Тайны мозга

Мозг — «биологический компьютер» человека. От этого органа зависит наша жизнь, наше мировосприятие, наша чувствительность. Но многое о мозге мы пока не знаем, в некоторых аспектах он остается для нас загадкой. Каждый год ученые проводят множество исследований, приоткрывающих завесу его тайн. Например, в 2019 году мы узнали о странной способности “биологического компьютера” защищать людей от мыслей о смерти, поняли, что мозг может нормально работать даже утратив одно свое полушарие. Это мизерная доля тех открытий в нейробиологии, которые ученые совершили в уходящем году. Что же еще мы узнали о мозге?

1. Изоляция сокращает объем мозга

Исследование, опубликованное в начале декабря 2019 года, показало, что у девяти участников полярной экспедиции в Антарктиду, которые провели в изоляции около 14 месяцев, сократился объем мозга. 

Фото: Courtesy of Alexander Stahn

Ученые пришли к такому выводу после того, как сравнили сканы мозга полярников, сделанные перед их отъездом на “холодный континент” и по возвращению домой. Специалисты обнаружили, что объем гиппокампа — части обонятельного мозга, которая служит центром памяти (где формируется кратковременная память и начинается ее превращение в долговременную) значительно сократился у полярников после возвращения из экспедиции.

Также до и после отъезда испытуемые сдавали кровь на количественное определение BDNF (вещество, которое стимулирует рост нейронов и необходимо для формирования синапсов — новых связей в мозге). Выяснилось, что концентрация BDNF в сыворотке крови по возвращении исследователей домой снизилась в два раза по сравнению с уровнем, наблюдаемом в начале вахты.

Авторы научной работы сделали вывод, что долговременная изоляция негативно сказывается на пластичности мозга. Сейчас специалисты пытаются найти способы (например, упражнения или использование виртуальной реальности), которые бы помогли людям, находящимся в подобных условиях, предотвратить потерю объема гиппокампа. 

2. Восприятие запаха

Некоторые люди могут чувствовать запах, не имея определенных структур в мозге, отвечающих за обработку обонятельной информации. К такому выводу пришли исследователи из Израиля. 

Фото: Shutterstock

 При помощи МРТ и тестов на запахи ученые определили, что у нескольких женщин-испытуемых вместо обонятельных луковиц в мозге находилась спинномозговая жидкость, но при этом они могли чувствовать запахи (обонятельные луковицы — часть обонятельного мозга, которая получает сигналы о “пойманных” носом запахах и отправляет информацию в другие части мозга для обработки). 

Нейробиологи пока не могут объяснить такую аномалию, однако они предполагают, что роль обонятельных луковиц мог взять на себя один из участков мозга, какой именно, точно не известно. Свою гипотезу выдвигают другие исследователи, не причастные к этой научной работе: возможно, людям на самом деле не нужны обонятельные луковицы, чтобы различать и распознавать запахи, скорее всего, эта структура может отвечать за что-то иное. 

В любом случае полученные данные ставят под сомнение общепринятые представления об обонятельной системе и в дальнейшем могут помочь в разработке лечения пациентов без обоняния.

3. Мозг и магнитное поле

Некоторые животные используют невидимое магнитное поле, которое окружает нашу планету, как естественную навигационную систему. Оказывается, некоторые люди также могут чувствовать магнитное поле Земли, хотя непонятно, почему. 

Фото: SPENCER LOWELL

В марте этого года ученые опубликовали статью, в которой рассказали об интересном эксперименте, в котором участвовало 34 добровольца. Всех испытуемых закрыли в темной комнате, не пропускающей никаких электромагнитных возмущений. Затем, изменяя поток электрического тока через специальные катушки, исследователям удалось создать искусственное магнитное поле с сильным наклоном. После чего ученые повернули поле с северо-востока на северо-запад, то есть так, как если бы человек повернул голову. 

Параллельно специалисты регистрировали мозговую активность подопытных. Данные электроэнцефалографии показали, что у 4 из 34 добровольцев наблюдалась сильная реакция на сдвиг искусственного магнитного поля: сокращались альфа-волны, а это указывало на то, что их мозг воспринимал изменения направления магнитного поля.

Пока неизвестна причина такой реакции, также непонятно, почему у одних людей она есть, а у других нет. Предварительные исследования показывают, что человеческий мозг содержит множество крошечных магнитных частиц, которые, по мнению исследователей, могут иметь отношение к восприятию магнитного поля.

4. Мозг защищает нас от смерти

Мозг защищает человека от мыслей о собственной смерти. Таким образом люди начинают верить в свое бессмертие и считать, что смерть касается лишь других. В октябре израильские исследователи выяснили, почему так происходит на основе эксперимента. 

Фото: Shuttestock

В опыте приняли участие 24 добровольца. Участников попросили смотреть на экран, на котором появлялись фотографии различных людей, в том числе и самих испытуемых. Над лицами возникали случайные слова, среди них были те, что связаны со смертью: например, «похороны». 

Измерение мозговой активности показало, что когда человек оценивает вероятность чужой смерти, в его мозге не происходит никаких ошибок, а когда мозг начинает реагировать на возможность собственной кончины, внутри биологического компьютера начинается сбой: “ломаются” механизмы, отвечающие за повседневное прогнозирование.

Пока неясно, зачем нужен этот сбой. По мнению нейробиологов, это может быть связано “со слишком острым осознанием собственной смерти”. Специалисты предполагают, что “биологический компьютер” скрывает это “осознание”, чтобы оно не отбило у человека желание оставлять потомство.

5. Сон и спинномозговая жидкость

Группа американских исследователей выяснила, что во время сна в мозг человека постоянно поступает спинномозговая жидкость, она необходима для эффективной уборки мозга от “мусора”.

Фото: Laura Lewis

Активность нейронов мозга складывается в электрические волны, которые можно увидеть с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Среди этих волн есть альфа-ритмы, бета-ритмы, тета, сигма и ряд других: они возникают во время психического напряжения, бодрствования, сна и т. д.

Ученым из США при помощи МРТ удалось исследовать мозг 13 спящих людей и обнаружить, что в момент сна в “биологический компьютер” попадет спинномозговая жидкость, и она напрямую связана с электрическими ритмами и кровотоком: с появлением медленных электрических ритмов в мозг приходило больше крови; когда ритмы стихали, крови становилось меньше, но зато в один из желудочков мозга поступала волна спинномозговой жидкости. Затем снова возникали медленные электрические ритмы, и всё повторялось. Фактически, эта волна спинномозговой жидкости настолько предсказуема и постоянна, что, глядя на нее, можно определить, спит ли человек или бодрствует.

Авторы научной работы предполагают, что эта жидкость необходима для удаления из мозга “мусора”: во время приливов и отливов спинномозговой жидкости происходит удаление разных ненужных молекул отходов, скопившихся в мозге до этого.

6. Одно полушарие мозга

Человек может полноценно жить даже с одним полушарием мозга. К такому выводу пришли американские ученые.

Фото: Caltech Brain Imaging Center

Мозг обладает замечательной способностью изменяться и адаптироваться, что демонстрирует небольшая группа людей, у которых врачи удалили половину мозга еще в детстве, чтобы уменьшить эпилептические припадки. Несмотря на отсутствие одного из полушарий, мозг таких людей функционирует очень хорошо, потому что оставшаяся половина “берет на себя” ключевые функции. 

Специалисты исследовали мозговую активность шести взрослых людей в возрасте от 20 до 30 лет, у которых было удалено одно полушарие, когда им было от 3 месяцев до 11 лет, и сравнили ее с мозговой активностью людей, обладающих “полноценным мозгом”.

МРТ-сканирование показало, что головной мозг настолько хорошо может приспосабливаться к изменениям, что при удалении его части нейронные связи через какое-то время восстанавливаются, а функции, которые ранее выполняли поврежденные участки, берет на себя другое полушарие. При этом у людей, у которых наблюдается мозговая аномалия, нейронные связи изначально более крепкие. Почему так происходит, пока неясно.

7. Мозг и родной язык

Согласно исследованию, опубликованному в марте, мозгу человека необходимо 1,5 “мб” памяти, чтобы овладеть родным языком. 

Фото: Shutterstock

Среднестатистическому англичанину до наступления совершеннолетия необходимо усвоить около 12,5 миллиона “битов” информации, связанной с родным языком (авторы использовали идею «битов» — единицы измерения количества информации в двоичной системе исчисления, в качестве упрощенного сравнения; мозг не хранит информацию в битах, а кодирует совсем в другом формате). Но большая часть этих “битов”, хранящихся в мозге, связана не с к грамматикой и синтаксисом, а, скорее, со значением слов. В лучшем случае за один день человек запомнит от 1000 до 2000 “бит” своего родного языка, а в худшем — около 120 “бит” в день. 

Ученые объясняют, что именно это отличает людей от роботов: машины знают, какие слова можно ставить рядом и какой их порядок в предложении, однако им очень мало известно о значении слов.

8. Реанимация мозга

В апреле стало известно, что американским ученым удалось частично реанимировать мозг свиньи через несколько часов после ее смерти. С помощью искусственного кровообращения и снабжения питательными веществами ученые восстановили определенные клеточные функции и простимулировали нейроны к синаптической активности.

Фото: Brad Kavo/500px/Getty

Этот эксперимент поставил под сомнение известную теорию о том, что после смерти мозг сразу умирает. Группа исследователей показала, что гибель клеток происходит в течение более длительного периода времени, а в некоторых случаях ее можно отложить или вообще отменить. 

Специалисты разработали систему для реанимации мозга умерших животных, называемую «BrainEx». Система представляет собой синтетический кровезаменитель, наполненный питательными веществами. Этот раствор ученые закачивали в артерии мозга 32 свиней через 4 часа после смерти животных и оставляли на 6 часов. Исследователи обнаружили, что система позволяет сохранять структуру клеток мозга, снижает гибель клеток и восстанавливает некоторую клеточную активность.

Авторы научной работы подчеркивают, что они не наблюдали какой-либо мозговой активности, которая бы указывала на восстановление мозга, и их труд вряд ли можно назвать сенсационным. Однако препарат «BrainEx» в будущем, возможно, сможет помочь больным пережить тяжелые инсульты. 

9. Сознание и кома

Некоторые пациенты в коме или в каком-либо вегетативном состоянии, могут находиться в сознании, утверждают авторы исследования, которые было опубликовано в июне в одном из медицинских журналов. 

Фото: Shutterstock

Исследователи проанализировали электрические колебания головного мозга более 100 пациентов с тяжелой травмой головы, находящихся в коме или другом вегетативном состоянии, и  обнаружили, что через несколько дней после травмы у 1 из 7 пациентов могла проявляться мозговая активность. Оказалось, что у этих больных задержка электрической активности мозга в ответ на речь такая же, как у здоровых. Причем фМРТ показала активность нейронов в ответ на голосовые команды, хотя пациенты были прикованы к постели: то есть больные понимали команды, но не могли двигаться. 

Дальнейшие наблюдения помогли выяснить, что испытуемые, которые слышали команду, но ответить на нее не могли, имели больше шансов на выздоровление, чем пациенты в коме без признаков сознания.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Поделитесь мнением о материале и расскажите о нем друзьям! Еще больше интересной информации о науку и технологиях можно найти в нашем Telegram. Также у нас есть канал в Instagram, где выходят статьи в картинках.  

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Источник: livescience.com

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: