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

Теперь понятно, что это было ошибкой. Сначала, когда мы обрабатывали данные эксперимента, все выглядело очень многообещающе. Опыт оказал такое большое воздействие, что оно было заметно даже просто при взгляде в микроскоп. Не нужно было сложных вычислений, чтобы увидеть его (конечно, вычисления мы тоже провели, потому что ученые любят все выражать в числах и сравнивать их между собой). Пока что выглядело, как будто мы воспроизвели результаты опыта с обогащенной средой.

Но, естественно, анализ мы проводили слепым методом. Это значит, что каждой пробе был присвоен кодовый номер, ключ к которому был неизвестен тому, кто анализировал данные. Так можно исключить бессознательное воздействие на результат с целью отклонить его в ту или иную сторону. Эти усилия оказались излишними ввиду сильного эффекта: животных было легко идентифицировать. Теоретически могло быть так, что они случайным образом распределены между всеми группами и просто представляют статистическое отклонение в своей группе. Но в подобном опыте это маловероятно. В этом случае скорее нужно ожидать разрозненных чисел, бессистемно разбросанных по всему спектру возможных значений. Само собой, мы предполагали, что выделилась группа обучавшихся животных. Каково же было наше удивление, когда мы расшифровали коды и обнаружили, что больше новых нейронов оказалось у бегунов{41}. В обучавшейся группе не произошло никаких изменений. Это было действительно совершенно неожиданно. Почему бег в колесе должен оказывать на нейроны действие, которое совершенно однозначно связано с обучением, а не с бегом? И почему обучение не имело никакого эффекта?

Одновременно с нами та же самая идея пришла в голову Элизабет Гульд из Принстона. Но она в своем опыте (на крысах) составила значительно более короткую и интенсивную учебную программу. Сложность водного лабиринта можно менять множеством способов: например, предлагать разные ориентиры в пространстве, изменять время, которое дается животным на решение задачи, или количество повторений.

Оказалось, что у Лиз Гульд чутье в этом деле лучше. На крысах она обнаружила, что обучение отчетливо влияет на выживание вновь образованных нейронов – точно то же самое мы ранее описывали для обогащенной среды{42}. Мы в своем эксперименте этого не увидели. Вероятно, мы слишком облегчили мышам задачу. Ситуация, в которую мы их поместили, не сопровождалась повышенной потребностью в новых нервных клетках. Это прекрасно показывает, насколько результат научного опыта зависит от предположений, которые заложены в эксперимент, причем часто неумышленно!

Однако в итоге мы неожиданно получили положительный результат в одной из контрольных групп. Мыши, бегавшие в колесе, показали повышенный уровень нейрогенеза взрослых! И более того, по сравнению с экспериментами с обогащенной средой (которые мы здесь повторили в качестве дополнительного контроля), стволовые клетки у них делились намного более активно. Эффект, который мы наблюдали в обогащенной среде, был обусловлен почти исключительно тем, что новые клетки лучше выживают, здесь мы не увидели роста активности деления. Это означало, что физическая активность, как и обогащенная среда, стимулирует нейрогенез взрослых в гиппокампе, но иным способом.

Через много лет мы выяснили, что воздействие обоих факторов суммируется. То есть, когда мыши сначала бегали в колесе, а затем были выпущены в обогащенную среду, эффект был больше, чем в случае каждого воздействия отдельно. Иными словами, физическая активность, по-видимому, повышала потенциал нейрогенеза взрослых. А у стимула (скорее когнитивного), который давала обогащенная среда, в результате был больший выбор легковозбудимых новых нейронов, чтобы привлечь их к делу, если позволите такую интерпретацию. Мы не знаем, действительно ли здесь имеет место какой-то выбор, или все это происходит случайно. Но в итоге получался прирост.

Этот результат вполне правдоподобен, но все равно удивителен. Обычно не все новые нейроны сохраняются надолго: у мышей это от 10 до 25 %. Таким образом, образуется достаточный запас, чтобы в случае необходимости привлечь больше клеток. Зачем нужно еще увеличивать этот излишек (учитывая, что большинство клеток все равно погибнет), неясно. Разве что незрелые клетки, возникающие в результате физической активности, со своей стороны оказывают положительный эффект, который каким-то образом способствует использованию обогащенной среды.

Как ни удивительно, по-видимому, так оно и есть. Сегодня мы предполагаем, что новые нейроны сильно влияют на деятельность сети сразу, как только становятся доступными их контакты, и несмотря на то, что их связи выглядят еще совершенно неспециализированными и незрелыми.

Нейробиолог из Аргентины Алехандро Шиндер – эксперт по этим ранним функциям нейрона. В последние годы он со своими коллегами несколько раз сумел доказать, что незрелые нервные клетки улучшают действие сети, поскольку они легко возбуждаются. В первый момент кажется, что это противоречит здравому смыслу. Мы автоматически предполагаем, что нейрон, чтобы полноценно функционировать, должен быть полностью готов. Однако, по-видимому, это не всегда верно. Вот еще один пример того, что мозг – это не компьютер, а нейроны – не микросхемы. Незрелый компьютер не работает. А вот положительное воздействие новых нервных клеток на деятельность мозга, по-видимому, в большой степени связано с тем, что они все еще проявляют все признаки незрелости.

Конечно, здесь можно спросить, что вообще должны означать слова «зрелость» и «незрелость», если «незрелость», очевидно, вызывает «зрелые» последствия. Это вопрос почти философский. Нам также еще неизвестна глубинная взаимосвязь этих двух функций – той, что возникает сразу (незрелая), и в долгосрочной перспективе (зрелая).

С другой стороны, многие делают из нашего результата несколько умозрительное, но правдоподобное заключение, что, возможно, также важно, где конкретно бегает животное. Наших мышей приводят в свидетели, доказывая, что бегать на природе лучше, чем в колесе. Или хотя бы что телевизор перед беговой дорожкой в фитнес-центре – это шаг в верном направлении. Впрочем, можно еще добавить, что важно, какая на нем включена программа.

Мозг создан для движения

Гипотеза, которая сначала казалась довольно дерзкой и согласно которой познание и движение могут быть очень тесно связаны причинно-следственной связью через нейрогенез взрослых в гиппокампе, как выяснилось, не такая уж нелепая, ведь базовое устройство нервных систем таково: всегда есть вход, куда поступают сигналы из внешнего мира, будь то зрительные (через глаза), слуховые (через уши), химические (через обоняние) или осязаемые (через кожу). И есть что-то на выходе, это всегда что-то моторное. Все, что мозг «умеет», – это движение. Речь – это тоже движение.

В эволюции нервная система появилась, чтобы в многоклеточном организме сделать возможным такое разделение труда, которое позволило бы ему сохранить подвижность одноклеточного. Например, растения и кораллы не могут сдвинуться с места, и у них нет нервной системы[37].

Эти точки входа и выхода очень тесно связаны друг с другом. Традиционно господствовали воззрения, согласно которым сенсорный и моторный аспекты во многом существуют отдельно друг от друга и связаны лишь на высшем уровне. Но это неверно. Во-первых, есть соединения по короткому пути, благодаря которым, например, возможны чрезвычайно сложные движения глаз. Если бы для этого приходилось еще и сверяться с удаленными центрами, моторный ответ шел бы слишком долго. Добыча давно уже скрылась бы из виду. Но и в других соединениях на разных уровнях пути очень коротки, так что моторная система на самом деле всегда знает, что конкретно происходит сейчас в сенсорном восприятии.

Конечно, обратное тоже верно. Ведь есть также чувство, которое позволяет воспринимать положение и движение собственного тела в пространстве. Это «проприоцепция», самоощущение тела – в первую очередь ощущение положения всех суставов и натяжения сухожилий, которое дополняет информация из органа равновесия во внутреннем ухе.