Наш Telegram канал
1. ПАРАДОКСЫ МОЗГА
Нищета человеческого мозга начинается с необычности его морфофункциональной организации. В эволюционных корнях конструкции и метаболизма нервной системы заложены фундаментальные ограничения интеллектуальной деятельности, которые влияют как на повседневную, так и на творческую активность. Эти закономерности парадоксальны для восприятия и требуют отдельного рассмотрения. Первым неприятным парадоксом для прогрессивного человечества стали сведения об иммунологическом конфликте между мозгом и организмом.
Исследователи мозга XX столетия постепенно выяснили, что нервная система хорошо изолирована и защищена от собственной иммунной системы человека. Функции изоляции как мозга, так и периферической нервной системы выполняет гематоэнцефалический барьер. Его основной задачей является блокировка прямого контакта между клетками иммунной системы человека и нейронами.
Если в результате травм, кровоизлияний или воздействий лекарственных препаратов гематоэнцефалический барьер повреждается, то происходит аутоиммунизация белками собственной нервной системы. Этот факт доказывается наличием небольшого уровня таких антител в плазме крови обладателя мозга. Иначе говоря, нервная система человека рассматривается его собственным организмом как инородное тело, похожее на занозу в пальце.
При массивном нарушении гематоэнцефалического барьера начинается бурный аутоиммунный конфликт, который не всегда совместим с жизнью. Этого удаётся избежать при помощи специализированных клеток глии, неотделимых от нейронов.
Нейроны головного мозга и периферической нервной системы изолированы от иммунологических атак организма при помощи огромного количества специализированных клеток. Для поддержания функций гематоэнцефалического барьера в головном мозге существуют глиальные, а в периферической нервной системе — шванновские клетки. Среди глиальных клеток различают трофические и структурные.
Трофические глиальные клетки осуществляют барьерные функции и переносят к нейронам белки, жиры, углеводы и кислород.
Из нейронов через глиальные клетки в кровеносное русло выделяются углекислый газ и продукты распада. Уровень метаболизма мозга выше, чем у большинства других органов. Однако энергетические запасы внутри мозга практически отсутствуют. Внутриклеточных ресурсов в идеальном случае может хватить на несколько минут. Прекращение динамического обмена или полная остановка кровообращения приводят к локальным необратимым изменениям примерно через 6–7, а к фатальным — через 10–12 минут.
Глиальные клетки выполняют изолирующие функции, формируя как гематоэнцефалический барьер, так и изоляцию мембран отростков нейронов друг от друга. Эта важнейшая функция глиальных клеток обеспечивает стабильную среду для передачи электрической волны перезарядки наружной мембраны нейронов. Следует подчеркнуть, что глиальные клетки, независимо от их частной функции, находятся в сложных метаболических отношениях с нейронами и их отростками.
Полноценная работа нейронов в отсутствие глиальных клеток невозможна. Таким образом, глиальные клетки являются основным компонентом гематоэнцефалического барьера и обеспечивают метаболическую активность нейрона. На каждый нейрон, включая отростки — аксоны и дендриты, приходится от 10 до 1300 глиальных клеток различных типов.
Количество этих барьерных клеток индивидуально изменчиво, поскольку люди различаются ростом, массой тела и размерами мозга. Независимо от соматических различий и уровня метаболизма барьерные функции остаются неизменными. Следовательно, парадоксальная иммунологическая несовместимость нервной системы с остальным организмом человека является непреодолимым фактором естественного происхождения.
Второй парадокс нервной системы связан с особенностями кровообращения головного мозга человека. Наиболее важным общим принципом ограничения возможностей мозга является физиологический предел увеличения метаболизма. При самой интенсивной работе мозга уровень потребления кислорода может достигать 38%, а пищи — 25%. При этом уровне метаболизма мозг может эффективно работать ограниченное
время. С учётом полноценного сна среднее время поддержания такого уровня обмена обычно не превышает двух-трёх недель, хотя встречаются исключения. По многочисленным отсроченным наблюдениям, чрезмерная активность и феноменальная трудоспособность отмечаются у людей с нарушением неврологического или психиатрического статуса и к вменяемым результатам обычно не приводят.
Повышение уровня метаболизма мозга сверх естественных пределов практически невозможно. Популярные психотропные препараты обычно только создают иллюзию увеличения активности мозга, формируя ощущения, но не давая результата. Бурное желание совершить интеллектуальный подвиг обычно заканчивается пустой суетой и неприятной усталостью. Если химические стимуляторы действительно увеличивают обмен мозга, то за это приходится дорого платить.
Искусственные стимуляторы вызывают метаболические сдвиги в работе нейронов и глиальных клеток, которые восстанавливаются намного дольше, чем в нормальных условиях. Если реальное повышение метаболизма мозга сверх физиологической нормы продолжается сутки, то на полное восстановление понадобится 3–4 дня. Вполне понятно, что за это время при спокойной работе можно обдумать и сделать намного больше,чем за сутки суетливого мышления. Следовательно, химическая стимуляция мозга не эффективна, если учитывать отдалённые последствия краткосрочного воздействия. Она может использоваться в крайних случаях
и не для решения творческих задач.
Это ограничение обусловлено фундаментальным свойством клеток мозга образовывать новые связи между отдельными нейронами при решении творческих задач. В короткие сроки простимулировать сложный и многоступенчатый морфогенез отростков невозможно, что сводит созидательный порыв мышления к шахматной комбинаторике. Иначе говоря, искусственно простимулировав мозг, мы добиваемся более быстрого перебора вариантов уже имеющихся решений, упрощая свой мозг до уровня примитивного компьютера. При этом появление совершенно новых решений возможно, но их вероятность будет той же, что и при нормальной физиологической работе мозга. Этот процесс опосредован временем физического формирования синаптических межклеточных контактов, которые и в норме образуются с предельно возможной скоростью.
По этой причине лучше всего планировать методичную работу, а не применять модный «мозговой штурм». Например, за 5 часов работы в мозге 10 офисных «штурмовиков» новых связей образуется вдвое меньше, чем у одного оболтуса на мягком диване за 50 часов. Если уговорить этого ленивца двое суток думать не о девочках и машинках, а о существующей проблеме, то результат будет намного лучше, чем у бодрых имитаторов публичного мышления.
Другая крайность связана с праздностью мозга, или ночным сном. Метаболизм организма человека во время сна и отдыха системно снижается, что не требует отдельного обсуждения. Аналогичные события происходят и в головном мозге. На энергетическое обеспечение мозга спящего человека расходуется около 20–25% вдыхаемого кислорода и примерно 8–9% метаболических соединений. Величины рассчитаны в процентах от общих расходов всего организма. Вполне понятно, что различия в размерах тела дадут несколько иные относительные расходы на содержание нервной системы.
Исходные цифры получены для молодых половозрелых мужчин с массой тела 75 кг и массой мозга 1320 г.
В состоянии вечного покоя находится мозг у большей части населения нашей планеты. Если это счастливое состояние достигается мозгом, то оно немедленно консервируется при соблюдении трёх простых условий.
Необходимо, чтобы хватало пищи, были достигнуты репродуктивный результат и условная стабильность социального статуса. Иначе говоря, мозг пассивен, если воспроизводство себе подобных (или имитация этого процесса) хорошо налажено, а уровень доминантности не вызывает беспокойства. Обычно достаточно убеждённости, что есть ещё хуже тебя или что все вокруг не столь уникальные. Если такого незатейливого
самообмана достаточно, то можно спокойно перебираться на диван к телевизору или в спорт бар. Условные внешние раздражители необходимы для имитации жизни мозга, который будет совершать небольшие колебательные движения вокруг метаболического минимума собственных расходов.
В результате такой энергетической стабилизации на нижнем минимуме мозг достигает состояния полного биологического счастья. Оно закрепляется внутренней стимуляцией при помощи эндорфинов и других метаболитов, очень похожих по действию на наркотики. Последствия такого «счастья» нетрудно предсказать, хотя в зависимости от обстоятельств они могут индивидуализироваться. Как правило, любители инстинктивно-гормонального образа жизни успешно обходятся без особых интеллектуальных усилий. Постоянное пребывание в эндорфиновом раю снижает метаболизм мозга и постепенно приводит к нирване — масштабному развитию склеротических явлений в сосудах головного мозга. Для обладателей такого мозга это не очень заметно, поскольку вместе со снижением интеллектуального потенциала повышается уровень самооценки.
Обычно параллельно развивается склонность к простым инстинктивно-гормональным удовольствиям биологического происхождения, которые характерны для большинства приматов.
В условиях полной праздности мозг продолжает работать по тем же физиологическим законам, что и у трудоголика. Разница состоит в скорости процессов и метаболических последствиях. Как в состоянии временного покоя, так и при активной интеллектуальной работе между нейронами ежедневно формируются синаптические связи. Обычно в день у каждого нейрона образуется 2–3 синапса — новые связи с другими
клетками. Это достаточно консервативный параметр, и для его изменения необходимы особые условия, которые будут описаны ниже.
Следовательно, и в праздном, и в активно работающем мозге связи между нейронами образуются и разрушаются постоянно. Этот морфогенетический процесс лежит в основе памяти и мышления. Он не останавливается до самой смерти человека, хотя может изменяться в небольших пределах, что зависит от объёма крови, проходящей через мозг.
Если мозг активно работает, то кровообращение усиливается, а энергетический избыток направляется как на поддержание метаболизма, так и на морфогенез отростков нейронов. При длительном поддержании такого состояния могут наступить реальные физиологические изменения. Тогда вместо 2–3 синапсов может образоваться 4–5, что неимоверно расширяет возможности мозга. Это легко понять из простых арифметических вычислений. Если на каждый нейрон коры большого мозга придётся по паре новых синапсов в день, то это уже около 23 млрд дополнительных контактов, которые составляют огромный творческий потенциал.
Вопрос заключается в том, как данный потенциал использовать каждый день. Экономия энергетических расходов мозга так бессмысленно приятна, что может помочь растратить любой запас гениальности и таланта.
К сожалению, долго работать в напряжённом состоянии мозг не любит и не может. Он находит изощрённые способы снижения сомнительных энергетических затрат и стремится вернуться в лоно праздного счастья.
При длительном и упорном насилии над собственным мозгом порой удаётся достичь некоторых заметных результатов.
Визуализировать их могут некоторые любознательные патологоанатомы, правда уже после смерти упорного интеллектуала. Примером может быть работа, опубликованная Б.К. Гиндце в «Клиническом архиве гениальности и одарённости» В.Г. Сегалина за 1925 год. В этой работе известный анатом сравнил сосуды мозга профессора математики 1-го Московского университета Павла Алексеевича Некрасова и простого обывателя. Морфологические различия между системами сосудов двух людей с разными профессиями оказались вполне ожидаемыми. Математик, который регулярно занимался интеллектуальной работой, стимулировал кровообращение своего мозга. Без такого принуждения ленивый мозг снижает кровоснабжение нейронов в 1,5–2 раза.
Профессор регулярно эксплуатировал свой мозг, продлевая жизнь нейронов стимуляцией кровообращения. В конечном счёте это привело к тому, что естественная возрастная гибель нейронов была снижена, а здравомыслие не изменяло профессору до конца дней. Аналогичная развитость и возрастная сохранность кровообращения мозга отмечались Б.К. Гиндце у поэтов В. Брюсова и О. Туманьяна, профессоров Н.А. Бернштейна и Д.Н. Анучина.
Для людей интеллектуального труда характерно более, чем у обывателей, развитое кровообращение, которое сказывается не только на рассудке.
У большинства творческих эксплуататоров собственного мозга до старческого возраста сохраняются высокая потенция и склонность к сексуальным удовольствиям. Это неудивительно, поскольку соматосенсорные области, контролирующие половые органы, расположены в огромных полях коры на медиальной поверхности полушарий. При интеллектуальных нагрузках их кровоснабжение улучшается, а сосудистые склеротические процессы немного замедляются. Эту заманчивую перспективу рассудочного старения портят некоторые
особенности метаболизма мозга, о которых не стоит забывать. Общее усиление интеллектуальных нагрузок полезно, но старит нейроны. В мозге быстро накапливаются невыводимые из цитоплазмы нейронов продукты метаболизма, маркирующие их преждевременное старение. Только по накоплению одного из них — липофусцина — можно судить о возрасте человека даже по микроскопическому анализу нескольких нейронов.
Если смириться с этими небольшими потерями, то можно попытаться продлить рассудочную жизнь мозга.
К сожалению, парадоксы кровообращения мозга на этом не исчерпываются. Если простодушный читатель надеется, что, стимулируя кровообращение изучением языков и игрой в большой теннис, он добьётся сохранного старения своего мозга, то он горько ошибается. Безусловно, такие приятные развлечения улучшают соматические функции организма, но головной мозг — намного более привередливая система.
Третий парадокс состоит в том, что скорость кровообращения в разных областях мозга постоянно изменяется. Это означает, что, занимаясь физическими упражнениями, человек стимулирует кровоток в моторных и сенсомоторных областях, а не во всём мозге сразу, как предполагалось ранее. Кровеносная система обеспечивает адаптивное динамическое кровоснабжение головного мозга. При повышении нагрузки на мозг скорость и объём движущейся крови в одних областях увеличиваются, а в других — уменьшаются.
В тех областях мозга, которые испытывают максимальную функциональную нагрузку, усиливается кровоток, а не задействованные в данный момент области сохраняют исходное кровообращение. По этой причине добиться системного увеличения кровотока во всём мозге при помощи физической нагрузки скелетной мускулатуры крайне затруднительно. В такой ситуации высокий метаболизм будет поддерживаться только в сенсомоторных областях. В остальной части мозга кровоток будет сохраняться на относительно низком уровне.
На этом принципе построены попытки исследовать мозг живого человека при помощи функциональной магнитно-резонансной (functional magnetic resonance imaging, фМРТ) и позитронно-эмиссионной томографии (positron emission tomography, ПЭТ) мозга с применением радионуклидных технологий. При всей технической сложности суть этих методов функциональной томографии довольно проста. фМРТ базируется на уникальной связи между течением крови и присутствием кислорода в одних и тех же отделах головного мозга при активизации нейронов.
Например, если человек начинает всматриваться в некий объект, то активизируются зрительные поля коры, расположенные в затылочной доле. Это выражается в том, что в зрительных полях увеличивается кровоток и возрастает количество кислорода (Cooper et al., 1975).
Отличия ПЭТ состоят в том, что при помощи похожих методов происходит сканирование мозга, предварительно насыщенного соединениями, содержащими короткоживущие радионуклиды кислорода ( 15O), углерода ( 11C), фтора ( 18F) и азота ( 13N). Они имеют очень короткий период полураспада, но позволяют проанализировать места связывания соединений (содержащих эти радионуклиды) в функционально
нагруженных областях мозга. Поскольку основным метаболитом нейронов являются сахара, в экспериментах чаще всего используют меченную радионуклидами глюкозу ( 18F–2-fluoro–2-deoxy-D-glucose, FDG) или H215O.
Применение обоих методов для анализа функциональных областей мозга весьма сходно. Обычно участнику эксперимента предлагают думать на определённую тему, производить математические операции, слушать звуки или слова, читать текст, испытывать обонятельные или вкусовые ощущения. В это время производится фМРТ- или ПЭТ-сканирование, которое позволяет установить наиболее возбуждаемые области головного мозга. Самые активные зоны мозга связывают радиоизотопы или меняют скорость кровотока, что рассматривается как признак локализации функций.
Понятно, что активизируются и первичные, и вторичные центры мозга. Особенно расплывчаты границы функциональных полей при решении ассоциативных задач. К ним относятся вычисления, понимание слов и текста, абстрактных изображений и восприятие звуков. Тем не менее даже такие задачи начинают ставиться в наблюдениях на добровольцах или пациентах с заболеваниями нервной системы.
Сомнения в результатах этих исследований вызваны тем, что не решены базовые задачи, подтверждающие достоверность обоих методов.
С одной стороны, при использовании фМРТ и ПЭТ не учитывается индивидуальная изменчивость сосудистой сети и скорости кровотока конкретных людей. По этой причине наблюдаемое в эксперименте локальное изменение метаболизма может быть вызвано как активностью
самих нейронов, так и индивидуальными особенностями кровотока в этой области мозга.
С другой стороны, пока не проведено корректное сопоставление прижизненной локализации областей мозга, выделенных на фМРТ и ПЭТ, с аутопсийными цитоархитектоническими исследованиями этих же центров.
Подобную работу необходимо выполнить на одних и тех же людях, используя центры мозга с заведомо однозначными функциями.
Поскольку такие исследования пока не проведены, результаты фМРТ и ПЭТ имеют ту же научную ценность, что и индекс интеллекта.
Следует отметить, что систематическая многолетняя нагрузка одних и тех же областей мозга приводит к дифференциальному развитию склеротических изменений.
Возрастные патологические процессы в мозге топографически повторяют поведенческие приоритеты. Если в поведении превалировала двигательно-моторная активность, то в первую очередь патогенетические процессы затронут ассоциативные центры, и наоборот.
В результате мозг всегда страдает от неравномерности кровообращения, опосредованной регулярной избыточной нагрузкой одних ядер и полей коры и забвением других. Гармоничного и равномерного кровоснабжения всего мозга можно добиться, лишь ведя инстинктивно гормональный образ жизни тривиальных приматов.
Только надо учесть, что гармония праздности достигается на самом низком метаболическом уровне. При этом склеротические изменения будут развиваться более или менее равномерно, в зависимости от индивидуальных особенностей строения сосудистой сети мозга.
Гармонии кровоснабжения при относительно высоком уровне метаболизма мозга добиться намного сложнее. При возникновении острого желания подольше сохранить свой мозг в рабочем состоянии придётся идти на большие жертвы. Необходимо заставлять свой ленивый мозг заниматься самыми разными предметами и умышленно разнообразить сложные двигательные занятия. Простой физкультурой и кроссвордами остановить саморазрушение мозга обычно не удаётся, а многообразие увлечений может занять всю осмысленную жизнь и привести к универсальному дилетантизму.
Четвёртый парадокс мозга непосредственно связан с кровообращением, но заслуживает отдельного рассмотрения. Движение спинномозговой жидкости настолько своеобразно, автономно и значимо для мозга, что мы подсознательно разделяем простые желания — пить и есть.
Парадоксальность ситуации обусловлена значительной независимостью обмена кислорода, жиров, белков, углеводов, с одной стороны, и водносолевого баланса — с другой.
Обмен спинномозговой жидкости осуществляется независимо от обычного метаболического пути. Основными источниками спинномозговой жидкости являются сосудистые сплетения желудочков головного мозга. Они состоят из капиллярных сплетений сосудов, окружённых тонким слоем клеток нейрального происхождения, которые не проницаемы ни для каких соединений, кроме воды и растворов электролитов. Через них в зависимости от двигательной активности человека за 5–12 часов проходит вся вода, содержащаяся в организме.
Вместе с водой сосудистые сплетения пропускают растворы основных ионов, необходимых для формирования и проведения электрических сигналов нейронов. Проток спинномозговой жидкости через мозг столь интенсивен, что его можно сравнить со струйкой воды из водопроводного крана диаметром около 3 мм. При такой интенсивности водно-солевого обмена любая приостановка процесса фильтрации чревата сочетанными патологиями нервной системы.
Конкретная скорость протока зависит от двигательной активности и объёма выпитой воды. При минимальной подвижности человека все жидкости проходят через мозг за 12 и даже за 14
часов, что зависит от размеров тела. Если человек занимается спортом или тяжёлыми физическими нагрузками, то скорость обмена спинномозговой жидкости увеличивается в 2–2,2 раза.
Особое сомнение в теологической продуманности устройства мозга вызывает индивидуальная изменчивость сосудистого сплетения.
Количественный анализ сосудистых сплетений показал, что его размеры не связаны с половым диморфизмом, хотя женский мозг обладает меньшей массой, чем мужской. Ещё интереснее оказались измерения размеров сосудистых сплетений внутри мозга различной массы. Никакой связи между размерами сосудистого сплетения и массой головного мозга нет. В большом мозге может находиться маленькое сосудистое сплетение, а в маленьком — наоборот, большое. Это означает, что скорость обмена воды и электролитов может индивидуально различаться в несколько раз.
Вполне понятно, что огромная изменчивость основного источника спинномозговой жидкости способна приводить к значительным функциональным последствиям (Юнеман и др., 2011).
Для понимания последствий структурных различий сосудистого сплетения необходимо напомнить, что водный и минеральный обмен мозга относительно автономен от поступления к нейронам белков, жиров и углеводов. Однако источник для всех компонентов обмена мозга один — кровеносная система. Приток спинномозговой жидкости осуществляется активно с затратой энергии и завершается ультрафильтрацией, которая не позволяет органическим соединениям попадать в полости мозговых желудочков. Проходя через мозг, спинномозговая жидкость собирается в специальных полостях, а затем возвращается в венозное русло по градиенту концентрации. Замедление протока спинномозговой жидкости может вызывать тяжёлые нервные расстройства, а усиление —гидроцефалию.
Часть спинномозговой жидкости проходит через межклеточное пространство белого и серого вещества головного мозга. Этим обеспечиваются стабильность электролитного состава межклеточной жидкости и прохождение электрохимических сигналов между нейронами мозга.
Совершенно ясно, что из-за непропорциональности размеров мозга и сосудистых сплетений обмен спинномозговой жидкости у людей очень индивидуален. Это значит, что у одного человека электролитный баланс восстанавливается быстро, а у другого медленно. Многие люди ощущают выраженную зависимость самочувствия от перепадов давления, температуры и состава пищи. Головная боль, продолжительные мигрени, дискомфортные состояния часто являются результатом нарушения механизмов движения спинномозговой жидкости.
Индивидуальная уникальность водно-солевого обмена мозга создаёт объективные различия в работе мозга и может ограничивать даже самый выдающийся интеллектуальный потенциал.
Пятый парадокс состоит во врождённой ограниченности числа нейронов в нервной системе каждого человека. К моменту рождения пролиферация (митотическое деление) нейробластов завершается. В процессе жизни нейроны не появляются, а только погибают. Тем не менее существуют многочисленные мистификации вокруг этой проблемы, которые построены на нескольких работах на животных и религиозной вере в стволовые клетки.
Дело в том, что ещё в 60–70-е годы XX века многие исследователи занимались кинетикой пролиферации нейробластов в головном мозге животных. Для работы использовали нуклеотиды ДНК, меченные короткоживущими радиоизотопами, что позволяло точно отслеживать их включение в каждый митотический цикл нейробластов. Десятки тысяч работ на эту тему показали, что в мозге млекопитающих пролиферация нейробластов заканчивается к моменту рождения животного. У некоторых видов были найдены депонированные нейробласты, способные к делению.
Так, в мозге грызунов были зафиксированы единичные деления нейробластов в гиппокампе на протяжении двух-трёх месяцев после рождения. Вокруг центрального канала спинного мозга постоянно растущих акул и змей найдены отдельные делящиеся нейробласты, встраивающиеся в моторные сегментарные ядра. У птиц известна небольшая прижелудочковая сезонная пролиферация депонированных нейробластов, которые мигрируют в ядра мозга, контролирующие пение.
Все эти случаи весьма занимательны, но являются исключением из общего правила и не сказываются на количественной организации головного и спинного мозга. Новые клетки в мозге появляются в значимом количестве только при развитии онкологических заболеваний, несовместимых с жизнью.
Для мистического поиска размножающихся нейронов, попыток протезирования мозга при помощи стволовых клеток и создания искусственного интеллекта нужны минимальные знания и вера в чудеса.
Дело в том, что сами по себе нейроны работать не могут. Для их нормального функционирования необходимы высокий уровень метаболизма и защищённость от собственной иммунной системы.
Следовательно, вместе с «воссозданными» нейронами надо откуда-то получить десятки и сотни клеток олигодендроглии — для изоляции отростков, а также глиальные клетки, осуществляющие питание и
барьерные функции. Даже восстановление такого сложного клеточного комплекса бесполезно без параллельного создания капиллярной сети с высоким уровнем обмена крови и независимого водно-солевого потока спинномозговой жидкости. В свете изложенного понятно, что рассуждения о компенсаторном влиянии на мозг человека отдельных нейронов и проекты создания нейроэлектронных вычислительных систем спекулятивны.
Таким образом, после рождения человека новые популяции нейронов не появляются, а начинаются два разнонаправленных процесса: дифференцировка отростков и гибель нейронов. Надо отметить, что нейроны гибнут в мозге человека всегда, начиная с обособления нервной системы в ранний эмбриональный период развития. Считается нормальной ситуация, когда на 1000 клеточных делений (митозов) приходится 4–6
погибших нейробластов, которые не смогли полноценно завершить этот процесс. Гибель клеток осуществляется множеством способов, но всегда завершается аутофагией. Это означает, что погибшую клетку фагоцитирует соседний нейробласт или недифференцированная глиальная клетка. Этим способом предупреждается развитие воспаления в эмбриональном мозге и увеличивается потенциал фагоцитирующей клетки.
После завершения пролиферации гибель нейронов продолжается, хотя и в меньших масштабах. Проблема состоит в том, что нейроны не могут получать белки, жиры и углеводы непосредственно из капилляров. Необходимо передаточное звено в виде трофических глиальных клеток.
Поскольку система достаточно сложна, капилляры подвергаются физиологической окклюзии, запустевают или тромбируются, нейроны продолжают погибать.
Основная потеря нейронов опосредована нарушением кровообращения, которая приводит к их элементарной гибели от «голода».
Долгие годы после рождения потеря общего числа нейронов стабильна и не превышает в год 0,15–0,25 г на весь мозг. При этом объём мозга продолжает интенсивно увеличиваться, а размер головных уборов — расти.
Этот парадокс одновременной гибели нейронов и роста объёма мозга крайне прост и понятен даже неспециалисту. Дело в том, что объём мозга растёт в результате нескольких параллельных процессов: увеличения объёма тел нейронов, многократного роста разветвлённых отростков (аксонов и дендритов), формирования гематоэнцефалического барьера, изоляции отростков олигодендроглией, развития капиллярной сети и расширения межклеточного пространства, заполненного спинномозговой жидкостью. На этом фоне ежегодная потеря нескольких тысяч нейронов выглядит несущественной и проходит незаметно.
Это блаженное состояние постоянного развития мозга сохраняется примерно до 30 лет, когда процессы морфогенеза завершаются, а возрастные изменения в полной мере ещё не проявляются.
До 30-летнего возраста масса мозга увеличивается, затем 15–20 лет остаётся постоянной, после чего начинает снижаться, что вызвано гибелью нейронов. При гибели нейрона окружающие его глиальные клетки выполняют стерилизационные функции. Они окружают погибшую клетку и формируют непроницаемый саркофаг. Внутри сформированной полости происходят разрушение и фагоцитирование остатков нейронов.
В результате этого процесса между отростками нервных клеток возникают полости (клетки-тени), заполненные спинномозговой жидкостью. Эта роль глиальных клеток очень значима, так как после 50 лет каждый год масса мозга уменьшается на 3 г, что составляет примерно несколько десятков тысяч нейронов. Процесс возрастной инволюции мозга индивидуален, а приводимые цифры отражают только среднестатистические явления. При общем возрастном уменьшении числа клеток происходит увеличение размеров сети отростков отдельных нейронов.
Вместе с новыми дендритными сетями появляются и новообразованные синаптические контакты, число которых может быть в 2–3 раза больше, чем в период зрелости. Последствия таких потерь очевидны в старческом возрасте.
Подвижность мышления падает, поиск множественных вариантов решения одной и той же проблемы затруднён, а инерция увеличивается. Зато появляются непоколебимая уверенность в собственной правоте и поразительное упорство в воплощении любой незатейливой мысли, что обычно сильно беспокоит окружающих. Причину упорства и изощрённости надо искать в масштабах нейрональной гибели.
Чем больше с возрастом погибает нейронов, тем проще выбор между несколькими альтернативными решениями. Этому способствует богатая дендритная сеть отдельных нейронов в мозге пожилых людей. Любая мысль, если она только возникнет, будет мобилизовывать весь нейробиологический опыт для её отстаивания или осуществления.
В этом плане разветвлённость связей уцелевших нейронов может оказаться эффективнее более сохранного, но слишком подвижного мозга малолетних конкурентов.
Если человек живёт достаточно долго, то потери нейронного состава мозга могут сопровождаться заметными изменениями поведения, перестройкой сознания и проявлениями асоциальности. Проблема состоит в том, что пока человек молод, а мозг сохранен — адаптивность поведения очень высока. Со временем гибель нейронов приводит к диспропорциям в структурном составе полей коры большого мозга.
Поясню это на наглядном примере. Допустим, что у юноши в одном из сложных лобных полей, отвечающих за индивидуальные особенности характера, имеется очень небольшое подполе. Оно состоит из 10 в пятой степени нейронов, ассоциированных с различными глиальными клетками и обслуживающими капиллярами. Мы предполагаем, что это подполе у данного человека имеет минимальные размеры в рамках индивидуальной изменчивости.
Параллельно в мозге нашего героя присутствует достаточно большой комплекс ядер миндалевидного ядра, которое связано с агрессивным поведением и повседневной нетерпимостью к окружающим.
Предположим, что этот комплекс имеет значительные размеры, а нейронов в нём на два порядка больше (10 в седьмой степени ). Пока человек был молод, нейронов лобной области хватало для выполнения тормозных функций и он мог легко сдерживать себя в сложных семейных ситуациях. С возрастом у нашего героя началась неизбежная гибель клеток, которая к 70 годам привела к потере нейронов как в одной, так и в другой области мозга.
Естественная гибель 10 в пятой степени нервных клеток в корковом подполе уничтожила весь тормозной центр, а потеря того же числа нейронов амигдалярного комплекса к заметным изменениям в функциях не привела. Поведенческий результат вполне предсказуем. Сдержанный и терпеливый юноша превратился в крикливого и скандального старика. У нашего героя испортился не характер, как любят рассуждать старушки на лавочках, а его материальная основа — мозг.
Следовательно, гибель нейронов является биологическим инструментом, который с возрастом увеличивает поведенческую роль больших структур и уменьшает значение маленьких. В старости мозг работает на более сохранных структурах, которые всю жизнь были основой поведения, но успешно скрывались от окружающих. Однозначность поведения или чрезвычайная хитрость возрастных мудрецов является результатом индивидуальных особенностей инволюции мозга.
Шестой парадокс состоит в невероятной индивидуальной изменчивости мозга, лежащей в основе таланта и гениальности, что описано мной ранее (Савельев, 2012). Однако необходимо пояснить некоторые детали этой проблемы, ограничивающие как видовые, так и индивидуальные возможности каждого человека.
В головном мозге находится большое количество нейронов, которые обеспечивают получение, хранение и обработку различных сигналов как из внешнего мира, так и от внутренних органов. В среднем в центральной нервной системе человека находится 30–40 млрд нейронов, которые изолированы специализированными клетками глии от сосудов и капилляров, пронизывающих весь мозг. Вполне понятно, что чем выше масса мозга конкретного человека, тем большее число нервных клеток в нём содержится. По приблизительным оценкам, мозг французского писателя А. Франса массой 1017 г содержал около 27 млрд нейронов, среди которых почти 9 млрд приходилось на кору больших полушарий. У британского поэта Дж.Г. Байрона мозг был в два раза больше по массе, чем у А. Франса.
Эти различия позволяют предположить наличие у Дж.Г. Байрона 60 млрд нейронов во всём мозге и 20 млрд в коре больших полушарий. Вполне понятно, что расходы организма на содержание мозга Дж. Г. Байрона выше, чем у А. Франса. При равенстве массы тела и роста метаболические затраты на содержание мозга различались бы более чем в 2 раза. Однако А. Франс был небольшого роста, который, по анализу прижизненных фотографий, не превышал 165 см. Дж.Г. Байрон был выше, но и его мозг был в два с лишним раза больше, чем у А. Франса.
Следовательно, Дж.Г. Байрону собственный мозг обходился вдвое «дороже», чем А. Франсу. Однако на фоне пирушек, чужих графинь и юных мальчиков поэт явно не замечал таких мелочных расходов.
Для нас важно то, что двукратные различия в расходах на содержание мозга связаны с индивидуальными особенностями характера и с врождёнными способностями. Детально этот вопрос разобран в моей книге «Изменчивость и гениальность», что позволяет предельно сократить изложение шестого парадокса мозга (Савельев, 2012).
Человеческий головной мозг изменчив более, чем любая другая часть нашего тела. Мозг человека считается нормальным при массе от 850 до 2300 г (Савельев, 2005). В больших выборках можно определить средние расовые различия по массе мозга. Однако индивидуальная изменчивость намного превышает расовые и этнические различия по массе. В основе индивидуальной изменчивости лежит вариабельность полей коры большого мозга и подкорковых структур, которые осуществляют анализаторные, двигательные или ассоциативные функции и различаются по площади и числу входящих в них нейронов. Индивидуальные различия полей и подполей неокортекса и преходных зон могут достигать различий в 4131%, а подкорковых структур — в 369% (Савельев, 2012).
Более того, характерные для человека поля теменной доли могут присутствовать у одного индивидуума и полностью отсутствовать у другого. Это наблюдение выводит парадокс индивидуальной изменчивости на совершенно иной социальный уровень. Такие качественные различия скорее характерны для представителей разных видов и даже родов. Более парадоксальная индивидуальная изменчивость организации мозга в биологической истории планеты пока неизвестна.
С одной стороны, наша соматическая организация и практический опыт показывают, что почти все мы принадлежим к одному виду и можем скрещиваться между собой в любом живописном беспорядке.
С другой стороны, наш мозг в похожих головах так глубоко различается на качественном и количественном уровне, что надеяться хотя бы на минимальное взаимопонимание и общность небиологических мотивов поведения не приходится. В конечном счёте эти глубинные структурные различия порождают нелепые личностные, конфессиональные и межгосударственные конфликты