Алексей Москалев
Мозг долгожителя. 7 шагов к ясности ума, крепкой памяти и устойчивому вниманию

Наука молодости. Книги ученого-биолога Алексея Москалева

Во внутреннем оформлении использованы иллюстрации:

Jeniffer Fontan, HamjaIU / Shutterstock / FOTODOM Используется по лицензии от Shutterstock / FOTODOM

Внимание! Информация, содержащаяся в книге, не может служить заменой консультации врача. Необходимо проконсультироваться со специалистом перед любыми рекомендуемыми действиями.

© Москалев А. А., текст, 2024

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2024

Отзывы

Уважаемые коллеги и любознательные читатели! С огромным удовольствием представляю вам новую книгу Алексея Москалева.

Алексей Александрович Москалев – известнейший российский ученый, работающий в области молекулярной биологии, биохимии и физиологии старения, член-корреспондент РАН. Мы не раз совместно участвовали в различных конференциях и образовательных проектах, посвященных профилактике и лечению возрастных изменений нашего организма. И я всегда был впечатлен, с одной стороны, глубиной и фундаментальностью, с другой – практической приложимостью той информации, которую он озвучивал.

Руководя масштабными научными исследованиями Алексей Александрович ухитряется значительное время посвящать просветительской деятельности в области геронтологии. И делает это очень качественно и доступно – о чем свидетельствуют сотни тысяч просмотров его выступлений и подкастов.

Но книга – это другой жанр, и здесь можно гораздо серьезнее осветить многие ключевые аспекты процессов старения; предложить читателю ту информацию и ту логику, которую в устном докладе или беседе в принципе невозможно выстроить.

Вот почему новая книга А. А. Москалева – это важное событие и весомый вклад в профилактику старения мозга. Она представляет собой синтез последних достижений нейронауки и геронтологии.

Наш мозг – невероятно сложная система, и поддержание его здоровья требует комплексного подхода. Исходя из этого, автор книги предлагает нам рассмотреть когнитивное здоровье через призму нескольких ключевых факторов. Это и наука о влиянии питания на наш организм («нутрициология»), и наука о движении («кинезиология»), и когнитивная психология. По ходу повествования рассматриваются стратегии молекулярной, клеточной и системной нейропластичности – способности мозга изменяться, адаптироваться, а в итоге становиться эффективнее, позитивнее и моложе.

Очень важно то, что книга не ограничивается теорией. В ней представлены конкретные методики оптимизации различных когнитивных функций. Регулярная стимуляция нейронных связей, противовоспалительный режим питания, стресс-менеджмент, здоровый сон – все это способствует их развитию и укреплению, в том числе, в возрастном аспекте.

Отдельно хочу отметить четкость и легкость изложения. Алексей Александрович смог преподнести сложные концепции в форме, вполне доступной самой широкой аудитории. С другой стороны, любой профессионал тоже сможет найти здесь много интересного и полезного. Меня, например, особенно увлек раздел, посвященный биомаркерам старения мозга.

Таким образом, книга, которую вы сейчас держите в руках – это не просто текст, но своего рода практическое руководство, важное в нашей повседневной жизни. Она предоставляет читателям конкретные инструменты для поддержания когнитивных функций (внимание, память, мышление, речь) на оптимальном уровне. И это чрезвычайно значимо в свете увеличения стресса и информационной нагрузки, а также роста продолжительности жизни в современном мире.

Рекомендую эту книгу всем, кто интересуется работой нервной системы, наших нейросетей и хотел бы применить знания науки XXI века для улучшения качества своей жизни.

Помните: мозг человека пластичен, и мы способны (и даже обязаны) влиять на его состояние и функции в любом возрасте!

Вячеслав Дубынин, доктор биологических наук, нейрофизиолог, профессор МГУ им. М.В. Ломоносова, автор блога «Дубынин о мозге»

* * *

Дорогие читатели, хочу поделиться с вами впечатлениями об этой книге.

Когда прочитал ее в первый раз, сразу понял: это то, что нужно всем в современном мире.

Представьте себе, что ваш мозг – это сад. Чтобы он цвёл и плодоносил, чтобы в нем не росли сорняки, за ним нужно ухаживать. Эта книга – словно советы мудрого садовника, который делится секретами, как сделать «мозговой сад» и вечнозелёным, и цветущим.

Автор, знаменитый не только на всю Россию, но и известный во всем мире, биогеронтолог Алексей Москалев, доктор биологических наук, показывает целую систему ухода за нашим главным органом. Здесь и про «удобрения» (правильное питание), и про «полив» (физическая активность), и про «прополку» (управление стрессом). А какие чудесные «семена» он предлагает посадить – упражнения для памяти и внимания!

Что меня особенно порадовало? Книга написана так, как будто идет неторопливая дружеская беседа. Всё разложено по полочкам – просто и понятно. Но при этом чувствуется глубина и научная основа.

Эта книга – настоящий подарок для вас. Это, как если бы мы получили ключи от машины времени, которая поможет сохранить молодость мозга. Не упустите этот шанс!

Наш мозг – это наше будущее. Удачи на пути к когнитивному здоровью!

Михаил Гаврилов, врач-психиатр, психотерапевт, кандидат медицинских наук, врач превентивной и антивозрастной медицины (PreventAge), эксперт Университета образовательной медицины, автор блога doctor_gavrilov

* * *

Дорогие друзья!

Эта книга – настоящий подарок для всех, кто хочет сохранить ясность ума и остроту мышления на долгие годы. Она одинаково полезна и новичкам в вопросах медицины, и коллегам-докторам, которым полезно повторять забытые знания. Я, как врач, могу с уверенностью сказать: здесь собраны самые передовые и эффективные методики для поддержания когнитивного здоровья.

Наш мозг – удивительный орган. Он может оставаться молодым и активным даже тогда, когда тело начинает сдавать позиции. И эта книга – ваш личный инструктор по “фитнесу для мозга”!

Автор очень доступно объясняет сложные нейробиологические процессы и предлагает простые, но действенные упражнения для тренировки памяти, внимания и мышления.

Здесь вы найдете советы по питанию, физической активности и управлению стрессом – всему тому, что напрямую влияет на работу нашего главного “процессора”. Очень доступно предподнесена анатомия мозга. Можно, не открывая анатомический атлас, представить себе строение мозга.

Особенно меня порадовало, что все рекомендации основаны на серьезных научных исследованиях. Никакой воды и пустых обещаний – только проверенные факты и методики.

Друзья, помните: наше здоровье – в наших руках. И эта книга – отличный помощник в заботе о самом главном органе нашего тела. Читайте, практикуйте и будьте здоровы!

Зухра Павлова, эндокринолог, старший научный сотрудник МНОИ МГУ им. М.В. Ломоносова, автор блога doctorpavlova, доктор медицинских наук

Введение

Мозг – это невероятно сложный, энергозатратный (но по сравнению с любой человеческой техникой поразительно энергоэффективный!) и хрупкий инструмент, который позволяет нам думать, чувствовать, творить и познавать мир. Но, как и все органы, мозг подвержен старению. С возрастом в нем происходят изменения, которые могут приводить к снижению рабочей и кратковременной памяти, внимания, скорости мышления. Однако старение мозга – это не приговор, а процесс, на который мы можем влиять. Современная наука активно изучает механизмы старения мозга и ищет способы его предотвращения или замедления.

Что же происходит в мозге с возрастом? Одним из основных механизмов является накопление повреждений в его клетках – нейронах. Эти повреждения могут быть вызваны окислительным стрессом (избыточным образованием свободных радикалов, повреждающих структуры клетки), воспалением (это «пожарная тревога», способная зародиться практически в любом месте организма и призывающая иммунные клетки на борьбу с инфекцией или повреждением тканей), нарушением работы митохондрий – энергетических станций клетки. Со временем в мозге также накапливаются токсичные белки, такие как бета- амилоид и тау-белок, которые могут приводить к гибели нейронов. Кроме того, снижается эффективность работы нейромедиаторных систем, отвечающих за передачу сигналов между нейронами. Изнашивается и становится жестким каркас нервной ткани – внеклеточный матрикс.

Но не стоит отчаиваться – мозг обладает удивительной способностью к адаптации и восстановлению. У пожилых людей функции поврежденных структур мозга нередко подхватывают другие его участки. Современные исследования показывают, что мы можем помочь стареющему мозгу. Одним из наиболее перспективных направлений является изучение того, какую роль в поддержании здоровья мозга играет образ жизни. Оказывается, то, как мы живем, питаемся, двигаемся, думаем и общаемся, может оказывать значительное влияние на процессы старения мозга.

Так, регулярная физическая активность способствует улучшению кровоснабжения мозга, стимулирует образование новых нейронов и укрепляет связи между ними. Правильное питание, богатое полифенолами, Омега‑3 жирными кислотами и витаминами группы В, может защищать мозг от стресса и воспаления. Интеллектуальная активность и обучение на протяжении всей жизни помогают поддерживать когнитивный резерв мозга и компенсировать возрастные изменения. Управление стрессом и поддержание социальных связей также важны для эмоционального и когнитивного благополучия.

Но образ жизни – это только часть стратегии. Ученые также активно исследуют потенциал различных терапевтических подходов для профилактики и лечения возрастных изменений мозга. Некоторые из наиболее многообещающих направлений включают:

– нейропротекторные препараты, защищающие нейроны от повреждений и стимулирующие их рост и восстановление;

– иммунотерапию, направленную на удаление из мозга токсичных белков, таких как бета-амилоид и тау-белок. Это могут быть вакцины или антитела, специфически связывающие и нейтрализующие эти белки;

– генную терапию, позволяющую доставлять в мозг гены, кодирующие факторы роста, нейропротекторные белки или ферменты, улучшающие работу митохондрий, активирующие аутофагию (самоочищение клетки от накопившегося мусора);

– стволовые клетки, способные превращаться в новые нейроны (и поддерживающие их глиальные клетки), заменяя погибшие клетки и восстанавливая функции мозга. Исследуются как стволовые клетки пациента, так и эмбриональные, а также индуцированные плюрипотентные стволовые клетки;

– нейромодуляцию, использующую электрическую или магнитную стимуляцию для изменения активности определенных зон мозга и улучшения когнитивных функций. Примерами являются транскраниальная магнитная стимуляция и транскраниальная стимуляция постоянным током.

Конечно, все эти подходы находятся на разных стадиях исследований – от доклинических моделей до клинических испытаний на людях. И не все из них могут оказаться эффективными и безопасными в долгосрочной перспективе. Но сам факт такого интенсивного научного поиска вселяет надежду, что в будущем мы сможем более эффективно противостоять старению мозга и сохранять ясность ума до глубокой старости.

Однако не стоит ждать волшебной таблетки. Уже сегодня можно начать заботиться о здоровье мозга, формируя полезные привычки и поддерживая интеллектуальную активность на протяжении всей жизни. Ведь мозг – самый ценный ресурс человека, и инвестиции в его здоровое долголетие – это инвестиции в будущее. Немногие согласятся на долголетие, если оно будет омрачено нейродегенеративными изменениями личности.

Старение мозга – сложный и многофакторный процесс, который мы только начинаем понимать. Но с каждым годом наука открывает все новые возможности для профилактики и терапии возрастных изменений мозга. И хотя до победы над старением еще далеко, у нас есть все основания смотреть в будущее с оптимизмом и надеждой. Ведь мозг – это не просто орган, а воплощение личности, творческого потенциала и человечности. Правильное функционирование мозга обеспечивает адаптивные возможности и успех в любой деятельности, поэтому профилактика возрастных изменений головного мозга определяет долголетие и качество жизни. И сохранить его здоровье и ясность – пожалуй, одна из самых важных задач медицины XXI века. Как говорил классик, «если что-то и стоит делать, так только то, что принято считать невозможным».

Надо признать, что мы еще многого не знаем о функциональном устройстве мозга. Мозг – это не просто биологический аналог компьютера. Хотя между ними есть определенные сходства в плане обработки и хранения информации, выполнения программ, мозг обладает рядом уникальных свойств, которые выходят за рамки простой вычислительной машины.

Действительно, даже мозг простейших животных способен не только реагировать на стимулы, но и формировать цели, мотивации, модели поведения. Это свидетельствует о том, что эволюция наделила мозг способностью к самоорганизации и самопрограммированию, выходящей за рамки простых рефлексов и инстинктов.

В отличие от компьютера, где аппаратная часть (процессор, память) отделена от программной (софт), в мозге эти компоненты неразрывно связаны. Нейронные сети одновременно являются и «железом», и «программами». Они способны перестраивать свою структуру и менять принципы работы в зависимости от опыта и обучения. Можно сказать, что мозг постоянно программирует сам себя.

Более того, разные отделы мозга функционируют не изолированно, а в тесном взаимодействии, обмениваясь информацией и влияя друг на друга. Слаженная работа примерно 86 миллиардов нейронов, каждый из которых может формировать тысячи и даже десятки тысяч контактов с другими, рождает такие свойства психики, как сознание, эмоции, воображение, интуиция, инсайты – то, что пока недоступно даже самым продвинутым нейросетям и ИИ.

Кстати, придание машинам способности к автономному целеполаганию, самообучению и саморазвитию сделает их поведение непредсказуемым и, возможно, неподконтрольным человеку. Это ставит серьезные этические и экзистенциальные вопросы о будущем взаимодействии естественного и искусственного интеллекта.

Но пока даже самые совершенные творения инженерной мысли лишь отдаленно воспроизводят отдельные функции мозга. Чем больше мы узнаем о работе этого удивительного органа, тем больше поражаемся его сложности, пластичности и потенциалу к развитию. Постижение принципов организации мозга – одна из главных научных задач. И каждое новое открытие в этой области приближает нас к пониманию природы человеческого разума и сознания.

В этой книге мы рассмотрим, как устроена память, сознание, эмоции и каким образом на них сказывается возраст. Как задержать старение мозга или обратить его вспять? Как научиться контролировать себя, в том числе управлять состоянием стресса? Как побороть бессонницу, депрессивное расстройство, головную боль, повысить продуктивность мозга и качество жизни, отсрочить или отменить деменцию? Как преодолеть неуверенность и лень на пути к практическому применению знаний о здоровье мозга?

Не сомневаюсь, что эта книга позволит прочитавшим ее сформировать эффективную личную стратегию здорового долголетия мозга и овладеть методами, которые помогут претворению этих знаний в жизнь.

Моя задача не просто поделиться знаниями, но и мотивировать вас на заботу о своем мозге прямо сейчас. Ведь чем раньше вы начнете, тем больше шансов сохранить ясность ума в зрелом возрасте. Так что не откладывайте на завтра то, что можно сделать сегодня – читайте эту книгу и применяйте полученные знания на практике. Мозг скажет вам спасибо!

Глава 1
Устройство и функции мозга

Функциональное устройство мозга человека

Головной мозг – это настоящий шедевр природы, кто-то даже считает, что это самый сложно устроенный объект во всей известной Вселенной. И мы не до конца понимаем, как он работает настолько эффективно и продуктивно! Это управляющий центр всего человеческого организма. Не просто анатомическая структура, но и загадочный орган, не вполне понятным образом отвечающий за наши мысли, чувства, воспоминания, а также за то, как мы воспринимаем мир вокруг себя. Давайте погрузимся в удивительный мир строения и функционирования головного мозга, чтобы понять, как его ключевые отделы влияют на поведение человека и как они взаимодействуют друг с другом.

Строение клеток и ткани мозга

Многие профилактические меры, о которых будет рассказано далее, связаны с процессами на клеточном уровне, поэтому уделим немного внимания тому, как устроена клетка и ее жизненный цикл.

Представьте себе клетку как маленький город, где каждая часть играет свою роль. Она окружена стеной – клеточной мембраной, которая защищает ее и контролирует, что может войти и выйти. Внутри клетки находится цитоплазма – это как улицы города, по которым передвигаются различные строительные материалы и «рабочие».

Мозг – самый сложный орган в человеческом теле.

Одни из главных «рабочих» в клетке – митохондрии. Это электростанции, которые производят энергию для всех процессов в клетке. Они перерабатывают питательные вещества в своего рода энергетическую валюту – молекулы АТФ и НАД⁺, которые клетка использует для своей жизнедеятельности.

Но кто решает, какие «рабочие» нужны клетке в данный момент? За это отвечает экспрессия генов – процесс, при котором информация, закодированная в ДНК, переводится в белки. Это как инструкции для клетки, какие «специалисты» ей требуются.

Главные «менеджеры» экспрессии генов – факторы транскрипции. Это особые белки, которые находят нужные гены в ДНК и включают их, чтобы началось производство белков. Они как начальники, которые решают, какие цеха на заводе должны работать.

Но факторы транскрипции не всегда активны, а только в нужный момент. Их работа регулируется киназами – «надзирателями». Они, чтобы поменять статус факторов транскрипции, прикрепляют к ним «включатели» и «выключатели» – фосфатные группы. Так клетка может быстро реагировать на сигналы извне и изнутри, подстраивая работу генов под текущие нужды.

Интересно, что митохондрии имеют собственную ДНК, отличную от ДНК в ядре клетки. Ученые считают, что когда-то давно митохондрии были самостоятельными бактериями, которые «поселились» внутри других клеток. Со временем они стали жизненно необходимы друг для друга и теперь не могут существовать отдельно.

Митохондрии способны делиться, сливаться и распадаться на части. Это помогает клетке регулировать их количество и распределение. Когда клетке нужно больше энергии, митохондрии делятся и становятся многочисленнее. А если какие-то митохондрии повреждены, они сливаются с другими и обмениваются «запчастями для ремонта».

Сама клетка тоже может делиться – это как строительство новых городов. Перед делением клетка удваивает свою ДНК и органеллы, а затем распределяет их между двумя новыми клетками. Так организм растет и обновляется. Кстати говоря, взрослые нейроны делиться не могут, они появляются из особых стволовых клеток, количество которых закладывается еще на эмбриональной стадии развития. По мере взросления и старения организма запасы нейрональных стволовых клеток необратимо расходуются.

Но иногда клетки должны самоликвидироваться для блага организма. Это называется апоптоз – запрограммированная клеточная смерть. Во время апоптоза клетка аккуратно разбирает себя изнутри и посылает сигналы иммунным клеткам, чтобы те ее утилизировали. Так организм избавляется от старых, поврежденных или ненужных клеток, предотвращая воспаления и развитие рака. В отличие от деления, нейроны способны к апоптозу, который, по-видимому, играет важную роль в старении мозга, и не всегда желательную.

Получается, клетка – это целый микромир со своими жителями, архитектурой и правилами. Мембрана, цитоплазма, митохондрии и другие части клетки слаженно работают, чтобы поддерживать ее жизнь и функции. А процессы экспрессии генов, деления и апоптоза позволяют клетке адаптироваться, расти, размножаться и обновляться, и жертвовать собой на благо нашего тела.

Мозг представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из множества различных типов клеток, которые тесно взаимодействуют друг с другом, обеспечивая выполнение разнообразных функций мозга.

Основными клетками мозга являются нейроны и глиальные клетки.

Нейроны – это функциональные единицы нервной системы, которые генерируют и передают электрические и химические сигналы. Именно благодаря работе нейронов возможны такие сложные процессы как мышление, память, обучение, управление движениями.

Нейрон состоит из тела клетки (сомы), где находится управляющий центр – ядро с генетическим материалом, а также из многочисленных отростков, отвечающих за коммуникации нейронов. Длинный отросток называется аксоном. По нему электрический импульс передается от тела нейрона к другим клеткам (не только другим нейронам, но и мышечным, и эндокринным). Более короткие и разветвленные отростки – это дендриты. Они принимают сигналы от аксонов других нейронов. Место контакта аксона одной нейрональной клетки с дендритом другой называется синапсом. В этой точке происходит химическая передача сигнала между нейронами с помощью особых веществ – нейромедиаторов.

В мозге насчитывается около 86 миллиардов нейронов. Они образуют сложные сети, по которым распространяется нервная активность, обеспечивающая функционирование мозга. Нейроны крайне разнообразны по форме, размерам, типам нейромедиаторов, которые они используют, и функциям, которые они выполняют.

Однако нейроны не могли бы полноценно работать без поддержки глиальных клеток. Глия составляет около половины объема мозга. Долгое время ее считали просто опорной тканью для нейронов (отсюда название «глия» – в переводе с греческого «клей»). Но постепенно выяснилось, что глиальные клетки играют важнейшую роль в развитии и функционировании мозга.

Существует несколько основных типов глии:

Астроциты – самый многочисленный тип, звездообразные клетки. Они выполняют опорную и трофическую функции для нейронов – снабжают их питательными веществами и регулируют их микроокружение. Астроциты участвуют в формировании гематоэнцефалического барьера (сито, разделяющее кровоток и ткань мозга), регулируют кровоток в мозге в зависимости от нервной активности (вызывая «приливы» крови к местам наибольшей активности в данный момент). Также астроциты влияют на передачу сигналов в синапсах, участвуют в обучении и памяти.

Олигодендроциты – клетки с небольшим телом и многочисленными отростками. Они образуют миелиновую оболочку вокруг аксонов в центральной нервной системе (ЦНС). Миелин служит электрическим изолятором и значительно увеличивает скорость проведения нервных импульсов по аксонам. Благодаря миелину возможна быстрая передача сигналов между отделами ЦНС. В молодости у человека происходит активное образование миелина вокруг нейронов мозга. Однако при старении организма миелин истончается и фрагментируется, отчего скорость проведения нервного импульса падает. Это связано со старением как раз олигодендроцитов. Яркий пример быстрого разрушения миелина – рассеянный склероз, при котором иммунная система по невыясненным причинам начинает атаковать собственную миелиновую оболочку, принимая ее за чужеродный агент.

Микроглия – резидентные иммунные клетки мозга. Они возникли из предшественников-макрофагов, очутившихся за гематоэнцефалическим барьером еще на заре эмбрионального развития. Они поглощают погибшие клетки, продукты их распада и другие потенциально вредные агенты, защищая мозг от повреждений. При патологических процессах микроглия активируется первой, запуская воспалительную реакцию. Помимо иммунной защиты, микроглия участвует в развитии мозга – формировании и удалении синапсов.

Эпендимные клетки выстилают желудочки мозга и центральный канал спинного мозга. Они участвуют в продукции, циркуляции и утилизации спинномозговой жидкости, которая служит гидравлической подушкой и средой для циркуляции питательных веществ и сигнальных молекул внутри мозга.

Нейроны и глия тесно взаимодействуют, образуя функциональные нейроглиальные ансамбли. Например, астроциты оплетают своими отростками синапсы и регулируют концентрацию нейромедиаторов и ионов в синаптической щели, влияя на передачу нервного импульса. Олигодендроциты обеспечивают метаболическую поддержку и электроизоляцию для аксонов. Микроглия, реагируя на патологические стимулы, высвобождает цитокины и другие сигнальные молекулы, влияющие на функцию нейронов, способствует удалению и образованию нейронных синапсов.

Все клетки мозга погружены в особую комфортную среду, внеклеточный матрикс (ВКМ). Это сеть из структурных и сигнальных молекул, которая заполняет пространство между клетками и обеспечивает их механическую поддержку, влияет на миграцию, деление и дифференцировку (взросление, специализацию) клеток в ходе развития.

ВКМ мозга включает в себя три основных компонента:

1. Гиалуроновая кислота – длинные линейные углеводные цепочки, образующие насыщенный водой гель, который служит основой матрикса.

2. Протеогликаны – особые белки с присоединенными к ним цепочками углеводов (глюкозаминогликанами). Они обеспечивают структурную целостность, удерживают воду, служат депо для факторов роста и других биоактивных молекул. Основные протеогликаны ВКМ мозга – это хондроитинсульфаты (версикан, бревикан, нейрокан, аггрекан) и гепарансульфаты (перлекан, агрин).

3. Фибриллярные (образующие длинные вытянутые нити) белки – коллаген, фибронектин, ламинин. Они образуют сложную трехмерную сеть, молекулярный каркас матрикса. Коллаген обеспечивает прочность и упругость матрикса, фибронектин участвует в прикреплении клеток к матриксу и друг к другу, ламинин играет роль в миграции и дифференцировке клеток.

Состав и структура ВКМ мозга сильно отличается от ВКМ других тканей. Например, в мозге практически отсутствует коллаген и фибронектин, зато много гиалуроновой кислоты и специализированных протеогликанов. Это связано с уникальными требованиями, которые мозг предъявляет к своему микроокружению. Благодаря этой особенности матрикса мозг имеет мягкую, студенистую консистенцию. То, что в мозге мало волокон коллагена и фибронектина, которые играют основную роль в жесткости матрикса, способствующей старению, на мой взгляд, дает ему больший потенциал для долголетия по сравнению с другими органами и тканями.

ВКМ создает специфическую среду вокруг нейронов и глиальных клеток, регулируя их форму, подвижность и функциональное состояние. Молекулы ВКМ могут связывать и предоставлять клеткам различные факторы роста, влияя на их дифференцировку и выживание.

Например, протеогликан аггрекан связывается с рецепторами на поверхности нейронов и регулирует рост аксонов и дендритов. Фрагменты протеогликана бревикана стимулируют рост отростков олигодендроцитов и образование миелина. Ламинин и коллаген IV служат подложкой для миграции нейробластов и глиобластов (клеток-предшественников нейронов и глии) в ходе развития мозга.

ВКМ служит также молекулярным барьером, ограничивающим излишнюю подвижность клеток. В зрелом мозге это стабилизирует положение нейронов и глии, препятствуя ненаправленному росту отростков. Поэтому не удивительно, что изменение состава ВКМ при нейродегенеративных заболеваниях, психических расстройствах, черепно-мозговых травмах может способствовать патогенезу.

ВКМ влияет на распространение нейромедиаторов и других сигнальных молекул в синаптических щелях и внеклеточном пространстве, определяя направленную передачу сигналов между клетками. Например, гиалуроновая кислота может связывать глутамат, ацетилхолин, ГАМК и другие медиаторы, изменяя их концентрацию в синапсах. Хондроитинсульфатные протеогликаны могут связываться с калиевыми каналами на оболочке нейронов, регулируя концентрацию К+ во внеклеточной среде и, тем самым, возбудимость нейронов.

Таким образом, ВКМ – это не просто инертный заполнитель, а активный фактор развития мозга и его функций. Он служит динамическим интерфейсом между клетками и во многом определяет то, как нейроны и глия взаимодействуют друг с другом.

Между кровью и мозгом существует гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) – высокоселективный фильтр, который защищает нервную ткань от потенциально вредных веществ (внешних нейромедиаторных молекул, факторов воспаления, иммунных клеток, инфекционных агентов и токсинов), циркулирующих в крови, и поддерживает постоянство внутренней среды мозга.

Анатомическую основу ГЭБ составляют эндотелиальные клетки (клетки стенок) капилляров мозга. В отличие от капилляров других органов, мозговые капилляры имеют эндотелий с рядом особенностей. Эти клетки соединены очень плотными контактами, которые препятствуют проникновению водорастворимых соединений через межклеточные промежутки, за исключением тех, для которых есть особые белки-переносчики. Также эндотелиоциты мозга имеют низкую проницаемость мембраны и цитоплазмы самих клеток, так как у них слабо развиты поры в оболочке и способность к микропиноцитозу (заглатывание отдельных молекул клеткой).

С внешней стороны капилляры оплетены отростками астроцитов, которые способствуют формированию барьерных свойств эндотелия и регулируют работу транспортных систем. Также в состав ГЭБ входит базальная мембрана из ВКМ, которая служит дополнительным фильтром.

Проницаемость ГЭБ избирательна. Низкомолекулярные, не имеющие заряда, жирорастворимые вещества (H₂, О₂, СО₂, этанол, никотин и др.) могут проходить через липидный бислой оболочки клетки. Транспорт заряженных, водорастворимых соединений ограничен и требует специальных механизмов – избирательных белков-переносчиков и рецепторопосредованного транспорта через эндотелиальные клетки. Глюкоза, аминокислоты, нуклеозиды (кирпичики ДНК и РНК), некоторые регуляторные пептиды (инсулин, трансферрин) переносятся в мозг с помощью специализированных белков-транспортеров. Более крупные белки, такие как антитела (инактивирующие инфекционный агент) и липопротеины (несущие клеткам мозга необходимые жиры и холестерин), могут проходить через ГЭБ путем эндоцитоза – попадания в барьерные клетки внутри пузырьков, отпочковывающихся от оболочки клетки.

В то же время ГЭБ (если он не поврежден, конечно) надежно блокирует проникновение в мозг токсинов, патогенов и компонентов иммунной системы. Он также выделяет белки, которые активно выкачивают из мозга обратно в кровь многие ксенобиотики (лекарства, пестициды и др.)

Кора головного мозга считается «средоточием» интеллекта и разума у млекопитающих.

ГЭБ помогает поддерживать ионный гомеостаз (постоянство состава) мозга, препятствуя резким колебаниям концентрации ионов (таких как K⁺, Na⁺, Cl—, Ca²⁺, Mg²⁺ и другие), которые могут нарушить генерацию и проведение нервных импульсов. Также он удерживает в мозге нейромедиаторы и нейротрофические факторы (пептиды-регуляторы клеточного роста).

Проницаемость ГЭБ может меняться при различных патологических состояниях. При нейровоспалении активированная микроглия и астроциты выделяют цитокины (сигнальные молекулы, влияющие на клетки иммунной системы) и активные формы кислорода (свободные радикалы), которые повреждают плотные контакты между клетками ГЭБ и увеличивают внутриклеточный транспорт, что приводит к отеку мозга, нарушению работы нейронов. Хроническая дисфункция ГЭБ вносит вклад в развитие нейродегенеративных заболеваний, эпилепсии, рассеянного склероза.

С другой стороны, ГЭБ является серьезным препятствием для доставки в мозг лекарственных препаратов. Поэтому активно разрабатываются методы обратимого раскрытия барьера, соединения лекарств с носителями, узнаваемыми транспортными системами ГЭБ, липосомальными формами доставки.

Таким образом, мозг – это не просто совокупность нейронов, а сложнейшая многокомпонентная система, все элементы которой находятся в постоянном структурном и функциональном взаимодействии. Нейроны, глиальные клетки, внеклеточный матрикс и гематоэнцефалический барьер образуют единый комплекс, который обеспечивает развитие и работу центральной нервной системы.

Мозг человека в аспекте эволюции

Удивительно, но факт – люди не имеют ни абсолютного, ни относительного превосходства в размерах головного мозга среди млекопитающих. У китов, дельфинов и слонов самый большой мозг – до 10 кг; мозг человека имеет среднюю массу 1,35 кг. Если предположить, что абсолютный размер мозга имеет решающее значение для интеллекта, тогда киты или слоны должны быть умнее людей, а лошади умнее шимпанзе, что определенно не так.

Размер мозга по отношению к размеру тела имеет тенденцию уменьшаться с увеличением размера тела, в результате чего у мелких животных относительно большой, а у крупных – относительно небольшой мозг. У землероек мозг составляет 10 % или более от объема тела, в то время как у самого крупного млекопитающего (и современного животного), синего кита, мозг занимает менее 0,01 % тела. Кстати говоря, в этом контексте 2 % для человеческого мозга очень высоки, учитывая тот факт, что Homo sapiens принадлежит к довольно крупным млекопитающим. Если бы разум диктовался относительным размером мозга, то землеройки были бы самыми умными млекопитающими, что звучит довольно невероятно.

Тогда что же определяет степень ума?

В ходе эволюции наших предков произошло резкое увеличение площади поверхности коры головного мозга. Кроме того, среди млекопитающих с большим мозгом у приматов самая толстая кора – 3–5 мм, а у китообразных и слонов – удивительно тонкая (1–1,8 мм).

С увеличением объема коры плотность упаковки нейронов нередко уменьшается, но у приматов необычно высокая, а у китообразных и слонов – необычно низкая плотность упаковки. Все это подводит к тому факту, что человеческий мозг имеет наибольшее количество корковых нейронов (действительно, их около 15 миллиардов), несмотря на то, что человеческий мозг и кора намного меньше по размеру, чем у китообразных и слонов (10–12 миллиардов).

Таким образом, наилучшее соответствие между характеристиками мозга и степенью интеллекта у млекопитающих достигается за счет сочетания числа нейронов коры или мантии полушарий головного мозга, плотности упаковки нейронов, межнейронного расстояния и скорости проводимости в аксонах – факторов, обусловливающих способность к обработке информации. Эта способность совпадает с понятием «общий интеллект», который в значительной степени определяется эффективностью рабочей памяти и, соответственно, способностями к умственным манипуляциям.

Самый высокий общий интеллект среди известных живых существ обнаружен у людей, за которыми следуют человекообразные обезьяны, потом обезьяны Старого и Нового Света. У китообразных (самые умные из них – касатки) и слонов общая способность обработки информации намного ниже из-за более тонкой коры полушарий, низкой плотности упаковки нейронов и меньшей скорости аксональной проводимости.

Тогда зачем китам и слонам такой большой мозг, ведь его содержание очень энергозатратное? Как известно, на 90 % размер головного мозга определяется размерами тела животного. Поэтому одна из гипотез – это для того, чтобы координировать движения своего гигантского тела. Вторая более экзотическая – чтобы избежать переохлаждения мозга, ведь тенденция к его увеличению в эволюции совпала с наступлением ледникового периода.

Напротив, у врановых и попугаеобразных птиц очень маленькие и плотно упакованные нейроны в мантии больших полушарий и поэтому относительно много нейронов, что, несмотря на довольно малые объемы мозга, может объяснять их высокий интеллект. Развитие обменов коммуникативными сигналами между особями, скорее всего, послужило дополнительным драйвером развития интеллекта, тот же процесс, возможно, произошел у певчих и попугаеобразных птиц.

Только приматы (включая человека) имеют префронтальную кору полушарий в строгом смысле слова вместе с ее специфическими функциями, такими как контроль внимания, планирование действий, выбор действий и принятие решений. Соответственно, поражения гранулярной (зернистой) префронтальной области у приматов и человека имеют драматические последствия для упомянутых функций, чего не происходит у крыс, когда поражается лобная кора.

Особенностью лобной коры приматов является наличие гранулированной префронтальной области, которая характеризуется дополнительным четвертым слоем, содержащим множество мелких нейронов. Фронтальная кора других млекопитающих (например, грызунов) не имеет такой зернистой области. Кроме того, нейроны префронтальной коры головного мозга человека обладают более сложным ветвлением, увеличенным количеством аксонов и дендритных шипов на нейрон, что приводит к большему числу синапсов и более широким кортикальным колонкам (группа нейронов, расположенная в коре головного мозга перпендикулярно его поверхности) по сравнению с другими приматами. Нейробиологи интерпретируют эти показатели как причину резкого увеличения общей способности обработки информации префронтальной коры головного мозга человека.

Мозг человека потребляет около 20 % всей энергии организма, хотя составляет лишь 2 % от массы тела.

В настоящее время взаимно дополняют друг друга две концепции относительно эволюции высших когнитивных способностей у людей в сравнении с другими млекопитающими. Одна из этих концепций может быть названа «теорией непрерывности» в том смысле, что более высокие когнитивные способности людей и их нейробиологическая основа являются результатом общих эволюционных тенденций, обнаруженных у позвоночных, млекопитающих и в частности приматов. Эти тенденции привели к увеличению абсолютного и относительного размера мозга и к пропорциональному увеличению кортикального и, в итоге, лобного коркового объема. Таким образом, наибольшее количество кортикальных нейронов (особенно в лобной доле), наиболее эффективная их связность, обнаруживаются у людей.

Вторая концепция была названа мозаичной эволюцией мозга. В ходе эволюции человеческого мозга имели место специфические изменения, особенно в отношении префронтальной («предлобной») коры. Префронтальная кора стала непропорционально большой. Увеличение белого вещества, то есть длины аксонов и толщины миелиновой оболочки между префронтальной и височной корой, включая образование гиппокампа, с одной стороны, и префронтальной коры и полосатого тела – с другой привело к более высоким когнитивным и исполнительным/двигательным способностям.

Средняя масса мозга человека составляет около 1400 г, что примерно в 3 раза больше, чем у шимпанзе (400–500 г). При этом разница в размерах тела не так велика. Большой размер мозга, особенно неокортекса, позволяет человеку обрабатывать более сложную информацию и выполнять уникальные когнитивные функции.

У человека лобные доли, особенно префронтальная кора, значительно больше и сложнее по сравнению с другими приматами. Эти области отвечают за высшие когнитивные функции, такие как планирование, принятие решений, контроль импульсов, абстрактное мышление, социальное познание и язык.

Мозг человека обладает выраженной асимметрией полушарий (латерализация), то есть специализацией левого и правого полушарий на различных функциях. Например, у большинства людей левое полушарие доминирует в языковых функциях. У приматов латерализация выражена в меньшей степени.

У человека значительно более развиты области мозга, связанные с речью и языком, такие как зона Брока и зона Вернике. Это позволяет осваивать и использовать сложные языковые системы, что является уникальной способностью.

Мозг человека отличается высокой плотностью и сложностью нейронных связей, особенно в ассоциативных зонах коры. Это лежит в основе способности к обобщению, абстрагированию, символическому мышлению и воображению.

У человека хорошо развита система зеркальных нейронов, которые активируются при наблюдении за действиями других и при собственном выполнении этих действий. Это играет важную роль в обучении, имитации и эмпатии – способности понимать и разделять чувства других, что важно для социального взаимодействия.

Образование новых нейронов (нейрогенез) продолжается в некоторых областях мозга человека, таких как гиппокамп, на протяжении всей жизни. Это может быть связано с высокой пластичностью и способностью к обучению. У приматов нейрогенез у взрослых выражен слабее.

В мозге человека выше плотность и разнообразие глиальных клеток (астроцитов, олигодендроцитов), которые обеспечивают поддержку, питание и управление активностью нейронов. Особенно велика роль астроцитов, участвующих в синаптической пластичности и обработке информации.

Мозг потребляет большое количество энергии. Это связано с высокими энергетическими затратами на поддержание сложных нейронных сетей и когнитивных процессов.

Эти структурные и функциональные особенности мозга позволяют человеку демонстрировать уникальные когнитивные способности, благодаря которым возможны самосознание, целеполагание, становление моральных качеств, предрасположенность к культуре и творчеству – все это выделяет людей среди других приматов. Однако многие аспекты эволюции и работы человеческого мозга еще предстоит изучить более детально.

Таким образом, раньше интеллект в основном связывали с абсолютным или относительным (по отношению к массе тела) размером мозга. Затем на первый план выдвинули относительный размер предполагаемых «мест» интеллекта, таких как префронтальная кора головного мозга у приматов. Вкратце рассмотрим основные структурно-функциональные отделы мозга человека.

Большие полушария мозга (конечный мозг)

Кора больших полушарий – это наружный слой мозга, не просто так обладающий складчатой структурой. Благодаря извилинам и бороздам поверхность коры значительно увеличивается, что позволяет разместить больше нейронов. Это напрямую связано с интеллектуальными способностями человека.

Лобные доли коры головного мозга играют ключевую роль в формировании личности, способности к планированию, самоконтролю и принятию решений. Именно здесь формируются цели и желания. Например, когда человек решает почитать новую книгу или заняться спортом, за этот процесс отвечают лобные доли.

Теменные доли обрабатывают информацию от сенсорных систем, что позволяет ориентироваться в пространстве и понимать математику.

Височные доли связаны со слуховым восприятием и памятью. Они помогают нам узнавать и запоминать звуки, а также играют роль в понимании языка.

Затылочные доли отвечают за обработку зрительной информации. Благодаря им мы можем видеть цвета, формы и движения.

Обонятельная кора – специальный район «города» в мозге, отвечающий за восприятие и анализ запахов. Это место, где «живут» и «работают» нейроны, специализирующиеся на обработке обонятельной информации.

Путешествие запаха в мозг начинается с обонятельных рецепторов в носу, которые улавливают различные ароматы и передают информацию о них в мозг. Первая остановка на пути – обонятельные луковицы, расположенные прямо под лобными долями мозга. Это как диспетчерская, где сигналы от рецепторов сортируются и отправляются дальше.

А дальше – прямиком в обонятельную кору, которая находится на нижней поверхности лобных долей. Это небольшой район мозга, но он играет важную роль в нашей жизни. Здесь сигналы от обонятельных луковиц расшифровываются, и мозг определяет, что именно мы чувствуем – запах цветов, еды, парфюма или чего-то другого.

Но обонятельная кора не просто распознает запахи – она придает им эмоциональную окраску и связывает с памятью. У каждого из нас есть свои «обонятельные воспоминания» – ароматы, которые связаны с приятными (или не очень) событиями в жизни. Запах бабушкиных пирожков, аромат моря во время отпуска, даже специфический больничный запах – все это хранится в обонятельной памяти, за которую отвечают связи между обонятельной корой и другими областями мозга, такими как лимбическая система и гиппокамп.

Интересно, что обонятельная кора – одна из немногих областей мозга, где во взрослом возрасте происходит нейрогенез – образование новых нейронов. Ученые полагают, что это может быть связано с важностью адаптации к новым запахам в окружающей среде.

Еще одна особенность обонятельной системы – ее тесная связь с эмоциями и памятью. В отличие от других сенсорных систем (зрения, слуха), обонятельная информация поступает в лимбическую систему и гиппокамп напрямую, без «цензуры» со стороны таламуса. Обычно такая цензура отсекает от сознания лишнюю информацию, чтобы не переполнять его. Может быть, поэтому запахи так сильно влияют на настроение и ярко запоминаются.

А теперь представьте, что происходит в обонятельной коре, когда вы чувствуете какой-то запах. Миллионы нейронов активируются, как огни на рождественской елке, формируя уникальный «узор» активности. Этот узор и определяет, что именно вы почувствовали – запах розы, кофе или любимых духов. А другие области мозга, связанные с обонятельной корой, добавляют к этому ощущению эмоции и воспоминания, делая восприятие запаха субъективным и многогранным опытом.

Есть данные, указывающие на то, что обонятельная система может быть одной из первых областей мозга, затронутых при болезни Альцгеймера, и что нарушения обоняния могут быть ранним признаком этого заболевания, задолго до когнитивных проявлений болезни. Потеря обоняния нередко предшествует и болезни Паркинсона. Однако, конечно, не все случаи потери обоняния свидетельствуют о возникновении болезни Альцгеймера или Паркинсона, например, они часто случаются после гриппа или ковида.

Соматосенсорная кора – это как VIP-зона в мозге, которая занимается всем, что связано с ощущениями. Представьте, что тело – это большой датчик, который собирает информацию о том, что происходит вокруг: как касается кожи ветерок, какова температура чашки кофе в руке, как себя чувствует рука или живот, или как ноги ощущают землю при ходьбе. Вся эта информация собирается и отправляется прямиком в соматосенсорную кору.

Эта VIP-зона находится в задней части мозга и работает как суперпроцессор, который обрабатывает и анализирует все прикосновения, давление, боль, температуру и даже помогает понимать, в каком положении в пространстве находится тело. Благодаря ей мы можем отличить мягкое пушистое одеяло от гладкого холодного стекла и понять, когда нужно переставить ногу, чтобы не упасть.

Одна из особенностей соматосенсорной коры – это ее способность создать карту тела (кортикальный гомункулус), где каждая его часть имеет свое место. Забавно, что некоторые части тела, которые особенно хорошо чувствуют прикосновения (например, пальцы или губы), занимают на этой карте больше места, чем те, которые менее чувствительны. Это похоже на то, как на обычной карте соотносятся по площади города и деревушки.

Соматосенсорная кора – это центр управления ощущениями, который помогает нам взаимодействовать с миром и делает восприятие богаче и полнее.

Представьте, что тело – это большой оркестр, а двигательная кора – дирижер. Она решает, какие инструменты (то есть мышцы) должны играть, когда и как именно.

Двигательная кора находится в передней части мозга, в лобной доле. Это как командный пункт для движений.

Внутри нее есть несколько отделов, у каждого своя роль.

1. Первичная моторная кора отдает команды мышцам напрямую: «Сократись!», «Расслабься!» и так далее.

2. Премоторная кора планирует сложные движения и следит, чтобы все части тела работали слаженно.

3. Дополнительная моторная область решает, какое действие будет исполнено, и дает сигнал начинать.

В двигательной коре тоже есть «схема» тела, как будто нарисованный человечек. Каждой части тела отвечает свой «кружок» в коре. Но размер этих «кружков» зависит не от размера частей тела, а от того, насколько сложные и тонкие движения они выполняют. Например, для пальцев и языка «кружки» большие, потому что ими совершаются очень точные движения. А для спины или ног – маленькие, ведь их движения более простые.

Ассоциативная кора – как суперкомпьютер. Она получает информацию от всех органов чувств – зрения, слуха, осязания и других, и объединяет ее в единую картину.

Благодаря двигательной коре мы можем ходить, танцевать, рисовать, писать, говорить – в общем, делать все, что захотим. Она координирует свою работу с работой других частей мозга. Например, мозжечок поможет сделать движения точными и плавными, а сенсорные зоны дадут обратную связь о положении тела.

Если мозг – это большой город, то ассоциативная кора – его деловой центр. Здесь происходит вся главная работа, принимаются важные решения и рождаются идеи.

Благодаря ассоциативной коре мы воспринимаем мир целостно, а не как набор разрозненных кусочков.

Кроме того, ассоциативная кора – это хранилище памяти. Она записывает и сохраняет все наши знания и опыт, чтобы мы могли вспомнить их в нужный момент. Она также помогает связывать разные события и факты, находить между ними ассоциации и делать выводы.

Но самое главное – ассоциативная кора делает нас разумными существами. Она отвечает за мышление, способность рассуждать, решать сложные задачи и принимать решения. Она позволяет нам говорить, понимать речь других людей, читать и писать. И наконец, именно в ассоциативной коре рождаются творческие идеи и работает воображение.

Можно сказать, что разные части ассоциативной коры – как разные отделы большой корпорации. Лобная доля – это «топ-менеджмент», который планирует, контролирует и принимает ключевые решения. Теменная доля отвечает за «техническую поддержку» – обработку информации от органов чувств. Височная доля – «отдел кадров», управляющий эмоциями и памятью. А затылочно-височная область – это «дизайн-бюро», которое распознает лица и картинки и позволяет нам читать.

Так что ассоциативная кора – настоящий «мозговой центр», без которого нельзя было бы полноценно мыслить, чувствовать и творить. Это удивительная часть мозга, которая делает нас теми, кто мы есть.

Базальные ганглии

Базальные ганглии расположены глубоко внутри мозга, под корой больших полушарий. Они находятся в области, называемой подкорковыми структурами, и занимают центральное положение в мозге. Эти структуры окружают таламус и лежат близко к лимбической системе.

Базальные ганглии управляют движениями, принятием решений и даже некоторыми аспектами поведения и эмоций. Давайте рассмотрим каждую из основных структур базальных ганглиев и их функции.

Полосатое тело

Полосатое тело – это как входные ворота для информации, поступающей в базальные ганглии. Можно представить его как большой почтовый центр, который получает письма (сигналы) от разных частей мозга, а затем решает, куда их отправить дальше. Эти сигналы могут содержать информацию о том, какие движения мы хотим совершить или какие действия предпринять.

Бледный шар

Бледный шар действует как контролер движения. Он как строгий менеджер, который решает, какие двигательные команды должны быть выполнены, а какие нужно отложить в долгий ящик. Внутренний сегмент бледного шара тесно связан с торможением нежелательных движений, помогая нам двигаться гладко и без лишней суеты.

Черная субстанция

Черная субстанция расположена в среднем мозге и играет ключевую роль в контроле движений и вознаграждения. Она производит нейромедиатор (химический посредник для передачи нервного импульса с одного нейрона на другой) дофамин, который можно считать «топливом» для базальных ганглиев. Дофамин помогает мотивировать нас к действиям через ощущение удовольствия от выполненных задач или достигнутых целей. В контексте движения дофамин помогает «смазывать» двигательные команды, делая движения более плавными и целенаправленными.

Субталамическое ядро

Это ядро действует как важный узел связи, участвуя в регуляции двигательных функций и принятии решений. Если сравнить базальные ганглии с компьютерной сетью, то субталамическое ядро можно представить как мощный сервер, который обрабатывает данные и помогает системе быстро адаптироваться к изменениям, оптимизируя принятие решений и двигательные функции.

Все эти структуры работают вместе, чтобы движения были плавными и точными, они помогают принимать решения и даже могут влиять на настроение и эмоции. Эти структуры также связаны с системой вознаграждения мозга, о ней еще будет сказано. Они помогают нам выполнять что-то автоматически, например, когда мы едем на велосипеде без осознанного контроля над каждым движением. Нарушения в работе базальных ганглиев могут привести к различным заболеваниям, таким как болезнь Паркинсона или болезнь Хантингтона, которые влияют на способность человека двигаться и функционировать в повседневной жизни.

Лимбическая система

Это эмоциональный центр мозга. Некоторые со школы, наверное, помнят, что такое гиппокамп, отвечающий за формирование новых воспоминаний, и миндалина, играющая ключевую роль в возникновении эмоций, таких как страх или радость. Лимбическая система помогает избегать опасностей и стремиться к приятным событиям.

Это «эмоциональный компьютер» мозга, который помогает нам чувствовать, учиться и запоминать. Лимбическая система состоит из нескольких ключевых структур, каждая из которых играет уникальную роль в обработке эмоций, мотивации и памяти. Давайте познакомимся поближе с каждой из этих структур.

Гиппокамп

Он помогает нам учиться новому и запоминать важную информацию, перенося ее из краткосрочной памяти в долгосрочную. Если бы не гиппокамп, мы бы постоянно жили в «настоящем моменте», не помнили прошлого и не были способны учиться на опыте.

Миндалина

Это персональная система безопасности, которая всегда начеку. Она помогает распознавать опасности и реагировать на них, вызывая чувство страха или тревоги. Благодаря миндалине мы можем быстро принимать решения в опасных ситуациях, например, когда нужно убежать от угрозы.

Гипоталамус

Гипоталамус контролирует базовые инстинкты и жизненно важные функции: голод, жажду, реакцию «бей или беги», а также температуру тела и сон. Он играет ключевую роль в регуляции эмоций через гормоны, управляя эндокринной системой.

Гипоталамус – это маленький, но очень важный «босс» в мозге, который регулирует пищевое поведение. Представьте его как командный центр, который получает и отправляет сообщения о том, когда и сколько нам нужно есть. Поскольку это очень важно в контексте этой книги, давайте разберемся, как он это делает.

Голод и насыщение

Гипоталамус постоянно следит за уровнем различных веществ в крови, таких как глюкоза (сахар) и гормоны, связанные с пищеварением (их вырабатывают клетки стенки желудка, кишечника, жировой ткани и желез пищеварения, откуда они поступают в мозг, чтобы сообщить о насыщении).

Когда уровень сахара в крови падает, гипоталамус как бы получает сигнал: «Эй, пора бы что-нибудь перекусить!» В ответ на это гипоталамус активирует чувство голода, заставляя нас искать и потреблять пищу. С другой стороны, когда мы едим и организм получает достаточно питательных веществ, уровень сахара в крови повышается, и гипоталамус получает сигнал о том, что пора остановиться. Он «выключает» чувство голода и «включает» чувство насыщения, благодаря чему мы перестаем есть.

Тут есть некоторый подвох. Высокая глюкоза вызывает не только чувство насыщения, но и всплеск инсулина, после которого она резко падает. Поэтому если поесть сладкое, можно перебить голод, но через несколько десятков минут снова остро захочется есть. В этой связи предпочтительнее «медленные» углеводы, которые постепенно высвобождают глюкозу из кишечника в кровь, не вызывая ее пики.

В настоящее время в гипоталамусе обнаружены особые нейроны, экспрессирующие рецепторы к жирным кислотам, поэтому жирная пища тоже может «напрямую» вызывать чувство насыщения. Некоторые аминокислоты из «полноценных» белков пищи (в основном животного происхождения), такие как лейцин и триптофан, тоже вызывают чувство насыщения в гипоталамусе. Косвенно насыщению могут способствовать и другие аминокислоты, которые не способны проникать в мозг через ГЭБ – это положительно заряженные глутамат, аргинин, лизин. На дальнем востоке перед основной пищей принято съедать лёгкий белковый супчик, он ускоряет возникновение насыщения и люди не переедают, оставаясь стройными.

Регулирование энергии

Гипоталамус также играет роль в долгосрочном регулировании веса тела и энергетического баланса. Он отслеживает количество жировых запасов в организме и регулирует скорость обмена веществ – процесса, при котором тело превращает пищу в энергию. Если жировые запасы уменьшаются, гипоталамус может стимулировать аппетит и снижать энергозатраты, чтобы сохранить энергию. Если же запасы увеличиваются, он может поступать наоборот. Кстати говоря, эту тонкую настройку легко сбить, поднабрав жировую ткань. Когда жира в теле становится слишком много, гормональный сигнал о его избытке, поступающий в гипоталамус через гормон лептин, перестает восприниматься. Наступает лептиновая резистентность (как в сказке о мальчике, который постоянно кричал «волки, волки!»), и нам постоянно хочется есть.

Вкусовые предпочтения

Гипоталамус также влияет на вкусовые предпочтения. Он способен вызвать желание определенных видов пищи, особенно если организму не хватает каких-то конкретных питательных веществ. Например, если недостаточно углеводов, гипоталамус может «подсказать», что пора бы съесть что-нибудь сладкое, чем он часто и злоупотребляет.

Стресс и пищевое поведение

Гипоталамус также связан с реакцией тела на стресс, в условиях которого он может изменять пищевое поведение, вызывая либо потерю аппетита, либо, напротив, приступы переедания. Это одна из причин, почему некоторые люди «заедают» стресс.

В общем и целом, гипоталамус похож на набор высокотехнологичных датчиков и регулятор, который помогает поддерживать тело в балансе, контролируя, когда, сколько и что мы едим. Он играет жизненно важную роль в организме, следя за тем, чтобы человек получал необходимое питание для поддержания здоровья и энергии.

Репродуктивное поведение

Гипоталамус, как Купидон, «стреляет» гормонами и нейромедиаторами, которые заставляют сердце биться чаще, а тело – желать близости.

Он стимулирует выработку тестостерона у мужчин и эстрогенов у женщин. Эти половые гормоны отвечают за развитие вторичных половых признаков, либидо и сексуальную функцию. Без «стрел амура» из гипоталамуса мы бы не чувствовали влечения и не искали бы партнера.

Он запускает производство окситоцина – «гормона любви и привязанности», который вызывает чувство нежности, доверия и удовлетворения после близости. Он помогает установить глубокую эмоциональную связь с партнером и наслаждаться моментом.

Гипоталамус активирует систему вознаграждения в мозге, которая работает на дофамине – «гормоне удовольствия». Именно поэтому влюбленность и страсть приносят столько радости и эйфории – гипоталамус подсаживает нас на любовь, как на наркотик.

Он регулирует сексуальное поведение и реакции в зависимости от ситуации. Например, при виде привлекательного партнера гипоталамус «включает» режим ухаживания – мы начинаем флиртовать, шутить, демонстрировать свои достоинства. А в момент близости он «переключает» нас на режим наслаждения – мы расслабляемся, отдаемся ощущениям и забываем обо всем на свете.

Наконец, гипоталамус участвует в регуляции репродуктивного цикла. У женщин он контролирует овуляцию и менструации, а у мужчин – производство спермы и эрекцию. Так гипоталамус заботится о том, чтобы мы могли не только любить, но и продолжать род.

Таким образом, гипоталамус регулирует поведение и эмоции – чувство голода и жажды, сон и бодрствование, стресс и удовольствие. Он как будто знает, что нам нужно для счастья и здоровья, и старается это обеспечить.

Лимбическая кора

Лимбическая кора включает в себя несколько областей мозга, таких как поясная извилина и островковая кора, которые участвуют в регуляции эмоций и социального поведения. Эта область мозга помогает понимать собственные чувства и эмоции и проявлять эмпатию по отношению к другим людям, а также адаптироваться к социальным ситуациям.

Представьте ее как центр управления, который помогает решать, что нам нравится, чего мы хотим, и как относимся к происходящему вокруг. Разберемся, как лимбическая кора влияет на поведение.

Она, словно мастерская эмоций, помогает испытывать радость от вкусного мороженого, грусть от прощания и волнение перед важным событием. Эти эмоции влияют на поведение: когда мы рады, можем улыбаться и смеяться; когда грустим – можем плакать или замыкаться в себе. Таким образом, лимбическая кора помогает определить, как реагировать на разные ситуации.

Лимбическая кора – это внутренний режиссер, который управляет эмоциями, мотивацией и воспоминаниями

Лимбическая кора иногда как бы говорит нам: «Это тебе понравится, давай попробуем!» или «Это может быть опасно, давай избегать этого». Она связана с системой вознаграждения в мозге, которая заставляет нас стремиться к приятным ощущениям и избегать неприятных. Благодаря этому мы чувствуем желание есть, когда голодны, искать компанию других людей для общения и достигать целей, которые кажутся нам важными.

Помимо этого, лимбическая кора играет ключевую роль в формировании воспоминаний. Она помогает сохранять важные события в памяти, особенно те, которые вызвали сильные эмоции. Это значит, что благодаря лимбической коре мы можем учиться на своем опыте, запоминая, что хорошо, а что плохо, и соответственно корректировать поведение в будущем.

Лимбическая кора также помогает понимать и интерпретировать социальные сигналы от других людей, например, выражения лица или интонацию голоса. Это позволяет адаптироваться к социальным ситуациям, выстраивать отношения и успешно общаться с другими людьми.

Наконец, лимбическая кора участвует в процессе принятия решений. Она помогает сопоставлять текущие действия с потенциальными последствиями, основываясь на прошлом опыте и эмоциональной оценке ситуации. Это значит, что, когда мы выбираем между двумя вариантами, лимбическая кора помогает нам просчитать, какой из них принесет больше удовольствия или меньше проблем.

В общем и целом, лимбическая кора – это эмоциональный процессор мозга, который играет определяющую роль в том, как мы чувствуем, действуем и взаимодействуем с миром вокруг нас.

Все структуры лимбической системы тесно связаны друг с другом и работают совместно, создавая сложную систему, которая управляет эмоциями, мотивацией и памятью. Благодаря лимбической системе мы можем испытывать радость, грусть, волнение и многое другое. Эта система делает нас способными чувствовать и сочувствовать.

Промежуточный мозг

Если головной мозг – большая корпорация, где каждый отдел выполняет свои важные функции, то промежуточный мозг в ней – особый департамент. Он расположен в самом центре «офиса», между средним мозгом (снизу) и большими полушариями (сверху), и выполняет роль главного координационного центра. Промежуточный мозг состоит из нескольких ключевых отделов.

1. Таламус – центральная диспетчерская мозга. Сюда стекается информация от всех органов чувств (кроме обоняния – им заведуют обонятельные луковицы), а также от других отделов мозга. Таламус сортирует и фильтрует ее, усиливает нужные сигналы и приглушает ненужные. А затем передает обработанные данные в кору больших полушарий, где происходит их осознание и анализ. Таламус – как секретарь, который принимает все входящие звонки и письма и решает, какие из них достойны внимания босса (коры).

2. Гипоталамус – главный инженер организма, о нем уже было подробно рассказано в разделе про лимбическую систему. Он получает информацию о состоянии внутренней среды организма (уровне глюкозы, температуре, давлении) и посылает команды другим органам и системам, чтобы поддерживать гомеостаз (постоянство внутренней среды).

3. Эпиталамус – HR-отдел мозга. Его главная «сотрудница» – эпифиз (шишковидная железа) – отвечает в организме за режим дня и ночи. Эпифиз производит гормон мелатонин, который регулирует циркадные ритмы (циклы сна и бодрствования). Днем, когда светло, выработка мелатонина подавляется, и мы бодрствуем. А вечером, когда темнеет, эпифиз начинает активно синтезировать мелатонин, и возникает сонливость. Так эпиталамус следит за тем, чтобы мы работали днем и отдыхали ночью, как положено по «трудовому договору» с природой.

4. Субталамус – отдел логистики мозга. Он участвует в регуляции движений и координирует работу двигательных центров в коре и базальных ганглиях. Субталамус помогает плавно и точно выполнять произвольные движения, а также подавляет ненужные или неуместные двигательные импульсы. Это как менеджер, который следит за тем, чтобы все «грузы» (двигательные команды) доставлялись вовремя и по назначению, без лишней суеты и ошибок.

Промежуточный мозг – это еще один «мозговой центр» организма. Он собирает информацию от всех отделов, анализирует ее, принимает решения и рассылает команды. Без него наша «корпорация» просто не смогла бы функционировать – мы бы не чувствовали, не двигались, не спали и не просыпались вовремя.

Так что давайте заботиться о своем промежуточном мозге – высыпаться, избегать стрессов, правильно питаться и вести здоровый образ жизни. Ведь от благополучия этого «центрального офиса» зависит работа всех остальных «департаментов» организма и нашей жизни. А когда начальство довольно – и подчиненные счастливы!

Средний мозг

Средний мозг – это небольшая, но очень важная часть мозга, расположенная между стволом мозга и большими полушариями. Средний мозг можно представить как центральную станцию метро, через которую проходят множество маршрутов. Здесь находятся ядра и пути, которые передают сигналы от спинного мозга и ствола мозга к высшим отделам, и наоборот. Это позволяет быстро реагировать на изменения в окружающей среде и координировать работу всего тела.

Одна из главных функций среднего мозга – контроль движений глаз и головы. Здесь находятся структуры, которые управляют быстрыми движениями глаз, их следящими движениями и вестибулоокулярными рефлексами (которые стабилизируют изображение при движениях головы). Благодаря этим механизмам мы можем быстро фокусироваться на интересных объектах, следить за ними и сохранять четкое зрение при ходьбе или беге.

Другая важная часть среднего мозга – черная субстанция. Это «фабрика дофамина» в мозге. Нейроны черной субстанции производят дофамин – нейромедиатор, который участвует в регуляции движений, эмоций, мотивации и обучения. При повреждении или гибели этих нейронов развивается болезнь Паркинсона, которая характеризуется тремором, скованностью мышц и трудностями с движениями.

Рядом с черной субстанцией находится другая интересная структура – красное ядро. Оно участвует в координации движений и регуляции мышечного тонуса. Красное ядро получает информацию от мозжечка и коры больших полушарий и передает ее на нижележащие отделы спинного мозга.

Так оно помогает нам плавно и точно выполнять сложные движения, такие как письмо, рисование или игра на музыкальных инструментах.

Средний мозг также содержит ядра, которые регулируют циклы сна и бодрствования. Здесь находятся группы нейронов, которые производят нейромедиаторы серотонин и норадреналин. Эти вещества помогают организму поддерживать оптимальный уровень возбуждения и внимания днем.

Нарушения в работе этих ядер могут приводить к проблемам со сном, таким как бессонница или сонливость.

Наконец, средний мозг участвует в обработке слуховой и зрительной информации. Здесь находятся нижние бугорки четверохолмия, которые являются частью слуховой системы, и верхние бугорки четверохолмия, которые входят в состав зрительной системы. Эти структуры помогают нам локализовать источники звука и интегрировать зрительную информацию с другими сенсорными сигналами.

Так что средний мозг – настоящий «многостаночник» нервной системы. Он обеспечивает связь между разными отделами мозга, контролирует движения глаз и головы, регулирует циклы сна и бодрствования, участвует в обработке сенсорной информации и производит важнейшие нейромедиаторы.

Мозжечок

Мозжечок – главный инженер или мастер, который следит за работой сложного механизма и постоянно его настраивает.

Мозжечок расположен в задней части мозга, прямо под затылочными долями. Он похож на два маленьких полушария, соединенных посередине. Несмотря на небольшой размер (всего около 10 % от общего объема мозга), мозжечок содержит больше нейронов, чем вся остальная часть мозга вместе взятая! Он обрабатывает огромное количество информации и постоянно посылает сигналы для тонкой настройки движений тела.

Основная функция мозжечка – координация движений. Он получает информацию от вестибулярного аппарата (органа равновесия), проприорецепторов (датчиков положения тела) и других сенсорных систем, а затем сравнивает эту информацию с «идеальным планом» движения, который формируется в коре больших полушарий. Если есть какие-то несоответствия, мозжечок быстро посылает корректирующие сигналы к мышцам, чтобы движения были плавными, точными и скоординированными.

Благодаря работе мозжечка мы можем ходить, не спотыкаясь, брать предметы, не промахиваясь, и сохранять равновесие даже на неустойчивой поверхности. Он позволяет нам выполнять сложные последовательности движений, например, такие как танцы или печатание на клавиатуре. Мозжечок также участвует в координации движений глаз, что важно для чтения, письма и других зрительно-моторных задач.

Но функции мозжечка не ограничиваются только моторным контролем. Исследования показывают, что он также участвует в когнитивных процессах, которые определяют наше внимание, способность к использованию языка, эмоциональную регуляцию и социальное взаимодействие. Некоторые ученые даже называют мозжечок «когнитивным протезом», потому что он может компенсировать нарушения функций других отделов мозга за счет своей пластичности и универсальности.

Интересно, что мозжечок – одна из самых «древних» частей мозга с точки зрения эволюции.

Он есть даже у рыб и рептилий, хотя и в более простой форме. У человека мозжечок достиг наивысшего развития и составляет около 10 % от общей массы мозга, в то время как у мышей – только около 2 %. Возможно, именно он отвечает за нашу уникальную способность к сложным движениям, использованию языка и социальному взаимодействию.

Ствол мозга

Ствол мозга отвечает за поддержание жизненно важных функций: дыхания, сердцебиения и пищеварения. Он также служит связующим звеном между головным мозгом и спинным мозгом, передавая информацию от тела к мозгу и обратно.

Голубое пятно является критически важной структурой в головном мозге, расположенной в задней части моста, одного из отделов ствола мозга. Это небольшая область, которая играет значительную роль в регуляции различных физиологических и психологических процессов в организме.

Оно называется так, потому что на мозговых срезах выглядит как голубоватое пятнышко. Эта часть мозга играет большую роль в том, как мы себя чувствуем и реагируем на разные ситуации.

Вот что делает голубое пятно.

1. Помогает нам быть бодрыми и внимательными. Оно участвует в регулировке сна и помогает нам оставаться бодрствующими, когда это нужно.

2. Реагирует на стресс. Когда мы встречаемся с чем-то тревожным или опасным, голубое пятно помогает телу подготовиться и быстро реагировать.

3. Управляет эмоциями. Эта часть мозга играет роль в том, как мы переживаем разные эмоции, благодаря ей мы можем чувствовать радость, страх или тревогу.

4. Помогает справляться с болью. Голубое пятно также влияет на то, как мы ощущаем боль, помогая уменьшить ее или сделать более терпимой.

5. Поддерживает внимание и память. Благодаря работе этой части мозга мы можем лучше концентрироваться и запоминать информацию.

Так что, хотя голубое пятно и не так велико по размеру, оно играет огромную роль в нашей жизни, помогая нам чувствовать, реагировать на окружающий мир и даже учиться новому.

Все отделы головного мозга не работают изолированно. Они тесно связаны друг с другом и с другими частями тела через сложную систему нервных путей. Эта взаимосвязь позволяет нам адаптироваться к изменениям в окружающей среде, учиться на опыте и формировать сложные модели поведения. Например, когда мы видим что-то опасное, затылочные доли обрабатывают зрительную информацию и передают ее в лимбическую систему, вызывая эмоциональную реакцию (страх). Одновременно лобные доли анализируют ситуацию и планируют нашу реакцию – бежать или остаться. Все это происходит за доли секунды благодаря слаженной работе различных отделов мозга.

Спинной мозг

Представьте себе спинной мозг как главную магистраль информации в теле, которая соединяет мозг с остальными частями тела. Это немного похоже на сверхбыстрый интернет-кабель, который передает важные сообщения туда и обратно. Спинной мозг лежит в защищенном пространстве позвоночника, который действует как его броня, оберегая от повреждений.

Устроен спинной мозг довольно умно. Внутри этого «кабеля» есть два типа веществ: серое и белое. Серое вещество – это «обработчик данных», в нем находятся нервные клетки, отвечающие за обработку информации. Белое вещество, напротив, действует как «линии связи», по которым информация передается между разными частями тела и мозгом.

А теперь о функциях. Спинной мозг выполняет две основные задачи.

Проведение импульсов

Он передает нервные сигналы между мозгом и остальным телом. Это позволяет нам делать вещи автоматически, без особого размышления. Например, если коснуться чего-то горячего, спинной мозг мгновенно отправляет сигнал мозгу, который заставляет нас отдернуть руку, даже прежде, чем мы осознаем, что сделали это.

Рефлексы

Спинной мозг также отвечает за рефлексы, которые происходят без прямого участия мозга. Это как автоматическая защитная реакция. Возвращаясь к примеру с горячим предметом: спинной мозг не только сообщает головному мозгу о том, что мы прикоснулись к чему-то горячему, но и запускает рефлексивное движение, чтобы мы быстро отдернули руку.

В общем, спинной мозг – это критически важная часть нервной системы, играющая ключевую роль в передаче информации и обеспечении быстрой реакции на различные ситуации. Без него мы бы не смогли двигаться, чувствовать и даже выжить.

Расскажу для примера лишь об одном особом отделе спинного мозга, который играет важную управляющую роль. Звездчатый ганглий – это нервный «командный центр», расположенный там, где шея встречается с верхней частью груди. Представьте его как мини-компьютер, который управляет разными автоматическими функциями в теле, такими как кровообращение, потоотделение и даже размер зрачков. Этот «командный центр» помогает регулировать течение крови по сосудам, заставляет организм потеть в жару и контролирует, как быстро бьется сердце. Если зрачки – это окна, позволяющие «заглянуть в душу», то звездчатый ганглий – это тот, кто регулирует шторы, контролируя их раскрытие и закрытие. Иногда, чтобы помочь кому-то справиться с болью или улучшить кровоток в руках, врачи могут «выключить» этот командный центр на время, используя специальную процедуру. Это немного похоже на перезагрузку компьютера, чтобы он работал лучше. Но если что-то идет не так со звездчатым ганглием, это может вызвать проблемы, например, сделать одну из рук холоднее другой или изменить механизмы потоотделения. В общем, хотя это и маленькая часть нашего тела, она играет довольно важную роль в том, как мы чувствуем себя каждый день!

Цереброваскулярная система

Мозг – это не только нервная ткань, но и питающая ее сосудистая система. Представьте, что мозг – огромный мегаполис, в котором живут миллиарды жителей-нейронов. А цереброваскулярная система – сложная сеть дорог и магистралей, которая снабжает этот мегаполис всем необходимым – кислородом, глюкозой, питательными веществами. Без этой системы жизнь в городе быстро бы замерла, ведь мозг – один из самых требовательных «потребителей» в организме.

Главные «магистрали» цереброваскулярной системы – две сонные артерии (правая и левая), которые проходят по бокам шеи, и две позвоночные артерии, которые идут вдоль позвоночника. Эти четыре артерии несут кровь, насыщенную кислородом, от сердца к основанию мозга.

В основании мозга артерии образуют Виллизиев круг – замкнутую систему анастомозов (соединений), которая позволяет перераспределять кровоток при закупорке или сужении одной из артерий. Это как система объездных путей и развязок в городе, которая помогает избежать пробок и обеспечить бесперебойное снабжение.

От Виллизиева круга отходят три пары основных артерий мозга – передние, средние и задние мозговые артерии. Они делятся на более мелкие сосуды и проникают вглубь мозговой ткани, образуя густую сеть капилляров. Это как сеть маленьких улочек и переулков, которые доставляют «грузы» прямо к домам-нейронам и забирают «мусор» – углекислый газ и другие продукты обмена.

Интересно, что кровоснабжение мозга не одинаково в разных его отделах. Некоторые области, такие как кора больших полушарий, потребляют больше энергии и получают больше крови, чем другие, менее активные зоны. Это как центральные районы города, где кипит жизнь и куда стекаются основные потоки людей и ресурсов.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.