Миф: значительная утрата нейронов – нормальная часть старения
Исследования нейронов мозга, что проводились в 1950–1980-х годах преимущественно на мозгах животных, вырисовали печальную картину. На их основе были выдвинуты предположения, что каждый год взрослые люди теряют около 1% клеток мозга и у пожилых людей нехватка нейронов составляет 35–55% от максимума в расцвете сил. Постепенно эти предположения сложились в идею, что нейронный «падеж» – это нормальная часть старения и основная причина снижения интеллектуальной доблести в старческом возрасте. Фон Бартхельд даже не исключает, что широкое распространение этой неподтвержденной идеи привело к наблюдавшемуся в 1970–1980-х пику самоубийств среди стариков, «поскольку снижение ментальных способностей – один из наиболее пугающих процессов, сопровождающих старение».
Сегодня известно, что те ранние оценки нейронных потерь были основаны на неверной интерпретации старческого скукоживания мозга. Дело в том, что мозг к старости хоть и уменьшается в объеме, но большая часть нейронов сохраняется, просто они оказываются более плотно упакованы. В 1990–2000-е годы с помощью более точных методов было установлено, что если количество нейронов и снижается с возрастом, то не слишком сильно – примерно на 2–4% за всю жизнь. А снижение интеллекта обусловлено сокращением малюсеньких и специфических нейронных популяций или изменениями химии и морфологии стареющих нейронов, пишет автор обзора.
Мифы: глиальные клетки нужны исключительно для поддержки, и их в 10 раз больше, чем самих нейронов
Помимо нейронов в мозге присутствуют клетки нейроглии, но долгое время ученые мало ими интересовались, полагая, что это всего лишь группа поддержки для настоящих трудяг – нервных клеток. На сегодняшний день понятно, что некоторые глиальные клетки, например астроциты, играют важную роль в обработке информации в мозге, поскольку они влияют на проведение сигналов между нейронами, помогают формировать и расформировывать синапсы (места, где нейроны контактируют друг с другом). Нейроглия вовсе не обслуга для величавых нейронов, скорее она им вроде мамочки.
Обычно численность групп поддержки или обслуживающего персонала на порядок выше числа кумиров, и о глиальных клетках тоже раньше думали, что их примерно в десять раз больше, чем нейронов. Эти ошибочные оценки зиждились на исследованиях 1960-х годов, в которых внимание уделялось участкам мозгового ствола, где глиальных клеток действительно намного больше, чем нервных. Лишь к началу нового века была разработана методика, позволяющая превратить ваш мозг в наваристый борщ, в котором легко сосчитать все ингредиенты – клетки разных типов. Вот тогда и выяснилось, что глиальных и нервных клеток в мозге примерно поровну.
Миф: злоупотребление алкоголем убивает нервные клетки
Не так давно, в 1970–1980-х, считалось, что излишний алкоголь уничтожает клетки мозга. По крайней мере у животных-алкоголиков наблюдалось значительное сокращение как нервных, так и глиальных клеток. По современным же представлениям, касающимся людей, алкоголь в изрядных количествах вредит по большей части миелиновым оболочкам нервных волокон – белому веществу мозга. Это приводит к снижению функциональности, но не к гибели клеток. Хотя в некоторых уязвимых участках мозга, главным образом в префронтальной коре, утрата нейронов все же происходит.
«Эта утонченная концепция региональных, ограниченных потерь подает надежду бывшим и лечащимся алкоголикам, поскольку снижение белого вещества потенциально обратимо, в то время как мертвые нейроны центральной нервной системы обычно невосполнимы», – пишет фон Бартхельд. Умеренное же употребление алкоголя, как заверяют авторитетные источники, не убивает клетки мозга. Давайте же за это выпьем прямо сейчас.
Миф? У мужчин нейронов в среднем больше, чем у женщин
Известный факт: мужской мозг в сто раз больше женского. Ну, не в сто, но немножко все же больше. Означает ли это, что в мужском мозге больше нервных клеточек? Или, может быть, в женском они плотнее упакованы? На основе четырех крупных исследований, проведенных в 1990–2000-х годах и затронувших в общей сложности 80 мужских и 73 женских мозга, фон Бартхельд сделал следующий вывод: в среднем у мужчин на 16% больше нейронов коры головного мозга, чем у женщин (23,7 млрд против 19,8 млрд).
Однако в тех исследованиях не использовали метод мозгового борща. Да и вообще у людей велика индивидуальная изменчивость количества нейронов. Поэтому автор предупреждает: хоть и вполне вероятно, что мужчины превосходят женщин по числу нервных клеток, но все же необходимо это продемонстрировать убедительно. И нелишним будет добавить, что большее число нейронов не указывает на более высокий интеллект. «Быть может, – отмечает фон Бартхельд, – ключевым фактором интеллекта является число синапсов и/или нервных контуров, а вовсе не количество нейронов».
Когда Джейсон Шеферд из Университета Юты (США) впервые увидел эти структуры в микроскоп, то подумал, что они похожи на вирусы. Вот только смотрел он не на вирусы.
Шеферд уже много лет изучает ген Arc, который активен в нейронах и играет важную роль в мозге. Мышь, у которой Arc отключен, не способна к обучению или формированию долговременной памяти: отыскав сыр в лабиринте, она уже на следующий день забудет дорогу к нему. ... Гены Arc даже более уникальны, чем все представляли, – это Шеферд понял, когда выделил белки, производимые геном, и посмотрел на них в микроскоп.
Оказалось, что эти белки собираются в полые сферические капсулы, до жути похожие на капсиды – белковые оболочки, защищающие наследственный материал вирусов. Шеферд сразу вспомнил картинки из учебников, изображающие ВИЧ, и показал микрофотографии экспертам по ВИЧ – те подтвердили: капсулы и правда похожи на ВИЧ. Все были в шоке. «Этот ген в мозге производит нечто, что выглядит как вирус!» – шепчет ученый, выпучив глаза.
Получается, что наши нейроны используют вирусоподобный ген, чтобы обмениваться друг с другом генетической информацией в вирусячьей манере, и до сегодняшнего дня никто об этом не знал. «На кой черт нейронам это нужно?! – изумляется Шеферд. – Мы не знаем». Возможно, с помощью Arc – а точнее, груза в произведенной им оболочке – нейроны влияют друг на друга: РНК-бандеролька меняет гены в соседней клетке. Опять же, вирусы ведут себя схожим образом: вносят изменения в геном клетки, заставляя ее производить вирусные копии.
«Сейчас у нас больше вопросов, чем было до того, как мы все это затеяли, – говорит Шеферд. – Что собой представляет РНК-груз? Что за сигнал такой переносится в оболочках Arc? Как далеко эти капсулы, произведенные нейроном, могут перемещаться?» И что самое важное, как все это отражается на работе мозга? Если помешать нейронам производить белки Arc, как это повлияет на способность животного к обучению и на его память? Неужели память – это вирус?!»
Вы, наверно, думаете, что соседние нейроны друг дружке близкие родственники, а отдельные области происходят от одной предковой клетки или группы клеток. Однако это не так. Американский нейрогенетик Кристофер Уолш и его коллеги выяснили, что в префронтальной коре головного мозга каждый отдельно взятый нейрон генетически ближе к клеткам сердца, чем к трем четвертям своих непосредственных соседей.
Еще в начале 1990-х Уолш проследил миграции нейронов в мозге крысы и обнаружил, что близкородственные клетки часто оказываются в совершенно разных участках коры.
Лодато также секвенировал геномы 226 нейронов из одного мозга, известного как «Мозг Б». Выяснилось, что эти клетки относятся по меньшей мере к пяти различным линиям, каждая из которых разбросана по всему мозгу. Еще более удивительно, что к этим же линиям относятся клетки из других органов того же человека – сердца, печени, легкого, поджелудочной железы.
Такое сложное распределение появилось, вероятно, в качестве превентивной меры, чтобы тот или иной орган или его часть не пали жертвой мутации одной дефективной предковой клетки. Если бы целый участок мозга происходил от одной-единственной ранней клетки и в каком-либо важном гене у нее возникла уродская мутация, то участок этот целиком оказался бы под угрозой дисфункции. В результате может развиться неврологическое заболевание. Так, отдельные нейроны в «Мозге Б» содержали мутации, сопряженные с высоким риском шизофрении, судорожных расстройств и других немочей. Если таких клеток мало и они далеко друг от друга, последствия будут минимальными.
Всякому в жизни приходилось заниматься чем-то абсолютно неинтересным, и всякий знает, что какой бы скучной ни была работа, мы все-таки можем собраться и довести ее до конца, ни на что не отвлекаясь. Исследователи из Викторианского университета и Университета Гента описывают в своей статье в журнале PNAS особую зону мозга – среднюю поясную кору, которая помогает нам в этом нелегком деле. Строго говоря, сама средняя поясная кора известна давно, и так же давно нейробиологи подозревали, что она помогает удерживать внимание на скучной работе. Но поскольку средняя поясная кора участвует в самых разных когнитивных процессах, понять, что именно она делает, до сих пор было довольно трудно. И вот наконец с помощью современных методов удалось записать и проанализировать активность средней поясной коры во время выполнения разных задач, и теперь можно с уверенностью говорить, что именно благодаря ей мы доводим до конца скучную, но необходимую работу. (А также очень трудную работу, перед которой есть желание спасовать и отложить на потом.) Собственно, средняя поясная кора работает во время любых занятий: ее задача – отслеживать выполнение задания, оценивать, сколько сделано и сколько осталось, и удерживать, что называется, в процессе весь остальной мозг. Но как раз когда нам нужно заняться чем-то глубоко неинтересным (или очень трудным), роль средней поясной коры сильно возрастает. На самом деле, не всем людям удается заставить себя сконцентрироваться на чем-то важном, но скучном, и у некоторых неспособность сосредоточиться становится настоящей клинической проблемой – и, возможно, подобные проблемы можно решить, действуя каким-то образом на «скучную» зону коры.
В 2017 году ученые из Алленского института наук о мозге (США) открыли самые длинные нейроны. Для этого они вывели особую породу лабораторных мышей, чувствительных к определенному препарату, запускавшему в организме грызунов выработку зеленого флуоресцентного белка, который окрашивал нейроны в клауструме. Таким образом исследователи увидели, как нейроны опутывают своими отростками весь мозг. Некоторые были связаны почти со всеми отделами, получающими информацию от органов чувств и ответственными за поведение.
Руководитель этого исследования Кристоф Кох предполагает, что клауструм служит источником сознания.
Эту гипотезу он высказал в 2005 году в статье, написанной в соавторстве с Френсисом Криком, нобелевским лауреатом, открывшим структуру ДНК.
Крик и Кох сравнили мозг с оркестром под управлением дирижера. Музыканты могут играть и без него, но слаженности не получается, выходит какофония. На роль дирижера ученые предложили клауструм. В переводе с латыни это слово означает «спрятанный», в русском языке принят термин «ограда мозга».
Клауструм — это тоненький нерегулярный слой серого вещества в обоих полушариях, который легко не заметить. Он находится между инсулярной корой и путаменом (базальным ядром).
В клауструме по сравнению с корой головного мозга нет большого разнообразия нейронов. Зато некоторые тянутся отростками во все отделы коры, считывающие информацию органов восприятия.
В поисках нейронов сознания
Идея о том, что в мозге существует некая колыбель сознания, страдает серьезными недостатками. Критики этой гипотезы справедливо отмечают, что опыты по отключению сознания через стимуляцию клауструма электродами проводили только на одном пациенте-эпилептике и распространять выводы на здоровых людей некорректно. Высокая плотность рецепторов в клауструме, воспринимающих психоактивное вещество сальвинорин А, приводящее к потере сознания, — тоже не аргумент, так как они есть и в других отделах мозга.
Американские ученые наблюдали за 171 ветераном вьетнамской войны с проникающими повреждениями мозга, а также за больными после удаления опухоли мозга. Все пациенты периодически теряли сознание. Причем частота и длительность этих приступов не зависела от того, поврежден ли у пациентов клауструм.
— Мужчина был доставлен в районную клиническую больницу на юге Московской области в связи с транзисторной ишемической атакой, — рассказывает Марина Александровна. — Это преходящее нарушение кровообращения головного мозга по ишемическому типу. В отличие от инсульта при ишемической атаке симптомы не сопровождаются развитием инфаркта мозга (необратимого повреждения участка мозга). У пациента наблюдались проблемы с подвижностью руки и ноги. Когда радиологи сделали ему КТ (компьютерную томографию), то некоторое время пребывали в недоумении — у пенсионера отсутствовала та часть мозга, где произошла та самая ишемическая атака. Вместо левого полушария на снимке зияла черная «дыра». Неврологи сделали вывод, что функции всего мозга у этого человека всю жизнь выполняло только оставшееся правое полушарие.
Ишемическая атака вскоре сошла на нет, функции конечностей восстановились, и мужчину отпустили домой. Обследоваться дальше он отказался, сославшись на то, что не хочет даже задумываться о том, что у него нет одного полушария. «Я прожил нормальную жизнь, меня ничего не беспокоило, и теперь мне не нужна лишняя «слава», — сказал он врачам и то же самое повторил исследователям из Института им. Бурназяна.
Из беседы с необычным пациентом врачи узнали, что мужчина рос нормальным ребенком, у него не выявляли проблем ни с двигательным аппаратом, ни со зрением, ни с психикой. Он успешно окончил школу, поступил в институт и окончил его, получив профессию инженера. Без одного полушария он отслужил в армии (!), женился, у него с женой родились двое детей. До пенсии мужчина работал по специальности на одном из подмосковных заводов.
— Ученым известны случаи отсутствия определенных частей полушария головного мозга, — поясняет Марина Аникина. — Такие бывают у больных ДЦП: в части случаев интеллект у таких людей сохранен, а вот двигательные функции почти всегда нарушены. Но ДЦП развивается на более поздних сроках развития плода. Мы же столкнулись со случаем, когда нарушение в развитии мозга произошло на самом раннем эмбриональном сроке беременности, возможно, было какое-то кровоизлияние или другие события. Иногда они могут приводить к фатальным последствиям, к примеру, выкидышу, но, как мы видим на примере нашего уникальнейшего случая, могут закончиться и вполне благополучно. Возможность компенсации такого события заключается в том, что у эмбриона функции мозга еще не распределены в центры, а значит, мозг обладает огромным ресурсом к перераспределению функций (феномен пластичности), и при неразвитии или повреждении одного полушария второе полностью берет на себя функции обоих. Если бы мама нашего уникального инженера готовилась к родам не 60 лет назад, а в наше время, то ей, скорей всего, посоветовали бы искусственно прервать беременность. Перинатальный скрининг, УЗИ сразу показали бы у будущего ребенка нехватку целого полушария, и врачи не стали бы рисковать. Однако в 50-х годах прошлого века еще не существовало таких технологий, и ребенок смог появиться на свет без полушария, вырос, родил здоровых детей.
— По наследству им не могла передаться эта особенность?
— Нет, это не наследственное заболевание
Профессор Эндрю Ярош из Университета Миссисипи и его коллеги провели эксперимент с участием 20 мужчин. Испытуемые пили коктейль — водку с клюквенным соком — до тех пор, пока их уровень алкоголя в крови не достигал «официального» уровня опьянения, а затем решали задачи на словесные ассоциации. Оказалось, что под воздействием алкоголя задачи решались быстрее и количество правильных ответов было больше, чем у трезвой контрольной группы. Ученые пришли к выводу, что алкоголь помогает в решении креативных задач.
Профессор Ярош, защищайте свою идею!
Ярош: Иногда знаменитые писатели, художники и композиторы утверждают, что спиртное помогает им творить, а кто-то говорит, что под действием алкоголя он соображает лучше. Мы хотели проверить, соответствуют ли эти утверждения действительности. Хотя исследование было небольшим, гипотеза полностью подтвердилась.
Мы задавали участникам 15 вопросов из стандартного Теста на отдаленные ассоциации (RAT). Например, такой вопрос: «Какое общее слово объединяет "спрятать", "доллар" и "сложить"?». Ответ — банкнота. Мы обнаружили, что выпившие решали на две трети больше задач за то же время. Они быстрее отвечали на вопросы при лимите минута на вопрос, что кажется еще более изумительным.
HBR: Так алкоголь вовсе не замедляет умственную деятельность?
Все-таки замедляет. Но решение нестандартных задач — это область, в которой главный эффект от алкоголя — ослабление самоконтроля, дает позитивный результат. В тестах такого типа сложно не застрять на первой пришедшей в голову ассоциации, а алкоголь помогает перелетать с одной мысли на другую. Опрос показал, что, по сравнению с трезвыми участниками, принимавшие алкоголь на 10% чаще находили ответ под действием «озарения», а не перебора вариантов. Можно прийти к слову «банкнота», методично проходя через все возникающие ассоциации «доллар», но когда задача усложняется и ассоциативные связи менее очевидны, методичный подход заставляет застревать на неправильных ассоциациях. Естественно, во многих других областях — от решения математических задач до управления автомобилем — трезвость и самоконтроль крайне важны.
Мозговой штурм лучше проводить скорее в баре, чем в переговорной?
Если есть необходимость в неожиданных подходах и креативных решениях, несколько бокалов вина или коктейль с мартини за ланчем не повредят. Но не стоит надолго зависать в баре. Если уровень алкоголя в крови намного выше 0,8 промилле, толку от вас не будет: вы вряд ли справитесь с отсечением бредовых идей.