У разных ученых есть любимые теории о том, как физические упражнения побуждают мозг перестраиваться, и каждая из этих теорий включает в себя алфавитный набор взаимосвязанных биохимических процессов. Одна из популярных гипотез указывает на инсулиноподобный фактор роста 1, белок, который циркулирует в крови и вырабатывается в больших количествах в ответ на физические нагрузки. ИФР-1 не может просто так попасть в мозг – обычно он останавливается у гематоэнцефалического барьера, – но считается, что физические упражнения помогают ему проходить через этот барьер, вызывая нейрогенез и другие изменения в тканях мозга.

Другие исследователи считают, что BDNF, или нейротрофический фактор головного мозга, оказывает полезный психический эффект во время физических упражнений. BDNF – это белок, вырабатываемый в головном мозге и других частях тела. Известно, что он особенно активно синтезируется во время и после тренировки и помогает нейронам развиваться и процветать. Это позволяет мозгу превращать кратковременные воспоминания в долгосрочные.

А еще есть BMP, костный морфогенетический белок. В Медицинской школе Фейнберга Северо-Западного университета ученые контролировали уровень этого белка в мозге лабораторных мышей. BMP, который содержится в тканях по всему организму, влияет на развитие клеток различными способами, некоторые из которых нежелательны.

Ученые обнаружили, что, находясь в головном мозге, BMP способствует контролю деления стволовых клеток.

Вам будет приятно узнать, что ваш мозг наполнен взрослыми стволовыми клетками, которые при правильном импульсе делятся и трансформируются либо в дополнительные стволовые клетки, либо в молодые нейроны.

С возрастом они, как правило, становятся менее чувствительными, делятся не так легко и могут впасть в своего рода клеточный сон. Именно BMP воздействует на клетки как снотворное, говорит доктор Джон А. Кесслер, председатель отделения неврологии Северо-Западного университета и автор многих исследований этого вещества. Чем активнее BMP и его различные сигналы в вашем мозге, тем менее активными становятся стволовые клетки и тем меньшему нейрогенезу подвергается ваш мозг. Он растет медленнее, становится менее гибким и, независимо от вашего возраста, физиологически стареет.

Но, по словам доктора Кесслера, физические упражнения помогают устранить некоторые из негативных эффектов BMP. В ходе эксперимента в его лаборатории у бегающих мышей мозговая активность, связанная с BMP, была примерно на 50 % меньше, чем у неактивных мышей, в течение недели. У них также было обнаружено заметное увеличение Noggin, красиво названного белка мозга, который действует как антагонист BMP. Чем больше Noggin в вашем мозге, тем меньше активность BMP и тем сильнее делятся стволовые клетки и происходит нейрогенез. По словам доктора Кесслера, в исследовании Северо-Западного университета мыши, в мозг которых непосредственно вводили большие дозы Noggin, стали «маленькими мышиными гениями, если такое вообще возможно». Они успешно прошли лабиринты и другие испытания.

Снижают ли физические упражнения активность BMP напрямую или увеличивают выработку Noggin, пока неизвестно, и, возможно, это вообще не имеет значения. Результаты говорят сами за себя. Благодаря сложному взаимодействию с Noggin и BMP физическая активность помогает стволовым клеткам нейронов оставаться живыми и производить новые клетки мозга. «Если фанаты физических упражнений когда-либо хотели обосновать свои действия, то вот их шанс», – говорит доктор Кесслер.

Но подождите, это еще не все. Физические упражнения формируют отдельные клетки мозга точно так же, как они укрепляют мышцы.

Мышцы, конечно, становятся более здоровыми, если мы тренируемся, и этот процесс частично объясняется увеличением количества мышечных митохондрий, тех крошечных органелл, которые плавают вокруг ядра клетки и помогают создавать энергию. Чем больше плотность митохондрий в клетке, тем выше ее жизнеспособность.

Во время физических упражнений наш мозг получает физиологическую тренировку.

«Мозг должен усердно работать, чтобы мышцы двигались и все системы организма синхронизировались», – говорит Дж. Марк Дэвис, кандидат наук, профессор физических упражнений в Школе общественного здравоохранения Арнольда при Университете Южной Каролины. Сканирование показало, что метаболическая активность во многих частях мозга возрастает во время тренировок, но было неясно, адаптируются ли эти напряженные мозговые клетки и изменяются ли они так же, как это делают мышечные.

Затем доктор Дэвис и его коллеги заставили некоторых мышей бегать в течение восьми недель, в то время как другие оставались неактивными. По окончании двух месяцев ученые заставили обе группы животных заниматься до изнеможения на беговых дорожках. Активные мыши были в лучшей форме и продержались почти в два раза дольше, чем мыши, которые до эксперимента не бегали вообще. Их мозговые клетки тоже выглядели лучше. Когда ученые исследовали образцы тканей мозга тренированных животных, они обнаружили маркеры, указывающие на существенное развитие новых митохондрий в клетках их мозга. В мозге пассивных мышей не было обнаружено ничего подобного.

Последствия этого открытия потрясают. «Активизированные клетки мозга должны быть устойчивы к усталости», – говорит доктор Дэвис.

Физическая усталость частично опосредуется сигналами мозга, тренировка вашего тела может быть тренировкой вашего мозга, позволяющей вам упражняться все больше, усиливая преимущества, и это хорошо. «Возобновленные клетки мозга также могут уменьшить умственную усталость и обострить ваше мышление, даже когда вы не тренируетесь», – говорит доктор Дэвис.

Дополнительная плотность митохондрий может, по крайней мере теоретически, защитить от некоторых неврологических заболеваний.

«Есть доказательства [из других исследований], что дефицит митохондрий в головном мозге может играть определенную роль в развитии нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера или Паркинсона. Наличие большего количества митохондрий в клетках вашего мозга может обеспечить некоторую защиту от этих состояний», – говорит доктор Дэвис.

«Не существует еще ни одного лекарства или другого медицинского вмешательства, которое было бы столь же эффективным для поддержания или даже улучшения когнитивных способностей человека, как физические упражнения», – говорит доктор Хиллман.

Эффект от тренировок выходит за рамки способности мыслить и принимать решения. Помимо этого, физические упражнения кардинально меняют ваше самочувствие.

Мозг Будды

Исследователи из Принстонского университета недавно сделали замечательное открытие: клетки мозга, которые появляются в результате физических упражнений, кажутся сверхъестественно спокойными. В ходе эксперимента ученые позволили одной группе крыс бегать. Другая группа грызунов была малоактивной. Затем всех крыс опустили в холодную воду, которую, как вы помните, они не любят. Это вызывало у них стресс, подобный тому, который испытываем мы во время дедлайнов[58] или из-за семейных разногласий.

После этого ученые исследовали мозг животных. Они использовали клеточные маркеры, чтобы определить, какие из нейронов были самыми молодыми, предполагая, что они появились в течение нескольких недель с момента начала эксперимента. Еще ученые выявляли активность генов, указывающую на то, что отдельные клетки мозга отреагировали на стресс.

Ученые обнаружили, что стресс из-за воды активировал нейроны в мозге всех животных, независимо от того, тренировались они или нет. Но новые клетки мозга, которые, как предполагали ученые, появились