NEURONY UMIERAJĄ Z NUDÓW |
Nawet w dojrzałym mózgu codziennie powstają nowe komórki nerwowe. Z ostatnich badań wynika, że wspomagają one złożone procesy uczenia się, a im więcej od nich wymagamy,
w tym lepszej są formie. Nieużywane - giną.
TRACEY J. SHORS
Oglądając telewizję, słuchając radia lub czytając prasę, można natknąć się na reklamy namawiające do ćwiczenia mózgu. Zachęcają one do utrzymywania umysłu w dobrej kondycji poprzez codzienne obciążanie go rozmaitymi zadaniami - od zapamiętywania list, poprzez układanie puzzli, aż do szacowania liczby drzew w parku - i usłużnie podsuwają różnorodne programy treningu.
Choć propozycje takie mogą się wydać podejrzane czy niewiarygodne, trudno obecnie zaprzeczyć, że mają coraz solidniejsze oparcie w neurobiologii. Ostatnie badania (co prawda przeprowadzane głównie na szczurach) wykazały, że uczenie się zwiększa przeżywalność nowo powstałych neuronów w dorosłym mózgu. Przy czym im trudniejsze i bardziej wciągające zadanie, tym liczba zaangażowanych i ocalonych komórek większa. Zapewne pozostają one później w pogotowiu, włączając się do akcji w sytuacjach wymagających od narządu wielkiego wysiłku. Wygląda więc na to, że praca umysłowa wzmacniałaby go tak, jak ćwiczenia fizyczne - ciało.
Odkrycia te wydają się istotne zwłaszcza dla umysłowych leni, którym przydałoby się parę intelektualnych przysiadów dziennie. Ale jeszcze ważniejsze są dla osób cierpiących na chorobę Alzheimera lub inne schorzenia neurodegeneracyjne we wczesnych stadiach - wyzwania i trudne zadania dostarczą mózgowi stymulacji mogącej spowolnić poznawcze upośledzenie.
Oto nowy neuron!
Przed 10 laty światem neurobiologii wstrząsnęło odkrycie, że w mózgu dorosłego ssaka mogą powstawać nowe neurony. Biolodzy długo uważali, że ich wytwarzanie to dar młodych, rozwijających się umysłów, zanikający z wiekiem. Jednak na początku lat dziewięćdziesiątych Elizabeth Gould, wówczas z Rockefeller University, wykazała, że komórki nerwowe powstają również w dojrzałym mózgu, zwłaszcza w obszarze zwanym hipokampem, zaangażowanym w uczenie się i pamięć. Obserwacje te szybko potwierdzono na wielu gatunkach zwierząt, od myszy po małpy, a do 1998 roku neurobiolodzy z USA i Szwecji dowiedli, że neurogeneza zachodzi również u dorosłych ludzi [patrz: Gerd Kempermann, Fred H. Gage "Nowe komórki nerwowe w dojrzałym mózgu"; Świat Nauki, lipiec 1999].
U gryzoni badania neurogenezy bazują zazwyczaj na wstrzyknięciu bromodeoksyurydyny (BrdU), syntetycznego analoga tymidyny, który wbudowuje się do DNA replikowanego podczas podziału i pozwala dojrzeć komórki potomne pod mikroskopem. Takie eksperymenty wykazały, że w hipokampie szczura codziennie powstaje 5-10 tys. nowych neuronów (ścisłych danych odnośnie do człowieka brak).
Tempo ich wytwarzania nie jest jednak jednostajne - może zależeć od wielu czynników środowiskowych. Dowiedziono na przykład, że spożycie alkoholu spowalnia generację nowych neuronów. Ćwiczenia fizyczne mogą ją za to nasilić. Szczury i myszy długo biegające w karuzeli wytwarzają niemal dwa razy więcej neuronów niż zwierzęta nieaktywne. Nawet jedzenie czarnych jagód wydaje się wspomagać tworzenie nowych komórek w hipokampie gryzoni.
Używasz albo tracisz
Dzięki ćwiczeniom i innym formom aktywności można pobudzić powstawanie dodatkowych komórek nerwowych w mózgu. Nie muszą one jednak pozostać w nim na zawsze. Wiele, jeśli nie większość, zniknie bez śladu już po kilku tygodniach. Co prawda taki los spotyka prędzej czy później dużą część komórek naszego ciała, więc to, że neurony umierają, nie jest niczym zaskakującym. Zastanawia natomiast, że dzieje się to tak szybko. Po co mózg zadawałby sobie trud tworzenia nowych komórek, aby zaraz potem ich się pozbyć?
Z naszych badań szczurów wynika, że neurony produkowane są "na wszelki wypadek". Gdy zwierzęciu trafi się do rozwiązania problem poznawczy, przetrwają. Jeśli nie - zanikają. Gould, która obecnie pracuje w Princeton University, wraz ze mną dokonała tego odkrycia w 1999 roku, w serii badań nad wpływem uczenia się na losy nowych neuronów w mózgu szczura.
Stosowałyśmy zadanie nazywane warunkowaniem mrugania. Przypomina ono nieco słynne doświadczenia Pawłowa, w których pies zaczynał się ślinić, kiedy słyszał dźwięk kojarzący mu się z jedzeniem. Podczas warunkowania mrugania w chwilę (około 500 ms) po krótkim sygnale akustycznym następuje jednak nie podanie posiłku, lecz dmuchnięcie powietrza w oko albo dotknięcie powieki, które ma wywołać odruchowe mrugnięcie. Po odpowiedniej liczbie powtórzeń - zwykle kilkuset - zwierzę zaczyna kojarzyć dźwięk z następującą po nim nieprzyjemną stymulacją oka i przewidywać jej wystąpienie, toteż zaraz po sygnale zamyka powieki, zanim poczuje dotknięcie. Zadanie powiązania dwóch następujących po sobie zdarzeń może się wydawać banalne, ale pozwala na dobry pomiar uczenia antycypacyjnego (anticipatory learning) u zwierząt - zdolności przewidzenia przyszłości na podstawie tego, co zaszło w przeszłości.
Aby zbadać powiązania między uczeniem a neurogenezą, zwierzętom na początku doświadczenia wstrzykiwano bromodeoksyurydynę. Tydzień później niektóre szczury rozpoczynały trening mrugania, a resztę pozostawiano w spokoju w ich klatkach. Po czterech czy pięciu dniach gryzonie, które nauczyły się mrugać na czas, miały w hipokampie więcej neuronów oznakowanych BrdU niż ich niećwiczący kuzyni. Wywnioskowaliśmy, że zadanie testowe ocaliło te neurony, które w innej sytuacji by umarły. U zwierząt nietrenujących do końca doświadczenia przetrwało niewiele komórek, które początkowo wyznakowały się BrdU. Natomiast u ćwiczących pozostawało ich tym więcej, im lepiej uczyło się zwierzę. To samo zachodziło podczas nauki pokonywania labiryntu.
Kiedy pod koniec XX wieku zaczęliśmy organizować dla szczurów treningi mrugania, interesowały nas tylko te osobniki, które uczyły się dobrze, tzn. mrugały nie wcześniej niż około 50 ms przed rzeczywistą stymulacją i osiągały ten wynik w przynajmniej 60% prób. Ostatnio zapytaliśmy jednak, czy zwierzęta, które się nie nauczyły lub szło im to słabo, również zachowały więcej neuronów? Otóż nie. Jak przedstawiliśmy w publikacji z 2007 roku, szczury, które po około 800 próbach nadal nie umiały przewidywać, że za chwilę odczują dotknięcie, zachowały tak mało nowych neuronów, jak ich bezczynni towarzysze pozostawieni w swoich klatkach.
Prowadziliśmy również treningi mrugania, ograniczając zwierzętom możliwości uczenia się. Dawaliśmy im tylko jeden dzień - w tym czasie odbywały 200 prób. W takiej sytuacji znacznie malał odsetek gryzoni, które nauczyły się przewidywać bodziec. Ale znowu te, które wypadły lepiej, zachowywały więcej neuronów niż osobniki, które zawiodły, choć wszystkie przeszły ten sam trening. Dane te świadczą, że to właśnie uczenie się, a nie samo dostarczanie bodźców związane z ćwiczeniem, zmianą klatki czy zakłóceniem codziennej rutyny ratuje neurony od śmierci.