Алан Джасанов - Мозг: прошлое и будущее [Что делает нас теми, кто мы есть]

Особенно поразительный пример влияния не-нейронных составляющих мозга приведет в работе Майкен Недергаард из Рочестерского университета. Ее лаборатория пересадила клетки-предшественники человеческой нейроглии – эмбриональные клетки, которые впоследствии развиваются в нейроглию – в передний мозг новорожденных мышей [106] X. Han et al., «Forebrain engraftment by human glial progenitor cells enhances synaptic plasticity and learning in adult mice», «Cell Stem Cell» 12 (2013): 342–353. . Когда эти мыши вырастали, в их мозге было много человеческих глиальных клеток. Затем животных обследовали – тестировали их способность ассоциировать короткий звуковой сигнал с последующим легким ударом тока. Во время этой процедуры животные, подверженные воздействию гудка и удара, начали реагировать на гудок так, как в нормальной ситуации реагировали бы только на удар тока (как правило, застывали на месте); чем «умнее» подопытная мышь, тем быстрее она усваивает, что гудок предсказывает неизбежный удар тока. В этом случае мыши-носители человеческой нейроглии показали результаты в три раза лучше, чем мыши из контрольной группы, которым пересаживали нейроглию от других мышей. Кроме того, гибридные животные более чем вдвое быстрее учились проходить лабиринт и делали примерно на 30 % меньше ошибок в тесте памяти. Предполагать, будто мыши показали более высокие результаты только потому, что новая нейроглия что-то с ними сделала сама по себе, было бы упрощенчеством, но все же эти эксперименты показывают, что неприметные глиальные клетки способны влиять на поведение нетривиальными способами. А из этого следует потрясающий вывод: тайна когнитивных успехов человечества, вероятно, отчасти объясняется деятельностью глиальных клеток, на которые мы раньше не обращали внимания.

В узких закоулках, заполненных жидкостью, которые вьются между клетками мозга, идет бурная активность иного рода, не признающая типичных культурных рамок «мозг-компьютер». Именно в этих крошечных полостях и происходит по большей части химическая жизнь мозга. У некоторых само представление о химических реакциях в мозге ассоциируется с психоделическим опытом употребления ЛСД и каннабиса, но с точки зрения нейрофизиолога словосочетание «биохимия мозга» относится в первую очередь к нейромедиаторам и схожим с ними молекулам-нейромодуляторам. У млекопитающих коммуникация между клетками мозга опирается в основном на нейромедиаторы, которые выделяют нейроны в своих пресинаптических окончаниях. Нейромедиаторы выделяются, когда пресинаптический нейрон «выстреливает», а затем быстро воздействуют на постсинаптический нейрон при помощи особых молекулярных «бейсбольных перчаток» – рецепторов нейромедиаторов – и меняют вероятность «выстреливания» постсинаптической клетки. При нейроноцентрическом представлении о мозге нейромедиаторы в основном служат средством передачи электрических сигналов от нейрона к нейрону. Если считать, что биоэлектрическая активность нервной системы и в самом деле lingua franca мозга, такая точка зрения вполне оправдана.

Но теперь представим себе альтернативный химиоцентрический подход, согласно которому главные игроки – это нейромедиаторы. Согласно такому представлению электрические сигналы между нейронами способствуют распространению химических сигналов, а не наоборот. С химиоцентрической точки зрения даже сами электрические сигналы можно переосмыслить как химические процессы – ведь они строятся на ионах. Такая картина по стандартам современной нейрофизиологии ставит все с ног на голову, но ее тоже можно обосновать. Пожалуй, самый очевидный довод в ее пользу гласит, что нейромедиаторы и связанные с ними рецепторы исполняют особые функции, гораздо более многообразные, чем биоэлектрическая активность нервной системы per se; по некоторым данным, в мозге млекопитающих более ста различных нейромедиаторов, и каждый из них воздействует на какой-то тип рецепторов, а иногда на несколько [107] Dale Purves, George J. Augustine, David Fitzpatrick, Lawrence C. Katz, Anthony-Samuel LaMantia, James O. McNamara, and S. Mark Williams, eds., «Neuroscience» , 2nd ed. (Sunderland, MA: Sinauer Associates, 2001). . Смысл потенциала активности меняется в зависимости от того, выработку каких нейромедиаторов он запускает и на что они воздействуют. В отдельных частях центральной нервной системы, например в сетчатке, нейромедиаторы выделяются вообще без потенциалов активности [108] John E. Dowling, «The Retina: An Approachable Part of the Brain» (Cambridge, MA: Belknap Press of Harvard University Press, 1987). .

Воздействие нейромедиаторов определяется также факторами, не зависящими от нейронов: важная роль нейроглии заключается еще и в утилизации части выработанных нейромедиаторов. Если темп потребления нейромедиаторов глиальными клетками меняется, количество нейромедиаторов регулируется примерно так же, как уровень воды в ванне, если закрыть или открыть слив. Кроме того, глиальные клетки испускают собственные сигнальные молекулы, которые иногда называют «глиомедиаторы». Глиомедиаторы, как и нейромедиаторы, вызывают кальциевые сигналы и в нейронах, и в других глиальных клетках. Функциональное воздействие глиомедиаторов на поведение и когнитивные процессы – важная тема современных исследований [109] D. Li, C. Agulhon, E. Schmidt, M. Oheim, and N. Ropert, «New tools for investigating astrocyte-to-neuron communication», «Frontiers in Cellular Neuroscience» 7 (2013): 193. .

Кроме того, на воздействие нейрохимикалий сильно влияет не зависящий от клеток процесс диффузии – пассивного распространения молекул, обусловленный их случайным движением в жидкости. Диффузия вызывает и спонтанную дисперсию капелек масла по поверхности лужи, и бесцельную пляску микроскопических частиц в молоке – так называемое броуновское движение. Она же влияет на постсинаптическую активность нейромедиаторов, причем весьма существенно; как именно это происходит, мы пока не понимаем, но знаем, что это совсем не похоже на упорядоченную передачу информации по контактам между нейронами, будто по проводам. Некоторые нейромедиаторы и большинство нейромодуляторов славятся именно своей способностью распространяться из синапсов посредством диффузии и воздействовать на далекие клетки, не связанные непосредственно с теми клетками, которые выработали эти вещества. Среди подобных диффундирующих молекул – дофамин, нейромедиатор, с которым мы уже сталкивались, когда обсуждали обучение за вознаграждение у обезьян. Значимость диффузии дофамина особенно видна на примере действия наркотиков – кокаина, амфетамина и риталина. Эти препараты блокируют молекулы, задача которых – убирать дофамин после того, как синапсы его выработали. Таким образом, наркотики способствуют распространению дофамина в мозге, в результате чего он затрагивает множество клеток [110] J. O. Schenk, «The functioning neuronal transporter for dopamine: Kinetic mechanisms and effects of amphetamines, cocaine and methylphenidate», «Progress in Drug Research» 59 (2002): 111–131. .