Ученые из Швеции наконец-то поставили точку в одном из традиционных нейрофизиологических споров — они убедительно доказали, что нервные клетки взрослого человека могут восстанавливаться. Впрочем, это совсем не говорит о том, что нейроны не следует беречь, поскольку, согласно полученным ими данным, регенерируют далеко не все нервные клетки.
Многие люди до сих пор считают утверждение о том, что "нервные клетки не восстанавливаются" весьма и весьма справедливым. Хотя на самом деле оно является презумпцией в чистом виде, то есть верно до тех пор, пока не доказано обратное. Дело в том, что ученые пришли у этому выводу следующим образом: изучив сам сформировавшийся нейрон, они поняли, что он не способен к делению (как и некоторые другие клетки нашего организма, например те, что составляют сердечную мышцу).
Однако это еще ничего не значит — ведь новые нейроны могут появляться из клеток-предшественников (как это происходит у эмбриона при развитии нервной системы). Тем не менее во взрослом организме млекопитающего эти предшественники обнаружены не были — хотя искали их очень тщательно. Именно это и побудило ученых принять утверждение о том, что нервные клетки не восстанавливаются — но, еще раз повторюсь, как презумпцию. Которую можно опровергнуть, доказав либо способность нейронов к размножению, либо — найдя предшественники нервных клеток во взрослом организме.
Следует заметить, что поиском таких доказательств ученые занимаются уже достаточно давно — еще в 1956 году отечественный нейробиолог И. Рампан, работавший в Институте мозга, заметил одну удивительную вещь — после сильного повреждения мозга у крыс, собак и некоторых других видов млекопитающих сохранившиеся нервные клетки светлеют, внутри них формируются два ядра, далее разделяется пополам цитоплазма, и в результате этого разделения получается два нейрона. То есть нейроны в некоторых случаях могут делиться. Правда, на подобное были способны лишь молодые нервные клетки — у старых животных деление не происходило.
К сожалению, из-за "железного занавеса", который тогда отгораживал от всего мира не только жителей СССР, но и отечественную науку, работа Рампана не попала в ведущие мировые журналы и осталась незамеченной для большинства ученых. Однако всего через шесть лет нейрофизиолог Жозеф Олтман из Университета Пердью (США) проделал похожие исследования — он с помощью электрического тока разрушил одну из структур таламуса крысы и ввел туда радиоактивное вещество, проникающее во вновь возникающие клетки. Через несколько месяцев ученый обнаружил новые радиоактивные нейроны не только там, где он произвел разрушения, но и в другом отделе — коре головного мозга. В течение последующих семи лет Олтман опубликовал еще несколько работ, доказывающих существование нейрогенеза в мозге взрослых млекопитающих. Однако тогда на них так же не обратили внимания — слишком уж фантастической казалась подобная идея.
К теме нейрогенеза в мозгу у взрослых позвоночных вернулись только через 20 лет. На этот раз объектом исследования были птицы. Профессор Фернандо Ноттебуму из Рокфеллеровского университета (США) убедительно доказал, что у взрослых самцов канареек процесс образования новых нейронов постоянно происходит в вокальном центре мозга, хотя их количество подвержено сезонным колебаниям (наиболее активно нейрогенез протекает весной). Примерно тогда же, в середине 80-х годов прошлого века отечественный физиолог А. Поленов открыл нейрогенез в мозгу тритонов и лягушек.
В начале 1990-х годов ученым удалось доказать, что этот процесс идет и у млекопитающих. Группа ученых, которыми руководил профессор Гейдж из Университета Салка (США), построили миниатюрный город, куда запустили обычных мышей, которые играли там, занимались своеобразной "физкультурой", а также отыскивали выходы из лабиринтов. В итоге оказалось, что у таких "городских" мышей новые нейроны возникали в гораздо большем количестве, чем у их пассивных сородичей, погрязших в рутинной жизни в виварии.
Ученые, заинтересовавшись, решили выяснить, каким образом это происходит. Через некоторое время они нашли в мозгу взрослых грызунов клетки, которые, по их предположению, могли являться стволовыми. После этого был проведен следующий эксперимент — мозговую ткань, содержащую "кандидатов" в стволовые клетки, пересадили в разрушенную сетчатку глаза крысы. И что вы думаете, они действительно превратились в нейроны, а ослепленная крыса вновь стала видеть!
Получается, что Рампан был не прав, и на самом деле новые нейроны возникают не в результате деления старых, а из своих предшественников? В реальности все обстоит намного сложнее, в 2003 году группа профессора Гейджа опубликовала работу, в которой показала, что новые нейроны могут образовываться и из стволовых клеток крови! Оказалось, что они могут проникать в мозг при травмах, а дальше происходит следующее: эти клетки сливаются с нейронами, образуя двуядерные конгломераты. Затем "старое" ядро нейрона разрушается, а его замещает "новое" ядро стволовой клетки крови. Видимо, именно этот процесс и наблюдал Рампан, однако он не смог его правильно интерпретировать.
Итак, многочисленные эксперименты основательно пошатнули презумпцию о том, что нервные клетки не восстанавливаются. Однако у скептиков осталось последнее прибежище — хорошо, говорили они, у животных этот процесс возможен, однако у человека подобное никогда не происходит. Впрочем, в 1998 году эксперименты американских ученых показали, что нейрогенез продолжается даже у взрослого человека, а происходит он в гиппокампе — отделе переднего мозга, который лежит под большими полушариями и принимает участие в формирования эмоций, консолидации памяти (то есть переходе кратковременной памяти в долговременную), а так же в "создании" сновидений.
Эта работа произвела сенсацию, однако из-за того, что подобные эксперименты признали опасными для здоровья человека, долгое время никто не решался их повторить. То есть полученные ранее результаты так и не перепроверились в других, независимых исследованиях, поэтому данная работа была поставлена под сомнение. И только недавно группа ученых из Каролинского института (Швеция), которой руководила доктор Кирсти Сполдинг, выяснили, что новые клетки в гиппокампе взрослого человека все-таки образуются. При этом исследователи использовали весьма нестандартную методику — вычисление соотношения изотопов углерода С 14 и С 12 .
Как мы знаем, радиоактивный углерод С 14 весьма нестабилен и быстро разрушается. Поэтому, по соотношению С 14 и С 12 в молекулах клетки можно понять, сколько минуло времени со дня смерти объекта — то есть с момента, когда клетки перестали поглощать радиоактивный углерод. Однако откуда он взялся в мозге человека? Дело в том, что в 50-60-е годы прошлого века все развитые страны мира интенсивно испытывали разнообразные атомные заряды, а во время таких испытаний в окружающую среду в изобилии поступал радиоактивный изотоп углерода С 14 . Потом, после 1963 года (когда был принят Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой) эти испытания сошли на нет и радиоактивного углерода в природе стало на порядки меньше.
Всем известно такое крылатое выражение, как «нервные клетки не восстанавливаются». Его абсолютно все люди с самого детства воспринимают в качестве непреложной истины. Но на самом же деле эта существующая аксиома является не более чем простым мифом, так как новые научные данные в результате проведенных исследований ее полностью опровергают.
Эксперименты над животными
Каждый день в человеческом организме погибает множество нервных клеток. А за год мозг человека может потерять до одного процента и даже больше от общего их числа, и этот процесс запрограммирован самой природой. Поэтому восстанавливаются ли нервные клетки или нет - вопрос, волнующий многих.
Если провести эксперимент над низшими животными, к примеру, над круглыми червями, то у них совсем отсутствует какая-либо гибель нервных клеток. Другой вид червей, аскарида, имеет сто шестьдесят два нейрона при рождении, и умирает с таким же их количеством. Подобная картина и у многих других червей, моллюсков и насекомых. Из этого можно сделать вывод, что нервные клетки восстанавливаются.
Число и принцип расположения нервных клеток у этих низших животных твердо заданы генетическим образом. При этом особи, имеющие неправильную нервную систему, очень часто просто не выживают, но четкие ограничения в структуре нервной системы не позволяют таким животным учиться и изменять свое привычное поведение.
Неизбежность гибели нейронов, или почему нервные клетки не восстанавливаются?
Человеческий организм, если сравнивать его с низшими животными, рождается уже с большим преобладанием нейронов. Этот факт запрограммирован с самого начала, так как природой закладывается в мозг человека огромный потенциал. Абсолютно все нервные клетки мозга случайным образом развивают большое количество связей, однако, прикрепляются только те из них, которые применяются при обучении.
Восстанавливаются ли нервные клетки - очень актуальный вопрос во все времена. Нейроны образуют точку опоры или связь с остальными клетками. Потом организмом производится твердый отбор: умерщвляются нейроны, которые не образовывают достаточного числа связей. Их количество является показателем уровня активности нейронов. В том случае, когда они отсутствуют, нейрон не принимает участия в процессе обработки информации.
Присутствующие нервные клетки в организме и без того являются довольно дорогими по степени наличия кислорода и питательных веществ (по сравнению с большинством других клеток). Кроме того, они употребляют множество энергии даже в те моменты, когда человек отдыхает. Именно поэтому человеческий организм избавляется от свободных неработающих клеток, и восстанавливаются нервные клетки.
Интенсивность гибели нейронов у детей
Большинство нейронов (семьдесят процентов), которые заложены еще в эмбриогенезе, погибают еще до непосредственного рождения младенца. И этот факт считается полностью нормальным, так как именно в этом детском возрасте уровень способности к
Обучению должен быть максимальным, поэтому мозг должен иметь самые значительные резервы. Они, в свою очередь, в процессе обучения постепенно сокращаются, и соответственно, снижается нагрузка на весь организм в целом.
Другими словами, чрезмерное количество нервных клеток является необходимым условием для обучения и для многообразия возможных вариантов процессов развития человека (его индивидуальность).
Пластичность заключается в том, что многочисленные функции умерших нервных клеток ложатся на оставшиеся живые, которые увеличивают свои размеры и образуют уже новые связи, при этом компенсируют потерянные функции. Интересный факт, но одна живая нервная клетка заменяет собой девять умерших.
Значение возраста
Во взрослом возрасте гибель клеток продолжается не так стремительно. Но когда мозг не нагружается новой информацией, то он оттачивает старые присутствующие навыки и сокращает число нервных клеток, которые необходимы для их реализации. Таким образом, клетки будут уменьшаться, а связи их с остальными клетками - увеличиваться, что является совершенно нормальным процессом. Поэтому вопрос о том, почему нервные клетки не восстанавливаются, отпадет сам собой.
У пожилых людей нейроны в мозгу присутствуют в существенном меньшем количестве, чем, скажем, у младенцев или молодых. При этом соображать они могут значительно быстрее и намного больше. Так происходит благодаря тому, что в простроенной при обучении архитектуре присутствует отличная связь между нейронами.
В старости, к примеру, если отсутствует обучение, человеческий мозг и весь организм начинают специальную программу свёртывания, другими словами - процесс старения, который приводит к смерти. При этом, чем меньше уровень востребованности в различных системах организма или физические и интеллектуальные нагрузки, а также, если присутствует движения и общения с остальными людьми, тем быстрее будет процесс. Вот почему требуется постоянно осваивать новую информацию.
Нервные клетки способны восстанавливаться
Сегодня установлено наукой, что нервные клетки восстанавливаются и генерируются сразу в трех местах организма человека. Они не возникают в процессе деления (по сравнению с другими органами и тканями), а появляются при нейрогенезе.
Это явление является самым активным в период внутриутробного развития. Оно берет начала с деления предшествующих нейронов (стволовых клеток), впоследствии проходящих миграцию, дифференциацию и в результате образующих в полной мере работающий нейрон. Поэтому на вопрос о том, нервные клетки восстанавливаются или нет, можно ответить, что да.
Понятие нейрона
Нейрон представляет собой особенную клетку, у которой есть свои отростки. Они имеют длинные и короткие размеры. Первые носят название «аксоны», а вторые, более разветвленные, — «дендриты». Любые нейроны провоцируют генерацию нервных импульсов и передают их к соседним клеткам.
Средние диаметры тел нейронов равны примерно одной сотой миллиметра, а общее число таких клеток в головном мозге человека составляет порядком сто миллиардов штук. При этом если все тела присутствующих в организме нейронов мозга построить в одну сплошную линию, ее длина будет ровняться тысяче километров. Нервные клетки восстанавливаются или нет - вопрос, волнующих многих ученых.
Человеческие нейроны отличаются друг от друга по своим размерам, уровню разветвленности присутствующих дендритов, а также длине аксонов. Наиболее длинные аксоны имеют размер, равный одному метру. Они являются аксонами огромных пирамидных клеток в коре больших полушарий. Тянутся они непосредственно к нейронам, расположенным в нижних отделах спинного мозга, которые контролируют всю двигательную активность туловища и мышц конечностей.
Немного истории
В первый раз новость о присутствии новых нервных клеток у взрослого организма млекопитающих услышали в 1962 году. Однако в то время результаты эксперимента Джозефа Олтмана, которые были опубликованы в журнале «Science», народ не воспринял слишком серьезно, поэтому нейрогенез тогда не был признан. Случилось это почти двадцать лет спустя.
С того самого времени прямые доказательства того, что нервыне клетки восстанавливаются, были зафиксированы у птиц, амфибий, грызунов и других животных. Позже в 1998 году ученые смогли продемонстрировать появление новых нейронов у человека, чем доказали непосредственное существование в головном мозге нейрогенеза.
Сегодня исследование такого понятия, как нейрогенез, является одним из главных направлений среди нейробиологии. Многие ученые находят в нем огромный потенциал, чтобы лечить дегенеративные заболевания нервной системы (болезнь Альцгеймера и Паркинсона). Кроме того, многих специалистов действительно волнует вопрос, как восстанавливаются нервные клетки.
Миграция стволовых клеток в организме
Установлено, что у млекопитающих, также как у низших позвоночных животных и птиц, стволовые клетки находятся в непосредственной близости с боковыми желудочками мозга. Их превращение в нейроны проходит довольно сильно. Так, к примеру, у крыс за один месяц из имеющихся у них в мозгу стволовых клеток получается примерно двести пятьдесят тысяч нейронов. Уровень продолжительности жизни подобных нейронов довольно высок и составляет порядком ста двенадцати дней.
Кроме того, доказано не только то, что восстановление нервных клеток вполне реально, но и то, что стволовые клетки способны мигрировать. В среднем они преодолевают путь, равный двум сантиметрам. А в том случае, когда они находятся в обонятельной луковице, то перевоплощаются там уже в нейроны.
Перемещение нейронов
Стволовые клетки вполне можно достать из мозга и поместить совершенно в другое место нервной системы, в котором они станут нейронами.
Сравнительно недавно были проведены специальные исследования, которые показали, что новые нервные клетки в мозге взрослого человека могут появляться не только из нейрональных клеток, но из стволовых соединений в крови. Но такие клетки не могут превращаться в нейроны, они только способны сливаться с ними, при этом образуя другие двухъядерные компоненты. После этого прежние ядра нейронов разрушаются и замещают новые.
Неспособность нервных клеток погибать от стресса
Когда присутствует какой-либо стресс в жизни человека, клетки могут гибнуть совсем не от избыточного напряжения. Они вообще не имеют способности погибать от любой
перегрузки. Нейроны могут просто тормозить свою непосредственную деятельность и отдыхать. Поэтому восстановление нервных клеток головного мозга все-таки возможно.
Нервные клетки погибают от развивающегося недостатка различных питательных веществ и витаминов, а также вследствие нарушения процесса кровоснабжения в тканях. Как правило, они приводят в результате к интоксикации и гипоксии организма благодаря продуктам жизнедеятельности, а еще из-за употребления разнообразных лекарственных средств, крепких напитков (кофе и чай), курения, принятия наркотиков и алкоголя, а также при существенных физических нагрузках и перенесенных инфекционных болезнях.
Как восстановить нервные клетки? Это очень просто. Для этого достаточно все время и непрерывно учиться и развивать большую уверенность в себе, получая крепкие связи эмоций со всеми близкими людьми.
Нервная система является самой сложной и мало изученной частью нашего организма. Она состоит из 100 миллиардов клеток – нейронов, и глиальных клеток, которых примерно в 30 раз больше. К нашему времени ученым удалось изучить только 5% нервных клеток. Все остальные пока загадка, которую медики стараются разгадать любыми методами.
Нейрон: строение и функции
Нейрон – главный структурный элемент нервной системы, эволюционировавший с нейроефекторных клеток. Функция нервных клеток заключается в ответе на раздражители сокращением. Это клетки, которые способны передавать информацию с помощью электрического импульса, химическим и механическим путями.
За исполняющими функциями нейроны бывают двигательными, чувствительными и промежуточными. Чувствительные нервные клетки передают информацию от рецепторов в головной мозг, двигательные – к мышечным тканям. Промежуточные нейроны способны выполнять и ту, и другую функции.
Анатомически нейроны состоят из тела и двух типов отростков – аксонов и дендритов. Дендритов зачастую есть несколько, их функция в улавливании сигнала от других нейронов и создании связей между нейронами. Аксоны предназначены для передачи того самого сигнала на другие нервные клетки. Снаружи нейроны покрыты специальной оболочкой, из специального белка – миелина. Он склонен к самообновлению на протяжении всей человеческой жизни.
Как же выглядит передача того самого нервного импульса
? Представим, что Вы взялись рукой за горячую ручку сковороды. В тот момент реагируют рецепторы, находящиеся в мышечной ткани пальцев рук. С помощью импульсов, они посылают информацию в главный мозг. Там информация «переваривается» и формируется ответ, который отправляется обратно к мышцам, субъективно проявляясь чувством жжения.
Нейроны, восстанавливаются ли они?
Еще в детстве нам мама говорила: береги нервную систему, клетки не восстанавливаются. Тогда такая фраза звучала как то пугающе. Если клетки не восстанавливаются, что же делать? Как уберечься от их гибели? На такие вопросы должна бы ответить современная наука. В общей сложности не все так плохо и страшно. Весь организм имеет большие возможности восстановления, почему же нервные клетки не могут. Ведь после черепно-мозговых травм, инсультов, когда идет существенное повреждения тканей мозга, он как то возвращает себе утраченные функции. Соответственно в нервных клетках, что-то происходит.
Еще при зачатии в организме «программируется» отмирание нервных клеток. Некоторые исследования говорят о гибели 1% нейронов в год
. В таком случае лет за 20, мозг износился бы вплоть до невозможности человеком выполнять самые простые вещи. Но так не происходит, и мозг способен полноценно функционировать к глубокой старости.
Сначала ученые проводили исследование восстановления нервных клеток у животных. После повреждения мозга у млекопитающих, оказалось, что имеющиеся нервные клетки разделились пополам, и образовалось два полноценных нейрона, в итоге функции мозга восстановились. Правда, такие способности обнаружили только в молодых животных. В старых млекопитающих увеличения клеток не произошло. В дальнейшем опыты проводили на мышах, их запускали в большой город, тем самым заставляя искать выход. И заметили интересную вещь, количество нервных клеток у подопытных мышей увеличилось, в отличие от тех, которые жили в обычных условиях.
Во всех тканях организма, восстановление происходит путем деления существующих клеток
. После проведение исследований нейрона, медики твердо заявили: нервная клетка не делится. Однако это ничего не значит. Новые клетки могут образоваться путем нейрогенеза, который начинается во внутриутробном периоде и продолжается всю жизнь. Нейрогенез – это синтез новых нервных клеток с предшественников – стволовых клеток, которые в последующем мигрируют, дифференцируются и превращаются в зрелые нейроны. Впервые сообщение о таком восстановлении нервных клеток появилось еще в 1962 году. Но оно ничем не подкреплялось, соответственно не имело никакого значения.
Примерно двадцать лет назад, новые исследования показали, что нейрогенез существует в мозге . У птиц, начинавших много петь весной, количество нервных клеток возрастало вдвое. После завершения певчего периода, количество нейронов опять уменьшалось. В дальнейшем было доказано, что нейрогенез может происходить только в некоторых участках мозга. Одним из них является область вокруг желудочков. Вторым — гиппокамп, расположенный возле бокового желудочка мозга, и отвечающий за память, мышление и эмоции. Поэтому способность запоминать и размышлять, изменяются в течение жизни, вследствие воздействия разных факторов.
Как видно из вышесказанного, хоть мозг на 95% еще не изучен, имеются достаточно фактов, подтверждающих, что нервные клетки восстанавливаются.
В научном сообществе довольно долго господствовала теория о статичности и невозобновляемости нервной системы. Было принято считать, что на протяжении всей жизни мозг человека оперирует тем количеством нейронов (нервных клеток), которые ему достались при рождении. Широкое распространение получил миф о том, что нервные клетки не восстанавливаются, который подогревался информацией о закономерной гибели нейронов с первых дней жизни.
Дело в том, что новые нервные клетки не появляются в ходе деления, как это происходит в других органах и тканях организма, а образуются в ходе нейрогенеза. Этот процесс начинается с деления клеток-предшественников нейронов (или нейронных стволовых клеток). Далее они мигрируют, дифференцируются и образуют полностью функционирующий нейрон. Нейрогенез наиболее активен во время внутриутробного развития.
Впервые сообщение об образовании новых нервных клеток во взрослом организме млекопитающих появилось ещё в 1962 году. Но тогда результаты работы Джозефа Олтмана (Joseph Altman), опубликованные в журнале Science, не были восприняты всерьёз, и признание нейрогенеза отложилось почти на двадцать лет.
С тех пор неоспоримые доказательства существования этого процесса во взрослом организме были получены для певчих птиц, грызунов, амфибий и некоторых других животных. И только в 1998 году нейробиологам во главе с Питером Эрикссоном (Peter Eriksson) и Фредом Гейгом (Fred Gage) удалось продемонстрировать образование новых нейронов в гиппокампе человека, чем было доказано существование нейрогенеза в головном мозге взрослых людей.
Сейчас исследование нейрогенеза является одним из самых приоритетных направлений в нейробиологии. В частности, учёные и медики видят в нём большой потенциал для лечения дегенеративных заболеваний нервной системы, таких как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона.
Вплоть до настоящего момента считалось, что нейрогенез в головном мозге взрослых млекопитающих локализован в двух областях, которые связанны с памятью (гиппокамп) и обонянием (обонятельные луковицы).
Но в последние несколько лет нейробиологи из Университета Мичигана (MSU) впервые показали, что мозг млекопитающих на протяжении периода полового созревания наращивает количество клеток в миндалевидном теле (миндалине) и взаимосвязанных с ним областях. Причём происходит как увеличение числа нейронов, так и клеток нейроглии – вспомогательных клеток нервной ткани.
Миндалины реагируют на зрительные, слуховые, обонятельные и кожные раздражения, а также на сигналы внутренних органов. На основе полученной информации они участвуют в формировании эмоциональных и двигательных реакций, оборонительного и полового поведения, и многого другого. Миндалевидное тело играет важную роль в восприятии неких социальных ориентиров. Например, хомяки с его помощью анализируют запах феромонов, что обеспечивает общение между животными, а люди воспринимают мимику и язык тела друг друга на основе зрительной информации.
«Мы предположили, что новые нейроны, которые добавляются в эти области головного мозга в период полового созревания, могут оказывать непосредственное влияние на репродуктивную функцию взрослых особей», ‒ рассказывает ведущий автор исследования Мэгги Мор (Maggie Mohr).
|
Для проверки своей гипотезы Мор в сотрудничестве с профессором психологии Шерил Сиск (Cheryl Sisk) вводили юным самцам сирийских хомячков (Mesocricetus auratus) химический маркер, с помощью которого можно отслеживать появление и дальнейшие перемещения новых нейронов. Инъекции делали с 28 по 49 день после рождения. Через четыре недели после последнего введения препарата, при достижении половой зрелости грызунам дали возможность спариться, после чего проанализировали их мозг.
Согласно данным, опубликованным в журнале PNAS, новые нервные клетки, появившиеся в период полового созревания, были доставлены прямиком в миндалины и смежные области мозга хомячков. А некоторые из них были включены в нейронные сети, которые обеспечивают социальное и сексуальное поведение.
В официальном пресс-релизе исследователи подчёркивают, что им не только удалось доказать выживание новых клеток в зрелом возрасте, но и показать, что они включаются в работу мозга и предназначены для адаптации к «взрослой» жизни.
Авторы работы настроены весьма оптимистично и надеются, что их работа прольёт свет и на человеческий мозг. Ведь, несмотря на более сложные взаимоотношения между людьми, функции миндалин у нас и хомячков весьма схожи. Вполне вероятно, что именно процесс образования новых нейронов в период полового созревания оказывается решающим в способности людей социализироваться во взрослом человеческом обществе.
