Бігти і думати
Як фізкультура робить равлик і людину розумнішою
- Чи правда, що фізкультура добре впливає на наші розумові здібності?
— Так, до того ж довгий час біологам здавалося, що тут немає жодної інтриги. Зрозуміло, що рухова активність покращує метаболізм, кровообіг, від чого збільшується доступ кисню до тканин та нервова система працює краще.
Якийсь час тому з'ясувалося, що все набагато цікавіше, тому що ефект може проявлятися настільки швидко, що його не можна пояснити лише метаболізмом та кровообігом. Виявилося, що мозок за інтенсивного руху виробляє сигнальні молекули, що активують його роботу.
Спочатку інтерес до цього механізму виник з боку медиків — виявилося, що інтенсивну фізичну активність можна використовувати як терапію при неврологічних та когнітивних захворюваннях. Наприклад, легкі форми депресії чудово лікуються фізкультурою. Також вона допомагає при нейродегенеративних розладах, у тому числі вікових, і навіть за відновлення після мозкових травм та інсультів.
У здорових людей також спостерігається стимуляція роботи мозку. Наприклад, після зарядки люди легше ухвалюють рішення. Вони можуть бути менш точними, але людина найменше сумнівається. Впевненість та оптимізм – це дуже виражені ефекти.
Раніше вважалося, що цей ефект можна спостерігати тільки при регулярних тренуваннях, потім виявилося, що достатньо півгодини занять і не потрібно займатися регулярно, а при дуже інтенсивних заняттях достатньо кількох хвилин.
Звісно, треба знати міру. У професійних спортсменів виникає залежність, і, якщо вони перестають тренуватися, може розвиватися депресія.
— Як працює цей механізм?
— При фізичних навантаженнях умозку виробляються кілька типів речовин. Серотонін має антидепресивну дію, підвищує настрій, стимулює активну поведінку. Вироблення дофаміну пов'язані з відчуттям впевненості під час прийняття рішень.
Крім того, активується ендоканабіноїдна система, тобто зарядка - це все одно що трішки покурити анаші. Настає легка ейфорія, покращується настрій. Також починає працювати опіоїдна система - у мозку виробляються опіоїдні пептиди - "внутрішні наркотики", які також пов'язані з відчуттям задоволення.
Це пояснює, чому за деякий час людям починає подобається займатися спортом. Спочатку важко, але в якийсь момент дуже багато хто відчуває, що продовжувати хочеться. На щурах було показано, що це відбувається через увімкнення внутрішніх систем підкріплення.
Також виробляється ціла низка факторів росту, зокрема нейротрофічний фактор мозку. Тому рухова активність підвищує нейрогенез – утворення нових нервових клітин – у гіпокампі. Завдяки цьому фізичні вправи покращують пам'ять та полегшують навчання.
— Виходить, наш мозок — за здоровий спосіб життя?
— З погляду витрати енергії, існування цього механізму виглядає дивним. Одна з головних турбот організму — як отримати більше, а енергії витратити менше. Двигуна активність - це і так колосальна витрата енергії. Не дуже зрозуміло, навіщо після її припинення зберігати стан підйому, готовності витрачати ще більше енергії, замість того, щоб заповнювати витрачене.
Ще цікавіше стало, коли біологи стали з'ясовувати, у що обходяться живим істотам розумові здібності: скільки вони коштують з погляду витрати енергії і чи вичерпується плата лише нею.
Насамперед, хоча здається,що когнітивні функції дають колосальне перевагу у внутрішньовидової конкуренції, чомусь розумні особини у популяціях займають далеко не лідируючу позицію.
Були експерименти на дуже різних тваринах — наприклад, є старі роботи з щурів і недавні — на мухе-дрозофілі, коли вчені цілеспрямовано відбирали протягом багатьох поколінь тих тварин, які краще навчаються, вирішують завдання. Ефект був разючий: виявилося, що у тварин різко знижується конкурентоспроможність, плодючість, зменшується кількість нащадків, а ті, що народжуються, виходять слабшими. Тобто, з біологічної точки зору, плата була катастрофічна.
Портрет дрозофіли мухи. Фото: Ireneusz Waledzik / ФОТОДІМ / shutterstock
На біологічному факультеті МДУ у сімдесятих роках у лабораторії Крушинського дослідники просто не змогли довести ці експерименти до кінця, тому що у щурів, яких відбирали на кмітливість, тривожність збільшувалася швидше, ніж здатність до вирішення завдань. В результаті тварини були наскільки нервовими, що ніякої користі від них в експериментальній ситуації не було.
Кілька років тому в лабораторії повторили ці експерименти, але стали вести відбір за двома параметрами: і за розумом, і за низькою тривожністю в експериментальній ситуації. Тих тварин, які виявляли високу тривожність, відбраковували. Вченим удалося отримати лінію, яка краще вирішувала експериментальні завдання. Не можна сказати, що щури були надрозумними, але статистично проходили тести краще, ніж контрольна група. Проте щодо тривожності результати були неоднозначними: у деяких експериментах щури показували низьку тривожність, у деяких — високу.
Так що когнітивні можливості обходяться досить дорого. Вони такожшвидко згасають, коли ситуація перестає їх вимагати. Наприклад, середовище стає більш постійним або тиск статевого відбору знижується. Враження таке, що просто так організм не активуватиме їх Тому поліпшення когнітивних здібностей після енергетично витратної рухової активності здається парадоксальним. Тому ми й зацікавилися цією темою.
— Як ви пояснюєте цей парадокс?
— По-перше, у природних умовах підвищення рухової активності найчастіше пов'язане з тим, що тварина переслідує когось або від когось тікає. У таких умовах все потрібно робити швидше, у тому числі оцінювати ситуацію та приймати рішення.
Але здавалося б, пробіглися, зупинилися – можна вимикати тямущість. Проте виявляється, що навпаки: ці ефекти як зберігаються після вправ, а й можуть посилюватися. Наше припущення: наздоганяючи або тікаючи, тварина виявляється у менш знайомій обстановці. Зрозуміло, що в такій обстановці краще опинитися з мозком, що активно працює: прогаваєш хижака за кущем — і все, тебе з'їли. Якщо ці гіпотези вірні, цей механізм має бути дуже поширений у природі. Ця функція мала бути зашита в нас дуже давно.
— Як ви перевіряли ці припущення?
— Ми взяли тварин, дуже далеких від людини, — цвіркунів та равликів. У них немає ніякого гіпокампу, в якому міг би відбуватися нейрогенез, нервова система влаштована зовсім по-іншому, і спільний предок у них з людиною був у давнину якимсь примітивним черв'ячком.
Ми виявили, що рухова активність впливала на наших піддослідних, хоча щодо них і говорити не можна про когнітивні функції. Цвіркунів ми змушували літати - у них це самаенергоємна форма активності, а потім дивилися на такі форми поведінки, як полохливість, агресія та догляд. Коротко: фізичні вправи підвищували агресію, стимулювали поведінку, що доглядає, і знижували полохливість.
Говорити про розумові здібності равлика теж складно. Проте проблему вибору тієї чи іншої поведінки вирішує і равлик, і навіть одноклітинна тварина просто відбувається це по-різному. Ми не знаємо, думає равлик чи ні, але рішення він може приймати, його нервова система якось уміє зважувати «за» та «проти».
Ми дивилися, як впливає рухова активність на швидкість прийняття рішень равликом- ставком. Равлик, який живе в акваріумі, ми поміщали в нове для нього середовище — виймали його з води і садили на скло. У природі равлики і самі іноді виповзають на сушу в пошуках їжі або нового місця проживання, якщо, наприклад, у водоймі змінився склад води. Але довго равлик перебувати на суші не може, тому що засихає без води. Тому вона має збагнути, куди йти, і зробити це швидко.
Виявилося, що равлики, які до цього інтенсивно повзали - а ми їх змушували це робити - набагато швидше ухвалювали рішення, в який бік іти, і швидше рухалися. Вони продовжували витрачати енергію більш активно, і цей ефект на диво схожий на той, що спостерігається у ссавців, у тому числі людини.
Після фізичних вправ у равликів змінюється реакція на дотик. Зліва: равлик, якого не змушували до цього повзати, чіпають паличкою — равлик ховається. Праворуч: равлик, який змушували повзати, чіпають паличкою — равлик витягає голову і починає оглядатися. Фото надане Варварою Дьяконовою