Текст книги "Телесный разум. Как тело влияет на наши мысли, чувства и воспоминания"

То, как мы проживаем свою жизнь, может оказать существенное влияние на процессы старения и развития болезней, включая рак. Что касается физической стороны вопроса, то исследователи из Базельского университета обнаружили, что аспирин и заместительная гормональная терапия[94]94
  Аспирин и заместительная гормональная терапия: Noreen, Faiza, Röösli, Martin, Gaj, Pawel, et al. (2014). «Modulation of Age– and Cancer-Associated DNA Methylation Change in the Healthy Colon by Aspirin and Lifestyle.» Journal of the National Cancer Institute, 07/2014, 106(7).


[Закрыть] снижают скорость метилирования генов, связанных с раком толстой кишки, в то время как курение и высокий индекс массы тела (ИМТ) повышают ее.

Стив Коул, профессор медицины, психиатрии и поведенческих наук из Медицинской школы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, написал много работ на тему саморегуляции. Он считает – и я полностью с ним согласен, – что мы являемся архитекторами своих жизней[95]95
  Мы являемся архитекторами своих жизней: Cole, Steve W. (2009). «Social Regulation of Human Gene Expression.» Current Directions in Psychological Science, 18(3), 132–137.


[Закрыть] в большей степени, чем привыкли считать.

Наш субъективный опыт обладает большей силой, чем объективная ситуация.

Если мы будем хорошо к себе относиться, то заметим не только улучшение самочувствия, но и отношений с другими людьми. Другие будут любить и уважать нас, что, в свою очередь, заставит нас чувствовать себя еще лучше. Таким образом, мы создаем самоусиливающуюся систему вознаграждения, основанную на эпигенетике.

Тщательный обзор медицинской литературы для определения силы связи между оптимизмом и физическим здоровьем[96]96
  Связи между оптимизмом и физическим здоровьем: Rasmussen, H. N., Scheier, M. F., and Greenhouse, J. B. (2009). «Optimism and physical health: A meta-analytic review.» Annals of Behavioral Medicine, 37(3), 239–256.


[Закрыть] показал, что оптимизм является важным предиктором положительной динамики при сердечно-сосудистых заболеваниях, а также влияет на иммунную функцию, рак, осложнения, связанные с беременностью, и физические симптомы, такие как боль. Люди, которые полны энтузиазма и надежды и радуются жизни[97]97
  Люди, которые испытывают энтузиазм и надежду и радуются жизни: Hittner, E. F., Stephens, J. E., Turiano, N. A., Gerstorf, D., Lachman, M. E., and Haase, C. M. (2020). «Positive Affect Is Associated With Less Memory Decline: Evidence From a 9-Year Longitudinal Study.» Psychological Science, 31(11), 1386-doi: 10.1177/0956797620953883.


[Закрыть] – то, что психологи называют позитивным мышлением, – с меньшей вероятностью будут испытывать возрастное нарушение памяти. Это не означает, что они никогда не заболеют (психически или физически), но оптимисты, у которых диагностировано биполярное расстройство[98]98
  Биполярное расстройство: Ossola, Paolo, Garrett, Neil, Sharot, Tali, and Marchesi, Carlo (2020). «Belief updating in bipolar disorder predicts time of recurrence.» eLife, 9.


[Закрыть], способны справляться с болезнью лучше, чем пессимисты. То же самое относится и к людям, страдающим депрессией[99]99
  Людям, страдающим депрессией: Zenger, M., Glaesmer, H., Höckel, M., and Hinz, A. (2011). «Pessimism predicts anxiety, depression, and quality of life in female cancer patients.» Japanese Journal of Clinical Oncology, 41(1), 87–94.


[Закрыть]. Все эти и многие другие данные дополняют растущий объем исследований, посвященных влиянию оптимистичного взгляда на здоровье.

Конечно, я не предлагаю подход «играй роль, пока роль не станет тобой». Стимулирование творчества, воображения, рефлексии и осмысленной и активной жизни требует труда, но является инвестицией в ваше общее благополучие – и, возможно, благополучие ваших детей.

Резюме

В 1850-х годах, когда Дарвин впервые выдвинул теорию естественного отбора, лежащие в его основе механизмы генетики оставались загадкой. Однако за последние 50 лет достижения в области генетики и молекулярной биологии привели к развитию неодарвинистской теории эволюции, основанной на эпигенетике. Наш обзор недавних открытий в области эпигенетики совершенно ясно показал, что природа (гены) и воспитание (окружающая среда) работают согласованно. За болезнь или черту личности отвечает множество факторов, а не что-то одно. Единственное, что мы знаем наверняка: мы являемся продуктом взаимодействия этих сил. Пока мы дышим, мы находимся в процессе работы, приспосабливаясь к постоянно меняющимся условиям. Эпигенетические модификации – это динамичные и потенциально обратимые процессы, которые происходят в течение всей нашей жизни.

В свете приведенных выше исследований, которые не претендуют на то, чтобы быть исчерпывающими, а, скорее, являются репрезентативными для данной области, имеются убедительные биологические доказательства трансгенерационной передачи травмы потомству как отцами, так и матерями. Вероятными семейными факторами являются микроРНК и длинные некодирующие РНК, а также эпигенетические изменения в материнских и отцовских половых клетках. В случае с отцами важную роль играют внеклеточные везикулы. Что касается матерей, то тут важен инсулиноподобный белок и программирование гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы ее ребенка во время беременности[100]100
  Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система – это наша центральная система реагирования на стресс. Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система связывает центральную нервную систему и эндокринную систему в самоусиливающуюся петлю.


[Закрыть].

Эпигенетическая гипотеза о влиянии окружающей среды[101]101
  Эпигенетическая гипотеза о влиянии окружающей среды: Costa, E., Chen, Y., Dong, E., Grayson, D. R., Kundakovic, and M., Guidotti, A. (2009). «GABAergic promoter hypermethylation as a model to study the neurochemistry of schizophrenia vulnerability.» Expert Review of Neurotherapeutics, 9, 87–98; McGowan, P. O. and Szyf, M. (2010). «The epigenetics of social adversity in early life: Implications for mental health outcomes.» Neurobiology of Disease, 39(1), 66–72; McGowan, P. O., Meaney, M. J., and Szyf, M. (2008). «Diet and the epigenetic (re)programming of phenotypic differences in behavior.» Brain Research, 1237, 12–24; Roth, T. L., Lubin, F. D., Sodhi, M., and Kleinman, J. E. (2009). «Epigenetic mechanisms in schizophrenia.» Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – General Subjects, 1790, 869–877.


[Закрыть] на физическое и эмоциональное здоровье продолжает набирать популярность. Что еще важнее, четкие и убедительные данные фундаментальных и клинических исследований, проведенных в ведущих университетах, указывают на то, что организм приспосабливается к изменениям в окружающей среде посредством изменений в экспрессии своих генов. Следовательно, еще до зачатия потомства жизненный опыт родителей[102]102
  Еще до зачатия потомства жизненный опыт родителей: Lane, Michelle, Robker, Rebecca L., and Robertson, Sarah A. (2014). «Parenting from before conception.» Science, 345(6198), 756–760.


[Закрыть] и воздействие окружающей среды изменяют их половые клетки и, в свою очередь, влияют на развитие и здоровье не только их детей, но и внуков и правнуков[103]103
  Не только их детей, но и внуков и правнуков: Roth T. L., Lubin, F. D., Funk, A. J. and Sweatt, J. D. (2009) «Lasting epigenetic influence of early-life adversity on the BDNF gene.» Biological Psychiatry, 65(9), 760–769; Tsankova, N., Renthal, W., Kumar, A., Nestler, E. J. (2007). «Epigenetic regulation in psychiatric disorders.» Nature Reviews Neuroscience, 8, 355–367.


[Закрыть]. Аналогичным образом страхи, тревоги и личностные качества детей могут зависеть от образа мыслей родителей. Кроме того, убедительные научные данные показывают, что наша социальная жизнь может изменять экспрессию генов с быстротой, широтой и глубиной, ранее нам неизвестными. Гены не делают нас теми, кто мы есть. Экспрессия генов отвечает за это, и она меняется в зависимости от того, какую жизнь мы ведем.

ПИЩА, КОТОРУЮ МЫ ЕДИМ, ВОДА, КОТОРУЮ МЫ ПЬЕМ, ВОЗДУХ, КОТОРЫМ МЫ ДЫШИМ, НАШИ МЕЖЛИЧНОСТНЫЕ ОТНОШЕНИЯ И ОТНОШЕНИЕ К САМИМ СЕБЕ – ВСЕ ЭТО ВЛИЯЕТ НА НАС НА ГЛУБОКОМ БИОЛОГИЧЕСКОМ УРОВНЕ, КОТОРЫЙ, В СВОЮ ОЧЕРЕДЬ, ВЛИЯЕТ НА НАШИ УМЫ.

Имеют ли значение гены? Конечно. Но то же самое относится и к физической, психологической и социальной средам, которые влияют на нас не только с рождения, но и во время нахождения в утробе матери и в момент зачатия. А также, во многих отношениях, на нас сказывается качество жизни нескольких поколений наших предков[104]104
  Во многих отношениях, жизни нескольких поколений предков: Yehuda, R. and Lehrner, A. (2018). «Intergenerational transmission of trauma effects: putative role of epigenetic mechanisms.» World Psychiatry, 17(3), 243–257.


[Закрыть]. Развитие эпигенетики разрушило старую дарвиновскую парадигму генетики.

Ключевые выводы

♦ Физическое и психическое здоровье взрослого человека в значительной степени зависит от ранней внутриутробной среды;

♦ ребенок в утробе старается подготовиться к внешней среде, с которой столкнется при рождении, при помощи пренатальных эпигенетических изменений;

♦ жизненный опыт родителей может повлиять на развитие и здоровье их потомков;

♦ в частности, было показано, что употребление никотина, каннабиса и алкоголя родителями вызывает неблагоприятные последствия для развития нервной системы потомства;

♦ травматический опыт родителей приводит к повышенной чувствительности к травматическим событиям у потомства, и это влияние может сохраняться в течение нескольких поколений;

♦ активность генов увеличивается или уменьшается в ответ на изменения в окружающей среде;

♦ взаимодействие с другими людьми и самим собой быстро приводит к изменениям в поведении и экспрессии генов в мозге;

♦ гены не делают нас теми, кто мы есть, так как за это отвечает экспрессия генов, меняющаяся в зависимости от того, какую жизнь мы ведем.

Глава вторая
Мозг: как он запоминает то, что запоминает

Обучение и память – две самые замечательные способности нашего разума. Обучение – это биологический процесс приобретения новых знаний о мире, а память – это процесс их сохранения, восстановления и получения доступа к ним с течением времени. Одна из самых сложных проблем в нейробиологии заключается в следующем: как кратковременные химические изменения приводят к чему-то долгосрочному вроде памяти?

Спросите большинство людей, где находится память их тела, и они, скорее всего, посмотрят на вас так, как будто хотят сказать: «Что за глупый вопрос! В мозге, конечно». Однако все не так однозначно. На самом деле, бывают случаи, когда мозг никак не отвечает за то, что мы знаем и как действуем.

В этой и следующих главах я расскажу об обширном исследовании, которое оспаривает широко распространенный кортикоцентрический взгляд на память и разум. Вместо этого я предложу более целостное объяснение взаимодействия тела и разума – теорию телесного разума.

Нейробиология в двух словах

Обычно мозг взрослого человека весит около полутора килограммов и состоит из воды примерно на 75 %. В нем содержится около 100 миллиардов нейронов (столько же звезд находится в нашей Галактике), встроенных в каркас из 100 миллиардов глиальных клеток. Каждый нейрон может иметь 1000-10 000 синапсов (соединений с другими нейронами), а их наиболее активный период пролиферации приходится на середину второго триместра, когда каждую минуту создается 250 000 нейронов.

В мозге нет болевых рецепторов, из-за чего он не чувствует боли, но есть 160 000 километров кровеносных сосудов. Хотя в прошлом считалось, что при рождении у нас есть определенное количество нейронов, которое останется неизменным всю жизнь, теперь мы знаем, что новые нейроны создаются каждый день.

Ранний опыт оказывает решающее влияние на архитектуру мозга, а также на характер способностей взрослого человека. Развитие мозга нелинейно: существуют лучшие и худшие времена для приобретения различных видов знаний и навыков. К тому времени, когда дети достигают трехлетнего возраста, их мозг в два раза активнее, чем у их педиатра. Однако имейте в виду, что уровень мозговой активности заметно снизится к подростковому возрасту.

Нервная система человека состоит из центральной нервной системы (ЦНС) и периферической нервной системы (ПНС). ПНС дает начало автономной (вегетативной) нервной системе (АНС)[105]105
  Вегетативная нервная система: Schmidt, A. and Thews, G. «Autonomic Nervous System» in Janig, W., Human Physiology (2nd ed.) (New York: Springer-Verlag, 1989), 333–370.


[Закрыть], а та, в свою очередь, делится на симпатическую и парасимпатическую систему. АНС – это система управления, которая действует в основном бессознательно и регулирует такие функции организма, как частота сердечных сокращений, пищеварение, частота дыхания, зрачковый рефлекс, мочеиспускание и сексуальное возбуждение.

Симпатическая нервная система – это система «бей или беги», которая контролирует реакцию на стресс и находится в грудном и поясничном отделах позвоночника.

Парасимпатическая система – это система «отдыха и восстановления» или «питания и размножения». Она регулирует сокращение гладких мышц и берет начало в голове и крестцовом отделе позвоночника (треугольная кость в нижней части спины, образованная из сросшихся позвонков и расположенная между двумя тазовыми костями)[106]106
  В настоящее время показано, что эти нейроны относятся к соматической нервной системе.


[Закрыть].

Основной единицей центральной нервной системы является нейрон, или нервная клетка. Каждый нейрон имеет до 10 000 дендритов – крошечных нитей ткани, похожих на волоски, которые принимают сигналы, – и один аксон, более прочную структуру, через которую нейрон посылает сигналы другим клеткам. Нейроны не соприкасаются между собой. Каждый аксон производит около 160 различных нейромедиаторов, которые пересекают крошечный промежуток – синапс, чтобы внедриться в рецепторы дендритов, созданные для приема определенного нейромедиатора. Это что-то вроде стыковки шаттла с космической станцией.

Я уверен, что вы слышали о «Прозаке» – первом антидепрессанте нового класса препаратов, называемых селективными ингибиторами обратного захвата серотонина в сыворотке крови (СИОЗС). «Прозак» и другие СИОЗС занимают некоторые участки рецепторов серотонина на дендритах. Когда аксон вырабатывает серотонин, ему некуда деться, потому что другая космическая капсула, «Прозак», заняла его док-станцию. Следовательно, концентрация серотонина в головном мозге увеличивается. Многие ученые считают, что депрессия возникает из-за низкого уровня серотонина, хотя точная причина до сих пор не выяснена. Я не большой поклонник психотропных препаратов (лекарств от депрессии, тревожности и других эмоциональных проблем), но скажу, что видел ошеломляющие улучшения у некоторых пациентов в результате приема этих веществ.

Нейроны функционируют в сетях и отличаются от других клеток организма своей способностью передавать электрические и химические сигналы другим нейронам[107]107
  И не только нейронам: существуют, например, нейромышечные синапсы.


[Закрыть]. Невероятно сложная сеть, состоящая из миллиардов связей в нервной системе, называется коннектомом.

Развитые когнитивные способности человеческого мозга объясняются недавно (за последние 100 000 лет) развившимся неокортексом (новой корой). Сравнение мозга человека и грызунов показывает, что кора головного мозга человека толще, содержит больше белого вещества, имеет более крупные нейроны, а ее многочисленные пирамидальные клетки, которые в основном отвечают за наше мышление, имеют больше синаптических связей. Группа исследователей[108]108
  Группа исследователей: Eyal, G., Verhoog, M. B., Segev, I., et al. (2016). «Unique membrane properties and enhanced signal processing in human neocortical neurons.» eLife, 5, e16553.


[Закрыть], возглавляемая профессором Иданом Сегевом из Еврейского университета Иерусалима, провела прямые измерения мембранной емкости в пирамидальных клетках человека. Сегев продемонстрировал в своей работе, что нейроны коры головного мозга человека являются эффективными электрическими микрочипами, компенсирующими большой размер мозга и клеток у людей и более эффективно обрабатывающими сенсорную информацию. Концепция клеток как микрочипов занимает центральное место в гипотезе телесного разума и более подробно рассматривается в следующей главе.

Имеются убедительные доказательства того, что специфические нейромедиаторы, такие как адреналин, дофамин, серотонин, глутамат и ацетилхолин, участвуют в развитии памяти. Хотя и неизвестно, какую роль в этом процессе играет каждый из них, мы знаем, что связь между нейронами посредством нейромедиаторов имеет решающее значение для формирования новых воспоминаний.

Считается, что сила испытанных эмоций влияет на четкость воспоминаний, из-за чего моменты, сопровождаемые эмоциональным возбуждением, запоминаются лучше других. Это называется теорией эраузла.

Нейроны составляют всего 15 % мозга. Остальные 85 % состоят из глиальных клеток, которые продолжают расти в количестве до нескольких лет после рождения. Они направляют раннее развитие мозга и сохраняют здоровье нейронов на протяжении всей жизни. Глиальные клетки[109]109
  Глиальные клетки: Fields, R. Douglas. The Other Brain (New York: Simon & Schuster, 2011).


[Закрыть] строят каркас для нейронов, и, как следует из их названия (оно произошло от греческого слова γλοιός, что значит «клей»), они помогают удерживать нейроны вместе. Глиальные клетки могут влиять на функционирование нейронов[110]110
  Глиальные клетки могут влиять на функционирование нейронов: Jabr, Ferris (2012). «Know Your Neurons: What Is the Ratio of Glia to Neurons in the Brain?» Scientific American. https://blogs.scientificamerican.com/brainwaves/know-your-neurons-what-is-the-ratio-of-glia-to-neurons-in-the-brain/.


[Закрыть], даже если сами не могут генерировать электрические импульсы.

Человеческие нейроны очень похожи на нейроны других животных, так как используют одни и те же нейромедиаторы. Однако если сравнить мозг животных, поднимаясь по эволюционному древу, то можно увидеть, что чем выше вы поднимаетесь, тем больше в нем нейрональных глиальных клеток относительно количества нейронов. В течение многих лет глиальными клетками пренебрегали как простой замазкой, точно так же, как некодирующую ДНК считали мусором. На самом же деле глиальные клетки контролируют связь между нейронами[111]111
  Глиальные клетки контролируют связь между нейронами: Fields, R. Douglas (2010). «Visualizing Calcium Signaling in Astrocytes.» Science Signaling, 3(147).


[Закрыть] и играют важную роль в обучении.

Глиальные клетки делятся на три подгруппы: олигодендроциты, микроглии и астроциты.

Где хранятся наши воспоминания?

На следующих страницах я сначала опишу общепринятую гипотезу памяти, а затем приведу результаты исследований, которые разрушают старую парадигму.

Согласно этой теории, поступающие от наших органов чувств сигналы приводят к выработке специфических белков в нейронах, которые усиливают синапсы. Эти белки не только формируют синапс, но и кодируют воспоминания. Точно так же, как физические упражнения приводят к увеличению мышечной массы за счет производства новых белков, опыт создает воспоминания в синапсах[112]112
  Опыт создает воспоминания в синапсах: Christianson, S. A. (1992). «Emotional stress and eyewitness memory: a critical review.» Psychological Bulletin, 112(2), 284–309.


[Закрыть] в потенциально целых нейронных сетях и областях мозга. Общая идея о том, что обучение вызывает модификацию синапсов[113]113
  Обучение вызывает модификацию синапсов: Myhrer, T. (2003). «Neurotransmitter systems involved in learning and memory in the rat: a meta-analysis based on studies of four behavioral tasks.» Brain Research Brain Research Reviews, 41(2–3), 268–287.


[Закрыть], приводя к хранению воспоминания в постоянно меняющемся пластичном мозге[114]114
  Воспоминания в постоянно меняющемся пластичном мозге: Gonzalez, Walter G., Zhang, Hanwen, Harutyunyan, Anna, and Lois, Carlos (2019). «Persistence of neuronal representations through time and damage in the hippocampus.» Science, 365(6455), 821–825.


[Закрыть], стала одной из догм современной неврологии и представляется в научной литературе и популярной прессе как установленный и общепринятый факт[115]115
  Установленный и общепринятый факт: Bruel-Jungerman, E., Davis, S., and Laroche, S. (2007). «Brain plasticity mechanisms and memory: a party of four.» The Neuroscientist, 13 (5), 492-doi: 10.1177/1073858407302725.


[Закрыть].

Согласно этой господствующей точке зрения[116]116
  Согласно этой господствующей точке зрения: Gaidos, Susan (2013). «Memories lost and found: Drugs that help mice remember reveal role for epigenetics in recall.» Science News. https://www.sciencenews.org/article/memories-lost-and-found.


[Закрыть] кратковременная память связана с функциональными изменениями в существующих синапсах, в то время как долговременная память связана с изменением количества синаптических связей и усилением существующих нейронных сетей мозга. Как вы поймете позже, это – весьма спорное утверждение[117]117
  Весьма спорное утверждение: Delgado-García, J. M. and Gruart, A. (2004). «Neural plasticity and regeneration: myths and expectations,» in Brain Damage and Repair: From Molecular Research to Clinical Therapy, T. Herdegen and J. M. Delgado-García, (eds.) (Dordrecht, Netherlands: Springer, 2004), 259–273; Delgado-García, J. M. (2015). «Cajal and the conceptual weakness of neural sciences.» Frontiers in Neuroanatomy, 9, doi: 10.3389/fnana.2015.00128.


[Закрыть].

Лобная кора головного мозга может немедленно получать сенсорную информацию для использования в качестве кратковременной или рабочей памяти. Гиппокамп и области медиальных височных долей начинают кодировать новую информацию в долговременную память, создавая новые нейронные связи и укрепляя существующие. Извлечение эмоционально заряженных воспоминаний[118]118
  Извлечение эмоционально заряженных воспоминаний: Wagner, A. D. and Davachi, L. (2001). «Cognitive neuroscience: forgetting of things past.» Current Biology, 11, R964-967; Buchanan, Tony W. (2007). «Retrieval of Emotional Memories.» Psychological Bulletin, 761-doi: 10.1037/0033-2909.133.5.761.


[Закрыть] происходит с помощью миндалевидного тела, гиппокампа и системы префронтальной коры головного мозга.

Краткосрочные и долгосрочные воспоминания находятся в разных частях мозга. Если бы вы стимулировали затылочную кору с помощью крошечного электрического зонда, вы бы вызвали визуальные воспоминания; левая височная область воспроизводила бы звуки речи, слова, фразы и т. д. Соответствующие воспоминания хранятся в соседних областях. Стимуляция больших полей приведет к появлению более полных воспоминаний. Для запоминания впечатлений и фактов различные части мозга должны работать сообща. Большая часть этой взаимозависимости все еще не определена, однако широко распространено мнение, что в основном воспоминания хранятся в коре головного мозга и что центр управления, который генерирует содержимое памяти, а также извлекает воспоминания, расположен в средней части коры.

Эрик Кандел – профессор биохимии и биофизики из Колумбийского университета, который в 2000 году разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине с Арвидом Карлссоном и Полом Грингардом «за открытия, касающиеся передачи сигналов в нервной системе». Кандел проводил свои исследования на моллюске под названием аплизия, или морской заяц, у которого около 20 000 нервных клеток (в человеческом мозге их примерно 100 миллиардов). У моллюска развит простой рефлекс, с помощью которого он защищает свои жабры, и Кандел использовал его, чтобы изучить, как аплизия усваивает и запоминает стимулы. Он показал, что кратковременная память связана с повышенным уровнем нейромедиаторов в синапсах (места связи между нервными клетками), а изменение в уровнях белков в них необходимо для долговременной памяти. Узнав, как функционируют эти простые животные, он провел эксперименты на мышах. Эта работа помогла ему понять, что те же процессы, которые происходили в нервных клетках моллюсков, можно было наблюдать у млекопитающих, в том числе и людей.

Кандел пришел к выводу, что основным строительным блоком памяти является синапс[119]119
  Основным строительным блоком памяти является синапс: Kandel, Eric R. (2002). «The Molecular Biology of Memory Storage: A Dialog Between Genes and Synapses.» Science, 21(5), 567.


[Закрыть], где как пре-, так и постсинаптические элементы вместе с соответствующими глиальными процессами образуют целостную единицу с собственной идентичностью и явным «соседством». Увеличение силы связи внутри диффузной группы клеток в более сложной схеме прямой связи приводит к появлению инграмм (сложных воспоминаний) в собрании клеток.

Эрику Канделу, которого я уважаю и с которым искренне согласен, я аплодирую за утверждение, сделанное им в 2006 году: «В изучении хранения памяти мы находимся у подножия большого горного хребта… Чтобы можно было пройти путь от того места, где мы находимся, к тому, где хотим быть, должны произойти серьезные концептуальные сдвиги»[120]120
  Должны произойти серьезные концептуальные сдвиги: Kandel, E. R. In Search of Memory: The Emergence of a New Science of Mind (New York: W. W. Norton, 2007).


[Закрыть]. Однако я не верю в его теорию о том, что воспоминания хранятся в синапсах. В 2007 году Стефано Фуси и Ларри Эбботт призвали к радикальной модификации стандартной модели хранения памяти[121]121
  Радикальной модификации стандартной модели хранения памяти: Fusi, S. and Abbott, L. F. (2007). «Limits on the memory storage capacity of bounded synapses.» Nature Neuroscience, 10(4), 485; Firestein, S. Ignorance: How It Drives Science (New York: Oxford University Press, 2012).


[Закрыть], а в 2012 году Стюарт Файрстайн повторил это в своей книге «Незнание. Как оно управляет наукой», в которой также содержался призыв к отходу от гипотезы Кандела.

Недавние открытия

Интересно, что недавняя работа в этой области поставила под сомнение идею синаптической проводимости как основного механизма памяти. Группа Дэвида Гланцмана из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе била аплизию легкими разрядами тока, создавая воспоминание, выраженное в виде новых синапсов в мозге, об этом событии. Затем они перенесли нейроны из моллюска в чашку Петри и химически активировали в них память о потрясениях, после чего добавили к нейронам пропранолол. Препарат уничтожил синапсы, образовавшиеся у моллюска во время обучения. Когда нейробиологи исследовали клетки мозга, они обнаружили, что, даже когда синапсы были уничтожены, молекулярные и химические изменения указывали на то, что инграмма, или след памяти, сохранилась. Эти исследования показывают, что у аплизии воспоминания хранятся внутри нейронов[122]122
  Воспоминания хранятся внутри нейронов: Chen, Shanping, Cai, Diancai, Glanzman, David L., et al. (2014). «Reinstatement of long-term memory following erasure of its behavioral and synaptic expression in Aplysia.» eLife, 3, e03896.


[Закрыть], и, весьма вероятно, то же верно и для всех остальных животных.

Исследователи из Пенсильванского университета[123]123
  Исследователи из Пенсильванского университета: Shelley L. Berger (May 31, 2017). «Metabolic enzyme fuels molecular machinery of memory.» Penn Medicine News; Penn study finds epigenetics key to laying down spatial memories in mouse brain, providing possible new neurological medications. https://www.pennmedicine.org/news/news-releases/2017/may/metabolic-enzyme-fuels-molecular-machinery-of-memory.


[Закрыть], изучая мозг мыши, обнаружили, что ключевой метаболический фермент, называемый ацетил-КоА-синтетазой 2, или ACSS2, работает непосредственно в ядре нейронов[124]124
  ACSS2, работает непосредственно в ядре нейронов: Mews, Philipp, Donahue, Greg, Berger, Shelley L., et al. (2017). «Acetyl-CoA synthetase regulates histone acetylation and hippocampal memory.» Nature; Gräff, J. and L. H. Tsai (2013). «Histone acetylation: molecular mnemonics on the chromatin.» Nature Reviews Neuroscience, 14, 97–111.


[Закрыть], чтобы включать или выключать гены при создании новых воспоминаний[125]125
  При создании новых воспоминаний: Myhrer, T. (2003). «Neurotransmitter systems involved in learning and memory in the rat: a meta-analysis based on studies of four behavioral tasks.» Brain Research Brain Research Reviews, 41(2–3), 268–287.


[Закрыть].

Используя мышиные модели, исследователи из лаборатории Карлоса Лоиса[126]126
  Исследователи из лаборатории Карлоса Лоиса: Gonzalez, Walter G., Zhang, Hanwen, Harutyunyan, Anna, Lois, Carlos (2019). «Persistence of neuronal representations through time and damage in the hippocampus.» Science, 365(6455), 821–825.


[Закрыть] в Калифорнийском технологическом институте определили, что сильные стабильные воспоминания кодируются не за счет усиления связей с отдельным нейроном, как считалось до недавнего времени, а за счет синхронного срабатывания групп нейронов.

Наконец, Патрик Треттенбрейн из Отдела развития языка и когнитивных наук Грацского университета в Австрии в 2016 году написал статью под названием «Гибель синапса как локуса памяти: Надвигающийся сдвиг парадигмы?», в которой проанализировал доказательства и пришел к выводу, что синапс плохо подходит[127]127
  Синапс плохо подходит: Trettenbrein, P. C. (2016). «The demise of the synapse as the locus of memory: A looming paradigm shift?» Frontiers in Systems Neuroscience, 10, 88.


[Закрыть] на роль основного вместилища памяти в мозге. Неоднократно было доказано, что воспоминания сохраняются, несмотря на разрушение синапсов, и сами они переключаются с очень высокой скоростью, даже когда ничего не изучается. Принимая во внимание все вышесказанное, можем утверждать, что доводы против синаптической пластичности являются довольно убедительными.

Вот современная наиболее обоснованная научная точка зрения: чтобы обеспечить возможность познания и хранения воспоминаний[128]128
  Чтобы обеспечить возможность познания и хранения воспоминаний: «Scientists advance search for memory’s molecular roots: Architecture of the cytoskeleton in neurons.» ScienceDaily (August 26, 2019). www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190826150658.htm.


[Закрыть], необходимо взаимодействие между тремя подвижными элементами – связывающим белком, структурным белком и кальцием, – что помогает электрическим сигналам поступать в нервные клетки и перестраивать цитоскелет. Цитоскелет представляет собой плотную сеть различных нитевидных белков во всех клетках с ядром – как у людей, так и у других животных, – эти белки необходимы для формирования, деления и миграции клеток. Актиновые филаменты, микротрубочки и промежуточные филаменты образуют основные компоненты цитоскелета. Именно в цитоскелетах внутри нейронов, по мнению некоторых ведущих ученых мира, и хранятся воспоминания.

Несколько лет назад биологи поняли, что один нейрон может функционировать как логический элемент, аналогичный тем, что используются в цифровых схемах. Недавно исследователи из Германии[129]129
  Исследователи из Германии: Gidon, A., Zolnik, T. A., Larkum, M. E., et al. (2020). «Dendritic action potentials and computation in human layer 2/3 cortical neurons.» Science, 367(6473), 83–87.


[Закрыть] обнаружили, что отдельные дендриты могут обрабатывать полученные от соседних нейронов сигналы, прежде чем передавать их в качестве входных данных для общей реакции клетки. Похоже, что крошечные отсеки в дендритных ветвях кортикальных нейронов могут выполнять сложные операции, связанные с математической логикой. Теоретически почти любое мыслимое вычисление может быть выполнено одним нейроном с достаточным количеством дендритов, каждый из которых способен выполнять свою собственную нелинейную операцию.

Нейрон, ведущий себя как многослойная сеть, обладает большими возможностями по обработке данных и, следовательно, может изучать или хранить больше информации. «Очень немногие люди восприняли всерьез идею о том, что нейрон может быть сложным вычислительным устройством»[130]130
  «Нейрон может быть сложным вычислительным устройством»: слова Гэри Маркуса из публикации Cepelewicz, Jordana (2020) «Hidden Computational Power Found in the Arms of Neurons.» Quanta Magazine. https://www.quantamagazine.org/neural-dendrites-reveal-their-computational-power-20200114/.


[Закрыть], – однажды заметил Гэри Маркус, ученый-когнитивист из Нью-Йоркского университета. Это открытие также способно побудить некоторых ученых-информатиков пересмотреть стратегии для создания искусственных нейронных сетей, которые традиционно строились на основе представления о нейронах как о простых, «неразумных» переключателях.

Дальнейшие исследования, проведенные нейробиологом Джеффри Маклисом из Гарвардской медицинской школы, затрагивающие процесс выполнения нейронами своих задач[131]131
  Затрагивающие процесс выполнения нейронами своих задач: Poulopoulos, A. and Macklis, J. D., et al. (2019). «Subcellular transcriptomes and proteomes of developing axon projections in the cerebral cortex.» Nature, 565(7739), 356–360.


[Закрыть], поставили под сомнение догму о том, что ядро и тело клетки являются центрами управления нейроном. Результаты Маклиса предполагают, что конусы роста – внешние кончики аксонов – способны получать информацию из окружающей среды, локально принимать сигнальные решения и функционировать полуавтономно без тела клетки. Конусы роста содержат большую часть молекулярного механизма независимой клетки, включая белки, участвующие в росте, метаболизме, передаче сигналов и многих других процессах.

В КАКОМ-ТО СМЫСЛЕ НАШИ ТЕЛА – ЭТО НЕ ИЕРАРХИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМЫЕ ГОСУДАРСТВА, А СКОРЕЕ ДЕМОКРАТИЧЕСКИЕ ОБЩЕСТВА, ГДЕ КАЖДАЯ КЛЕТКА И ВСЯКАЯ ЕЕ ЧАСТЬ ВНОСЯТ СВОЙ ВКЛАД В ОБЩЕЕ БЛАГО.

По словам Дугласа Р. Филдса, пишущего для журнала Scientific American, «нейроны – это изящные клетки[132]132
  «Нейроны – это изящные клетки»: Fields, R. Douglas (2013). «Human Brain Cells Make Mice Smart.» Scientific American. https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/human-brain-cells-make-mice-smart/.


[Закрыть], специалисты по информации. А кто же простые рабочие лошадки? Разумеется, клетки глии». Интересно, что дочь доктора Филдса, Келли, произвела иммуноцитохимическое окрашивание и сделала микрофотографию. Когда она училась в начальной школе, доктор Филдс взял ее в свою лабораторию, чтобы поучаствовать в школьном проекте «Приведи свою дочь на работу». В настоящее время Келли уже 26 лет и она является штатным гидом по скалолазанию, о чем я узнал в личной беседе.

Астроциты, которые являются крупнейшими глиальными клетками, долгое время воспринимались как малозначимые[133]133
  Долгое время воспринимались как малозначимые: Pinto-Duarte, A., Roberts, A. J., Ouyang, K., and Sejnowski, T. J. (2019) «Impairments in remote memory caused by the lack of Type 2 IP3 receptors.» Glia, 67(10). doi: 10.1002/glia.23679.


[Закрыть], второстепенные игроки. Однако больше их таковыми не считают. Хотя астроциты и не могут генерировать электрические импульсы, они взаимодействуют друг с другом и с нейронами посредством повышения и понижения концентрации кальция. Они также выделяют глиотрансмиттеры – вещества, химически сходные с нейромедиаторами. Астроциты не только ощущают связь между нейронами в синапсах, но и могут контролировать нейронную коммуникацию.

В 2014 году профессор Терренс Сейновски – руководитель Лаборатории вычислительной нейробиологии Института Солка – и его коллеги показали, что отключение высвобождения глиотрансмиттеров[134]134
  Отключение высвобождения глиотрансмиттеров: Lee, H. S., Ghetti, A., Pinto-Duarte, A., Wang, X., Dziewczapolski, G., Galimi, F., and Sejnowski, T. J. (2014). «Astrocytes contribute to gamma oscillations and recognition memory.» Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(32), E3343-E3352.


[Закрыть] в астроцитах снижает электрический ритм, известный как гамма-колебания, важный для развития когнитивных навыков. Ученые проверили навыки обучения и памяти мышей с отключенными астроцитами и обнаружили у них нарушение способности познавать что-либо новое.

Астроциты человека в 20 раз крупнее по объему, чем астроциты грызунов, что значительно больше, чем соотношение количества нейронов человека и грызуна. Увеличение количества и сложности астроцитов в человеческом мозге вносит больший вклад в значительное увеличение объема мозга у людей и приматов, чем нейроны. Тот факт, что астроциты человека крупнее и сложнее, чем у других животных, говорит о том, что в ходе эволюции роль нейронной обработки расширилась.

Человеческие астроциты, вместо того чтобы «общаться» посредством электрических сигналов, как это делают нейроны, взаимодействуют с другими астроцитами и нейронами с помощью нейромедиаторов[135]135
  С помощью нейромедиаторов: Han, X., Chen, M., Silva, A. J., et al. (2013). «Forebrain engraftment by human glial progenitor cells enhances synaptic plasticity and learning in adult mice.» Cell Stem Cell, 12(3), 342–353.


[Закрыть]. Это позволяет им передавать сигналы в три раза быстрее.

Команда нейробиологов пересадила клетки человеческого мозга в мозг мышей и обнаружила, что скорость обучения и запоминания у этих грызунов намного выше, чем у обычных мышей. Примечательно, что пересаженные клетки были не нейронами, а клетками глии, которые неспособны передавать электрические сигналы. Результаты свидетельствуют о том, что обработка информации в мозге выходит за рамки механизма электрической передачи сигналов между нейронами.

Из-за своего размера астроциты охватывают большое количество нейронов и миллионы синапсов и, по-видимому, выводят функционирование нейронных сетей на качественно новый уровень. Неудивительно, что аргентинский специалист по нейроанатомии Хорхе Коломбо говорил о сетях астроглий[136]136
  Сетях астроглий: Colombo, J. A. and Reisin, H. D. (2004) «Interlaminar astroglia of the cerebral cortex: A marker of the primate brain.» Brain Research, 1006, 126–131.


[Закрыть] как о потенциальном ненейронном аспекте обработки информации, в котором глия объединяет нейроны и синапсы в функциональные ансамбли.

Международное исследование, проведенное учеными из Национального университета Ирландии в Голуэе[137]137
  Международное исследование, проведенное учеными из Национального университета Ирландии в Голуэе: Holleran, Laurena, Kelly, Sinead, Donoho, Gary, et al. (2020) «The Relationship Between White Matter Microstructure and General Cognitive Ability in Patients with Schizophrenia and Healthy Participants in the ENIGMA Consortium.» American Journal of Psychiatry, 177(6), 537-doi: 10.1176/ appi.ajp.2019.19030225.


[Закрыть], продемонстрировало, что взаимосвязь между структурой мозга и интеллектом затрагивает не только серое вещество, но и белое вещество мозга; другими словами, проводящую систему в целом. Профессор психиатрии из Стэнфордского университета Роберт Маленка заметил: «Рассматривая, как работает мозг[138]138
  «Рассматривая, как работает мозг»: слова Роберта Маленки из публикации Fields, R. Douglas (2013). «Human Brain Cells Make Mice Smart.» Scientific American. https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/human-brain-cells-make-mice-smart/.; Fields, Douglas (2013). «‘Brainy’ Mice with Human Brain Cells: Chimeras of Mice and Men.» BrainFacts. https://www.brainfacts.org/in-the-lab/animals-in-research/2013/brainy-mice-with-human-brain-cells-chimeras-of-mice-and-men.


[Закрыть], нам необходимо проанализировать и понять все типы клеток в мозге и то, как они взаимодействуют».

Спинной мозг, который, как и головной мозг, является частью ЦНС, состоит из нейронов и поддерживающих глиальных клеток. Исследователи из Монреальского университета, используя аппарат магнитно-резонансной томографии нового типа, впервые смогли доказать, что спинной мозг сохраняет усвоенные двигательные паттерны независимо от головного мозга. Также ученые доказали, что спинной мозг может обучаться двигательным навыкам[139]139
  Спинной мозг может обучаться двигательным навыкам: Vahdat, Shahabeddin, Lungu, Doyon, Ovidiu, Julien, et al. (2015). «Simultaneous Brain-Cervical Cord f MRI Reveals Intrinsic Spinal Cord Plasticity during Motor Sequence Learning.» PLoS. doi: 10.1371/journal.pbio.1002186.


[Закрыть] независимо от головного мозга. Следовательно, это исследование убедительно демонстрирует, что нейроны сохраняют воспоминания даже вне мозга.

В 1998 году «отец гастроневрологии» Майкл Д. Гершон, преподающий в Колумбийском университете, начал проявлять исследовательский интерес к нервной системе кишечника[140]140
  Нервной системе кишечника: Gershon, M. D. (2020). «The thoughtful bowel.» Acta Physiologica, 228(1), e13331.


[Закрыть], или энтеральной нервной системе (ЭНС), и написал книгу «Второй мозг[141]141
  «Второй мозг»: Gershon, Michael D. The Second Brain (New York: HarperCollins, 1998).


[Закрыть]. Как микробы в кишечнике управляют нашим настроением, решениями и здоровьем». С тех пор многие ученые находят доказательства в поддержку гипотез Гершона. Совсем недавно биологи с факультета биологии человека Мюнхенского технического университета рассмотрели доказательства интеллектуальных способностей ЭНС[142]142
  «Интеллектуальных способностей» ЭНС: Schemann, M., Frieling, T., and Enck, P. (2020). «To learn, to remember, to forget – How smart is the gut?» Acta Physiologica, 228(1), e13296.


[Закрыть]. Они привели примеры привыкания, повышения осведомленности, обусловленного обучения и долгосрочной фасилитации[143]143
  Фасилитация – снижение сопротивления нервного пути к импульсу. – Прим. пер.


[Закрыть]. В своей статье они сформулировали это так: «Несмотря на некоторые экспериментальные проблемы, мы убеждены, что кишечник способен учиться, и испытываем искушение ответить на вопрос [Разумен ли кишечник?]: да, кишечник разумен».

Отходя от модели Кандела, я прихожу к следующему выводу: широко распространенное убеждение в том, что память хранится в синапсах, остро нуждается в обновлении[144]144
  Остро нуждается в обновлении: Trettenbrein, P. (2016). «The Demise of the Synapse as the Locus of Memory: A Looming Paradigm Shift?» Frontiers in Systems Neuroscience, doi: 10.3389/fnsys.2016.00088.


[Закрыть]. Открытия Гланцмана, Лоиса, Треттенбрейна и других нейробиологов, на которых я ссылался, указывают на то, что синапсы обеспечивают точки доступа к нейронам. Чем больше информации определенного типа поступает в совокупность нейронов, тем сильнее становятся их синапсы и тем больше воспоминаний будет храниться в нейронах и глиальных клетках.

Представьте на мгновение две деревни, разделенные густым лесом. Люди ходят по лесу между деревнями и при этом протаптывают узкую тропинку. Со временем население растет, и все больше людей ходит по этому пути. Тропинка становится шире. Затем люди ездят по ней верхом, позже – на экипажах, и тропинка постепенно становится широкой дорогой. Люди, которые путешествовали по ней, запомнят свой опыт и смогут поделиться им с другими. При ближайшем рассмотрении на дороге могут быть обнаружены следы ног или повозок, но не будет воспоминаний о людях и животных, которые следовали этим путем. Это – просто дорога.

Я предлагаю эту историю в качестве аналогии для связи синапсов с нейронами. Несомненно, синапсы будут становиться толще по мере прохождения через них большего количества информации, но информация в конечном счете попадет в нейроны и глиальные клетки, а затем в остальную часть тела, а не в синапсы.