Бо Лотто - Преломление. Наука видеть иначе

Каждую минуту и даже каждую секунду вы учитесь что-то делать и при этом строите краткосрочное индивидуальное прошлое того, что работает или не работает. При этом такая короткая история может изменить мозг, потому что четко влияет на поведенческие реакции (как у вас получалось первый раз играть на компьютере в Angry Birds и как сейчас?). Однако более серьезные физиологические изменения происходят в других временны́х рамках, где период роста играет главную роль: это развитие.

В знаменитом эксперименте с корзиной Хелда и Хейна котята находились на очень важной жизненной стадии роста, поэтому их способность или неспособность адаптироваться привела к такой сильной разнице. Но изменения в мозге, связанные с развитием, не могли возникнуть на ранних этапах развития, так как существуют и другие «критические периоды». По сути, определенные участки коры головного мозга могут изменяться на протяжении всей жизни. Например, было доказано, что у людей, которые ежедневно говорят на двух языках, гораздо позже начинается деменция.

Поскольку я исследую развитие нейронов, мне понятно, что это происходит всю жизнь.

Работа нейробиолога Дейла Первса — яркое доказательство этого. Дейл (которого мне посчастливилось называть учителем и в работе, и в жизни) — великий ученый, за десятилетия работы он сделал много полезного для развития нейрофизиологии. Первс основал одну из самых крупных кафедр нейробиологии (в Университете Дьюка) и был там же директором Центра когнитивистики. Он изучал пластичность мозга в развитии, но не только относительно его самого, но и касательно мышц. Большинство его ранних исследований посвящены изучению нервно-мышечных соединений — там «встречаются» нервная система и мышечная. Одним из крупнейших достижений Дейла было исследование, показавшее, что это соединение, в сущности, — своего рода «многолюдные свидания» для нервных и мышечных клеток, в которых последним, не нашедшим свою пару среди нервных клеток, указывают на дверь. Если говорить серьезно, без метафор, то происходит следующее: создание механики тела — дело настолько тяжелое и сложное биологически, в котором задействовано такое огромное количество генетической информации, что ваш мозг просто не знает, где расположить каждую клетку, не говоря уже об их соединениях. Поэтому он подходит к вопросу с практической точки зрения и говорит: «Отлично, мы до какой-то степени знаем, что хотим отправить эти нервы к этой мышце, а другие нервы — к другой мышце, но не можем знать точно, чем все это обернется. Мы только возьмем пучок мышц и пучок нервов, и пусть они иннервируют (то есть мышцы снабжаются нервами). Останется много неиспользованных, да, но они что-нибудь придумают».

Нервно-мышечные соединения действительно «придумывают», что делать с большим количеством таких же клеток. Поскольку их слишком много, они автоматически выбирают друг друга и удаляют, потому что организм устраивает соревнования за нейротрофные факторы — белки, ответственные за питание и поддержание нейронов. Цель — иметь одну нервную клетку для одного мышечного действия, поэтому мышцы отбирают их, как бы говоря: «Ну что, я смогу обеспечить пищей только одну из вас, и та, которая ее получит, останется активной». Или, возвращаясь к сравнению с играми одиночек: если вы теряете шанс найти пару, уходите. Это, конечно, очень похоже на то, как у глубоководных рыб исчезают лишние световые рецепторы, а удаление лишних нервных клеток действует как ускоренный и сведенный до местных масштабов процесс эволюции. Как только количество сокращается до одной нервной клетки, иннервирующей одно мышечное волокно, происходит другой необходимый процесс — рост. Одинарные нервные волокна начинают ветвиться, создавая все больше связей на одной и той же клетке. Чем активнее нервная клетка, тем больше у нее ответвлений, обеспечивающих еще более точный контроль мышечного волокна, которое она иннервирует.

Исследования Первса, равно как и многие другие работы, очень помогли мне в собственных экспериментах, потому что заставили задуматься: подобен ли процесс в нервно-мышечных соединениях аналогичным действиям в мозге? Может ли похожий протокол автоматического выбора и сокращения количества… за которым следует рост, зависящий от активности… руководить нервной системой, пунктом управления, где мы и выполняем мыслительную деятельность? Я сосредоточил исследования на изучении коры головного мозга и таламуса у мышей на поздней зачаточной стадии и получил ответ: категорически «да».

Кора головного мозга — это внешняя его часть, где находится серое вещество. Именно оно содержит ткани, которые отвечают за сознание, отсюда же контролируются мышечная активность и сенсорное восприятие. У мышей эта область отвечает за «мышление» немного в другом масштабе по сравнению с человеком (а в некоторых случаях — в тех же объемах и даже выше, когда, например, речь идет об обонянии или других определенных способностях). Таламус — это скопление нейронов, находящееся глубже в головном мозге, расположенное одновременно в обоих полушариях. Он играет ключевую роль в сенсорном восприятии и служит самым верным приближенным помощником высокопоставленного управляющего, то есть коры головного мозга. Однако в ходе лабораторных экспериментов на мышах мы с Дэвидом Прайсом обнаружили, что их отношения намного более важны. Кора головного мозга и таламус представляют одно из наименее распространенных явлений внутри этого органа — любовный роман .

Планируя изучить пластичность мозга, я взял клетки и из коры, и из таламуса. Я обнаружил, что на ранней стадии развития клетки могут выживать по отдельности, потому что отношения между этими двумя областями еще прочно не устоялись и не стали важными… клетки еще не узнали друг друга. Так было потому, что они на самом деле еще не сформировали общие связи. Но позже, по ходу развития, когда я отделял от них клетки уже после соединения, это повлекло за собой «разбитые сердца»: по отдельности и клетки коры, и клетки таламуса увяли и погибли.

С ранней стадии развития до поздней клетки коры и таламуса приспосабливались: по сути, «влюбились» друг в друга и уже не могли жить поодиночке (как и многие пары в обычной жизни: у одних отношения серьезные, у других — нет). Гораздо интереснее, что эта созависимость начинается ровно в тот момент, когда они образуют связи. И когда я брал клетки таламуса за три дня до их «встречи» с клетками коры и держал по отдельности, через три дня они начинали умирать, пока я не начал добавлять стимуляторы роста, которые выделяются из коры, — вещества, необходимые для роста клеток. Другими словами, их «любовь» была предопределена. Это означает, что такие отношения меняются в процессе развития, и эти два отдела мозга становятся зависимыми друг от друга и сживаются. Каждый полагается на другого, чтобы получить по максимуму факторов роста. Итак, если работа Первса показала, что нервно-мышечное соединение — это «сваха», простая и надежная, то отношения коры головного мозга и таламуса на нейронном уровне — пример всепоглощающей любви, где одна сторона не может существовать без другой [22].