Они восстанавливаются

Исследователи применили метод, основанный на радиоуглеродном анализе, который позволил им ретроспективно изучить клетки мозга умерших людей. Они измерили уровни радиоактивного изотопа углерода, углерода-14, в клетках мозга людей, живших в 1955—1963 годах. Почему именно в этот период? В это время СССР и США проводили активные испытания ядерного оружия, и в результате этих испытаний количество радиоактивного углерода-14 в атмосфере резко возросло. Сначала этот изотоп накапливали растения и животные, поедавшие эти растения, а затем вместе с пищей он попадал и в организм людей. И дальше встраивался в ДНК вновь появлявшихся клеток, становясь своеобразной меткой, по которой можно было определить время встраивания. Когда учёные обследовали клетки мозга людей, живших в 1955−63 гг., то концентрация углерода-14 в них прямо показывала, что эти клетки образовались уже во взрослом возрасте. Так было получено ещё одно подтверждение нейрогенеза. Но это, можно сказать, почти самый конец истории. А началось всё на рубеже XIX и XX столетия, когда только зарождалась нейробиология. Тогда нобелевский лауреат Сантьяго Рамон-и-Кахаль сформулировал известную догму, эхо которой мы слышим и по сей день: нервные клетки во взрослом мозге не восстанавливаются. В 1913 году он писал: «Центры взрослого мозга представляют собой нечто установленное, законченное и неизменное. Всё может умереть, ничто не может быть восстановлено. Призвание науки будущего — в том, чтобы изменить сей суровый приговор, если это возможно, призвана наука будущего». Понадобились много лет и значительные усилия энтузиастов-исследователей, рисковавших своей научной репутацией, чтобы сломать твёрдо укоренившийся стереотип и продемонстрировать: Рамон-и-Кахаль мог не надеяться на будущее, а просто присмотреться внимательнее — природа его проблему уже решила. Первым, кто смог частично пошатнуть мнение о невозможности обновления нервных клеток, стал американский биолог Джозеф Альтман. В 1962 году в журнале Science он опубликовал первую из своих новаторских работ. Альтман вводил крысам меченый тритием нуклеотид, тимидин. В организме крыс тимидин, благодаря своим свойствам, встраивался в синтезирующуюся ДНК. После Альтман обследовал мозг крыс и выяснил, что именно в ДНК клеток мозга обнаруживается радиоактивный тритий, которым был помечен тимидин. А так как этот нуклеотид мог встраиваться лишь в новую ДНК, образующуюся при делении клеток, исследователь вынужден был сделать сенсационный вывод: новые нервные клетки появляются во взрослом мозге! Получив ощутимый удар, центральная догма нейробиологии пошатнулась, но так быстро не сдалась. Как это часто бывает при ломке стереотипов, коллеги-учёные приняли результаты Альтмана в штыки, списав полученные им данные на технические погрешности. Из-за такого отношения учёному пришлось свернуть свои исследования, так как спонсоры лишили его финансирования. Вслед за Альтманом за нервные клетки на свой страх и риск взялся ещё один энтузиаст, американский биолог Майкл Каплан. В 1977 году он опубликовал результаты своих исследований нейронов мозга крыс. Как и Альтману, ему удалось обнаружить радиоактивно меченый тимидин в ДНК клеток мозга. Но кроме этого, Каплан смог в электронный микроскоп разглядеть характерные признаки новорождённых нейронов — синаптические контакты с другими нейронами в мозге. После этих работ учёный провёл ещё серию исследований, уже с мозгом макак, но так и не смог добиться признания коллег, хотя его работы публиковали самые авторитетные научные издания. Догма нейробиологии трещала по всем швам — но силой веры продолжала держаться. Прошло ещё два десятилетия, прежде чем эти работы получили новое подтверждение. И получено оно было в Рокфеллеровском университете довольно неожиданным образом. Профессор этого университета, Фернандо Ноттебом, долгое время изучал биологию певчих птиц. Заинтересовавшись тем, что именно происходит с канарейками Serinus canaria, когда они учатся новым песням, Ноттебом предположил, что без изменений в мозге птиц здесь не обходится. И оказался прав: он обнаружил, что весной, в период спаривания в мозге самцов канареек, а именно в его структурах, ответственных за пение и обучение (т.н. вокальном центре), число нейронов возрастало! «Это было реальным шоком, потому что нас учили, будто взрослый мозг сохраняет тот же самый размер, те же самые клетки — навсегда. Это было неоспоримым фактом о мозге. Как он мог стать больше? Это противоречило всему, что я когда-либо изучал» — вспоминал потом ученый. Укоренившееся мнение о стабильности нервных клеток стало рушиться. В конце 90-х годов, после опытов с грызунами, птицами и обезьянами, рождение новых нейронов было подтверждено и в человеческом мозге. Догма была окончательно повержена в 1998 году шведскими нейробиологами из Института неврологии Гётеборга. Профессор Питер Эрикссон и его коллеги исследовали посмертные ткани мозга больных, согласившихся ради науки принимать синтетический аналог тимидина, бромдезоксиуридин. Этот нуклеотид, также, как и тимидин, способен встраиваться в ДНК вновь образующихся клеток. Шведские исследователи смогли увидеть, что новые нейроны достоверно появлялись в зубчатой извилине гиппокампа. Из этого следовало, что гиппокамп человека сохраняет свою способность генерировать нейроны на протяжении всей жизни. Нейрогенез в мозге человека был окончательно доказан. Так, почти через век после того, как Рамон-и-Кахаль сформулировал свой догматический «запрет» на восстановление нервных клеток, эпическая битва между «революционерами» и «консерваторами» завершилась победой первых. Теперь предстояло выяснить все детали всё-таки открытого явления. Каковы масштабы нейрогенеза во взрослом мозге млекопитающих и в каких отделах мозга он происходит? Какова его физиологическая функция? И один из самых важных вопросов, вставших перед биологами, мог иметь большое практическое значение: влияют ли внешние факторы на процессы нейрогенеза и можно ли его усилить. Сегодня мы уже можем более или менее достоверно ответить на все эти вопросы. Основная функция нейрогенеза в организме заключается в восполнении нейронов мозга, утраченных естественным образом (в процессе старения) или из-за болезней и травм. Также оказалось, что нейрогенез играет важную роль в обучении и формировании памяти. Появление новых клеток в мозге происходит в несколько этапов. Вначале происходит фаза экспансии, деления нейрональных стволовых клеток мозга: стволовая клетка делится на две, из которых одна превращается в клетку-предшественника (делящегося нервного предшественника), также способную к делению. Эта самая короткая фаза, её время составляет чуть более суток. Следующий этап занимает около 10 суток: происходит деление клеток-предшественников и миграция образовавшихся из них клеток к своему финальному «месту прописки». И на заключительном этапе мигрировавшая клетка, добравшись до места своего назначения, превращается в новый нейрон или в клетку его обеспечения — астроцит и олигодендроцит. Но это ещё не конец. Чтобы вновь образовавшаяся нервная клетка выжила, она должна обрасти синаптическими контактами с другими клетками, то есть органично встроиться в структуру мозга, влиться в клеточный коллектив. А новые связи между нейронами появляются, когда человек усваивает какую-либо информацию — вот почему для процесса нейрогенеза так важно, чтобы мозг активно работал. Клетки, не создавшие с соседними таких связей, становятся лишними и погибают. Весь цикл нейрогенеза от начала до конца занимает по времени около 7 недель. Считается установленным, что в сутки в гиппокампе человека рождается около 700 новых нейронов. Здесь надо отметить тот факт, что с количеством и обновлением самих стволовых клеток мозга учёным пока не всё до конца ясно. В 2011 году две группы исследователей из лаборатории Колд Спринг Харбор и Университета Джона Хопкинса представили научному сообществу две прямо противоположных гипотезы на этот счёт. Первые учёные, которых немецкий нейробиолог Герд Кемперманн назвал «пессимистами», озвучили модель, согласно которой число стволовых клеток в мозге закладывается в утробе матери и затем они в течение жизни не возобновляются, а лишь исчерпываются. При таком положении дел попытки учёных и медиков искусственно стимулировать нейрогенез (у пожилых или нездоровых людей) могут обернуться неожиданной стороной и вместо пользы принести вред. Искусственно стимулированные стволовые клетки закончатся раньше времени и человек останется беззащитным без их необходимого запаса. Согласно более оптимистичному сценарию, который описали Майкл Уиллер и его коллеги из Университета Джона Хопкинса, во взрослом мозге набор стволовых клеток постоянно обновляется и стимуляция нейрогенеза приносит пользу здоровью. Поделившись, стволовая клетка превращается в две, одна из которых (дочерняя) станет новым нейроном, а вторая останется стволовой, ещё много раз давая новые нейроны. Хочется верить, что правы «оптимисты». Подтверждение ей мы, казалось бы, можем каждый день видеть своими глазами: жизнерадостные, успешные и занимающиеся спортом люди, как правило, живут дольше и имеют более крепкое здоровье. А физкультура и положительные эмоции, как уже достоверно известно, прямо стимулируют нейрогенез. Но — об этом чуть ниже. Считается установленным, что нейрогенез у млекопитающих проходит в основном в двух областях мозга: в обонятельной луковице и зубчатой извилине гиппокампа. Время от времени в печати появляются сообщения об обнаружении новых нервных клеток и в других мозговых структурах, но после проверок все они оказываются не достаточно убедительными и пока отвергаются большинством учёных. Но и того, в чём мы уверены сегодня, не так уж и мало. Для обонятельной луковицы мозга человека появление новых клеток не характерно, и если происходит, то в очень незначительных количествах. Связано это с нашей особенностью слабо пользоваться своим обонянием. У многих животных, напротив, хороший нюх иногда стоит на первом месте из всех имеющихся органов чувств. По техническим причинам, нейрогенез в целом и в обонятельной луковице в частности лучше всего исследован у подопытных грызунов. Уже известно, что новые нейроны появляются у крыс в этой зоне в период спаривания и во время беременности: по запаху крысы ищут себе партнёров и затем распознают своих детёнышей. Проводились эксперименты, когда мышам затыкали их носовые проходы, делая невозможным работу обоняния. На такие «фокусы» мышиный мозг тут же реагировал резким уменьшением объёма обонятельных луковиц: количество нейронов в них падало. А при восстановлении обоняния эти области мозга мышей быстро набирали прежнюю форму. Также известно, что исключительное влияние на обновление нервных клеток оказывает среда обитания. Новые впечатления, комфортные и удобные условия жизни стимулируют нейрогенез. Самые ранние работы, позволившие обнаружить этот феномен, были проведены в конце 90-х годов прошлого столетия. Профессор Фред Гейдж со своими коллегами поставили опыты с грызунами, которые были разделены на две группы. Группа «счастливых» мышей жила в миниатюрном городке, состоящем из множества лабиринтов. Хорошая кормёжка, постоянное движение и поиск выходов из лабиринта привёли к тому, что учёные смогли зафиксировать в гиппокампе мышей повышенную нейрогенетическую активность. Во второй же группе грызунов, неотлучно содержавшихся в виварии и живших скучной, однообразной жизнью, новых нейронов не обнаруживалось. В последствие эти опыты неоднократно подтверждались, и сегодня влияние «обогащённой среды» на нейрогенез считается твёрдо установленным. Не в последнюю очередь, рождение новых нейронов под воздействием комфортной «обогащённой среды» связано с «гормонами счастья»: дофамином и серотонином. Уже доказано, что эти два гормона оказывают очень важное и позитивное воздействие на обновление нервных клеток. Поэтому для работы мозга так важен позитивный настрой. Так, было выявлено, что когда во время депрессии в мозге падает уровень серотонина, сразу же замедляется и нейрогенез. Так как одновременно с этим ухудшается и функция памяти, можно предположить в этом существование некоторого защитного механизма, помогающего человеку забыть прошлые неприятности, вызвавшие депрессию. Приём антидепрессантов, направленный на повышение серотонина в мозгу, одновременно повышает и нейрогенез. Противоположным серотонину действием обладают гормоны стресса, глюкокортикоиды, прочно и наверняка блокирующие рождение нервных клеток. Поэтому стресс и хорошая работа мозга плохо совместимы. Также оказались плохо совместимы с нейрогенезом почти все пагубные привычки современного человека: курение, употребление спиртного, а также малоподвижность и обжорство. Совсем свежее исследование показало, что алкоголь очень негативно и целенаправленно влияет на нейрональные стволовые клетки. Причем женский организм оказался более уязвим для пагубного воздействия спиртного, чем мужской. Любители гамбургеров, газировки и сладких булочек также не случайно попали в группу риска по нейрогенезу. Оказалось, что лишний вес может очень негативно влиять на обновление нейронов. Жир вокруг талии, скапливаясь в большом количестве, стимулирует воспаление в организме, выделяя в кровь вещества воспалительного процесса, цитокины. И эти цитокины, добравшись до мозга, будут мешать рождению новых клеток. Кроме этого, лишние жировые отложения вызывают в организме окислительный стресс, в результате которого активируется ядерный фактор транскрипции NF-kB, также блокирующий нейрогенез. Вот почему рацион играет такую большую роль в работе мозга. Вообще, как выяснили учёные, нейрогенез оказался чрезвычайно «пуглив», и почти любое отклонение в организме подавляет рождение нервных клеток. Но вместе с этим есть и хорошие новости! Человек, соблюдающий диету и занимающийся спортом, имеет все шансы сохранить нормальную работу мозга до самой старости. Многочисленные эксперименты нейробиологов наглядно продемонстрировали, как физические нагрузки благотворно влияют на работу мозга и обновление его клеток. К примеру, под воздействием продолжительного бега достоверно повышается уровень двух веществ, стимулирующих нейрогенез — BDNF и VGF. Так что можно уверенно сказать, что бегая, плавая и крутя педали, человек укрепляет не только свои мышцы и кровеносную систему, но и мозг.