Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе - Александр Иванович Волошин

Научившись подавлять активность нейронов головного мозга, учёные задались вопросом – а можно ли её усилить? Улучшить настроение, усилить память и остроту ума? Так появилась огромная группа препаратов – психостимуляторов1. К ним можно отнести антидепрессанты, ноотропы, транквилизаторы, седативные средства, и сами нейролептики.

Принцип действия всех этих средств основан на химическом влиянии на работу синаптических связей между нейронами. Для любителей биохакинга специально обращаю внимание, всё это лекарственные препараты, они обладают побочными эффектами и применяются строго по назначению врача.2

1 Психотропные вещества, активизирующие психическую и, в меньшей степени – физическую активность организма

2 Подробнее о механизмах действия мы поговорим в главе Нейромедиаторы и гормоны.

Нейрохирургия

Чем занимается раздел медицины нейрохирургия? Ответ обывателя очевиден – режут и сшивают нервные ткани. Но так ли это в действительности? На самом деле нейрохирурги занимаются устранением последствий черепно-мозговых травм, удалением опухолей и кровоизлияний в мозг, восстановлением сосудов кровоснабжения мозга. В последнее время становится перспективным направлением внедрение имплантатов. Иногда нейрохирурги удаляют некоторые нервные окончания, чтобы отключить болевой синдром.

Но вы не найдёте ни одного солидного издания, в котором бы говорилось о возможности сшивания нервных волокон. И уж тем более о пересадке головы, такая информация в 2018 году мелькала во многих новостных лентах, однако на поверку оказалась банальной «уткой».

Не могу удержаться от такого примера. Давайте возьмём два совершенно одинаковых компьютера, разрежем их пополам какой угодно тонкой пилой, а потом попробуем соединить половинки, попарно поменяв их местами. Получим ли мы хотя бы один рабочий компьютер? Бред, скажете вы. И я соглашусь. Но в отличии от мозга, мы хотя бы знаем, как работает компьютер и что такое электричество. Возможно, если бы мы знали, как функционирует мозг и как работает один нейрон, то не мечтали бы о пересадке головы, не выдумывали бы биологические и торсионные поля. Зато научились бы использовать возможности нашей нервной системы так, как сегодня используем электричество и электромагнитные волны.

Стереотаксическря хирургия мозга

Метод стереотаксической малоинвазивной хирургии мозга был предложен в 1949 году. Его суть состояла в том, что местоположение мишени в мозге (определяется по стереотаксическому атласу) фиксировалось по трём координатам с помощью специального прибора, устанавливаемого на голове пациента. После чего необходимый участок мозга можно было разрушить – например, введением через иглу точно рассчитанного количества этанола.

Стереотаксический атлас представляет собой серию поперечных сечений анатомической структуры (например, человеческого мозга), изображённых в двух-координатной системе. Объединив набор сечений, каждой структуре мозга можно легко присвоить диапазон из трёх координат, который бы использовался для позиционирования стереотаксического устройства. Но мозг пациентов отличается по форме и размеру, а значит, требуется более точная локализация. Для индивидуального позиционирования инструмента применяется специальный тонкий электрод, с помощью которого можно стимулировать отдельные участки мозга и точно определять их принадлежность по функциональной реакции пациента. Такой подход вскоре стал непременным атрибутом большинства стереотаксических операций [24].

Если электроды могут быть применены для стимуляции различных участков мозга во время операции, то почему же не попробовать оставить их в мозге и после, разместив контакты снаружи? Такие электроды можно использовать по мере необходимости в терапевтических целях [25]. Поначалу внедрение этой техники в медицину не получило широкого распространения. А вот для экспериментов над животными она подходила как нельзя лучше. Возможно вы слышали историю с крысами, до изнеможения нажимающими на педальку и получающими электрический разряд в центр удовольствия. Эта хрестоматийная работа Джеймса Олдза и Питера Милнера, опубликованная в 1954 году, стала одной из первых экспериментальных работ по электрической стимуляции глубоколежащих структур мозга [26].

Рисунок 20 Стереотаксическая хирургия

Казалось, что этот же принцип может служить и медицинским целям – электрическая стимуляция выброса эндорфинов могла бы давать заметный обезболивающий эффект. За последующие полвека глубокая стимуляция мозга стала самостоятельным методом лечения. Вживление электродов стало эффективным методом, однако эта операция так и не потеряла некоторого ореола загадочности и авантюрности. Вероятно, по причине того, что механизм действия глубокой стимуляции мозга так и не изучен.

Стоит заметить, что электрическая нейромодуляция – доне́льзя грубый метод воздействия на мозг. Хотя электроды и вводятся с миллиметровой точностью, возбуждению подвергаются миллионы окружающих нейронов. Можно только мечтать о стимуляции отдельных или хотя бы целевых клеток определённого типа!..

В 2019 году Илон Маск презентовал технологию Neuralink. Это инвазивный нейроинтерфейс, где вместо твёрдых электродов в мозг (пока не человека, а крысы) имплантируется массив из 3072 электродов, объединённых 96-ю проводниками толщиной всего 4—6 микрон каждый. Такие проводники очень сложно имплантировать в мозг вручную, поэтому Neuralink разработала специальный стереотаксический инструмент – нейрохирургический манипулятор, который может внедрять в мозг до шести нанопроводников в минуту.

Транскраниальная электрическая стимуляция

Физиологам давно известен феномен, когда с помощью импульсного электрического тока можно подавить проведение нервных сигналов через клетки коры головного мозга животных.

Впервые в 1903 году анестезирующий эффект импульсного электрического тока продемонстрировал, в том числе и на себе, французский физиолог Ледюк (S. А. N. Leduc). Он экспериментально выяснил, что наибольший обезболивающий эффект оказывают импульсы прямоугольной формы частотой 100—200Гц.

Тюффье (М. Th. Tuffier) и Гарди (Hardy) в 1907 году впервые произвели операцию на пациенте в состоянии общей электроанестезии (электронаркоза) по методу Ледюка. [27]

В 1936 году в ЦНИИ акушерства и гинекологии в городе Ленинграде группа учёных в составе И. И. Яковлева, В.А.Петрова и при участии А.А.Ухтомского начала проверку возможности применения электронаркоза в акушерстве.

В 1964 году британский психиатр Дж. У. Т. Редферн (J.W.T. Redfearn) обнаружил, что, пропуская слабый электрический ток (50—250 мкА) через электроды, расположенные в определённых точках скальпа, можно добиться различных эффектов. В зависимости от направления тока у добровольцев менялось эмоциональное состояние, они либо становились разговорчивыми и общительными, либо молчаливыми и замкнутыми. Однако другие исследователи не смогли подтвердить его эксперименты.

Интерес исследователей к ТЭС сохранялся до середины 1970-х годов. Однако полвека усилий физиологов из США, Франции, России и других стран не оправдали их надежд – электростимуляция не демонстрировала объективного лечебного эффекта, а электронаркоз больше походил на электрошок и был просто опасен для здоровья.

В начале 80-х годов перед научной группой Санкт-петербургского Института физиологии им. И. П. Павлова РАН под руководством В. П. Лебедева была поставлена задача модифицировать электростимуляторные приборы, которые в то время использовались (не слишком успешно) в отдельных ленинградских больницах при обезболивании родов. Тогда профессор Лебедев впервые ввёл в медицинскую практику термин «транскраниальная электростимуляция» (от латинских слов «trans» – через и «cranium» – череп) [28].

В результате было подтверждено, что действительно электростимуляция влияет на нервную систему. Нужно просто очень точно подобрать параметры тока и правильно расположить электроды на голове пациента. Выяснилось, что электростимуляция действительно может снимать болевой синдром, но только в очень узком диапазоне параметров тока, которые к тому же различны для разных индивидов. Для человека оптимальная «обезболивающая» частота импульсного тока была определена методом подбора – около 77 Гц, при отклонении её хотя бы на 7—10 Гц эффект резко снижался. Обезболивающий эффект возникал лишь тогда, когда электроды были ориентированы ото лба к затылку [28].

Считалось, что ТЭС-терапия способна неинвазивно, строго дозировано активировать структуры мозга, продуцирующие эндогенные опиоидные пептиды (ЭОП) (β -эндорфин).

β-эндорфины это эндогенные белковые молекулы, называемые также опиоидными пептидами, их анестезирующее влияние основано на связывании белковых каналов в мембранах нервных клеток.

В 2000-е этот метод чрезвычайно распространился, но в основном на пространстве СНГ. Помимо обезболивания лечили всё от наркомании и абстинентного синдрома до гипертонии, аллергии, опухолей и ожогов. Реабилитировали после инфарктов, восстанавливали нервные клетки…

Казалось, что ТЭС абсолютно универсальна, и для каждого лечебного эффекта находилось логичное объяснение. А количество диссертаций пропорционально росло. Но если дело, главным образом в вездесущем β-эндорфине, то выходит, что терапевтический эффект можно получить, просто стимулируя его выработку любым доступным способом. Опиоидные пептиды – вырабатываются организмом от положительных эмоций, при