Удивительные истории о мозге, или Рекорды памяти коноплянки
Шрифт:
Может возникнуть резонный вопрос: «А почему ученые считают, что слоны узнают свое отражение в зеркале?»
Ответ на этот вопрос дал простой и гениальный по изобретательности эксперимент, который заключался в следующем: на лбах трех азиатских слонов начертили по огромному белому кресту, после чего начали следить за тем, как они станут себя вести, глядя на свое отражение в зеркале, установленном в их вольере в зоопарке.
Далее произошло следующее.
Прежде всего, белый крест слонов сильно заинтересовал. И они принялись рассматривать его оборотную сторону, чтобы понять, не скрывается ли кто-нибудь за ним. Далее они начали паясничать перед зеркалом, чтобы разобраться, как эта странная штука функционирует. Занимались этим все три слона, но один из них пошел еще дальше и дотронулся хоботом до отметины на своем лбу. Иначе говоря,
Все это выглядит довольно спекулятивно, но способность спонтанно рассматривать себя в зеркале предполагает, что слоны могут в каком-то смысле дистанцироваться от самих себя и воспринимать мир как бы со стороны, с точки зрения других своих соплеменников.
Таким образом, несмотря на огромную дистанцию, разделяющую наши два вида, у нас со слонами есть много общего: хорошая память, развитая социальная организация и даже, может быть, понимание того, что смерть существует.
7. Новые нейроны, новая память?
Говорят, что мы ежедневно теряем бессчетное количество нейронов, то есть нервных клеток, из которых состоит наш мозг, и что в то же время мы не воспроизводим новые. Это предположение не может нас не беспокоить, но так ли это на самом деле?
В ходе развития человеческого эмбриона происходит дифференциация и увеличение числа нейронов до тех пор, пока их количество не достигнет сотен миллиардов клеток, формирующих наш мозг. До недавнего времени действительно существовала гипотеза, согласно которой воспроизводство нейронов прекращается незадолго до рождения ребенка. Эту идею впервые выдвинул Сантьяго Рамон-и-Кахаль, великий ученый, один из отцов-основателей нейробиологии, получивший в 1906 году Нобелевскую премию. Он описал организацию нервной системы человека на микроскопическом уровне и проиллюстрировал свою теорию собственноручно сделанными уникальными рисунками. Он полагал, что раз уж развитие мозга заканчивается еще до рождения ребенка – значит, в мозге взрослого человека все остается неизменным. И в подтверждение этой своей идеи Рамон-и-Кахаль писал:
«Источники роста иссякли, все умирает, и ничто не возрождается. И главной задачей науки будущего является поиск решения, как обойти эту фатальную неизбежность».
На чем же базируется утверждение, что мозг человека – это некое застывшее образование?
Существует множество аргументов в пользу этой идеи. С одной стороны, мы видим, что любые повреждения мозга очень медленно восстанавливаются. После заживления царапины на коже не остается никаких следов, возможна регенерация печени, но наш мозг, к сожалению, такими свойствами не обладает. С другой стороны, если рассматривать мозг как идеальный и очень сложный часовой механизм, то даже малейшая ржавчина (либо ее изъятие) может нарушить превосходно отлаженный и доведенный до совершенства ход этого механизма. А в заключение остается добавить, что с технической точки зрения у нас только недавно появилась возможность изучать процесс возобновления нейронов в мозге живого человека. Во времена Рамона-и-Кахаля таких технологий просто не было.
Вы спросите: хочу ли я сказать, что совершен некий прорыв и учеными доказано, что нейроны в мозге взрослого человека могут возобновляться?
Действительно, было замечено, что в мозгу взрослых животных (включая человека) нейроны обновляются на протяжении всей жизни, по крайней мере, в двух раздельных зонах: в обонятельной луковице (рисунок 4), которая участвует в восприятии запахов, и в гиппокампе, важность которого в обучении и запоминании нам уже известна. В шестидесятых годах прошлого века было обнаружено, что в гиппокампе взрослого человека клетки постоянно воспроизводятся, а десятью годами позднее ученые установили, что речь идет именно о нейронах, то есть о нервных, а не о глиальных клетках, которые обеспечивают метаболические процессы в нервной ткани и также осуществляют защитную функцию.
Рис. 4. Обонятельные луковицы, расположенные
Выполняют ли эти «новые нейроны», которые формируются в мозгу взрослого человека, какие-либо дополнительные функции?
Исследуя мозг певчих птиц, ученые установили, какие функции возлагаются на эти «новые нейроны». Для примера возьмем канарейку. Каждый год самцы этой певчей птички обновляют свой репертуар, и «разучивание» ими новых «песен» обеспечивается, в частности, за счет формирования новых нейронов, которые развиваются и подключаются к структурам мозга канарейки, отвечающим за пение. Распространив данные исследования на грызунов, ученые пришли к выводу, что обновление нейронов играет большую роль и в их среде. Как только исследователи заставляли крысу выполнить задачу, в решение которой вовлекался гиппокамп (например, найти дорогу в лабиринте), так сразу начинался количественный рост нейронов. Короче говоря, пролиферация нейронов играет большую роль в консолидации воспоминаний.
Только что мы говорили о мелких представителях животного царства – о канарейках и крысах. Их нейроны обновляются и по достижении ими взрослого возраста. И эти новые нервные клетки задействованы в процессе формирования воспоминаний и в обучении. Возникает логичный вопрос: «Относится ли все вышесказанное также и к человеку?»
Следует отметить, что проводить исследования на человеческом мозге гораздо сложнее, потому что мы не можем применять к людям те же методы, что и к мелким животным. И только совсем недавно, в 1998 году, ученым удалось продемонстрировать, что нейроны воспроизводятся и в гиппокампе человека. С целью диагностики пациентам, страдающим раком ОРЛ (уха, горла или носа), вводили контрастное вещество со специфическим воздействием – оно поглощалось исключительно клетками в стадии деления. После смерти пациентов у них изымали гиппокампы, которые исследовали под микроскопом. Выяснилось, что некоторые нейроны гиппокампа также интегрировали красящее вещество. Следовательно, это были клетки, находящиеся в стадии деления в тот момент, когда пациентам вводили контрастное вещество.
Таким образом, мы теперь знаем, что новые нейроны появляются и в мозге взрослого человека. Но как доказать, что эти новые нейроны участвуют в процессе запоминания?
Это очень сложный вопрос. В широко известном научном журнале «Brain» недавно была напечатана статья, автор которой предложил весьма смелый подход к решению этой проблемы. Среди пациентов, страдающих эпилепсией, выделили тех, у кого пусковой момент припадка находился в гиппокампе. И в тех случаях, когда медикаментозное лечение не оказывало действия, пациентов подвергали операциям и изымали гиппокамп, вызывавший эпилептические припадки. После изъятия гиппокампов ничто не мешало ученым использовать их в научных целях. Что и было сделано. Были выделены нейроны из двадцати трех гиппокампов. Затем эти нейроны поместили в лабораторных условиях в питательную среду, где в них поддерживалась жизнь. Таким образом ученые смогли оценить их способность к воспроизводству и пролиферации. У части пациентов нейроны имели большую способность к пролиферации, в то время как у остальных нервные клетки почти не воспроизводились.
Возникает вопрос: а имеет ли способность гиппокампов к воспроизводству какое-либо отношение к функционированию памяти?
Пациенты-эпилептики, у которых был удален гиппокамп, прошли в рамках подготовки к операции специальные тесты на запоминание. Главный вывод, к которому в результате исследования пришли ученые, заключается в следующем: пациенты, нервные клетки которых демонстрировали высокую степень пролиферации, имели нормальную память, а те из них, чьи нейроны почти не обновлялись, с трудом запоминали новое.
Каков же вывод?
Возникает большое искушение сказать следующее: существует четко выявленная причинно-следственная связь, а именно: чем выше способность нейронов к воспроизводству, тем лучше функционирует память у пациентов. И если это подтвердится, значит, учеными совершено открытие мирового уровня. Хотя одно можно утверждать уже и сейчас: пролиферация нейронов в мозгу человека является одним из основных механизмов памяти.
8. Воспоминания как на ладони