100 великих тайн сознания

В начале 1980-х годов американский нейробиолог Фернандо Ноттебом, исследуя головной мозг самцов канареек, обнаружил, что те отделы, которые отвечают за песенный репертуар, весной, когда птицы пытаются привлечь пением самок, расширяются, а позднее – сжимаются. Происходят эти явления, соответственно, за счет увеличения и сокращения количества нейронов.

Кстати, «усыхая», мозг теряет и свои песни, и их приходится разучивать заново.

Выходит, что у многих видов животных потенциал для восстановления тканей мозга все же имеется. Но в отношении человека этот вопрос решен не был, и большинство ученых склонялись к пессимистическому прогнозу.

Наконец, в 1985 году разобраться с этой проблемой попытался американский нейробиолог Пашко Ракич. Для этого он изучил сотни образцов мозга ближайшего по эволюционной лестнице человеческого предка – обезьян. Вывод, сделанный ученым на основании полученных результатов, был категоричен: «Ни у одного из взрослых животных в головном мозге не удалось найти даже одной новой клетки с морфологическими особенностями нейрона».

Но в 1998 году немецкий биолог Эберхард Фукс и американский психолог Элизабет Гоулд заявление Ракича опровергли.

Они тоже изучали мозг обезьян. Но в своих исследованиях для маркировки новых нейронов применили бром-деоксиуридин, молекулы которого при делении клеток встраиваются в структуру ДНК. И если в головном мозге подопытного животного позднее появляется измененная ДНК, значит, в нем произошло деление клеток и появились новые нейроны.

И, действительно, спустя всего несколько часов после введения препарата в мозге животных обнаружились новые нейроны. Было также установлено и место, где они рождались. Им оказался гиппокамп – отдел мозга, играющий ведущую роль в формировании памяти.

Однако этот эксперимент отнюдь не доказывал, что такой же механизм действует и в головном мозге человека. Потому что без быстрого вскрытия нельзя установить, что в головном мозге произошли определенные изменениях, в частности, появились новые нейроны.

Но на помощь исследователям пришел бром-деоксиуридин – тот самый препарат, который в своих экспериментах использовали Фукс и Гоулд. Оказалось, что это соединение применяется и в онкологических клиниках для контроля над ростом раковых клеток. Воспользовался этой особенностью препарата шведский нейробиолог Петер Эрикссон.

Получив разрешение на исследование головного мозга пациентов, умерших от рака, ученый в конце 1998 года обнародовал сенсационный результат: в гиппокампе больных людей каждый день вплоть до их смерти возникало от пятисот до тысячи нейронов.

Теперь ученым остается лишь понять, какие факторы влияют на этот процесс. И это очень важно для лечения болезней, связанных с патологией мозга.

Ведь зная, почему в гиппокампе появляются новые нервные клетки, ученые смогут заставить обновляться и другие части мозга. А это, в свою очередь, поможет справиться с некоторыми болезнями мозга и последствиями его травм.

И хотя факторы, стимулирующие появление новых клеток, пока не установлены, зато ученые в опытах над обезьянами выяснили, что возникновение молодых нейронов подавляет даже незначительный стресс.

Кстати, в отдельных опытах ученым удавалось наблюдать рост нейронов не только в гиппокампе, но и в других частях мозга. И если удастся понять, что за механизм приводит к появлению здесь новых нейронов, станет ясно, почему при болезнях Альцгеймера и Паркинсона эта программа не работает.

«РЕМОНТИРУЕТСЯ» МОЗГ

Многие психические заболевания связаны с тем, что в каком-то определенном участке мозга происходят патологические изменения, в результате чего он перестает нормально функционировать.

Если нечто подобное происходит с другими органами, например, с сердцем или печенью, на помощью приходит трансплантация. Но в случае с хранилищем разума и мыслей осуществить такую операцию очень и очень сложно, по крайней мере в настоящее время. И тем не менее идея трансплантации постоянно находится в поле зрения ученых.

Так, еще в 1962–1963 годах академик Л. Полежаев и его сотрудница Э.Н. Карнаухова осуществили пересадку кусочка перетертой в бесклеточную массу нервной ткани от одной крысы к другой. Опыт прошел успешно – поврежденная ткань мозга животного восстановилась.

Десятилетие спустя подобные операции делали уже во многих странах мира, правда, использовали для этих целей нервную ткань не взрослых животных, а зародышей. В этом случае нервная ткань не отторгалась, а приживлялась и соединялась с нервными клетками мозга хозяина в нормально функционирующие нервные структуры.

Но такие операции до последнего времени проводились исключительно на животных. Впрочем, и ученые из Лондонского института психиатрии тоже сначала провели свои эксперименты на крысах.

Подопытная крыса в лаборатории

Вызвав инсульт у нескольких сотен этих грызунов, исследователи ввели в их мозг измененные методом генной инженерии нервные клетки от очень ранних мышиных эмбрионов. Эти «полуфабрикаты» нейронов самостоятельно нашли поврежденные участки в мозгу, осели там, развились в настоящие нейроны и стали выполнять ту же самую работу, которую делали их отмершие предшественники. В результате поведение подопытных крыс нормализовалось. При этом измененные мышиные клетки после их превращения в нейроны теряли способность делиться, и тем самым устранялась опасность возникновения опухоли мозга.

Большим сюрпризом стал для ученых тот факт, что даже те мышиные клетки, которые были введены сравнительно далеко от места повреждения, самостоятельно преодолевали путь до него и оседали там, где требовалась замена отмершим клеткам. И затем они превращались именно в тот сорт клеток, который требовался для «ремонта».

Чуть позже такие же опыты были проведены и на обезьянах. Итог тот же, что и в экспериментах с крысами: животные выздоровели.

Почему это происходит и какие механизмы участвуют в этом процессе, пока не известно. Предполагается, что поврежденный участок мозга выделяет некие химические вещества, привлекающие сюда будущие нейроны.

Столь долгий путь к лечению человеческого мозга с помощью трансплантации наконец к началу 90-х годов XX столетия увенчался первыми успехами. Именно в этот период шведские хирурги показали, что облегчить страдания пациентов, пораженных болезнью Паркинсона, можно, введя в их мозг кусочки нервной ткани от погибших человеческих эмбрионов.

Благо, эти кусочки не отторгаются, так как, во-первых, иммунная система мозга вообще менее активна, и, во-вторых, клетки от ранних эмбрионов еще не имеют четких признаков своего организма и могут приниматься другим организмом за собственные нейроны.

Этот способ лечения был испытан на сотнях больных пациентов, и во многих случаях – с замечательными результатами. Правда, каждая операция требовала материала от нескольких эмбрионов, причем погибших на определенной стадии развития, поэтому широкого применения этот метод не нашел.

Чтобы обойти эту сложность, английские исследователи использовали клетки, которые сравнительно легко получить в любой лаборатории и в любых количествах.

Сейчас во многих лабораториях ведутся генно-инженерные опыты с клетками ряда животных. Ведь учитывая, что мышиные клетки успешно «срабатывали» на крысах и мартышках, ученые предполагают, что, возможно, и человеку не понадобятся клетки представителей своего собственного вида. Например, если не «подойдут» те же мышиные клетки, то, может быть, удастся подобрать подходящие обезьяньи.

«ЗАПАСНЫЕ» НЕЙРОНЫ

Мозг, как известно, – структура довольно хрупкая, тем не менее иногда она демонстрирует примеры высочайшей пластичности и устойчивости. Особенно наглядно это доказывают случаи, когда в результате травмы или болезни разрушается значительная часть мозга, а человек продолжает не только жить, но и ведет активную жизнь.

С подобным случаем столкнулись американские врачи Ян Брюэль и Джордж Олби. В 1957 году они провели успешную операцию по удалению у 30-летнего больного правого полушария. И, к удивлению самих хирургов, а также многих известных нейробиологов, после операции пациент не только быстро пошел на поправку, но и не утратил своих умственных способностей.

Такого же рода история произошла и с известным французским микробиологом Луи Пастером, который в 1869 году, в возрасте 46 лет, был поражен апоплексическим ударом, приведшем к параличу половины тела. Впоследствии, по некоторым сведениям, ученый перенес еще 27 микроинсультов.

Луи Пастер создал и возглавил научно-исследовательский институт микробиологии

И хотя последствия инсульта у него остались на всю жизнь, тем не менее ученый продолжал активную научную деятельность еще в течение 26 лет. За эти годы он разработал методы профилактической вакцинации против куриной холеры (1879), сибирской язвы (1881), бешенства (1885). А в 1888 году Луи Пастер создал и возглавил научно-исследовательский институт микробиологии.

Но такие случаи – редкость. Чаще всего последствия инсульта человек ощущает всю оставшуюся жизнь. И лишь 20 % больных возвращаются к своей прежней работе, да и то лишь в том случае, если инсульт случился в молодом или среднем возрасте. Если же апоплексический удар настигает в зрелом возрасте, последствия становятся более серьезными. И чем старше человек, тем больше времени ему требуется, чтобы оправиться от последствий инсульта. А после 60–70 лет наступивший после инсульта паралич половины тела может стать приговором на всю оставшуюся жизнь.

Однако в последние годы изучение механизмов нейрогенеза – возникновения новых нервных клеток в головном мозге взрослых животных – позволило ученым сделать настоящий прорыв в борьбе за человеческий мозг.

Дело в том, что профессор анатомии и нейробиологии Калифорнийского университета Джеймс Фаллон разработал оригинальную теорию, согласно которой в каждом органе человеческого тела имеются своеобразные «запасные» клетки, которые начинают делиться лишь в особых, критических для организма случаях. Фаллон назвал их «спящими» клетками.

Появляются они еще у эмбриона. И пока зародыш развивается, клетки эти делятся и мигрируют по всему организму, «оседая» в самых разных тканях: эпителиальной, соединительной, мышечной и нервной.

И хотя после рождения ребенка количество «спящих» клеток значительно уменьшается, они, однако, присутствуют в каждом органе. В том числе и в мозге.

Но если эти клетки «разбудить», они станут активно делиться, и в конце концов их появится столько, что хватит на то, чтобы заменить поврежденные клетки мозга. А это, в свою очередь, позволит травмированному участку восстановить утраченные функции.

Вопрос заключался лишь в том, как разбудить «спящие» клетки. И как раз-то Джеймс Фаллон и нашел способ активизации этих «дремлющих» нейронов.

В эксперименте это выглядело следующим образом. Сначала у взрослых крыс были повреждены те участки мозга, которые отвечают за движение. После того как крысы потеряли подвижность, им ввели особый протеин, так называемый «фактор роста». И через некоторое время грызуны снова стали двигаться.

Но если в работе с крысами ученые на большинство возникающих вопросов ответы находили довольно быстро, то с человеком ситуация оказалась намного сложнее.

Так, например, исследователи пока не знают необходимую человеку дозу протеина. Известно только, что передозировка может повлечь за собой непредсказуемые последствия.

Но можно быть уверенными, что рано или поздно, но объем оптимальной протеиновой инъекции будет установлен, и люди, страдающие болезнями головного мозга и даже просто травмами позвоночника, обретут шанс на выздоровление и полноценную жизнь в будущем.

МУЖСКОЙ И ЖЕНСКИЙ МОЗГ

На первый взгляд может показаться, что мужчины и женщины отличаются друг от друга только по первичным и вторичным половым признакам. Однако более детальные исследования показали, что это далеко не так. Оказалось, что отличительных особенностей насчитывается не один десяток, и касаются они и анатомических, и физиологических, и поведенческих характеристик полов.

Мозг мужчины отличается от мозга женщины