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

Через мозг мы воспринимаем мир, благодаря мозгу мы можем действовать. Согласно прекрасному, крайне упрощенному определению, наш мозг – это хранилище воспоминаний и одновременно нечто, способное делать предсказания. Именно это называется «обучением». Я могу использовать опыт прошлого, чтобы принимать решения о действиях в будущем.

Тут мы вступаем на опасную территорию в плане определений. Можно ли сказать, что мозг думает? Что думают нейроны? Что такое воспоминания? Можно ли разложить их до уровня клеточных процессов? Или же они никак не проявляются, по крайней мере существенным образом? А теперь еще сложнее: что такое действия? Может ли мозг действовать? И если да, как это соотносится с нашим убеждением о том, что действия совершает индивид? С точки зрения нейробиологии, выше мы дали редукционистское, то есть упрощенное определение. Ряд моментов оно отражает, другие не учитывает. Смысл в том, что некоторые аспекты действительно носят нейробиологический характер и могут быть описаны в нейробиологических терминах, и, таким образом, поддаются естественно-научному анализу. В то же время здесь может возникнуть недопонимание, поскольку мышление – это, конечно, не чисто нейробиологическое явление. Однако оно нейробиологическое в том числе.

Красивое выражение «mind is what the brain does» («мышление – это то, что делает мозг») истинно и ложно одновременно, но нет смысла углубляться в споры об этом противоречии. И все же можно точно сказать, что ни один философ не был бы самим собой без своего мозга. Любой, кто хоть раз выпил слишком много вина или получил крепкий удар по голове, знает, насколько сильно мы зависим от самочувствия этого органа. Мозг – это не чисто биологическое явление, но биологическое в том числе. Описать и суметь объяснить эту его составляющую – уже достаточно сложная задача. Биологизация наших представлений о человеке заслуживает всяческой критики, как и тенденция рассматривать философию, психологию и педагогику как науки о церебральных функциях. Приставку «нейро-» нередко используют, чтобы придать веса слабым, умозрительным построениям. Но часто дело обстоит как раз наоборот. Порой мы не учитываем, что у человека с его чудесным, мощным мозгом много общего с гораздо более примитивными животными, а надменный антропоцентризм весьма безоснователен. Априори приписывать мыслительным способностям человека особый статус, который выделял бы нас из мира природы, не только высокомерно и неправильно. В результате этого мы также упускаем массу возможностей, начиная с того, чтобы более глубоко разобраться в своей сущности, и кончая конкретными медицинскими разработками.

Даже у представителей разных видов животных в мозге может быть много общего, и все же этот орган у них отличается. И внутри одного вида он иногда выглядит по-разному. У каждого человека свой собственный мозг. Это звучит банально, но очень много значит. Содержимое наших черепов не изготовлено по единому шаблону. Как именно оно выглядит, зависит от того, какие качества мы унаследовали от родителей и какой опыт нам был доступен. Это и есть то самое знаменитое взаимодействие генотипа и среды, и мы – его результат. Генотип и среда действуют неразрывно, но по-прежнему остается загадкой, в каком соотношении. Мы, люди, отличаемся друг от друга, и поэтому отличается мозг каждого из нас. И наоборот: у каждого из нас свой мозг, поэтому мы такие разные. К концу жизни мозг несет в себе все воспоминания и весь опыт, который мы приобрели, но это не значит, что он содержит их, как кувшин содержит воду, – мозг сам состоит из всех воспоминаний и опыта, потому что они изменили его, встроившись в его структуру. Мозг каждого из нас, и чем мы старше, тем в большей степени, по структуре и по микроструктуре соответствует нашей биографии и всему тому, что мы когда-либо постигли. Научные фантасты пестуют идеи о том, чтобы читать эти структуры, будто информацию с жесткого диска, но в нашей книге речь пойдет о другом. Нас интересует вопрос об индивидуальном мозге и идея о том, что он может развиваться на протяжении всей жизни и что этот процесс неразрывно связан с опытом. Все, что мы пережили и узнали, нас меняет, причем на физическом, нейробиологическом уровне. Жизнь оставляет следы. Всегда. Все, чему я учусь, изменяет мой мозг. Эта мысль успокаивает и тревожит одновременно. С одной стороны, отсюда следует наша уникальность и индивидуальность, но с другой – встают вопросы, например о том, насколько мы способны формировать и сохранять свой уникальный мозг и какую ответственность мы за это несем. Сам по себе этот вопрос не нов, просто раньше его не задавали в контексте нейробиологии, но здесь мы смотрим на него под другим углом, и он получает новый приоритет. В процессе обучения, например, когда канарейка осваивает навык пения, образуются новые нервные клетки, которые, таким образом, вносят в структуру мозга постоянные и измеримые изменения, соответствующие опыту. Это знание заставляет нас по-новому взглянуть на связь между мозгом и мышлением и наглядно демонстрирует, что именно она лежит в основе развития личности.

Регенерация в человеческом теле

В отличие от мозга другие органы обладают большой способностью к регенерации. Есть три «первично регенерирующие» системы: это кровь, кожа и кишечник. Они непрерывно обновляются на протяжении всей жизни. Благодаря регенеративной функции костного мозга мы можем безболезненно сдавать донорскую кровь и даже переносить весьма значительные кровопотери. Слизистая оболочка кишечника обновляется с такой интенсивностью, что специалисты шутя, вернее полушутя, говорят, что через один кишечник не проходит два горячих блюда. Как ни удивительно, вместе с человеческим стулом, за исключением воды (которая составляет в нем 75 %), выделяются в основном вовсе не остатки пищи, как думает большинство, а огромное количество бактерий, а также, в первую очередь, клетки нашего собственного кишечника. Из 25 % массы, которая получится, если убрать воду, на остатки пищи, бактерии и клетки кишечника придется примерно по одной трети. Чтобы пищеварение и экскреция не израсходовали все клетки этого типа полностью, стволовые клетки регулярно пополняют их запас.

Благодаря регенеративной способности кожи бесследно заживают мелкие порезы и царапины, и лишь более серьезные повреждения ведут к образованию шрамов или вообще не поддаются регенерации, как, например, в случае обширных ожогов. Это касается и «производных кожи», то есть волос и ногтей, которые нам всю жизнь приходится подстригать, потому что они постоянно отрастают заново. Едва ли найдется профессия, представители которой так же сильно зависят от деятельности стволовых клеток (в данном случае содержащихся в волосяном мешочке), как парикмахеры.

Функция таких «первично регенерирующих» органов прочно связана с непрерывной регенерацией клеток. Если кровь перестанет постоянно обновляться, она не сможет выполнять свою задачу. Мы уже не нуждаемся в постоянном росте волос, но от него зависела жизнь наших первобытных предков, гораздо менее защищенных от воздействия погодных условий, чем животные, покрытые мехом.

Вторая группа органов обладает большими способностями к регенерации, хотя та и используется только в случае повреждений. В эту группу входят, например, кости и печень. Последняя вообще представляет собой совершенно особенный случай: если удалить до одной трети ее тканей, она восстановится в полном объеме. Известный символ регенеративной медицины – Прометей, которого в наказание приковали к скале, и орлы каждый день выклевывали печень из его туловища, только затем, чтобы за ночь она отросла вновь. Впрочем, этот мифологический сюжет можно воспринимать и как метафору тщетности врачебных усилий. По костям особенно хорошо видно, как с возрастом ослабевает способность к регенерации.

Илл. 2. Миф о Прометее можно также считать метафорой регенеративной медицины: каждую ночь у прикованного к скале падшего героя заново отрастает печень, которую днем ему выклевывают орлы. Нельзя точно сказать, что это: символ особой способности к регенерации или той тщетности, с которой мы неизбежно сталкиваемся в конце концов

Как правило, перелом кости у ребенка не представляет собой повода для беспокойства, тогда как у пожилого человека, особенно если речь идет о шейке бедра, он может без труда привести к опасной для жизни ситуации и многочисленным осложнениям. Органам этой второй группы необходимо уметь регенерировать, но это не входит в их основную функцию, регенерация возникает лишь как реакция на повреждение.

Третья группа включает в себя те органы, которые почти или совсем не регенерируют и к которым до сих пор относили сердце, почки и, в первую очередь, мозг. Предполагалось, что слабая способность мозга к регенерации – это цена за ту функциональную мощь, которой он достиг в ходе эволюции. Считалось, что для столь высокой производительности требуется большая стабильность, которую новые нервные клетки нарушали бы, поскольку новые нервные узлы лишь запутывали бы нейронную сеть. Попробовали бы вы поменять процессор у включенного компьютера! Однако позже мы увидим, что такое представление о мозге как о компьютере в корне неверно.

Зоны нейрогенеза

Согласно расхожему определению, нейрогенез взрослых – это образование новых нейронов в мозге взрослой особи. Мозгу взрослого, по крайней мере у млекопитающих, включая человека, нейрогенез обычно не свойственен, иными словами, его условия не позволяют формировать нервные клетки. Он не регенерирует, по этой причине многие из заболеваний мозга необратимы и носят хронический характер. До рождения и некоторое время сразу после него мы видим совершенно иную картину: мозг – само развитие, здесь все находится в движении. Производится колоссальное количество нейронов. Через некоторое время после оплодотворения эмбрион становится размером с фасолину, размеры мозга у него соответствующие. К моменту рождения этот орган у человека весит уже около 350 граммов, и это всего лишь около четверти массы мозга взрослого. Формирование его продолжается и после появления на свет. И хотя при этом образуются миллиарды клеток, нейроны формируются с большим запасом. В течение детства образование нервных клеток идет на убыль. Согласно оценкам, к школьному возрасту оно в массе своей завершается, и лишь в отдельных областях, например в мозжечке, заканчивается только в 10–12 лет. У млекопитающих нейрогенез сохраняется лишь в двух или, возможно, трех областях мозга (см. рис. 1 на вклейке). Некоторые детали здесь остаются спорными, вероятно, есть важные различия между отдельными видами животных. Но в целом уже твердо установлено: во взрослом мозге формируются новые нервные клетки.

У человека нейрогенез ярко выражен в гиппокампе, в той самой небольшой зоне мозга, которая имеет решающее значение для обучения и памяти. Гиппокамп также называют «вратами памяти», поскольку вся информация, которую мы хотим сохранить в долгосрочной памяти[3], должна пройти обработку в этой области. Мы еще поговорим о значении последней в главе «Новые нейроны для новых мыслей», когда будем рассматривать, какое участие принимают в ее деятельности новые нейроны и какие это влечет последствия. Конечно, если нейрогенез взрослых протекает именно в «центре обучения», естественно предположить, что новые нервные клетки играют в этом процессе какую-то особую роль. С другой стороны, не всякий, кого застали на месте преступления, обязательно преступник. Как мы увидим, доказать, что новые нейроны участвуют в деятельности гиппокампа и как именно они это делают, было совсем не просто.

Вторая (точнее, если учесть ее удивительное постоянство в мире животных, первая) зона нейрогенеза, которую можно найти у большинства млекопитающих, находится в обонятельном мозге[4]. Обоняние – это способность обнаруживать в окружающей среде химические соединения. Это своего рода «прачувство», в зачаточном виде присутствующее уже у очень примитивных животных. У млекопитающих нейрогенез встречается главным образом в этих двух зонах, но, за исключением самых основных черт, между этими процессами в той и другой зоне мало общего. Вероятно, у всех известных нам позвоночных есть некое подобие гиппокампа, но лишь у млекопитающих та его часть, в которой мы наблюдаем нейрогенез взрослых, присутствует в такой форме и обладает такими функциями^{2}. Это захватывающий поворот дела, ведь данный факт заставляет предположить (хотя, конечно, еще не доказывает), что с возникновением особой структуры «зубчатой извилины», как именуется та область гиппокампа, где у млекопитающих происходит нейрогенез, у них развилась также исключительная способность приспосабливаться и принимать различные формы, и эти два явления тесно связаны между собой.

Мифы о мозге

До того как обнаружили нейрогенез взрослых, существовали определенные представления о развитии и деятельности мозга, которым данное открытие противоречило. Такие представления часто принимают характер мифов. Бывает, что мифами долгое время успешно объясняют некоторые явления, но затем подобные убеждения, которые ранее не подвергались сомнению, приходится соотносить с новыми достижениями науки.

Есть мифы расхожие, знакомые каждому, например, о том, что в шпинате много железа или что после еды вредно плавать. В медицине особенно распространена «народная мудрость», в том числе представления о мозге, под которыми нет никаких оснований.

Пожалуй, самое распространенное убеждение такого рода состоит в том, что человек использует мозг лишь на 10 %. В 2004 году вышел научно-фантастический триллер со Скарлетт Йоханссон в главной роли, сюжет которого построен на этой идее: героиня принимает вещество, призванное разбудить потенциал дремлющих 90 % ее мозга.

Илл. 3. Завязкой триллера «Люси» со Скарлетт Йоханссон в главной роли послужил распространенный, но безосновательный миф о том, что мы используем лишь 10 % мозга. Что же будет, если разбудить спящие 90 %?

Как будто без всякого противоречия рядом с этим мифом о 10 % сосуществует представление о том, что после двадцати пяти лет (некоторые даже утверждают, что после полового созревания, а отдельные пессимисты – что сразу по окончании детского возраста) наша мыслительная деятельность начинает угасать, потому что, рано достигнув расцвета, при котором количество нервных клеток у нас максимально, затем мы лишь теряем их на протяжении всей оставшейся жизни. Уже в начальной школе нас пугали, что, если часто забивать голы головой, мозги отобьешь. Это скрытое следствие данного мифа. Позже мы мучились совестью за каждую лишнюю кружку пива, ведь оно якобы усугубляет эту постоянную деградацию. Наконец, хотя об этом, в отличие от детских игр в футбол, чаще всего не говорят вслух, предполагается, что есть некая критическая черта, за которой человек неизбежно впадает в маразм. Коротко говоря, мозг нужно беречь, иначе он износится раньше времени. Согласно этим представлениям, пожилой возраст, а тем более деменция – это состояния нехватки нервных клеток. Все это, очевидно, плохо сочетается с идеей о том, что мозг, как ни крути, используется всего на 10 %. Если у нас в запасе 90 % мозга, можно было бы позволить себе потерять часть клеток без всяких последствий. Где же тогда истина? Ни там, ни там, но оба мифа несут в себе отголоски правды.

Откуда взялся миф про 10 % – а он очень устойчив, – неизвестно. Его часто приписывают отцу сайентологии Рону Хаббарду, но возможно, и это тоже миф. Правда то, что практически никто не использует весь своей потенциал целиком (это то зерно истины, которое кроется здесь).

Тем не менее нет угрозы, что мозг переполнится. Подобные опасения обыгрывает в своей знаменитой карикатуре Гари Ларсон. Если говорить о емкости, наше запоминающее устройство никогда не бывает заполнено целиком. Но при этом и нельзя сказать, что есть какие-то пустые участки, которые бы простаивали. Мозг всегда активен весь полностью. У него большие резервы, в этом плане миф даже говорит правду, но ни в коем случае не в чисто структурном смысле, а в функциональном и, как мы увидим позже, в смысле «пластичности». А число «10 %» и вовсе взято с потолка.

Представление о своем потенциале, по иронии судьбы, люди получили благодаря редкой прихоти природы. Это так называемые саванты – те, у кого на фоне ограниченных умственных способностей есть удивительные «острова гениальности» – отдельные навыки, в которых они способны достичь незаурядных успехов. При этом очередной миф состоит в том, что к савантам относятся многие или даже все люди с аутизмом.

Одним из самых известных савантов был прототип «человека дождя» из одноименного фильма с Дастином Хоффманом, Ким Пик^{3}. Он мог, один раз проглядев текст (это даже нельзя назвать чтением), «пересказывать» наизусть целые книги. К концу жизни его память хранила содержание приблизительно двенадцати тысяч книг, которые он смог запомнить слово в слово. Это показывает, какие объемы информации способен вместить человеческий мозг. Некоторые предпринимают попытки добраться до этих сокровищ, или, по крайней мере, их подобие. «In search of the rain man within us all» («поиски человека дождя в каждом из нас») – так это называет Дарольд Трефферт, специалист по савантам. Проблема, однако, в том, что Ким Пик мог использовать свои огромные знания только в совершенно статичном виде. Он не обладал способностью отбирать информацию; его память была похожа на склад. Ассоциативное мышление у него развилось лишь на очень поверхностном уровне. Связь между двумя полушариями его мозга оставалась рудиментарной. По-настоящему обрабатывать свои колоссальные знания савантам чаще всего не удается. Они замечательно производят вычисления, но не становятся от этого математиками.

По-видимому, реализовать весь потенциал какой-либо функции, которая обычно используется частично, можно только очень высокой ценой. То же самое происходит с рекордсменами в других сферах, например в большом спорте. Здесь тоже, как сказали бы экономисты, возникают «издержки упущенных возможностей». В такой ситуации все ресурсы, будь то время, энергия или инфраструктура, направляются исключительно в одно русло. Олимпийские чемпионы по синхронным прыжкам не бывают одновременно блестящими пианистами. Зато благодаря савантам мы знаем, что у нас не хватает ресурсов на обработку информации, а не на ее хранение.

О «резервах» мы подробно поговорим позже. Сейчас важно отметить, что в мозге не существует каких-то земель, которые можно было бы осваивать. Нет нервных клеток, которые валялись бы без дела и только ждали своего часа.

[3] Здесь имеется в виду один определенный тип памяти – «декларативная память», включающая осознанные, в том числе биографические, воспоминания.

[4] Обонятельный мозг (лат. Rhinencephalon) – собирательный термин, включавший в разное время разный набор анатомических структур, относящихся к конечному мозгу.