Революция в голове. Как новые нервные клетки омолаживают мозг: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

На примере стволовых клеток в мозге взрослых мы снова видим, что в науке у каждого правила есть множество исключений, а противоречащие друг другу высказывания часто оказываются верны одновременно. По-видимому, нейроны не в последнюю очередь неспособны делиться потому, что они поляризованы, но при этом исследователи с изумлением обнаружили, что стволовые клетки в гиппокампе и в стенках мозговых желудочков тоже имеют полярность. Таким образом, возможно, она не имеет решающего значения. А может быть, полярность стволовых клеток отличается от полярности нейронов. В любом случае у стволовой клетки в гиппокампе есть длинный отросток, который она выпускает в сплетение нервных волокон, тогда как ее основание (что-то вроде ноги) располагается на кровеносных сосудах слоя зернистых клеток. В стенках желудочков на первый взгляд все устроено наоборот. Там стволовые клетки вытянуты между желудочком и кровеносными сосудами, которые здесь лежат глубже. При делении, судя по всему, возникают две очень разные клетки. Дочерняя клетка некоторым образом отделяется от материнской стволовой клетки на уровне ее ядра. Это отчасти напоминает почкование дрожжей.

В асимметричном процессе деления для стволовых клеток нет ничего необычного, хотя здесь он особенно бросается в глаза. При самообновлении как минимум одна дочерняя клетка должна быть идентична материнской. Но лишь благодаря асимметрии при этом можно получать что-то, кроме дополнительных стволовых клеток. Поэтому асимметричное клеточное деление – их отличительный признак. Только таким образом они могут одновременно быть способны к самообновлению и мультипотентности.

В случае стволовых клеток гиппокампа скорее стоял вопрос о том, способны ли они также к симметричному самообновлению. При асимметричном делении доступный запас стволовых клеток не мог бы расти. Тогда его было бы невозможно подстроить под повышенные потребности или использовать, чтобы компенсировать возможные потери. Эта несколько академичная проблема оказалась не по зубам множеству исследователей. Но она очень важна и имеет совершенно практическое значение. С ней тесно связан другой вопрос: как нейрогенез взрослых меняется с возрастом. От фактических и потенциальных свойств деления зависит, насколько ярко в конечном итоге может быть выражена пластичность и можно ли поддерживать ее гибкость до конца жизни.

В 2012 году вышли две статьи: одну написали Хуан Энкинас и Григорий Ениколопов из лаборатории в Колд-Спринг-Харбор в штате Нью-Йорк, а другую – Майкл Бонагиди и Хундзэн Сун из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. Интересно, что авторы обеих работ приводят очень вескую аргументацию в пользу полностью противоречащих друг другу утверждений. В то время как результаты, полученные Энкинасом и его коллегами, можно назвать пессимистичной версией, поскольку они доказывали, что процесс деления регулируется очень жестко и постепенно приводит к израсходованию запаса стволовых клеток, Бонагиди и его сотрудники показали, что отдельные клетки по всей популяции сохраняют способность к делению, а значит, возможность приспосабливаться к потребностям может действовать на протяжении всей жизни, что внушает больший оптимизм. Последнее лучше согласуется с неоспоримым на сегодняшний день фактом, что нейрогенез взрослых по-прежнему сохраняется в старости, но крайне тщательный анализ, проведенный в первой статье, не позволяет просто списать ее со счетов. Пока что ситуация до конца не прояснилась; вероятно, разгадка кроется в том, что одна группа проводила анализ совокупной популяции стволовых клеток и ее поведения в течение некоторого времени, а другая прицельно анализировала отдельные клетки. Как мы знаем на примере групп и сообществ, которые образуют люди, поведение индивидуума совершенно не равнозначно поведению толпы. Однако в первую очередь исследователи в обоих случаях рассматривали статичную картину. Сложные оценки размеров популяции могли бы принести совершенно иной ответ, если бы в итоге внешнего воздействия большее количество отдельных клеток повело себя иначе, чем предсказывала первая модель в состоянии покоя. Но реакция на стимулы внешней среды – это как раз и есть отличительный признак пластичности, которая реализуется за счет нейрогенеза взрослых.

Стволовые клетки как место взаимодействия генотипа и среды

Показательно, что понятие пластичности также используют применительно к стволовым клеткам самим по себе, и тогда оно означает не что иное, как мультипотентность и очевидную способность таких клеток переключаться между соответствующими возможностями. Здесь пластичность также выступает синонимом определенной открытости системы. В случае же нейрогенеза взрослых речь идет вовсе не о таком существенном переключении между различными направлениями развития. Скорее активация стволовых клеток способствует пластичности другого рода – пластичности нейронных сетей в гиппокампе. Мультипотентность – по крайней мере, так это выглядит, – в нейрогенезе взрослых никак не используется. В первую очередь здесь образуются нейроны одного-единственного типа. В обонятельной луковице ситуация несколько иная: формируются различные нейроны, но их функция пока совершенно не ясна.

Пластичность сетей, которые образуют нервные клетки, возникает на другом уровне, это не то же, что пластичность стволовых клеток. Зато, что для нас самое главное, такая нейрональная пластичность без них невозможна.

Опыт и деятельность влияют на нейрогенез взрослых в разные моменты в ходе развития новых нервных клеток. Но, конечно, начало этого процесса имеет основополагающее значение. Без стволовых клеток новых нейронов нет: это их источник. Инициация процесса происходит именно на их уровне. Как мы увидим в дальнейшем, их бурное деление может вызывать физическая активность. Такое деление в ответ на внешние сигналы позволяет обеспечить резерв для потенциальных новых нейронов. Это совершенно удивительное явление и важнейшая точка сопряжения внешней и внутренней среды.

У стволовых клеток есть генетическая программа, благодаря которой они восприимчивы к управляющим сигналам и могут преобразовать эти сигналы в другую программу. Кроме того, она позволяет клеткам делиться или дифференцироваться в нервные клетки. Таким образом, здесь мы наблюдаем более или менее непосредственное взаимодействие генотипа и среды. Поскольку со стволовых клеток начинается развитие, это значительно более фундаментальное явление, чем, например, когда синапсы пластично приспосабливаются к определенной деятельности. Здесь генотип тоже взаимодействует со средой или деятельностью, но это взаимодействие гораздо более узкого характера.

Еще один ложный путь: бихевиоризм

Идея пластичности мозга получила широкое признание не так давно. В XX веке у ошибочной аналогии с компьютером, а лучше сказать, с машиной было еще одно проявление. Речь идет о так называемом бихевиоризме. Принятое в этом подходе строго механистичное описание всех умственных процессов и процесса обучения оказало огромное влияние, среди прочего, на дискуссии о воспитании в 70-е годы XX века, когда расцвет бихевиоризма самого по себе давно был позади. Нередко случается, что широкая общественность дает осмысление научным тенденциям, когда наука уже ушла вперед.

Бихевиоризм пытался объяснять поведение, относя все происходящее на счет «психических рефлексов». В качестве примера здесь можно привести знаменитый рефлекс Павлова, когда собаку учат связывать звонок колокольчика с получением лакомства, так что в конце концов звонка оказывается достаточно, чтобы в радостном предвкушении началось слюноотделение, даже если угощения нет.

Адепты бихевиоризма, самым страстным и известным среди которых был Беррес Фредерик Скиннер, сложное поведение тоже пытались представить как сумму подобных приобретенных рефлексов. Такой принцип в обучении, который называют обусловливанием, конечно, существует и играет важную роль в объяснении поведения. Его иллюстрирует уже превратившееся в клише изображение лабораторной крысы, которая научилась, например, за вознаграждение нажимать кнопку.

Но выработкой условных рефлексов дело не ограничивается. Жестко придерживаясь позиций бихевиоризма, можно попасть в некоторые ловушки, из которых будет уже не выбраться.

Бихевиористы имели очень оптимистичные представления о способности человека (и животных) меняться. Естественно, это пришлось по нраву любителям социальных утопий, у которых бихевиоризм пользовался, соответственно, большой популярностью. Для приверженцев этого подхода личность значила мало. Обучение в их понимании – это процесс, преимущественно исходящий от обучающего, поскольку тот управляет формированием связей с помощью положительного и отрицательного подкрепления. При этом нужно отметить, что Скиннер в своих сочинениях был гораздо более открыт и критичен, чем его эпигоны. В результате отношение к нему сложилось непростое. Вероятно, его репутация оказалась хуже, чем он заслуживал. Тем не менее в основе бихевиористской теории лежит внешняя регуляция обучения, в том числе при установлении сложных взаимосвязей.

Илл. 18. Цель бихевиористского эксперимента – обучить определенному поведению с помощью положительной или отрицательной обратной связи и подкрепления. Механизмы такого рода, несомненно, существуют, и также несомненно, что этого подхода совершенно недостаточно, чтобы объяснить сложное поведение

При этом бихевиористы умалчивали, как эта теория должна функционировать на уровне мозга. В конечном итоге они рассматривали этот орган как черный ящик. Поведение объяснялось исключительно содержанием результирующей реакции на входящие стимулы, а индивидуум и его мозг считались пассивными.

Бихевиоризм представлял собой интеллектуальный тупик. Несмотря на некоторые очень важные достижения, многим ментальным явлениям он противоречит. Возможно, именно поэтому, грубо упрощая сложнейшие процессы, он обрел черты наивной идеологии. А тот, кто против этой идеологии возражал, рисковал карьерой.

При этом уже с 20-х годов XX века существовали четкие, наглядные признаки того, что мышление в отрыве от мозга постичь нельзя. Так, психиатр из Йены Ганс Бергер изобрел электроэнцефалографию (ЭЭГ). Благодаря ЭЭГ, которая измеряет в мозге электрические токи, стало очевидно, что даже в кажущемся состоянии покоя (в первую очередь во сне) он в высшей степени активен, и его деятельность протекает далеко не только как реакция на информацию от органов чувств и на внешние стимулы.

Сегодня известно, что в состоянии покоя мозг действует очень упорядоченно и структурированно, и паттерны этой деятельности возникают спонтанно. Активность колеблется, при этом в разных сетях фазы колебаний смещены относительно друг друга. Это требует определенных усилий, поскольку колебания стремятся синхронизироваться. Яркий пример – два часовых механизма с маятником, висящие на одной стене. Колебаний, которые передаются через стену, через некоторое время окажется достаточно, чтобы маятники стали качаться синхронно.

Бихевиоризм тоже открывал новые перспективы: самая известная подобная идея принадлежит Альберту Бандуре, выяснившему, что индивид обучается не только благодаря последствиям собственных действий, но и через имитацию. В связи с этим говорят об обучении по примеру.

Однако в теориях обучения, построенных на представлениях бихевиористов, было что-то неполноценное, в том числе потому, что они так рьяно дистанцировались от наблюдений за нейробиологической механикой – возможно, понимая, что их теории не пошло бы на пользу, если бы люди узнали о мозге слишком много.

Справедливости ради нужно все же сказать, что в нейронауке мозг сплошь и рядом в конечном счете рассматривали как машину, которая преобразует входящий сигнал в исходящий, опираясь на принципиально постижимые законы. Кроме того, с годами увеличивался концептуальный разрыв между растущими знаниями о функции отдельных нейронов и о том, как они объединяются в нейронные сети, с одной стороны, и объяснениями более сложной мозговой деятельности – с другой. Чем больше мы узнаем, тем сложнее сегодня выглядит вопрос, как заполнить этот пробел. Между входящим и исходящим сигналом располагаются целые миры, о которых мы только начинаем очень и очень медленно получать отдаленное представление – о том, чтобы понять их, даже нет речи.

Возможно, данные Альтмана о нейрогенезе взрослых долгое время вызывали прохладную реакцию еще и по причине тех настроений, которые царили в тогдашних психологии и педагогике. До 70-х годов XX века в последней было очень удобно придерживаться идей бихевиоризма, согласно которым ум – это чистый лист (tabula rasa), а мозг – черный ящик (black box). Это было обусловлено идеологически, ведь признавая силу природы, «общество» (или, например, партия) оказывается ограничено в маневре и, что еще важнее, несет меньше ответственности за воспитательную деятельность. Отождествлять биологические предпосылки и механизмы с детерминистской, натуралистической картиной мира вовсе не обязательно, а при ближайшем рассмотрении ужасно неэффективно, но, по-видимому, люди очень боялись, что слишком большое засилье биологии может ослабить педагогику (в широком смысле). Как мы видим, эти опасения имели под собой реальные основания, хотя и совершенно по другим причинам. У Стивена Пинкера есть толстая книга под названием «Чистый лист», где он красноречиво осуждает эту позицию.

Слабость бихевиоризма как подхода становится совершенно очевидной при попытке объяснить взаимосвязь между психикой и здоровьем тела. С помощью бихевиоризма сделать это решительно невозможно. Здесь мы вступаем на зыбкую с научной точки зрения почву, но ряд феноменов поразительным образом наглядно демонстрирует данное явление. Пожалуй, самый очевидный из них – так называемый эффект плацебо. Это собирательный термин, объединяющий разные варианты следующего наблюдения: убеждение или даже надежда, что лекарство поможет, способны действительно привести к этому. Причем это происходит несмотря на то, что таблетка не содержит никакого действующего вещества или содержит то, которое не может вызывать наблюдаемое действие. Этот удивительный факт задает шкалу, относительно которой оценивают все новые медикаменты. Лекарства тестируют в сравнении с плацебо. Пациентов случайным образом делят на две группы, и обе принимают лекарство. В одной группе оно не содержит действующего вещества, в другой содержит сполна. Но, конечно, обе группы думают, что они получают настоящее лечение, и их ожидания оказывают положительное воздействие. Если при этом между группами наблюдается разница, то ее следует относить на счет действующего вещества, поскольку психологический компонент должен быть одинаковым. При этом очень часто в результате измерений действие нового лекарственного средства оказывается небольшим, а эффект плацебо как раз очень значительным. На нем во многом основано действие любого лекарства (и даже хирургического вмешательства).

«Ожидания», будучи сложным сочетанием осознанной и бессознательной составляющих, – это не то состояние, которое можно было бы объяснить одним только обусловливанием. А их способность воздействовать на состояние телесного здоровья настолько, чтобы изменять симптомы в теле, невозможно интерпретировать даже с помощью сложнейшей системы психических рефлексов. Для объяснения не хватает мозга с его собственными законами и непрестанной самостоятельной деятельностью. Психика не существует от него отдельно, она взаимодействует с этим органом и со всем остальным телом. Когда говорят «mind is what the brain does» («мышление – это то, что делает мозг»), это может быть грубым упрощением, но это не ложь. Более того, в этом выражении содержится фундаментальная истина. С мозгом не просто что-то происходит – он совершает действие.

Похожим образом обстоит дело с психосоматическими заболеваниями, то есть телесными симптомами психических расстройств. Наконец, существуют явления, которые объединяют в направление психонейроиммунологии – несколько зыбкое, хотя и чрезвычайно интересное для ученых. Это научная дисциплина, которая с трудом получает признание широкой общественности. Неудивительно: мало того что она занимается связями между двумя самыми сложными из существующих биологических систем – нервной и иммунной, она еще и рассматривает психические эффекты, особенно трудные для понимания. В своем крайнем проявлении она пытается ответить на вопрос, может ли человек быть здоровым просто потому, что хочет этого. Обратный вопрос выглядит несколько проще: как стресс влияет на иммунную систему? В стрессе человек более подвержен инфекциям. Но почему?

Эти и некоторые другие явления нельзя объяснить с позиций бихевиоризма. Вы можете попытаться, но рано или поздно логические построения окажутся слишком сложны и будут содержать слишком много допущений; придется предположить, что все должно быть устроено совершенно иначе и в конечном итоге значительно проще. Уже само предположение о том, что мозг можно и нужно каким-то образом исключить из рассмотрения, с самого начала не пришлось по вкусу многим исследователям.

Дональд Хебб