Обогащенная среда и нейропластичность - с точки зрения нейрофизиологии

Один из способов стимуляции мозга предполагает помещение животного в среду, обеспечивающую интенсивную сенсорную и моторную стимуляцию. Дональд Хебб (Donald Hebb, 1947, 1949) брал лабораторных крыс домой и позволял им бегать по кухне.

По прошествии определенного времени Хебб сравнивал таких содержавшихся в обогащенных условиях крыс с группой крыс, продолжавших жить в клетках в его лаборатории в университете Макгилла. Для этого он дрессировал животных из обеих групп, обучая крыс проходить различные лабиринты. Содержавшиеся в обогащенной среде животные показывали лучшие результаты. Хебб сделал вывод, что одним из эффектов обогащения среды является повышение эффективности дальнейшего обучения.

Этот важный вывод лег в основу запущенной в США программы Head Start, которая направлена на обеспечение доступа к медицинской помощи и обогащенным обучающим программам для детей дошкольного возраста из социально-неблагополучных семей.

Впоследствии другие ученые предпочли использовать обогащенные вольеры. Например, в ходе наших исследований мы помещали группы примерно по шесть крыс в вольеры (рис. 1). Вольеры давали животным возможность получить разнообразный опыт социальных взаимодействий, а также обширный сенсорный и моторный опыт. Наиболее очевидным следствием содержания в обогащенной среде было увеличение массы головного мозга -примерно на 10% по сравнению с крысами, содержавшимися в клетках.

Рисунок 1. Обогащенная среда (вольер) для крыс

При этом «обогащенные» крысы обычно весили меньше — отчасти из-за того, что у них было больше физических нагрузок.

Главный вопрос звучит так: в чем причина увеличения массы головного мозга? В своих исследованиях Анита Сиревааг и Уильям Гриноу (Anita Sirevaag, William Greenough, 1988) использовали световую и электронную микроскопию для анализа 36 аспектов морфологии синапсов, клеток и кровеносных сосудов коры головного мозга крыс, выросших в клетках или в обогащенной среде.

Они пришли к простому выводу: под воздействием разнообразного опыта происходят изменения не только в дендритах, но также в глии, кровеносных сосудах и метаболических процессах (рис. 2).

Рисунок 2. Последствия содержания в обогащенной среде. По воздействием опыта происходят изменения не только в нейронах коры, но также в астроцитах и кровеносных сосудах.

Животные с более богатым опытом имеют больше синапсов на один нейрон. Кроме того, у них больше астроцитов и больше капилляров; они имеют больший объем митохондрий. Очевидно, что при изменении мозга под воздействием опыта имеют место ожидаемые изменения в нервной системе — они сопровождаются подстройкой метаболических процессов под более крупные нейроны.

Герд Кемперманн и его коллеги (Gerd Kempermann, 1998) решили проверить, может ли воздействие опыта на самом деле изменить количество нейронов в головном мозге. Для этого они сравнили процессы образования нейронов в гиппокампах крыс, содержавшихся в обогащенной среде и лабораторных клетках. Они обнаружили новые нейроны, несколько раз инъецировав животным БДУ в тот период, когда крысы жили в обогащенной среде.

Образовавшиеся в головном мозге за время эксперимента новые нейроны поглотили БДУ. Позднее, когда исследователи сравнили гиппокампы, они обнаружили, что у живших в обогащенной среде крыс было больше новых нейронов, чем у крыс, живших в клетках. Хотя ученые не исследовали другие структуры головного мозга, такие как обонятельная луковица, логично было бы предположить, что схожие изменения имели место и в других структурах нервной системы.

Это очень интересный результат — он показывает, что опыт может не только изменять существующие нейронные системы, но также стимулировать нейрогенез и, соответственно, формирование новых нейронных систем.

- Читать далее "Развитие сенсорных, моторных функций и нейропластичность - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 21.11.2023