можно ли восстановить головной мозг
Невролог рассказал, как можно восстановить нервные клетки
Ученые нашли способ восстановления нервных клеток. Как пишет «Доктор Питер», заведующий отделением реабилитации Центра рассеянного склероза Городской больницы № 31 Глеб Макшаков рассказал, как это происходит.
По данным американских ученых, у пациентов после инсультов, травм головного мозга и таких заболеваний, как рассеянный склероз, возможна регенерация нервных клеток с помощью двигательной нагрузки. Испытания проводились на мышах, у которых симптомы, вызванные разрушением миелиновых оболочек, окружающих нервные волокна, и самих нервов, отвечающих за передачу импульсов от мозга к органам и обратно, проходили навсегда.
Как отметил Макшаков, с людьми немного сложнее. Однако при физической нагрузке у пациентов с рассеянным склерозом мозг восстанавливается — функциональные исследования это давно уже показали.
«Почему это происходит, тоже уже понятно: физическая, в том числе аэробная активность, уменьшает уровень воспаления в голове, которое и действует разрушительно на нервную ткань — чем меньше воспаление, тем лучше себя чувствуют миелиновая оболочка и нейроны. А если человек ведет сидячий образ жизни, да еще курит, страдает диабетом, то воспаление у него выражено сильнее, — рассказал врач. — С функциональным восстановлением сложнее: головной мозг построен по, так сказать, сетевому признаку. Один нервный центр в большей или меньшей степени отвечает за конкретную функцию, например, за движение руки или ноги. Ему для работы нужны другие центры. Основной центр с ними связан в процессе освоения моторных (двигательных) навыков человека. То есть один участок коры связан с разными участками головного мозга. Когда человек, у которого эти структурные связи разрушены, проходит физическую реабилитацию, они восстанавливаются, поэтому он чувствует себя лучше. Но полностью симптомы могут уйти только у тех, у кого болезнь застали вовремя, когда у нейронных связей еще есть достаточный резерв».
Невролог добавил, что для достижения эффекта восстановления физическая активность должна подбираться в зависимости от степени утраты функций пациента.
«Если он молод, у него нет двигательных ограничений, то физическая активность должна быть, как у здорового человека. Аэробная — 10 тысяч шагов в день (быстрая ходьба, бег) — ежедневно. Интенсивная физическая нагрузка — 2-3 раза в неделю по 30-45 минут (чтобы не сильно утомляться): в зале, на спортплощадке, если сложно самому — с тренером. Возможны даже занятия с отягощением, силовые тренировки, если позволяет состояние. Организовать ее можно по-разному, допустим, после работы пройтись пешком или без лифта подняться по лестнице, завести собаку и гулять с ней. Если пациент инвалидизирован (больше 4 баллов по шкале EDSS), он мало ходит или прикован к инвалидному креслу, нужно, чтобы ему физическую активность порекомендовал квалифицированный специалист по реабилитации (физический терапевт, эрготерапевт или инструктор ЛФК). Это должны быть специальные адаптированные упражнения, которые пациент может выполнять дома», — отметил Макшаков.
Медик подчеркнул, что физическая нагрузка важна для любого человека, а для страдающего рассеянным склерозом особенно — если он не двигается, его состояние будет ухудшаться.
«Главное правило головного мозга: вы либо используете функцию, либо она у вас постепенно атрофируется», — добавил врач.
Можно ли восстановить мозг после инсульта и травмы? Интервью с ученым
Нейрофизиология открывает все больше возможностей помогать пациентам с нарушениями работы мозга или сложными травмами. Российские ученые делают большую ставку на нейротерапию. Благодаря тренировкам в аппарате МРТ пациенты могут научиться заниматься самостоятельно, вызывая активность в нужных отделах мозга и создавая новые нейронные связи. В продолжительной перспективе это меняет структуру мозга и восстанавливает нарушенные процессы.
Марк Штарк,
академик РАН, доктор биологических наук, профессор Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины, Новосибирск
Вы занимаетесь «сетевыми болезнями». Что значит это понятие?
Нейросети — это инструмент новой сетевой нейронауки, возникновение которой следует отнести к началу нулевых годов, когда с помощью технологии функциональной магниторезонансной томографии (фМРТ) были открыты сети, расположенные на разных территориях мозга и включающие в себя целый ряд мозговых образований, часто находящихся далеко друг от друга, но работающих вместе, синхронно.
Это разные по своим функциональным задачам области мозга, объединенные выполнением ряда глобальных психических процедур: размышлений о будущем, о близких и «нужных» людях и их взаимоотношениях, другими словами, отражающих мировосприятие человека. Поэтому сегодня состояние здорового и больного мозга следует понимать и описывать в терминах сетевой лексики.
Что такое нейротерапия?
Нейротерапия — лечебное развитие сетевой нейронауки —представляет собой сумму неинвазивных вмешательств в деятельность центральной нервной системы, призванных помочь нам содержательно соображать и действовать.
Нейротерапия — собирательное понятие. С одной стороны, это чисто практическая медицинская лечебно-восстановительная технология, смысл которой состоит в обучении пациента (испытуемого) волевым (когнитивным) способам управления обычно неосознаваемыми физиологическими параметрами организма: артериальным давлением, дыханием, мышечной силой, физическими характеристиками мозга и прочими.
С другой стороны, это принципиально новая интерактивная методология, базирующаяся на врожденных способностях человека в ответственные моменты жизни (болезнь, достижение пика формы, опасная ситуация) обращаться к своему ресурсу саморегуляции, эффективно использовать его, то есть из потенциального механизма превращать в актуальный, используя методы и средства компьютерного биоуправления, базирующегося на витальном механизме адаптивной обратной связи.
При каких расстройствах и болезнях может идти речь об использовании нейротерапии?
Нейротерапия показана и полезна при любом виде заболевания, в котором предполагается участие нейросетей: гипертоническая болезнь, судорожные состояния, бронхиальная астма, хроническая боль, восстановление движения и речи после мозговой катастрофы. Другими словами, круг заболеваний и расстройств неограничен.
Сегодня на основании результатов нейровизуализационных исследований мы располагаем сведениями о том, какие участки мозга заинтересованы в формировании, например, хронического болевого синдрома, разного рода зависимостей, последствий тяжелых мозговых катастроф и прочего.
Возьмем широко распространенное мозговое поражение — инсульт (инфаркт мозга), при котором существенно нарушается движение. Используя нейротерапию, можно обучить человека оптимальному механизму восстановления этого дефекта. «Учеба» происходит в томографе, а затем приобретенный навык переносится в обычную жизнь с помощью мобильных устройств класса «БОСЛАБ», которые пациент может использовать в домашних условиях. Сохраняется возможность связи пациента с реабилитологом по интернету в режиме off- и online.
В чем особенность нейротерапии, отличающая эту технологию от других существующих способов и методов?
Технология нейротерапии компьютерная. Обучение управлением физиологических функций происходит в компьютерном контуре online: испытуемому (пациенту) чаще всего на мониторе демонстрируют простую «метафору», тесно связанную программно с локализацией поражения, — например, градусник, двигающийся предмет несложной формы, простая игра, другими словами, анимационную экранизацию, визуальную картинку которой можно изменить волевым образом. Испытуемый наблюдает за динамикой на мониторе, обучаясь с помощью инструкции или самостоятельно меняя их в «нужную» сторону.
Обычно есть два варианта обучения управлению физиологическими характеристиками: по инструкции тренера (врача, психолога) или самостоятельно, рассчитывая исключительно на себя, на свой так называемый ментальный ресурс. Выполнение интерактивной задачи сопровождается определенными визуализированными изменениями структур мозга, что конвертируется в дальнейшем во вновь приобретенный навык или систему навыков, необходимых для самостоятельной свободной жизни.
Из всего сказанного следует широкий спектр использования нейротерапии: а) от воспитательных и образовательных процедур, анализа намерений здорового человека, стремящегося достичь пика формы в любимом деле; б) до ряда серьезных заболеваний, которые упоминались, нуждающихся в поддержке технологии биоуправления.
В чем преимущество нейротерапии?
Основным преимуществом является гарантия ненасильственного перехода в процессе обучения от сценария, в котором пациент как обычно является пассивным объектом вмешательства, до активного участника всего лечебно-восстановительного процесса. Этот пункт и есть основное (ключевое) преимущество нейротерапии, оно базируется, как уже говорилось, на витальном (жизненном) механизме — приспособительной обратной связи, для которой и конструируются инструменты биоуправления. Находящийся в контуре обратной связи в реальном времени получает информацию (визуальную, аудиальную, тактильную) об эффективности своих волевых попыток и формирует варианты сохранения вновь приобретенных навыков.
Значительная часть способов и техник нейротерапии, наконец, их лечебная эффективность зависит, как это следует из сетевой парадигмы, от деятельности центральных механизмов, локализованных в головном мозге. Именно поэтому сегодня нейротерапия рассматривается в качестве одной из наиболее интересных и перспективных практических областей современной нейронауки.
Каких успехов в области нейронаук добились российские ученые?
Впервые у нас в Новосибирске в начале нулевых годов независимо от зарубежных коллег сконструирована система, базирующаяся на визуализации процессов, происходящих в головном мозге в результате обучения управлению в томографе. Эта технология названа нами интерактивной стимуляцией (терапией) мозга и рассматривается как новое поколение нейротерапии.
В научном направлении следует сосредоточиться на изучении нейрососудистого сцепления, состоящего из нейронной и капиллярной сетей, между которыми располагаются специальные клетки — астроциты. Нейрососудистое сцепление является центральным модулем, где разыгрываются здоровые и патологические происшествия в мозге. С помощью фМРТ можно увидеть процессы, которые там происходят. Мы наблюдаем зоны активности в определенных точках мозга при любом виде его деятельности: речевой, двигательной, ментальной.
Какие открытия в области нейротерапии можно назвать революционными?
Наиболее значимым открытием интерактивной науки — нейротерапии, несомненно, являются прямые волевые вмешательства в мозговые сети при целом ряде широко распространенных заболеваний, о которых уже говорилось. Еще более перспективной линией развития является возможность, зная архитектуру нейросетей, отвечающих за простые и сложные человеческие поступки, менять (реконструировать) их, создавать новые, несуществующие нейроархитектуры и, таким образом, совершенствовать психические функции человека.
Где можно найти специалиста в области нейротерапии?
Их надо делать, создавать. Современная нейротерапия наиболее близка к восстановительной медицине, реабилитации состояний после сложных заболеваний: инсультов, тяжелых стрессовых расстройств, глубоких зависимостей, хронических болей. Специалистов в этой области деятельности готовят в НИИ молекулярной биологии и биофизики при ФИЦ фундаментальной и трансляционной медицины и НПФ «КОМСИБ» в Новосибирске.
Нейробиолог Гульнур Смирнова — о том, как восстановить мозг после инсульта The Village поговорил с учёным, который изучает современные методы регенерации нейронов
яся фогельгардт
По данным Всемирной организации здравоохранения, инсульт — одна из основных причин смерти в развитых странах. Если же инсульт не приводит к летальному исходу, то последствия для жизни человека становятся достаточно серьёзны: возможно нарушение двигательных и когнитивных функций, а также работы органов чувств. Но сейчас существуют различные методы восстановления мозга после инсульта, в том числе экспериментальные. Они разрабатываются и в России.
The Village встретился с нейробиологом, участницей «Научных боёв» Политехнического музея Гульнур Смирновой, которая занимается разработкой методов восстановления нейронов с помощью генной терапии, чтобы поговорить о том, что такое инсульт и как современная наука помогает людям, которые его перенесли.
— Давайте начнём с базовых понятий. Что такое инсульт?
— Инсульт — это острое, то есть очень быстрое, нарушение кровообращения мозга. Оно может быть вызвано несколькими факторами. Либо это тромб, перекрывающий просвет сосуда, и тогда это называется тромбозом кровеносных сосудов (или ишемическим инсультом). Либо это разрыв сосуда — и тогда это геморрагический инсульт. В обоих случаях кровь не доставляется к клеткам мозга, причины разные, а следствие одно — инсульт.
— То есть это в первую очередь связано с системой кровообращения?
— Да. Так же, как и инфаркт сердца, — это тоже нарушение кровоснабжения. Когда сердечная мышца не снабжается кровью, она погибает. Мышца теряет свою эластичность и перестаёт сокращаться. Человек начинает чувствовать это посредством сердечных болей. Инсульт — то же самое, только в мозге.
— А что происходит с нейронами?
— Почему вообще возникает риск тромбов или пережатий?
— На внутренней поверхности кровеносного сосуда могут образовываться атеросклеротические бляшки. Они постепенно накапливаются и способны закупорить весь сосуд. В первую очередь это связано с питанием и воспалительными процессами в организме. Если нарушается соотношение липидов (простейших молекул жира) высокой и низкой плотности, они начинают откладываться. А тромб — это сгусток крови. Причин образования тромбов много. Они могут появляться в крупных сосудах — в аорте, на выходе из сердца. В какой-то момент тромб отрывается от стенки сосуда, идёт по широкому сосуду, а потом попадает в капилляр и перекрывает его. В этом месте нейроны начинают отмирать.
— И что после этого происходит с мозгом?
— Это зависит от того, какой капилляр или какой сосуд перекрыт. Каждый капилляр снабжает определённое количество нейронов. Если это крупный сосуд, то от него отходит много мелких — это так называемый бассейн кровеносных сосудов. Если перекрыт крупный сосуд, то кислород не поступает ко всей области мозга, которую сосуд снабжает, и она погибает. От локации остановки кровоснабжения зависит площадь поражения. Есть даже такое понятие — микроинсульт: когда человек даже не замечает, что лопнул какой-то маленький сосуд в мозге. Его можно выявить только на компьютерной томографии.
Считается, что терапевтическое окно после острого инсульта в среднем составляет около трёх часов. Если за это время принять все необходимые меры, человек может восстановиться полностью
— А каковы последствия для мозга в долгосрочной перспективе?
— Нарушение какой-то функции нашего тела. Всё зависит от того, в какой области мозга произошло нарушение кровоснабжения. Ведь разные области головного мозга связаны с функционированием разных областей организма. Если инсульт происходит в соматосенсорной области коры головного мозга (это в теменной части головы), может нарушиться координация рук и ног. Есть область, которая отвечает за речь, и тогда у человека нарушается речь. Если инсульт происходит в зрительной коре, может ухудшиться зрение.
На самом деле всё сложнее, чем я описываю, потому что сам нейрон не может запасать себе питательные вещества. Он тратит много энергии на то, чтобы выполнять свои функции. А всеми полезными веществами нейрон снабжают специальные клетки-помощники, так называемые глиальные клетки. Нейроны так чувствительны к отсутствию кислорода и глюкозы именно потому, что не могут сами ничего запасать. При перекрытии кислорода и глюкозы глиальные клетки могут поддерживать нейроны в течение 20 минут после начала инсульта. А если проходит больше 20 минут, то начинается патологический процесс, то есть гибель нейрона неизбежна.
— Получается, что инсульт — это не единоразовое событие, а процесс?
— В общем, да. Поэтому важно как можно быстрее транспортировать человека до пунктов оказания помощи. Чем быстрее сделают это и введут тромболитические вещества, которые рассасывают тромб, тем быстрее может восстановиться кровоснабжение и, соответственно, деятельность нейронов и глиальных клеток. Считается, что терапевтическое окно после острого инсульта в среднем составляет около трёх часов. Если за это время принять все необходимые меры, человек может полностью восстановиться. Поэтому важно вовремя диагностировать инсульт.
— Сейчас уже есть методики восстановления, которые применяются на практике?
— Да. Для начала стоит отметить, что терапия после инсульта возможна не для всех областей мозга. Когда происходит инсульт, возникает ядро ишемии — область, в которой скорость кровотока падает до минимума, то есть от 0 до 20 % от общего кровотока, и там происходит гибель нейронов. А есть зона полутени вокруг ядра ишемии. Считается, что нейроны морфологически там ещё живы, то есть сохраняют структуру и объём, но свою функцию выполнять не могут, потому что нарушения в метаболизме клеток произошли всё-таки значительные. Они такие полумёртвые-полуживые. Эти клетки и считаются объектом терапии: есть вероятность возвращения им функциональности.
Одним из новаторских и при этом простых в осуществлении методов является так называемая гипотермия. «Гипо» — это уменьшение, «терма» — температура. То есть это уменьшение температуры мозга. Это делают с помощью охлаждающего шлема, разработанного в России. В Москве такой терапией занимаются в трёх клиниках. Шлем надевают на больного и понижают температуру мозга до 36–34 градусов. 34–36 градусов — это мягкая гипотермия, можно глубже, от 32 до 30 градусов, но там уже много побочных эффектов. При пониженной температуре замедляются все процессы в мозге, в том числе и патологические, то есть те, которые развиваются после инсульта, — воспаление, отёк мозга. Эти процессы ведут к гибели нейронов, их и нужно замедлить. Это позволяет мозгу восстановиться самому.
— А при современных методиках возможно полное восстановление мозга?
— Зависит от степени тяжести инсульта. Есть специальные градации поражения: тяжёлое, средней тяжести, умеренное, лёгкое. Если речь об умеренной степени, то человек может восстановиться полностью. Если степень поражения тяжёлая, то это сказывается на двигательной активности мышц: начинаются парезы конечностей, параличи.
Одним из новаторских и при этом простых в осуществлении методов является так называемая гипотермия. «Гипо» — это уменьшение, «терма» — температура. То есть это уменьшение температуры мозга
— Какие есть методики кроме гипотермии?
— Важна движенческая терапия. Когда человек двигается, у него возбуждаются окончания нервов, по которым идёт сигнал в мозг о том, что конечность активна. В мозге синтезируются так называемые нейротрофины. Это молекулы, которые помогают нейрону поддерживать свою функциональность. Когда какая-то часть мозга претерпевает нехватку кислорода, нейротрофины специально синтезируются в этом месте и дают нейрону сигнал, чтобы он жил.
Нейротрофин — это белок, который связывается с рецептором и запускает целый каскад химических реакций внутри клетки, и таким образом клетка, в частности нейрон, понимает, что надо жить. Когда мы двигаемся, в мозге вырабатываются нейротрофины. Они способствуют хорошему функционированию нейронов. Таким образом, чем больше человек двигается, тем лучше у него восстанавливаются нейроны. Восстанавливаясь, нейрон сам начинает посылать сигналы в конечность, чтобы, например, рука работала. Чтобы применять такую терапию, разрабатывают специальные компьютерные интерфейсы и устройства, которые помогают двигать пальцами, — так называемые экзоскелеты.
Я занимаюсь пока ещё экспериментальными разработками в этой области. Нейротрофины могут помочь восстановить повреждённые нейроны, для этого их нужно доставить в область полутени с помощью лентивирусных частиц. Это вирусы, в которых закодирована информация о последовательности гена нейротрофина. Когда лентивирусные частицы доставляют клеткам в области полутени, они проникают в них, встраивают ген нейротрофина в ДНК нейрона, и он начинает синтезировать нейротрофины. Они выходят из клетки и дают сигнал, что нужно восстанавливаться.
Лентивирусные частицы в поражённую область доставляют с помощью инъекций. Кстати, были попытки и просто инъецировать нейротрофины в мозг. Эксперименты на животных показали, что это помогает восстановлению и уменьшает объём ишемического очага. Но сами нейротрофины живут недолго. К тому же, если эти белки вкалывать в вену, они не проходят через гематоэнцефалический барьер. Чтобы вещества проникли из крови в мозг, им нужно пройти через мембрану кровеносного сосуда, которая пропускает молекулы определённого размера. А этот белок слишком большой, поэтому и разрабатывают разные обходные способы доставки нейротрофинов в мозг.
В экспериментальных моделях эти способы работают, но, чтобы им дойти до людей, должно пройти какое-то время. Надо провести много исследований, попытаться избежать побочных эффектов — в генной терапии не всё так просто. Это именно разрабатываемые методы, которые не всегда могут быть успешными из-за того, что побочные эффекты порой проявляются через большой промежуток времени. И пока сложно предположить, какими они могут быть.
— А где лучше проходить терапию: в России или на Западе? Методы чем-то отличаются?
— Мне кажется, на этот вопрос лучше ответит врач, который лечит инсульты у нас и в то же время знаком с современными западными методиками. На самом деле и там, и здесь используют тромболитики, применяют гипотермию. Вопрос в том, насколько качественно это делается. Инсульт — быстрое явление, поэтому если вся помощь оказана своевременно и грамотно, то, как мне кажется, всё равно, где лечиться. Если пациент захочет лечь в западную больницу, то ему всё равно сначала нужно пройти реабилитацию здесь и восстановиться до того момента, пока он не сможет самостоятельно функционировать. Ведь лежачего пациента перевозить сложнее.
— Можете ли вы как учёный с какой-то долей уверенности сказать, что через 10–20 лет люди научатся полностью восстанавливать работу мозга после инсульта?
— Погибшие клетки мозга — воскресить? Или заменить? Или добавить к ним работающие нейроны? Или заставить собственные нейроны встраиваться в область повреждения? Фантазия неограниченна, а вот проверка подобных фантазий на практике — это настоящий подвиг, который совершают учёные каждый день. Каковы будут результаты этих подвигов через 20 лет, я предположить не могу. Технологии развиваются с бешеной скоростью — только успевай следить. В частности, недавно вышла статья. В ней описывались нейроны, полученные из человеческих перепрограммированных стволовых клеток. Их имплантировали в мозг вместе с 3D-волокнистыми полимерными нитями. В результате такие нейроны лучше встраивались в нейронную сеть и выполняли свои функции — отпускали отростки и проводили электрические сигналы. То есть, если такие нейроны с нитями имплантировать в область повреждения, есть вероятность, что они возьмут на себя функции погибших нейронов. Перспективы большие.