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

В настоящее время точно установлено, что в дополнение к нейронам коры головного мозга глиальные клетки, функциональные нейроны спинного мозга и кишечника активно участвуют в регулировании процессов в нашем теле и разуме.

Когда нейроны исчезают бесследно

В животном мире огромные различия в размерах мозга не коррелируют с очевидными когнитивными способностями. Вороны, например, имеют мозг размером менее 1 % от человеческого, но все же совершают подвиги познания, сравнимые с теми, что наблюдаются у шимпанзе и горилл. Они также способны ставить себя на место других, распознавать причинно-следственные связи и делать выводы. Голуби могут выучить английскую орфографию на уровне шестилетних детей. Поведенческие исследования показали, что эти птицы способны создавать и использовать орудия труда, а также распознавать людей на улице, чего не удается даже многим приматам[145]145
  Вороны и голуби: Stacho, Martin, Herold, Christina, Güntürkün, Onur, et al. (2020). «A cortex-like canonical circuit in the avian forebrain.» Science. doi: 10.1126/science.abc5534.


[Закрыть].

Ученые заметили, что некоторые виды осьминогов ищут и используют морские раковины и скорлупу кокосовых орехов в качестве орудий труда и защиты, в то время как другие виды собирают камни и размещают их перед логовищами, чтобы обезопаситься. Существует множество анекдотических историй о том, как осьминоги вырывались из резервуаров в аквариумах и стреляли струями воды в конкретных людей и оборудование.

ИСТОРИИ РАССКАЗЫВАЮТ, ЧТО ЖИВОТНЫЕ МОГУТ РАСПОЗНАВАТЬ ОТДЕЛЬНЫХ ЛЮДЕЙ И ДЕМОНСТРИРОВАТЬ ЭЛЕМЕНТ ПЛАНИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ СВОЕГО ОКРУЖЕНИЯ.

У осьминогов отсутствует центральный мозг[146]146
  У осьминогов отсутствует центральный мозг: Beblo, Julienne. (2018). «Are You Smarter Than an Octopus?» National Marine Sanctuary Foundation. https://marinesanctuary.org/blog/are-you-smarter-than-an-octopus/.


[Закрыть]. Каждое из восьми щупалец осьминога имеет большое количество нейронов, что эквивалентно наличию мозга в каждом придатке, который способен получать и обрабатывать информацию об окружающей среде. Вместо центральной нервной системы роль их мозга выполняет тело.

Эти данные ставят под сомнение четкую связь между размером мозга и когнитивными навыками, что подводит нас к следующей теме. Что происходит с человеком, когда его мозг критически поврежден или в значительной степени отсутствует? Радикальное удаление половины головного мозга[147]147
  Радикальное удаление половины головного мозга: McClelland III, S. and Maxwell, R. E. (2007). «Hemispherectomy for intractable epilepsy in adults: The first reported series.» Annals of Neurology, 61(4), 372–376.


[Закрыть] иногда используют в качестве лечения эпилепсии у детей[148]148
  Лечения эпилепсии у детей: Villemure, J. G. and Rasmussen, T. H. (1993). Functional hemispherectomy in children. Neuropediatrics, 24(01), 53–55; Battaglia, D., Veggiotti, P., Lettori, D., Tamburrini, G., Tartaglione, T., Graziano, A., Colosimo, C. (2009). «Functional hemispherectomy in children with epilepsy and CSWS due to unilateral early brain injury including thalamus: sudden recovery of CSWS.» Epilepsy Research, 87(2–3), 290–298; Schramm, J., Kuczaty, S., Sassen, R., Elger, C. E., and Von Lehe, M. (2012). «Pediatric functional hemispherectomy: outcome in 92 patients.» Acta Neurochirurgica, 154(11), 2017–2028.


[Закрыть]. Говоря о группе из более чем 50 пациентов, прошедших эту процедуру, команда из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе[149]149
  Команда из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе: Carson, B. S., Javedan, S. P., Guarnieri, M., et al. (1996). «Hemispherectomy: a hemidecortication approach and review of 52 cases.» Journal of Neurosurgery, 84(6), 903–911.


[Закрыть] написала, что ученые были «поражены очевидным восстановлением памяти[150]150
  «Поражены очевидным восстановлением памяти»: Vining, E. P., Freeman, J. M., Pillas, D. J., Uematsu, S., Zuckerberg, A., et al. (1997). «Why would you remove half a brain? The outcome of 58 children after hemispherectomy – the Johns Hopkins experience: 1968 to 1996.» Pediatrics, 100(2), 163–171.


[Закрыть] после удаления половины мозга – любой половины – и сохранением индивидуальности ребенка, в том числе чувства юмора».

Теперь рассмотрим случай из Китая[151]151
  Случай из Китая: Feng Yu, Qing-jun Jiang, Xi-yan Sun, Rong-wei Zhang; (2015). «A new case of complete primary cerebellar agenesis: clinical and imaging findings in a living patient.» Brain, 138(6), e353.


[Закрыть]. Двадцатичетырехлетняя женщина поступила в больницу общего профиля в провинции Шаньдун с жалобами на головокружение и тошноту. Она сказала врачам, что ее речь стала понятной только в возрасте шести лет, а до семи лет она не умела ходить.

Используя метод компьютерной аксиальной томографии для снимка поперечного сечения тела, врачи немедленно выявили источник проблемы: у нее отсутствовал весь мозжечок[152]152
  Мозжечок – небольшая структура в задней части мозга под двумя полушариями. Она выглядит иначе, чем остальная часть мозга, потому что состоит из гораздо меньших и более компактных складок ткани. Мозжечок составляет около 10 % от общего объема мозга, но содержит 50 % нейронов. В прошлом считалось, что мозжечок контролирует главным образом осанку и двигательный баланс, однако недавно выяснилось, что он также является важнейшим нейромодулятором интеллекта и настроения, оптимизируя эти функции, которые с топографической точностью представлены в различных областях мозжечка. Самая главная задача мозжечка – проверка качества движения; но он также проверяет и наши мысли – сглаживает их, исправляет, совершенствует. За последние несколько лет накопились данные, указывающие на выраженную дисфункцию мозжечка в мозжечково-таламо-кортикальных сетях при шизофрении. Источники: Stoodley, C. and Schmahmann, J. (2009). «Functional Topography in the Human Cerebellum: A Meta-analysis of Neuroimaging Studies.» Neuroimage, 44(2), 489–501. doi: 10.1016/ j.neuroimage.2008.08.039; Demirtas-Tatlidede, Asli, Freitas, Catarina, Cromer, Jennifer R., et al. (2010). «Safety and Proof of Principle Study of Cerebellar Vermal Theta Burst Stimulation in Refractory Schizophrenia.» Schizophrenia Research, 124(1–3), 91–100.


[Закрыть]. В месте, где он должен находиться, вообще не было ткани – вместо этого оно было заполнено спинномозговой жидкостью. Врачи предположили, что нормальная функция мозжечка могла передаться коре головного мозга, но так ли это было? Мы вскоре вернемся к этому объяснению.

Медицинская литература содержит удивительное количество известных случаев, когда у людей отсутствовала значительная часть коры головного мозга – внешнего слоя мозговой ткани, который считается центром мыслящего мозга. В настоящее время живая и здоровая десятилетняя немецкая девочка[153]153
  Десятилетняя немецкая девочка: Muckli, Lars (2009). «Scientists reveal secret of girl with ‘all seeing eye’.» University of Glasgow. http://www.gla.ac.uk/news/archiveofnews/2009/july/headline_125704_en.html.


[Закрыть] – одна из них. Она родилась без коры правого полушария головного мозга, что обнаружилось только в возрасте трех лет. По словам Ларса Макли из Университета Глазго, который руководил исследованием, несмотря на отсутствие у пациентки одного полушария, она демонстрировала нормальное психологическое функционирование и могла жить совершенно обычной и полноценной жизнью. Он описал ее как остроумную, очаровательную и умную.

В статье под названием «Действительно ли необходим мозг?» научный писатель Роджер Левин рассмотрел серию из 600[154]154
  Серия из шестисот случаев: Lewin, R. (1980). «Is your brain really necessary?» Science, 210(4475), 1232-doi: 10.1126/science.6107993; Lorber J. (1978). «Is Your Brain Really Necessary?» Archives of Disease in Childhood, 53(10), 834–835.


[Закрыть] описанных английским педиатром Джоном Лорбером случаев заболевания гидроцефалией – избытка спинномозговой жидкости – широко известной как водянка головного мозга. В 60 из этих случаев жидкость занимала 95 % черепа больных, и все же у половины из них IQ был выше среднего. Среди них был даже студент с IQ 126, который получал высшие баллы по математике и по общественным меркам считался нормальным. В этом случае Лорбер отметил, что вместо ткани мозга типичной толщины 4,5 см между желудочками и поверхностью коры[155]155
  Вместо ткани мозга типичной толщины 4,5 см между желудочками и поверхностью коры: Lorber, J. (1978). «Is Your Brain Really Necessary?» Archives of Disease in Childhood, 53(10), 834–835.


[Закрыть] был всего лишь тонкий слой мантии размером около миллиметра. Череп в основном заполняла спинномозговая жидкость.

В июле 2007 года 44-летний француз[156]156
  В июле 2007 года 44-летний француз: Feuillet, L.; Dufour, H.; Pelletier, J. (2007). «Brain of a white-collar worker.» Lancet, 370(9583), 262.


[Закрыть] обратился в больницу с жалобами на легкую слабость в левой ноге. Когда врачи узнали, что мужчине в возрасте 14 лет удалили спинномозговой шунт, они провели компьютерную томографию (КТ) и магнитно-резонансную томографию (МРТ). Они обнаружили заполненную жидкостью полость, занимающую большую часть пространства в его черепе и оставившую место лишь для тонкого слоя настоящей мозговой ткани. В то время как мозг практически отсутствовал, тесты на интеллект показали, что IQ пациента составлял 75 (средний балл – 100). Сегодня это считалось бы пограничным интеллектуальным функционированием[157]157
  IQ – количественная оценка уровня интеллекта человека. Подавляющее большинство людей в Соединенных Штатах имеют IQ от 80 до 120, при этом IQ 100 считается средним. Чтобы получить диагноз «задержка в умственном развитии», человек должен иметь IQ ниже 70.


[Закрыть].

Пациент состоял в браке, стал отцом двоих детей и работал государственным служащим – иначе говоря, вел нормальный образ жизни, несмотря на то что у него были чрезвычайно увеличенные желудочки с уменьшенным объемом мозговой ткани. «Что я нахожу удивительным[158]158
  «Что я нахожу удивительным»: «Tiny brain no obstacle to French civil servant.» Reuters, https://www.reuters.com/article/us-brain-tiny-idUSN1930510020070720.


[Закрыть], так это то, как мозг может справляться с явлениями, которые мы считали несовместимыми с жизнью», – прокомментировал доктор Макс Мюнке, специалист по детским дефектам головного мозга из Национального исследовательского института генома человека.

Нейробиологи объясняют почти нормальное поведение[159]159
  Нейробиологи объясняют почти нормальное поведение: Wojtowicz, J. M. (2011). «Adult neurogenesis. From circuits to models.» Behavioral Brain Research. doi: 10.1016/j.bbr.2011.08.013.


[Закрыть] людей с гидроцефалией нейропластичностью. Предлагаемые механизмы включают нейрогенез, т. е. создание новых нейронов, запрограммированную гибель клеток (версия, вызывающая вопросы!) и зависящее от опыта формирование синапсов.

Аргумент в пользу этой нелогичной точки зрения ненадежно основывается на предположении, что только наличие невообразимо высоких уровней альтернативных возможностей или пластичности, явно отсутствующих, может компенсировать резкое уменьшение массы мозга в определенных клинически нормальных случаях гидроцефалии или у людей, у которых удалена большая часть мозга.

Другое распространенное объяснение основано на выводе о том, что, хотя повреждение полушарий, как правило, обширно, ствол головного мозга обычно (но не всегда) не затрагивается и берет на себя функции отсутствующей мозговой ткани.

Я не думаю, что эти гипотезы удовлетворительно объясняют, как тонкий слой коры головного мозга может функционировать при отсутствии больших частей мозга. Как может значительно уменьшенное количество нейронов и глиальных клеток работать так же хорошо, как и полный набор клеток? Представьте, например, что вы сломали правую ногу[160]160
  Сравнивать сломанную ногу и поврежденный мозг не вполне корректно, так как принципы организации и функционирования конечности и органа значительно отличаются.


[Закрыть]. Даже при хорошем заживлении никакие стимуляции, физиотерапия или физические упражнения не вернут вашей ноге былую мощь. Мне кажется, что такие понятия, как нейропластичность, или гипотеза о том, что ствол мозга принимает на себя дополнительные функции, являются дымовой завесой, вызванной недостатком знаний. Логика подсказывает, что должен быть предел[161]161
  Логика подсказывает, что должен быть предел: Majorek, M. B. (2012). «Does the brain cause conscious experience?» Journal of Consciousness Studies, 19, 121–144.


[Закрыть] тому, насколько так называемая незатронутая область мозга или сломанная большеберцовая кость (одна из двух костей голени) могут компенсировать потерю ткани.

Относительно незатронутых или здоровых частей мозга, которые, как предполагается, приобретают функцию утраченных частей, мне хочется задать вопрос: как могут существовать какие-либо области в мозге, не затронутые потерей окружающих тканей и давлением, оказываемым на них спинномозговой жидкостью? Именно так опухоли головного мозга постепенно разрушают мозговую ткань и нарушают ее функции.

Я предполагаю, что люди с отсутствующим мозговым веществом функционируют так же хорошо, как и обычные люди, не из-за нейропластичности или привлечения незатронутых областей мозга – хотя, несомненно, некоторые из этих догадок применимы, – но потому, что мозг никогда не работает в одиночку. Его функция неразрывно связана с телом и внешним миром. У человека с отсутствующей частью коры головного мозга образуется сеть, состоящая из нейронов в черепных нервах, спинного мозга и других клеток организма (соматические клетки, иммунные клетки, клетки сердца и т. д.), постоянно взаимодействующая с мозгом или тем, что от него осталось. Она действует почти как резервный диск на компьютере, содержащий фрагменты памяти и функциональные возможности, которые в совокупности способствуют почти нормальному познанию и поведению.

Обилие нейронов

Давайте теперь перейдем к теме, которая почти диаметрально противоположна отсутствию мозговой ткани, а именно – к синдрому саванта. Незадолго до полуночи, в 2002 году, когда Джейсон Паджетт[162]162
  Джейсон Паджетт: Markovich, Matt (2015). «Blow to the head turns Tacoma man into a genius.» Komono News. https://komonews.com/news/local/knocked-out-in-bar-fight-man-wakes-up-as-a-genius-11-21-2015.


[Закрыть] выходил из караоке-бара в Такоме, двое парней набросились на него сзади. В отделении неотложной помощи врачи сказали Джейсону, что у него тяжелое сотрясение мозга и кровотечение в области почки. Лечащий персонал дал ему обезболивающее и отправил домой. По моей оценке, довольно бесцеремонная реакция врачей на потенциально опасное для жизни состояние, но суть истории не в этом. Вскоре после нападения Джейсон начал воспринимать мир иначе.

Он видел повседневные предметы как геометрические узоры и без умолку говорил о математике, числе Пи и бесконечности. А еще Джейсону хотелось рисовать сложные, завораживающие фигуры, используя только карандаш и линейку. При этом он отмечал, что понятия не имеет, что рисует.

В конце концов Джейсон проконсультировался с ведущим мировым экспертом в области синдрома саванта – Дарольдом Треффертом. Синдром саванта обычно описывается как острова гениальности[163]163
  Остров гениальности – выдающиеся способности в одной или нескольких областях знаний, контрастирующие с общей ограниченностью личности. – Прим. пер.


[Закрыть] и способности у людей, которые знают то, чего никогда не учили. Некоторые рождаются гениальными, как Моцарт; другие становятся таковыми, как Джейсон. Навыки чаще всего проявляются в искусстве, музыке, вычислениях, двигательных или пространственных способностях. Каким бы ни был специальный навык, он всегда связан с массовой, чрезвычайно глубокой памятью, но очень ограниченной в пределах области специального навыка.

Трефферт, психиатр из Висконсина, изучал синдром саванта более 50 лет. Он придерживается мнения, что мозг человека, получившего тяжелую травму, способен подключить другую часть мозга[164]164
  Подключить другую часть мозга: Treffert, Darald. Extraordinary People: Understanding the Savant Syndrome. (Lincoln, Neb.: iUniverse, 2006), originally published by Ballantine and Treffert, Darold (2015). «Genetic Memory: How We Know Things We Never Learned.» Scientific American.


[Закрыть] для компенсации функций поврежденной части. В случае Джейсона он предположил, что была «завербована» часть, способная делать сложные математические вычисления. Причудливое слово – «вербовать». Действительно ли это объясняет процесс, который включает в себя впечатляющую интеллектуальную трансформацию?

Поскольку большинство савантов рождаются с особыми способностями и часто с когнитивными проблемами, такими как аутизм, а у некоторых исключительные навыки развиваются после физической травмы головы, следует предположить, что синдром саванта является генетическим заболеванием. У некоторых людей исключительный талант проявляется в раннем возрасте, у других остается дремлющим до тех пор, пока не будет вызван внешним событием, таким как удар по голове.

Майкл С. Газзанига – профессор психологии из Калифорнийского университета – в своей книге «Прошлое разума» пишет: «Как только мозг построен, он начинает выражать то, что знает[165]165
  «Как только мозг построен, он начинает выражать то, что знает»: Gazzaniga, Michæl S. The Mind’s Past (Berkeley: University of California Press, 2000).


[Закрыть], то, что получает с самого начала». Саванты – это примеры того, что мы не начинаем жизнь с чистого листа (Фрейд называл это tabula rasa).

Однако существует проблема с принятием генетической передачи особых интеллектуальных способностей, которым пытаются объяснить синдром саванта. Было бы достаточно, если бы мы могли доказать, что у всех савантов были блестящие родители, бабушки или прадедушки, но доказательств этому нет. Так откуда же взялись эти гены гениальности? Ответ, по-видимому, таков: они появились либо в результате спонтанной мутации (этому тоже нет доказательств), либо у всех нас эти гены находятся в состоянии покоя, активируясь эпигенетическими механизмами. Задача состоит в том, чтобы высвободить эту скрытую способность ненасильственным путем, без травмы головного мозга или подобного травмирующего события.

Несомненно, склонность к определенной деятельности и экстраординарные способности всегда должны были присутствовать в человеке, хоть и в пассивном состоянии. Вы могли бы сказать, что гениальность была заперта, и травма, в случае Джейсона, выпустила ее. Я думаю, что самое простое, логичное и научно обоснованное объяснение синдрома саванта – эпигенетика. Гены, которые контролируют особые музыкальные, математические или другие исключительные таланты, имелись у савантов, получивших свои способности еще при рождении, в то время как у поздних савантов эти же гены включались в результате внешних событий. Конечно, поскольку у нас еще нет мышей или крыс-савантов, пройдет некоторое время, прежде чем эту гипотезу докажут в лаборатории.

Хорошие новости

Мы давно знаем, что жирные кислоты омега-3 и омега-6 способствуют здоровому старению мозга[166]166
  Важно отметить, что ненасыщенные омега-жирные кислоты вовсе не являются универсальными помощниками для сохранения и улучшения функционирования нервной системы.


[Закрыть], однако результаты двух новых исследований подтверждают решающую роль полиненасыщенных жирных кислот[167]167
  Решающую роль полиненасыщенных жирных кислот: Zamroziewicz, Marta K.; Paul, Erick J., Aron, K., et al. (2017). «Determinants of fluid intelligence in healthy aging: Omega-3 polyunsaturated fatty acid status and frontoparietal cortex structure.» Nutritional Neuroscience, 21(8), 570–579; Gu, Y., Vorburger, R. S., Brickman, A. M., et al. (2016). «White matter integrity as a mediator in the relationship between dietary nutrients and cognition in the elderly.» Annals of Neurology, 79(6), 1014–1025.


[Закрыть] и в поддержании интеллекта и памяти. Эти исследования подчеркивают важность изучения совместного воздействия класса питательных веществ, а не каждого из представителей поодиночке. Уменьшая воспаление, окислительный стресс и накопление тромбоцитов, а также улучшая артериальное давление, жирные кислоты как группа веществ оказывают физиологические эффекты, которые могут улучшить здоровье мозга. Продукты, богатые этими кислотами, – это рыба, орехи, семена и масла, и все они входят в так называемую средиземноморскую диету[168]168
  Средиземноморская диета – это смесь из традиционных пищевых привычек людей, живущих в Испании, Италии, Франции, Греции и на Ближнем Востоке. Как придерживаться средиземноморской диеты? Ешьте натуральные, необработанные продукты (фрукты, овощи, цельные зерна и орехи). Сделайте оливковое масло основным источником пищевых жиров. Сократите потребление красного мяса (ежемесячно). Ешьте небольшое или умеренное количество рыбы (еженедельно). Пейте умеренное количество вина (до одного-двух бокалов в день для мужчин и до одного – для женщин).


[Закрыть].

Этот стиль питания действительно можно похвалить. Доменико Пратико из Темпльского университета доказал, что потребление оливкового масла первого отжима[169]169
  Потребление оливкового масла первого отжима: Lauretti, E., Iuliano, L., and Praticò, D. (2017). «Extra-virgin olive oil ameliorates cognition and neuropathology of the 3xTg mice: role of autophagy.» Annals of Clinical and Translational Neurology, 4(8), 564–574.


[Закрыть] защищает память и способность к обучению и уменьшает образование бета-амилоидных бляшек и нейрофибриллярных клубков в мозге – классических маркеров болезни Альцгеймера. Мы выяснили, что при обнаружении этого заболевания масло уменьшает воспаление мозга и, что более важно, активирует процесс, известный как аутофагия. Аутофагия – это средство, с помощью которого клетки разрушаются, а организм очищается от внутриклеточного мусора и токсинов, таких как амилоидные бляшки и нейрофибриллярные клубки.

В настоящее время беспокойство по поводу потери памяти с возрастом, похоже, посещает всех – как молодых, так и пожилых. Исследование, недавно опубликованное Джейсоном Стеффенером[170]170
  Исследование, недавно опубликованное Джейсоном Стеффенером: Steffener, Jason, Habeck, Christian, Stern, Yaakov, et al. (2016). «Differences between chronological and brain age are related to education and self-reported physical activity.» Neurobiology of Aging, 40, 138-doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2016.01.014.


[Закрыть], ученым из Университета Конкордия в Монреале, пролило свет на эту тему, показав, что чем чаще человек поднимается по лестнице и чем больше лет он учится, тем моложе выглядит его мозг[171]171
  МРТ-сканирование – это медицинский тест, при котором используются магнитное поле и радиоволны для создания детальной картины органов и других структур внутри тела. МРТ расшифровывается как магнитно-резонансная томография.


[Закрыть].

Исследователи обнаружили, что возраст мозга уменьшается на 0,58 года за год ежедневного подъема по лестнице между двумя последовательными этажами и на 0,95 года за каждый год обучения.

Также я подготовил для вас научное доказательство общеизвестного факта: зеленые насаждения полезны для серого вещества[172]172
  Зеленые насаждения полезны для серого вещества: Tilley, Sara, Neale, Chris, Patuano, Agnès, and Cinderby, Steve (2017). «Older People’s Experiences of Mobility and Mood in an Urban Environment: A Mixed Methods Approach Using Electroencephalography (EEG) and Interviews». International Journal of Environmental Research and Public Health, 14(2), https://medicalxpress.com/news/2017-04-green-spaces-good-grey.html#jCp.


[Закрыть] в вашей черепной коробке. Исследование, проведенное в университетах Эдинбурга и Йорка, было направлено на то, чтобы понять, как пожилые люди воспринимают различные городские условия, с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), самооценки и опроса. В рамках эксперимента восемь добровольцев в возрасте 65 лет и старше носили мобильное устройство, делающее ЭЭГ и регистрирующее их мозговую активность при ходьбе по застроенным и зеленым городским пространствам. Исследовательская группа также запустила видеозапись маршрутов, по которым ходили люди, и попросила участников описать первое впечатление от того, что они чувствовали. Добровольцев также опрашивали до и после их прогулок.

Пожилые участники испытали благотворное воздействие от садов, газонов и деревьев во время прогулок в оживленной городской среде. Наличие зеленых насаждений вызывало личные и культурные воспоминания и помогало формировать новые социальные связи.

Резюме

Последние открытия в области неврологии ставят под сомнение или даже опровергают давнюю теорию о том, что память хранится в синапсах мозга. Гипотеза телесного разума постулирует, что новая информация и опыт запускают формирование инграмм с устойчивыми физическими или химическими изменениями в нейронах и каждой клетке тела[173]173
  Автор говорит о нейронах и глии, но распространяет свои выводы на каждую клетку тела – правомочность этого вывода вызывает сомнения.


[Закрыть]. Нейроны составляют всего 15 % клеток нашего мозга. Глиальные клетки, которые годами считались простой соединительной тканью, не имеющей большого значения, на самом деле контролируют связь между нейронами и играют центральную роль в обучении. Астроциты, в частности, существенно влияют на то, как информация передается и хранится в мозге. Кроме того, как отметил Хорхе Коломбо, сети астроцитов могут служить ненейронными каналами[174]174
  Сети астроцитов могут служить ненейронными каналами: 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] обработки информации, в которых клетки глии объединяют нейроны и синапсы в функциональные ансамбли[175]175
  Функциональные ансамбли: Wixted, J. T., Squire, L. R., Steinmetz, P. N., et al. (2014). «Sparse and distributed coding of episodic memory in neurons of the human hippocampus.» Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(26), 9621–9626.


[Закрыть].

Ученые продемонстрировали, что нейроны в спинном мозге способны осваивать двигательные навыки независимо от мозга. Точно так же кишечная нервная система может действовать независимо от мозга, но в то же время быть тесно с ним связана. Очевидно, что сохранять воспоминания способны нейроны, находящиеся не только в мозге, но и вне его.

Люди, которым хирургическим путем удалили части тканей головного мозга или которые родились с гидроцефалией, работают и живут так же хорошо, как и другие, не из-за нейропластичности или «вербовки» незатронутых областей мозга, а потому, что мозг или то, что от него осталось, является частью гораздо более крупной коммуникационной сети в организме. Этот расширенный мозг, или воплощенный мозг, действует как резервная система хранения памяти, и, обнаруживая, что «сверху» поступает недостаточно данных, он отправляет туда необходимую информацию.

В следующих главах мы узнаем, как другие клетки организма (иммунные клетки, соматические клетки и клетки таких органов, как сердце) вносят вклад в динамическую систему, которой является воплощенный мозг.

Ключевые выводы

♦ Недавние исследования подрывают гегемонию синапса;

♦ синапс действует как канал связи с нейронами, а не как хранилище воспоминаний;

♦ хотя общепризнано, что нейроны в коре головного мозга хранят воспоминания, другие клетки, такие как глиальные клетки и нейроны в спинном мозге и кишечнике также отвечают за обработку и хранение информации;

♦ нейробиологам пришло время серьезно подумать об изменении или отказе от кортикоцентрической гипотезы памяти;

♦ случаи гидроцефалии убедительно подтверждают гипотезу о том, что размер человеческого мозга не связан с его информационным содержанием, интеллектом или способностями;

♦ гены, управляющие исключительными талантами савантов, проявляются либо самостоятельно в раннем детстве, либо в результате внешних событий (например, травмы головы);

♦ многие факторы, включая генетическую одаренность, а также физическую и умственную активность, влияют на когнитивные способности и старение мозга, однако питание играет особенно важную роль.

Глава третья
Иммунная система – доктор, который приходит на дом

Наши тела круглосуточно патрулирует молчаливая армия бдительных полицейских, санитарных инспекторов, врачей и машин скорой помощи. Они защищают нас от непрошеных гостей, в том числе от бактерий, вирусов и грибков, а также от чужеродных объектов вроде заноз или вросших ногтей. В принципе все чуждое для наших тел привлекает их внимание. Они устраняют травмы и утилизируют отходы, а также ведут учет злодеев, с которыми сталкиваются, чтобы к следующей встрече быть во всеоружии. Иммунная система делает все это и многое другое, чтобы сохранить наше здоровье.

Как работает иммунитет

Иммунная система эволюционировала, чтобы распознавать угрозы здоровью и реагировать на них, а также обеспечивать пожизненную память, предназначенную для предотвращения рецидивов заболеваний. Иммунная система состоит из большого разнообразия белых кровяных телец, некоторые из которых циркулируют по артериям и венам, а другие находятся в различных тканях организма, включая лимфатические узлы и кожу.

Иммунная система защищает организм, вырабатывая антитела, которые представляют собой белки, помогающие предотвратить причинение большого вреда «злоумышленниками». Эти белки называются антигенами. После заражения патогеном запускается каскад реакций. Иммунная система начинает вырабатывать определенный тип антител, предназначенных, в частности, для защиты от конкретного патогена. Организм способен создавать миллиарды антител, которые умело борются с миллиардами потенциальных захватчиков[176]176
  Антитела вырабатываются иммунной системой в ответ на присутствие антигена. Антигены – это большие молекулы, обычно белки, находящиеся на поверхности клеток, вирусов, грибков, бактерий и некоторых неживых веществ, таких как токсины, химические вещества и инородные частицы. Любое вещество, способное вызвать иммунный ответ, называется антигеном.


[Закрыть].

ИММУННЫЕ КЛЕТКИ НЕВЕРОЯТНО УМНЫ: ОНИ МОГУТ УЧИТЬСЯ ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ, ЗАПОМИНАТЬ ТО, ЧЕМУ НАУЧИЛИСЬ, И ПРИМЕНЯТЬ ЭТИ ЗНАНИЯ В БУДУЩЕМ.

Среди ключевых игроков иммунной системы есть два типа белых кровяных телец, известных как Т-клетки и В-клетки. В-клетки вырабатывают антитела, специфичные к определенным патогенам, а Т-клетки меняют свою форму, чтобы окружить, поглотить и таким образом уничтожить захватчика[177]177
  Фагоцитоз (который здесь описан) не является процессом, характерным для Т-клеток. Разные Т-клетки имеют прямую цитотоксическую (Т-киллеры), активирующую (Т-хелперы), регуляторную иммуносупрессивную (регуляторные Т-клетки) и некоторые другие активности. Они не поглощают «захватчика» для реализации этих функций.


[Закрыть]. Затем, после устранения болезни, некоторые Т-клетки и В-клетки преобразуются в Т-клетки памяти и В-клетки памяти[178]178
  Рисунок 1. Распределение Т-клеток. Автор: Л. Тэдман.


[Закрыть].

Вакцинация (иммунизация) основана именно на принципе работы этих клеток. Когда человеку делают прививку (от полиомиелита, кори и т. д.), ему вводят небольшую дозу соответствующего антигена, такого как мертвые или ослабленные живые бактерии, чтобы активировать память иммунной системы, которая затем позволит организму быстро и эффективно отреагировать на воздействия. Вот почему, если вы переболели ветряной оспой или какой-либо другой детской инфекцией, вы не заразитесь ею снова: антитела, которые активировались при первом заражении, все еще присутствуют в вашей иммунной системе[179]179
  Наличие иммунной памяти не гарантирует полного отсутствия заболевания при повторном контакте.


[Закрыть].

Интересным следствием такого приобретенного иммунитета является так называемый эффект Хоскинса[180]180
  Эффект Хоскинса – это склонность иммунной системы организма предпочтительно использовать иммунологическую память, сформированную при предыдущей инфекции, когда встречается новая, немного отличающаяся версия этой инородной клетки (например, вируса или бактерии).


[Закрыть], или антигенный импринтинг. То есть тот факт, что иммунная система сильнее реагирует, сталкиваясь с инфекцией повторно, и слабее на другой ее штамм, объясняет, почему ежегодная прививка от гриппа в некоторые годы может работать лучше, чем в другие, или быть более эффективной против одного штамма гриппа, чем против другого.

Клетки обычно получают большую часть энергии из глюкозы и других сахаров. Когда эти виды топлива заканчиваются, а кислород все еще доступен, Т-клетки памяти[181]181
  Т-клетки памяти – популяция Т-лимфоцитов, хранящих информацию о ранее действовавших антигенах и формирующих вторичный иммунный ответ, который осуществляется в более короткие сроки, чем первичный иммунный ответ, так как минует основные стадии этого процесса. – Прим. пер.


[Закрыть] способны повысить шансы на выживание, набивая себя митохондриями, которые являются генераторами энергии клетки. Я подробно расскажу о митохондриях в следующей главе. Они позволяют клеткам эффективно вырабатывать энергию из альтернативных источников топлива, таких как жиры и аминокислоты[182]182
  Отметим, что аминокислоты используются как источник энергии лишь в критических ситуациях. В митохондриях также может происходить окисление сахаров.


[Закрыть], и, следовательно, могут жить долго, благодаря чему их «память» сохраняется в течение длительного времени.

Питер Кокерилл из Бирмингемского университета[183]183
  Питер Кокерилл из Бирмингемского университета: Bevington, S. L., Cauchy, P., Cockerill, P. N., et al. (2016). «Inducible chromatin priming is associated with the establishment of immunological memory in T cells.» The EMBO Journal, 35(5), 515–535.


[Закрыть] продемонстрировал, что один цикл активации наивных Т-клеток приводит к их долгосрочным эпигенетическим изменениям. Кокерилл предположил, что это явление составляет основу долговременной памяти, которая позволяет мгновенно реагировать, когда организм сталкивается с инфекцией. Томас Дернер из Берлинского университета[184]184
  Томас Дернер из Берлинского университета: Dörner, T. and Radbruch, A. (2007). «Antibodies and B cell memory in viral immunity.» Immunity, 27(3), 384–392.


[Закрыть], рассуждая об антителах, говорит о долгоживущих плазматических клетках[185]185
  Плазматические клетки, также называемые плазменными В-клетками или эффекторными В-клетками, являются белыми клетками крови, которые выделяют большие объемы антител и транспортируются плазмой крови и лимфатической системой. Плазматические клетки возникают в костном мозге; В-клетки дифференцируются в плазматические клетки, которые продуцируют молекулы антител, точно смоделированные по рецепторам В-клетки – предшественника. Попав в кровь и лимфу, эти молекулы связываются с антигеном-мишенью (чужеродным веществом) и инициируют его нейтрализацию или разрушение. Источник: Википедия. См.: https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Plasma_cell amp;oldid=788883461).


[Закрыть], выделяющих специфические антитела даже в отсутствие вируса, и предполагает, что именно так они и защищают организм от повторного заражения. По его мнению, антитела гуморальной памяти обеспечивают эффективную линию защиты от повторного заражения и подкрепляются специфическими В– и Т-клетками реактивной памяти.

Есть еще более интересные новости об иммунной системе, пришедшие из Венского университета, которые сообщают о NK-клетках в печени – органе, который обычно считается местом их наибольшей концентрации. NK-клетки являются естественными цитотоксическими клетками-киллерами[186]186
  NK-клетки являются естественными цитотоксическими клетками-киллерами: Stary, V., Pandey, R. V., Stary, G., et al. (2020). «A discrete subset of epigenetically primed human NK cells mediates antigen-specific immune responses.» Science Immunology, 5(52). https://www.science.org/doi/10.1126/sciimmunol.aba6232.


[Закрыть] в крови человека и представляют собой особый тип лимфоцитов – подгруппу белых кровяных телец. До сих пор считалось, что NK-клетки не обладают памятью, то есть не способны убивать на антиген-специфической основе, а могут только реагировать на вирусы и источники инфекции неспецифическим образом, как при первом столкновении с ними.

Австралийские ученые обнаружили[187]187
  Австралийские ученые обнаружили: Suan, D., Nguyen, A., Kaplan, W., et al. (2015). «T follicular helper cells have distinct modes of migration and molecular signatures in naive and memory immune responses.» Immunity, 42(4), 704–718.


[Закрыть], что, помимо использования клеток памяти, которые патрулируют систему кровообращения, иммунная система также выставляет гарнизон из клеток памяти – фолликулярных Т-хелперов. Они располагаются у входов в лимфатические узлы, особенно возле тех, что являются потенциальными местами избавления от микробов (на шее, в подмышечных впадинах и паху), чтобы вовремя засечь возвращение антигенов, с которыми сталкивались раньше. Это важное открытие[188]188
  Это важное открытие: Moran, I., Nguyen, A., Munier, C.M.L., et al. (2018). «Memory B cells are reactivated in subcapsular proliferative foci of lymph nodes.» Nature Communications, 9(1), 1-14.


[Закрыть], потому что до сих пор иммунологи считали, что память обеспечивается только циркулирующими клетками.

Йохен Хюн из Центра исследований инфекций имени Гельмгольца в Германии отметил, что лимфатические узлы[189]189
  Отметил, что лимфатические узлы: Cording, S., Hühn, J., Pabst, O., et al. (2013). «The intestinal micro-environment imprints stromal cells to promote efficient Treg induction in gut-draining lymph nodes.» Mucosal Immunology, 7(2), 359–368.


[Закрыть] часто являются местами встречи для клеток иммунной системы. Его команда также обнаружила, что расположение лимфатических узлов влияет на развитие содержащихся в них иммунных клеток. Они сделали этот вывод, удалив лимфатические узлы из различных частей тела крыс и пересадив их в другие места. Похоже, что пересаженные клетки сохраняли свои первоначальные способности в течение нескольких недель. Поскольку все клетки внутри лимфатического узла, включая иммунные, постоянно регенерируют, исследователи пришли к выводу, что память кодировалась и передавалась от предыдущего поколения к последующему.

Затем исследование, проведенное командой из Школы ветеринарной медицины Пенсильванского университета, показало, что после заражения паразитарным заболеванием – лейшманиозом[190]190
  После заражения паразитарным заболеванием лейшманиозом: Glennie, N. D., Yeramilli, V. A., Beiting, D. P., Volk, S. W., Weaver, C. T., and Scott, P. (2015). «Skin-resident memory CD4+ T cells enhance protection against Leishmania major infection.» Journal of Experimental Medicine, 212(9), 1405-doi: 10.1084/jem-20142101.


[Закрыть] – в коже осталась популяция Т-клеток с памятью о паразите. Фактически это был первый случай обнаружения Т-клеток памяти в коже, и это открытие имеет большие перспективы для иммунизации против тканеспецифических заболеваний, основанной на царапании кожи (скарификации), которая ранее использовалась в качестве прививки от оспы. Ученые продемонстрировали, что скарификация эффективно генерирует тканевые клетки памяти и ее можно использовать в будущем для защиты людей от лейшманиоза.

Если говорить о мозге, то хорошо известно, что в здоровых условиях иммунные клетки находятся в центральной нервной системе. К ним относятся микроглия, дендритные клетки и тучные клетки, а также Т-клетки и В-клетки. Астроциты происходят из нервных стволовых клеток, но также выделяют медиаторы воспаления и реагируют на них, поэтому они также включены в эту систему. При активации патогеном или гормонами стресса[191]191
  При активации патогеном или гормонами стресса: Bachiller, S., Jiménez-Ferrer, I., and Boza-Serrano, A., et al. (2018). «Microglia in neurological diseases: a road map to brain – disease dependent-inflammatory response.» Frontiers in Cellular Neuroscience, 12, 488.


[Закрыть] микроглия выделяет как провоспалительные цитокины, так и хемокины для привлечения других иммунных клеток к местам повреждения, а также противовоспалительные цитокины и факторы роста. Микроглия способна управлять мощной воспалительной реакцией. Ее клетки участвуют в синаптической организации, трофической поддержке нейронов во время развития, в фагоцитозе мертвых клеток в развивающемся мозге, в обороте миелина, контроле возбудимости нейронов, удалении фагоцитарного мусора, а также в защите и восстановлении мозга. А есть ли что-то, чего микроглия не делает?

Джонатан Кипнис, директор Центра иммунологии мозга и глии Виргинского университета, в 2014 году совершил научный прорыв, открыв лимфатические сосуды оболочек головного мозга (менингеальные лимфатические сосуды)[192]192
  Открыв лимфатические сосуды оболочек головного мозга (менингеальные лимфатические сосуды): Derecki, N. C., Cardani, A. N., Yang, C. H., Quinnies, K. M., Crihfield, A., Lynch, K. R., and Kipnis, J. (2010). «Regulation of learning and memory by meningeal immunity: a key role for IL– 4.» Journal of Experimental Medicine, 207(5), 1067–1080.


[Закрыть]. Оболочки мозга – это мембраны, окружающие головной и спинной мозг. Лимфатические сосуды – это тонкие трубки наподобие кровеносных сосудов, транспортирующие лимфу (прозрачная жидкость, которая переносит белые кровяные клетки, борющиеся с инфекцией) по всему телу. Менингеальные лимфатические сосуды непосредственно связывают центральную нервную систему (ЦНС), в том числе головной мозг, с лимфатической системой. Их открытие сделало несостоятельным то, что десятилетиями преподавали в медицинских школах: учение о том, что мозг – «иммунный льготник» или, другими словами, что он не имеет прямой связи с иммунной системой. Это побудило научный мир серьезно исследовать, как сложная двунаправленная связь между иммунной системой и мозгом влияет на здоровье и болезни.

МНОГОЧИСЛЕННЫЕ ДАННЫЕ ПОДТВЕРЖДАЮТ МНЕНИЕ, ЧТО ИММУННЫЕ КЛЕТКИ НЕОБХОДИМЫ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО ВЫЖИВАНИЯ НЕЙРОНОВ ПОСЛЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЦНС.

Воздействие воспаления, вызванного вирусной инфекцией во время беременности[193]193
  Вирусной инфекцией во время беременности: Warre-Cornish, K., Perfect, L., Srivastav, Deepak P., McAlonan, G., et al. (2020). «Interferon-γ signaling in human iPSC-derived neurons recapitulate neurodevelopmental disorder phenotypes.» Science Advances, 6(34), eaay9506.


[Закрыть], связали с повышенной вероятностью развития состояний, возникающих при изменении развития нейронов (например, аутизм или шизофрения). Недавнее исследование, проведенное в Королевском колледже Лондона, подарило нам новые объяснения этого явления. Похоже, что во время вирусной инфекции в результате иммунного ответа вырабатываются воспалительные цитокины, которые вызывают такие симптомы, как лихорадка, головная боль и многие другие. Исследование было сосредоточено на воздействии гамма-интерферона (одного из этих белков) на нервные клетки-предшественники, которые в итоге становятся клетками взрослого мозга, или нейронами. Исследователи продемонстрировали, что клеточная память гамма-интерферона[194]194
  Интерферон – это белок, поэтому клеточной памяти у него быть не может.


[Закрыть] остается неизменной по мере созревания нервных клеток-предшественников, вызывая ряд молекулярных и генетических изменений, которые, как считается, способствуют нарушениям развития мозга.

Дипак Шривастава, соавтор исследования, заявил: «Мы выявили возможный механизм внедрения клеточной памяти о компоненте вирусной инфекции, перенесенной матерью, в развивающийся мозг ребенка на молекулярном и генетическом уровнях». Это исследование говорит нам о том, что иммунная система делает гораздо больше, чем просто борется с инфекциями. Она действительно влияет на то, как развиваются нейроны.

В последнее десятилетие в медицинской литературе появилось множество доказательств того, что здоровая иммунная система поддерживает нормальную работу мозга, в то время как изменения в ее работе приводят к когнитивным нарушениям. Кроме того, без нормальных гомеостатических функций микроглии головного мозга способность справляться с патологией снижается, а продолжающееся заболевание, которое увеличивает потребность в иммунных клетках, еще больше ее подпитывает. Нейробиологи из Виргинского университета в Шарлоттсвилле предположили, что уменьшение количества Т-клеток или сбой в их работе во время беременности приводит к нарушению регуляции синапсов и нейронных цепей, что в конечном счете способствует развитию у ребенка расстройств аутистического спектра[195]195
  Развитию у ребенка расстройств аутистического спектра: Filiano, A. J., Gadani, S. P., and Kipnis, J. (2015). «Interactions of innate and adaptive immunity in brain development and function.» Brain Research, 1617, 18–27.


[Закрыть].