Мозг. Такой ли он особенный?

Интуитивно ясно, что больший по размеру мозг должен потреблять больше энергии, точно так же как крупные организмы потребляют больше энергии, чем организмы мелкие. Метаболическая цена известна с тридцатых годов, когда Макс Клейбер установил, что потребление энергии возрастает пропорционально увеличению массы тела, возведенной в степень +0,75. Этот показатель степени говорит, что при десятикратном увеличении массы тела потребление энергии увеличивается в 5,6 раза, а при увеличении массы тела в сто раз – в 31,6 раза. Увеличение энергетических потребностей с увеличением массы имеет определенный смысл: поддержание жизни клеток требует энергии, и чем больше в клетке вещества, которое надо поддерживать в высокоорганизованном состоянии, ибо энтропийное равновесие означает смерть, тем больше требуется энергии. Но почему и каким именно образом требуемое количество энергии возрастает вместе с увеличением клеточного объема или массы тела не линейно, а в степенной зависимости с аллометрической экспонентой, меньшей единицы (+0,75), до сих пор остается самой волнующей биологической загадкой.

К концу двадцатого века большинство ученых считало, что в большем по объему мозге всегда содержится больше нейронов, а большее число нейронов требует больших затрат энергии[172]. Если поставщиками энергии для нейронов служат глиальные клетки, то большим по объему нейронам требуется больше глиальных клеток для адекватного обеспечения энергией – так, во всяком случае, предположили в 1957 году Эндрю Хокинс и Ежи Ольшевский[173]. Интересно, однако, что идея о том, что число глиальных клеток пропорционально метаболическим потребностям поддерживаемых ими нейронов, была высказана до появления каких-либо экспериментальных данных о том, какова энергетическая стоимость работы нейронов, как и о том, действительно ли глиальные клетки снабжают нейроны энергией. Однако убеждение в том, что большие по объему нейроны требуют больше энергии и что поступление этой энергии обеспечивает большее число глиальных клеток на один нейрон, казалось вполне обоснованным, до тех пор пока не были получены конкретные численные данные.

Работу нейронов поддерживают глиальные клетки

Часто называемые вторыми по значимости клетками головного мозга после нейронов, глиальные клетки, или просто «глия», получили свое название в 1856 году, сначала по-немецки – Nervenkitt («нервный клей»). Автором названия был выдающийся нейроанатом Рудольф Вирхов, а позже термин изменили, произведя его от греческого корня, означающего все тот же «клей» – «глия». Этим термином описали предполагаемую роль этих клеток – служить цементом, заполняющим промежутки между нервными клетками. Без всяких на то оснований в течение нескольких десятилетий двадцатого века априори считалось, что глиальные клетки – самые многочисленные в головном мозге и что число их возрастает при увеличении массы мозга быстрее, чем число нейронов. Предполагалось, что глиальные клетки по численности превосходят нейроны в десять раз, во всяком случае в человеческом мозге. Это соотношение породило еще одну легенду относительно того, что мы используем лишь 10 % всех клеток головного мозга. Журналисты вообще любят круглые числа, используя такие привлекающие внимание заголовки, как: «Самый многочисленный тип клеток человеческого мозга – они превосходят нейроны по численности в десять раз»[174] или «Познакомьтесь с забытыми 90 % своего мозга – с глиальными клетками, которые превосходят нейроны в соотношении десять к одному»[175]. Однако это не вина журналистов: в конце концов, то же самое говорится в книге Эрика Кэндела «Введение в неврологию»[176], а также в книге Марка Бира «Неврология: исследование мозга»[177]. Ряд лучших специалистов по биологии глиальных клеток подтверждали такие оценки в своих научных статьях[178], при этом представляя данные о жизненно важной роли, которую играют в функциях головного мозга глиальные клетки. Большое число глиальных клеток в сравнении с числом нейронов придавало еще больше веса этой значимости.

Действительно, глиальные клетки поднялись в своем статусе от простых поддерживающих клеток до ключевых игроков в области физиологии, метаболизма, развития и даже заболеваний головного мозга[179]: именно глиальные клетки контролируют образование и функционирование синапсов, регулируют синаптическую передачу, реагируют на активность нейронов и, мало того, сопряжены с нейронами метаболическими процессами, обеспечивая нейроны и их аксоны молочной кислотой, которая служит источником энергии при неожиданном возрастании потребности в ней[180]. Такие важные функции, казалось, вполне согласуются с утверждениями, что клетки этого типа составляют подавляющее большинство всех клеток мозговой ткани. Если бы все это было так.

Немного истории