Сегодня, 22 июля, отмечается Всемирный день мозга. К этой дате ученый Пермского Политеха Валерий Литвинов назвал СИА-ПРЕСС топ-10 фактов о главном органе человека: почему его память сравнивают с 20 тысячами смартфонов, как сигналы в мозге могут двигаться со скоростью истребителя и зачем мышцы пресса помогают ему очищаться.
1. В мозге работает до 100 млрд нейронов
Нейроны – это главные клетки нервной системы. Они принимают, обрабатывают и передают сигналы с помощью электрических и химических импульсов. Благодаря им работает не только мозг, но и мышцы, внутренние органы, память, мышление и способность учиться.
«По разным оценкам в нашем мозге их содержится от 19 млрд до 100 млрд штук. Такой разброс в данных возникает из-за трудности точного подсчета клеток в этом объемном и сложном органе», – комментирует кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Валерий Литвинов.
Большая часть нейронов появляется еще до рождения человека. Во взрослом возрасте новые клетки мозга, если и образуются, то в очень небольшом количестве. В основном это происходит в гиппокампе ‒ области, связанной с памятью и обучением.
«При этом скорость их образования, по разным оценкам, варьируется от крайне низкой ‒ менее 0,03% в день, до полного отсутствия у некоторых людей. С гибелью нейронов ситуация обстоит иначе: в норме она происходит постоянно, и ее скорость составляет от 3,5 до 16 млн клеток в день. Однако переживать не стоит: это естественная часть работы головного органа, связанная с «обрезкой» лишних или неиспользуемых связей, которая важна для его эффективной работы», – делится ученый.
2. Память мозга – как 20 тысяч смартфонов
Человеческий мозг способен хранить огромный объем информации. По оценке Валерия Литвинова, его память составляет около 2,5 петабайт ‒ это примерно 2,5 млн гигабайт.
Для сравнения: такой объем можно сопоставить с памятью 20 тысяч смартфонов по 128 ГБ.
«Секрет даже не в количестве нейронов, а в их способности создавать невероятное количество связей. Каждая такая клетка может формировать более тысячи соединений, создавая сложнейшую сеть. Информация распределяется по этим нитям, и именно такое комбинирование путей увеличивает его емкость», – объясняет ученый Пермского Политеха.
3. Равновесию нужно больше нейронов, чем речи
За наше равновесие и координацию отвечает мозжечок. Он занимает всего 10% объема черепа и весит около 154 граммов, но при этом содержит 70-80% всех нейронов мозга.
Для сравнения: в коре полушарий, которая отвечает за мышление и речь, находится только 19-20% нервных клеток.
«Такое неравномерное соотношение объясняется ключевой ролью мозжечка в автоматизации движений и обучении: здесь хранятся все отработанные двигательные навыки ‒ от ходьбы до игры на фортепиано, а каждая его клетка может принимать до 200 000 сигналов от других нейронов. Но этим его функции не ограничиваются: современные исследования показывают, что он также участвует в эмоциональных реакциях, планировании, формировании системы вознаграждения и даже социальном поведении ‒ именно поэтому его повреждения могут приводить не только к нарушению равновесия, но и к проблемам с памятью и вниманием», ‒ объясняет Литвинов.
4. Сигналы в мозге летят как истребитель
Скорость сигнала в мозге зависит от толщины нервного волокна и наличия миелиновой оболочки.
«Максимальная скорость передачи импульса в мозге достигает 432 км/ч – примерно так разгоняется реактивный истребитель на взлете. Этого темпа достигают самые крупные и толстые нервные пути, которые в первую очередь отвечают за доставку команд от скелетных мышц и тактильных рецепторов, обеспечивая нашу способность ощущать положение тела в пространстве и быстро реагировать на прикосновения», – рассказал спикер.
Тонкие волокна, у которых нет миелиновой изоляции или ее очень мало, проводят импульсы гораздо медленнее – до 7,2 км/ч. По ним передаются сигналы боли и температуры. Поэтому боль после ушиба или перелома может ощущаться с задержкой по сравнению с обычным прикосновением.
5. Мозг тратит столько же энергии как лампочка
Электрический сигнал в мозге появляется благодаря движению заряженных частиц натрия и калия. Они растворены в жидкостях организма, попадают туда с пищей и водой, а затем распределяются особым образом: калий концентрируется внутри нейронов, натрий – снаружи.
«Когда приходит сигнал, ионы натрия устремляются внутрь, меняя заряд на положительный ‒ это и есть электрический импульс. Затем открываются каналы для ионов калия, которые выходят наружу, возвращая заряд обратно и подготавливая клетку к следующему всплеску», – говорит эксперт.
В этот момент мозг потребляет около 20 ватт. Такого количества энергии достаточно, чтобы зажечь небольшую светодиодную лампочку.
При этом мощные суперкомпьютеры для сопоставимого объема вычислений потребляют примерно в миллион раз больше – около 20 мегаватт.
6. Часть мозга досталась нам от рыб
Один из древнейших отделов мозга называют «рептильным мозгом». Он включает ствол мозга и мозжечок и отвечает за жизненно важные функции организма.
«Фундамент нашего головного органа или так называемый «рептильный мозг» ‒ это наследство, доставшееся нам от первых позвоночных, живших около 500 миллионов лет назад. Он включает в себя ствол мозга и мозжечок и почти не изменился за сотни миллионов лет эволюции. Именно этот древний отдел берет на себя управление жизненно важными функциями, такими как дыхание, сердцебиение и поддержание равновесия. Процессы происходят на бессознательном уровне, обеспечивая непрерывную работу организма», – делится Валерий Литвинов.
Подтверждения этому ученые находят в исследованиях самых примитивных рыб, например миног. У них базовый набор нейронных ядер схож с человеческим.
7. Мышцы пресса помогают мозгу очищаться
Во время физической активности сокращение мышц живота влияет на работу мозга.
«Когда пресс напрягается, он повышает давление в брюшной полости. По позвоночному венозному сплетению оно передается прямо в череп, заставляя головной орган смещаться вперед на несколько микрометров. Этот механизм жизненно важен, потому что обеспечивает мягкое механическое воздействие, выталкивая отработанную жидкость и токсины из тканей мозга в пространство между его оболочками», – отметил ученый.
Если это взаимодействие нарушается, нормальная очистка мозга может ухудшаться. Например, при ожирении хронически повышается внутрибрюшное давление, что может мешать этому процессу и способствовать когнитивному снижению.
8. В мозге есть клетки для ярких воспоминаний
Астроциты – это самый многочисленный тип клеток вспомогательной ткани мозга. Они имеют звездчатую форму с множеством отростков.
Исследования последних лет показывают, что астроциты могут активировать и стабилизировать конкретные воспоминания.
«Этот механизм работает в два этапа: сначала, когда вы переживаете эмоциональное событие, астроциты в течение нескольких дней наращивают на себе рецепторы, чувствительные к гормону норадреналину, как бы настраиваясь на будущее воспоминание. Когда вы позже вызываете это впечатление в памяти, в мозге снова активируется норадреналин. Астроциты его улавливают, после чего выделяют вещества, укрепляющие связи между нейронами, делая воспоминание более ярким и устойчивым», – объясняет Валерий Литвинов.
9. Мозг – самый жирный орган тела
По словам Валерия Литвинова, около 60% сухого вещества мозга составляет жир. При среднем весе органа 1,3-1,5 кг его количество может достигать примерно 840 граммов.
Такое количество жировой ткани необходимо мозгу для нормальной работы. Большая ее часть сосредоточена в миелиновых оболочках – «изоленте» нервных волокон, которая помогает быстро передавать сигналы.
«А еще это главный строительный материал для мембран нейронов. Они участвуют в обмене веществ и служат источником энергии, и даже могут использоваться как топливо, когда уровень глюкозы падает. Исследования показывают, что истощение жировой прослойки или изменение ее состава связано с риском развития нейродегенеративных заболеваний», – говорит Валерий Литвинов.
10. После 50 лет мозг начинает уменьшаться
После 50 лет объем мозга уменьшается примерно на 2-3% за каждое десятилетие.
«Это происходит не столько из-за массовой гибели нейронов, сколько из-за того, что они сами становятся меньше, их отростки укорачиваются, а число связей между ними сокращается. Кроме того, с возрастом страдают вспомогательные клетки мозга. Например, олигодендроциты, отвечающие за создание миелиновой изоляции нервных волокон, теряют свою активность, что ведет к уменьшению объема белого вещества, отвечающего за передачу сигналов, а астроциты, выделяющие питательные элементы, перестают эффективно поддерживать нейроны. Это естественный процесс, который в первую очередь затрагивает кору головного мозга и гиппокамп ‒ области, критически важные для памяти и сложного мышления», – отмечает Литвинов.
Замедлить возрастные изменения можно. По словам ученого, мозг сохраняет ресурс нейропластичности – способности перестраиваться и компенсировать потери.
Современные исследования показывают, что некоторые слои коры остаются стабильными даже в глубокой старости, если они активно используются. Сохранить мозг помогают регулярная физическая активность, особенно упражнения на координацию и внимание, сбалансированное питание с омега-3 жирными кислотами, а также постоянная умственная и социальная активность.
Материал предоставила пресс-служба Пермского Политеха