы фиксировались на точность и скорость. Такая интенсивная обонятельная тренировка привела к общему улучшению обоняния. Кроме того, усиление обонятельных навыков не ограничивалось только тем, что тренировалось, но также развило другие обонятельные способности. Так, в общем снизился порог обнаружения запаха, так называемая «тонкость обоняния», повысилась точность распознавания запаха, улучшилась идентификация запаха, то есть определение, какое из этих нескольких описаний аромата правильное. Также улучшилась свободная идентификация запаха.

Устарело представление о том, что наша система восприятия мира пассивна и мы лишь получаем сигналы из мира, которые он нам посылает. Как только мы улучшаем свое восприятие, например, обоняния, как мы тут же начинаем воспринимать мир иначе. Без преувеличения можно сказать, что тренированное обоняние позволяет взаимодействовать с миром иначе. Возможно, именно в обонянии содержится ключ к дверям на вашем пути.

Отредактированный период статьи Анны-Софии Барвич, известного специалиста по обонянию.

Barwich, A-S. (2020). How smell training can change your brain in six weeks—and why it matters. Neo. Life, August 2020. https://neo.life/2020/08/mind-your-nose/

Nakhjavan-Shahraki, B., Yousefifard, M., Rahimi-Movaghar, V., Baikpour, M., Nasirinezhad, F., Safari, S., Yaseri, M., Moghadas Jafari, A., Ghelichkhani, P., Tafakhori, A., & Hosseini, M. (2018). Transplantation of olfactory ensheathing cells on functional recovery and neuropathic pain after spinal cord injury; systematic review and meta-analysis. Scientific Reports, 8(1), 325.

Frasnelli, J., Lundström, J. N., Boyle, J. A., Djordjevic, J., Zatorre, R. J., & Jones-Gotman, M. (2009). Neuroanatomical correlates of olfactory performance. Experimental Brain Research, 201(1), 1–11.

Al Aïn, S., Poupon, D., Hétu, S., Mercier, N., Steffener, J., & Frasnelli, J. (2019). Smell training improves olfactory function and alters brain structure. NeuroImage, 189, 45–54.

В то время, когда космические корабли бороздят…

Был сегодня на Russian American Research Symposium в Цифровом Октябре. Заинтересовался двумя выступлениями – одна про мозг-компьютер интерфейс Александра Каплана из МГУ (но лекция не состоялась). А вот другое выступление, Эда Бойдена (Ed Boyden) из MIT – Understandng and Engeneering Brain and Mind произошла, хоть и онлайн. Крутые вещи делают: например: для изучения структуры нейронных связей требуется большое увеличение, поэтому они придумали прикреплять срез ткани мозга к полимеру, который затем погружают в воду. Полимер увеличивается в размерах в 5-6 раз, а вместе с ним — и ткань. Качество и детализация снимков значительно улучшается.

Другая его тема была связана с оптогенетикой. Потрясающие истории – например, они могли «успокоить» мышь, воздействуя светом на небольшую группу нейронов. Сегодня, сказал Эд, три компании хотят лечить слепоту, используя оптогенетику. Например, таким способом – пациент надевает очки с камерой, и очки посылают световые сигналы в глаз человека, активируя нейроны для обработки этой информации. Похоже отчасти на методы замещения чувств в стиле Пола Бакариты, когда видео сигналы преобразовывались в электрические на пластинке, которая помещалась на язык. Круто, очень круто.

rTMS На прошлой неделе заскочил на выставку Здравоохранение, видел стенд компании Нейрософт из города Иваново. Вот, на картинке слева – хорошенький, блестящий и пощелкивающий rTMS (кто-то меня спрашивал недавно). Стоит недорого – от 450 тыс. рублей в базовой комплектации. Порадовало, что наша компания делает множество классных штуковин. Так что Иваново – город не только невест ).

Ну и конечно, ни одна выставка не обходится без духовных скреп – они пролазят везде! Были там и продавцы ауры в разлив, и меда (какая выставка В России без него?) и магнитных рефлексотерапий, и даже цаппера (я думал он давно канул в лету, ан нет!) – «могущественного» средства для лечения всех болезней с помощью электричества, но в особенности для изгнания глистов. zapper Как видно по одинокому продавцу, паразиты, кажется, побеждают.

Кролик vs Меган Фокс: кто возбуждает нас быстрее и сильнее?

Амигдала и префронтальная кора Недавнее исследование, в продолжение заметки Когда последний раз вы видели пантеру?

Ученые (Mormann et al., 2011) проанализировали работу 489 нейронов у 41 пациента, проходящих операцию на открытом мозге, в их реакции на определенные категории. Они обнаружили специфическую реакцию на фотографии животных в правой миндалине (у человека две миндалины) мозга. Миндалина (amygdala) считается ответственной за эмоцию страха и регуляцию поведения. Она ответственна за то, что мы отпрыгиваем от сучка в лесу, считая, что это змея. Миндалина учит нас выживать.

41 пациент проходили операцию по удалению части мозга, которая приводила к электрическому шторму в голове, к эпилепсии. Поскольку некоторые виды эпилепсии не поддаются медикаментозному лечению, к сожалению, это единственный выход, чтобы дать человеку нормально жить. И поскольку мозг уже открыт, и есть время, это дает иногда возможность ученым использовать такую ситуацию для изучения каких-то особенностей. Ученые записывали данные с 1500 нейронов, расположенных в миндалине, гиппокампе (hippocampus) и в энторинальной области коры (entorhinal cortex), областях, расположенных в medial temporal lobe.

И только правая миндалина, и никакие другие регионы, отвечала на картинки с животными. Эти изображения вызывали значительное возбуждение, в сравнение с картинками людей, в основном знаменитых, достопримечательностей или объектов (инструментов и еды).

Нейроны миндалины не только так бурно реагировали на животных, они еще и делали это крайне быстро – средняя латентность составила 324 миллисекунды. Образы животных крайне важны для нас, и миндалина специфически настроена на них. Интересно, что разницы в скорости распознавания животного, в зависимости от типа, замечено не было – будь то кролик или удав.

Это опять возвращает нас к объяснениям эволюционной психологии – замечать хищника, с одной стороны, и замечать дичь, с другой – очень важны для нас как жертвы и как хищника, для выживания. Казалось бы, сегодня гораздо больше проблем можно избежать, если уметь различать оружие под курткой у потенциального противника, нежели змею в траве, особенно для городского жителя.

Mormann, F., Dubois, J., Kornblith, S., Milosavljevic, M., Cerf, M., Ison, M., Tsuchiya, N., Kraskov, A., Quiroga, R. Q., Adolphs, R., Fried, I., & Koch, C. (2011). A category-specific response to animals in the right human amygdala. Nature Neuroscience, advance online publication. Doi:10.1038/nn.2899.

Пластичность мозга, вызываемая тренировками памяти

Нейропластичность, вызываемая тренировками памяти Еще одно важное исследование, показывающее пользу тренировок для мозга, опубликовано недавно в журнале Brain канадскими учеными (Belleville et al., 2011).

Человеческий мозг начинает терять свою массу, с 20-ти летнего возраста, и потери могут составить от 5 до 10%, по достижении преклонного возраста. Несмотря на постоянную потерю нейронов, мозг компенсирует ущерб двумя уникальными механизмами: нейропластичностью и избыточностью своих нейронных сетей. Пластичность мозга – это его способность реорганизовываться и изменяться. Ранее считалось, что пластичность исчезает с возрастом, но это верно только отчасти – эта способность в детском возрасте поистине фантастична, однако, и в 90 лет мозг может изменяться.

Гипотеза ученых была такова: некоторые регионы мозга, не задетые старческими ухудшением, могут помогать или брать на себя функции других поврежденных регионов, посредством тренировки памяти.

30 пожилых участников были разделены на две группы: здоровые и с легкими когнитивными нарушениями (mild cognitive impairment или MCI). Были произведены тесты на память и съемка томографии за шесть недель до начала тренировок, за неделю до начала тренировок, и через неделю после окончания тренировок. У всех участников до начала тренировок тесты на память показывали активацию регионов, традиционно связанных с этой функцией. У людей с MCI активация была, соответственно, уменьшена.

Ученые использовали функциональную магнитную томографию, и смогли увидеть диверсификацию нервных клеток – те стали участвовать в активности, ранее им не свойственной. После эксперимента участники с легкой формой когнитивных нарушений стали на 33% лучше решать тесты на память. А именно у таких людей в 10 раз более вероятно проявление болезни Альцгеймера.

На графике показано улучшение памяти у двух групп участников (Belleville et al., 2011). Как вы видите, улучшения есть у всех.

После тренировок, новые регионы мозга стали включаться в работу: обработки языка, пространственной памяти и способность распознавания, и зона обучения новым навыкам. Здоровая часть мозга стала помогать поврежденной.

Результаты исследования чрезвычайно важны – они означают, что мы можем, тренируя свой мозг, компенсировать нарушения работы мозга, вызванные старением, и, по крайней мере, отсрочить наступление катастрофических последствий, типа болезни Альцгеймера.

Belleville, S., Clement, F., Mellah, S., Gilbert, D., Fontaine, F., & Gauthier, S. (2011). Training-related brain plasticity in subjects at risk of developing Alzheimer’s disease. Brain. Journal of Neurology. First published online. Doi:10.1093/brain/awr037.

Гулять пешком полезно для мозга

Шагающий пожилой человек Историк Джордж Макалэй Трэвилиян (1876-1962) написал в 1913 году, что у него есть “два доктора: моя правая нога, и моя левая нога” (Wainwright, 2010). И, видимо, он был прав, прожив 86 лет.

Большая группа ученых из многих университетов США опубликовала в престижном журнале Neurology (Erickson et al., 2010) результаты очень оптимистичного исследования.

Две гипотезы были рассмотрены:
1) физическая активность является защитной для нейронов, увеличивая объем серого вещества в головном мозге, и

2) объем серого вещества уменьшается с возрастом, приводя к ухудшению когнитивных функций.

Данные 299 пожилых людей (средний возраст 78 лет) из Питтсбурга, штат Пенсильвания, США, были взяты из долгосрочного исследования (Cardiovascular Health Cognition Study) и использованы для сравнения объема серого вещества, уровня физической активности и ухудшения когнитивных функций. Физическая активность измерялась в количестве кварталов, пройденных пешком человеком в течение одной недели. Через 9 лет были проведены еще серии замеров, а измерения когнитивных функций — через 13 лет после начала.

Уровень физической активности у людей был от ноля до 300 кварталов в неделю. 72 квартала в неделю оказалось необходимым порогом, при котором увеличение серого вещества было зафиксировано. Эффект был замечен в основном в префронтальных и височных регионах мозга, включая гиппокамп, отдел мозга, связанный с памятью.

Исследователи использовали именно кварталы, но, почитав внимательно, я вычислил, что 72 питсбургских квартала равны приблизительно 15 км. Однако большее количество прогулок не привело к дальнейшему росту объема серого вещества. Увеличение объема серого вещества предположительно снизило риск для ухудшения когнитивных функций в 2 раза.

Итак, если мы будем ходить 15 километров в неделю, мы значительно упрочим здоровье своего мозга.

Erickson, K. I., Raji, C. A., Lopez, O. L., Becker, J. T., Rosano, C., Newman, A. B., Gach, H. M., Thompson, P. M., Ho, A. J., & Kuller, L. H. (2010). Physical activity predicts gray matter volume in late adulthood: The Cardiovascular Health Study. Neurology, WNL.0b013e3181f88359.

Wainwright, M. (2010). Walking could protect brain against shrinking, US research says. Guardian, 14 October 2010.

Про паразитов, но уже не только о них

Не зря говорят, что когда на биологическом факультете идет тема паразитов, многие изучают это с отвращением, а некоторые, пораженные извращенными манипуляциями этих микроскопических тварей, всерьез увлекаются и становятся паразитологами. Я не хочу стать паразитологом, и, пока не поздно, буду закругляться. Просто вчера мы говорили о кузнечиках, а сегодня я планировал поговорить о рыбах, но не буду. Там творятся не менее чудесные манипуляции.

Эта статья основана на выдержках из интервью и статьи Роберта Сапольски (2003, 2009), известного ученого, посвятившего практически всю свою жизнь изучению приматов и стресса. Он автор таких книг как Why Zebras Don’t Get Ulcers и A Primate’s Memoir: A Neuroscientist’s Unconventional Life Among the Baboons, Monkeyluv: And Other Essays on Our Lives as Animals и The Trouble With Testosterone: And Other Essays On The Biology Of The Human Predicament, и других книг, а также очень интересных лекций, которые я настоятельно рекомендую. Сапольски является профессором биологии Стэндфордского университета и профессором неврологии Стэндфордской Школы медицины.

Для начала, еще несколько поразительных примеров работы паразитов:

Морской рачок прицепляется на спину краба и вводит тому гормоны эстрогена. Эти гормоны делают поведение краба женским, краб выходит на сушу и роет ямку для того, чтобы сделать гнездо и отложить яйца. Понятно, что откладывать ему нечего, а морскому рачку есть, и краб делает титаническую для рачка работу. Это то, что происходит с мужскими особями краба. А с самками происходит то же самое, плюс паразит уничтожает ее яичники, чтобы она не отвлекалась на собственную беременность. Это что мы уже видели ранее – паразитарная кастрация (Sapolsky, 2003).

Оса Ampulicidae, или таракановая оса, жалит таракана в нервный узел в груди, парализуя его на 2-5 минут. За это время оса готовится ко второму укусу, который предназначен уже в голову тарана. Это, помимо прочих вещей, полностью уничтожает у него рефлекс опасности, и, когда он пробуждается после паралича, он уже не пытается убежать или сопротивляться. Затем оса тащит таракана в нору, где она отложит свои яйца прямо в жертву. И организм таракана не отторгнет инородное тело, потому что в укусе содержится вирус, подавляющий иммунную систему таракана. Когда из яиц вылупятся личинки, они будут есть этого таракана, но так, чтобы он оставался как можно дольше живым.

Но это все у них. А что же у нас, у млекопитающих? Токсоплазмоз.

Испытания, выпавшие на долю Toxoplasma gondii (T. gondii), нелегки. Паразит живет в грызунах, однако половое созревание и размножение он может совершить только в желудочно-кишечном тракте кошки. Паразиту надо, чтобы грызун попал в кошку. Конечно, эту задачу можно решать множеством способов – сделать грызуна вялым или обездвижить его, но токсоплазма подходит к делу творчески.

Если взять лабораторную мышь, чьи 5000 поколений были лабораторными мышами, и познакомить ее с кошкой, просто капнув каплю кошачьей мочи в центр клетки, то мышь забьется в угол. Эта мышь никогда не видела, не слышала и не нюхала кошки, но ее вшитая программа бояться хищника просыпается в несколько миллисекунд и меняет ее поведение. Если эту же мышь заразить токсоплазмозом, она, напротив, будет тянуться и с наслаждением вдыхать запах кошачьей мочи. Этот маленький паразит знает, как сделать так, чтобы тот же самый запах мочи кошки казался мышке привлекательным. Мышь готова нюхать его снова и снова, и теперь ей уже гораздо легче оказаться в животе у кошки. Этот удивительный факт был обнаружен исследователями в Англии несколько лет назад, но с тех пор мало что стало известно о механизме такого изменения поведения, причиняемого паразитом (Sapolsky, 2009).

Лаборатория Роберта Сапольски пытается разобраться в этом механизме. Они установили что, в общем и целом, мышь не меняется – не меняется ее социальное поведение, ее обоняние, ее когнитивные функции, ничего такого, чтобы можно было сказать, что паразит свел ее с ума. Предполагалось также, что токсоплазма каким-то образом влияет на зону мозга, отвечающую за страх, и это делает мышь бесстрашной. Однако и это оказал