,
врач-невролог, топ-блогер ЖЖ
Говорят, нервные клетки не восстанавливаются. Они гибнут и гибнут от , пока наконец не достигнут критического количества. Тогда-то и наступает старческий маразм.
Люди, которые поддерживают это убеждение, всеми силами стараются избежать стресса, а значит, любых изменений в жизни, будь то смена работы, переезд, незапланированное путешествие или второе образование. И напрасно. Потому что нервные клетки у взрослого человека восстанавливаются. Но для этого нужны определенные условия.
Нейрогенез, или образование новых нервных клеток, происходит у взрослых в гиппокампе – области мозга, которая отвечает за память. Предполагают, что новенькие нейроны могут появляться и в зоне, ответственной за планирование, принятие решений и волевые акты, – префронтальной коре. Это революционное открытие опровергло прежнюю теорию, что мозг взрослого человека способен только формировать новые связи между имеющимися нервными клетками. И немедленно создало почву для коммерческих спекуляций.
Актовегин, кортексин, церебролизин – все эти лекарства очень популярны в России и отчего-то никому не известны за ее пределами. Производители утверждают, что они-де, эти препараты, помогают образованию новых нервных клеток на месте погибших от инсульта, травмы или иной болезни. Приводят как доказательство два с половиной исследования, сделанных «на коленке», и «бесценный опыт многих тысяч врачей и пациентов». На самом деле все эти лекарства – просто маркетинговый пшик. Они не приводят и не могут приводить к появлению новых нейронов. Несмотря на это, перечисленные выше препараты продолжают активно назначаться врачами и применяться пациентами. И беда даже не в использовании «фуфломицинов», а в том, что многие не подозревают, что мозг и в самом деле может создавать новые нервные клетки.
Обогащенная среда
Исследователи поместили одну группу мышей в пустую клетку, добавив лишь самое необходимое – воду, корм и подстилку из соломы. А другую группу грызунов отправили в клетки формата «все включено» с подвесными качелями, колесом, лабиринтами и другими любопытными штуками. Через некоторое время выяснилось, что мозг мышей из первой группы остался без изменений. А вот у грызунов из клеток «все включено» начали появляться новые нейроны. Причем активнее всего нейрогенез шел у тех мышей, которые каждый день крутили лапками колесо, то есть были физически активны.
Что значит обогащенная среда для человека? Это не только «смена декораций», поездки и путешествия. К новизне непременно должна добавляться сложность, то есть необходимость исследовать, приспосабливаться. Новые люди тоже часть обогащенной среды, и общение с ними, установление социальных связей также помогает появлению новых нервных клеток в мозге.
Физическая активность
Любая регулярная физическая активность, будь то уборка дома или велопрогулка по парку, стимулирует появление новых нервных клеток. Мозг – «рачительная хозяюшка». Появление в нем новых нейронов будет происходить только тогда, когда это обосновано, а именно – в незнакомой обстановке и при условии, что человек настроен выжить, то есть двигается и исследует, а не лежит и предается меланхолическим мыслям.
Поэтому движение – отличное лекарство от стресса. Физическая активность нейтрализует действие гормона стресса кортизола (он вызывает гибель нервных клеток) и приносит человеку уверенность, спокойствие и новые идеи по преодолению сложной жизненной ситуации.
Работа интеллекта
Исследования показывают, что обучение еще один эффективный способ увеличить количество нервных клеток в мозге. Однако учиться – еще не значит чему-то научиться, и это имеет принципиальное значение для появления новых нервных клеток.
Когда человек начинает осваивать какой-то новый навык, у него повышается выживаемость нейронов в области мозга, ответственной за память. Да, нервные клетки погибают не только от стресса. Запоминание, обретение нового опыта связано с противоположным процессом – забыванием, устранением ненужной информации. Мозг с этой целью «выключает» из работы старые нейроны. Это естественный цикл, который происходит даже тогда, когда человек спокоен, доволен жизнью и счастлив. Обучение новому помогает выживать старым нейронам, но никак не влияет на появление новых. Чтобы появлялись новые нервные клетки, человеку необходимо использовать на практике полученные знания, повторять полученную информацию.
Поэтому для появления новых нервных клеток недостаточно просто посетить мастер-класс по скетчингу. Понадобится регулярно что-то рисовать, используя полученные знания. Оптимально сочетать это занятие с прогулками на природе: физическая активность в сочетании с обучением дает наилучшие результаты.
Антидепрессанты
Феномен появления новых нервных клеток у взрослых людей был неожиданно для исследователей выявлен у тех пациентов, которые принимали… антидепрессанты! Выяснилось, что больные, вынужденные принимать эти препараты, не только начинали лучше противостоять стрессу, но и обнаруживали улучшение краткосрочной памяти. Однако чтобы получить такие обнадеживающие результаты, в экспериментах требовалась длительная терапия антидепрессантами. В то время как «лечение» физической активностью в сочетании с обогащенной средой действовало куда быстрее.
Некоторые исследователи предполагают, что в основе депрессии вовсе не дефицит серотонина и других нейромедиаторов, как принято считать в научной среде на сегодняшний момент. По мере выздоровления у человека с депрессией обнаруживается увеличение количества нейронов в гиппокампе – области мозга, отвечающей за память. Это может означать, что гибель нервных клеток и есть причина депрессии. А значит, и возможности лечения расширяются (не исключено также, что в эту сферу исследований подтянутся производители «фуфломицинов» и начнут советовать лечить ими депрессию).
Психотерапия
Исследователи предполагают, что психотерапия может благотворно влиять на количество нейронов в мозге. Это связывают с тем, что человек учится активно противостоять стрессу, а также предполагают, что психотерапия – та же обогащенная социальная среда, которая дает возможность «прокачать» мозг благодаря факторам новизны и сложности, о которых упоминалось выше.
У людей, которые перенесли психологическое или физическое насилие, после чего развилось посттравматическое стрессовое расстройство, обнаруживалось уменьшение объема гиппокампа. У них происходила массовая гибель нервных клеток в этой области. Исследователи сделали предположение, что есть возможность предотвратить проблему. Экспериментальные данные показали: если в течение месяца после травмирующего воздействия пострадавший работает с психотерапевтом, уменьшения объема гиппокампа не происходит. Далее «волшебное окно» закрывается, и хотя психотерапия в дальнейшем помогает пациенту, но не влияет на гибель нервных клеток в мозге. Это связывают с механизмами формирования долговременной памяти: после того как ее следы оформлены, «ларчик» с пережитым травматичным опытом «захлопывается» и влиять на эти воспоминания и запустившийся процесс гибели нервных клеток становится практически невозможно. Остается работать с тем, что есть, – с эмоциями пациента.
Появление новых нейронов и увеличение числа связей между ними у взрослых – это секрет счастливой старости с сохранением нормального интеллекта. Поэтому не стоит верить в то, что нервные клетки не восстанавливаются, а значит, надо жить с тем, что осталось от мозга после многочисленных стрессов, которым мы подвергаемся ежедневно. Намного разумнее осознанно работать над увеличением численности собственных нервных клеток. Благо, корня мандрагоры или слез единорога для этого не потребуется.
Крылатое выражение "Нервные клетки не восстанавливаются" все с детства воспринимают как непреложную истину. Однако эта аксиома - не более чем миф, и новые научные данные его опровергают.
Природа закладывает в развивающийся мозг очень высокий запас прочности: при эмбриогенезе образуется большой избыток нейронов. Почти 70% из них гибнут еще до рождения ребенка. Человеческий мозг продолжает терять нейроны и после рождения, на протяжении всей жизни. Такая гибель клеток генетически запрограммирована. Конечно же погибают не только нейроны, но и другие клетки организма. Только все остальные ткани обладают высокой регенерационной способностью, то есть их клетки делятся, замещая погибшие.
Наиболее активно процесс регенерации идет в клетках эпителия и кроветворных органах (красный костный мозг). Но есть клетки, в которых гены, отвечающие за размножение делением, заблокированы. Помимо нейронов к таким клеткам относятся клетки сердечной мышцы. Как же люди умудряются сохранить интеллект до весьма преклонных лет, если нервные клетки погибают и не обновляются?
Одно из возможных объяснений: в нервной системе одновременно "работают" не все, а только 10% нейронов. Этот факт часто приводится в популярной и даже научной литературе. Мне неоднократно приходилось обсуждать данное утверждение со своими отечественными и зарубежными коллегами. И никто из них не понимает, откуда взялась такая цифра. Любая клетка одновременно и живет и "работает". В каждом нейроне все время происходят обменные процессы, синтезируются белки, генерируются и передаются нервные импульсы. Поэтому, оставив гипотезу об "отдыхающих" нейронах, обратимся к одному из свойств нервной системы, а именно - к ее исключительной пластичности.
Смысл пластичности в том, что функции погибших нервных клеток берут на себя их оставшиеся в живых "коллеги", которые увеличиваются в размерах и формируют новые связи, компенсируя утраченные функции. Высокую, но не беспредельную эффективность подобной компенсации можно проиллюстрировать на примере болезни Паркинсона, при которой происходит постепенное отмирание нейронов. Оказывается, пока в головном мозге не погибнет около 90% нейронов, клинические симптомы заболевания (дрожание конечностей, ограничение подвижности, неустойчивая походка, слабоумие) не проявляются, то есть человек выглядит практически здоровым. Значит, одна живая нервная клетка может заменить девять погибших.
Но пластичность нервной системы - не единственный механизм, позволяющий сохранить интеллект до глубокой старости. У природы имеется и запасной вариант - возникновение новых нервных клеток в головном мозге взрослых млекопитающих, или нейрогенез.
Первое сообщение о нейрогенезе появилось в 1962 году в престижном научном журнале "Science". Статья называлась "Формируются ли новые нейроны в мозге взрослых млекопитающих?". Ее автор, профессор Жозеф Олтман из Университета Пердью (США) с помощью электрического тока разрушил одну из структур мозга крысы (латеральное коленчатое тело) и ввел туда радиоактивное вещество, проникающее во вновь возникающие клетки. Через несколько месяцев ученый обнаружил новые радиоактивные нейроны в таламусе (участок переднего мозга) и коре головного мозга. В течение последующих семи лет Олтман опубликовал еще несколько работ, доказывающих существование нейрогенеза в мозге взрослых млекопитающих. Однако тогда, в 1960-е годы, его работы вызывали у нейробиологов лишь скепсис, их развития не последовало.
И только спустя двадцать лет нейрогенез был вновь "открыт", но уже в головном мозге птиц. Многие исследователи певчих птиц обращали внимание на то, что в течение каждого брачного сезона самец канарейки Serinus canaria исполняет песню с новыми "коленами". Причем новые трели он не перенимает у собратьев, поскольку песни обновлялись и в условиях изоляции. Ученые стали детально изучать главный вокальный центр птиц, расположенный в специальном отделе головного мозга, и обнаружили, что в конце брачного сезона (у канареек он приходится на август и январь) значительная часть нейронов вокального центра погибала, - вероятно, из-за избыточной функциональной нагрузки. В середине 1980-х годов профессору Фернандо Ноттебуму из Рокфеллеровского университета (США) удалось показать, что у взрослых самцов канареек процесс нейрогенеза происходит в вокальном центре постоянно, но количество образующихся нейронов подвержено сезонным колебаниям. Пик нейрогенеза у канареек приходится на октябрь и март, то есть через два месяца после брачных сезонов. Вот почему "фонотека" песен самца канарейки регулярно обновляется.
В конце 1980-х годов нейрогенез был также обнаружен у взрослых амфибий в лаборатории ленинградского ученого профессора А. Л. Поленова.
Откуда берутся новые нейроны, если нервные клетки не делятся? Источником новых нейронов и у птиц, и у амфибий оказались нейрональные стволовые клетки стенки желудочков мозга. Во время развития зародыша именно из этих клеток образуются клетки нервной системы: нейроны и клетки глии. Но не все стволовые клетки превращаются в клетки нервной системы - часть из них "затаивается" и ждет своего часа.
Как было показано, новые нейроны появляются из стволовых клеток взрослого организма и у низших позвоночных. Однако потребовалось почти пятнадцать лет, чтобы доказать, что аналогичный процесс происходит и в нервной системе млекопитающих.
Развитие нейробиологии в начале 1990-х годов привело к обнаружению "новорожденных" нейронов в головном мозге взрослых крыс и мышей. Их находили большей частью в эволюционно древних отделах головного мозга: обонятельных луковицах и коре гиппокампа, которые отвечают главным образом за эмоциональное поведение, реакцию на стресс и регуляцию половых функций млекопитающих.
Так же, как у птиц и низших позвоночных, у млекопитающих нейрональные стволовые клетки располагаются поблизости от боковых желудочков мозга. Их перерождение в нейроны идет очень интенсивно. У взрослых крыс за месяц из стволовых клеток образуется около 250 000 нейронов, замещая 3% всех нейронов гиппокампа. Продолжительность жизни таких нейронов очень высока - до 112 дней. Стволовые нейрональные клетки преодолевают длинный путь (около 2 см). Они также способны мигрировать в обонятельную луковицу, превращаясь там в нейроны.
Обонятельные луковицы головного мозга млекопитающих отвечают за восприятие и первичную обработку различных запахов, включая и распознавание феромонов - веществ, которые по своему химическому составу близки к половым гормонам. Сексуальное поведение у грызунов регулируется в первую очередь выработкой феромонов. Гиппокамп же расположен под полушариями мозга. Функции этой сложноорганизованной структуры связаны с формированием краткосрочной памяти, реализацией некоторых эмоций и участием в формировании полового поведения. Наличие у крыс постоянного нейрогенеза в обонятельной луковице и гиппокампе объясняется тем, что у грызунов эти структуры несут основную функциональную нагрузку. Поэтому нервные клетки в них часто гибнут, а значит, их необходимо обновлять.
Для того чтобы понять, какие условия влияют на нейрогенез в гиппокампе и обонятельной луковице, профессор Гейдж из Университета Салка (США) построил миниатюрный город. Мыши там играли, занимались физкультурой, отыскивали выходы из лабиринтов. Оказалось, что у "городских" мышей новые нейроны возникали в гораздо большем количестве, чем у их пассивных сородичей, погрязших в рутинной жизни в виварии.
Cтволовые клетки можно извлечь из мозга и пересадить в другой участок нервной системы, где они превратятся в нейроны. Профессор Гейдж с коллегами провел несколько подобных экспериментов, наиболее впечатляющим среди которых был следующий. Участок мозговой ткани, содержащий стволовые клетки, пересадили в разрушенную сетчатку глаза крысы. (Светочувствительная внутренняя стенка глаза имеет "нервное" происхождение: состоит из видоизмененных нейронов - палочек и колбочек. Когда светочувствительный слой разрушается, наступает слепота.) Пересаженные стволовые клетки мозга превратились в нейроны сетчатки, их отростки достигли зрительного нерва, и крыса прозрела! Причем при пересадке стволовых клеток мозга в неповрежденный глаз никаких превращений с ними не происходило. Вероятно, при повреждении сетчатки глаза вырабатываются какие-то вещества (например, так называемые факторы роста), которые стимулируют нейрогенез. Однако точный механизм этого явления до сих пор не ясен.
Перед учеными встала задача показать, что нейрогенез идет не только у грызунов, но и у человека. Для этого исследователи под руководством профессора Гейджа недавно выполнили сенсационную работу. В одной из американских онкологических клиник группа больных, имеющих неизлечимые злокачественные новообразования, принимала химиотерапевтический препарат бромдиоксиуридин. У этого вещества есть важное свойство - способность накапливаться в делящихся клетках различных органов и тканей. Бромдиоксиуридин включается в ДНК материнской клетки и сохраняется в дочерних клетках после деления материнской. Патологоанатомическое исследование показало, что нейроны, содержащие бромдиоксиуридин, обнаруживаются практически во всех отделах мозга, включая кору больших полушарий. Значит, эти нейроны были новыми клетками, возникшими при делении стволовых клеток. Находка безоговорочно подтвердила, что процесс нейрогенеза происходит и у взрослых людей. Но если у грызунов нейрогенез идет только в гиппокампе, то у человека, вероятно, он может захватывать более обширные зоны головного мозга, включая кору больших полушарий. Недавно проведенные исследования показали, что новые нейроны во взрослом мозге могут образовываться не только из нейрональных стволовых, но из стволовых клеток крови. Открытие этого феномена вызвало в научном мире эйфорию. Однако публикация в журнале "Nature" за октябрь 2003 года во многом остудила восторженные умы. Оказалось, что стволовые клетки крови действительно проникают в мозг, но они не превращаются в нейроны, а сливаются с ними, образуя двуядерные клетки. Затем "старое" ядро нейрона разрушается, а его замещает "новое" ядро стволовой клетки крови. В организме крысы стволовые клетки крови в основном сливаются с гигантскими клетками мозжечка - клетками Пуркинье, правда, происходит это довольно редко: во всем мозжечке можно обнаружить лишь несколько слившихся клеток. Более интенсивное слияние нейронов происходит в печени и сердечной мышце. Пока совершенно непонятно, какой в этом физиологический смысл. Одна из гипотез заключается в том, что стволовые клетки крови несут с собой новый генетический материал, который, попадая в "старую" клетку мозжечка, продлевает ей жизнь.
Итак, новые нейроны могут возникать из стволовых клеток даже в мозге взрослого человека. Этот феномен уже достаточно широко применяется для лечения различных нейродегенеративных заболеваний (заболеваний, сопровождающихся гибелью нейронов головного мозга). Препараты стволовых клеток для трансплантации получают двумя способами. Первый - это использование нейрональных стволовых клеток, которые и у эмбриона, и у взрослого человека располагаются вокруг желудочков головного мозга. Второй подход - использование эмбриональных стволовых клеток. Эти клетки располагаются во внутренней клеточной массе на ранней стадии формирования зародыша. Они способны превращаться практически в любые клетки организма. Наибольшая сложность в работе с эмбриональными клетками - заставить их трансформироваться в нейроны. Новые технологии позволяют сделать это.
В некоторых лечебных учреждениях в США уже сформированы "библиотеки" нейрональных стволовых клеток, полученных из зародышевой ткани, и проводятся их пересадки пациентам. Первые попытки трансплантации дают положительные результаты, хотя на сегодняшний день врачи не могут разрешить основную проблему подобных пересадок: безудержное размножение стволовых клеток в 30-40% случаев приводит к образованию злокачественных опухолей. Пока не найдено подхода к предотвращению подобного побочного эффекта. Но, несмотря на это, трансплантация стволовых клеток, несомненно, будет одним из главных подходов в терапии таких нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона, ставших бичом развитых стран.
Доктор медицинских наук В. Гриневич
Десятилетия дискуссий, давно вошедшие в обиход поговорки, эксперименты на мышах и овцах - но все-таки может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных? И если может, то как? А если не может - почему?
Порезанный палец заживет за несколько дней, сломанная кость срастется. Мириады эритроцитов сменяют друг друга короткоживущими поколениями, растут под нагрузкой мышцы: наш организм обновляется постоянно. Долгое время считалось, что на этом празднике перерождения остается один аутсайдер - головной мозг. Его важнейшие клетки, нейроны, слишком высокоспециализированны, чтобы делиться. Количество нейронов падает год от года, и хотя они так многочисленны, что потеря нескольких тысяч штук не оказывает заметного влияния, способность восстанавливаться после повреждений не помешала бы и мозгу. Однако ученым долго не удавалось обнаружить присутствия новых нейронов в зрелом мозге. Впрочем, не было и достаточно тонких инструментов, позволяющих найти такие клетки и их «родителей».
Ситуация поменялась, когда в 1977 году Майкл Каплан и Джеймс Хиндс использовали радиоактивный [ 3 H]-тимидин, способный встраиваться в новую ДНК. Ее цепочки активно синтезируют делящиеся клетки, удваивая свой генетический материал и заодно накапливая радиоактивные метки. Месяц спустя после введения препарата взрослым крысам ученые получали срезы их головного мозга. Авторадиография показала, что метки находятся в клетках зубчатой извилины гиппокампа. Все-таки они размножаются, и «взрослый нейрогенез» существует.
О людях и мышах
В ходе этого процесса зрелые нейроны не делятся, как не делятся и клетки мышечных волокон, и эритроциты: за их образование отвечают различные стволовые клетки, сохраняющие «наивную» способность размножаться. Один из потомков разделившейся клетки-предшественника становится молодой специализированной клеткой и дозревает до полнофункционального взрослого состояния. Другая дочерняя клетка остается стволовой: это позволяет поддерживать популяцию клеток-предшественников на постоянном уровне, не жертвуя обновлением окружающей их ткани.
Клетки-предшественницы нейронов нашлись в зубчатой извилине гиппокампа. Позже их обнаружили и в других частях головного мозга грызунов, в обонятельной луковице и подкорковой структуре стриатума. Отсюда молодые нейроны могут мигрировать в нужную область мозга, уже на месте дозревать и встраиваться в существующие системы связей. Для этого новая клетка доказывает соседям свою полезность: ее способность к возбуждению повышена, так что даже слабое воздействие заставляет нейрон выдавать целый залп электрических импульсов. Чем активнее клетка, тем больше связей она образует с соседями и тем быстрее стабилизируются эти связи.
Взрослый нейрогенез у людей удалось подтвердить лишь пару десятилетий спустя с помощью сходных радиоактивных нуклеотидов - в той же зубчатой извилине гиппокампа, а затем и в стриатуме. Обонятельная луковица у нас, по всей видимости, не обновляется. Однако насколько активно проходит этот процесс и как он меняется во времени, точно не ясно и сегодня.
Например, исследование 2013 года показало, что до глубокой старости каждый год обновляется примерно 1,75% клеток зубчатой извилины гиппокампа. А в 2018-м появились результаты, согласно которым образование нейронов здесь прекращается уже в подростковом возрасте. В первом случае измерялось накопление радиоактивных меток, а во втором использовались красители, избирательно связывающиеся с молодыми нейронами. Сложно сказать, какие выводы ближе к истине: трудно сопоставить редкие результаты, полученные совершенно разными методами, а тем более экстраполировать на человека работы, выполненные на мышах.
Проблемы моделей
Большинство исследований взрослого нейрогенеза проводят на лабораторных животных, которые быстро размножаются и просты в содержании. Такое сочетание признаков встречается у тех, кто имеет небольшие размеры и живет совсем недолго, - у мышей и крыс. Но в нашем мозге, который лишь заканчивает созревание к 20 годам, все может происходить совершенно иначе.
Зубчатая извилина гиппокампа - это часть коры головного мозга, хотя и примитивная. У нашего вида, как и у других долгоживущих млекопитающих, кора развита заметно сильнее, чем у грызунов. Возможно, нейрогенез охватывает весь ее объем, реализуясь по какому-нибудь собственному механизму. Прямых подтверждений этому пока нет: исследования взрослого нейрогенеза в коре больших полушарий не выполнялись ни на людях, ни на других приматах.
Зато проведены такие работы с копытными. Изучение срезов мозга новорожденных ягнят, а также овец чуть постарше и половозрелых особей не нашло делящихся клеток - предшественников нейронов в коре больших полушарий и подкорковых структурах их мозга. С другой стороны, в коре животных даже старшего возраста обнаружились уже родившиеся, но недозревшие молодые нейроны. Скорее всего, они готовы в нужный момент завершить специализацию, образовав полноценные нервные клетки и заняв место погибших. Конечно, это не совсем нейрогенез, ведь новых клеток при таком процессе не образуется. Однако интересно, что такие молодые нейроны присутствуют в тех областях мозга овец, которые у человека отвечают за мышление (кора больших полушарий), интеграцию сенсорных сигналов и сознание (клауструм), эмоции (миндалевидное тело). Велика вероятность, что и у нас в аналогичных структурах найдутся незрелые нервные клетки. Но зачем они могут понадобиться взрослому, уже обученному и опытному мозгу?
Гипотеза о памяти
Число нейронов так велико, что частью из них можно безболезненно пожертвовать. Однако, если клетка выключилась из рабочих процессов, это еще не значит, что она умерла. Нейрон может перестать генерировать сигналы и реагировать на внешние стимулы. Накопленная им информация не пропадает, а «консервируется». Этот феномен позволил Кэрол Барнс, нейрофизиологу из Аризонского университета, выдвинуть экстравагантное предположение о том, что именно так мозг накапливает и разделяет воспоминания о различных периодах жизни. По мнению профессора Барнс, время от времени в зубчатой извилине гиппокампа появляется группа молодых нейронов для записи нового опыта. Через некоторое время - недели, месяцы, а может, и годы - все они переходят в состояние покоя и сигналов больше не подают. Именно поэтому память (за редчайшими исключениями) не сохраняет ничего, что происходило с нами до третьего года жизни: доступ к этим данным в какой-то момент оказывается заблокирован.
Учитывая, что зубчатая извилина, как и гиппокамп в целом, отвечает за перенос информации из кратковременной памяти в долговременную, такая гипотеза выглядит даже логичной. Однако требуется еще доказать, что гиппокамп взрослых людей действительно образует новые нейроны, причем в достаточно большом количестве. Для проведения экспериментов имеется лишь весьма ограниченный набор возможностей.
История со стрессом
Обычно препараты человеческого мозга получают во время вскрытия или нейрохирургических операций, как при височной эпилепсии, припадки которой не поддаются медикаментозному лечению. Оба варианта не позволяют проследить, как интенсивность взрослого нейрогенеза влияет на работу мозга и поведение.
Такие эксперименты проводились на грызунах: образование новых нейронов подавлялось направленным гамма-излучением или выключением соответствующих генов. Это воздействие повышало склонность животных к депрессии. Неспособные к нейрогенезу мыши почти не радовались подслащенной воде и быстро оставляли попытки держаться на плаву в заполненной водой емкости. Содержание в их крови кортизола - гормона стресса - оказывалось даже выше, чем у мышей, стрессированных обычными методами. Они были более склонны впадать в зависимость от кокаина и хуже восстанавливались после инсульта.
К этим результатам стоит сделать одно важное замечание: возможно, что показанная связь «меньше новых нейронов - острее реакция на стресс» замыкается сама на себя. Неприятные события жизни снижают интенсивность взрослого нейрогенеза, из-за чего животное становится чувствительнее к стрессам, поэтому скорость образования нейронов в мозге падает - и так далее по кругу.
Бизнес на нервах
Несмотря на отсутствие точных сведений о взрослом нейрогенезе, уже появились бизнесмены, готовые построить на нем доходное дело. Еще с начала 2010-х компания, продающая воду из родников Канадских Скалистых гор, выпускает бутылки Neurogenesis Happy Water . Утверждается, что напиток стимулирует образование нейронов за счет содержащихся в нем солей лития. Литий в самом деле считается полезным для мозга препаратом, хотя в таблетках его куда больше, нежели в «счастливой воде». Действие чудо-напитка проверили нейробиологи из Университета Британской Колумбии. 16 дней они поили крыс «счастливой водой», а контрольную группу - простой, из-под крана, а потом рассмотрели срезы зубчатых извилин их гиппокампа. И хотя у грызунов, пивших Neurogenesis Happy Water , новых нейронов появилось на целых 12% больше, их общее число оказалось невелико и говорить о статистически достоверном преимуществе нельзя.
Пока мы можем лишь констатировать, что взрослый нейрогенез в головном мозге представителей нашего вида однозначно существует. Возможно, он продолжается до глубокой старости, а может, только до подросткового возраста. На самом деле это не так важно. Интереснее то, что рождение нервных клеток в зрелом мозге человека вообще происходит: от кожи или от кишечника, обновление которых идет постоянно и интенсивно, главный орган нашего тела отличается количественно, но не качественно. И когда сведения о взрослом нейрогенезе сложатся в цельную детальную картину, мы поймем, как перевести это количество в качество, заставив мозг «ремонтироваться», восстанавливать работу памяти, эмоций - всего того, что мы зовем своей жизнью.
Нервные клетки мозга с 1928 года носят клеймо, данное им испанским нейрогистологом Сантьяго Рамон-И-Халемом : нервные клетки не восстанавливаются . В первой половине XX века было логично прийти к такому выводу, так как к этому времени учёные знали лишь то, что мозг в процессе жизни уменьшается в объёме, а нейроны не могут делиться. Но наука не стоит на месте, и с тех пор в области нейробиологии сделана масса открытий. Оказывается, отмирание нервных клеток мозга такой же постоянный и естественный процесс, как и их обновление: в разных участках нервной ткани восстановление происходит со скоростью от 15 до 100% в год. На основании существующих сегодня данных, учёные смело могут сказать: нервные клетки восстанавливаются , и это научно доказанный факт. В истинности данного суждения мы попробуем разобраться на страницах нашего электронного журнала.
Нервные клетки мозга не восстанавливаются: первое опровержение
Нервные клетки мозга стали заложниками научного авторитета. Сегодня уже ставшее крылатым утверждение испанского учёного многие люди с самого детства воспринимают как истину. А всё почему? Будучи нобелевским лауреатом 1906 года, Сантьяго Рамон-И-Халем пользовался большим уважением у современников. Поэтому его предположение о не восстановлении нервных клеток долгое время никто не решался опровергнуть. И лишь к концу прошлого столетия (только к 1999 году) сотрудники факультета психологии Принстонского университета Элизабет Гоулд и Чарлз Гросс доказали с помощью эксперимента, что зрелый мозг может продуцировать новые нейроны в количестве нескольких тысяч в день, причём этот процесс, именуемый нейрогенезом, происходит в течение всей жизни. Результаты исследований учёные опубликовали в авторитетном журнале «Science ».
designua / bigstock.com
Нейробиология – прогресс через 100 лет
Опыты учёные проводили на обезьянах – генетически похожих на людей предках. Чтобы обнаружить новые нервные клетки мозга, Гоулд и Гросс ввели приматам специальное вещество-метку BrdU. Отметим, что эта метка включается исключительно в ДНК тех клеток, которые активно делятся. После инъекции, в разное время (от 2 часов до 7 дней), исследователи тестировали кору головного мозга подопытных.
Исполнение когнитивных функций заставляет нейроны делиться
Новые клетки с ДНК, содержащие BrdU, были обнаружены в трех разных зонах головного мозга из четырёх тестируемых: в префронтальной, темпоральной и задней париетальной областях. Известно, что все эти области отвечают за когнитивные функции, то есть планирование, реализацию кратковременной памяти, узнавание объектов и лиц и пространственную ориентацию. Интересно, что ни одной новой клетки не образовалось в стриальной коре, которая ответственна за самые первые, более примитивные, операции, связанные с визуальным анализом. В связи с этим, Гоулд и Гросс предположили, что новые клетки могут быть важны для процесса обучения и памяти, являясь чистыми «листами бумаги», на которых записывается новая информация и новые навыки.
Но это ещё не всё
Наблюдения за «новичками» показали наличие у них длинных отростков – аксонов, а также способность узнавать определенные белки, которые являются нейроноспецифичными. За счёт этого учёные смогли сделать вывод, что вновь образованные клетки обладают всеми характеристиками нейронов.
designua / bigstock.com
Нейрогенезис существует. Окончательные результаты исследований Гоулд и Гросса
Как пояснили Гоулд и Гросс, новые клетки начинали размножаться в области мозга, которая называется субвентрикулярная зона (svz), и уже оттуда мигрировали в кору – к местам их постоянного пребывания, где и созревали до взрослого состояния.
Другими учёными уже было установлено, что svz – источник нейрональных стволовых клеток, – клеток, которые могут дать жизнь любой специализированной клетке нервной системы
Результаты исследований Гоулд и Гросса свидетельствуют о том, что нейрогенезис есть, и он играет очень важную роль в реализации высшей нервной деятельности головного мозга.
Гэйдж и Эриксон: нервные клетки мозга появляются в гиппокампе
Исследования Фреда Гэйджа из Салковского института биологических исследований (Калифорния) и Питера Эриксона из Салгренского университета (Швеция) подтвердили возможность появления новых нервных клеток в гиппокампе взрослых приматов, включая человека.
Гиппокамп – часть лимбической системы головного мозга. Участвует в механизмах формирования эмоций, консолидации памяти (то есть перехода кратковременной памяти в долговременную)
Учёные изъяли гиппокампальную ткань у пяти пациентов, которые умерли от рака. В своё время этим пациентам ввели инъекцию BrdU, чтобы найти раковые клетки. Гэйжд и Эриксон у всех умерших обнаружили большое количество нейронов, помеченных BrdU в гиппокампальной ткани. Важно, что возраст этих людей перед смертью был в пределах 57-72 лет. Это доказывает не только то, что нервные клетки восстанавливаются, но и то, что они образуются в гиппокампе в течение всей жизни человека.
Аутоиммунные лейкоциты восстанавливают нервные клетки. Исследование израильских учёных
К 2006 году появилось много доказательств того, что нервные клетки всё-таки восстанавливаются. Но никто, кроме израильских учёных, прежде не задавался вопросом: а как мозг узнаёт, что пора начать процесс регенерации?
Озадачившись этим вопросом, исследователи перебрали все виды клеток, которые были обнаружены ранее в голове у людей. Успешным оказалось изучение одного из подвидов лейкоцитов – Т-лимфоцитов. Специалисты предположили, что эти аутоиммунные лейкоциты, в основе которых лежат реакции иммунитета, направленные против собственных органов или тканей, занимаются не разрушением, а восстановлением нервной ткани.
Учёные сделали предположение, исходя из факта, что при повреждениях нервной ткани аутоиммунные Т-лимфоциты помогают собственным лейкоцитам – резидентам мозга. Они вместе уничтожают вредные вещества, образующиеся в поврежденных участках.
Верна ли теория?
Чтобы проверить теорию, группа во главе с профессором Шварц, провела три серии экспериментов с мышами. Животных помещали в среду, стимулирующую их умственную и физическую активность. Для объективности результатов использовались три вида животных.
У здоровых мышей во время опытов начиналось усиленное формирование нервных клеток в гиппокампе – области головного мозга, отвечающей за память (это опять же доказывает верность исследований Гэйджа и Эриксона). Затем ученые повторили эксперимент, только с мышами, страдающими серьезной лейкопенией - дефицитом лейкоцитов (в том числе Т-лимфоцитов) в крови. У них в аналогичных условиях образовалось значительно меньше новых нервных клеток. Третий эксперимент провели на мышах, обладающих всеми важными лейкоцитами, за исключением T-лимфоцитов. И получили результат, идентичный второй части экспериментов.
Пониженное формирование нервных клеток подтвердило, что T-лимфоциты - существенные факторы нейрогенезиса. Причем способствовали формированию новых нейронов именно T-лимфоциты – аутоиммунные «убийцы клеток». Именно они отдавали первичную команду на восстановление нервных клеток. Для подтверждения своего вывода ученые ввели T-лимфоциты мышам с лейкопенией. И процесс формирования клеток мозга ускорился.
Восстанавливается по 700 нейронов в день. Исследования шведских учёных
Скорость, с которой восстанавливаются нервные клетки, измерили шведские ученые из Каролинского института. Оказалось, что она может достигать 700 новых нейронов в день.
К такому выводу учёные пришли в результате долгих исследований. Специалистов заинтересовала ситуация, происходившая в 50-е годы прошлого столетия. В это время проводились наземные ядерные испытания. Тогда они сильно навредили не только окружающей среде, выпустив в атмосферу радиоактивный изотоп – углерод-14, но и нанесли ущерб здоровью человека.
Научные сотрудники изучили нервные клетки людей, заставших испытания. Как выяснилось, они впитали в себя изотоп в повышенной концентрации, и он навсегда встроился в цепочки ДНК. Углерод-14 позволил определить возраст клеток. Выяснилось, что нервные клетки появлялись в разное время. А это значит, в течение всей жизни, наряду со старыми, рождались и новые.
И старость может быть в радость
На прошедшем недавно в Санкт-Петербурге Всемирном конгрессе психиатров известный немецкий нейробиолог профессор Геттингенского университета Гарольд Хютер заверил:
«Нервная ткань восстанавливается в любом возрасте. В 20 лет процесс идет интенсивно, а в 70 – медленно. Но идет».
Ученый привел в пример наблюдения канадских коллег за монахинями преклонного возраста. Специалисты наблюдали за женщинами 100 и более лет. Исследования их головного мозга на магнитно-резонансной томографии показали, что всё в порядке, и никаких проявлений старческого слабоумия нет.
По словам немецкого профессора, всё дело в образе жизни и мышлении этих женщин, которые постоянно чему-то учатся и учат. Монахини по своей натуре скромны и имеют устойчивые представления об устройстве мира. Они придерживаются активной жизненной позиции и молятся, рассчитывая изменить людей к лучшему. Впрочем, как утверждает Гарольд Хютер, таких результатов может добиться каждый, ухаживающий за собой, человек.
Итак, данные результаты исследований, которые свидетельствуют о том, что нервные клетки всё-таки восстанавливаются, помогают развеять не только народный миф. Они открывают новые пути лечения таких заболеваний нервной системы, как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, болезнь Хантингтона.
Известно, что эти заболевания характеризуются тем, что нервные клетки либо погибают, либо теряют свою функцию. Недуг начинает прогрессировать, когда потеря нейронов достигает критического уровня. Возможно, с помощью научных открытий в области нейробиологии ученым удастся найти способы воздействия на нейрогенез. А значит, появится возможность помочь людям, мучающимся от «нервных» болезней, искусственно активировав производство новых нейронов в определенных областях мозга.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
