BDNF: Молекулата, която буквално изгражда нови невронни връзки — и как да я активираш

В продължение на по-голямата част от 20. век науката е вярвала, че мозъкът на възрастния човек е фиксирана структура. Роден си с определен брой неврони. Ако ги изгубиш — край. Нищо ново не може да се изгради.

Сега знаем, че това е фундаментално неточно.

Мозъкът е пластичен — способен да реорганизира синаптичните си връзки, да укрепва едни и отслабва други, и дори да произвежда нови неврони в определени области в зряла възраст. Тази способност не спира на 25. Тя се забавя с възрастта, но остава активна при правилните условия.

И в центъра на тази пластичност е молекулата, наречена BDNFBDNFТор за мозъка. Повече BDNF = по-добра памет и устойчивост на стрес.Виж в Decode →.

Какво е BDNF и защо е централен

Brain-Derived Neurotrophic Factor (мозъчно-производен невротрофичен фактор) е протеин от семейството на невротрофините — молекули, регулиращи оцеляването, растежа и синаптичното укрепване на невроните. Той е синтезиран предимно в хипокампуса, кортекса и малкия мозък, но рецептори за него (TrkB — тирозин рецептор киназа B) присъстват широко в нервната система.

Ако нервната пластичност е строителство, BDNF е едновременно архитектът, строителят и строителният материал.

При свързване с TrkB рецепторите, BDNF активира поне две ключови вътреклетъчни каскади:

PI3K/Akt пътят: Инхибира апоптотичните (програмирана смърт) механизми в невроните — буквално ги предпазва от умиране при стрес, увреждане или хронична хипофункция.

MAPK/ERK → CREB пътят: CREB (cAMP response element-binding protein) е транскрипционен фактор, регулиращ гени за синаптично укрепване и производство на нови синаптични протеини. Именно тук е биологичната основа на LTP — дългосрочната потенциация — молекулярният механизъм на паметта.

Хипокампусът и паметта

Хипокампусът е структура с особено значение за BDNF биологията — по две причини.

Първо: той е ключов за формирането на нови декларативни спомени (факти, събития) и пространствената навигация.

Второ: той е един от много малкото региони на мозъка при хора, в които продължава неврогенезата в зряла възраст — производство на нови неврони от невронни стволови клетки. BDNF е основен регулатор на тази хипокампална неврогенеза.

Хроничният стрес е документиран инхибитор: кортизолътКортизолХормонът, който тялото пуска при заплаха. Полезен за минути, вреден за месеци.Виж в Decode → при продължително повишени нива намалява хипокампалния BDNF, потиска неврогенезата, и при тежки случаи — данните сочат намаляване на хипокампалния обем. Изследвания при хора с клинична депресия показват значимо намален хипокампаленХипокампАрхивариусът на мозъка. Тук се записват новите спомени.Виж в Decode → обем в сравнение с контроли, корелиращ с продължителността и тежестта на епизодите.

Обратното е вярно: аеробната физическа активност е добре установен стимул за хипокампална неврогенеза и BDNF. Данни от рандомизирани изследвания при хора показват увеличен хипокампален обем при участници в аеробни тренировъчни програми спрямо контроли — при едновременно подобрение в тестовете за пространствена памет.

Физическата активност: най-мощният BDNF стимул при хора

От всички известни BDNF-повишители при хора, аеробната физическа активност е с най-добре установен ефект в контролирани изследвания.

Механизмът е многопластов:

Мускулен сигнал: При мускулна контракция, мускулните клетки отделят FNDC5, разцепван до irisin. Irisin пресича кръвно-мозъчната бариера и стимулира PGC-1αМитохондриална биогенезаКак тялото си строи нови енергийни фабрики, когато ги претовариш.Виж в Decode → в хипокампуса, водейки до BDNF синтез. Данните за тази ос при хора са обещаващи, но механизмът не е окончателно потвърден.

Лактат като BDNF медиатор: Относително ново откритие: лактатът, произведен при аеробно-анаеробен преход при умерено натоварване, пресича кръвно-мозъчната бариера и директно стимулира BDNF синтез в хипокампуса при животни. Данните при хора са предварителни, но биологично правдоподобни.

VEGF (съдов ендотелен растежен фактор): Аеробната тренировка стимулира мозъчния VEGF, подобряващ невроваскуларизацията и синергично с BDNF подпомагащ неврогенезата.

Изследване от Университета на Илинойс (Hillman et al., 2008) показва, че само 20 минути умерено бягане при деца е асоциирано с подобрение в когнитивните тестове за изпълнително функциониране. При зрели хора, систематичните прегледи на рандомизирани изследвания последователно показват умерено подобрение в когнитивните тестове при аеробни тренировъчни програми — особено при изпълнителното функциониране и паметта.

Сънят и BDNF: консолидацията на паметта

Сънят не е пасивна почивка. По-голямата част от консолидирането на паметта — трансформирането на краткосрочни в дългосрочни спомени — се случва по време на дълбок (бавновълнов) сън и REM сънREM сънФазата, в която сънуваш. Тук мозъкът подрежда чувствата от деня.Виж в Decode →.

BDNF сигнализацията участва активно в синаптичното укрепване по време на сън. Лишаването от сън намалява хипокампалния BDNF и компрометира паметовата консолидация.

Практическото следствие е добре установено: ученето, следвано от достатъчен сън, е значимо по-ефективно от ученето без последващ сън. Данните от изследвания при студенти, учещи преди изпит, потвърждават тази закономерност. Сънят след учене е биологично активна процедура, не просто почивка.

Ученето, новостта и когнитивното предизвикателство

При усвояване на ново умение — музикален инструмент, нов език, нова спортна техника, математически концепти — мозъкът изгражда нови синаптични конекции и укрепва съществуващите чрез LTP. BDNF е ключов молекулярен медиатор в тези процеси.

Новостта сама по себе си активира BDNF синтез — повторението на вече усвоено не генерира същия сигнал. Това обяснява защо "мозъчните игри," повтарящи едно и също задание до съвършенство, имат ограничен трансфер — научаването на нещо действително ново е по-мощен стимул.

Когнитивното предизвикателство — четене на трудни текстове, решаване на нови типове задачи, учене на непознат концептуален материал — е форма на "умствена тренировка" с биохимична основа в BDNF биологията.

Диетичен принос

Полифеноли: Флавоноидите от боровинки, ресвератролът от грозде и куркуминът от куркума показват BDNF-повишаващи ефекти в предклинични изследвания. При хора, данните са по-ограничени. Рандомизирани изследвания с боровинкови екстракти показват смесени резултати върху когнитивни тестове при по-възрастни хора.

DHAОмега-3Мазнините, които запалването в тялото не харесва.Виж в Decode → (омега-3): Структурен компонент на невроналните мембрани. Данните сочат, че адекватният DHA статус поддържа нормалната BDNF сигнализация — дефицитът е асоцииран с намален BDNF при животни; данните при хора са по-ограничени.

Студена вода: Предизвиква рязко повишаване на норепинефрина при хора — норепинефринът е ендогенен BDNF стимул. Данните при хора за директен ефект на студената вода върху серумния BDNF са предварителни.

Хроничният стрес: директен инхибитор

Глюкокортикоидите (кортизол при хора) при хронично повишени нива директно инхибират BDNF синтеза в хипокампуса. Механизмите включват транскрипционно потискане на BDNF промотора и намалена активация на CREB.

Именно затова физическата активност е клинично показана при лека до умерена депресия — данните от мета-анализи на рандомизирани изследвания показват ефект, сравним с умерена антидепресивна медикация при лека до умерена клинична депресия. Механизмът частично включва BDNF и хипокампалната неврогенеза.

Важно: при клинична депресия, физическата активност е допълнение към — не заместител на — специализираното лечение. Консултацията с психиатър е препоръчителна.

Практически протокол

• Аеробна активност преди когнитивна работа — 20-30 минути умерена аеробна активност е асоциирана с подобрена когнитивна ефективност непосредствено след в контролирани изследвания.

• Учи в кратки, фокусирани сесии (25-50 минути) с пълна концентрация. Разсейването (телефон, нотификации) нарушава синаптичните процеси, лежащи в основата на LTP.

• Спи след нов материал — без достатъчен сън, консолидацията е непълна. Сънят е биологично необходим след учене, не само желан.

• Избери нещо наистина ново — нов инструмент, нов език, нова физическа активност. Новостта активира BDNF по-мощно от повторение на вече усвоено.

• Управлявай хроничния стрес — кортизолът е директен инхибитор на хипокампалния BDNF.

Мозъкът има капацитет за промяна при всяка възраст. BDNF е биохимичното условие за тази промяна — и то е значително в ръцете на начина на живот.