Мозг может перестраиваться по мере адаптации организма к разреженному воздуху

Фото из открытых источников

Новым сотрудникам, отправляющимся на работу в высокогорные районы, известен стандартный совет: первые несколько дней не спешите, пейте воду, не перенапрягайтесь. За этим советом скрывается негласное предположение: мозг в основном является пассивным наблюдателем, который ненадолго испытывает трудности, а затем возвращается в нормальное состояние.

Исследование, посвященное переселению студентов на Тибетское плато, предполагает, что картина неполна. По всей видимости, происходят более целенаправленные процессы. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Neuroscience.

Мозг не просто переносит недостаток кислорода – он активно реорганизуется. И эти изменения не прекращаются через неделю.

Нианниан Ван, ведущий автор исследования из Тибетского университета в Лхасе, Китай с коллегами отслеживали перемещения 47 студентов, переехавших из низменных районов центрального Китая.

До прибытия в этот город, расположенный на высоте более 3650 метров на Тибетском плато, никто из местных жителей не жил на большой высоте.

Группа исследователей измерила уровень кислорода в крови и количество эритроцитов до пребывания на высоте, а затем повторно провела те же измерения через семь и 45 дней на высоте.

В ходе двух высотных экскурсий также проводилась пятиминутная регистрация мозговой активности в состоянии покоя с помощью электродов на коже головы, при этом участники отдыхали с закрытыми глазами. Их вопрос заключался в том, как гипоксия — недостаток кислорода, поступающего в ткани, — влияет на здоровый мозг, когда дни перерастают в недели.

Более ранние исследования показали, что в первые дни пребывания на высоте мыслительные процессы замедляются, а затем восстанавливаются, однако механизм этого восстановления в головном мозге оставался неясным.

Активность мозга в состоянии покоя можно оценить по тому, насколько разнообразны и непредсказуемы ее ритмы. По этому показателю ранние измерения выделялись. Через семь дней сигналы во всех шести областях выглядели более активными и менее повторяющимися, чем через несколько недель.

Эта первоначальная интенсивность сохранялась по всей передней, средней, боковым и задней частям головы. Затем она ослабла. Через 45 дней тот же мозг стал выдавать более спокойные и предсказуемые сигналы покоя повсюду.

Более интенсивный сигнал не обязательно означает более здоровый сигнал. Исследователи истолковали первоначальный всплеск активности как локальную, региональную нагрузку мозга, в то время как организм справлялся с недостатком кислорода. В отдельной статье была установлена аналогичная связь между мозговыми ритмами и уровнем кислорода.

Хотя разнообразие местной активности снизилось, кое-что другое увеличилось. Команда также измерила, насколько тесно активность в одном регионе соответствует активности в другом. Координация между лобной, теменной и затылочной областями усиливалась с первой недели по шестую.

Таким образом, мозг, по-видимому, занимался своего рода торговлей. На ранних этапах наблюдалась интенсивная, независимая локальная активность. Позже её стало меньше, и больше усилий было направлено на объединение регионов, вовлечение отдалённых областей в более тесную сеть.

Никто не отслеживал этот точный механизм адаптации к высоте у здоровых людей. Более ранние исследования указывали на то, что длительное пребывание в разреженном воздухе перестраивает нейронные связи в мозге, как показало одно исследование, проведенное среди людей, проживавших там длительное время.

Наблюдать за тем, как местная активность снижается, а межрегиональная координация неделя за неделей усиливается, было чем-то новым.

Анализы крови подтвердили эту картину. Уровень кислорода в крови резко упал по прибытии, а затем частично восстановился к шестой неделе. Между тем, количество эритроцитов постоянно продолжало расти, поскольку организм создавал все больше переносчиков дефицитного кислорода.

Объединение этих двух чисел в единое соотношение кислорода к эритроцитам позволяло быстро оценить, насколько хорошо организм адаптируется. Это соотношение постоянно снижалось, но темпы снижения замедлились – признак того, что организм приходит в себя, а не продолжает испытывать трудности.

В течение первой недели показатели совпадали весьма показательным образом. Снижение уровня кислорода в крови коррелировало с более беспокойной и разнообразной локальной активностью мозга.

Между тем, более высокое количество эритроцитов коррелировало с ослаблением дальней связи между регионами. Кровь и мозг, по-видимому, двигались синхронно.

Изменение энергетического баланса мозга может быть объяснено этим изменением. Этот орган составляет около 2% от массы тела, но потребляет почти пятую часть всей энергии организма, как отмечается в одном обзоре. Исследователи полагают, что при дефиците кислорода мозг может снизить интенсивность локальной активности.

Вместо этого, энергия перенаправляется на создание эффективных связей между регионами – хотя точный механизм лишь предполагается, а не наблюдается напрямую.

Было обнаружено, что после легких травм головного мозга происходит усиление связей между передними и задними отделами, чтобы компенсировать утраченные функции. Мозг, адаптирующийся к высоте, опирался на эту же связь между передней и задней частями.

Некоторые области мозга, которые стали более взаимосвязанными, принадлежат к сети, к которой мозг возвращается во время отдыха и спокойных размышлений. Авторы описывают всю эту картину как стремление мозга к устойчивому состоянию, сохраняющему свою целостность, несмотря на противодействующие ему обстоятельства.

До этой работы никто не использовал подобный метод измерения сложности для отслеживания состояния здорового мозга с первых дней пребывания на высоте до второго месяца. Очевидный результат – мозг, который, находясь в условиях недостатка кислорода, сокращает локальную активность и выстраивает межрегиональные связи.

Это открывает практические возможности для миллионов людей, которые живут, работают или служат на высоких должностях. Простое соотношение кислорода и эритроцитов может помочь определить, кто адаптируется успешно, а кто испытывает трудности, используя зажим для пальца и анализ крови, а не сканер мозга.

Многое еще остается неясным. К 45-му дню группа еще не полностью стабилизировалась, и активность мозга в состоянии покоя в равнинной местности так и не была зафиксирована, чтобы получить истинную картину «до». Тем не менее, эта работа отображает реальную траекторию реорганизации мозга в условиях низкого содержания кислорода.

Теперь исследователи могут отслеживать эту траекторию и со временем проверить, изменится ли она на обратную после того, как люди спустятся вниз.