Удивительное нейрооткрытие, предполагающее, что мозг может «съедать сам себя» во время бега: испанские ученые обнаружили механизм экстренной помощи мозга, ранее не наблюдавшийся у людей

Во время марафона наступает момент, когда организм переходит в «резерв». Ноги становятся тяжелыми, разум затуманивается, а усилие становится почти волевым актом. Многие бегуны сталкиваются со «стеной» — невидимым барьером, который возникает, когда запасы энергии истощаются. Но что, если не только тело исчерпывает свои последние ресурсы? А что, если мозг буквально начнет  пожирать сам себя, чтобы пережить  эти усилия?

Именно это и предполагает исследование испанских ученых, недавно опубликованное в журнале  Nature Metabolism. Открытие, которое уже вызвало ажиотаж в международных научных кругах, предполагает, что человеческий мозг может использовать часть своей собственной структуры, в частности  миелин, в качестве источника энергии при экстремальных физических нагрузках. Неожиданный механизм, который сами авторы назвали  метаболической пластичностью миелина.

Гипотеза: миелин как аварийный источник энергии

Исследование, проведенное Педро Рамосом-Кабрером и Альберто Кабрерой-Субисарретой, было сосредоточено на анализе мозга  десяти бегунов  (восьми мужчин и двух женщин) до и после участия в марафонах. Используя специализированную МРТ, группа оценила изменения показателя, известного как  фракция миелиновой воды (ФМВ), который является косвенным, но надежным показателем количества миелина, присутствующего в мозге.

Миелин  — это  жировое вещество, которое покрывает аксоны нейронов и позволяет им быстро и эффективно передавать электрические импульсы. Долгое время его считали просто изолятором, но недавние исследования показали, что он также выполняет  метаболические и адаптивные функции. В этом исследовании авторы отметили, что после завершения марафона у бегунов наблюдалось  значительное снижение MWF  в нескольких областях мозга, связанных с контролем движений, координацией, сенсорным восприятием и эмоциональной интеграцией.

«Наши результаты показывают, что марафонский бег снижает уровень СВ в областях белого вещества, оказывая одинаковое воздействие на оба полушария», — говорится в статье.

Что означает потеря миелина во время марафона?

Потеря миелина — нетривиальная проблема. Например, при таких заболеваниях, как рассеянный склероз, прогрессирующая демиелинизация напрямую связана с потерей когнитивных и двигательных функций. Однако в данном случае наблюдаемое снижение было  временным. Через два месяца после завершения марафона показатели MWF  вернулись к уровню, предшествовавшему тренировкам.

Такое поведение предполагает обратимый процесс, который группа интерпретировала как форму  экстремальной адаптации: когда мозг лишается своего основного источника энергии — глюкозы — он может обратиться к миелину как  к  экстренному липидному резерву. Это согласуется с предыдущими исследованиями на животных, показывающими, как глиальные клетки в условиях метаболического стресса могут расщеплять липиды миелина для получения энергии.

Авторы говорят об этом так: «Это обратимое снижение MWF после длительных упражнений и последующего восстановления после снижения физической активности убедительно свидетельствует об изменениях в структуре и содержании миелина, которые могут открыть новый взгляд на миелин как на готовый к использованию энергетический резерв, когда нормальные мозговые вещества в дефиците».

Наиболее пострадавшие регионы и восстановление

Одним из наиболее последовательных результатов было то, что снижение MWF произошло особенно в областях, связанных с  движением, таких как кортикоспинальный тракт,  ножки мозжечка  и  лучистый венец. Также были затронуты регионы, отвечающие за эмоциональную и сенсорную интеграцию. Это говорит о том, что наиболее активные во время бега области, отвечающие за контроль движений и эмоциональную регуляцию, также наиболее подвержены этому типу потребления миелина.

Сканирование, проведенное через 24–48 часов после гонки, показало явное снижение MWF. Однако через две недели  наблюдалось частичное восстановление, а через два месяца показатели  полностью нормализовались. Этот цикл разрушения и восстановления подтверждает идею о том, что это  пластический, а не патологический процесс.

В статье подробно описывается: «Мы обнаружили, что значения MWF полностью восстановились через два месяца после марафона во всех областях со сниженным MWF».

А что, если мозг действительно «ест» сам себя?

Хотя эта фраза звучит сенсационно, она отражает центральную идею исследования: мозг может обращаться к  себе как к источнику энергии, используя собственный структурный материал для обеспечения непрерывного функционирования в экстремальных ситуациях.

Исследовательская группа называет это явление  метаболической пластичностью миелина и предполагает, что это может быть эволюционный механизм, позволяющий поддерживать активность мозга даже тогда, когда организм испытывает глубокий дефицит энергии. «Мы определяем этот процесс как метаболическую пластичность миелина», — пишут авторы в оригинальной статье.

Этот механизм имеет значение не только для спортсменов, но и для  клинических ситуаций, в которых мозг сталкивается с нехваткой энергии, например, при остром недоедании, длительном голодании или некоторых нейродегенеративных заболеваниях.

Надежны ли эти результаты?

Хотя результаты поразительны, важно помнить, что это было  пилотное исследование  с небольшой выборкой (десять бегунов). Тем не менее исследователи использовали строгую методологию с  изображениями высокого разрешения и подробным анализом по областям мозга, используя специальные атласы для оценки областей белого и серого вещества.

Кроме того, исследование  исключило потенциальные сопутствующие факторы, такие как обезвоживание, отек или изменение объема мозга. Авторы поясняют, что: «Мы обнаружили, что общие объемы мозга, спинномозговой жидкости (желудочков), серого вещества, белого вещества, глубоких отделов мозга, ствола мозга и мозжечка существенно не менялись между сеансами визуализации».

Это подтверждает идею о том, что снижение MWF происходит не из-за потери воды или неспецифических структурных изменений, а из-за истинного изменения содержания миелина.

Мозг, энергия и эволюция

Миелин не только имеет решающее значение для эффективной работы мозга, но и, по-видимому, сыграл ключевую роль в  эволюции человека. Области мозга с наибольшим содержанием миелина также являются наиболее эволюционно современными, что позволяет предположить, что этот тип жира был адаптивным инструментом, который позволял нашему виду одновременно справляться с физическими и когнитивными задачами.

А сейчас?

Это открытие ставит новые вопросы о  пределах пластичности мозга. Сколько миелина может пожертвовать мозг без долгосрочных последствий? Возможно ли, что при более экстремальных нагрузках, таких как ультра марафон, эта потеря будет более серьезной или продолжительной? Может ли этот механизм быть задействован в таких патологиях, как рассеянный склероз, при котором миелин патологически утрачивается?

Исследователи признают, что необходимо исследование с большей выборкой и долгосрочным наблюдением. Тем не менее этот первый шаг дает возможность заглянуть в  ранее неизвестную грань мозга: его способность  управлять собственными внутренними резервами,  когда окружающая среда становится сложной.