Правила мозга

– Вы уверены, что это не комплекс неполноценности?

– Из-за того, что здание такое огромное, а я такой маленький, вы это имеете в виду?

– Да.

– Думаю, нет. Надеюсь, что нет.

– А вы разве ничего не чувствуете, когда заходите в собор Святого Патрика?

– Печаль, – ответил тут же Райт, – потому что в нем не отражается дух независимости и суверенности личности, который, по моему мнению, должен присутствовать в монументах, имеющих отношение к культуре.

Я был ошеломлен тонкостью ответа Райта. Четырьмя предложениями ему удалось продемонстрировать ясность мышления, непоколебимость взглядов, склонность мыслить не так, как все. Продолжение интервью было таким же ярким, впрочем, как и все в жизни Райта. Он завершил работу над проектом Музея Гуггенхайма в 1957 году (свою последнюю работу) в возрасте 90 лет.

Меня также поразило еще кое-что. Размышляя над ответами Райта, я вспомнил о Джиме из дома престарелых. Они были одного возраста – того же, что и большинство других постояльцев. И внезапно мне в голову пришла мысль о двух типах старения. Джим и Фрэнк жили приблизительно в одно время. Но разум одного совершенно потух, в то время как другой сохранил ясность мышления до последних дней. Чем вызваны такие различия в процессе старения обитателя дома престарелых и знаменитого архитектора? Этот вопрос занимал научное сообщество долгое время. Ученым давно известно, что одни люди стареют с шиком, сохраняя энергию, ведя полноценную жизнь и в 80, и в 90 лет. Другие же, побитые жизнью и сломленные, зачастую не доживают и до семидесяти. Попытки объяснить эти различия привели к важным открытиям, которые я сгруппировал в виде ответов на шесть вопросов.

1. Существует ли фактор, определяющий процесс старения?

Ученые всегда затруднялись ответить на этот вопрос. Они выявили множество факторов, от природных до связанных с воспитанием, которые влияют на способность человека достойно встретить старость. Поэтому научное сообщество двояко восприняло заявление группы исследователей о сильном влиянии социального окружения. Такой вывод непременно вызвал бы улыбку на лице Джека Лаланна: для него одним из главных факторов, определяющих, какой будет старость, была подвижность или малоподвижность. Если вы приверженец «диванного» образа жизни, то, скорее всего, в старости станете похожи на Джима, если, конечно, доживете до восьмидесяти. Если вы ведете активную жизнь, то, вероятно, будете похожи на Фрэнка Райта и непременно доживете до 90 лет. Дело в том, что физические нагрузки улучшают состояние сердечно-сосудистой системы, что, в свою очередь, снижает риск сердечных заболеваний. Исследователей заинтересовал вопрос: почему «удачно» стареющие люди производят впечатление более активно мыслящих? В связи с этим возник следующий вопрос.

2. Так ли это в действительности?

После проведения всевозможных тестов (не имеет значения, как был получен результат) ответ оказался положительным: физические нагрузки на протяжении всей жизни способствуют поразительному улучшению когнитивных процессов, в отличие от малоподвижного образа жизни. Приверженцы физкультуры обошли лентяев и лежебок по показателям долговременной памяти, логики, внимания, способности решать проблемы и даже так называемого подвижного интеллекта[6 - Подвижный интеллект – это способность воспринимать и запоминать новое, решать проблемы, с которыми человек раньше не сталкивался, в противовес «накопленному» интеллекту, основанному на приобретенных знаниях: математические действия, словарный запас и т. п. Прим. ред.]. Такие тесты определяют быстроту мышления и способность мыслить абстрактно, воспроизводить ранее полученные знания для решения новой проблемы. Таким образом, физические нагрузки улучшают целый ряд способностей, которые высоко ценятся как в школе, так и на работе.

Но не всякое оружие из когнитивного арсенала можно улучшить при помощи физической активности. Например, кратковременная память и определенные реакции с этим не связаны. И хотя в большинстве случаев они тоже улучшаются, подобный эффект у разных людей будет значительно отличаться. Хорошие показатели сохраняются только в комплексе, но не связаны с причиной. Для того чтобы установить прямую связь, необходимо провести ряд других экспериментов. Ученые должны поставить перед собой еще один вопрос.

3. Можно ли превратить Джима во Фрэнка?

Эксперименты напоминали представление с перевоплощением. Исследователи пригласили группу людей, ведущих малоподвижный образ жизни, протестировали их интеллектуальные способности, затем в течение определенного времени подвергали их физическим нагрузкам, после чего повторили тесты. В результате было установлено, что занятия аэробикой способствовали восстановлению всех умственных способностей. Прогресс наблюдался уже после четырех месяцев постоянной физической активности. Аналогичная ситуация наблюдалась и в группе школьников. В рамках одного исследования дети занимались бегом по полчаса два-три раза в неделю. После 12 недель их когнитивные способности значительно улучшились по сравнению с периодом до занятий бегом. По завершении программы показатели вернулись к прежнему уровню. Ученые выявили прямую зависимость. На определенный период физические нагрузки могут превратить Джима во Фрэнка или хотя бы в более удачную версию самого себя.

После того как было установлено влияние физической нагрузки на познавательную деятельность, ученые приступили к уточнению поставленных вопросов. Один из важнейших и, безусловно, волнующих малоподвижный контингент людей вопросов: какая физическая нагрузка (и сколько) необходима для положительных результатов? В связи с этим у меня есть две новости: хорошая и плохая.

4. Какая же плохая новость?

Удивительно, но, основываясь на многолетних исследованиях стареющего населения, ответ на вопрос «сколько?» – не много. Если даже просто гулять несколько раз в неделю, мозг уже выиграет от этого. Даже у суетливых малоподвижных людей есть преимущество перед уравновешенными лежебоками. Наше тело кричит о том, что хочет вернуться к гиперактивному образу жизни в Серенгети[7 - Экосистема в Восточной Африке. Прим. перев.]. Любой шаг навстречу прошлому человечества, даже самый малый, встречается организмом боевым кличем. Опытным путем было определено, что золотая середина – 30-минутные занятия аэробикой три раза в неделю. Если добавить к ним упражнения для укрепления мышц, когнитивная система получит еще больше пользы.

Разумеется, результаты у разных людей будут отличаться, и не стоит начинать с радикальной программы, не проконсультировавшись с врачом. Слишком высокие нагрузки и переутомление могут нанести вред познавательной способности. Но начать все-таки стоит. Как нам демонстрируют своим примером сельские жители уже на протяжении нескольких столетий, физические нагрузки благоприятно влияют на мозг. Но мера благотворности этого влияния удивила всех.

5. Могут ли физические нагрузки избавить человека от нарушений функций мозга?

Убедившись в прочном эффекте физических нагрузок на обычную познавательную деятельность, исследователи задумались о возможности лечения атипично протекающих когнитивных процессов. Как это повлияет, например, на возрастную деменцию или ее ближайшую родственницу – болезнь Альцгеймера? Как обстоят дела в связи с этим с такими нарушениями, как депрессия? Исследователей интересовал вопрос, как предотвратить и лечить эти расстройства. Спустя десятилетия исследований, проводимых во всем мире, в которых были задействованы тысячи людей, удалось получить точные результаты. Риск возникновения деменции снижается вдвое, если посвящать свободное время физической активности. Занятия аэробикой, например, решают эту проблему. В случае с болезнью Альцгеймера наблюдается еще больший прогресс: риск возникновения такого заболевания снижается на 60 процентов.

Какой же объем нагрузок необходим? Повторяю: вода камень точит. Ученые установили, что достаточно заниматься спортом дважды в неделю. А ежедневные двадцатиминутные прогулки снизят риск приступа стенокардии – одной из основных причин возрастных нарушений умственной деятельности – на 57 процентов.

Человек, внесший наибольший вклад в исследование данного вопроса, в начале своей карьеры не хотел становиться ученым. Он хотел быть тренером. Его зовут Стивен Блэр, и он как две капли воды похож на актера Джейсона Александера, сыгравшего роль Джорджа Костанцы в старом американском ситкоме «Сайнфелд». Блэр работает тренером в старших классах школы Джина Биссела – человека, известного тем, что однажды он отказался от победы в футбольном матче, после того как узнал, что главный арбитр не дал свисток вовремя. Хотя весь офис Лиги был расстроен, Биссел настоял на том, чтобы его команду признали проигравшей – и молодому Стивену хорошо запомнился этот инцидент. Блэр написал, что такая верность правде поддерживает его неумирающее чувство восхищения точным, лишенным сантиментов статическим анализом эпидемиолога, с чего он, видимо, и начинал. Его статья о выносливости и смертности демонстрирует яркий пример того, что, работая в этой сфере, необходимо быть честным. Его напористость вдохновляла других исследователей. Они спрашивали себя: а что если использовать физическую нагрузку не только для предотвращения, но и для лечения психических расстройств, таких как депрессия или повышенная тревожность?

Это очень важный вопрос. Постоянно возрастающее количество научных работ подтверждают, что физическая активность оказывает сильное влияние на оба заболевания. Мы придерживаемся мнения, что это обусловлено тем, что физическая нагрузка регулирует выброс нейротрансмиттеров[8 - Нейротрансмиттер – биологически активные химические вещества, посредством которых осуществляется передача электрического импульса от нервной клетки через синаптическое пространство между нейронами. Прим. ред.], которые непосредственно связаны с умственным здоровьем: серотонин, дофамин и норэпинефрин. Хотя физическая активность не может полностью заменить психиатрическое лечение, степень ее влияния на настроение настолько велика, что многие психиатры включают ее в обычный курс терапии. В одном эксперименте с участием людей, страдающих депрессией, интенсивная физическая нагрузка заменила антидепрессанты. Даже в сравнении с медикаментозным контролем такая терапия продемонстрировала положительные результаты. Как при депрессии, так и при тревожных состояниях физическая нагрузка незамедлительно оказывала позитивное и длительное влияние. Она эффективна и для мужчин, и для женщин, и чем дольше применяется, тем выше ее эффективность. Особенно эта методика действенна в сложных случаях, а также для пожилых людей.

Большинство рассмотренных нами фактов связаны в основном со стареющим поколением, что наводит на очередной вопрос.

6. Благотворное влияние физической нагрузки распространяется только на пожилых людей?

Чем ближе мы к началу возрастной таблицы, тем менее четким становится эффект от физической нагрузки на познавательную деятельность. В большой степени это определено недостаточной исследованностью данного вопроса. Суровое око науки совсем недавно обратило внимание на молодые поколения. Самой удачной попыткой стало исследование физической активности более 10 тысяч британских госслужащих в возрасте от 35 до 55 лет, которые были распределены на три группы: с низкой, средней и высокой активностью. Люди с низкой физической активностью продемонстрировали скромные когнитивные способности. Подвижный интеллект, требующий импровизации для решения проблем, пострадал от малоподвижного образа жизни. Исследования, проводимые в других странах, подтвердили этот результат.

Лишь небольшое количество проведенных исследований были посвящены людям среднего возраста, а детям – и того меньше. Ученым еще придется проделать много работы, уделив больше внимания роли семьи.

Говоря о некоторых различиях, я хотел бы представить вам Антронетт Янси. Это очень привлекательная особа с широкой располагающей улыбкой, ростом под метр девяносто; в прошлом профессиональная модель, а теперь врач и ученый. Доктор Янси с большой любовью относится к детям. Она заядлая баскетболистка, публикуемая поэтесса и одна из немногих ученых, занимающихся искусством. Неудивительно, что Антронетт, обладающую столькими талантами, заинтересовала роль физической активности в развитии сознания. Она пришла к тому же выводу, что и остальные: физическая активность совершенствует детей. Дети в хорошей физической форме быстрее распознают визуальные стимулы, чем их малоподвижные сверстники, и лучше концентрируются. Исследования умственной активности показали, что физически активные дети и подростки используют больше когнитивных ресурсов для выполнения заданий.

«Дети уделяют больше внимания вещам, которые требуют движения, – говорит Янси. – Им по душе активность, а не сдержанное поведение в классе. Дети чувствуют себя комфортнее, их самооценка выше, они менее подвержены депрессии и тревоге. Все эти факторы влияют на успеваемость и внимательность».

Безусловно, рецепт хорошей успеваемости содержит множество ингредиентов. Выяснить, какие компоненты важнее, то есть необходимы для положительного результата, довольно сложно. Определить, входит ли физическая активность в их число, еще труднее. Но предварительные показатели вселяют оптимизм относительно последующих результатов.

Строительство дорог

Благотворное влияние физической нагрузки на мозг на молекулярном уровне я объясню вам на примере поглотителей пищи, или, выражаясь не столь мягко, профессиональных обжор.

Члены одной организации соревнуются в поедании пищи за отведенное время. Она называется Международная федерация скоростной еды, и ее слоган – я говорю совершенно серьезно – звучит гордо: In voro veritas – что в переводе дословно означает «Истина – в объедании». Как и во всякой спортивной организации, у соревнующихся поглотителей пищи тоже есть свои кумиры. Их верховное «божество» чревоугодия – Такеру Кобаяси по прозвищу Цунами. Он обладатель множества наград за победы в конкурсах по скоростному поглощению пищи, в том числе по поеданию вегетарианских кнедликов (его рекорд составил 83 штуки за 8 минут), булочек со свининой (100 штук за 12 минут) и гамбургеров (97 штук за 8 минут). Одним из редких проигрышей Кобаяси было поражение в соревновании с бурым медведем весом 490 килограммов. В 2003 году телеканал Fox показал сюжет под названием «Человек против чудовища» о том, как великий Кобаяси, съевший 31 колбаску, уступил медведю, поглотившему 50 колбасок, причем всего за 2 минуты 30 секунд. Кобаяси утратил звание короля хот-догов в 2007 году, проиграв Джои Честнату, который съел 66 хот-догов за 12 минут, в то время как Цунами удалось справиться лишь с 63.

Но речь пойдет не о скорости. Дело в том, что происходит со всеми поглощенными Цунами хот-догами. Как и всем нам, для измельчения и переработки пищи ему нужны зубы, кислота и кишечник.

Так или иначе, процесс пищеварения происходит с одной целью: чтобы преобразовать пищу в глюкозу – разновидность сахара, излюбленный источник энергии для организма. Глюкоза и прочие продукты метаболизма всасываются в кровь через тонкий кишечник. Питательные вещества доставляются ко всем частям тела, где они оседают в клетках, из которых состоят различные ткани тела. Клетки с хищностью акул поглощают эти сладкие вещества. Химические вещества клеток жадно разрывают молекулярную структуру глюкозы, чтобы добыть из нее энергию. Этот процесс протекает с такой жестокостью, что атомы при этом просто разрываются на части.

Как и при любом производственном процессе, в результате такой интенсивной активности вырабатывается изрядное количество токсичных отходов. В случае с пищеварением эти отходы состоят из неприятных масс избыточных электронов, оторванных от атомов молекул глюкозы. Сами по себе эти частицы проникают в молекулы клеток, превращая их в весьма токсичные субстанции, называемые свободными радикалами. Если сразу их не остановить, они полностью разрушат клетку изнутри, а постепенно и весь организм. Они даже могут вызывать мутацию ДНК. Однако мы не умираем от передозировки электронами, потому что пригодный для дыхания кислород, содержащийся в атмосфере, как губка, впитывает их, что и является его главной функцией. Кроме того, кровь доставляет пищу к тканям, а вместе с ней и кислородные губки. Все лишние электроны абсорбируются кислородом и благодаря молекулярной магии трансформируются во вредный, но не такой подвижный углекислый газ. Кровь возвращается в легкие, где углекислый газ выводится из нее с выдохом. Таким образом, будь вы скоростной или обычный едок, вдыхаемый воздух не позволяет поглощенной пище убить вас.

Питание тканей и вывод токсичных частиц – ключевые моменты этого процесса. Поэтому кровь должна поступать во все части организма. Она выполняет функцию официантов и чистильщиков от вредных веществ, и недостаточное кровоснабжение каких-либо тканей может привести к их отмиранию, включая и мозг. Это важно, так как у мозга просто чудовищный аппетит в потреблении энергии. Хотя мозг составляет всего лишь 2 процента от массы человеческого тела, он использует около 20 процентов потребляемой всем организмом энергии – в 10 раз больше, чем можно было бы предположить. Когда мозг работает в полную силу, он потребляет больше энергии на единицу веса всех тканей, чем четырехглавая мышца во время тренировки. В действительности человеческий мозг не может одновременно задействовать более 2 процентов нейронов. В противном случае глюкоза будет настолько быстро расходоваться, что вы потеряете сознание.

Если вы считаете, что мозгу необходимо большое количество глюкозы и он генерирует много токсичных веществ, то вы попали в самую точку. Выходит, мозгу нужно и много насыщенной кислородом крови. Сколько же пищи и отходов может генерировать мозг за несколько минут? Задумайтесь над следующими статистическими данными. Человеку жизненно необходимы три вещи: пища, питье и свежий воздух. Но их влияние на выживание различно. Вы можете прожить тридцать дней без еды и около недели без воды. Но активность мозга столь велика, что без кислорода он может обходиться не дольше пяти минут без риска возникновения серьезных или непоправимых последствий. Когда кровь не доставляет достаточно кислородных губок, происходит чрезмерное накопление токсичных электронов. Даже в здоровом мозге можно улучшить систему кровообращения. Здесь в игру вступает физическая нагрузка. Это напомнило мне об одном изобретении, которое изменило мир.

Шотландский инженер Джон Макадам жил в XIX веке в Англии. В те времена людям было очень сложно перевозить товары по грязным, илистым, зачастую изрытым ямами дорогам. Макадаму пришла в голову идея улучшить качество дорог, используя слои из камня и гравия, что позволило строить более прочные, менее грязные и устойчивые к размыванию дороги. Постепенно идею стали перенимать, и теперь этот процесс носит название макадамизация. Люди получили возможность надежного обмена товарами и услугами. Состояние второстепенных дорог улучшилось, и вскоре все сельские жители могли свободно добираться в отдаленные от их местности районы по стабильным транспортным артериям. Торговля развивалась. Люди становились богаче. Изменив ход вещей, Макадам изменил образ жизни людей. Однако что общего это имеет с физической нагрузкой? Первостепенной целью инженера было улучшение доступа к товарам и услугам, а не их качества. То же самое происходит и с нашим мозгом при улучшении «дорог» в организме, а точнее кровеносных сосудов, при помощи физической нагрузки. Физическая активность не способствует снабжению кислородом или питанием, но обеспечивает лучший доступ кислорода для питания мозга. Происходит это довольно просто.

Благодаря физической активности кровь лучше циркулирует в тканях организма. Это обусловлено тем, что стимулируется выработка кровеносными сосудами сильных, регулирующих кровоснабжение молекул окиси азота. С улучшением циркуляции крови в теле создаются новые кровеносные сосуды, которые глубже проникают во все ткани, что обеспечивает доступ к «товарам и услугам» кровеносной системы, включая питание и выведение отходов. Чем выше физическая активность, тем больше тканей питается и отходов выводится. Этот процесс охватывает все тело. Поэтому занятия физкультурой улучшают многие функции организма человека: укрепляются существующие и создаются новые транспортные системы, как в идее Макадама, и состояние здоровья становится лучше.

То же самое происходит в мозге человека. Визуализирующие исследования показали, что физические нагрузки способствуют увеличению объема крови в зубчатой извилине – важной части гиппокампа, участвующего в консолидации памяти. Улучшение кровоснабжения в результате создания новых капилляров делает доступными большему количеству клеток мозга услуги «бригад», обеспечивающих кровеносное питание и устранение токсичных отходов.

Еще один эффект физической нагрузки стал понятнее: она больше напоминает удобрение для почвы, нежели дороги. При тестировании на молекулярном уровне ранние исследования показали, что физическая нагрузка также стимулирует самый сильный фактор, влияющий на работу мозга, – BDNF[9 - От англ. brain-derived neurotrophic factor. Прим. перев.], или нейротрофический фактор головного мозга, участвующий в развитии здоровых тканей. BDNF оказывает благотворное влияние на рост определенных нейронов мозга. Протеин позволяет этим клеткам оставаться молодыми и здоровыми, стимулируя их желание создавать связи друг с другом. Он также способствует нейрогенезу – процессу формирования новых мозговых клеток. Больше всего такому влиянию подвержены клетки гиппокампа, тесно связанного с когнитивными способностями человека. Физическая нагрузка включает фактор BDNF. Таким образом, чем выше физическая активность, тем больше «удобрения» получает организм – по крайней мере, когда речь идет о лабораторных животных. Согласно некоторым мнениям, по такому же принципу работает и организм человека.

Мы можем вернуться

Все эти факты свидетельствуют об одном: физическая активность – как конфета для когнитивной системы. Человек может вернуться к своему атлетическому прошлому. Нам просто необходимо движение.

В разговоре о возвращении спортсменов на ум приходят такие имена, как велогонщик Лэнс Армстронг и гимнаст Пол Хэмм. Но самое великое возвращение произошло еще до рождения этих спортсменов, в 1949 году, с легендарным гольфистом Беном Хоганом.

Вспыльчивость и грубые манеры Хогана (однажды он съязвил в адрес соперника: «Если бы можно было приставить ему другую голову, то он был бы самым великим гольфистом всех времен») подчеркивали его твердость в принятии решений. Он выиграл чемпионат Ассоциации профессиональных гольфистов в 1946 и 1948 годах и тогда же был назван лучшим игроком года. Но в 1949 году все неожиданно закончилось. Туманной ночью Хоган ехал на автомобиле со своей женой и столкнулся с автобусом. У него были повреждены все кости суставов, задействованных при игре в гольф: ключица, подвздошная кость, таранная кость, ребро; образовались опасные для жизни тромбы. Врачи говорили, что спортсмен больше не сможет ходить, не говоря уже о том, чтобы играть. Но Хоган не обращал внимания на их прогнозы. Спустя год после аварии он вновь вышел на зеленое поле и выиграл Открытый чемпионат США по гольфу. Через три года он отыграл самый успешный сезон, став победителем в пяти из шести соревнований, в которых принимал участие, включая три главных чемпионата года (названных в его честь «Шлемом Хогана»). По поводу одного из величайших возвращений в истории спорта в присущей ему язвительной манере Хоган сказал: «Люди всегда говорили мне о том, что я не смогу сделать». Он ушел из спорта в 1971 году.

Задумываясь о влиянии физической активности на когнитивные способности и способах их улучшения, я вспоминаю о таких возвращениях. Цивилизация, давшая нам такие достижения, как мобильная связь и интернет, оказала нам также и дурную услугу, позволив весь день сидеть на пятой точке. Учась и работая, мы перестаем быть физически активными, такими как наши предки. В результате нам недостает движения.

Вспомним, что наши предки проходили более 19 километров в день. Это значит, что на протяжении всей истории эволюции мозг поддерживался телом олимпийца. Они не просиживали по восемь часов напролет в классах. Не сидели в кабинетах по восемь часов кряду. Если бы мы сидели восемь часов посреди Серенгети, то уже через восемь минут превратились бы в чей-нибудь обед. У нас не было бы миллионов лет для адаптации к сидячему образу жизни. Выходит, мы должны вернуться к прежнему. В первую очередь нужно прекратить бездеятельность. Я уверен, что, разбавив восьмичасовой рабочий день в школе и на работе физическими нагрузками, мы не станем умнее, но это сделает нас нормальными.

Идеи