Низкочастотная оптическая стимуляция мозга усиливает связность между его отделами и стимулирует выработку миелина, что снижает тревожность и по влиянию на поведение напоминает медитацию. К таким выводам пришли исследователи из Университета Орегона, которые установили, что обучение и опыт действительно могут изменять состояние белого вещества на клеточном уровне. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Обучение новым навыкам — сложный процесс, и когда ученые стали исследовать, что происходит в этом время в мозге, они обнаружили перестройку и «оптимизацию» белого вещества — нейронных трактов, которые проводят импульсы от одной зоны мозга к другой. Это видно, например, при диффузионно-тензорной томографии (DTI), которая измеряет плотность и направление потока протонов по тракту. Схожие изменения в мозге наблюдаются при медитации. В одной из предыдущих работ авторы сообщали, что 2–4 недели (по 30 минут в день) интегративных тренировок тела и разума (integrated body mind training, IBMT) привели к изменениям в белом веществе, регистрирующимся на DTI, причем, особенно — в области передней поясной коры. IBMT как форму медитации даже связали с улучшением памяти и внимания и снижением раздражительности.

Исследователи предположили, что изменения в белом веществе при этом можно объяснить более частыми тета-ритмами (4–8 Гц), регистрирующимися в среднефронтальных областях коры, которые связаны с активацией метаболизма в передней поясной коре. К тому же любой познавательный процесс заставляет олигодендроциты (глиальные клетки) более активно образовывать «изолирующие» миелиновые оболочки вокруг аксонов, которые оптимизируют скорость проведения нервных импульсов по трактам. То есть, по сути, активность нейронов определяется олигодендроцитами, которые дают «указания» на селективное миелинирование активной нейронной цепи. А чем чаще «бегает» по ней сигнал, тем толще там миелин и крепче приобретаемый нами навык.

Пытаясь выяснить механизмы, связанные с тем, как регулируется процесс миелинизации, научная группа во главе с Кристофером Нилом (Cristopher Niell) воспользовалась оптогенетическими методами и внедрила в мембрану клеток передней поясной извилины мышей светочувствительные каналы, которые под воздействием света могли как вызывать потенциал действия (Channelrhodopsin-2, ChR2), так и подавлять активность нейрона (Archaerhodopsin, Arch).

Наверху справа показана толщина миелина в мозолистом теле после стимуляции поясной коры в частоте 1 Гц, 8 Гц и без стимуляции соответственно. Справа – общий вид волокон мозолистого тела после стимуляции в 8 Гц. Внизу – область, куда ставили оптоволокно. Cristopher M. Niell et al / PNAS 2018

Согласно предыдущей статье, оказалось, что у мышей, которых стимулировали вспышками света с частотой 1 и 8 герца, нейроны передней поясной извилины синхронизировались, а на уровне поведения это проявлялось большей любознательностью и более частыми выходами в область света в светло-темной камере (хотя мыши света избегают), что было напрямую связано с меньшим уровнем беспокойства животных. Поэтому авторы сделали вывод, что их данные согласуются с эффектами от IBMT и что низкочастотная оптическая стимуляция может симулировать некоторые поведенческие проявления медитации.

В новом исследовании ученые описали наблюдаемый феномен на клеточном и ультраструктурном уровне. Они выяснили, что если стимулировать переднюю поясную кору в тета-диапазоне (4–8 герц), то можно усилить пролиферацию и дифференцировку олигодендроцитов, а, следовательно, увеличивать образование миелина, что достоверно регистрировалось с помощью электронной микроскопии.

Авторы увидели, что миелиновая оболочка нервных трактов стала более толстой именно в мозолистом теле — области плотно расположенных волокон белого вещества, соединяющих полушария между собой. Эти волокна берут свое начало как раз в поясной извилине, где расположены тела самих нейронов, и сквозь них проходит информация совершенно любого порядка (моторная, сенсорная, когнитивная).

Исследователи полагают, что нескольких сеансов ритмической низкочастотной стимуляции передней поясной извилины будет достаточно для того, чтобы изменить силу связей между двумя полушариями и, возможно, подействовать на белое вещество аналогично медитации. Конечно, при этом нужно выбирать неинвазивные методы воздействия на мозг (например, электрическая или магнитная стимуляция). Эффективность такой стимуляции даже можно повысить, если сопровождать ее заданиями, активирующими одни и те же области мозга, и это приведет к новым методам восстановления или «прокачки» белого вещества и связей между нейронами.

Автор: Анна Хоружая