Текст книги "Революция в голове. Как новые нервные клетки омолаживают мозг"

Герд Кемперманн
Революция в голове. Как новые нервные клетки омолаживают мозг

Посвящается Манон, Мерле и Феликсу

Gerd Kempermann

DIE REVOLUTION IM KOPF: WIE NEUE NERVENZELLEN

UNSER GEHIRN EIN LEBEN LANG JUNG HALTEN

Перевод с немецкого А. Д. Громовой

Научный редактор: П. А. Зыкин, кандидат биологических наук, доцент (Санкт-Петербургский государственный университет, биологический факультет, кафедра цитологии и гистологии, лаборатория функциональной нейроморфологии)

© Kempermann Gerd, 2016

© Громова А. Д., перевод на русский язык, 2017

© Издание на русском языке, оформление.

ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2018

КоЛибри^®

* * *

Новые нейроны для старого мозга – это слишком хорошо, чтобы быть правдой. И все же это так. Наш мозг на протяжении всей жизни производит новые нервные клетки, пусть и всего в двух своих отделах. Один из этих отделов, а именно гиппокамп, имеет большое значение для процесса обучения и памяти.

Герд Кемперманн

Убедительная демонстрация того, как новые нейроны могут сохранять наш мозг молодым на протяжении всей жизни.

Kultur-punkt.ch

ГЕРД КЕМПЕРМАНН – нейробиолог, профессор Центра регенеративной терапии Дрезденского технического университета. Спикер Дрезденского отделения Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний Объединения им. Гельмгольца. Его научные труды отмечены многочисленными наградами, включая премию им. Хайнца Майе-ра-Лейбница Немецкого научно-исследовательского общества (1999), а книга «Нейрогенез взрослых 2», выпущенная издательством Oxford University Press в 2011 году, была названа «Медицинской книгой года».

Предисловие
Эта книга изменит ваш мозг

Когда мы активно открываем и осваиваем нечто неизведанное, когда беремся за новое, коротко говоря, когда мы учимся, в нашем мозге (мозге взрослого человека) есть одно решающее, стратегическое место, где он привлекает к этому процессу новые нервные клетки, производя их по мере необходимости. Это было и остается революционным знанием: революцией в голове.

То, что мозг меняется, когда его используют, и слабеет, если его ничем не занимать, само по себе известно давно. Но то, что в этом явлении, именуемом «пластичностью», определенную роль играют в том числе новые нервные клетки, лишь в последние годы заставило нас иначе взглянуть на уже имеющиеся данные и привело к свежим идеям о том, как сохранять мозг в хорошей форме до глубокой старости.

Классическое хрестоматийное знание всегда гласило обратное. Согласно былым представлениям, мы рождаемся с конечным количеством нервных клеток и далее в любом возрасте, по сути дела с самого рождения, лишь теряем их. Это правда: мозг демонстрирует ограниченную способность к образованию новых клеток взамен погибших от болезней, травм или в силу пожилого возраста. У других органов способность к регенерации гораздо выше. К сожалению, новые нейроны в старом мозге не действуют как волшебная таблетка, которая могла бы стать лекарством от хронических нейродегенеративных заболеваний, инсультов или подобных им состояний. Образование новых нейронов в мозге взрослых (ученые называют это явление нейрогенезом взрослых) означает нечто иное. Оно говорит о том, что по крайней мере в той области головного мозга, которая в первую очередь отвечает за обучение и память, а именно в гиппокампе развитие не прекращается никогда. Оно длится всю жизнь. Нейрогенез взрослых означает, что в зависимости от деятельности и опыта у каждого из нас формируется свой собственный, уникальный, индивидуальный мозг. И это по-настоящему грандиозное открытие.

На первый взгляд нейрогенез взрослых выглядит просто: мозг, пусть даже речь идет только об отдельных его зонах, производит новые нервные клетки. Эта кажущаяся простота бередит фантазию. Однако при ближайшем рассмотрении процесс предстает совершенно захватывающим и одновременно сложным. Оказывается, функция новых нейронов имеет ключевое значение для понимания работы мозга как в здоровом, так и в больном состоянии.

Тем не менее нейрогенез взрослых не объясняет всего, а новые нервные клетки, к сожалению, не несут в себе решения любого из остро стоящих вопросов медицины. Не стоит позволять себе чрезмерно увлекаться в исследованиях отдельным сюжетом. Но это и не просто одно из множества занятных явлений природы. Идея об «источнике вечной молодости» для стареющего центра управления, что находится у нас в голове, сама по себе привлекательна, это легко понять, однако мне хотелось бы познакомить вас и с другими явлениями, которые кроются за нейрогенезом взрослых, во всей их сложности и многогранности. Это не значит, что книгу будет трудно читать. И все же я рискну и постараюсь показать, насколько загадочна и сложна эта тема, ведь только так вы сможете по-настоящему насладиться знакомством с ней.

1
Новые нервные клетки!

Когда нужно произвести впечатление на особь женского пола, самцы многих видов буквально из кожи вон лезут. Они прямо-таки творят чудеса – вплоть до образования новых нервных клеток.

Во времена Гёте костюм канареечного цвета был писком моды, но сегодня, пожалуй, мало кто станет щеголять в нем, если, конечно, он не канарейка. Самец канарейки распускает перья и поет вовсю, чтобы справиться с бурей и натиском весеннего обострения и завоевать себе пару на ближайший год. А пока он разучивает и распевает песни, и благодаря этому, в его маленьком мозге растут новые нейроны. Осенью, когда он забудет свои трели (ведь канарейки каждый год учат их с нуля), эти клетки тоже исчезнут [1]. Что же, новые нейроны для новых песен?

Могла бы людям тоже пригодиться эта способность, которая есть у канареек, – певцам и не только? Новые нейроны для новых мыслей. Новые нейроны для старого мозга. Новые нейроны взамен гибнущих в старости и от болезней.

Это выглядит так же нереально, как те многочисленные источники вечной молодости, что нам обещают набранные мелким шрифтом объявления в газетах с программой передач. Напоминает это и разнообразные научные утопии, которые никогда не оправдывают ожиданий, но налогоплательщики всякий раз вкладываются в то, чтобы ученые могли некоторое время преследовать какую-нибудь подобную идею. Новые нейроны для старого мозга – это слишком хорошо, чтобы быть правдой.

И все же это так. Наш мозг тоже на протяжении всей жизни производит новые нервные клетки, пусть и в виде исключения, всего в двух своих отделах. Это явление в целом называется «нейрогенез взрослых», и это словосочетание означает не что иное, как образование нейронов во взрослом организме. Одна из двух «нейрогенных зон», а именно гиппокамп, имеет большое значение для процессов обучения и памяти. То, что нейрогенез взрослых протекает именно в гиппокампе, по-видимому, не случайно: в последнее время становится ясно, что мы, люди, никак не могли бы быть тем, что мы есть, если бы не новые нервные клетки. В этой книге речь пойдет о следующей гипотезе: благодаря образованию новых нейронов у каждого из нас формируется буквально собственный, уникальный мозг, где заключены наши личные воспоминания, автобиография, как мы ее помним, то, как мы судим и прогнозируем, наш характер и эмоциональные качества, – коротко говоря, личность[1]1
  Однако нельзя отрицать и серьезное влияние генетических факторов. См.: McGue M., Bouchard T.J. Jr. Genetic and environmental influences on human behavioral differences // Annual Review of Neuroscience, 21.P. 1–24. – Здесь и далее, если не указано иное, примеч. науч. ред.


[Закрыть].

В 1983 году нью-йоркский исследователь мозга Фернандо Ноттебом и его коллега Стивен Голдмен сообщили, что у взрослых канареек можно наблюдать сезонное образование новых нервных клеток, которое по времени соответствует периоду разучивания песен. Это сообщение породило большие ожидания (хотя, вероятно, ввиду отсутствия интернета, тема не вызвала «вирусного» эффекта, и по сравнению с шумихой, которую порой можно наблюдать сегодня, ажиотаж вокруг нее все же оставался весьма ограниченным). Дело в том, что из всех живых существ только людям, певчим птицам и дельфинам приходится учиться звукообразованию (вокализации). В отличие от них собака умеет лаять сразу. У этой истории были все задатки большой новости, и она ею стала. Ноттебом и его коллеги дали ответы на многие из последовавших за этим вопросов: откуда новые нервные клетки берутся и как регулируется их образование и исчезновение. Однако эти ученые сосредоточились на певчих птицах и предоставили другим исследователям разбираться, как же обстоят дела с «нейрогенезом взрослых» (так правильно называется этот процесс) у остальных животных и у человека. Тем временем, уже в 60-х и 70-х годах XX века появилось несколько сообщений о нейрогенезе взрослых у крыс. У крыс! Они ведь не поют, не стремятся завоевать никаких особых симпатий друг у друга. Это более раннее, первое описание нейрогенеза взрослых так и не получило известности за пределами узких научных кругов, и даже здесь воспринималось скорее как некий курьез. Тогда время для подобных открытий еще не пришло.

Илл. 1. Фернандо Ноттебом из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке в 80-е годы XX века открыл образование новых нейронов в мозге канареек

Но вот теперь, когда на птицах были получены столь убедительные результаты, фантазия ученых стала разгораться. Они размышляли так: человек и канарейка похожим образом учат некий «язык», а значит, не исключено, что сходство есть в чем-то еще, и здесь могут крыться неожиданные возможности. Что, если связь между нейрогенезом и обучением в конечном счете гораздо более глубока, чем предполагалось до сих пор? И, если нейрогенез взрослых все же существует, может быть, это наша надежда на простое средство против гибели нервных клеток, которая происходит в старости и в результате заболеваний?

Вскоре стало очевидно, что все не так просто, но мысль была, да и остается хорошей. Природа на примере канареек показывает нам, как даже во взрослом мозге, до самого позднего возраста, из стволовых клеток регулярно образуются нейроны. При этом происходит именно то, чему пытаются научиться исследователи стволовых клеток и работники регенеративной медицины: нейроны формируются в условиях взрослого мозга. Нейрогенез взрослых – это единственное, но очень важное исключение из правила, которое в остальном действует неуклонно: в норме мозг как раз не способен производить новые нервные клетки.

Итак, встает вопрос: почему же существует это единственное исключение? Может быть, это, согласно царившей долгое время гипотезе, не более чем реликт из глубин эволюции, как аппендикс, который никому не вредит, но и ни для чего на самом деле не нужен?[2]2
  Возможные функции аппендикса до сих пор являются предметом дискуссий.


[Закрыть] Что-то, о чем эволюция попросту забыла? Или же исключение из правила означает как раз обратное и говорит о функции настолько важной, что для нее приходится задействовать чрезвычайно сложный принцип, давно не действующий в других отделах человеческого мозга, который тем не менее именно здесь дает какие-то существенные преимущества? В самом деле, нейрогенез взрослых требует больших затрат, и есть чрезвычайно веские основания, чтобы постоянное формирование новых нервных клеток не поддерживать. Образование нейрона – в высшей степени сложный процесс, и за то, чтобы обеспечивать эту возможность на протяжении всей жизни, приходится платить достаточно высокую цену. Состояние «forever young» («вечная молодость») с точки зрения мозга имеет очень условную ценность и представляется роскошью, которую не так просто себе позволить.

Индивидуальный мозг

Через мозг мы воспринимаем мир, благодаря мозгу мы можем действовать. Согласно прекрасному, крайне упрощенному определению, наш мозг – это хранилище воспоминаний и одновременно нечто, способное делать предсказания. Именно это называется «обучением». Я могу использовать опыт прошлого, чтобы принимать решения о действиях в будущем.

Тут мы вступаем на опасную территорию в плане определений. Можно ли сказать, что мозг думает? Что думают нейроны? Что такое воспоминания? Можно ли разложить их до уровня клеточных процессов? Или же они никак не проявляются, по крайней мере существенным образом? А теперь еще сложнее: что такое действия? Может ли мозг действовать? И если да, как это соотносится с нашим убеждением о том, что действия совершает индивид? С точки зрения нейробиологии, выше мы дали редукционистское, то есть упрощенное определение. Ряд моментов оно отражает, другие не учитывает. Смысл в том, что некоторые аспекты действительно носят нейробиологический характер и могут быть описаны в нейробиологических терминах, и, таким образом, поддаются естественно-научному анализу. В то же время здесь может возникнуть недопонимание, поскольку мышление – это, конечно, не чисто нейробиологическое явление. Однако оно нейробиологическое в том числе.

Красивое выражение «mind is what the brain does» («мышление – это то, что делает мозг») истинно и ложно одновременно, но нет смысла углубляться в споры об этом противоречии. И все же можно точно сказать, что ни один философ не был бы самим собой без своего мозга. Любой, кто хоть раз выпил слишком много вина или получил крепкий удар по голове, знает, насколько сильно мы зависим от самочувствия этого органа. Мозг – это не чисто биологическое явление, но биологическое в том числе. Описать и суметь объяснить эту его составляющую – уже достаточно сложная задача. Биологизация наших представлений о человеке заслуживает всяческой критики, как и тенденция рассматривать философию, психологию и педагогику как науки о церебральных функциях. Приставку «нейро-» нередко используют, чтобы придать веса слабым, умозрительным построениям. Но часто дело обстоит как раз наоборот. Порой мы не учитываем, что у человека с его чудесным, мощным мозгом много общего с гораздо более примитивными животными, а надменный антропоцентризм весьма безоснователен. Априори приписывать мыслительным способностям человека особый статус, который выделял бы нас из мира природы, не только высокомерно и неправильно. В результате этого мы также упускаем массу возможностей, начиная с того, чтобы более глубоко разобраться в своей сущности, и кончая конкретными медицинскими разработками.

Даже у представителей разных видов животных в мозге может быть много общего, и все же этот орган у них отличается. И внутри одного вида он иногда выглядит по-разному. У каждого человека свой собственный мозг. Это звучит банально, но очень много значит. Содержимое наших черепов не изготовлено по единому шаблону. Как именно оно выглядит, зависит от того, какие качества мы унаследовали от родителей и какой опыт нам был доступен. Это и есть то самое знаменитое взаимодействие генотипа и среды, и мы – его результат. Генотип и среда действуют неразрывно, но по-прежнему остается загадкой, в каком соотношении. Мы, люди, отличаемся друг от друга, и поэтому отличается мозг каждого из нас. И наоборот: у каждого из нас свой мозг, поэтому мы такие разные. К концу жизни мозг несет в себе все воспоминания и весь опыт, который мы приобрели, но это не значит, что он содержит их, как кувшин содержит воду, – мозг сам состоит из всех воспоминаний и опыта, потому что они изменили его, встроившись в его структуру. Мозг каждого из нас, и чем мы старше, тем в большей степени, по структуре и по микроструктуре соответствует нашей биографии и всему тому, что мы когда-либо постигли. Научные фантасты пестуют идеи о том, чтобы читать эти структуры, будто информацию с жесткого диска, но в нашей книге речь пойдет о другом. Нас интересует вопрос об индивидуальном мозге и идея о том, что он может развиваться на протяжении всей жизни и что этот процесс неразрывно связан с опытом. Все, что мы пережили и узнали, нас меняет, причем на физическом, нейробиологическом уровне. Жизнь оставляет следы. Всегда. Все, чему я учусь, изменяет мой мозг. Эта мысль успокаивает и тревожит одновременно. С одной стороны, отсюда следует наша уникальность и индивидуальность, но с другой – встают вопросы, например о том, насколько мы способны формировать и сохранять свой уникальный мозг и какую ответственность мы за это несем. Сам по себе этот вопрос не нов, просто раньше его не задавали в контексте нейробиологии, но здесь мы смотрим на него под другим углом, и он получает новый приоритет. В процессе обучения, например, когда канарейка осваивает навык пения, образуются новые нервные клетки, которые, таким образом, вносят в структуру мозга постоянные и измеримые изменения, соответствующие опыту. Это знание заставляет нас по-новому взглянуть на связь между мозгом и мышлением и наглядно демонстрирует, что именно она лежит в основе развития личности.

Регенерация в человеческом теле

В отличие от мозга другие органы обладают большой способностью к регенерации. Есть три «первично регенерирующие» системы: это кровь, кожа и кишечник. Они непрерывно обновляются на протяжении всей жизни. Благодаря регенеративной функции костного мозга мы можем безболезненно сдавать донорскую кровь и даже переносить весьма значительные кровопотери. Слизистая оболочка кишечника обновляется с такой интенсивностью, что специалисты шутя, вернее полушутя, говорят, что через один кишечник не проходит два горячих блюда. Как ни удивительно, вместе с человеческим стулом, за исключением воды (которая составляет в нем 75 %), выделяются в основном вовсе не остатки пищи, как думает большинство, а огромное количество бактерий, а также, в первую очередь, клетки нашего собственного кишечника. Из 25 % массы, которая получится, если убрать воду, на остатки пищи, бактерии и клетки кишечника придется примерно по одной трети. Чтобы пищеварение и экскреция не израсходовали все клетки этого типа полностью, стволовые клетки регулярно пополняют их запас.

Благодаря регенеративной способности кожи бесследно заживают мелкие порезы и царапины, и лишь более серьезные повреждения ведут к образованию шрамов или вообще не поддаются регенерации, как, например, в случае обширных ожогов. Это касается и «производных кожи», то есть волос и ногтей, которые нам всю жизнь приходится подстригать, потому что они постоянно отрастают заново. Едва ли найдется профессия, представители которой так же сильно зависят от деятельности стволовых клеток (в данном случае содержащихся в волосяном мешочке), как парикмахеры.

Функция таких «первично регенерирующих» органов прочно связана с непрерывной регенерацией клеток. Если кровь перестанет постоянно обновляться, она не сможет выполнять свою задачу. Мы уже не нуждаемся в постоянном росте волос, но от него зависела жизнь наших первобытных предков, гораздо менее защищенных от воздействия погодных условий, чем животные, покрытые мехом.

Вторая группа органов обладает большими способностями к регенерации, хотя та и используется только в случае повреждений. В эту группу входят, например, кости и печень. Последняя вообще представляет собой совершенно особенный случай: если удалить до одной трети ее тканей, она восстановится в полном объеме. Известный символ регенеративной медицины – Прометей, которого в наказание приковали к скале, и орлы каждый день выклевывали печень из его туловища, только затем, чтобы за ночь она отросла вновь. Впрочем, этот мифологический сюжет можно воспринимать и как метафору тщетности врачебных усилий. По костям особенно хорошо видно, как с возрастом ослабевает способность к регенерации.

Илл. 2. Миф о Прометее можно также считать метафорой регенеративной медицины: каждую ночь у прикованного к скале падшего героя заново отрастает печень, которую днем ему выклевывают орлы. Нельзя точно сказать, что это: символ особой способности к регенерации или той тщетности, с которой мы неизбежно сталкиваемся в конце концов

Как правило, перелом кости у ребенка не представляет собой повода для беспокойства, тогда как у пожилого человека, особенно если речь идет о шейке бедра, он может без труда привести к опасной для жизни ситуации и многочисленным осложнениям. Органам этой второй группы необходимо уметь регенерировать, но это не входит в их основную функцию, регенерация возникает лишь как реакция на повреждение.

Третья группа включает в себя те органы, которые почти или совсем не регенерируют и к которым до сих пор относили сердце, почки и, в первую очередь, мозг. Предполагалось, что слабая способность мозга к регенерации – это цена за ту функциональную мощь, которой он достиг в ходе эволюции. Считалось, что для столь высокой производительности требуется большая стабильность, которую новые нервные клетки нарушали бы, поскольку новые нервные узлы лишь запутывали бы нейронную сеть. Попробовали бы вы поменять процессор у включенного компьютера! Однако позже мы увидим, что такое представление о мозге как о компьютере в корне неверно.