Текст книги "Болезнь Паркинсона. Диагностика, уход, упражнения"

Разрушение черного вещества – объективный показатель нарушений структуры мозга

При болезни Паркинсона происходит постепенная дегенерация групп допаминергических нервных клеток, производящих допамин. Эта группа нейронов – черная субстанция (substantia nigra) – получившая свое название из-за обилия темного пигмента, входит в состав базальных ганглий. Своей темной окраской substantia nigra обязана меланину, побочному продукту синтеза допамина. На срезе мозга здорового человека эта темная материя различима невооруженным глазом. У больных БП она намного светлее и по внешнему виду напоминает шрам. Этот светлый «шрам» образуют вспомогательные опорные клетки, окружающие нейроны, которые называются глиальными (греч. «glia» – клей). Глиальные клетки заполняют пустоты, образующиеся за счет отмирания нейронов.

К моменту рождения человек наделен примерно 450 тысячами допаминергических клеток. У здоровых людей их количество уменьшается с течением жизни и составляет к преклонному возрасту 150–300 тысяч. У больных БП первые симптомы болезни начинают проявляться лишь тогда, когда в базальных ганглиях остается всего 20–30 % функционирующих допаминергических нервных клеток.

Другие дегенеративные явления, связанные с недостатком допамина

В более редких случаях распад клеток наблюдается и в других регионах мозга. Например, нередко встречающееся у больных БП нарушение обоняния, которое появляется на ранних стадиях заболевания, может служить тревожным сигналом гибели клеток, производящих допамин, расположенных в мозге в центре обоняния.

Дегенерированные допаминергические нейроны можно обнаружить и в других органах, например, в нейроактивной субстанции сетчатки глаза или в кишечнике, причем изменения в кишечнике отмечаются на особенно ранних стадиях развития БП. Эти последние данные предполагают существование периферической допаминергической системы.

Наряду с установлением факта гибели нервных клеток существует еще одно характерное для постановки диагноза БП обследование на наличие телец Леви (патологических агрегатов белка а-синуклеина). Являются ли тельца Леви основными «виновниками» преждевременной гибели нейронов – пока неясно. Их присутствие характерно, однако, не только для БП: они встречаются и при других нейро-дегенеративных заболеваниях. Кроме того, их находят у 10 % здоровых пожилых людей.

Динамическое равновесие сигнальных посланников

Внутри базальных ганглий сигнальные вещества допамин, ацетилохолин и глутамат регулируют импульсы, обеспечивающие выполнение двигательных и вегетативных функций. При этом необходимым условием такого обеспечения является их сбалансированная концентрация и координация. Следствием недостатка допамина при БП является преобладание содержания ацетилхолина и глутамата. Избыток ацетилхолина, по всей вероятности, ведет к появлению таких симптомов как тремор и ригидность. Гипо– и акинезия являются следствием недостаточной активизации большой коры мозга за счет нехватки допамина (рис. 4). В нейродегенеративный процесс оказываются вовлеченными и сигнальные вещества серотонин и норадреналин, играющие важную роль в возникновении депрессий, часто сопровождающих БП.

Рис. 4

Несмотря на то, что структура мозга и биохимические процессы, протекающие в нем при болезни Паркинсона достаточно хорошо известны, до сегоднящнего дня не ясно, почему вообще возникает этот неудержимый, прогрессирующий процесс гибели нервных клеток. Оставляя в стороне некоторые исключения, причины возникновени БП в большинстве случаев остаются для нас недоступными.

8. Современные представления о работе мозга. Наши заботы и надежды

Проект создания «Вселенной мозга» и эффект «старой промокашки»

Исследования в области нейробиологии проводятся во многих странах сотнями институтов и частных компаний. За последние годы накоплено множество информации о строении головного мозга и отдельных нейронов, о взаимодействиях нейронных соединений и отдельных белков в синапсах, о нарушениях в работе нервной системы, приводящих к различным заболеваниям. При этом стало ясно, что в ближайшие годы поток данных будет продолжать стремительно увеличиваться, а значит жизненно необходимыми становятся методы их каталогизации и систематизации. В таком огромном хозяйстве, как наш мозг, необходимы не только учет и контроль всей его жизнедеятельности, но и понимание логистики взаимодействий его отдельных регионов и их функций.

В конце января 2013 г. Еврокомиссия объявила о финансовой поддержке проекта под названием Human Brain Project, наделив его грантом Future and Emerging Technologies (Будущее и передовые технологии) в сумме 1,2 миллиардов евро. Это должно способствовать повышению и консолидации усилий более чем 80 исследовательских институтов, включающих ведущих нейробиологов, медиков, физиков, математиков и программистов по созданию единой информационной платформы. Главной целью проекта является не появление библиотеки-гиганта, а создание «обсерваторий сознания и мышления», изучающих тайны не космоса, а человеческого мозга.

«Десять лет для решения этой задачи – весьма амбициозная цель», – заявляет П. Йонас (Р. Jonas), профессор института 1ST Austria (Institute of Science Technology), один из австрийских партнеров Human Brain Project. Конечно, определяющей целью является расшифровка функций мозга в целом, но в настоящее время приоритетными являются исследования в области причин возникновения и методов лечения около 500 известных на сегодняшний день заболеваний мозга, которыми в одной лишь Европе страдают более 180 млн. человек. Естественно, что разработка новых медикаментов является одним из важнейших двигателей экономической составляющей этого грандиозного проекта. Кроме того, более глубокое проникновение в глубины структур мозга для всеобъемлющего познания и понимания его функций может привести к ускорению создания принципиально новых суперкомпьютеров, которые, в свою очередь, абсолютно необходимы для реализации идеи компьютерного симулятора нашего думающего органа.

Основой этого огромного проекта послужил эффект, знакомый каждому школьнику: если капнуть на «промокашку» растительное масло, она становится прозрачной. Подобным принципом воспользовались X. Додт (Н. Dodt) и его коллеги из центра исследований мозга Венского медицинского университета при создании, так называемого, «стеклянного мозга». Для получения желаемого эффекта, ученые обезвожили мозг мыши и поместили его в масляный раствор, чтобы сделать его прозрачным. В своей работе исследователи использовали мозг особых, клонированных мышей, гены которых содержат протеин, светящейся зеленым цветом медузы. Если облучать полученный таким способом препарат мозга синим спектром, нервные клетки флуоресцируют насыщенным зеленым светом.

Продукт этих манипуляций можно рассматривать на экране обычного компьютера, ибо он является результатом использования специальной филигранной техники, разработанной и запатентированной Додтом совместно со специалистом по лазерной физике С. Сагхафи (S. Saghafi). Тончайшие, размером в несколько микрометров срезы мозга сбоку подсвечиваются лазером, при этом одновременно посредством микроскопа фокусируются сверху иллюминированные нейроны. Картинки нейронов, «ощупанных» пучок за пучком с помощью электрокабеля, подаются на компьютер, делающий изображение трехмерным. «Нам удалось впервые использовать микроскопическую технику в комбинации с прозрачным мозгом!» – восторгается Додт.

ЭКСПЕРИМЕНТ, ПРОВЕДЕННЫЙ АВСТРИЙСКИМ ИНСТИТУТОМ ПРИ БОЛЬШОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ ФИНАНСИРОВАНИИ, ПОЗВОЛЯЕТ НЕ ТОЛЬКО НАБЛЮДАТЬ НЕЙРОНЫ, НО И ОЦЕНИТЬ КОЛИЧЕСТВО И КАЧЕСТВО ОТЛОЖЕНИЙ, ИГРАЮЩИХ ВАЖНУЮ РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА.

Полученный результат впечатляет даже несведущих: на экране происходит настоящее путешествие по многочисленным таинственным лабиринтам мозга, совершаются открытия отдельных его составляющих, таких, например, как гиппокамп, ответственный за функции памяти. Взор наблюдателя проникает даже внутрь отдельных нервных клеток, завораживается целым морем светящихся зеленых точек, являющихся клеточными телами нейронов, прослеживает путаницу тончайших нитей – дендритов – отростков нервных клеток.

Визуализация мозга – возможность вживую подсмотреть за волшебной игрой нейронов – является совместным проектом исследовательских групп медицинского и технического университетов г. Вены. Их достижения, удостоенные титульной статьи научно-популярного журнала «Nature», имеют, кроме всего прочего, грандиозное значение для фармакологической индустрии: эта модель позволяет не только наблюдать нейроны, но и оценить количество и качество отложений, играющих важную роль в развитии болезней, например, Альцгеймера и Паркинсона. С помощью такого трехмерного симулятора врачи-нейрологи получат возможность виртуально определять действие различных медикаментов на роковые по своей фатальности отложения и новообразования и подбирать идеальную для каждого пациента терапию. Мало того, можно будет наблюдать в динамике действие медикамента на патологические изменения и регулировать целенаправленно дозировку лекарства без причинения повреждениий окружающим органам и тканям.

Модель мозга Додта еще на один шаг приблизила ученых и к цели реализации величайшего замысла в истории человечества: создание комплексного, функционирующего компьютерного симулятора думающего органа – виртуального человеческого мозга. Эта сверхзадача, по своей дерзновенности и смелости превосходящая миссию декодирования человеческого генома, возложена на созданный в ЕС в январе 2013 г. Human Brain Project.

Human Brain Project – не единственный по амбициям и масштабу проект, направленный на разгадку тайн головного мозга, и европейские ученые отнюдь не одиноки в своем исследовательском усердии. В ближайшем будущем США планируют создание информационного банка под названием «Brain Aktivity Мар», задачей которого является создание комплексной карты мозга. В 1990 г. в Америке уже стартовал проект «Human Connectome Projekt», главная задача которого состояла в том, чтобы с помощью методов нейровизуализации как можно точнее описать нейрональные пути прохождения информационных потоков, обеспечивающие функционирование головного мозга.

Девяностые годы прошлого столетия были определены как «Десятилетие мозга» («Decade of the Brain»). «В то время стало возможным пролить свет на многие проблемы, – подтверждает Йонас, – но одновременно возникали все новые вопросы, и их становилось все больше».

Подобную судьбу эксперты предсказывают и новому проекту. «Это очень тщеславная идея. Я считаю, что приблизиться к поставленной цели в такой короткий срок невозможно», – заявляет Ю. Сандкюлер (J. Sandkiihler), руководитель центра исследования мозга Венского медицинского университета. – «Однако занимаясь лишь теми исследованиями, которые приведут к успеху уже через 2–3 года, мы тормозим развитие науки. Нужно ставить перед собой перспективные цели, оставаться визионерами».

Несмотря на огромное количество накопленных высокоспециализированных знаний в области исследований мозга, детальный процесс взаимодействия анатомических «стройматериалов», формирующих процесс мышления, осознано отвечающего за нормальное функционирование нашей жизнедеятельности, представляет все еще загадку. «В своей комплексности и пластичности мозг все еще остается великим чудом природы, недоступным для нашего понимания», – говорит Ю. Сандкюлер.

Микромир мозга и архитектура нервной клетки

В течение многих столетий при помощи все более совершенных инструментов исследователи препарировали и анализировали это загадочное, весом около 1,5 кг, содержимое нашего черепа. Мы знаем, что миллиарды нейронов человеческого мозга образуют субстанции с яркими названиями – пирамидные, зернистые, звездчатые, канделябровидные, веретеновидные. Кроме того, нам известно, что в мозге есть приблизительно такое же количество клеток, не являющихся нейронами – по большей части это глиальные клетки, участвующие в многочисленных процессах деятельности мозга.

Да и сама внутренняя архитектура нервной клетки или нейрона уже не является для нас тайной. Он состоит из ядра, являющегося основным строительным материалом серого вещества, тела клетки и двух видов отростков; аксона – длинного отростка нейрона, представляющего собой белое вещество, а также дендритов – тонких, коротких и сильно разветвлённых отростков нейрона, передающих возбуждение к соседнему нейрону (рис. 5).

Рис. 5

Каждый нейрон посредством аксонов создает непосредственные соединения с другими нейронами, которые в дальнейшем соединяются в еще большие, сложные группы или структуры, определяющие конкретные ментальные функции человека, а также такие присущие для личности характеристики, как, например, зрение или походку.

Язык нейронов также расшифрован: он базируется на электрических сигналах, причем нарастание напряжения, продолжительностью примерно в одну миллисекунду – потенциал активности, определяемый как информационная единица, или грубо говоря «зажигание», – сменяется падением напряжения, которое дотошные исследователи-неврологи назвали «временем сопротивляемости» (Refraktarzeit) (рис. 6)[5]5
  «Reise ins Gehirn», «Profil» № 2, 19.06.2013


[Закрыть].

Рис. 6

Место передачи нервного импульса называется синапсом. Синапс состоит из трех основных элементов: пресинаптического окончания, ограниченного пресинаптической мембраной, постсинаптического окончания с постсинаптической мембраной и находящейся между мембранами синаптической щелью.

Термин «синапс» был введен в 1897 г. британским ученым в области физиологии и нейробиологии Ч. Шеррингтоном. Эта контактная зона была впервые описана в 1888 г. испанским анатомом С. Рамон-и-Кахалем. Именно он установил, что нервные клетки соединяются друг с другом и с клетками эффекторных органов не путем непрерывного перехода, а через контакты.

В этих промежутках между нейронами – синапсах – электрические сигналы временно сменяются биохимическими (рис. 7).

Рис. 7

Причем, при создании многообразного арсенала переносчиков информации природа не поскупилась на фантазию, охватив все области жизнедеятельности человека без малейшего исключения, своеобразными сигнальными интерпритациями.

Искусство оригами и принцип укладывания структур мозга

Но не только микромир мозга становится нам все более понятным – его крупномасштабный атлас также поддается все более подробному картированию. Непосредственно под черепом расположена шестислойная кора (cortex) большого мозга, покрывающая всю поверхность его полушарий. Площадь коры мозга человека настолько велика, что лишь сложенная в извилины различной величины, в соответствии с рациональной японской системой упорядоченного складывания плоскостей, называемой оригами, gyri cerebri (кора головного мозга) умещается в черепной коробке. Она сгруппирована в различных ареалах – лобном, теменном, височном и затылочном.

Уже известно, что молекулы белка, обладающие одной и той же структурой, формируют свои надмолекулярные образования под влиянием различных факторов в объемном, шарообразном виде или в виде фальцованных плоскостей.

Из детского увлечения бумажными самолетиками мы знаем, как ловкие руки могут изменить свойства обычного листа бумаги, превращая его, например, в летающий объект. Число поклонников древнейшего японского искусства оригами, превращающего плоский лист, в произведение искусства, все увеличивается. Современная наука и индустрия также пытаются использовать потенциал, заложенный в технике складывания плоскостей.

Природа владеет этой техникой в совершенстве, ведь для этого у нее было достаточно времени – миллионы лет. Стоит лишь посмотреть на совершенную, требующую минимального пространства, форму раскрывающихся листьев и бутонов цветов.

Биофизики пытаются раскрыть тайну укладывания белковых структур, составляющих основу человеческого организма. Эта их способность, до сих пор не вызывающая интереса, может вести к изменению свойств самих белков (протеинов). «Плохо» уложенные протеины, как и плохо построенный бумажный самолетик, теряют способность к выполнению своих функций. И это может вести к неизлечимым заболеваниям, таким как БП и БА.

Очевидно, что объемно-шарообразная структура является оптимальной с точки зрения пространственного заполнения мозга, и обеспечивает нормальную пропускную способность для информационных потоков. Фальцованно-плоскостная структура, являющаяся результатом процесса сращивания плоскостей между собой, становится нерациональной, занимает много места и может служить препятствием для сигнальных коммуникаций.

Интеллект и способность мозга обрабатывать информацию

Действительно, кажется, что глупые и умные люди отличаются друг от друга именно пространственным распределением активной деятельности в мозге, и, прежде всего, в районе его больших полушарий. Благодаря современной медицинской технике стало возможным визуализировать картину возбуждения различных областей головного мозга. Посредством одного из вариантов энцефалографии электроэнцефалографии (ЭЭГ), группе ученых института психологии университета в Граце (Австрия) удалось показать, что мозг умных людей пространственно селективно, или фокусировано активен, когда он прорабатывает когнитивные задания. Менее умные люди должны больше напрягать свой мозг при решении задач, активируя при этом области, не связанные непосредственно с решением поставленной задачи.

Но какова судьба отмирающих нервных клеток и их укрупненных образований, поверженных старостью, болезнями или другими неблагоприятными условиями? Оказывается, наш организм синтезирует особые белки, имеющие своей задачей устранение возникающих повреждений. В силу некоторых причин, этих белков производится гораздо больше, чем необходимо для поддержания динамического равновесия. Будучи нерастворимыми, они оседают в мозге именно в виде фальцованно-плоскостных структур, препятствуя межнейронным контактам.

Информационный сигнал, несущий в себе элемент обучения, встречает на своем пути труднопроходимые препятствия в виде агрегаций таких фальцованных отложений и затрачивает много энергии, возбуждая ненужные области мозга, непосредственно не связанные с оптимальным путем и назначением прохождения сигнала.

Информация воспринимается посредством дендритов, связанных с другими нервными клетками с помощью синапсов. Электрические импульсы распространяются через дендриты непосредственно к телам клеток и дальше – через аксоны к другим нервным клеткам. Также и здесь нервные клетки связаны друг с другом посредством синапсов. Аксоны окружены изоляционным слоем – миелином.

Предсинапсовые части синапсовых соединений выделяют под воздействием электрических импульсов химические вещества, называемые нейротрансмиттерами, которые на пути к следующей клетке, в постсинаптической части, снова вызывают электрический импульс, проводя его дальше.

Таким образом, информационный поток и его переработка, определяющие разницу в уровне интеллекта, могут зависеть от следующих факторов:

– числа нейронов;

– числа дендритов;

– числа синапсовых соединений;

– миелинизации – степени изолированности аксонов.

Первые два фактора трудно подвергнуть сомнению.

Для двух последних существуют приемлемые объяснения.

Гипотеза Neural-pruning (нейроновая очистка) Ричарда Хайера придает большое значение количеству синаптических соединений в мозге, а гипотеза миелинизации Эдварда М. Миллера из Нью-Орлеанского университета сконцентрирована на изоляции аксонов в мозге.

Обе эти гипотезы не имеют пока экспериментальных подтверждений, ибо не существует приемлемых методов испытаний на живых людях.

Изоляционный слой аксонов в человеческом мозге – миелин – играет многозначную роль в обеспечении продвижения сигналов раздражения в мозге: ускоряет продвижение сигнала, препятствует затуханию сигнала при его продвижении, уменьшает помехи при взаимодействии сигналов различных нейронов.

Если допустить, что аксоны мозга людей с высоким интеллектом лучше изолированы, то этим можно объяснить результаты некоторых наблюдений.

Эту теорию подтверждает еще и то, что в течение жизни миелинизация развивается параллельно со скоростью переработки информации и интеллектом. Человек не появляется на свет с изолированными аксонами – миелин активно развивается в период детства. В пожилом возрасте миелин разрушается, и аксоны теряют свою изоляционную защиту. Скорость переработки информации также увеличивается как за счет улучшения физиологической электропроводимости, так и за счет познавательного процесса, длящегося до периода отрочества. Затем скорость переработки информации остается некоторое время постоянной, а затем с возрастом замедляется.

Психологические тесты подтверждают аналогичную динамику и для уровня интеллекта. Его уровень возрастает к 15–20 годам и затем после 65–70 лет начинает падать.

Под кортексом, в центральном белом веществе полушарий мозга, расположены базальные ганглии – комплекс подкорковых нейронных узлов, обеспечивающий регулирование двигательных и вегетативных функций. В более глубоких слоях расположены таламус, ствол мозга, мост и мозжечок. Лимбической системе, представляющей собой функциональное объединение структур головного мозга, вместе с входящим в ее состав миндалевидным телом (Amygdala), приписывается влияние на эмоционально-мотивационное поведение.

Итак, мы видим, что у человека, как впрочем и у позвоночных животных, головной мозг вместе со спинным мозгом составляет сверхупорядочную и логически управляемую центральную нервную систему. Она воспринимает, анализирует и координирует поступающую из окружающей среды афферентную информацию, и, произведя аналитические расчеты, связанные с предшествующими образцами опыта и обучения, передает ее посредством нейронных раздражителей исполнительным органам.

В этой высокоорганизованной системе мозг представляет собой центр ассоциативной деятельности, где собраны данные о характерных чертах нашей личности, связанных, в первую очередь, с памятью – способностью познавать, узнавать, воспринимать. В мозге также формируются и заложены личностные качества человека – интеллект, наклонности, интуиция и т. д.

УСТАНОВЛЕНО, ЧТО УРОВЕНЬ ИНТЕЛЛЕКТА ВОЗРАСТАЕТ К 15–20 ГОДАМ И ЗАТЕМ НАЧИНАЕТ ПАДАТЬ ПОСЛЕ 65–70 ЛЕТ. НО, ТЕМ НЕ МЕНЕЕ, ИЗВЕСТНЫ СЛУЧАИ, КОГДА ПРИ ДОЛЖНЫХ ТРЕНИРОВКАХ ИНТЕЛЛЕКТ СОХРАНЯЛСЯ, КАК В МОЛОДЫЕ ГОДЫ, ДО 90–100 ЛЕТ.

Научный прогресс позволяет нам не только все более дифференцированно определять функции каждой биологической составляющей мозга. Ученым становится более ясным и взаимное влияние различных участков друг на друга. Так, кора больших полушарий, в соответствии с новыми познаниями не является, как считалось раньше, единственно ответственной за восприятие и когнитивные процессы, а вынуждена разделять свою исключительность с мозжечком. А вот корону первенства в сфере осознания воспринимаемых нами сигналов она по-прежнему удерживает. Приходится поражаться переплетенности связей и ответственностей, умещающихся в нашем думающем органе. Лев Толстой для написания своего романа «Анна Каренина» использовал 2 мегабайта – 2 млн. буквенных знаков. При испытании автомобилей BMV для Формулы I количество информации превышает 1,5 гигабайта – один миллиард знаков, а во время гонок количество информации составляет 100 мегабайтов – 100 млн. знаков.

В мозге как будто бы играет 100 симфонических оркестров. Чтобы пересчитать посредством человеческих возможностей все клетки мозга, нужны 23 млн. лет. Трудно себе представить последствия сбоя какой-либо функциональной взаимосвязи, обеспечивающей наши взаимоотношения с окружающей средой.