Мозг — это невероятный орган, который контролирует все, что мы делаем, от мышления и мечтаний до движения и чувств. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, как ваш мозг учится и запоминает вещи? Вот тут возникает концепция синаптической пластичности, при которой одновременная активация нейронов усиливает синапс. Коммуникационные клетки мозга, называемые нейронами, образуют связи друг с другом. Нейроны — это клетки нервной системы, отвечающие за передачу электрических импульсов и обработку информации, как в мозге, так и во всём теле. Связи между нейронами называются синапсами (специализированные соединения между нейронами, которые обеспечивают передачу электрических или химических сигналов, облегчая коммуникацию внутри всей нервной системы). Синапсы позволяют передавать сигналы от одного нейрона к другому.
Обучение и запоминание всей информации происходят в человеческом мозге из-за особого процесса, называемого пластичностью Хебба. Этот процесс делает связи между клетками мозга, более крепкими, когда нейроны работают вместе. Эти более крепкие связи помогают нам думать, осваивать новые навыки и запоминать не только данные, но и запахи, ощущения, визуальную информацию. Учёные давно уже изучают, как работает пластичность Хебба, а с некоторых пор используют такие инструменты, как транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), чтобы изменить эти связи между клетками мозга без необходимости хирургического вмешательства. Исследователи надеются, что, сумев понять, как функционирует пластичность Хебба и как на неё можно эффективно воздействовать, возможно будет найти лучшие способы помочь людям учиться, улучшать память и даже лечить проблемы, связанные с нарушениями мозговой деятельности, вплоть до лечения глубокой депрессии или потери памяти.
Синапсы могут становиться сильнее или слабее в зависимости от того, как часто они используются — связи становятся сильнее, когда они используются многократно. Эта способность изменять силу связей между клетками помогает мозгу адаптироваться к новому опыту. Когда мы рождаемся, в нашем мозге гораздо больше связей между нейронами, чем нам на самом деле нужно, — как в густом лесу, полном лиан и запутанных тропинок. По мере того, как мы растём и учимся на собственном опыте, некоторые из этих связей становятся сильнее и важнее, а другие слабее. Например, когда вы начинаете учиться играть на музыкальном инструменте, ваш мозг укрепляет связи, которые помогают вам играть лучше, в то время как менее полезные связи слабеют. Этот процесс похож на прогулку по лесу в первый раз: сначала тропинка неясна, и лианы могут преграждать вам путь. Но каждый раз, когда вы идёте по тропинке, она становится яснее и быстрее, поскольку вы находите короткие пути и убираете препятствия с пути. Аналогично, пластичность Хебба помогает нам развиваться и расти, делая эффективнее важные связи в нашем мозге.
Пластичность Хебба возникает, когда нейроны «срабатывают» вместе. Это означает, что, когда нейроны активизируются одновременно, их связи становится сильнее. Этот процесс похож на то, как сервера, расположенные в разных дата-центрах, устанавливают связь друг с другом, а эти связи потом сохраняются в кэше, и при необходимости быстро восстанавливаются, даже независимо от того, какие новые пути предложат для этого маршрутизаторы. Но современные интеллектуальные маршрутизаторы тоже запоминают самый короткий эффективный путь, сохраняя его в своей БД. Представьте себе спортивную команду — когда игроки вместе и отрабатывают одни и те же движения, они становятся более скоординированными и эффективными. Аналогично, когда нейроны многократно срабатывают вместе, их связь укрепляется, что упрощает им совместную работу в будущем. Этот процесс может происходить всего с двумя нейронами, но часто одновременно срабатывает множество, действуя как целая огромная команда, работающая синхронно. Чем больше нейронов срабатывает вместе, тем прочнее становятся их связи, создавая более эффективную сеть в мозге. Этот процесс важен для обучения и памяти, укрепляя связи в мозге.
Если вы разрабатываете последовательную программу обучения, например, регулярно практикуясь, мозг укрепляет нейронные пути, которые помогают вам сохранять и запоминать то, что вы пытаетесь выучить. Представьте себе, что вы учитесь кататься на велосипеде. Сначала это сложно, но по мере практики ваш мозг укрепляет связи, связанные с равновесием, вращением педалей и рулевым управлением. Чем больше вы практикуетесь, тем сильнее становятся эти связи, что облегчает вам езду на велосипеде без падений. Это как будто ваш мозг говорит: «Это важно! Я укреплю эти связи, чтобы в следующий раз вы могли сделать это лучше!». Пластичность Хебба также очень важна для игры на музыкальных инструментах — частая практика исполнения гамм укрепляет нейронные пути (технику игры), что облегчает потом изучение более сложных композиций.
Пластичность Хебба касается не только обучения новым навыкам, но она также помогает вашему мозгу оставаться здоровым, а может, наоборот, негативно влиять на то, как вы себя чувствуете. В некоторых состояниях, таких как депрессия или посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), проблемные симптомы могут быть вызваны плохой функцией определённых мозговых связей. Представьте, что пути между важными частями вашего мозга были бы слабыми или сломанными — тогда человеку может быть сложнее ясно мыслить, концентрироваться или чувствовать себя счастливым. Когда человек испытывает стресс или травму, пластичность Хебба также может случайно усилить вредные связи. Это происходит потому, что мозг пытается защитить себя, но иногда это заканчивается усилением нейронных путей, которые делают человека более уязвимым для негативных эмоций или реакций на стресс. К счастью, изучение того, как укреплять «положительные» нейронные пути, такие как те, которые участвуют в здоровых стратегиях преодоления трудностей, физической активности или устойчивости, может помочь восстановить равновесие, улучшить настроение людей и общее психическое благополучие.
Неинвазивная стимуляция мозга — это методы, используемые для изменения активности мозга, модулирующие нейронную активность с помощью внешних средств, таких, как магнитные поля или электрические токи, без необходимости хирургического вмешательства. Термин «неинвазивный» означает, что эти методы безопасны и безболезненны, применяются снаружи черепа и могут влиять на функцию мозга, модулируя активность нейронов. Различные типы стимуляции помогают учёным и врачам безопасно исследовать работу мозга более основательно.
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) — неинвазивный метод нейромодуляции, при котором магнитные поля используются для индукции электрических токов в определённых областях коры головного мозга, изменяя возбудимость и активность нейронов. Существует ещё стимуляция постоянными токами (tDCS) — методика, при которой к коже головы подводится слабый электрический ток для модуляции возбудимости коры головного мозга, часто используемая для улучшения когнитивных и двигательных функций.
Оба метода влияют на пластичность Хебба в мозговой деятельности: когда определённая часть мозга стимулируется, изменяя силу связей между нейронами, так же, как отработка навыка при спортивных упражнениях. Это изменение в активности нейронов может улучшить процессы обучения посредством укрепления синапсов, особенно в областях мозга, которые участвуют в процессах запоминания. Например, ТМС может быть направлена на области мозга, отвечающие за рабочую память (когнитивная система, отвечающая за временное хранение и активное манипулирование информацией, необходимой для сложных задач, таких как понимание, обучение и решение проблем), улучшая способность мозга кодировать, хранить и извлекать информацию. Кроме того, методы стимуляции исследуются в терапевтических целях, таких, как лечение неврологических состояний, депрессия и расстройства памяти. Модулируя пластичность Хебба, эти процедуры помогают исследователям понять адаптивность мозга и улучшить потенциал для закрепления познавательных способностей, а также решения проблем нейродегенеративных расстройств, таких, как болезнь Альцгеймера или старческая деменция.
Представьте себе свой мозг как оркестр, в котором каждый нейрон — музыкант, играющий свою партию. Связи между нейронами подобны симфонии, создаваемой, когда музыканты играют вместе. Теперь представьте катушку ТМС как дирижёра этого оркестра, посылающего магнитные импульсы в конкретные части мозга, чтобы помочь нейронам «играть» синхронно и повысить активность в областях, которые важны для настроения и обучения. Транскраниальная магнитная стимуляция помогает мозгу работать гармонично, укрепляя связи и повышая активность там, где это больше всего нужно. В таких состояниях, как депрессия, когда определённые области мозга недостаточно активны, магнитное поле стимулирует эти области, «пробуждая» неэффективные сети нейронов. Например, стимуляция части мозга, участвующей в регуляции настроения, может помочь уменьшить симптомы депрессии путём «перепрограммирования» областей мозга, которые работают неправильно. Некоторые исследования предполагают, что, изменяя пластичность Хебба, стимуляции могут даже влиять на способность мозга заново осознавать и понимать окружающий мир после серьёзных расстройств и нарушений в следствие болезней или травм.
