Мозг: прошлое и будущее. Что делает нас теми, кто мы есть

Многие из нас помнят, что в школе гуморальную теорию было принято высмеивать, а что мозг представляет собой суп из телесных жидкостей, и вовсе трудно себе представить. Современные нейроноцентрические представления о когнитивных функциях мозга строятся в основном вокруг нейронов и биоэлектрической активности мозга – то есть вокруг черт, которые особенно подходят для сравнения с компьютером, сухих и механистических. Но ведь всем известно, как компьютеры боятся влаги (попробуйте вылить чашку кофе на свой ноутбук), а между тем мозг весь пропитан жидкостями, которые принимают непосредственное участие в нейробиологических процессах. Пятую часть объема мозга занимают полости, заполненные жидкостью[95]. Примерно половину из них занимает кровь, а другую половину – спинномозговая жидкость (ликвор), прозрачная субстанция, вырабатываемая выстилкой полых желудочков мозга, причем этот процесс на удивление похож на преобразование животного духа в жизненный по Галену. Ликвор заполняет желудочки и быстро циркулирует во внеклеточных промежутках, что обеспечивает контакт со всеми клетками мозга – они омываются смесью ионов, питательных веществ и молекул, отвечающих передачу сигналов в мозге. Сами мозговые клетки, занимающие около 80 % объема мозга, тоже заполнены внутриклеточными жидкостями, содержащими ДНК и другие биомолекулы и метаболиты, обеспечивающие работу клеток.

Но самое, пожалуй, удивительное – что обаятельные электрически активные нейроны, особенно занимающие большинство нейрофизиологов, составляют не более половины мозговых клеток. Менее известные клетки мозга называются нейроглия – это небольшие клетки, не испускающие потенциалов активности и не создающие длинные цепи, напоминающие электропроводку (см. рис. 3)[96]. Исторически считалось, что эти клетки играют в буквальном смысле вспомогательную роль («глия» по-древнегречески означает «клей», тоже жидкость), однако в коре головного мозга их больше, чем нейронов, почти в 10 раз. Концепция мозга без учета роли нейроглии – все равно что представление о кирпичной стене без учета роли строительного раствора.

Рис. 3. Глиальные клетки в мозжечке кошки. Рисунок от руки, выполненный испанским нейрофизиологом Пио дель Рио Ортега в 1928 году. Видны кровеносные сосуды (толстые светло-серые изгибы)

Как ни странно, многие самые известные заболевания мозга поражают именно не-нейронные составляющие анатомии мозга. Один из самых распространенных и агрессивных видов рака мозга – мультиформная глиобластома – возникает при злокачественном разрастании нейроглии; в результате у больного повышается внутричерепное давление (давление ликвора), что в конечном итоге и становится непосредственной причиной смерти. Эта страшная болезнь в 2009 году свела в могилу сенатора от Массачусетса Теда Кеннеди[97]. Нарушения жидкостного обмена между кровеносными сосудами и остальной мозговой тканью возникают при инсульте, рассеянном склерозе, сотрясении мозга и болезни Альцгеймера. Многие из этих расстройств непосредственно влияют на кровоток или проницаемость гематоэнцефалического барьера, который состоит из тесно взаимосвязанных клеток, окружающих кровеносные сосуды, и регулирует циркуляцию химических веществ между кровью и мозгом

Так, может быть, мозг мыслящий и в самом деле отделен от мозга, подверженного неврологическим болезням[98]? Современные исследования показывают, что мозговой «клей» и жидкости, которые раньше считались просто пассивными наблюдателями, в действительности принимают живейшее участие во многих аспектах функционирования мозга. Одно из самых поразительных открытий последних лет гласит, что в нейроглии идут коммуникационные процессы, похожие на нейронные. Ученые проанализировали микроскопические видеозаписи нейронов и нейроглии и показали, что нейроглия реагирует на часть тех же стимулов, что и нейроны. Несколько нейромедиаторов вызывают в нейроглии колебания ионов кальция, и это явление наблюдается и в нейронах, где такая динамика тесно связана с биоэлектрической активностью. Колебания кальция в разновидности глиальных клеток, которые называются «астроциты», коррелируют с электрическими сигналами соседних нейронов[99]. Мой коллега из Массачусетского технологического института Мриганка Сур и его группа показали, что астроциты в зрительной зоне коры головного мозга хорьков реагируют на некоторые зрительные раздражители даже сильнее нейронов[100].