Не думаю, что здесь есть что-то принципиально новое.
А то, что центр тяжести мирового сообщества перенесется в Тихий океан, пр
едсказывал больше столетия назад русский географ Воейков. У него была на
эту тему статья, над которой тогда смеялись. Смеяться уже оказалось не ну
жным, центр тяжести мирового хозяйства перенесся в Тихий океан. Он был в С
редиземном море, он был в Северной Атлантике, теперь он перенесся туда. Вп
рочем, я совсем не специалист в этих вопросах, и вам следует спросить об эт
ом кого-нибудь другого.
А.Г. Спасибо.

Нейрональная пластичность



28.10.03
(хр. 00:50:02)

Участник:
Алексей Васильевич Семьянов Ц доктор биологических наук

Алексей Семьянов: Разум возник в результате эволюционного ра
звития головного мозга. Другими словами, головной мозг является продукт
ом эволюции, который позволил человеку достигнуть определенного уровн
я и стать доминирующим видом на планете. В связи с этим изучение мозга явл
яется крайне важным для того, чтобы человек мог лучше понять самого себя,
объяснить, почему он действует так или иначе в разных ситуациях. Существ
ует также и медицинский аспект исследований головного мозга. Человечес
кий мозг возник сравнительно недавно и не так хорошо «отлажен» природой
, как остальные органы нашего тела Ц «поломки» случаются довольно часто
.
Я расскажу историю, которая со мной приключилась совсем недавно. Благотв
орительные фонды в Великобритании иногда собирают деньги просто на ули
цах. Подходят к людям и спрашивают, не могли бы они пожертвовать на развит
ие того или иного направления медицинских исследований. И ко мне подошли
из фонда, занимающегося финансированием науки о мозге, и начали с вопрос
а: не знаю ли я, какой процент населения Великобритании страдает заболев
аниями мозга в течение их жизни.
Александр Гордон: Нашли адресата для вопроса…
А.С. … и совершенно случайно. И выяснилось, что 25 процентов, то ест
ь каждый четвертый. Вдумайтесь в цифры.
С чем это связано? Европейские цивилизации достигли такого уровня разви
тия, когда они способны избежать многих заболеваний. Те заболевания, кот
орые были летальными в какой-то исторический период, перестали наносить
урон популяции. А вот проблема заболеваний мозга до сих пор остается кра
йне острой. Мы недостаточно знаем о мозге. В результате интенсивных иссл
едований человечество получило большой объем информации, но так и не узн
ало главного Ц как работает система в целом…
А.Г. Но при этом (простите, что перебью вас, просто у нас неоднокр
атно были разговоры на эту тему) вы стоите на той материалистической поз
иции, которая считает сознание Ц вы с этого начали Ц функцией мозга.
А.С. Да, совершенно верно. Я подхожу к пониманию сознания, как фу
нкции мозга и как результату биологической эволюции. Усложнение и совер
шенствование мозга привело к тому, что у человека, у единственного вида н
а планете, появился разум, который позволил ему выделиться из царства жи
вотных и создать собственную среду обитания. Всё, что существует вокруг
нас: политика, экономика, бизнес, культура, искусства, религия Ц всё являе
тся продуктом нашего разума, а значит, результатом биологической эволюц
ии.
А.Г. Еще один уточняющий вопрос. Вы считаете, что, исследуя морфо
логию, анатомию мозга, его функции, можно приоткрыть завесу над тем, что та
кое сознание и разум.
А.С. Сознание и разум Ц это то, как мы обрабатываем информацию,
полученную из окружающего нас мира. Варианты нашего поведения в той или
иной ситуации могут быть предсказаны и непосредственно зависят от функ
ций мозга. Мы знаем, что в мозге существуют отделы, которые ответственны з
а речь, кратковременную память и т. д. Хотя у нас в руках пока еще «молоток»,
а не тонкий инструмент, мы уже можем менять работу мозга так, чтобы измени
ть личность человека.
А.Г. Только хотел заметить, что даже эта экспериментальная баз
а не может доказать того, например, тезиса, что мозг в данном случае являет
ся генератором, а не приемником-передатчиком, как думают некоторые, в том
числе и морфологи. Потому что, изменяя настройку, мы таким же образом може
м изменить программу. Связь между мышлением, сознанием и мозгом есть вне
всякого сомнения.
А.С. Я понимаю ваш аргумент. Многие пытались найти ответ на этот
вопрос, исходя из доступных знаний и наблюдений.
А.Г. Я поэтому и хулиганничаю…
А.С. Он интересует всех. Если вы сюда посадите, скажем, человека,
занимающегося квантовой физикой, он вам расскажет свой взгляд на работу
мозга.
А.Г. Недавно у нас это и было…
А.С. Другое вы услышите от священника или представителя искусс
тва. У всех людей есть интерес к этой проблеме. Мне хотелось рассуждать с н
аучной точки зрения и говорить о вещах, которые мы можем или сможем прове
рить экспериментально. Поэтому, прежде всего, я хотел бы рассказать о мет
одах, которые используются для изучения мозга. Их можно классифицироват
ь в зависимости от экспериментального подхода.
Подход Ц «сверху вниз». Мозг рассматривается как система в целом. Всем и
звестна электроэнцефалография, когда на голову устанавливают электрод
ы и с их помощью записывают активность разных участков мозга. И при этом м
ы можем наблюдать генерацию или исчезновение ритмов в тех или иных облас
тях мозга. И дальше вас просят сделать то или иное движение, открыть-закры
ть глаза, показывают различные изображения. Описывая изменения в электр
оэнцефалограмме, можно предположить, что собственно происходит в мозге.
Это один подход. Другой похожий метод Ц компьютерная томография. В этом
случае мы можем видеть на экране монитора, как возникают вспышки активно
сти в разных областях мозга на различной глубине. При этом можно получит
ь трехмерную реконструкцию отделов мозга.
А.Г. Практически в реальном времени.
А.С. Как правило, в реальном времени.
Есть другой, более практичный подход: «мозг Ц черный ящик». Мозг рассмат
ривается как система, у которой есть вход и выход. Этот подход находит при
менение в фармакологии. Разрабатывается какой-то химический препарат, к
оторый влияет на тот или иной клеточный рецептор. Что происходит в мозге
за пределами взаимодействия лиганда с рецептором, исследователя уже не
интересует. Важно определить, помогает ли это вещество вылечить то или и
ное заболевание, как влияет на поведение, память и обучение. Так появляют
ся новые лекарства.
А.Г. То есть механизм неважен, важен результат.
А.С. Да, но это опасный подход. Часто клеточные механизмы действ
ия лекарственных препаратов оказываются крайне важными. Если какая-то к
оммерческая компания выпустила препарат на рынок, который излечивает т
о или иное заболевание, а через десять лет появляется побочный эффект, ко
торый завязан на геном, то этот эффект может быть более неприятным, чем са
мо заболевание. Поэтому опасность такого подхода очевидна, хотя и позвол
яет получить быстрый результат.
Третий подход Ц «снизу вверх». О нем я хотел бы сегодня поговорить более
подробно, поскольку сам занимаюсь данного рода исследованиями. Ученые п
ытаются понять, как происходит передача и обработка сигнала на уровне ло
кальных нейрональных сетей, и дальше Ц сделать обобщения о функциях стр
уктур мозга.
Чтобы начать говорить о том, что происходит на уровне нейронов, основных
клеток мозга, я хотел бы показать несколько изображений, полученных с по
мощью светового микроскопа. Если мы возьмем небольшой кусочек мозга и по
грузим его в физиологический раствор, то клетки будут жить достаточно до
лгое время. Эту ткань можно получить от экспериментальных животных или в
результате хирургических операций на человеке. В последнем случае Ц эт
о ткань поврежденного или больного мозга. Она несет важную информацию о
причине заболевания.
Сейчас вы видите типичное изображение, полученное с участка гиппокампа
морской свинки. Гиппокамп Ц это структура мозга, ответственная за кратк
овременную память и обучение. Если у человека повреждены оба гиппокампа
, то он попадает в «день сурка». Он помнит всё, что происходило раньше, но не
может запоминать новую информацию, и каждый день начинается с одного и т
ого же момента.
Таким образом, исследования гиппокампа важны для понимания механизмов
обучения и памяти. Если вы приглядитесь к рисунку, то можно увидеть нейро
ны. Они сгруппированы в слои. Эти клетки мозга связаны друг с другом и поср
едством этих связей получают и передают информацию. На втором изображен
ии тоже можно обнаружить несколько нейронов. Итак, мы можем работать с жи
выми клетками в изолированном участке мозга.
Здесь вы видите нейрон при большем увеличении. Если изменять фокус, то мо
жно получить представление о трехмерной структуре клетки и увидеть ее о
тростки. Покажите, пожалуйста, анимацию.
Теперь перед вами схематическое изображение, которое дает представлен
ие о сложности взаимодействия между нейронами. В реальных нейрональных
сетях таких клеток тысячи и миллионы. Естественно, у экспериментатора, в
ооруженного современным микроскопом, возникает желание исследовать ак
тивность не целого мозга или его структуры, как в энцефалографии, а одног
о нейрона: посмотреть, как одна клетка живет, что с ней происходит. Сейчас
перед вами нейрон, к которому подходит стеклянный микроэлектрод, заполн
енный раствором, позволяющим передавать электрический ток. В этой конфи
гурации мы можем записывать электрическую активность одной-единствен
ной клетки. Вот еще одно такое изображение.
А.Г. Размер нейрона какой в данном случае?
А.С. Сома данных нейронов Ц порядка 20-30 микрометров. Вообще разм
еры различаются у разных видов. Это морская свинка. Если мы посмотрим у кр
ысы, нейроны будут мельче. У обезьяны или человека будут выглядеть совер
шенно по-другому. Тем не менее, данные, которые мы получаем на животных, мо
гут быть в некоторой степени приложимы и к человеку. Несмотря на качеств
енное различие в работе мозга человека, мы изучаем базовые механизмы для
человека и животных. В чем качественное отличие мозга человека и в чем се
крет сознания, говорить еще рано. В данном случае, необходимо двигаться о
т простого к сложному.
А.Г. То есть вы исследуете механизмы, которые в принципе должны
быть одинаковыми у человека и у морской свинки.
А.С. Совершенно верно, в большинстве случаев это именно так, хот
я, разумеется, бывают отличия. Тем не менее, эти знания позволяют разрабат
ывать новые лекарства и размышлять о механизмах работы человеческого м
озга. До определенного, конечно, предела.
Теперь перед вами находится схема реального научного эксперимента. На п
ереднем плане вы видите схематическое изображение среза гиппокампа. На
нем также указаны позиции электродов Ц стимулирующего и регистрирующ
их. Чтобы отвести электрический сигнал от нейронов, необходимо возбудит
ь нервную ткань с помощью электрической стимуляции. Далее, необходимо вы
брать тип клеток, в данном случае, это либо пирамидная клетка, либо интерн
ейрон, и регистрировать в них синаптические токи. Синаптические токи пок
азаны на данном рисунке справа. По изменениям в синаптической активност
и мы можем оценить, что происходит в нейрональной сети, тестировать лека
рства, и судить о механизмах действия этих лекарств.
Прежде чем перейти к дальнейшим рассуждениям, давайте посмотрим на общу
ю схему нейрона. По своей сути, нейрон Ц это такая же клетка, как и все оста
льные клетки в нашем организме. Однако нейрон специализирован для того,
чтобы получать и передавать электрический сигнал. Он состоит из трех осн
овных отделов или компартментов. Все клетки имеют одну сому (тело), но могу
т различаться по числу и морфологии дендритов и аксонов в зависимости от
типа нейрона. В соме нейрона находится ядро и протекают основные метабо
лические процессы, связанные с поддержанием жизнедеятельности клетки.
На соме и на дендритах располагаются окончания других нейронов. Эти окон
чания образуют синапсы, которые могут быть как возбуждающими (увеличива
ющими вероятность генерации разряда нейрона), так и тормозными (снижающи
ми вероятность). Обратите внимание на анимацию: синим цветом показаны си
гналы, приходящие в нейрон. При достижении определенного порога, возбужд
ающие синаптические токи приводят к генерации собственного электричес
кого «потенциала действия», распространяющегося по аксону. В аксоне пот
енциал действия достигает синаптических терминалей, через которые дан
ный нейрон связан с соседними. Так от нейрона к нейрону сигнал передаетс
я в нейрональной сети.
Изображения, которые вы сейчас видели, получены с помощью светового микр
оскопа. Эта техника позволяет работать с живой тканью, но мы не можем виде
ть детально дендриты и аксон нейронов без специальных методов окраски, к
оторые применяются, как правило, в фиксированной ткани. Любопытно, что бо
льшинство клеток мозга были описаны более ста лет назад в работах Рамона
-и-Кахаля.
В недавнем прошлом для изучения детальной морфологии нейрональных ком
партментов использовалась электронная микроскопия. Для своего времени
это был достаточно мощный метод, который позволил получить очень важную
информацию о числе контактов между нейронами и их пластичности. Главным
недостатком электронной микроскопии является то, что работа ведется с ф
иксированной тканью. То, что мы видим в электронном микроскопе, это не жив
ые клетки, а краситель, распределенный в ткани, «посмертная маска». Изобр
ажения нейронов под электронным микроскопом, таким образом, отражают не
только физиологические процессы нейрональной ткани, но также реакцию к
леток на фиксацию и окраску.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30