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

3
«Этого не может быть, потому что этого не может быть никогда»

Имеет смысл подробнее поговорить о том, почему понадобилось столько времени, чтобы признать существование нейрогенеза взрослых. Мы поймем, с какими представлениями он соперничал и какие вопросы возникали в связи с ним.

В первые годы, примерно до конца прошлого тысячелетия, исследователи нейрогенеза взрослых были немного похожи на жителей галльской деревушки из комиксов и фильмов про Астерикса. Окруженные не верующими в нейрогенез «римлянами», они, конечно, могли думать, что у них припасен волшебный напиток, но их звездный час все никак не наставал. Даже в сфере исследований стволовых клеток, которая активно развивалась, нейрогенез взрослых оставался на вторых ролях. Чтобы новым разработкам начали придавать значение, требуется время, это нормально. Однако в данном случае выглядело так, будто этому активно препятствовали. К теме не просто не проявляли интереса – она вызывала открытый протест. Само по себе это не обязательно плохой знак. Горячие дискуссии вокруг некой идеи говорят о том, что в ней что-то есть, пусть даже ее тезисы в итоге окажутся несостоятельными. Но здесь был иной случай.

Маленькая галльская деревня уже давно готовилась прорвать окружение, количество публикаций росло по экспоненте, и тема нейрогенеза взрослых стала отчетливо звучать на конгрессах по стволовым клеткам. Фред Гейдж стал сооснователем, а впоследствии президентом Международного общества исследователей стволовых клеток (ISSCR). Вряд ли найдется более яркое свидетельство признания нашей темы.

От еретиков к ортодоксам

То, сколько лет потребовалось, чтобы открытие Альтмана получило признание, позже сильно занимало исследователей нейрогенеза. Сам ученый долгое время молчал об этом. Лишь в 2011 году вышла книга, где в одной из глав он озвучил свой взгляд на произошедшее [18]. В этих запоздалых строках все еще звучат отголоски большого разочарования и многолетней обиды. Он опубликовал ряд работ, в том числе статью 1969 года, в которой впервые был описан нейрогенез взрослых в обонятельной луковице и которая до сих пор остается в тени знаменитой публикации 1965 года о гиппокампальном нейрогенезе взрослых, а затем, с начала 70-х годов, больше ничего не писал об образовании нейронов в мозге взрослого организма. Впрочем, он получил широкое признание как нейроанатом и прославился своими чрезвычайно подробными, фундаментальными описаниями эмбрионального развития мозга. И все же Альтман гораздо более известен тем, что подтолкнул ученых к открытию нейрогенеза взрослых, хотя и не занимался активно дальнейшими исследованиями по этой теме. Его жена, Ширли Байер, в начале 80-х годов опубликовала еще несколько статей об этом явлении, а затем тоже полностью посвятила себя изучению развития мозга и вместе с мужем издавала большие фундаментальные работы по анатомии. В результате тот настоящий бум, который случился в области исследования нейрогенеза в 90-е годы, Альтман в известном смысле наблюдал со стороны.

Историкам науки еще предстоит провести расследование, но идея о том, что деятельность Альтмана сознательно замалчивали и подавляли, не выдерживает никакой критики. Скорее его открытие опередило науку своего времени, и это в совокупности с описанными сложностями и некоторыми неудачными обстоятельствами привело к тому, что заслуженного признания он не получал очень долго. Однако в 2012 году император Японии вручил ему International Prize of Biology [14]14
  Международная премия по биологии (англ.). – Примеч. перев.


[Закрыть] – нечто вроде маленькой Нобелевской премии в этой области.

Когда открытие совершается неожиданно, как правило, оно проходит четыре стадии (здесь я процитирую книгу Джошуа Фоера «Эйнштейн гуляет по Луне» (Moonwalking with Einstein), хотя эта формулировка передается из уст в уста уже давно и автор ее неизвестен; похожую цитату можно также найти у Шопенгауэра):

1. Я об этом ничего не слышал.

2. Этого не может быть.

3. Возможно, это правда, но это не важно.

4. Я всегда это говорил.

После продолжительной борьбы нейрогенез взрослых наконец перешел в четвертую стадию. Об этом свидетельствует в том числе запоздалая награда, которую получил Альтман. В начале 90-х годов, невзирая на открытия Ноттебома, эта тема в основном оставалась где-то между первой и третьей стадиями, в зависимости от образованности того, кто о ней рассуждал. Бо́льшая часть ученых, и уж тем более широкая общественность все еще об этом ничего не слышали. Во взрослом мозге новые нервные клетки не образуются – это была прописная истина. В ответ на сообщения о том, что все может быть иначе, одни возражали вслух, другие молча сомневались; отдельные скептики есть и сейчас. В сущности, это хорошо: ведь наука питается сомнениями. Нет ничего опаснее, чем думать, что все понимаешь, и при этом ошибаться.

Когда все данные вроде бы известны и на вид хорошо согласуются между собой, возникает ложное ощущение, что в данной области скоро будет нечего исследовать. Видные физики в конце XIX века считали свою науку законченной – ведь все уже изучено. А это было задолго до Эйнштейна и миллиардных инвестиций в гигантские ускорители в Швейцарии.

Сам Эйнштейн в газете Pittsburgh Post-Gazette от 29 декабря 1934 года утверждал: нет никаких признаков того, что когда-нибудь удастся использовать ядерную энергию. Так что скептики в хорошей компании.

Однако же, согласно моему любимому афоризму Карла Сагана на эту тему, наука – это союз скепсиса и способности удивляться. Можно добавить, что опасно отметать второе в угоду первому. Именно это произошло в науке с нейрогенезом взрослых. Правда, нужно признать, что здесь пересмотреть имевшиеся взгляды требовалось очень серьезно, так что, с точки зрения следующих поколений, приходилось проявлять осторожность.

Илл. 6. Революционные изобретения и достижения науки сами формируют свой рынок и неузнаваемо меняют картину мира. Когда-то мы обходились без новых нервных клеток не хуже, чем без iPhone; сегодня и то и другое нам необходимо

Илл. 7. Знаменитый тезис Томаса Куна о скачках в научном развитии, где в промежутках между немногочисленными крупными «сдвигами парадигмы» предполагаются фазы нормального изучения, нельзя назвать бесспорным; но, по крайней мере, он неплохо иллюстрирует, что происходит, когда большое открытие не вписывается в рамки нормы

Выпустив iPhone, компания Apple создала не просто продукт, а сразу целый рынок продукции для удовлетворения потребностей, о которых раньше никто и не знал, что они существуют; можно сказать, что таким же образом создает свой рынок передовая наука. Она полностью перетряхивает принятый образ мыслей, и мир уже не может оставаться прежним. Это «сдвиг парадигмы» – так назвал подобную революцию в науке Томас Кун. Теперь этот термин уже чрезмерно эксплуатируют, и есть веские основания критиковать теорию Куна, однако мало кто станет оспаривать следующее его наблюдение: развитие науки происходит не равномерно, а скачкообразно, для нее характерен выход за рамки привычного и нормального. Так что бессмысленно (зато, как следствие, очень увлекательно) спорить, представляет ли собой нейрогенез взрослых «настоящий» сдвиг парадигмы или нет. Достаточно ли большая произошла революция? По-моему, да. Другие утверждают, что нет, а я просто предвзято смотрю на вещи, и это естественно для исследователя, который занимается нейрогенезом.

Если взглянуть на ситуацию отстраненно, она все же достаточно ясна: с открытием нейрогенеза взрослых в нейробиологии возникла целая новая исследовательская область, что видно хотя бы из числа публикаций по данной теме. Его влияние уже распространяется на медицину, психологию и педагогику, оно также коренным образом изменяет то, как мы понимаем деятельность мозга. Можно сказать, что мы нарушаем некое табу. Это действительно «революция в голове», а мы – ее инструменты. В теориях о работе мозга нейрогенез взрослых не то что никогда не упоминался – ему просто не было места. В первую очередь, это явление не объясняло ничего такого, что нельзя было бы объяснить иначе. То есть, несмотря на данные, полученные на канарейках, оно выглядело избыточным, даже если считать, что в целом оно существует и что все это не просто мираж. Порочный круг: если у явления нет функции, зачем оно вообще нужно? Нефункциональные свойства и бессмысленные функции действительно испытывают большое давление со стороны эволюционного процесса. В эволюции ценятся преимущества, а все избыточное быстро превращается в недостаток, потому что оттягивает ресурсы и препятствует истинному прогрессу. Только, конечно, верно и обратное: если что-то существует, значит, у него есть функция, и оно будет захватывать «рынок». Эта логика очень убедительна и часто содержит зерно истины, но все же не всегда верна.

Ньютоновская механика прекрасно трактует мир, доступный нам в восприятии. В быту, чтобы описать свои представления, нам не требуется практически ничего, что бы выходило за ее пределы. Проблемы и противоречия, причем уже далекие от наглядности, возникают только в пограничных областях и в ответ на сложные вопросы. Например, можно увидеть мир иначе, если двигаться со скоростью, близкой к скорости света. Теория относительности и квантовая теория не аннулируют достижения ньютоновской механики – последняя становится частным случаем их обобщений.

Сравнение, конечно, претенциозное, но как физика до Эйнштейна и Планка, так и нейробиология до Альтмана прекрасно обходилась без нейрогенеза. Чтобы объяснить множество фундаментальных явлений нейробиологии, достаточно синаптической пластичности (и пластичности отростков нейронов). Возможно, однажды мы столкнулись бы с вопросом об адаптации функций гиппокампа к условиям существования индивида, на который она уже не позволила бы ответить, и пришлось бы искать недостающий механизм. Тогда, наверное, ученые обнаружили бы нейрогенез взрослых и неожиданно увидели, сколь многое можно истолковать с его помощью. Такое нередко случалось с физиками, которые изучали элементарные частицы и, например, сумели предсказать существование бозона Хиггса на основе расчетов, а когда новая частица была открыта, использовали это в подтверждение своей теории. В случае с нейрогенезом взрослых получилось наоборот. Ученые неожиданно столкнулись с механизмом, который не вписывался ни в одну функциональную теорию и был как минимум избыточным, а то и вовсе контрпродуктивным. У них был ответ, им приходилось искать вопрос к нему. Такой крутой поворот совершить было трудно, это заняло десятки лет, примерно с 1965 до 2005 года. Наука имела дело с явлением, для которого нужно было найти смыслообразующую функцию.

От нейроанатомии к молекулярной биологии

Величайшим нейроанатомом всех времен почти бесспорно считается испанец Сантьяго Рамон-и-Кахаль (1852–1934); пожалуй, для нейробиологии он то же, что Сезанн для современной живописи. Он сыграл роль отца-основателя при переходе к современной науке, пользуется гигантским влиянием, его работы имеют широчайший охват и образуют фундамент многих исследовательских областей, а последователи ссылались и до сих пор ссылаются на них в самых разных ситуациях. Сегодня, читая труды Рамон-и-Кахаля, не устаешь удивляться, сколько он уже тогда знал или, по крайней мере, обоснованно предполагал. При этом в его распоряжении по сравнению с нынешним техническим арсеналом были лишь самые примитивные методы. Он рассматривал окрашенные препараты под микроскопом, делал прекрасные зарисовки увиденного, при этом демонстрировал незаурядную способность к абстрактному мышлению. Он легко выделял главное и обладал даром находить следы развития и динамики в статичной картине своих препаратов. По косвенным данным, которые он сумел получить, ему удалось сделать удивительно точные выводы о взаимосвязях.

В XIX веке между учеными еще встречалась полемика, можно сказать, личного характера, какой сегодня, к счастью, уже не бывает. О вражде – иначе это не назовешь – между Кахалем и его противником, также очень крупным итальянским ученым Камилло Гольджи, ходят легенды. Вначале Гольджи шел впереди. Он разработал метод окраски, с помощью которого можно чудесным образом выделить отдельные нейроны из толщи препарата мозговой ткани, благодаря чему ученые не только узнали об их существовании, но и получили представление об их многообразии и протяженности. Если рассматривать мозг, не окрашивая клетки, кажется, что структура в нем почти отсутствует, поэтому вплоть до эпохи Просвещения его представляли себе как что-то похожее на губку. Структуру мозга удалось выявить только с помощью красителей, которые наносятся на тончайшие срезы. Тогда, в XIX веке, люди стали догадываться о том, как сложно он устроен (см. рис. 7 на вклейке).

Илл. 8. Испанский ученый Сантьяго Рамон-и-Кахаль считается отцом современной науки о мозге, в первую очередь нейроанатомии. Он мог исследовать лишь моментальные срезы под микроскопом, но уже задавался вопросом о пластичности (которая тогда еще так не называлась): способен ли мозг изменять форму или же все в нем стабильно?

Почему при импрегнации [15]15
  Импрегнация – пропитывание, насыщение. – Примеч. перев.


[Закрыть] серебром по методу Гольджи окрашиваются лишь некоторые отдельные клетки, а остальные – нет, по-прежнему до конца не ясно. В результате получаются картинки исключительной красоты и четкости. Они позволяют с помощью микроскопа подробно описать тонкую структуру нейронов. Пришла эпоха картографирования мозга. Вооружившись препаратами толщиной в несколько микрометров (тысячных долей миллиметра) [16]16
  Обычно срезы для метода Гольджи делают толстыми (10–100 мкм), чтобы увидеть нейрон с большинством его отростков.


[Закрыть], окрашенными по методу Гольджи или другому из распространенных в те времена методов, отцы нейробиологии взялись за описание микроструктуры мозга, стремясь дать имена ее элементам и разложить ее на осмысленные единицы. Вначале нужно было идентифицировать основные типы клеток: нейроны и все остальные. «Другие клетки» исходно обозначали просто как «нервный клей», заполняющий пустоты между нейронами, которые так четко выделяются благодаря окрашиванию Гольджи. Это выражение придумал великий немецкий патолог Рудольф Вирхов. От греческого слова «глия», означающего клей, происходит термин, которым и сегодня называют клетки мозга, отличные от нейронов (тот же корень мы видим в английском «glue», см. рис. 8 на вклейке) [19].

Илл. 9. Итальянец Камилло Гольджи был крупным противником Сантьяго Рамон-и-Кахаля

Тут уже Кахаль обошел своего конкурента. Несмотря на испанский темперамент, он был гораздо более терпеливым наблюдателем и обладал более богатым воображением. Кроме того, представьте себе, какая это невероятная работа – из отдельных статических картин, которые дают такие срезы, делать выводы об отношениях и взаимодействии единиц в объемном пространстве и даже об их развитии. Это Рамон-и-Кахалю отлично удалось. Он описывает грубую и тонкую структуру мозга (включая гиппокамп) в массе масштабных работ, каждая из которых снабжена превосходными цветными рисунками, подготовленными за микроскопом, и подробность этих описаний продолжает поражать и сегодня. Он использовал всего лишь несколько примитивных методов окраски, зато обладал острым глазом и способностью ясно видеть взаимосвязи, в результате чего составленные им карты по-прежнему пригодны к использованию, а современные исследователи все еще с симпатией и благодарностью нередко включают их в свои публикации как историческую реминисценцию или отсылку.

Илл. 10. Среди прочего Кахаль уже с большой точностью описал гиппокамп и его структуру связей. Небольшая область в форме буквы «C», глядящей вниз, справа в середине рисунка – это зубчатая извилина, в которой протекает нейрогенез взрослых

При всем своем величии, Кахаль был не один: вклад Гольджи также неоспорим. Некоторые из своих важнейших открытий Кахаль не в последнюю очередь совершил благодаря окрашиванию Гольджи. В 1906 году они оба вместе заслуженно получили Нобелевскую премию. Но это награждение не сблизило ученых.

Конечно же, помимо этих двух небожителей, было множество классиков-нейроанатомов, которые внесли значительный вклад в описание мозга. Эру больших открытий и картографии, по крайней мере в области классической анатомии, замыкают великий немецкий нейроанатом Оскар Фогт и его ученик Корбиниан Бродман, предложивший деление коры головного мозга на функциональные зоны, которое и сегодня во многом считается верным и широко используется. Возможно, Фогт понимал, что с ним уходит эпоха. В основанном им Институте исследований мозга имени кайзера Вильгельма в Берлин-Бухе, крупнейшем в мире исследовательском институте до создания Национальных институтов здравоохранения под Вашингтоном в 1948 году, у Фогта уже было отделение, где занимались генетикой. В названии отделения это отражено не было, потому что работавший здесь молодой ученый по имени Макс Дельбрюк еще только делал первые шаги к созданию этой области в ее современном виде.

Размышления последнего вылились в легендарную работу тройного авторства, вышедшую 1935 году, где он совместно с Николаем Тимофеевым-Ресовским и физиком Карлом Гюнтером Циммером описал гены как молекулы [20]. Таким образом, современная молекулярная биология берет начало в институте «последнего анатома» Оскара Фогта – которого нацисты сослали в Шварцвальд, тогда как Дельбрюку пришлось уехать от них в Калифорнийский технологический институт в Пасадене. За новаторские работы по генетике Макс Дельбрюк в 1969 году получил Нобелевскую премию. В своем нынешнем виде преемник Института исследований мозга Фогта носит имя Дельбрюка: это Центр молекулярной медицины имени Макса Дельбрюка (MDC) в Берлин-Бухе.

Примечателен этот переход от чисто описательной науки к молекулярной биологии. Классическая нейроанатомия как передовая область себя исчерпала. Настала эпоха молекулярных исследований. За Дельбрюком последовали Уотсон и Крик, открывшие структуру ДНК, и Маршалл Ниренберг, который разгадал генетический код.

Как мы помним, впервые нейрогенез взрослых удалось обнаружить, пометив генетический материал. Мы еще обсудим это подробнее, но стволовые клетки отличаются особыми молекулярными свойствами. Здесь «молекулярный» значит имеющий отношение к молекуле ДНК, носителю генетической информации, или РНК – молекуле-посреднику между генетической информацией и ее реализацией в клетке. Молекулярная биология – биология генетической информации. Итак, в 80-х годах XX века круг замкнулся. Появилась молекулярная нейроанатомия, стали возможны новые научные достижения, можно было составлять новые карты. Открытие стволовых клеток мозга в 1992 и 1995 годах подготовило почву для серьезного исследования нейрогенеза взрослых.

Все может умереть, ничто не может регенерировать

Рамон-и-Кахаль в 1928 году вынес пессимистичный вердикт: «В мозге взрослого человека нервные пути – это нечто фиксированное, неизменное. Все может умереть, ничто не может регенерировать» [21].

Эту фразу часто цитируют и говорят, что от нее пошла догма «нервные клетки не восстанавливаются», согласно которой в мозге взрослого принципиально не может быть новых нейронов. Цитату так часто приводят во введении к статьям по нейрогенезу взрослых, что она уже навязла в зубах.

При этом как отец-основатель области, сам Рамон-и-Кахаль, находился вовсе не в тех условиях, чтобы изрекать догмы. Догмы – это положения, итоговые постулаты, их формулируют, когда все аргументы уже прозвучали. Здесь ситуация была иной; «нервные клетки не восстанавливаются» – не аксиома и не теория. Скорее это миф. Рамон-и-Кахаль едва ли вкладывал в приведенное выше высказывание тот смысл, с которым его подхватили, стали цитировать и превратили в закон. Ведь он сам продолжает свое рассуждение следующим образом (эту фразу цитируют уже гораздо реже): «Дело науки будущего – попытаться изменить этот суровый приговор».

Кроме того, в другой раз Рамон-и-Кахаль выразился гораздо оптимистичнее. В 1894 году он говорил в Крунианской лекции перед Лондонским королевским обществом (прочитать которую – очень престижно): «В противовес теории сетей существует теория о свободном ветвлении клеточных отростков, предрасположенных к самосовершенствованию, что, с одной стороны, более вероятно, а с другой – обнадеживающе. Сеть формируется заранее и остается неизменной, подобно телеграфной сети, в которой нельзя создать ни новые станции, ни новые связи; это нечто застывшее, постоянное, не поддающееся изменению; это противоречит нашему всеобщему ощущению, что для органа мысли в известных пределах характерна пластичность и способность совершенствоваться, особенно на этапе развития, в результате целенаправленной умственной гимнастики. [Кора головного мозга…] подобна саду, где растет бессчетное количество деревьев – пирамидальных клеток, которые, если их умело взращивать, способны приумножать количество своих отростков, углубляться корнями, чтобы дать еще больше разнообразных плодов и цветков» [22].

На самом деле без всяких догм и нейробиологов-патриархов было видно, что мозг взрослых не проявляет почти никаких признаков регенерации и роста новых нервных клеток по сравнению с кровью, кожей, печенью и костной тканью. В мозге можно было найти новые клетки, но не новые нейроны. Глиальные клетки вовсю разрастаются, это уже давно было известно. А новых нервных клеток не встречалось. Ученые сделали ложный вывод: просто потому, что никто не видел новых нейронов, сочли, что их не существует; или хуже: что по этой причине они и вовсе не могут существовать.