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

В случае стволовых клеток гиппокампа скорее стоял вопрос о том, способны ли они также к симметричному самообновлению. При асимметричном делении доступный запас стволовых клеток не мог бы расти. Тогда его было бы невозможно подстроить под повышенные потребности или использовать, чтобы компенсировать возможные потери. Эта несколько академичная проблема оказалась не по зубам множеству исследователей. Но она очень важна и имеет совершенно практическое значение. С ней тесно связан другой вопрос: как нейрогенез взрослых меняется с возрастом. От фактических и потенциальных свойств деления зависит, насколько ярко в конечном итоге может быть выражена пластичность и можно ли поддерживать ее гибкость до конца жизни.

В 2012 году вышли две статьи: одну написали Хуан Энкинас и Григорий Ениколопов из лаборатории в Колд-Спринг-Харбор в штате Нью-Йорк, а другую – Майкл Бонагиди и Хундзэн Сун из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. Интересно, что авторы обеих работ приводят очень вескую аргументацию в пользу полностью противоречащих друг другу утверждений. В то время как результаты, полученные Энкинасом и его коллегами, можно назвать пессимистичной версией, поскольку они доказывали, что процесс деления регулируется очень жестко и постепенно приводит к израсходованию запаса стволовых клеток, Бонагиди и его сотрудники показали, что отдельные клетки по всей популяции сохраняют способность к делению, а значит, возможность приспосабливаться к потребностям может действовать на протяжении всей жизни, что внушает больший оптимизм. Последнее лучше согласуется с неоспоримым на сегодняшний день фактом, что нейрогенез взрослых по-прежнему сохраняется в старости, но крайне тщательный анализ, проведенный в первой статье, не позволяет просто списать ее со счетов. Пока что ситуация до конца не прояснилась; вероятно, разгадка кроется в том, что одна группа проводила анализ совокупной популяции стволовых клеток и ее поведения в течение некоторого времени, а другая прицельно анализировала отдельные клетки. Как мы знаем на примере групп и сообществ, которые образуют люди, поведение индивидуума совершенно не равнозначно поведению толпы. Однако в первую очередь исследователи в обоих случаях рассматривали статичную картину. Сложные оценки размеров популяции могли бы принести совершенно иной ответ, если бы в итоге внешнего воздействия большее количество отдельных клеток повело себя иначе, чем предсказывала первая модель в состоянии покоя. Но реакция на стимулы внешней среды – это как раз и есть отличительный признак пластичности, которая реализуется за счет нейрогенеза взрослых.

Стволовые клетки как место взаимодействия генотипа и среды

Показательно, что понятие пластичности также используют применительно к стволовым клеткам самим по себе, и тогда оно означает не что иное, как мультипотентность и очевидную способность таких клеток переключаться между соответствующими возможностями. Здесь пластичность также выступает синонимом определенной открытости системы. В случае же нейрогенеза взрослых речь идет вовсе не о таком существенном переключении между различными направлениями развития. Скорее активация стволовых клеток способствует пластичности другого рода – пластичности нейронных сетей в гиппокампе. Мультипотентность – по крайней мере, так это выглядит, – в нейрогенезе взрослых никак не используется. В первую очередь здесь образуются нейроны одного-единственного типа. В обонятельной луковице ситуация несколько иная: формируются различные нейроны, но их функция пока совершенно не ясна.

Пластичность сетей, которые образуют нервные клетки, возникает на другом уровне, это не то же, что пластичность стволовых клеток. Зато, что для нас самое главное, такая нейрональная пластичность без них невозможна.

Опыт и деятельность влияют на нейрогенез взрослых в разные моменты в ходе развития новых нервных клеток. Но, конечно, начало этого процесса имеет основополагающее значение. Без стволовых клеток новых нейронов нет: это их источник. Инициация процесса происходит именно на их уровне. Как мы увидим в дальнейшем, их бурное деление может вызывать физическая активность. Такое деление в ответ на внешние сигналы позволяет обеспечить резерв для потенциальных новых нейронов. Это совершенно удивительное явление и важнейшая точка сопряжения внешней и внутренней среды.

У стволовых клеток есть генетическая программа, благодаря которой они восприимчивы к управляющим сигналам и могут преобразовать эти сигналы в другую программу. Кроме того, она позволяет клеткам делиться или дифференцироваться в нервные клетки. Таким образом, здесь мы наблюдаем более или менее непосредственное взаимодействие генотипа и среды. Поскольку со стволовых клеток начинается развитие, это значительно более фундаментальное явление, чем, например, когда синапсы пластично приспосабливаются к определенной деятельности. Здесь генотип тоже взаимодействует со средой или деятельностью, но это взаимодействие гораздо более узкого характера.

Еще один ложный путь: бихевиоризм

Идея пластичности мозга получила широкое признание не так давно. В XX веке у ошибочной аналогии с компьютером, а лучше сказать, с машиной было еще одно проявление. Речь идет о так называемом бихевиоризме. Принятое в этом подходе строго механистичное описание всех умственных процессов и процесса обучения оказало огромное влияние, среди прочего, на дискуссии о воспитании в 70-е годы XX века, когда расцвет бихевиоризма самого по себе давно был позади. Нередко случается, что широкая общественность дает осмысление научным тенденциям, когда наука уже ушла вперед.

Бихевиоризм пытался объяснять поведение, относя все происходящее на счет «психических рефлексов». В качестве примера здесь можно привести знаменитый рефлекс Павлова, когда собаку учат связывать звонок колокольчика с получением лакомства, так что в конце концов звонка оказывается достаточно, чтобы в радостном предвкушении началось слюноотделение, даже если угощения нет.

Адепты бихевиоризма, самым страстным и известным среди которых был Беррес Фредерик Скиннер, сложное поведение тоже пытались представить как сумму подобных приобретенных рефлексов. Такой принцип в обучении, который называют обусловливанием, конечно, существует и играет важную роль в объяснении поведения. Его иллюстрирует уже превратившееся в клише изображение лабораторной крысы, которая научилась, например, за вознаграждение нажимать кнопку.

Но выработкой условных рефлексов дело не ограничивается. Жестко придерживаясь позиций бихевиоризма, можно попасть в некоторые ловушки, из которых будет уже не выбраться.

Бихевиористы имели очень оптимистичные представления о способности человека (и животных) меняться. Естественно, это пришлось по нраву любителям социальных утопий, у которых бихевиоризм пользовался, соответственно, большой популярностью. Для приверженцев этого подхода личность значила мало. Обучение в их понимании – это процесс, преимущественно исходящий от обучающего, поскольку тот управляет формированием связей с помощью положительного и отрицательного подкрепления. При этом нужно отметить, что Скиннер в своих сочинениях был гораздо более открыт и критичен, чем его эпигоны. В результате отношение к нему сложилось непростое. Вероятно, его репутация оказалась хуже, чем он заслуживал. Тем не менее в основе бихевиористской теории лежит внешняя регуляция обучения, в том числе при установлении сложных взаимосвязей.

Илл. 18. Цель бихевиористского эксперимента – обучить определенному поведению с помощью положительной или отрицательной обратной связи и подкрепления. Механизмы такого рода, несомненно, существуют, и также несомненно, что этого подхода совершенно недостаточно, чтобы объяснить сложное поведение

При этом бихевиористы умалчивали, как эта теория должна функционировать на уровне мозга. В конечном итоге они рассматривали этот орган как черный ящик. Поведение объяснялось исключительно содержанием результирующей реакции на входящие стимулы, а индивидуум и его мозг считались пассивными.