Укрощение амигдалы и другие инструменты тренировки мозга Арден Джон

Тим обратился ко мне за помощью, чтобы справиться с бессонницей. «Говорят, вы помогаете людям навести порядок в голове. У меня полный кавардак», – начал он. И на работе, и дома он находился в состоянии постоянного стресса. В его компании прошла волна сокращений, и теперь ему приходилось выполнять двойной объем работы. Однако он не осмеливался возражать или жаловаться, чтобы не попасть в число кандидатов на увольнение.

Кроме того, ему урезали зарплату на 10 %. Его жена была чрезвычайно этим недовольна, так как ей пришлось вернуться на работу, чтобы они могли оплачивать обучение двух дочерей. Атмосфера дома особенно накалялась по вечерам, когда Тим старался немного расслабиться, чтобы спокойно заснуть.

Во время нашей первой встречи Тим выглядел очень напряженным, и было очевидно, что его мучает бессонница. Я спросил, как он справляется со стрессовой ситуацией на работе. «Никак не получается сконцентрироваться и проснуться, – признался он. – Не помогают даже пять чашек кофе до обеда». Он рассказал, что все вечера проводит за компьютером в поисках вакансий на случай, если его все-таки уволят.

Тиму было сорок с небольшим, но выглядел он на все пятьдесят. Это впечатление усиливал его внушительный живот. Когда я выразил опасения по поводу его здоровья, он лишь саркастически рассмеялся: «Это последнее, что меня беспокоит. Сейчас мне нужно выбраться из болота, которое меня засасывает. Здоровье подождет». Когда я заметил, что здоровье, если обращать на него внимание, поможет ему «выбраться из болота», он точно еле сдержался, чтобы не выскочить из кресла и не сбежать прочь.

Некоторое время Тим обдумывал, какие у него есть варианты, а затем безнадежно пожал плечами, словно говоря, что он постарается сделать над собой усилие. Мы начали анализировать, как улучшить его сон. Он сразу же попросил меня выписать ему снотворное. Я объяснил, что от таблеток бывают разные побочные эффекты, включая проблемы с концентрацией внимания на следующий день. «И что же мне делать? – воскликнул Тим. – Я никак не могу заснуть. Не помогают даже два стакана вина».

Тогда я спросил его, бывает ли так, что он просыпается среди ночи и никак не может снова уснуть. «Так и есть. Откуда вы знаете?» – удивился Тим.

«Это основной симптом того, что накануне вечером вы выпивали», – объяснил я.

«Ну и что же мне делать?» – устало спросил он.

«Прежде всего прекратите делать то, что только усиливает вашу бессонницу». Я сказал, что нужно отказаться от кофе в первой половине дня и от алкоголя по вечерам. Кроме того, необходимо меньше сидеть за компьютером перед сном.

«Вернитесь с небес на землю», – воскликнул Тим, качая головой.

Я объяснил, что мозг получает световые сигналы от компьютера через сетчатку глаза и что эти сигналы заставляют мозг функционировать так, словно за окном день, а не ночь, поскольку свет подавляет выработку гормона сна – мелатонина. Тим заинтересовался и казался уже не таким недоверчивым.

Затем я посоветовал ему постараться немного снизить температуру тела ночью. Один из эффективных способов это сделать, а также избавиться от излишков накопившегося в организме кортизола, – физические упражнения за три-шесть часов до сна.

«Но к вечеру я и так буквально валюсь с ног!» – запротестовал Тим.

Я объяснил, что упражнения помогут ему создать запас энергии на следующий день и снизят уровень тревожности. Он будет чувствовать себя гораздо более энергичным и сконцентрированным, а его стрессоустойчивость значительно повысится.

«А как насчет перенастройки мозга?» – спросил Тим так, словно мы планировали просто наложить повязку на проблемные места.

«Физические упражнения и сон помогут вам не только наладить здоровый образ жизни, но также создадут условия для процессов нейропластичности головного мозга и нейрогенеза», – резюмировал я.

Динамичный ритм жизни современного общества способствует формированию привычек, затрудняющих процессы нейропластичности и нейрогенеза, как это произошло с Тимом. У нас физическая нагрузка меньше, чем была у предков, но при этом мы потребляем больше калорий. Кроме того, у нас повысилось потребление трансжирных кислот и насыщенных жиров. Иными словами, современные люди набирают излишний вес, усиливая таким образом проблемы со сном. Эти беспокоящие тенденции вместе с необходимостью долго добираться до работы и с работы, постоянными телефонными звонками, электронными письмами, многозадачностью с отправлением текстовых сообщений и характером современных СМИ, стремящихся преподносить одни сенсации, только повышают уровень кортизола в организме, что негативно сказывается на мозге. Бессонница и плохая физическая форма вносят свою лепту.

Физические упражнения и головной мозг

Все хотят быть в хорошей физической форме. Вот только регулярные занятия спортом у многих слишком часто переходят в категорию тех дел, которые выполняют, только когда это удобно. В этой главе я объясню, почему физические нагрузки обязательно должны быть включены в распорядок дня. Нет другого настолько же эффективного способа запустить процессы нейропластичности и нейрогенеза.

Физические упражнения прямо и немедленно воздействуют на физические и эмоциональные симптомы стресса. Упражнения снимают остаточное напряжение в нервно-мышечном веретене, в результате чего прерывается петля реакции на стресс со стороны головного мозга. Прерывая петлю реакции на стресс, вы даете мозгу понять, что организм больше не испытывает стресс и можно расслабиться.

Раньше считалось, что физические нагрузки способствуют укреплению здоровья из-за благоприятного воздействия на систему кровообращения и сердце. Недавние исследования не только подтвердили это утверждение, но и доказали, что упражнения способствуют более активному снабжению мозга кислородом и укреплению мелких кровеносных сосудов – капилляров.

Физические упражнения снижают кровяное давление за счет повышения работоспособности сердечно-сосудистой системы. При увеличении частоты сердцебиения начинается синтез предсердного натрийуретического гормона (ПНГ) в предсердиях. Этот гормон сдерживает реакцию организма на стресс, затормаживая функцию оси ГГН и ее реакции «бей или беги».

Это происходит за счет того, что ПНГ преодолевает гематоэнцефалический барьер и присоединяется к рецепторам гипоталамуса, ослабляющим активность оси ГГН. Тем временем другие области мозга, включая миндалевидное тело, синтезируют ПНГ. Этот гормон подавляет кортикотропин-рилизинг фактор, о котором шла речь в главе 2 и который является частью цепочки нейрохимических процессов, стимулирующих реакцию «бей или беги» и возникновение паники. Таким образом, ПНГ блокирует один из наиболее весомых факторов развития панического состояния. Он также останавливает выброс адреналина и снижает уровень сердцебиения, подавляя еще одну причину панической атаки. Вся эта деятельность ПНГ помогает сохранять спокойствие.

Аэробные упражнения снижают тревожность. Психологические изменения, происходящие при занятиях спортом, превышают негативный эффект психологических факторов, способствующих повышению тревожности. Например, в ходе одного из исследований участникам был введен тетрапептид холецистокинина (CCK-4) фрагмент гормона холецистокинина, характерный своей способностью вызывать тревогу даже у здоровых и психологически устойчивых взрослых людей. Было отмечено, что если участники эксперимента до введения вещества в течение 30 минут занимались физическими упражнениями, то уровень тревоги у них был ниже, чем когда они просто отдыхали перед введением вещества.

Физические упражнения способствуют снижению стресса благодаря тому, что они:

• отвлекают внимание;

• снижают мышечное напряжение;

• поддерживают ресурсы мозга (нейропластичность и нейрогенез);

• повышают синтез ГАМК и серотонина;

• улучшают стрессоустойчивость и самоконтроль;

• мобилизуют чувства для совершения действий.

Результаты одного из исследований показали, что программа аэробных упражнений из 12 занятий способствует снижению некоторых симптомов посттравматического стрессового расстройства (ПТСР). Это значительное достижение, так как симптомы ПТСР долгосрочны и нерегулярны. Физические упражнения должны входить в комплексную стратегию профилактики и лечения общей тревожности и ПТСР. Физические упражнения повышают уровень специфических нейромедиаторов, имеющих антидепрессивный эффект. Вот одна из схем того, как это происходит: благодаря физическим упражнениям повышается синтез нейромедиаторов ГАМК и серотонина. Самые простые движения тела вызывают выброс ГАМК, основного ингибиторного нейромедиатора. Антидепрессанты в форме лекарственных препаратов, такие как «Валиум» или «Ативан», воздействуют на рецепторы ГАМК, чтобы успокоить человека, но они обладают серьезными побочными эффектами, включая развитие депрессии. Кроме того, они вызывают зависимость. Как только человек перестает принимать эти препараты, симптомы тревожности возвращаются и усиливаются.

Физические упражнения повышают уровень серотонина, тогда как его низкий уровень связывают с депрессией и беспокойством. Уровень серотонина повышается, когда организм расщепляет жирные кислоты, служащие «топливом» для мышц. Эти жирные кислоты конкурируют с аминокислотой триптофаном (участвующей в синтезе серотонина) за место на транспортных белках, что повышает концентрацию жирных кислот в токе крови. После преодоления гематоэнцефалического барьера триптофан начинает участвовать в синтезе серотонина. Синтез серотонина также повышается под действием белка BDNF, на количество которого влияют в том числе физические упражнения.

В своей книге Spark: The Revolutionary New Science of Exercise and the Brain («Искра: Революционно новая наука о физических упражнениях и мозге») Джон Рэти отмечает, что регулярная аэробная нагрузка успокаивающе действует на организм и повышает стрессоустойчивость. Аэробные упражнения повышают порог физических реакций. Они способствуют укреплению инфраструктуры нейронов головного мозга за счет активации генов, отвечающих за синтез особых белков, защищающих клетки от повреждений и болезней.

Физические упражнения повышают порог стрессоустойчивости нейронов. Некоторые люди жалуются, что устают, выполняя упражнения. На это я всегда отвечаю, что это очень хорошо. Фактически к этому стоит стремиться, занимаясь спортом, потому что вы точно знаете, что получаете взамен. Вы выходите из зоны комфорта и становитесь сильнее. Рэти отмечает, что физические упражнения стимулируют процесс «стресс-восстановление», который способствует укреплению тела и мозга. На клеточном уровне этот процесс происходит по трем направлениям:

• реакция окисления;

• реакция обмена веществ;

• реакция раздражения (возбуждения).

Оксидативный стресс происходит в клетках во время преобразования глюкозы в энергию, что позволяет клеткам «сжигать топливо». При поглощении глюкозы клетками выделяются побочные вещества. Митохондрии, которые называют «энергетическими станциями» клетки, обеспечивают синтез из глюкозы аденозинтрифосфата (АТФ) универсального источника энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. В результате этого происходит образование свободных радикалов, о чем рассказывалось в главе 5. Как правило, клетки производят защитные энзимы в качестве внутренних антиоксидантов, которые ликвидируют побочные продукты. Когда клетки не в состоянии синтезировать достаточное количество АТФ, происходит метаболический стресс: у клеток словно заканчивается «топливо». Это происходит или из-за недостатка глюкозы, или из-за того, что глюкоза не может попасть в клетку. Наконец, когда в клетках синтезируется недостаточно АТФ, чтобы поддержать возросшую потребность в энергии из-за избыточной активности глутаминовой кислоты, наступает эксайтотоксический стресс.

К счастью, физические упражнения обеспечивают механизмы восстановления, способные справиться с разными типами стрессов. Эти механизмы восстановления укрепляют весь организм, включая мозг. Процесс «стресс-восстановление» выходит за рамки простого укрепления и способствует фактической перестройке на разных уровнях.

Названия молекул, наиболее активно участвующих в восстановительных процессах, звучат как наборы букв, но эти молекулы выполняют чрезвычайно важные функции. Например, физические упражнения стимулируют выработку следующих белков:

• инсулиноподобный фактор роста-1 (ИФР-1, или IGF-1);

• фактор роста эндотелия сосудов (VEGF);

• фактор роста фибробластов (FGF-2).

ИФР-1 – белок, синтез которого осуществляется в мышцах, когда клетки нуждаются в энергии во время физической активности. Он повышает образование рецепторов для приема инсулина. Так как глюкоза – основной источник энергии для мозга, ИФР-1 участвует в процессе доставки глюкозы в клетки мозга и управляет уровнем глюкозы. ИФР-1 взаимодействует с белком BDNF, количество которого в мозге повышается во время физических упражнений, и вместе они активируют нейроны для синтеза серотонина и глутаминовой кислоты. Несмотря на то что при хроническом стрессе повышается уровень кортизола и снижается уровень ИФР-1, физические упражнения меняют эту ситуацию на обратную.

Снабжение клеток «топливом» для выработки энергии – процесс чрезвычайно важный. Физические упражнения – один из способов укрепления сосудистой системы и роста новых сосудов. Сигнальный белок VEGF вырабатывается клетками для стимулирования роста новых сосудов в существующей сосудистой системе в организме и мозге. VEGF повышает проницаемость гематоэнцефалического барьера, что позволяет веществам, необходимым для процесса нейрогенеза, попадать в клетки мозга во время физических упражнений.

Наконец, факторы роста фибробластов играют ключевую роль в процессе нейрогенеза. Они стимулируют регенерацию и рост тканей в организме, а находясь в мозге, участвуют в процессе долгосрочной потенциации (Ratey, 2008).

В совокупности эти восстанавливающие факторы предотвращают разрушительное воздействие хронического стресса, контролируют уровень гормона стресса кортизола, а также повышают выработку регулирующих нейромедиаторов (серотонина, дофамина и норадреналина), благодаря чему человек сохраняет спокойствие и позитивный настрой и чувствует себя полным энергии. Кроме того, доказано, что физические упражнения стимулируют некоторые генетические процессы, укрепляющие здоровье, долговечность и иммунологические функции мозга. Вызванная физическими упражнениями транскрипция – генетический процесс биосинтеза молекул РНК на соответствующих участках ДНК – помогает обеспечивать свойство нейропластичности головного мозга, включая стимулирование выработки белка BDNF, который способствует улучшению памяти, а также процессу нейрогенеза в гиппокампе.

Когда во время физических упражнений увеличивается циркуляция крови, запасы белка BDNF, скопившиеся возле синапсов, освобождаются. Во время физических упражнений ИФР-1, VEGF и FGF-2 проникают через гематоэнцефалический барьер, через сеть капилляров, а также через слой защитных клеток, предотвращающих, например, проникновение в клетки бактерий. Эти три белка взаимодействуют с BDNF для стимулирования на молекулярном уровне процессов, отвечающих за обучение и запоминание.

Стволовые клетки способны дифференцироваться в нейроны и клетки глии в ходе процесса, который активизируется благодаря физическим упражнениям. Тем не менее одни лишь физические нагрузки не обеспечат поддержку новых нейронов. Как показывают результаты исследований, для этого необходима также интеллектуальная среда. Иными словами, для сохранения функциональности новых нейронов требуется сочетать умственную деятельность с физическими нагрузками. Вероятно, поэтому некоторые профессиональные спортсмены отличаются интеллектом, а некоторые им не блещут.

Доказано, что физические упражнения, особенно при выполнении их в новой, стимулирующей обстановке, способствуют процессу нейрогенеза. Обучение чему-то новому – важное условие, так как развитие новых нейронов происходит в области гиппокампа, отвечающего за функции обучения (памяти). Таким образом, физические упражнения и обучение чему-то новому в совокупности стимулируют нейрогенез. Благодаря физическим упражнениям новые нейроны образуются, а благодаря обучению они выживают. Поэтому наиболее эффективными можно назвать физические упражнения, при которых происходит повышение активности сердечно-сосудистой системы и обучение какому-то новому навыку.

Самых лучших результатов добивается человек, который добровольно и осознанно решает регулярно заниматься спортом. В этом случае он не испытывает стресса, а в его мозге продуцируются тэта-волны, появляющиеся, когда мозг сосредоточен на одном источнике информации. Тэта-ритм не продуцируется, когда человек ест, пьет или автоматически выполняет какие-то действия. Занятия спортом – это не то, что человек выполняет механически, в силу привычки; это осознанное решение. Так как за процесс принятия решений отвечает лобная доля, активация этой области головного мозга – основная часть процесса нейрогенеза. Иными словами, невозможно научиться чему-то новому, если не приложить к этому усилий и не сосредоточить на этом внимание.

Подведем итоги сказанному: существуют убедительные доказательства, что физические упражнения стимулируют процесс обучения. Однако этот эффект проявляется после занятия физическими упражнениями, потому что во время интенсивных упражнений кровь отливает от префронтальной коры, чтобы помочь организму справиться с физической нагрузкой. Так как префронтальная кора – центр исполнительных функций мозга, без ее участия процесс обучения невозможен. После завершения физических упражнений кровь вновь приливает к префронтальной коре, а человек получает повышенную способность к концентрации. Так что, как советовал Джон Рэти, не стоит готовиться к поступлению на юридический факультет, не отрываясь от эллиптического тренажера в спортзале. Для максимального результата начните штудировать учебную литературу после того, как позанимаетесь спортом.

Можно ли включить физические упражнения в школьную программу, чтобы помочь ученикам повысить свои когнитивные навыки? Один из подобных примеров – эксперимент в городе Нейпервилле к западу от Чикаго. Там в школьную образовательную программу включили физическую подготовку, чтобы улучшить академическую успеваемость и социальное поведение школьников. Когда ученики восьмого класса приняли участие в Международном мониторинговом исследовании качества школьного математического и естественно-научного образования TIMSS (в выполнении этого международного теста участвовали 230 тысяч школьников из разных стран мира), они заняли первое место по результатам в секции естественно-научного образования и шестое в секции математики (после Сингапура, Кореи, Тайваня, Гонконга и Японии). Для понимания контекста учтите тот факт, что 50 % школьников из перечисленных азиатских стран обычно занимают верхние строчки международных образовательных рейтингов, в то время как в США этого уровня достигают только 7 % учеников. Таким образом, для США результаты школьников из Нейпервилла были значительно выше средних.

Результаты эксперимента обусловлены многими факторами. Одним из них может быть то, что только в 6 % классов старшей школы в США проводятся уроки физической культуры или занятия в спортзале. Другим фактором может быть то, что американские школьники проводят в среднем пять часов в день перед экраном телевизора, монитора компьютера или мобильного устройства. Положительное влияние физических упражнений на процесс обучения привлекло внимание департаментов образования некоторых штатов. Согласно данным департамента образования Калифорнии, школьники с более высокими показателями уровня физической подготовки также имеют более высокие результаты тестов, кроме того, физические упражнения в целом оказывают положительное влияние на память учеников, концентрацию и поведение в классе.

Физические упражнения как лекарство

Физические упражнения можно считать эффективным лекарством, в то время как недостаток физической активности негативно сказывается на состоянии здоровья. Доказательства разнообразного положительного влияния физических упражнений на здоровье собираются уже в течение более чем полувека.

Согласно результатам исследований, физические упражнения снижают риск возникновения воспалительных процессов в организме. Например, в ходе обширного исследования, в котором изучили истории болезней 13 478 человек в возрасте старше 20 лет, выяснилось, что физические упражнения снижают уровень С-реактивного белка (CRP) белка плазмы крови, концентрация которого повышается при воспалении. Была выявлена зависимость: чем больше физическая нагрузка, тем ниже уровень CRP. Только у 8 % людей, активно занимающихся спортом, уровень CRP был повышен, в то время как число людей, не занимающихся спортом, но имеющих повышенный уровень CRP, составило 21 %. Положительный эффект от физической нагрузки на организм проявляется в любом возрасте. Опрос 800 мужчин и женщин в возрасте 70–75 лет показал, что как умеренные, так и интенсивные физические нагрузки коррелируют с низким уровнем CRP.

Хотя недостаток физических упражнений негативно сказывается на стволовых клетках мозга и их дифференциации, не менее вредны и чрезмерные физические нагрузки. И наоборот: умеренные и интенсивные физические нагрузки способствуют развитию стволовых клеток. Отсюда можно сделать вывод: для здоровья мозга одинаково вредны крайности в виде отсутствия физических упражнений или чрезмерного их количества. Физические упражнения должны быть умеренными или интенсивными.

Даже если человек просто думает о физических упражнениях, в головном мозге активируются те же самые нейронные системы. Было проведено сравнение эффекта от мысленного и фактического выполнения упражнений на основании наблюдения за активностью коры головного мозга и последующими физическими результатами. Мысленное выполнение физических упражнений не только вызвало изменение в мозге, но также привело к улучшению фактического выполнения тех же упражнений.

Это открытие заставило ученых задаться вопросом: как мысленное выполнение физических упражнений влияет на их последующее фактическое выполнение. И ученые выяснили, что после пяти дней мысленной практики и последующих двух часов фактической практики выполнения упражнений результат улучшился настолько же, как после пяти дней фактического выполнения упражнений!

Это открытие подтвердило давно существующее убеждение спортивных психологов, что визуализация и мысленная репетиция выступления спортсмена могут повысить результативность его фактического выступления. Причем это не зависит от вида спорта.

Вы сами в состоянии проверить, что чем скорее сможете представить себя выполняющим какое-то действие, тем быстрее фактически сможете это сделать. Но существуют определенные ограничения, связанные с тем, что сознание и мозг – это два аспекта одного процесса. Например, если вы правша, вам будет проще и представить, что вы поднимаете правую руку, и фактически поднять правую руку, чем представить, что вы поднимаете левую руку, и поднять ее.

Это ограничение сохраняется, даже если у человека парализована половина тела. Он также быстрее шевелит действующей рукой и представляет себе это действие. Так происходит, потому что при движении и мысленном представлении движения активируются одни и те же системы мозга.

Организация здорового сна