Что мы узнали о мозге в 2019 году

Открытия этого года подтверждают старые «прозрения» о мозге от философов. Человек — «общественное животное», говорил Аристотель, и вот вам пожалуйста: у проведших несколько лет в одиночестве полярников уменьшился размер мозга. Ученые оспорили и скучную мысль о том, что у мозга нет никакого поля, связанного с исполнением биологических функций. Оказывается, есть и электромагнитное поле, и даже "скрытое сознание". Но не у всех.

Головной мозг указывает нам, что делать, как поступать, что думать и что говорить. Он даже запоминает лица незнакомцев на улице и заворачивает их в наши тревоги, а потом надевает на них шутовскую шляпу и добавляет для полноты ощущений несколько злобных кенгуру, создавая очень странный сценарий для нашего развлечения во сне. Мы полностью зависим от этого органа, живя и познавая мир благодаря ему. Но многое в нем остается для нас загадкой, как внутренняя часть черной дыры. Каждый год появляются новые открытия, дающие нам все больше знаний об этом удивительном органе. В этом году стало известно о странной способности мозга защититься от мысли о смерти, о том, как совершаемые в одиночестве антарктические экспедиции способны уменьшить его размер, и как мозг продолжает работать, даже если половина его отсутствует. Так что давайте окунемся в мир величайших открытий 2019 года о нашем головном мозге.

Гневные сновидения

Во сне люди могут испытывать самые разные эмоции, даже гнев. Ученые выяснили, что, анализируя активность головного мозга, они могут определить, были или нет у человека гневные сновидения. Коллектив исследователей изучил ту часть мозга, которая называется лобная доля. Она помогает контролировать выражение эмоций и решать проблемы. Как выяснили ученые, асимметрия в активности лобных долей мозга во время сна и до него указывает на то, что у человека были гневные сновидения.

Когда мы расслабляемся, мозг излучает альфа-волны частотой от 8 до 12 герц. Если есть несоответствие в активности альфа-волн между двумя лобными долями (чем больше излучается альфа-волн, тем меньше работает данный участок мозга), это указывает на то, что человек пытается контролировать свой гнев. Проанализировав такие волны головного мозга у 17 участников эксперимента, которые провели две ночи (с недельным перерывом) в лаборатории сна, ученые обнаружили, что нечто подобное происходит в головном мозге и во время сна человека. Люди, у которых во сне была больше асимметрия в активности излучения альфа-волн, сообщили, что у них было больше гневных сновидений.

Антарктические экспедиции в одиночестве

Человек, даже интроверт, является существом общественным, и одиночество отрицательно влияет на головной мозг. Ученые в ходе исследования выяснили, что у пяти путешественников, проведших более года в одиночестве в Антарктиде, немного уменьшился размер мозга. Группа исследователей сравнила снимки головного мозга этих путешественников до отъезда на ледяной континент и после их возвращения в общество. Они обнаружили, что некоторые участки головного мозга, например, гиппокамп (или аммонов рог), отвечающий за познание и память, после возвращения путешественников уменьшились в объеме, о чем ученые сообщили в этом месяце.

Более того, у путешественников был пониженный уровень белка под названием нейротрофический фактор головного мозга (BDNF), который помогает росту и выживанию новых нервных клеток и необходим для создания новых связей в мозге. Теперь ученые пытаются найти способы, чтобы предотвратить уменьшение головного мозга у людей, оказавшихся в одиночестве в обстановке, которая ни к чему не стимулирует (это могут быть специальные упражнения или виртуальная реальность).

Нюхаем без луковиц

Было бы странно, если бы человек мог взять яблоко, не пользуясь руками. Группа ученых обнаружила нечто подобное: небольшую категорию людей, умеющих различать запахи, несмотря на то, что у них в головном мозге отсутствует очень важный участок, отвечающий за обоняние. В передней части мозга находятся обонятельные луковицы, которые обрабатывают информацию о запахах из носа. Ученые обнаружили это случайно, когда изучали снимок головного мозга 29-летней женщины с нормальным обонянием и увидели, что обонятельные луковицы у нее отсутствуют. Позже они нашли еще пару женщин с такой же особенностью, которые утверждали, что способны различать запахи. Они сделали им МРТ головного мозга, а также провели проверку на распознавание запахов. И действительно, их рассказ подтвердился.

Исследователи точно не знают, в чем причина такой магической способности различать запахи. Но они думают, что роль обонятельных луковиц в этом случае играет другой участок головного мозга. Это доказывает способность мозга перестраиваться. Есть и другое предположение, состоящее в том, что у нас были совершенно превратные представления, что нам не нужны обонятельные луковицы для распознавания запахов. То есть, эти луковицы отвечают за что-то другое, но не за обоняние.

Магнитное поле

Некоторые животные используют в качестве природной навигационной системы невидимое магнитное поле, которое окутывает нашу планету. Оказывается, есть люди, которые тоже способны чувствовать магнитное поле Земли, хотя непонятно, почему. В марте были опубликованы результаты исследования, авторы которого отсканировали головной мозг 34 человек, посадив их в темную испытательную камеру с искусственным магнитным полем. Анализ мозга показал, что четыре из 34 испытуемых активно реагировали на сдвиг магнитного поля с северо-востока на северо-запад — но не в обратном направлении.

У этих четырех человек было отмечено уменьшение излучаемой мозгом волны. Это говорит о том, что мозг улавливает сигнал, возможно, магнитный. Непонятно, почему одни люди реагируют на магнитное поле, а другие нет. В равной степени неясно, как мозг улавливает такие сигналы. Но как говорят ученые, проведенные ранее исследования показали, что в человеческом мозге содержится множество крошечных магнитных частиц, которые могут иметь к этому некое отношение.

Мысль о смерти

Смерть это такое же естественное явление, как жизнь и любовь. Но наш мозг защищает нас от мысли о собственной смерти, и поэтому мы не в состоянии в полной мере осознать то, что когда-нибудь присоединимся к остальным, обретшим вечный покой. По данным проведенного недавно исследования, мозг постоянно использует старую информацию, чтобы предсказывать, что произойдет при аналогичных сценариях в будущем. Поэтому он должен говорить вам, что и вы когда-нибудь умрете.

Но как оказалось, в нашей мысли о смерти есть нечто такое, что разрушает этот механизм в головном мозге. Группа ученых выяснила это, наблюдая за реакцией мозга 24 человек, когда им показывали собственные фотографии рядом со словами о смерти. Измерения активности головного мозга показали, что работа предсказывающего механизма нарушается, как только у человека возникает мысль о собственной смерти. Причины этого непонятны, но как говорят теоретики, слишком резкое осознание бренности своего существования уменьшает шансы на то, что человек захочет производить потомство, так как страх мешает ему идти на необходимый риск при поиске партнера.

Спинномозговая жидкость

Исследователям уже давно известно, что активность головного мозга очень ритмична, когда мы спим, что он производит пульсирующие волны нейронной активности. Но в этом году ученые впервые обнаружили, что в этом ритмичном цикле есть еще один участник: спинномозговая жидкость. Эта жидкость постоянно окружает и защищает головной и спинной мозг. Проведенные ранее исследования показывают, что во время сна она также очищает мозг от токсичных белков.

Группа исследователей отсканировала мозг 13 спящих людей при помощи магнитно-резонансного томографа и выяснила, что спинномозговая жидкость действительно попадает в спящий головной мозг довольно ритмичным потоком. Активность головного мозга во сне уменьшается, затем происходит отток крови из мозга, а на смену ей туда попадает спинномозговая жидкость. Этот приток настолько предсказуем и постоянен, что взглянув на спинномозговую жидкость, можно точно сказать, когда человек спит, а когда бодрствует. Данные выводы могут дать дополнительную информацию о связанных с мозгом проблемах старения.

Без половины мозга

Мозг обладает поразительной способностью меняться и адаптироваться, и это доказывает небольшая группа людей, которым в детстве удалили половину головного мозга, чтобы ослабить эпилептические припадки. Несмотря на отсутствие целого полушария головного мозга, эти люди нормально живут и функционируют, потому что оставшаяся половина окрепла и усилилась. Таковы выводы проведенного недавно исследования, авторы которого проанализировали головной мозг у шестерых взрослых от 20 до 40 лет, которым в возрасте от трех месяцев до 11 лет удалили половину мозга. Ученые в процессе анализа сравнили их мозг с мозгом людей, не подвергавшихся такой операции.

Данные МРТ показали, что у пациентов с одним полушарием головного мозга его участки из одной сети (скажем, отвечающие за зрение) работают ничуть не хуже, чем у людей с целым головным мозгом. Ученые также выяснили, что межнейронные связи между участками разных сетей головного мозга прочнее у тех пациентов, которым удалили одно полушарие. Это говорит о том, что мозг способен компенсировать потерю большой своей части.

Изучение языка

Нашему мозгу нужно хранилище информации наподобие компакт-диска, чтобы освоить родной язык, о чем свидетельствуют данные опубликованного в марте исследования. Среднестатистическому англоязычному взрослому нужно выучить около 12,5 миллиона бит информации, относящейся к языку. Это полтора мегабайта памяти. (Авторы использовали биты в качестве примера, ведь мозг не хранит информацию в битах.) Однако большая часть из этих миллионов бит языковой информации относится не к грамматике и не к синтаксису, а к значению слов. В лучшем случае взрослый человек запоминает от 1 000 до 2 000 бит своего родного языка, а худшем случае этот показатель равен у него 120 битам в день.

Оживляя мертвый мозг

Ученым удалось восстановить мозговое кровообращение и клеточную активность головного мозга свиней через несколько часов после их смерти. Столь радикальным экспериментом они бросили вызов широко распространенному представлению о том, что после смерти происходит внезапное и необратимое повреждение мозга. Эта группа ученых доказала, что клетки гибнут постепенно в течение довольно длительного времени, и в некоторых случаях этот процесс можно замедлить или даже повернуть вспять. Ученые разработали систему для изучения мозга после смерти под названием «БрейнЭкс» (BrainEx), по которой они закачивают синтетический заменитель крови в артерии головного мозга. Они ввели этот раствор в мозг 32 свиней через четыре часа после их смерти, и он оставался там на протяжении шести часов. Исследователи пришли к выводу, что система сохраняет структуру клеток головного мозга, уменьшает их некроз и частично восстанавливает клеточную активность.

Ученые подчеркивают, что они не обнаружили никакой активности, свидетельствующей о том, что мозг что-то чувствует или находится в сознании. Но у некоторых исследователей возникли вопросы о том, что значит быть живым. Более того, опыты проводились на свиньях, а не на людях. (Хотя мозг свиньи больше похож на человеческий, чем мозг грызунов.)

Скрытое сознание

Некоторые находящиеся в коме или в вегетативном состоянии пациенты демонстрируют признаки «скрытого сознания», о чем свидетельствуют данные проведенного в июне исследования. Ученые проанализировали волны электромагнитного излучения человеческого мозга у 100 с лишним пациентов, которые находились в бессознательном состоянии после травмы головного мозга. Они обнаружили, что через пару дней после травмы каждый седьмой пациент демонстрировал четкую и вполне различимую активность головного мозга или «скрытое сознание», когда его просили пошевелить руками. Спустя год 44% пациентов с такими изначальными признаками скрытого сознания могли действовать самостоятельно как минимум восемь часов в день, в то время как среди пациентов, не проявлявших признаков скрытого сознания, таких людей было всего 14%. Иными словами, у людей с признаками скрытого сознания шансов выздороветь намного больше, чем у тех, кто такие признаки не проявляет, говорят исследователи.