Норман Дойдж - Пластичность мозга

Так обстояли дела в то время.

Я пристально смотрю в микроскоп в самой современной лаборатории из всех, которые я когда-либо посещал, в Институте биологических исследований Солка в пригороде Сан-Диего, Калифорния, разглядывая живые человеческие нейрональные стволовые клетки в чашечке Петри. Я нахожусь в лаборатории Фредерика Гейджа. Он и Питер Эрикссон из Швеции обнаружили эти клетки в гиппокампе в 1998 году.

Нейрональные стволовые клетки, которые я рассматриваю, наполнены жизнью. Они называются «нейрональными» стволовыми клетками, потому что могут делиться и дифференцироваться, чтобы стать нейронами либо глиальными клетками, поддерживающими выживание нейронов в мозге. Клеткам, на которые я смотрю, еще предстоит дифференцироваться в нейроны или глии и «специализироваться», поэтому они выглядят совершенно одинаковыми. То, чего стволовым клеткам не хватает в плане индивидуальных особенностей, они компенсируют бессмертием. Ведь стволовые клетки не обязательно специализируются, а могут продолжать делиться, производя свои точные копии, и это может происходить с ними бесконечно без малейших признаков старения. По той же причине стволовые клетки часто называют вечно юными, детскими клетками мозга. Процесс омоложения мозга называется «нейрогенезом» и продолжается до последнего дня нашей жизни.

На нейрональные стволовые клетки долгое время не обращали внимания, отчасти из-за того, что их существование противоречило представлению о том, что мозг похож на сложный автоматический механизм, а машины не могут отращивать новые части. Когда в 1965 году Джозеф Альтман и Гопал Д. Дас из Массачусетского технологического института обнаружили нейрональные стволовые клетки у крыс [136], к их работе отнеслись с большим сомнением.

Затем в 1980-х годах орнитолог Фернандо Ноттебом был поражен тем фактом, что каждый сезон певчие птицы поют новые песни. Он обследовал их мозг и обнаружил, что каждый год в течение того сезона, когда птицы поют больше всего, у них образуются новые клетки мозга в той его части, которая отвечает за разучивание песен. Вдохновленные открытием Ноттебома, ученые начали изучать животных, более близких к человеку. Элизабет Гулд из Принстонского университета первой обнаружила нейрональные стволовые клетки у приматов. Затем Эрикссон и Гейдж открыли гениальный способ помечать клетки мозга с помощью специального маркёра, называемого БДУ (бромдезоксиуридин), который проникает в нейроны только в момент их создания и светится под микроскопом. Эрикссон и Гейдж попросили у смертельно больных пациентов разрешения сделать им инъекцию молекул-маркёров. После того как эти люди умерли, Эрикссон и Гейдж исследовали их мозг и обнаружили в их гиппокампе новые, недавно сформировавшиеся нейроны. Благодаря этим умирающим пациентам мы узнали, что живые нейроны формируются в нашем мозге до самого конца жизни.

Ученые продолжают искать нейрональные стволовые клетки в других частях человеческого мозга. К настоящему времени найдены активные нейрональные стволовые клетки в обонятельной луковице мозга (области, обрабатывающей запахи), а также дремлющие и неактивные клетки в перегородке (обрабатывающей эмоции), в полосатом теле (отвечающем за движения) и спинном мозге.

Гейдж и другие исследователи работают над разработкой методов лечения, которые позволят активировать дремлющие стволовые клетки с помощью лекарственных препаратов в случае повреждения области, в которой стволовые клетки «дремлют». Они также пытаются узнать, не существует ли возможности трансплантировать стволовые клетки в поврежденные участки мозга или вынудить их туда перемещаться.

Команда Гейджа ищет способы повышения производства нейрональных стволовых клеток. Коллега Гейджа Герд Кемперманн в течение 45 дней выращивал стареющих мышей в стимулирующей среде, заполненной «мышиными игрушками» (мячи, трубы и «беличьи» колеса). Когда он умертвил подопытных мышей и исследовал их мозг, то обнаружил, что (в сравнении с мышами, выращенными в стандартных клетках) объем их гиппокампа увеличился на 15 %, а количество новых нейронов составило 40 тысяч, что также соответствует росту на 15 %.

Мыши живут примерно два года. Когда ученые тестировали старых мышей, которых во второй половине жизни десять месяцев содержали в стимулирующей среде, то выявили пятикратное увеличение числа нейронов в их гиппокампе. Эти мыши лучше выполняли задания на обучение, поиск, движение и другие параметры оценки «ума», чем их сородичи, выращенные в нестимулирующих условиях. У старых «умных» мышей формировались новые нейроны, хотя и не так быстро, как у молодых. Это служило подтверждением того, что долговременная стимуляция оказывает огромное влияние на активизацию нейрогенезиса в стареющем мозге.

После этого ученые стали выяснять, какие действия вызывают рост числа нервных клеток у мышей, и выяснили, что существует два способа повысить общее количество нейронов в мозге: создание новых нервных клеток и продление жизни уже существующих.

Коллега Гейджа Генриетта ван Прааг доказала в опытах с мышами, что наиболее эффективным фактором, способствующим разрастанию, или пролиферации, новых нейронов, оказалось… «беличье» колесо. У мышей, которые в течение месяца бегали в этом колесе, число новых нейронов в гиппокампе удвоилось. На самом деле, говорит Гейдж, мыши в «беличьем» колесе не бегут: просто из-за слабого сопротивления колеса создается такое впечатление. В действительности, они быстро ходят.

Теория Гейджа заключается в том, что в естественной обстановке долговременное быстрое передвижение приводит животных в новую, незнакомую среду, для жизни в которой необходимо новое научение. Он называет это «предвосхищающей пролиферацией».

«Если бы наше жизненное пространство ограничивалось только этой комнатой, — говорит он мне, — и это был бы весь наш опыт, то нейрогенезис нам бы не понадобился. Мы бы знали все об этой среде и могли функционировать с помощью имеющихся у нас базовых знаний».

Итак, новая среда может приводить в действие нейрогенезис. Это согласуется с известной мыслью о том, что для поддержания мозга в хорошей форме мы должны изучать что-то новое, а не просто повторно использовать навыки, которыми уже овладели в совершенстве.

Однако, как мы отметили, существует второй способ повышения числа нейронов в гиппокампе: продление жизни уже существующих в нем нейронов. Изучая мышей, группа Гейджа обнаружила, что обучение использованию других игрушек, мячей и труб не приводит к появлению новых нейронов, однако позволяет удлинить жизнь нейронов соответствующей области.