Илья Мартынов - Мозг. Как он устроен и что с ним делать [litres]

Итак, на развитии нашей нервной системы могут сказываться различныефакторы. Но приведенные примеры показывают, что одним из ключевых является забота матери, близость с ней.

Вы никогда не задумывались, почему наши с вами головы имеют округлую форму?

Когда этот же вопрос задают студентам первых курсов биологических и медицинских факультетов, ответы получают самые разнообразные.

Например: «потому что это более обтекаемая форма», «с нее лучше соскальзывают капли дождя», «такая форма позволяет вращать головой в разные стороны», «потому что природа любит шарообразные формы». Последний вариант ответа ближе всего к вероятной истине.

Вы наверняка догадались, к чему этот разговор. Действительно, согласно законам физики и геометрии нашего мира, сфера – это фигура с наименьшей площадью внешней поверхности, но при этом вмещающая в себя наибольший объем. Других таких фигур нет. Именно поэтому звезды, планеты, крупные спутники имеют округлую форму.

Природа часто идет схожими тропинками. Вот и наш мозг эволюция постаралась компактно разместить в округлой голове. Нужно же упаковать 86 миллиардов нейронов! А борозды и извилины – это попытка разместить вещество еще компактнее, сморщив часть сферы. При этом каждая «морщина» имеет свой смысл. Мы еще вернемся к этому вопросу чуть позже.

Мы уже узнали, что первая волна гибели нейронов регулирует размер и без того немаленького мозга. Но зачем же тогда нужна еще одна?

В 1952 году итальянка Рита Леви-Монтальчини перевозила исследуемые образцы опухолей мышей. Ей предстоял длительный 10-часовой полет на южноамериканский континент, в Бразилию. Добравшись до Рио-де-Жанейро, она обнаружила, что за время полета рядом с фрагментом мышиной опухоли разрослись нервные клетки. Леви-Монтальчини догадалась, что есть некая химическая сила, которая заставляет клетки нервной системы расти. Позже в ходе кропотливых исследований ей вместе с талантливым биохимиком Стэнли Коэном удалось выделить белок, который они назвали фактором роста нервов ( Nerve Growth Factor, NGF ).

Сегодня мы знаем, что есть ряд белков, которые подсказывают нейронам, куда именно им нужно отращивать отростки. К каждой мышце должны прийти свои отростки клеток нервной системы. Ведь наш мозг управляет мышцами, железами и другими органами. Благодаря белку, фактору роста, нейрон находит клетку-партнера, с которой он должен связаться (ее также называют мишенью). Мишенью может быть как удаленный нейрон, так и клетка мышцы или органа.

В развивающемся мозге ветвящиеся и переплетающиеся отростки нейронов устанавливают связи с очень высокой точностью. Из-за наличия ряда био-химических молекул (наподобие NGF ) длинный отросток нейрона, аксон, сразу и без ошибок находит свои мишени. Но в этом процессе есть один нюанс.

Количество молекул фактора роста достаточно ограничено. Оно определяется генетически. А нейрон может удлинять свои отростки, только если получает нужное количество таких молекул.

Представьте себе, что вы отправились за ягодами или грибами в незнакомый лес. Вы шли и развешивали на деревьях метки, чтобы с их помощью найти дорогу домой. Вот вы собрали целую корзину грибов и полное лукошко ягод и теперь идете обратно по своим меткам. И вдруг на середине пути ваши метки обрываются: кто-то специально или случайно их снял. Вы в растерянности и не знаете, куда идти дальше. Для нейрона такими метками служат биохимические молекулы фактора роста, они буквально ведут его к мишени, указывая дорогу. Так же, как человек рискует заблудиться и погибнуть в лесу, нейрон рискует не найти свою клетку-мишень и самоуничтожиться.

В мозге начинается настоящая борьба за ресурсы! Каждый нейрон хочет получить больше биохимических молекул-проводников. Но случается, что некоторые клетки не получают нужное количество молекул фактора роста, они слишком медленно отращивают аксоны. На этом этапе мозгу наиболее важно устранить самых слабых (скажем так – «медлительных»). И клетки, не успевшие связаться с мишенью, гибнут. Выбывает тот, кто вовремя не включился в работу. Вам это ничего не напоминает?

В биологии считается, что самая жесткая конкуренция – внутривидовая. За ресурсы сражаются все: государства, сообщества, отдельные люди. Почему? Потому, что ресурсы не безграничны.

Под ресурсами не обязательно понимается нефть, газ, вода или пища. Это может быть территория, доступ к интернету и даже половой партнер (есть, например, регионы, где больше людей того или иного пола). В мозге ресурсами для нейронов являются проводниковые молекулы фактора роста (и другие молекулы). И в борьбе за них гибнут миллиарды нейронов.

Рис. 4. Схематическое изображение строения нейрона

Отложите книгу на несколько минут и подумайте над этим явлением.

Становится жутковато, когда начинаешь думать о том, что наши собственные клетки сражаются друг с другом за ресурсы! Но мы столкнемся с подобным явлением еще не раз – при рассмотрении других примеров работы мозга. Впереди нас ждут и более впечатляющие факты!

Итак, мы выяснили, что самые цепкие и быстрые нейроны получают достаточное количество факторов роста и успешно формируют связи. Так они и выживают.

Связи между нейронами

Важно сказать несколько слов о том, какие именно связи устанавливают нейроны. Это пригодится в дальнейшем для понимания процессов памяти и внимания.

Давайте кратко рассмотрим строение нервной клетки. На самом деле принципиально нейрон ничем не отличается от любой другой клетки.

Содержимое нейрона помещено в мембрану, состоящую из двух слоев липидов (жироподобных молекул) с погруженными в них белками. Представьте себе двухслойный полиэтиленовый пакет, заполненный водой, в которой плавают овощи. Так вот, мембрана по толщине сопоставима с полиэтиленовым пакетом (с поправкой на масштаб). А овощи представляют собой органоиды (по сути, это внутренние органы клетки). Жидкость клетки называют цитоплазмой.

Вы, возможно, удивитесь, но в состав мембраны клетки входит холестерин. Да, тот самый, о вреде которого так много говорят уже не первое десятилетие. На самом деле холестерин жизненно важен и вопрос о его вреде и пользе намного сложнее, чем считалось ранее. Из молекул холестерина синтезируются некоторые гормоны. Влияет он и на обмен веществ. А также выполняет структурную функцию, являясь частью клеточной мембраны. Именно поэтому важно, чтобы мы получали с питанием правильные жиры (например, жирные кислоты омега-3).

Рис. 5. Накручивание ДНК на катушки (или нуклеосомы), состоящие из белков гистонов