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

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

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

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

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

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

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

От нейроанатомии к молекулярной биологии

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

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

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

Почему при импрегнации[16] серебром по методу Гольджи окрашиваются лишь некоторые отдельные клетки, а остальные – нет, по-прежнему до конца не ясно. В результате получаются картинки исключительной красоты и четкости. Они позволяют с помощью микроскопа подробно описать тонкую структуру нейронов. Пришла эпоха картографирования мозга. Вооружившись препаратами толщиной в несколько микрометров (тысячных долей миллиметра)[17], окрашенными по методу Гольджи или другому из распространенных в те времена методов, отцы нейробиологии взялись за описание микроструктуры мозга, стремясь дать имена ее элементам и разложить ее на осмысленные единицы. Вначале нужно было идентифицировать основные типы клеток: нейроны и все остальные. «Другие клетки» исходно обозначали просто как «нервный клей», заполняющий пустоты между нейронами, которые так четко выделяются благодаря окрашиванию Гольджи. Это выражение придумал великий немецкий патолог Рудольф Вирхов. От греческого слова «глия», означающего клей, происходит термин, которым и сегодня называют клетки мозга, отличные от нейронов (тот же корень мы видим в английском «glue», см. рис. 8 на вклейке){19}.