Недостаток кислорода обычно крайне опасен для мозга. Без кислорода нервные клетки теряют возможность нормально получать энергию и в тяжелых случаях могут начать погибать уже через несколько минут.
Особенно чувствителен к гипоксии гиппокамп — область мозга, играющая важную роль в формировании и сохранении воспоминаний, а также в способности ориентироваться в пространстве.
Тем удивительнее выглядят фридайверы. Они добровольно и регулярно задерживают дыхание на несколько минут, погружаясь под воду, то есть многократно подвергают организм состоянию нехватки кислорода.
При этом исследования не обнаруживают у них тех нарушений памяти, которые можно было бы ожидать при повторяющейся гипоксии.
Команда под руководством нейробиолога Жюлии Мико из Университета Париж-Сакле решила выяснить, почему.
Ученые наблюдали за мозгом 17 опытных фридайверов на протяжении семи месяцев тренировок. Результаты показали, что за это время связи между различными областями мозга заметно перестроились.
Изменения затронули системы, связанные с вниманием, когнитивным контролем, обработкой зрительной и сенсорной информации, движением и работой мозжечка.
Авторы предполагают, что повторяющаяся добровольная гипоксия во время фридайвинга может сопровождаться адаптивной нейропластичностью — перестройкой работы мозга, которая помогает сохранять эпизодическую память.
Ранее эта же группа ученых уже обнаружила, что у фридайверов гиппокамп остается структурно сохранным и заметных нарушений эпизодической памяти не возникает.
Теперь исследователи решили посмотреть не на структуру мозга, а на то, как разные его области взаимодействуют между собой.
В исследовании участвовали 17 мужчин в возрасте от 27 до 55 лет, регулярно занимавшихся фридайвингом. В течение семи месяцев они проходили стандартизированную программу тренировок.
Для сравнения ученые привлекли еще 20 мужчин похожего возраста и образа жизни, которые фридайвингом не занимались. При этом контрольная группа не была малоподвижной: ее участники выполняли примерно пять часов аэробных упражнений в неделю, то есть имели сопоставимую физическую нагрузку.
До и после семи месяцев тренировок фридайверам проводили функциональную магнитно-резонансную томографию. Она позволяла определить, какие участки мозга проявляют синхронную активность и, следовательно, функционально взаимодействуют друг с другом.
Сканирование проводили как во время обычного дыхания, так и во время задержки дыхания. Каждый участник выполнял четыре цикла: до двух минут без дыхания, после чего следовали 90 секунд обычного дыхания.
Дополнительно фридайверы проходили тест памяти. Им показывали сочетания определенных мест и жестов, а через 15 минут просили отличить уже виденные комбинации от похожих и совершенно новых.
После семи месяцев тренировок изменения в мозге оказались заметными.
Связи между лобно-теменными областями и сетями, отвечающими за движение, внимание и зрительную обработку, стали сильнее.
Но особенно интересные изменения происходили с гиппокампом.
После тренировок обе его половины начали сильнее взаимодействовать с мозжечком. Эта область традиционно известна своей ролью в координации движений, но все чаще связывается и с когнитивными функциями, включая память.
Одновременно связи между гиппокампом и сенсомоторными областями ослабли, особенно когда фридайверы дышали нормально.
Исследователи предполагают, что мозг мог частично переключиться с обработки внешней сенсорной и двигательной информации на внутренние процессы, необходимые для сохранения памяти в необычных физиологических условиях.
Результаты тестов памяти согласовывались с этой гипотезой.
После тренировок фридайверы с более сильной связью между левым гиппокампом и мозжечком лучше отличали похожие воспоминания друг от друга и точнее распознавали совершенно новую информацию.
А участники с более слабой связью между правым гиппокампом и сенсомоторными зонами лучше узнавали комбинации, которые полностью совпадали с ранее увиденными.
По мнению авторов, это может означать, что повторяющаяся гипоксия сопровождается перестройкой связей гиппокампа с другими отделами мозга таким образом, который помогает сохранить работу памяти.
Однако у исследования есть серьезные ограничения. В нем участвовали всего 17 фридайверов, и все они были мужчинами.
Кроме того, фридайверов обследовали до и после семи месяцев тренировок, тогда как контрольную группу просканировали только один раз. Поэтому нельзя уверенно утверждать, что именно фридайвинг стал причиной обнаруженных изменений.
Тем не менее результаты показывают, что контролируемая и добровольная нехватка кислорода может воздействовать на мозг совсем иначе, чем гипоксия, возникающая из-за болезни или травмы.
Ученым еще предстоит выяснить, как именно работает такая адаптация и можно ли когда-нибудь использовать ее в медицине.
Авторы считают, что эти данные в будущем могут помочь изучать способы защиты гиппокампа при старении, нейродегенеративных заболеваниях и состояниях, связанных с нехваткой кислорода.
Работа пока опубликована в виде препринта на сервере bioRxiv и еще не прошла рецензирование.
