Открытия ученых таят в себе пока много загадочного. Например, естественный процесс нейрогенеза ограничивается передней частью мозга и областью гиппокампа, который играет ключевую роль в процессе обучения. Но стволовые промежуточные клетки, которые способны делиться и обладают потенциалом создавать полноценные нейроны, встречаются почти во всех других уголках мозга. Только по каким-то причинам они там этого не делают, а заворожено спят. Почему?
Разбудить дремлющие клетки и стимулировать их рост — вот те задачи, которые поставила перед собой группа Маклиса из Бостона и которые практически удалось решить, экспериментируя с мышами и пернатыми.
Многие фармацевтические фирмы уже принялись за разработку соответствующих пилюль для восстановления памяти. Мозг должен начать сам себя лечить или регенерировать. Феномен, который в течение прошлого столетия непрерывно опровергался. Почти как приговор звучало мнение испанского исследователя мозга и Нобелевского лауреата Сантьяго Рамона Укаяла, который в 1928 году озвучил аксиому: «В мозге взрослого человека нервные соединения постоянны и неизменяемы. Все может умереть, но ничто не может регенерироваться». Правда, и тогда возникали возражения против такого мнения. Но их авторы осмеивались бесчисленными последователями нобелевского гения (пример неприятия открытий Альцгеймера жив до сих пор). Предметом насмешек стали в 60-е годы и работы ученого из Массачусетского университета Джозефа Альтмана, который потчевал взрослых мышей, крыс и морских свинок радиоактивными маркированными элементами наследственного ДНК. Затем ему удалось найти эти маркированные вещества в ДНК нервных клеток. При делении клеток они встраивались в клеточные ядра, что являлось показателем образования в мозге новых нейронов. Однако специалисты всего мира игнорировали открытие Альтмана. Он даже не мог получить место в достойном себя ведущем университете, а работал в провинции, где был всеми забыт. Спустя
10 лет Михаил Каплан из университета Нью-Мексики сделал электронно-микроскопические снимки, на которых видны были свежеобразованные нервные клетки. Но и он натолкнулся на полное непонимание. В то время очень влиятельный специалист по исследованию мозга Паско Ракус из Йельского университета, как вспоминает Каплан, вызывающе и с большой долей провокации, доходящей до сарказма, комментировал это следующим образом: «Клетки выглядят в Нью— Мексико, как нейроны, но в Дью-Хафене (место работы Паско Ракуса) они почему-то отличаются от них». Ракус даже представил научному сообществу теорию, в которой давал ответ на вопрос, почему человеческие нервные клетки не могут делиться. Он считал, что когда-то, в процессе эволюции человека наши предки поменяли способность образовывать новые нервные клетки на возможность при постоянном числе нейронов осуществлять накопление воспоминаний, и в мозге человека по причине его стабилизации нет места для создания новых цепей.
В конце концов пение канареек и зябликов привело к тому, что догма о неделимости и невозможности образования новых клеток была ниспровергнута с пьедестала. Каждую весну эти пернатые мужские особи распевают свои песни; летом они теряют этот дар, чтобы следующей весной снова начать привлекать к себе самок трелями из нового репертуара. Биологу Фернандо Нотебомо из университета Рокфеллера однажды (под душем) пришла разгадка этой постоянной смены: «Участок мозга, нашпигованный старыми мелодиями, отмирает, а следующей весной заполняется новыми клетками».
Эксперименты с радиоактивно маркированными структурами ДНК подтвердили предположение ученого. Действительно в мозге самцов канареек каждый день образовывались тысячи новых нейронов. Многие считали, что такие образования являются специфической особенностью пернатых. Но опыты с лягушками, крысами и обезьянами также установили наличие образований новых нейронов. То есть животный мир во всем своем многообразии обладал нейрогенезом. Возникал вопрос, почему человек должен быть исключением. Доказательства долго не удавалось представить, потому что для этого радиоактивно маркированные вещества должны были быть инъецированы в апробантов с последующим вскрытием их мозга в умершем состоянии.
Только в 1998 году шведские и американские исследователи решились на эксперимент, в котором пяти пациентам в тяжелой стадии рака гортани были введены радиоактивные маркеры с ДНК для того, чтобы определить участки появления новых опухолей. После того как страдальцы скончались от смертельной болезни, были вскрыты их черепа. Результат: почти до самой смерти во всех частях мозга шел процесс образования новых клеток. У исследователей появилась уверенность, что в гиппокампе взрослого человека каждый день образуются тысячи новых клеток. На фоне сотен миллиардов нейронов, составляющих основу нашего мозга, это количество пришельцев мизерно и не особенно заметно. Однако новички обладают такой высокой степенью раздражительности, которая уже давно отсутствует у «старожилов». «Очевидно, необходимо совсем незначительное количество новообразованных клеток, — размышляет Кемперман, — чтобы структура клеточных систем основательно изменилась».
Новые клетки, обладая специфическими свойствами, сообщают мозгу одну из своих первейших характеристик — преображение, значимость которого трудно переоценить. Пример: взрослый человек, начавший заниматься жонглированием, стимулирует мозг к дополнительному росту. Это было установлено немецкими нейрологами в 2004 году, о чем сообщал журнал «Nature». Ученые предложили взрослым людям в возрасте 22 лет в течение трех месяцев жонглировать. Двенадцать самых талантливых из них в результате смогли по меньшей мере в течение минуты держать в воздухе до трех мячиков. Посредством ядерно-спиновой томографии мозг участников был исследован до и после тренировок, а затем 3 месяца спустя. Были зафиксированы увеличения объемов определенных участков мозга, которые позже, после прекращения тренировок, снова уменьшились.
Благодаря тестам и анализу статистических данных выяснено также позитивное влияние на развитие нашего интеллекта образования, чтения и физических нагрузок. В последнее время ученым удалось целенаправленно установить, как отражаются различные виды умственной и духовной деятельности на развитии различных участков мозга, а также при помощи картиннообразующих маркеров наблюдать на экранах мониторов возникновение возбуждения и образование новых синапсовых связей между вновь рождающимися нейронами.
Пока еще сложно определить, какими волшебными силами жонглирование или изучение второго иностранного языка вызывает процессы уплотнения и увеличение объемов думающих клеточных структур. Но вот в августовских публикациях 2006 года в американской печати появилось сообщение о том, что группе Давида Гринберга (Институт старения в Калифорнии) удалось доказать: человеческий мозг после инсультов сам, без внешней стимуляции, из внутренних ресурсов образует новые нервные клетки. Как бы в компенсацию, взамен утраченных и поврежденных, они располагаются около кровеносных сосудов, что, в свою очередь, способствует делению и росту клеточных структур (у животных это наблюдалось в течение ряда лет). Правда, их возникновение весьма ограничено. Но, раскрыв эту очередную тайну, можно стимулировать процесс посредством привнесения в него внешних средств, например лекарственных препаратов. Возможно даже, что наука стоит перед разгадкой одной из очередных тайн, секретов нашего мыслящего органа: наравне с активными нейронами существуют так называемые спящие нейроны, которые повержены в сон различной степени глубины. Некоторые из них, пребывающие в неглубоком сне, дреме, можно вывести из нее при помощи внешних раздражителей (учеба, физические упражнения и т. д.). Другие могут быть «разбужены» внутренними катаклизмами — мозговым ударом, кровоизлиянием.
Последнее открытие Гринберга, возможно, помогло обнаружить очередную форму защиты человеческого организма: специфический иммунитет структур мозга, реагирующего появлением новых нейронов на внутренние экстремальные ситуации. Если научиться помогать «спящим клеткам» пробуждаться, заставить их бодрствовать и принимать активное участие в создании новых синапсов, то мы находимся у истоков регенерации памяти, и это уже не фантастика.
Удивительная способность мозга к преображению собственных нейронных систем и связей, которая на жаргоне ученых теперь называется «пластичностью», имеет в своем арсенале несколько различных механизмов. Один из них, к примеру, в течение нескольких секунд или их долей обеспечивает значительное усиление и укрепление уже существующих синапсов между нейронами. (Объяснение, почему человек способен что-то мгновенно вспомнить, молниеносно отреагировать на то, что только сейчас увидел, услышал или почувствовал.) Второй — это образование новых синапсов в течение часов, когда нейронные цепи из клеточных окончаний постоянно включаются в новые сети и композиции, каскады и ансамбли, обеспечивая доступ к воспоминаниям в глубоких слоях структур мозга. Третий открывает нам познание процесса нейрогенеза, происходящего в течение многих дней и изменяющего наш мозг.
«Одно исследование за другим подтверждает вывод, что образование новых клеток в зрелом мозге является неотъемлемой частью его нейроновой пластичности», — сообщают психиатры Йоганес Том и Амелия Айер в журнале «Der Nerwenarzt».
Это может означать, что малое количество новых нейронов с широким диапазоном свойств вносит своим появлением значительный вклад в тот процесс, который в течение всей нашей жизни формует головной мозг, словно из пластилина. Точно так же как мускул под напряжением растет, расцветают серые клетки, когда их к этому понуждают. Например, свежие нейроны в запаховых колпачках (запаховые рецепторы) как бы распускаются, когда они встречают новые запахи, а новые нервные клетки в гиппокампе набухают и вызревают тогда, когда оказываются вынужденными что-то «вспоминать». Именно поэтому гиппокамп и называют «входными воротами человеческой памяти». Все, что откладывается в долговременной памяти, не минует створок этих дверей.
В свою очередь долговременная память разделяется на эпизодическую и семантическую. Эпизодические воспоминания — это воспоминания личного характера, получаемые из информации о произошедшем из «первых рук». Они возникают в памяти в той же последовательности, в которой прибывали, например, традиционное и регулярное посещение школы (одевание, еда, езда, занятия и т. д.). Если я на уроке по географии получил за подсказку «два», то, спустя две-три недели, могу посредством анализа воспоминаний установить, когда это было. Если первый урок математики, второй — истории, а третий — географии, то это был третий урок в понедельник, потому что география у нас один раз в неделю, по понедельникам. Если же учительница географии первые три недели месяца болела, то наше детективное исследование можно закончить «радостным воспоминанием» об абсолютно точной дате получения «двойки».
Семантические воспоминания — это то, что мы знаем вопреки тому, что можем вспомнить. К ним относятся факты из окружающей действительности, заложенные в нашу память в определенном порядке и связанные друг с другом, но не имеющие никакой связи со временем их получения. Моя жена, уже будучи больной, не могла найти, куда положила ключ от автомобиля, но точно знала, что марка машины «Ауди— 10», цвет стальной, называла даже номер. Она все это вскоре забудет, но это случится значительно позже, когда начнут теряться семантические воспоминания.
Эксперимент с пациентом Н.М. заставил ученых по-иному увидеть образ гиппокампа: он — не только двери, но и ключик к долговременным воспоминаниям.
История как наука всегда преклонялась перед властью человеческой памяти и жаловалась на забывчивость. История исследования мозга — это летопись поиска в структурах мозга областей, ответственных за те или иные функции жизнедеятельности нашего организма. Чем больше ученых продвигалось в направлении локализации этих участков, в познании механизмов, координации их взаимодействия и связанных с этим функций, тем чаще они спрашивали себя: где же находится та зона, которая ответственна за процессы возникновения и реализации памяти? Где та область, которая регулирует и координирует так называемую скелетную схему памяти: прием информации, отбор, раскладывание по степени значимости, консервация и отзыв.
Частичный ответ на этот вопрос был получен в 1953 году, когда нейрохирург по имени Вильям Бухер Сковиль, окончивший Гарвардский университет, произвел беспрецедентный эксперимент. Он оперировал 27-летнего пациента, получившего в истории медицины кодовое имя «Н.М.».
С раннего детства Н.М. страдал тяжелой формой эпилепсии. Хирург предложил изможденному болезнью пациенту удаление небольшого кусочка ткани мозгового вещества. Этот кусочек ткани и был гиппокамп, расположенный во внутренних частях обеих височных извилин. Операция окончилась успехом, так как значительно уменьшилось количество тяжелых приступов, но одновременно он стал и катастрофой, потому что Н.М. потерял память о последних двух годах до операции и возможность накапливать новые воспоминания.
Этот случай стал настоящей революцией, потому что убедительно показал важнейшую роль гиппокампа при переводе новых впечатлений в длительно хранящиеся воспоминания. Для Н.М. время остановилось в 1953 году. Остаток всей своей долгой жизни он был не в состоянии запомнить ни одного нового лица или имени, точно так же как не мог вспомнить ни одного факта и явления, ни одной своей собственной мысли. Врачи и ученые, а также персонал по уходу достаточно хорошо изучили его за многие годы, но, когда посещали его в палате, каждый день снова начинали с представления себя по имени. Он знал лишь то, что было до операции. То есть ему на всю жизнь осталась память о себе 27-летнем, посетившем врача и пожаловавшемся ему на тяжелую эпилепсию.
Американский автор Давид Шенк пишет: «Н.М. был, пожалуй, самым значимым случаем в истории нейрологии и наиболее привлекательным для исследователей объектом, над которым проводилось огромное количество тестов, опытов и экспериментов, из которых, однако, он ничего не запомнил, так как постоянно живет в одном времени — ТЕПЕРЬ».
Итак, удаление маленького сгустка вещества из мозга привело к тому, что Н.М. оказался полностью неспособным формовать новое длительное воспоминание. Этот процесс стал ему чуждым, таким же он является и для пациентов с БА. Они не владеют системной фиксацией и накоплением воспоминаний. Но в отличие от Н.М., у которого потеря функций произошла в момент утренней операции, у больных БА это растягивается на длительный период времени.
После операции в 1953 году у Н.М. не осталось больше воспоминаний. Через несколько лет он даже не узнавал себя в зеркале. Тот же эффект произвели на постояльцев дома престарелых, в котором находится моя жена, их собственные, сделанные мною фотографии. К удивлению своему, я не увидел на их лицах никакой реакции. Это были для них фото чужих людей, с которыми их ничто не связывало. Состояние ужаса, которое я пережил, более точно описывает Шенк, вспоминая случай с Н.М.: «Для него не существовало реального времени. 1955… 1962… 1974… Но что он знал наверняка, так это то, что ему всегда 27. Представьте себе, что вы молоды, активны и умны, а видите в совсем обычном зеркале, что некто с лицом 60-летнего старца имитирует вашу мимику. После этого яснее осознаешь, что такое horror — ужас».
К счастью, Н.М. забывал, какие у него в этот момент возникали страдания. Он забывал все сразу и полностью, как только его внимание переключалось на другое. Кое-что стереть из памяти и не иметь возможности вспомнить является иногда большим благом. Я уже приводил примеры того, как моя жена после состояния аффекта или ссоры в миг напрочь забывала об этом (неоспоримое доказательство того, что гиппокамп играет важнейшую, если не решающую роль при укреплении воспоминаний).
Какое невероятное число умов трудилось над выявлением участка мозга, отвечающего за длительные воспоминания! Искали, где именно они накапливаются: в затылке, в лобовой части или околовисочных областях. Промежуточная теории, возникшая в конце 50-х годов прошлого столетия, говорила о том, что воспоминания находятся везде, разбросаны по отдельным молекулам всего мозга. Американский «Journal of Neuropsychiatry» вызвал своей статьей «Передача памяти посредством каннибализма у червей» общее удивление специалистов. Джеймс МакКоннел из университета в Мичигане с большим увлечением поведал в ней о том, что черви перенимают определенные воспоминания у других червей, которых они просто поедают. Автор статьи сумел приучить плоских червей определенным образом реагировать на свет без включения в процесс природных инстинктов. После чего он умерщвлял их, размельчал и передавал в пищу другим, нетренированным червям, которые затем начинали реагировать на свет, подобно их уничтоженным собратьям. Ученый утверждал, что посредством поедания нетренированные перенимали манеру поведения тренированных. Подтверждалась старая пословица: ты есть то, что ты ешь.
Три года спустя, в журнале «Science» четыре ученых из Калифорнии, повторившие эксперимент на мышах, подтвердили гипотезу МакКоннела. Стало очевидным, что специфические индивидуальные воспоминания кодируются в отдельных молекулах, которые эти воспоминания от мозга к мозгу передают тем же способом и в том же виде, что и генетические информационные части ДНК.
Позднее Джордж Унгар провел очень яркий эксперимент. Он научил крыс бояться темноты и изъял у них клетки мозга. Эти клетки затем были перенесены в мозг нетренированных мышей, которые вдруг тоже стали бояться темноты. Как известно, ни крысы, ни мыши в естественных условиях ее не боятся. Унгар не остановился на достигнутом. Он изолировал пептиды, состоящие из 15 аминокислот и, как он утверждает, содержащие вновь приобретенные воспоминания, назвав эту молекулу-проводника, вызывающую воспоминания о страхе против темноты, «скотофобином».
