Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

Вскоре были идентифицированы многие рецепторы, участвующие в постсинаптическом ответе на нейромедиатор. Оказалось, что существует два класса: одни вещества приводят к немедленному распространению потенциала действия, в то время как другие вызывают гораздо более медленный ответ через каскад молекул вторичных мессенджеров[303] в постсинаптическом нейроне. Исследование Пола Грингарда[304] о медленной синаптической реакции, основанное на работах Эрла Сазерленда[305] и Эда Кребса[306] в 1960-х годах, было вознаграждено Нобелевской премией в 2000 году, которую он разделил с Карлссоном и Канделем. Эта работа еще не закончена – структура ГАМК-рецептора, мишени «Валиума», была описана совсем недавно [26].

* * *

Богатый химический мир мозга стал выглядеть еще более сложным, когда выяснилось, что мозговая деятельность включает в себя не только ритмическое действие нейромедиаторов, но также и эффекты нейрогормонов более медленного действия. Эти вещества, часто образующиеся из пептидов – коротких цепочек аминокислот, – высвобождаются в кровоток или внутриклеточные пространства и действуют как сигнальные молекулы в организме, в частности в головном мозге. Большая часть исследований в этой области была посвящена роли гипоталамуса, который эдинбургский нейрофизиолог Гарет Ленг назвал «сердцем мозга» [27]. В 1960-х и 1970-х годах было показано, что гипоталамус и гормоны, производимые им, участвуют в координации сложных физиологических и поведенческих реакций, в том числе связанных со стрессом и размножением. А в 1977 году половина Нобелевской премии была присуждена Роджеру Гиллемину и Эндрю Шалли за их открытия, связанные с производством нейропептидов в мозге (другую половину премии получила Розалин Ялоу, разработавшая радиоиммунологические методы определения пептидных гормонов). В 1990-х годах были открыты нейропептиды лептин и грелин, которые влияют на пищевое поведение и чувство сытости. Таким образом, нейрогормоны участвуют в долгосрочном контроле основных физиологических процессов, многие из которых имеют поведенческий компонент.

Нейрофизиолог Гарет Ленг назвал гипоталамус сердцем мозга.

Эти вещества воздействуют на нервные цепи, участвующие в поведении, либо временно – например, изменяя реакции самки крысы на детенышей, заставляя ее поднимать их и создавать для них гнездо, – либо постоянно, например, формируя мозг крысы для выработки более мужских моделей поведения. Способ, которым пептиды секретируются, сильно отличается от действия нейротрансмиттеров. Везикулы, содержащие нейрогормоны, могут появляться в любом месте тела нейрона, а не только в синапсе. Они особенно распространены на дендритах и могут способствовать функциональной реорганизации частей нервной системы при повторной стимуляции.

Этот аспект функции мозга чрезвычайно сложен. Считается, что существует более сотни различных нейропептидов, которые проходят через внутриклеточное пространство мозга, составляющее около 20 % его общего объема [28]. Пептидные молекулы высвобождаются в большом количестве – гораздо большем, чем количество молекул нейромедиаторов, – в виде импульсов, которые могут продолжаться в течение нескольких дней. Каждая из этих систем, на которые влияют внутренние и внешние условия, воздействующие на организм животного, имеет свои собственные петли обратной связи, управляющие изменениями мозговой деятельности. Сравнительные исследования показывают, что такие сети, уходящие корнями глубоко в недра эволюции, появились вскоре после кембрийского взрыва[307], около 530 миллионов лет назад.

Нейрогормоны – это вещества, которые действуют как сигнальные молекулы в мозге.

Хотя общие целевые области, на которых сосредоточена активность нейрогормонов, можно определить, остается неясным, как именно они изменяют работу мозга, вызывая наблюдаемые изменения в поведении. Например, нейроны в мозге крысы, чувствительные к окситоцину, влияют на питание, различные аспекты размножения, социальное поведение и водно-солевой баланс организма животного. Каким-то образом один и тот же нейрогормон координирует сложные и очень разные формы поведения. Эта сложность – признанная фон Нейманом в процессе его серьезных размышлений о связи между мозгом и компьютером, – показывает, что мозг является сложным органом, занимающимся параллельной обработкой данных. Он может делать несколько вещей одновременно, используя как почти цифровую, так и аналоговую передачу сигналов, а также непрерывную, аналоговую передачу через нейрогормоны.

Эндорфины вырабатываются после травмы и интенсивных физических нагрузок, из-за чего мы ощущаем «второе дыхание».