Трансформации мозга

Головной мозг — не такая уж неизменная часть человека, как может показаться. Он меняется в ходе эволюции, а также в течение жизни по мере обучения. Но особенно удивительные изменения происходят в экстремальных для человека условиях. Мы собрали самые удивительные исследования на тему трансформаций мозга.

Уменьшение мозга в Антарктиде

В декабре стали известны результаты эксперимента в Антарктиде, который возглавила Симона Кюн из Института развития человека Макса Планка в Берлине. По заданию ученых девять добровольцев — пятеро мужчин и четыре женщины — провели 14 месяцев на немецкой станции в Антарктиде. Когда же они вернулись, оказалось, что это путешествие привело к уменьшению объема их мозга. Сравнивая МРТ-снимки восьмерых участников, полученные до и после экспедиции, ученые отметили, что особо пострадала область, ответственная за обработку пространственной информации: гиппокамп. Эта зона также связана с формированием эмоций и консолидацией памяти — переходом кратковременной памяти в долгосрочную. Как и в любом исследовании, помимо экспериментальной группы существовала контрольная: в ней были люди того же возраста и пола, которые оставались на Большой земле. У них за то же время гиппокамп немного увеличился. Самые заметные перемены затронули зубчатую извилину, которая расположена в глубине борозды гиппокампа: у полярников она уменьшилась на 7,2%. Это одна из немногих областей мозга, способная к нейрогенезу — образованию новых нервных клеток у взрослых организмов.

Об изменениях в головном мозге полярников свидетельствовал и анализ крови: количество белка, отвечающего за деление клеток в мозге, снизилось. И даже когда участники уже вернулись домой, этот показатель так и не вернулся в норму. Ученые проверяли когнитивные способности участников до, после и во время эксперимента. По мере пребывания на полярной станции добровольцы все хуже справлялись с тестами на внимание и ориентацию в пространстве. Авторы исследования не спешат с выводами, в будущем они хотели бы провести более масштабный эксперимент. В качестве основной причины трансформации мозга у человека в Антарктиде они называют длительную социальную и экологическую депривацию.

Космос скукоживает мозг

Как показывают исследования американских, российских и бельгийских ученых, мозг космонавтов также претерпевает значительные изменения во время длительных экспедиций на МКС. Отчасти это связано с изоляцией, отчасти — с невесомостью. Сравнив МРТ-снимков до полета и после, ученые установили, что кора головного мозга у космонавтов в ходе продолжительных миссий уменьшается в объеме и сдвигается вверх по черепной коробке. В то же время центральная борозда, разделяющая лобную и теменную зону, сужается. При этом нарушается циркуляция спинномозговой жидкости в теменных долях. Ученые констатируют сокращение объема серого вещества в височной области коры в среднем на 3%. Уменьшается и количество белого вещества. В отличие от серого, оно не восстановилось даже через полгода после возвращения на Землю.

Некоторые космонавты жалуются на ухудшение зрения после полета. Ученые объясняют это изменениями в структуре мозга, которые приводят к отеку диска зрительного нерва. В рамках американского исследования было получено динамичное изображение трансформации мозга одного из космонавтов в ходе полета, и специалисты могли своими глазами наблюдать, как происходит процесс смещения мозга вверх в черепной коробке.

Мозг и эволюция

У одного из самых древних гоминидов, останки которого были найдены недалеко от южного края Сахары в 2001 году, мозг очень небольшой: примерно 350 см³. Палеонтологам удалось проследить эволюцию размера мозга человека: от данного вида Sahelanthropus tchadensis до Homo sapiens. В целом он неуклонно рос, однако в какой-то момент эволюция пошла вспять: у верхнепалеолитических людей и даже неандертальцев был более крупный мозг, чем у современного человека. Ученые приводят разные цифры, оценивая объем «думающего» органа у поздних неандертальцев: от 1460 см³ до 1500 см³ (у мужчин). Человек эпохи верхнего палеолита имел мозг объемом около 1500 см³. Современный среднестатистический мужчина обладает мозгом размером 1425 см³, а женщина — 1350 см^3.

«Уменьшение мозга началось примерно 25 000 лет назад и вполне ощутимо продолжалось еще около 10 000 лет, — рассказывает известный антрополог Станислав Дробышевский, доцент биологического факультета МГУ им. Ломоносова, научный редактор "Антропогенез.ру". — Многих это повергает в замешательство: неужели древние люди были умнее нас? Как так? Ведь они имели более низкую, примитивную культуру! Но давайте представим, в каких тяжелейших условиях жили наши далекие предки. И сколько знаний и сведений они должны были хранить в голове: как делать орудия труда, как добывать огонь, как строить жилище, как выслеживать добычу и как ее поймать, выпотрошить, приготовить, что можно есть, а что нельзя, как защититься от хищников или паразитов? А еще помнить мифы и предания. И все это в одной голове! Без преувеличения, они были универсалами». Современный человек получает все готовое: еду, одежду, информацию — поэтому ему не нужно напрягать свой мозг. Сытая, безопасная, размеренная жизнь не располагает к неустанной интеллектуальной работе, поэтому мозг «одомашненного» человека уменьшился по сравнению с «диким». И, вероятно, в будущем наш мозг будет еще больше уменьшаться.

Как профессия влияет на мозг?

Профессиональная деятельность тоже влияет на мозг, что доказывают новейшие исследования ученых, проведенные с помощью МРТ. Однообразные действия на работе приводят к тому, что мозг уменьшается. Например, у профессиональных шахматистов снижен объем серого вещества в затылочно-височной доле, участвующей в представлении объектов относительно друг друга, и уменьшен объем хвостатого ядра, отвечающего за принятие решений. Сканирование их голов показало, что у них также наблюдается сокращение пропускной способности медиального продольного пучка, который передает информацию от зрительных зон к исполнительным областям. Как ни странно, эта картина напоминает изменения в мозге алкоголиков. По предположениям ученых, это связано с тем, что при игре профессиональные шахматисты используют части мозга, участвующие в переработке сенсорной информации, а не те, которые связаны с интеллектом и логикой.

Исследование мозга программистов показало, что они также не пользуются структурами, связанными с логикой. Во время работы у них активируются зоны мозга, отвечающие за память, внимание и языковые способности, как и у профессиональных лингвистов. Акустики, работающие со звуками, имеют лучше развитую слуховую кору, в которой больше пальцеобразных извилин, заполненных белым веществом. У профессиональных музыкантов увеличена зона мозга, отвечающая за мелкую моторику и, в частности, движения пальцев.

У таксистов значительно увеличен гиппокамп. Как мы уже сказали, это область мозга, отвечающая за переход кратковременной памяти в долговременную и обрабатывающая пространственную информацию об окружающей среде. По мнению ученых, это связано с необходимостью запоминать сотни маршрутов и объездных путей. Объем серого вещества, как известно, увеличивается в процессе обучения.

Исследователи из Университетского колледжа Лондона делали сканирование головы стажерам транспортных компаний, которые учатся по три-четыре года и запоминают 25 000 лондонских улиц. У отличников ученые увидели увеличение гиппокампа, а у двоечников таких изменений в мозгу не было. Ученые предупреждают, что водители, пользующиеся навигатором, выключают свой гиппокамп и не дают своему мозгу развиваться.