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

При этом исследователи серьезно рисковали попасть в порочный круг. Разгорелся напряженный спор. Самая резкая критика тезиса исходила от работавшего тогда в Маннгейме психиатра по имени Фриц Хенн, что было забавным совпадением, потому что главным защитником идеи впоследствии выступил Рене Хен из Нью-Йорка. Но сначала оппонентом Хенна в этом споре был Рональд Дьюмэн из Йельского университета. Его рабочей группе принадлежало первое сообщение о том, что антидепрессанты, повышающие уровень серотонина, способствуют нейрогенезу взрослых. Выглядело, как будто определенная задержка, с которой это происходит, хорошо согласуется с клиническими данными, показывающими, что антидепрессантам нужно много времени, чтобы начать действовать. Возможно, столько, сколько нужно, чтобы созрел новый нейрон? Позже мы и другие ученые установили, что все намного, намного сложнее. Серотонин действует без какой-либо подобной задержки, но это происходит в условиях сложного переплетения всех возможных одновременных процессов, которые при этом взаимно подавляют друг друга, и картина проясняется лишь через несколько недель.

Со своей стороны, Хенн целыми десятилетиями искал пригодную животную модель депрессии и может считаться одним из главных экспертов по генетическим причинам этого заболевания. Словом, если кто-то и знает эту сторону вопроса, то это он. Какими бы неравноценными ни были аргументы и каким бы расплывчатым ни представлялось все положение дела, спор очень стимулировал науку. Произошел настоящий бум публикаций, среди которых, впрочем, комментарии и обзоры подозрительно сильно перевешивали по количеству оригинальные сообщения. Но, во всяком случае, дискуссия была весьма оживленной.

Исследования, которые, конечно, тоже проводились наряду с теоретическими размышлениями, довольно быстро показали, что тезис Джейкобса в строгой формулировке несостоятелен, как бы он ни возбуждал ученых. Но одновременно стало ясно, что доля истины в нем есть.

Настоящей сенсацией в этот момент стало утверждение Рене Хена из Нью-Йорка, который обоснованно показал, что, хотя и неясно, отвечает ли за депрессию нарушение в нейрогенезе взрослых, но, чтобы антидепрессанты действовали, все же требуются новые нейроны^{61}. Мыши, получающие антидепрессант, менее боязливы. Хен и его коллеги угнетали нейрогенез взрослых, и этот положительный эффект не наступал. Конечно, боязливость и депрессия – это не совсем одно и то же, а исследование на другой линии мышей дало другие результаты (что говорит о генетической изменчивости). Но при всех спорных вопросах, которые оставались открытыми, эта работа послужила весомым аргументом в пользу того, что здесь есть любопытнейшая взаимосвязь.

В целом гипотеза о связи нейрогенеза с депрессией в последние годы утратила часть своей притягательности, но остается одной из немногих хороших гипотез, объясняющих депрессию с позиций биологии (частично), притом что данное заболевание в остальном пугающе плохо поддается попыткам дать ему биологически-механистическое толкование. Что-то в этой идее есть. Ведь в гиппокампе с использованием нейрогенеза взрослых происходит контекстуализация выученной информации. Она также регулируется эмоциями и аффектом. Делая что-то с большим вдохновением или страхом, мы лучше запоминаем. Эта эмоциональная контекстуализация при депрессии серьезно нарушена. Несложно предположить, что нарушения в нейрогенезе взрослых лишают весь процесс необходимой гибкости.

Похожая проблема, кстати, встречается и при других психических заболеваниях, прежде всего, при шизофрении, но также, например, и при многих формах аутизма. Соответственно, можно также обсуждать роль нейрогенеза взрослых или его отсутствия в этих заболеваниях. Итак, нарушение в образовании новых нервных клеток могло бы быть общим фактором различных заболеваний, поражающих гиппокамп. Но вопрос об их причинах и действии все еще во многом неясен.

Спасите гиппокамп!

Когда упоминают «верхушку айсберга», отсюда вытекает более-менее очевидный вывод. Пусть исключение остается исключением, но, если правило настолько скрыто, исключение может быть осмысленной и многообещающей целью для медицинских вмешательств.

Деменция – не заболевание гиппокампа, во всяком случае, не в том смысле, что она ограничивается им или что ее внешние проявления напрямую несут на себе его отпечаток. Но, будучи вратами памяти, гиппокамп отвечает за обучение, а деменция часто, особенно вначале, в большой степени проявляется в виде сложностей с обучением и запоминанием.

Обучение не заканчивается в школе, это ежедневный процесс. Любой опыт – это обучение. Пациенты, страдающие деменцией, сначала теряют способность запоминать вещи. Благодаря этому они замечают, что что-то не так. При этом нарушения способности запоминать ни в коем случае не означают деменцию. Нередко бывает, что они усиливаются при «нормальном когнитивном старении», а деменция не развивается. Но граница расплывчата. Профессионалы часто могут определить на ранних этапах, приведет ли проблема с памятью к деменции или нет. Они также получают надежные сведения об этом в динамике. Но в процессе диагностики они могут направить все свое внимание на гиппокамп, поскольку многие формы деменции поражают его на ранних этапах и он демонстрирует симптомы, так четко поддающиеся определению. Пока что в клинической практике это используется не вполне систематически и не повсеместно, что на самом деле странно. Ведь гиппокамп может быть не только отправной точкой диагностики, но и дверкой к профилактике и терапии.

Открытие нейрогенеза взрослых делает этот момент абсолютно конкретным. Ведь устойчивость к болезням – это совершенно особая форма пластичности, а гиппокамп – мастер в этих делах. Он доходит до того, чтобы даже формировать новые нервные клетки.

Отсюда призыв: «Спасите гиппокамп!» Обращая внимание на ранних стадиях на гиппокампальные симптомы, включая те, что могут быть вызваны ослабленным нейрогенезом взрослых, можно было бы не только усовершенствовать диагностику, но и при соответствующем вмешательстве в какой-то мере противостоять болезни. У тренированного гиппокампа есть резерв нейрогенеза, он остается гибким, даже если его функция по каким-либо причинам ослабевает.

Конечно, также возможно, что болезнь вызывает нарушение самого нейрогенеза, а гибкость, как следствие, преждевременно теряется в связи с болезнью – и это предмет интенсивных исследований. Это тоже было бы важно знать, и на это стоило бы обращать внимание при диагностике. Тогда деменция означала бы не только что гиппокамп теряет то, что в нем есть, но и недостаток пластичности. Оба явления были бы аспектами заболевания. Но, в свою очередь, тем важнее были бы резервы нейрогенеза. То, что они тоже под угрозой, – это не повод их не накапливать.

Однако данные о воздействии нейродегенерации на нейрогенез взрослых совершенно неоднозначны. Проще всего их было бы описать фразой «да, но». С одной стороны, это связано с тем, что животные модели нейродегенеративных заболеваний неполноценны, но с другой, конечно, со сложностью и многообразием нейродегенеративных заболеваний в целом. И все же есть очень обнадеживающие данные, хотя интерпретировать их нужно по-прежнему осторожно. Активность помогает от деменции, в первую очередь профилактически, и очень вероятно, что один из механизмов ее действия состоит в регуляции нейрогенеза взрослых.

Успешное старение

Деменция и депрессия чаще возникают в старости, но, конечно, нельзя сказать, что в пожилом возрасте они поражают всех. И все же абсолютно каждый сталкивается с проблемами, которые вызывает старение. Эти проблемы затрагивают тело и дух. Где-то после сорока почти всем нужны очки для чтения, с возрастом хуже воспринимаются высокие ноты, и очень многие замечают, например, что в какой-то момент память начинает работать как минимум хуже, чем в двадцать лет.

Переход от того, что обычно называют «нормальным» когнитивным старением, к таким заболеваниям, как деменция и депрессия, довольно плавный. Но и проявления этих проблем очень разнообразны. Готовность к старению мозга зависит от множества факторов, и не в последнюю очередь от его пластичности. Нейральные резервы определяют, насколько он способен смягчить эти трудности. «Резервы нейрогенеза» – это не просто избыток доступных новых нейронов, но и качественное преимущество. Дело не в том, чтобы бездумно тренироваться и абстрактно наполнить мозг дополнительными клетками, – гибкость мозга повышается и сохраняется на высоком уровне в результате осмысленной деятельности.

Нейрогенез взрослых, конечно, может объяснить успешное когнитивное старение лишь отчасти – в той степени, в которой оно связано с гибкостью гиппокампа. Насколько хорошо мы справляемся с новизной, в первую очередь с новой информацией в знакомом контексте, и с множеством нюансов и изощренных деталей, от которых в жизни часто что-то зависит и упуская которые мы буквально «зависаем»? Если нарушены эти функции, в подавляющем большинстве, по моему мнению и мнению моих коллег, обусловленные новыми нейронами, это не значит, что сразу настанет слабоумие или депрессия; но старение будет менее успешным.

Индивидуальность

Но если все это так, отсюда вытекает поразительное следствие. Ведь в известной степени, для каждого разной, в зависимости от наших генетических склонностей, рода и количества задач, которые мы решаем в жизни, наше поведение тоже определяет, как мы и наш мозг справляемся с периодами затишья и ненастья. Действия имеют значение. Какое – можно оценить не всегда, иногда любые действия тщетны, но, и это уже почти тавтология, действовать – это все, что мы можем делать. Тот, кто по-настоящему проживает свою жизнь, получает от нее больше не только прямо сейчас, но и в перспективе. Это не ново; ново здесь, пожалуй, только нейробиологическое обоснование. Нужно ли оно, чтобы отдельный человек мог вести хорошую жизнь, еще не доказано, но оно не повредит, а истинное значение подобной информации, пожалуй, можно увидеть лишь в более широкой картине.

Нейрогенез взрослых, как и любая форма пластичности, – это связующее звено между нашей деятельностью и структурой мозга. А поскольку опыт, как и деятельность, сугубо индивидуален, какими бы большими группами мы ни занимались спортом, ни играли музыку и ни сидели в аудиториях, нейрогенез взрослых – это механизм, который делает наш мозг более индивидуальным.

Нам даже удалось показать это в эксперименте. Однояйцевые близнецы генетически идентичны и часто чрезвычайно похожи. Их сходство порою ошеломляет нас, потому что говорит о превосходящей все ожидания великой силе генов. Но даже однояйцевые близнецы не абсолютно одинаковы, в первую очередь различия между ними растут с возрастом. Разница может быть едва уловимой, но она увеличивается. Если близнецы живут в одной и той же среде, что определенно так в утробе матери и как правило хотя бы в первые годы жизни, эту разницу должен вызывать различный опыт, полученный в одних и тех же условиях, различное переживание одного и того же. Таким образом, есть часть этой общей среды, которую они не разделяют (non-shared environment)[39].

Тогда с помощью обогащенной среды можно поставить любопытный эксперимент на генетически идентичных мышах и спросить, возникает ли при одинаковых генах и среде индивидуальность и в какой степени. Будут ли в такой ситуации различия между мышами тоже постоянно расти? И – мы задавали именно этот вопрос – будет ли это также отражаться в нейрогенезе взрослых?

Для этого мы снабдили животных крохотным чипом, который действует аналогично защитной этикетке в дверях супермаркета. Антенна излучает сигнал, чип возвращает его и таким образом сообщает о своем положении. Наши коллеги Ларс Левейохан и Норберт Заксер из Университета Мюнстера придумали обогащенную среду с двадцатью антеннами, где таким образом можно было круглосуточно следить за поведением сорока мышей и фиксировать его. Антонио Крюгер из Немецкого исследовательского центра искусственного интеллекта в Саарбрюккене – обычно он занимается вопросом, как с помощью подобной технологии на чипах отслеживать товаропоток в супермаркетах, – вместе со своими коллегами написал алгоритм, который позволяет нам отфильтровать возникающий при этом гигантский массив данных, чтобы получить что-то осмысленное. А Ульман Линденбергер и Андреас Брандмайер из Института развития человека Общества Макса Планка в Берлине наконец разработали модель, чтобы еще и интерпретировать эти данные.

О чем говорит вся та пространственно-временная информация, которую мы три месяца собирали с каждой отдельной мыши в клетке? Через три месяца моя коллега Юлия Фройнд зафиксировала в гиппокампе нейрогенез взрослых, и мы спросили себя, есть ли связь между поведением отдельных животных в течение трех месяцев и масштабами этого явления у них. Как и ожидалось, у мышей в обогащенной среде было больше новых нервных клеток. Но это еще не все: разброс значений также оказался значительно шире. Были мыши, которые почти не отличались от тех, что одновременно жили в скучной, менее стимулирующей среде. У других новых нервных клеток образовалось в пять раз больше. Иными словами, у генетически идентичных мышей, одновременно пребывавших в одинаковой среде, появились структурные различия в гиппокампе, в его области, имеющей функциональное значение.

Однако оказалось, что само по себе количество контактов с антеннами никак не коррелировало с нейрогенезом взрослых. Если подумать, это понятно. Представьте, что такой антенной были бы кнопки пульта дистанционного управления. Тогда, если сидеть перед телевизором и переключать каналы, контактов с антенной получится очень много, но активность будет минимальной. Так что нужно ввести хотя бы еще одну антенну (скажем, дверцу холодильника) и посмотреть, как часто антенны меняются. Повторяющиеся контакты с одной и той же антенной можно просто проигнорировать. Это уже гораздо лучше. Такой все еще очень грубый показатель активности объяснял в математической модели около десятой части различий.

По-настоящему интересно становится, если включить в расчет еще и расположение отдельных антенн. Тогда из массива данных, который мыши формировали в течение трех месяцев, можно для каждого отдельного животного вычислить коэффициент того, с какой вероятностью его можно в случайный момент времени найти в столь же случайном месте на большой огороженной площади. Чем больше этот коэффициент (так называемая энтропия рыскания – Roaming Entropy), тем вероятнее, что мышь встретится вам во многих различных точках; чем он ниже, тем вероятнее, что она окажется лишь в нескольких местах (например, в своем гнезде или у поилки).

Андреас Брандмайер создал интерактивную визуализацию энтропии рыскания, которую можно испробовать на странице www.brandmaier.de/roamingentropy/. Энтропия рыскания – это коэффициент пространственной активности, который не ограничивается самим движением, а учитывает качественный компонент, а именно какое пространство это движение охватывает. Если перенести это на человека, при примерно одинаковой физической активности этот показатель у бегуна на дорожке в фитнес-центре будет ниже, чем у того, кто бегает в лесу и по полю. Таким образом, энтропия рыскания еще и косвенно говорит о том, насколько исследована и познана среда.

Если суммировать для каждой мыши значения энтропии рыскания в течение некоторого времени, можно увидеть прирост ее активности. Чем резче кривая направлена вверх, тем активнее особь, чем кривая более пологая, тем меньшее пространство было охвачено деятельностью.

На животных в обогащенной среде мы увидели, что их кривые веерообразно расходились все дальше. Эти диаграммы показали, что мыши по своей активности все сильнее отличались друг от друга^{{62}, {63}}, (см. рис. 24 на вклейке).

[39] Необщая среда (англ.). – Примеч. перев.