Благотворное влияние физической нагрузки на мозг на молекулярном уровне я объясню вам на примере поглотителей пищи, или, выражаясь не столь мягко, профессиональных обжор.
Члены одной организации соревнуются в поедании пищи за отведенное время. Она называется Международная федерация скоростной еды, и ее слоган – я говорю совершенно серьезно – звучит гордо: In voro veritas – что в переводе дословно означает «Истина – в объедании». Как и во всякой спортивной организации, у соревнующихся поглотителей пищи тоже есть свои кумиры. Их верховное «божество» чревоугодия – Такеру Кобаяси по прозвищу Цунами. Он обладатель множества наград за победы в конкурсах по скоростному поглощению пищи, в том числе по поеданию вегетарианских кнедликов (его рекорд составил 83 штуки за 8 минут), булочек со свининой (100 штук за 12 минут) и гамбургеров (97 штук за 8 минут). Одним из редких проигрышей Кобаяси было поражение в соревновании с бурым медведем весом 490 килограммов. В 2003 году телеканал Fox показал сюжет под названием «Человек против чудовища» о том, как великий Кобаяси, съевший 31 колбаску, уступил медведю, поглотившему 50 колбасок, причем всего за 2 минуты 30 секунд. Кобаяси утратил звание короля хот-догов в 2007 году, проиграв Джои Честнату, который съел 66 хот-догов за 12 минут, в то время как Цунами удалось справиться лишь с 63.
Но речь пойдет не о скорости. Дело в том, что происходит со всеми поглощенными Цунами хот-догами. Как и всем нам, для измельчения и переработки пищи ему нужны зубы, кислота и кишечник.
Так или иначе, процесс пищеварения происходит с одной целью: чтобы преобразовать пищу в глюкозу – разновидность сахара, излюбленный источник энергии для организма. Глюкоза и прочие продукты метаболизма всасываются в кровь через тонкий кишечник. Питательные вещества доставляются ко всем частям тела, где они оседают в клетках, из которых состоят различные ткани тела. Клетки с хищностью акул поглощают эти сладкие вещества. Химические вещества клеток жадно разрывают молекулярную структуру глюкозы, чтобы добыть из нее энергию. Этот процесс протекает с такой жестокостью, что атомы при этом просто разрываются на части.
Как и при любом производственном процессе, в результате такой интенсивной активности вырабатывается изрядное количество токсичных отходов. В случае с пищеварением эти отходы состоят из неприятных масс избыточных электронов, оторванных от атомов молекул глюкозы. Сами по себе эти частицы проникают в молекулы клеток, превращая их в весьма токсичные субстанции, называемые свободными радикалами. Если сразу их не остановить, они полностью разрушат клетку изнутри, а постепенно и весь организм. Они даже могут вызывать мутацию ДНК. Однако мы не умираем от передозировки электронами, потому что пригодный для дыхания кислород, содержащийся в атмосфере, как губка, впитывает их, что и является его главной функцией. Кроме того, кровь доставляет пищу к тканям, а вместе с ней и кислородные губки. Все лишние электроны абсорбируются кислородом и благодаря молекулярной магии трансформируются во вредный, но не такой подвижный углекислый газ. Кровь возвращается в легкие, где углекислый газ выводится из нее с выдохом. Таким образом, будь вы скоростной или обычный едок, вдыхаемый воздух не позволяет поглощенной пище убить вас.
Питание тканей и вывод токсичных частиц – ключевые моменты этого процесса. Поэтому кровь должна поступать во все части организма. Она выполняет функцию официантов и чистильщиков от вредных веществ, и недостаточное кровоснабжение каких-либо тканей может привести к их отмиранию, включая и мозг. Это важно, так как у мозга просто чудовищный аппетит в потреблении энергии. Хотя мозг составляет всего лишь 2 процента от массы человеческого тела, он использует около 20 процентов потребляемой всем организмом энергии – в 10 раз больше, чем можно было бы предположить. Когда мозг работает в полную силу, он потребляет больше энергии на единицу веса всех тканей, чем четырехглавая мышца во время тренировки. В действительности человеческий мозг не может одновременно задействовать более 2 процентов нейронов. В противном случае глюкоза будет настолько быстро расходоваться, что вы потеряете сознание.
Если вы считаете, что мозгу необходимо большое количество глюкозы и он генерирует много токсичных веществ, то вы попали в самую точку. Выходит, мозгу нужно и много насыщенной кислородом крови. Сколько же пищи и отходов может генерировать мозг за несколько минут? Задумайтесь над следующими статистическими данными. Человеку жизненно необходимы три вещи: пища, питье и свежий воздух. Но их влияние на выживание различно. Вы можете прожить тридцать дней без еды и около недели без воды. Но активность мозга столь велика, что без кислорода он может обходиться не дольше пяти минут без риска возникновения серьезных или непоправимых последствий. Когда кровь не доставляет достаточно кислородных губок, происходит чрезмерное накопление токсичных электронов. Даже в здоровом мозге можно улучшить систему кровообращения. Здесь в игру вступает физическая нагрузка. Это напомнило мне об одном изобретении, которое изменило мир.
Шотландский инженер Джон Макадам жил в XIX веке в Англии. В те времена людям было очень сложно перевозить товары по грязным, илистым, зачастую изрытым ямами дорогам. Макадаму пришла в голову идея улучшить качество дорог, используя слои из камня и гравия, что позволило строить более прочные, менее грязные и устойчивые к размыванию дороги. Постепенно идею стали перенимать, и теперь этот процесс носит название макадамизация. Люди получили возможность надежного обмена товарами и услугами. Состояние второстепенных дорог улучшилось, и вскоре все сельские жители могли свободно добираться в отдаленные от их местности районы по стабильным транспортным артериям. Торговля развивалась. Люди становились богаче. Изменив ход вещей, Макадам изменил образ жизни людей. Однако что общего это имеет с физической нагрузкой? Первостепенной целью инженера было улучшение доступа к товарам и услугам, а не их качества. То же самое происходит и с нашим мозгом при улучшении «дорог» в организме, а точнее кровеносных сосудов, при помощи физической нагрузки. Физическая активность не способствует снабжению кислородом или питанием, но обеспечивает лучший доступ кислорода для питания мозга. Происходит это довольно просто.
Благодаря физической активности кровь лучше циркулирует в тканях организма. Это обусловлено тем, что стимулируется выработка кровеносными сосудами сильных, регулирующих кровоснабжение молекул окиси азота. С улучшением циркуляции крови в теле создаются новые кровеносные сосуды, которые глубже проникают во все ткани, что обеспечивает доступ к «товарам и услугам» кровеносной системы, включая питание и выведение отходов. Чем выше физическая активность, тем больше тканей питается и отходов выводится. Этот процесс охватывает все тело. Поэтому занятия физкультурой улучшают многие функции организма человека: укрепляются существующие и создаются новые транспортные системы, как в идее Макадама, и состояние здоровья становится лучше.
То же самое происходит в мозге человека. Визуализирующие исследования показали, что физические нагрузки способствуют увеличению объема крови в зубчатой извилине – важной части гиппокампа, участвующего в консолидации памяти. Улучшение кровоснабжения в результате создания новых капилляров делает доступными большему количеству клеток мозга услуги «бригад», обеспечивающих кровеносное питание и устранение токсичных отходов.
Еще один эффект физической нагрузки стал понятнее: она больше напоминает удобрение для почвы, нежели дороги. При тестировании на молекулярном уровне ранние исследования показали, что физическая нагрузка также стимулирует самый сильный фактор, влияющий на работу мозга, – BDNF[9], или нейротрофический фактор головного мозга, участвующий в развитии здоровых тканей. BDNF оказывает благотворное влияние на рост определенных нейронов мозга. Протеин позволяет этим клеткам оставаться молодыми и здоровыми, стимулируя их желание создавать связи друг с другом. Он также способствует нейрогенезу – процессу формирования новых мозговых клеток. Больше всего такому влиянию подвержены клетки гиппокампа, тесно связанного с когнитивными способностями человека. Физическая нагрузка включает фактор BDNF. Таким образом, чем выше физическая активность, тем больше «удобрения» получает организм – по крайней мере, когда речь идет о лабораторных животных. Согласно некоторым мнениям, по такому же принципу работает и организм человека.
Все эти факты свидетельствуют об одном: физическая активность – как конфета для когнитивной системы. Человек может вернуться к своему атлетическому прошлому. Нам просто необходимо движение.
В разговоре о возвращении спортсменов на ум приходят такие имена, как велогонщик Лэнс Армстронг и гимнаст Пол Хэмм. Но самое великое возвращение произошло еще до рождения этих спортсменов, в 1949 году, с легендарным гольфистом Беном Хоганом.
Вспыльчивость и грубые манеры Хогана (однажды он съязвил в адрес соперника: «Если бы можно было приставить ему другую голову, то он был бы самым великим гольфистом всех времен») подчеркивали его твердость в принятии решений. Он выиграл чемпионат Ассоциации профессиональных гольфистов в 1946 и 1948 годах и тогда же был назван лучшим игроком года. Но в 1949 году все неожиданно закончилось. Туманной ночью Хоган ехал на автомобиле со своей женой и столкнулся с автобусом. У него были повреждены все кости суставов, задействованных при игре в гольф: ключица, подвздошная кость, таранная кость, ребро; образовались опасные для жизни тромбы. Врачи говорили, что спортсмен больше не сможет ходить, не говоря уже о том, чтобы играть. Но Хоган не обращал внимания на их прогнозы. Спустя год после аварии он вновь вышел на зеленое поле и выиграл Открытый чемпионат США по гольфу. Через три года он отыграл самый успешный сезон, став победителем в пяти из шести соревнований, в которых принимал участие, включая три главных чемпионата года (названных в его честь «Шлемом Хогана»). По поводу одного из величайших возвращений в истории спорта в присущей ему язвительной манере Хоган сказал: «Люди всегда говорили мне о том, что я не смогу сделать». Он ушел из спорта в 1971 году.
Задумываясь о влиянии физической активности на когнитивные способности и способах их улучшения, я вспоминаю о таких возвращениях. Цивилизация, давшая нам такие достижения, как мобильная связь и интернет, оказала нам также и дурную услугу, позволив весь день сидеть на пятой точке. Учась и работая, мы перестаем быть физически активными, такими как наши предки. В результате нам недостает движения.
Вспомним, что наши предки проходили более 19 километров в день. Это значит, что на протяжении всей истории эволюции мозг поддерживался телом олимпийца. Они не просиживали по восемь часов напролет в классах. Не сидели в кабинетах по восемь часов кряду. Если бы мы сидели восемь часов посреди Серенгети, то уже через восемь минут превратились бы в чей-нибудь обед. У нас не было бы миллионов лет для адаптации к сидячему образу жизни. Выходит, мы должны вернуться к прежнему. В первую очередь нужно прекратить бездеятельность. Я уверен, что, разбавив восьмичасовой рабочий день в школе и на работе физическими нагрузками, мы не станем умнее, но это сделает нас нормальными.
Без сомнения, человечество охватила эпидемия избыточного веса, но сейчас я не буду тратить время на обсуждение этой социальной проблемы. Преимущества физической активности можно перечислять долго, так как она влияет на все системы организма и оказывает положительное воздействие на психику. Физическая нагрузка делает более крепкими мышцы и кости, например повышает выносливость и улучшает равновесие, помогает регулировать аппетит, изменяет липидный профиль крови, снижает риск возникновения более десяти видов онкологических заболеваний, укрепляет иммунную систему и противостоит негативному влиянию стресса (см. главу 8). Насыщая кардиоваскулярную систему, физическая активность снижает риск возникновения заболеваний сердца, сердечных приступов и диабета. Что касается пользы для интеллекта, то физические нагрузки подобны чудодейственной целебной пилюле из арсенала современной медицины. Должен существовать способ применения этих волшебных эффектов в практических целях для учебы и работы.
В погоне за более высокими оценками все больше школьных округов[10] отказываются от физического воспитания и перерывов. Учитывая влияние физической активности на познавательную деятельность, этот подход лишен смысла.
В прошлом модель Янси, а сегодня врач, ученый и баскетболистка, описывает результаты реальных тестов: «Они продлевают время академических дисциплин за счет физического воспитания… и поголовно считают: [физическое воспитание] не влияет на выполнение детьми академических тестов… [Когда] подготовленные учителя вводили занятия физической культурой, дети демонстрировали лучшие успехи в языках, чтении и базовых тестах».
Отказ от физических упражнений с целью получить высокие оценки по тестам на знание академических предметов (а нам известно, что физическая активность способствует когнитивной деятельности) похож на попытку набрать вес при помощи голодания. А что если школам включить физическое воспитание в ежедневное расписание уроков, например дважды в день? В ходе одного эксперимента, после обследования состояния здоровья принимавших в нем участие детей, испытуемые приступили к занятиям аэробикой по 20–30 минут каждое утро и упражнениям для укрепления мышц по 20–30 минут после обеда. Все отметили большую эффективность таких занятий при организации тренировок по два-три раза в день. Поскольку прогресс очевиден, вероятно, можно достичь и больших результатов. Можно даже пересмотреть школьную форму. Как же будет выглядеть новый наряд в таком случае? Просто спортивная одежда на каждый день.
Помните эксперимент, в котором, когда дети выполняли физические упражнения, их мозг работал лучше, а после прекращения занятий спортом когнитивные способности испытуемых стремительно ухудшались? Он навел ученых на мысль о том, что важен не уровень спортивных нагрузок, а стабильность насыщения мозга кислородом, – в противном случае эффект улучшения умственной деятельности не снизился бы так быстро. Исследователи провели еще один эксперимент, и его результаты показали, что дополнительный кислород вызвал такой же эффект улучшения когнитивных процессов у здоровых молодых людей.
Они предложили интересную идею для внедрения в классах (не беспокойтесь, речь идет не о кислородном допинге ради высоких оценок): что если в течение урока дети будут не сидеть за партами, а ходить на беговых дорожках? Ученики могут слушать урок по математике или учить английский язык и при этом 1–2 минуты в час заниматься ходьбой на беговых дорожках, расположенных рядом с рабочим столом. Беговые дорожки в классах позволяли бы воспользоваться преимуществами обогащения мозга кислородом и пожинать плоды регулярных физических тренировок. Повлияет ли применение такой методики на успеваемость? До тех пор пока ученые, исследующие мозг, и специалисты системы образования не начнут вместе работать над получением реального полезного результата, ответа мы не узнаем.
Такая же идея может быть воплощена и на рабочих местах, если компании установят беговые дорожки в офисах и будут содействовать физической активности во время утренних и послеобеденных перерывов. Неплохо было бы проводить собрания, пока сотрудники идут по беговой дорожке со скоростью три километра в час. Улучшит ли это способность решать проблемы? Окажет ли влияние на способность запоминать и креативность, как в ходе лабораторных опытов?
Идея внедрения физических нагрузок в план рабочего дня может показаться странной, но реализовать ее совсем несложно. Я поставил беговую дорожку у себя в офисе и теперь регулярные перерывы заполняю не чашкой кофе, а упражнениями. Я даже придумал конструкцию, которая позволяет установить компьютер так, чтобы я мог писать электронные письма, пока занимаюсь спортом. Сначала было сложно приспособиться к такой смешанной деятельности. Мне потребовалось 15 минут, чтобы приловчиться печатать на лэптопе при ходьбе со скоростью три километра в час.
О проекте
О подписке