Нейропластичность¶

Нейропластичность — это способность нервной системы изменять свою структуру и функции в ответ на опыт, обучение, повреждение или изменения условий среды. Термин описывает свойство нейронов и нейронных сетей образовывать новые синаптические связи, укреплять или ослаблять существующие, а в отдельных случаях — порождать новые нейроны. Нейропластичность лежит в основе обучения, памяти, восстановления после травм и адаптации к изменяющимся обстоятельствам.

¶История понятия

Идея о том, что мозг способен изменяться под воздействием опыта, высказывалась ещё в XIX веке. В 1890 году Уильям Джеймс в «Принципах психологии» писал о том, что нервные пути могут усиливаться или ослабляться в зависимости от частоты их использования. В начале XX века испанский невролог Сантьяго Рамон-и-Кахаль, основоположник нейрональной доктрины, предполагал, что взрослый мозг обладает ограниченной способностью к перестройке, которую он назвал «прогрессивной пластичностью».

Долгое время господствовала противоположная точка зрения — о неизменности нервной системы после завершения развития. Её поддерживали работы, показывавшие, что структура мозга взрослого человека остаётся стабильной. Переломным стал период 1960-х — 1980-х годов, когда эксперименты с обучением животных продемонстрировали изменения в мозге под действием опыта. Термин «нейропластичность» в современном значении закрепился в 1980-х годах благодаря работам нейробиолога, в частности Нормана Дойджа и Майкла Мерцениха, изучавших перестройку корковых карт.

¶Механизмы

Нейропластичность реализуется на нескольких уровнях.

¶Синаптическая пластичность

Основной механизм — изменение эффективности синапсов. Ключевое правило было сформулировано Дональдом Хеббом в 1949 году: «Нейроны, которые активируются вместе, связываются вместе». При многократном совместном возбуждении двух нейронов связь между ними усиливается (долгосрочная потенциация, LTP), а при редком взаимодействии — ослабляется (долгосрочная депрессия, LTD). Эти процессы считаются клеточным субстратом памяти и обучения.

¶Структурная пластичность

Помимо усиления связей, мозг способен менять их анатомию. Существует нейрогенез — образование новых нейронов. Долгое время считалось, что он прекращается после детства, однако в 1990-х годах было показано, что новые нейроны образуются в гиппокампе (зонах CA1 и зубчатой извилине) и в обонятельной лампе взрослых животных и человека. Объём нейрогенеза у человека остаётся предметом научных дискуссий.

Также описаны изменения в дендритных шипах, росте аксонов, миелинизации и даже в организации корковых карт.

¶Функциональная пластичность

При повреждении одного участка мозга его функцию могут взять на себя соседние области. Этот феномен был впервые подробно описан в работах по восстановлению речи у пациентов с повреждениями левого полушария. Функциональная перестройка наблюдается после инсультов, черепно-мозговых травм и при ампутации конечностей — корковое представительство «резервной» области расширяется.

¶Критические периоды

В развитии нервной системы выделяют критические (сенситивные) периоды — окна повышенной пластичности, когда мозг особенно чувствителен к определённому опыту. Классический пример — формирование зрительной системы: если в раннем возрасте один глаз лишён зрения, мозг «переназначает» его корковое представительство на другой глаз, и зрительная функция этого глаза остаётся нарушенной. Критические периоды закрываются под действием тормозных интернейронов и миелинизации.

¶Факторы, влияющие на пластичность

На нейропластичность влияют:

• Физическая активность — аэробные нагрузки повышают уровень нейротрофического фактора мозга (BDNF), способствующего выживанию и росту нейронов.
• Сон — во время глубокого сна происходит консолидация памяти и «очистка» синаптических связей.
• Обогащённая среда и обучение — новые умения и впечатления стимулируют синаптическую перестройку.
• Стресс — хронический стресс повышает уровень кортизола, что подавляет нейрогенез в гиппокампе и снижает пластичность.
• Возраст — пластичность сохраняется на протяжении всей жизни, но в зрелом возрасте для перестройки требуется более интенсивный и длительный опыт.

¶Применение

Понятие нейропластичности лежит в основе современных подходов к реабилитации после инсультов и травм, методов обучения взрослых, нейропсихологической коррекции. В России изучением пластичности мозга занимаются в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, в НИИ физиологии Сибирского отделения РАН и в ряде университетских лабораторий. Идеи нейропластичности используются в разработке методов борьбы с возрастным снижением когнитивных функций и в нейрореабилитации.

¶Критика и ограничения

Популяризация нейропластичности породила ряд преувеличений. Критики отмечают, что пластичность не безгранична: существуют жёсткие анатомические и молекулярные ограничения, а некоторые повреждения необратимы. Отдельные заявления о возможности «перепрограммировать» мозг с помощью простых тренировок не находят подтверждения в контролируемых исследованиях. Спорным остаётся и объём нейрогенеза у взрослого человека.

¶Источники

• Джеймс У. Принципы психологии. — 1890.
• Хебб Д. Организация поведения. — 1949.
• Мерцених М. Сила пластичности. — 2020.
• Дойдж Н. Мозг, который сам себя меняет. — 2007.
• Кольцова М. М. Избранные труды: развитие речи у детей. — М.: Педагогика.