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

Госпожу Гульд, с которой случилось то же самое и которая приняла желаемое за действительное, легко понять. Не стоит смотреть на нее свысока. Распознать подобную ситуацию постфактум значительно легче, чем изнутри. Впрочем, тогда тоже было высказано много критики. Доказательная база была слабой.

Последовавшие за этим дискуссии несколько затуманили взгляд ученых и отвлекли их от очевидной мысли, что здесь должно было быть «что-то» (пусть и не новые нейроны), что исследователи приняли за нейрогенез взрослых. Это было чрезвычайно интересно. Но сначала все затмило собой разочарование.

Где есть нейрогенез и где его нет

В мозге есть области, где могут появляться новые нервные клетки (зоны нейрогенеза), и области, где этого не происходит. Интересен вопрос, чем, собственно, первые отличаются от вторых. А те из медиков, которым свойственны настроения от идеалистических до утопических, любопытствуют, нельзя ли превратить вторые в первые.

В любом случае все это связано не только со стволовыми клетками – то, о чем пойдет речь ниже, выяснилось в экспериментах по трансплантации. Если соответствующие стволовые клетки подсадить в зону нейрогенеза, из них могут получиться нейроны; но за пределами таких зон это невозможно. Таким образом, чтобы стволовые клетки превратились в нервные, требуется какое-то участие окружающей их среды.

В мозге взрослого организма наряду с гиппокампом есть еще одна зона нейрогенеза, на самом деле значительно более примечательная, которая в больших количествах производит новые нейроны для обонятельной луковицы.

У человека новые нервные клетки, предназначенные для обоняния, прекращают формироваться довольно рано. Возможно, это происходит потому, что, например, по сравнению с собаками или грызунами, у людей очень слабый нюх, и мы строим свою «картину» мира в первую очередь с помощью зрения, а не носа. Так что такой вид нейрогенеза касается нас несколько меньше. Соответственно, ниже и научный интерес к этой его форме, чем к гиппокампу с его центральным значением для процессов обучения и запоминания, а значит, и для высшей когнитивной деятельности человека.

С другой стороны, существует предположение, что в этой второй зоне нейрогенеза есть клетки, которые могли бы в случае повреждений обеспечивать хотя бы минимальную регенерацию, и это, в свою очередь, подогревает интерес к ним. По крайней мере, их можно использовать, чтобы удовлетворять далеко идущие амбиции медицины. На первый взгляд, это противоречит тому, что мы постоянно утверждали до сих пор: мозг не регенерирует. В целом это по-прежнему верно, так что повода для большой эйфории нет, но все же налицо минимальные зачатки процессов, которые можно считать регенеративными. Пусть даже никто не знает наверняка, действительно ли их смысл именно в этом. Таким образом, следует четко различать новые нейроны, которые встречаются в обычных условиях, и те, что можно видеть лишь после повреждений.

Для начала рассмотрим условия здорового организма. В этом случае в мозге млекопитающих, как уже было сказано, обычно можно найти две зоны нейрогенеза.

Обоняние

С помощью обоняния мы воспринимаем химические вещества в окружающей среде. Эволюционно это чувство считается древним, возможно, первым, самым старым. Если угодно, даже у одноклеточных организмов есть химическое восприятие, они способны подстраивать свой ограниченный репертуар поведения в соответствии с информацией о конкретных химических соединениях в окружающей среде.

У многих видов животных обоняние – это доминирующий канал для получения информации о мире. У собак, которые, как легко убедиться, работают носом постоянно, и у многих грызунов обонятельный мозг имеет огромные размеры по сравнению с другими частями мозга. У человека, напротив, нюх очень слабый. Нас называют микросматиками. Наши обонятельные луковицы сравнительно маленькие[35], среди чувств доминирует зрение.

Когда говорят, что мышь, собака или даже бактерия нюхает, это не значит, что животное при этом испытывает то же самое, что и мы. Сложно сказать, пахнет ли для мыши ваниль ванилью; это даже крайне маловероятно. Более того, мы не можем утверждать, что ваниль пахнет одинаково для двух разных людей. В конце концов, нельзя напрямую заглянуть в восприятие другого существа, и нам приходится довольствоваться описаниями, чтобы определить, действительно ли два человека, вдыхающие запах Chanel No. 5, ощущают одно и то же. Сегодня такие описания подкрепляют всевозможными физиологическими методами измерения, но они не решают самую главную проблему: субъективное невозможно сделать объективным. Это так называемая проблема квалиа, старая и неразрешимая. Главное, что, когда мы нюхаем, у нас возникают одинаковые или хотя бы очень похожие ассоциации. Они зафиксированы генетически и очень устойчивы в эволюции, их разделяют с нами многие животные. Таким образом, хотя мы и не знаем, как мышь ощущает запах, но знаем, что она может соответствующим образом отреагировать на него.

Хотите верьте, хотите нет, но 800 из наших генов отведены на формирование обонятельных рецепторов (это около 4 %). У мыши таких генов целых 1400. Каждому химическому соединению, запах которого мы способны почувствовать, соответствует свой рецептор, а для смешанных запахов их используется несколько. И наоборот, мы не воспринимаем соединения, рецепторами для которых эволюция нас не снабдила. Например, мы не чувствуем запах ядовитого угарного газа, поэтому он такой опасный.

Обонятельные рецепторы расположены на слизистой оболочке в верхней части носовой полости, где они образуют пеструю мозаику. Обладающие запахом вещества попадают в слизь и передаются сюда. Соприкасаясь с рецептором, пахучая молекула возбуждает рецепторную клетку, которая посылает сигнал в мозг, а точнее, в обонятельную луковицу.

У обонятельной луковицы совершенно понятное и довольно простое строение. Здесь есть внешний слой, где вплотную друг к другу расположены сферические центры соединений, так называемые гломерулы. В них происходит первичная обработка сигнала. Отсюда информация передается дальше, в центры обонятельного мозга. Уже на второй станции (в пириформной коре) находится важное ответвление, ведущее в гиппокамп.

Дальше информация поступает в центры, где мы используем ее уже неосознанно. Многие из обусловленных запахом реакций устарели, но это не значит, что они не имеют значения для поступков, в которых ничего устаревшего нет.

Всем понятно, что мы выбираем по запаху еду. Вкус – это отдельное чувство, но во многом оно совпадает с обонянием. Оба этих чувства химические, и собственно вкусовые ощущения дифференцированы слабо. С обонянием связано наше восприятие тонких вкусов, таких как вкус вина.

Мы отчасти выбираем по запаху партнера, как сознательно, так и бессознательно. Мы также говорим, что хорошо «принюхались» к человеку. У животных пахучие вещества относятся к важнейшим сигналам, определяющим брачное поведение. Известно, что выделения мускусного быка воздействуют и на другие виды.

В результате замечательного психологического эксперимента ученому Кваме Энтони Аппиа удалось показать, что люди охотнее помогают незнакомцам, когда чувствуют запах свежих булочек из пекарни. Во всяком случае, охотнее, чем в месте, где запах нейтральный. Это много говорит о наших моральных принципах, но не меньше – о фундаментальном значении обоняния.

Конечно, производители различных товаров давно уже знают о силе этого чувства и пользуются ею, чтобы заставить нас купить еще один большой бургер или не дать нам устоять перед интерьером нового Audi. Запахи влияют на ваши решения, какими бы рациональными вы их ни считали. Причем это верно даже для человека, с его сравнительно слабым обонянием. У собак и грызунов весь мир состоит из запахов с небольшими примесями зрения, осязания, ощущения баланса и так далее. Опасность в том, что, поскольку зрение у нас доминирует, мы не осознаем той власти, которую над нами имеют запахи.

Для нас все это интересно тем, что в обонятельной системе протекает нейрогенез взрослых. На самом деле такой его род наиболее распространен у всех видов животных (постольку, поскольку они исследованы).

Собственно говоря, в обонятельной системе нейрогенез есть у всех видов. Началось все опять же с крыс, и здесь первым, кто это доказал, в 1969 году снова стал Джозеф Альтман. Но у людей нейрогенез взрослых в обонятельной луковице или вовсе отсутствует, или настолько слаб, что продемонстрировать его не удается. Задатки для него были и у нас, так что мы не совсем выбиваемся из строя. Далее читатель увидит, что потенциал, который несут в себе стволовые клетки данной системы, человек всегда или почти всегда использует для иных целей, чем нейрогенез в обонятельной луковице. Возможно, он нам не нужен, потому что мы мало опираемся на нюх, чтобы получить представление о мире.

Нейрогенез в слизистой оболочке носа

Если быть совсем точным, есть целых две зоны нейрогенеза, связанные с обонянием. Одна – в самой обонятельной зоне слизистой оболочки, где на протяжении всей жизни образуются новые рецепторные клетки (то есть клетки, которые непосредственно контактируют с пахучими веществами и «распознают» их), вторая – в обонятельной луковице. Обонятельная слизистая оболочка находится за пределами черепа и мозга; она относится к «периферической нервной системе». Поэтому, когда говорят о нейрогенезе взрослых, ее учитывают лишь наполовину.

Термин «нейрогенез взрослых» в узком смысле распространяется только на центральную нервную систему. Очевидно, то, что на периферии нейрогенез протекает на протяжении всей жизни, не так удивительно. В обонятельной слизистой оболочке это происходит и у человека, мы слабы лишь в центральном нейрогенезе клеток обонятельной луковицы.

Предполагается, что нейрогенез взрослых в обонятельном эпителии служит для замены поврежденных рецепторных нейронов. Согласно этой гипотезе, сами клетки уязвимы, потому что открыты к контакту с химическими сигналами окружающей среды. Точно так же более чуткие люди сильнее страдают от обиды. Чтобы постоянное взаимодействие с неизвестными веществами не вызывало проблем, лучше регулярно заменять клетки, пока они не испортились. Не секрет, что в подобных случаях природа беспощадна. Впрочем, мы поступаем так же, когда обслуживаем самолеты. Никто не ждет, когда расходная деталь износится настолько, чтобы отвалиться посреди Атлантического океана, для верности ее заменяют заранее, через регулярные промежутки времени. Неизвестно, действительно ли эта стратегия служит исчерпывающим объяснением высокому расходу нейронов в обонятельной слизистой оболочке, но идея убедительна и, скорее всего, хотя бы отчасти верна.

Каждая гломерула обонятельной луковицы соответствует своему отдельному «запаху», точнее, отвечает за отдельное доступное восприятию химическое соединение. Это означает, что отростки всех рецепторов, которые распознают одну и ту же молекулу, должны направляться в одну и ту же гломерулу. Аксоном называют отросток, который исходит из нейрона и переносит информацию к другим клеткам (чаще всего у каждой клетки один аксон). Похожие на антенну отростки, которые принимают сигнал и проводят его к телу клетки, называются дендриты. У рецепторных нейронов нет дендритов, но есть аксоны, которые должны достигать правильных гломерул. Как это работает, пока что во многом загадка. На тысячи запахов существует много тысяч рецепторных клеток, и опять же в каждый момент времени часть из них обновляется. Естественно, ни одна рецепторная клетка не «знает», где находится соответствующая ей гломерула. Собственно, в результате аксоны должны были бы прорастать друг через друга, создавая ужасный хаос. Но, очевидно, этого не происходит.

Нейрогенез взрослых в обонятельном эпителии протекает не в глубине мозга, а на поверхности. В принципе, его можно увидеть снаружи с помощью соответствующего оптического прибора – по крайней мере, отоларингологам это доступно. Для врача также не составит особых проблем взять небольшую пробу ткани со слизистой оболочки обонятельного эпителия, чтобы подробнее исследовать процесс нейрогенеза взрослых.

Изолировав такие клетки, удалось показать, что в обонятельной слизистой оболочке стволовые клетки действительно есть. Одно время это очень волновало ученых, поскольку казалось, что это более простой способ получить человеческие стволовые клетки. Однако, как мы уже говорили, к сожалению, они относятся к периферической, а не к центральной нервной системе. Они ведут себя совершенно иначе, чем их двоюродные сестры в черепе. Тем не менее, конечно, ученые спрашивали себя, в какой степени стволовые клетки периферической системы все же могут быть репрезентативны для клеток головного мозга. В конце концов, двоюродные сестры – довольно близкие родственники. Если бы они были достаточно похожи, благодаря доступности первых их можно было бы использовать как некое окно в развивающийся мозг, в том числе чтобы на ранних стадиях выявлять заболевания и патологии развития. Здесь были бы далеко идущие последствия, потому что тогда пациент мог бы без особых сложностей самостоятельно предоставить клеточную модель своего заболевания. Используя свойства стволовых клеток, можно было бы вырастить клеточную культуру собственных нейронов пациента. Затем по ним можно было бы исследовать болезнь и, возможно, даже разработать индивидуальное лечение.

[35] Имеется в виду отношение размера обонятельных луковиц к размеру всего головного мозга в целом (см.: McGann J.P. (2017, May 12). Poor human olfaction is a 19th-century myth // Science, 356 (6338). pii: eaam7263. doi: 10.1126/science.aam7263). Однако в абсолютных величинах обонятельные луковицы человека значительно больше обонятельных луковиц грызунов и некоторые запахи мы различаем в очень низких концентрациях.