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

Когда мы сопоставили энтропию рыскания каждой мыши с уровнем нейрогенеза, мы обнаружили, что она объясняет уже не 10, а более 20 % различий в количестве новых нервных клеток у разных особей. Это поразительное, но не запредельное значение. Было бы не слишком правдоподобно, если бы данные показали, что нейрогенез взрослых у каждой мыши зависит только от ее энтропии рыскания. Разумеется, здесь может играть роль множество других потенциальных факторов. В первую очередь, конечно, это социальные контакты. В другом независимом исследовании мы также выяснили, что мыши с более высокой энтропией рыскания – большие индивидуалисты, но при этом они не антисоциальны. Это тоже интуитивно понятно: широкие знакомства – еще один признак активной жизни.

Конечно, остается масса вопросов. Прежде всего, опять же, причинная связь. Зависит ли дальнейший рост кривой поведения от нейрогенеза взрослых? Активность стимулирует нейрогенез взрослых, но верно ли обратное, что нейрогенез взрослых способствует активности, как предполагает гипотеза о том, что перед нами по-настоящему пластичный процесс?

В любом случае наши эксперименты с мышами показали, что нейрогенез взрослых в зависимости от индивидуальной активности ведет к тому, что у каждой особи развивается свой уникальный гиппокамп. В результате индивидуальной активности гиппокамп приспосабливается к собственному ее уровню – или, как можно было бы сказать, к собственному горизонту опыта.

Но как это может работать? Откуда стволовые клетки и полость, где они содержатся, узнают, что в активном животном им нужно будет выполнять повышенные запросы? Есть ли у стволовых клеток воспоминание о прошлом опыте?

На самом деле похоже, что это так. Основная память каждой клетки – это ее геном. Это неизменная база. Но есть также то, что называют эпигенетикой, или, популярно, «второй код». Это изменяемые модификации генома, которые определяют, как будет считываться и использоваться первый код. Эти изменения зависят от среды, опыта и активности. Эпигенетика – связующее звено между генотипом и окружающей средой.

Следующий большой шаг – выяснить, действительно ли индивидуальное поведение ведет к индивидуальным эпигенетическим изменениям – в стволовых клетках, их полости или еще где-то, – которые могли бы объяснить, почему нейрогенез взрослых при одинаковых исходных условиях со временем стабилизируется на разном индивидуальном уровне, в результате чего каждый может получить тот мозг, которого заслуживает.

Новые нервные клетки в борьбе за выживание

Можно также развивать эти размышления в свете приспособления особей на уровне видов. Ведь то, что верно для отдельного животного, вероятно, верно и для всего вида. Соответственно этому ваша собственная приспособляемость к задачам, которые ставит мир, могла бы также способствовать тому, чтобы стал лучше приспосабливаться весь вид в целом. Тот, кто хорошо живет в своей нише, скорее сможет принести потомство в мирной обстановке, чем во враждебных условиях, всегда в бегах.

Пластичные виды должны быть успешнее в завоевании мира. Так оно и есть: грызуны и люди встречаются практически на всей Земле. Они – чемпионы мира по гибкому приспособлению к изменениям в среде обитания. Для этого нужна максимальная пластичность. Гипотеза состоит в том, что нейрогенез взрослых играет в этом важную роль. Возможно, млекопитающие настолько успешно заселили Землю не в последнюю очередь благодаря своей зубчатой извилине.

Наконец, можно рассматривать и саму эволюцию как своего рода пластичность на уровне целого биологического вида. Существует обратная связь между особями в популяции и их средой. Если смотреть со строго дарвинистской позиции, все, что есть – это генетическая детерминация и ее случайная изменчивость, с одной стороны, и среда с ее изменениями – с другой. Когда одно хорошо сочетается с другим, это идет виду на пользу: он активнее размножается и вытесняет собой другие, хуже приспособленные виды. Но каждый из них, естественно, составляет множество особей. В отличие от пластичности, о которой мы до сих пор говорили в этой книге, эволюция видов, по крайней мере в классической интерпретации, – процесс скорее пассивный. У коллеги Дарвина Жана Батиста Ламарка была другая идея, известная символическая иллюстрация которой состоит в том, что шеи жирафов стали такими длинными, потому что их предки все успешнее тянулись к наиболее высоко расположенным листьям.

Эпигенетика открывает в генетических процессах новое измерение, менее детерминистское по сравнению с классической генетикой. Согласно этой модели, имеет место очень существенное взаимодействие между генотипом и средой, в результате чего в определенных случаях опыт, по крайней мере частично, может быть передан следующему поколению. На этом уровне чистый дарвинизм в своем популярном варианте уже не действует. При этом эволюционное учение в науке становилось все сложнее и многограннее по сравнению с его распространенными популярными изложениями. Иными словами, то, что так упрощенно называют «случайностью и отбором», вызывает у ученых множество вопросов, благодаря чему со времен Дарвина разворачиваются дискуссии и плодотворные исследования. Теория эволюции была и остается в науке территорией большой стройки.

Так, естественный отбор действует не в одиночку. Многие свойства совершенствуются в соответствии с физическими законами таким образом, что это невозможно объяснить одной лишь селекцией по принципу выгоды в борьбе за выживание. Эволюция не оптимизирует, она только отдает преимущество лучшему по сравнению с менее выгодным. Откуда тогда берутся оптимизированные решения? Могут ли они быть простым совпадением?

Илл. 27. Символическая иллюстрация ламаркизма, которую часто высмеивают и согласно которой шеи жирафов стали такими длинными, потому что им приходилось тянуться к высоко расположенным листьям. Ирония в том, что данные эпигенетики сформировали некий мягкий вариант ламаркизма. Он показывает, что существуют ситуации, когда благоприобретенные свойства могут наследоваться

Но, конечно, в первую очередь эволюция не знает, зачем ей оптимизировать. Эта фундаментальная проблема всегда присутствовала в обсуждениях эволюционной теории. Происхождение видов работает «умно», и оно должно быть в некотором роде умным, если отбор «должен» быть по-настоящему осмысленным, то есть эффективным для адаптации. То, что сейчас создает преимущество, в следующий момент может оказаться вредным. Мы не можем не говорить так, будто есть кто-то, кто совершает определенные действия. Эволюционная теория вопиюще контринтуитивна уже потому, что на стратегическом уровне она отрицает наличие деятелей, но при этом постоянно подразумевает, что они присутствуют.

С другой стороны, в свою очередь, отбор не может быть случайным. Он кажется целенаправленным, но это не так, потому что эволюция, опять же, не может знать, с какой целью она проводит отбор. «Цель» – неправильное слово, потому что оно предполагает намерение. Но другого, по-настоящему удачного термина, чтобы обозначить эту направленность, у нас нет.

Эти сложности в теории эволюции не означают, что нужно немедленно сдаться креационистам и приверженцам гипотезы разумного замысла, которые утверждают, что происхождение видов протекает под целенаправленным управлением извне. Для большинства приверженцев таких теорий это означает – под управлением Бога. Не стоит прибегать к помощи высших сил, чтобы разобраться в эволюции, только потому, что она сложна для понимания.

Впрочем, это не наша тема. Я веду к другому: пластичность в сочетании с эпигенетикой – это адаптивный механизм, выгодный для особей и видов. Однако в связи с нейрогенезом взрослых как с крайне сложным свойством встает вопрос о том, как и зачем он мог пройти отбор.

Нейрогенез взрослых – это механизм, позволяющий особям, а значит, в конечном итоге их виду гибко приспосабливаться к новым обстоятельствам. Это выгодно, но для чего? И если успешные особи передают своим потомкам эту особую гибкость по эпигенетическому механизму, то, чтобы получить преимущество в следующем поколении, не требуется изменений в последовательности генетической информации, нужно лишь передать информацию о том, как считывать и использовать ту же последовательность. Эпигенетическое наследование – это не то же, что наследование генетической последовательности оснований, но оно влияет на успех выживания и, если угодно, искажает классическую дарвинистскую картину.

Пластичность, а тем более в форме нейрогенеза взрослых, не вошла в концепцию эволюционной теории. Это большое мысленное испытание для ее классического варианта – что опыт может передаваться из поколения в поколение не только когда родители, основываясь на собственном опыте, регулируют поведение детей. Даже эту идею интегрировать уже достаточно сложно. Нет, опыт также передается из поколения в поколение совершенно непосредственно, когда передаются эпигенетические предпосылки.

Прошу заметить, что это еще не продемонстрировано и не доказано. Роль эпигенетики в регуляции нейрогенеза взрослых посредством активности точно нам пока что неизвестна. Но гипотеза напрашивается.

Конечно, эпигенетические изменения, накопленные в нейронах в зависимости от опыта, никоим образом не передаются напрямую. Два поколения связывает между собой только одна клетка, и это оплодотворенная яйцеклетка. Как же эпигенетическое изменение, связанное с опытом, попадает в половую клетку? Мы не знаем, поэтому еще рано хоронить по частям теорию эволюции или возводить на пьедестал Ламарка в качестве нового старого героя. Скорее здесь просто опять открывается новый аспект, который обогатит дискуссию. В разговорах об эволюции всегда быстро накаляются эмоции, хотя лучше было бы трезво и с некоторым смирением рассмотреть этот вопрос как задачу. В абсолютном значении мы знаем немного. Больше, чем раньше, но все еще мало. Новые отдельные факты часто только усложняют картину.

Как бы то ни было, нейрогенез взрослых сделал гиппокамп млекопитающих гораздо более гибким, чем у других животных. Вопреки представлениям критиков прошлого, наша зубчатая извилина так эффективно функционирует не несмотря на это явление, а благодаря ему. Поскольку гиппокамп имеет столь существенное значение для многих сугубо человеческих способностей, это лишь маленький шаг к утверждению о том, что нейрогенез взрослых был решающим элементом в эволюции нашего мозга и помогает объяснить наш «успех»{64}.

Послесловие

На данный момент вышло около 10 000 научных публикаций о нейрогенезе взрослых. В этой книге мы рассмотрели лишь немногие из них. О чем говорится в остальных?

Есть несколько областей, которые мы здесь вообще не обсуждали. Например, сейчас уже очень много известно о том, как именно протекает развитие нейрона в мозге взрослого организма. Существенная часть лично моей работы связана с деталями этого процесса и с генетически обусловленными различиями в нейрогенезе взрослых. Появилась возможность соотнести отдельные этапы развития нейрона с молекулярными механизмами, где наблюдается сложнейшее взаимодействие. Проведен подробный анализ того, на каких этапах в процесс этого развития вступают механизмы регуляции, а также что именно, собственно, здесь означает регуляция. Таким образом, сегодня можно установить связи с биологией развития и молекулярной биологией. И сделать предстоит еще очень много.

Кроме того, подробно описаны и измерены связи, в которых задействованы новые клетки, стало известно, как новые нейроны интегрируются в сеть и каков их функциональный вклад на этом уровне.

На сегодня самая горячая тема – наблюдение за работой клеток прямо в мозге с помощью крошечных микроскопов. Это не только чудо миниатюризации, микроскопной техники и анализа данных; нужно учитывать, что, чтобы такие данные имели осмысленное применение, подопытное животное практически не должно пострадать. Нервные клетки очень чувствительны.

А еще есть тысячи исследований, которые заполняют маленькие и большие пробелы и где прежде известные вещи рассматриваются в новых сочетаниях или ставятся под вопрос сделанные ранее предположения. Так из новой и избыточной информации, из больших и малых исследований, из стандартных процедур и нестандартного мышления, сомневаясь и отступая назад, ученые формируют большую картину. И так постоянно возникают новые противоречия и новые вопросы. Но полотно сплетается все плотнее и плотнее. Плоды научной революции стали частью жизни.

Путь от крыс Альтмана и канареек Ноттебома к нашему сегодняшнему знанию о роли новых нейронов в деятельности мозга и успешном старении был длинным, но не слишком долгим – всего 50 лет. Мы даже подозреваем, что эти новые нейроны, возможно, причастны к успеху, какого достигли «мы, млекопитающие», в первую очередь грызуны и люди, решая задачи, которые в самых разных формах на всей Земле ставит перед нами жизнь. Благодаря своей зубчатой извилине мы чрезвычайно гибки и невероятно хорошо приспосабливаемся. Возможно, новые нервные клетки – это и есть ключ к нашей способности, будучи индивидами, ориентироваться в мире с помощью собственного опыта и деятельности, создавать и сохранять свой уникальный мозг и формировать автобиографическую память – основу личности. Этого вполне достаточно, чтобы продолжать заниматься ими. А с чисто практической точки зрения – еще один хороший повод вести активную жизнь.