Марк Дингман - Ваш мозг. Что нейронаука знает о мозге и его причудах

Источник: Национальный научно-исследовательский институт генома человека (США)

Нервная система аплизии относительно проста: она включает около 20 тыс. нейронов (человеческий мозг состоит из 86 млрд нейронов, а мышиный – из 75 млн). Нервная система аплизии – своего рода масштабированная модель человеческой нервной системы. Кроме того, аплизия настолько велика для моллюска (длина взрослой особи составляет около 20 см, а масса – почти 1 кг) 5, что ее нейроны просто огромны – одни из крупнейших в царстве животных. Их диаметр может достигать 1 мм, что соразмерно с толщиной монеты в 10 центов (диаметр же наших нейронов можно сравнить разве что с расщепленным волосом). Наконец, аплизия имеет способность к запоминанию, поэтому представляет собой упрощенную, легкую в изучении модель, с помощью которой можно наблюдать за формированием воспоминаний в режиме реального времени.

Чтобы понять, как проводились исследования с участием морского зайца, изучим анатомию этого моллюска (я знаю, что вы открыли книгу вовсе не за этим, но потерпите совсем немного). Жабры (дыхательные органы) аплизии расположены вдоль задней части ее тела. Они скрыты под складкой, называемой мантией, от которой тянется трубчатый орган – сифон. Сифон нужен, чтобы аплизия могла избавляться от отходов своей жизнедеятельности.

Если прикоснуться к сифону аплизии, она втянет его вместе с жабрами, совсем как мы отдернули бы руку от горячего предмета. Отличие лишь в том, что человек отшатывается от источника тепла быстро и всем телом, а аплизия втягивает только жабры и делает это неторопливо, как и положено морским слизням.

Чем чаще прикасаешься к ее сифону, тем слабее отклик. Аплизия постепенно осознает: ей не причинят вреда. Точнее, она запоминает, что прикосновения безопасны, и относится к ним спокойнее.

Однако, если сопроводить прикосновение к сифону легким ударом тока, реакция будет совершенно другой. Запомнив болезненное прикосновение к сифону, с каждым разом аплизия будет втягивать жабры все сильнее, даже если исключить из опыта электрический ток. Когда ударом тока сопровождается несколько прикосновений подряд, животное не забывает об этом днями, а то и неделями. В течение этого времени аплизия поспешно втягивает жабры после любых прикосновений, даже безболезненных.

Нейробиологи подробно изучили, каким образом нейроны аплизии образуют воспоминания подобного рода. Когда моллюск впервые получает удар током во время прикосновения, в его нервной системе укрепляется связь между чувствительными нейронами, распознающими прикосновение, и Двигательными нейронами, от которых зависит, с какой скоростью слизень втягивает жабры. При последующих прикосновениях чувствительные нейроны выделяют больше молекул-нейромедиаторов, из-за чего двигательные нейроны активируются сильнее.

Чтобы боль от прикосновений не забылась даже через несколько недель, организм увеличивает количество задействованных нейронов. К чувствительным нейронам, которые и без того выделяют больше нейромедиаторов, подключаются новые. В результате количество синаптических связей между чувствительными и двигательными нейронами растет. Чем больше таких синаптических связей, тем крепче связь между чувственным восприятием и моторикой и тем выше вероятность, что организм в ответ на прикосновение начнет двигаться (быстрее и эффективнее прежнего). Синаптические изменения, ускоряющие взаимодействие между нейронами, известны как долговременная потенциация (от лат. potentia — сила), поскольку они надолго усиливают синапсы. Воспоминания в человеческом мозге образуются по тому же принципу.

Нейроны человеческого мозга склонны поддерживать те синаптические связи, которые используются чаще всего. Частота играет решающую роль: именно по ней определяется, что необходимо связывать друг с другом (из событий, понятий и даже целых воспоминаний). Если синапс используется часто, формирующие его нейроны всеми способами укрепляют его. В этом и заключается долговременная потенциация.

Но человеческая память, в отличие от памяти морского зайца, строится не только на рефлексах. Наши воспоминания основываются на чувственном восприятии, настроении, личном опыте и т. д. Поэтому в их создании участвует намного больше нейронов головного мозга.

Как бы то ни было, это нисколько не умаляет значения долговременной потенциации, которая чаще всего происходит в структуре, называемой гиппокампом. Это отдел мозга, во многом ответственный за качество запоминания.

Гиппокамп находится в височной доле (том самом участке мозга, который расположен у висков), под корой, в глубине мозга. В действительности их два, по одному в каждом полушарии, поэтому мы говорим «гиппокамп», но подразумеваем «гиппокампы».

Гиппокамп представляет собой кусочек мозговой ткани в форме буквы «С» и называется так потому, что с виду напоминает морского конька (лат. hippocampus – морской конек). Несмотря на размер, гиппокамп играет важную роль в формировании воспоминаний.

В качестве доказательства достаточно того, что повреждение гиппокампа приводит к амнезии. И здесь как никогда уместен пример Клайва Уэринга.

Весной 1985 г. Уэринг доживал свой пятый десяток. Он был дирижером, музыкантом, преподавателем и при этом успевал работать на радио BBC. Когда мужчина впервые заметил симптомы болезни, которая впоследствии повредила его гиппокамп, списал все на усталость. Затем его состояние ухудшилось и ему стало сложнее изъясняться, но он решил, что подхватил тяжелую простуду или грипп. Тогда Уэринг даже предположить не мог, что у него развивается заболевание, которое изменит всю его жизнь.

Среди первых симптомов числилась головная боль, которой Уэринга тогда было не удивить. Ее с легкостью можно было объяснить плотным графиком. Тем не менее эта боль стала настолько невыносимой, что мешала спать – и это уже настораживало. Температура его тела поднялась до 40 °C и в течение нескольких дней держалась в районе 37,7 °C. Когда Уэринг начал забываться и бредить, стало ясно: он болен совсем не гриппом. Мужчина то приходил в себя, то снова забывался; врачу пришлось направить его в больницу.

Поначалу сотрудники медицинского учреждения никак не могли понять, почему состояние Уэринга ухудшилось так стремительно. Они решили, что пациент болен герпетическим энцефалитом. Энцефалит — это общий термин для группы заболеваний, характеризующихся воспалением мозга. Такие заболевания могут быть вызваны самыми разными причинами, а в случае герпетического энцефалита виновником является вирус герпеса. Обычно он происходит из того же вирусного штамма, представители которого вызывают у нас гнойные высыпания в самое неподходящее время. Как и почему в редких случаях этот вирус мигрирует в нервную систему, неизвестно.