Психосоматика женского здоровья. Нейробиология женского тела и мифы: от гормонов до мышления

Сара Маккей, 2018

Доктор Сара Маккей – нейробиолог, популяризатор науки, лектор, автор множества научно-популярных статей. Ее страсть – рассказывать о последних достижениях в области исследования мозга простым, понятным языком. «Моя цель – провести для вас хронологическую экскурсию по всей жизни женщины и показать, как наши мозг и сознание формируются и меняются под влиянием генов и гормонов, жизненных событий, общества и культуры, мыслей, чувств и убеждений. Я начну с внутриутробного развития, затем последовательно рассмотрю младенчество и детство, пубертат, подростковые годы, психическое здоровье, романтические отношения и интимную близость, беременность и материнство, менопаузу и, наконец, долголетие и преклонный возраст. На страницах книги я объединяю результаты множества научных исследований и комментарии моих коллег – специалистов по нейронаукам из Австралии, Новой Зеландии, Великобритании, США и Канады». (Сара Маккей) В формате PDF A4 сохранён издательский дизайн.

1

Внутриутробный период

Большая гонка сперматозоидов

Бумага-миллиметровка, термометр, почерпнутые из учебника сведения о гормональном регулировании овуляции — к зачатию я приступила со всем пылом аспирантки первого года обучения. К счастью, мой организм и муж действовали сообща, так что уже почти 10 лет я мама двух замечательных мальчиков. Пока я работала над этой главой, муж возил нашего старшего сына на обязательное школьное мероприятие «Откуда я взялся?». Я ждала их с нетерпением дома. Едва сын вошел в дом, я, несмотря на все старания вести себя спокойно и невозмутимо, прямо-таки кинулась к нему с вопросом: «Ну так откуда же ВСЕ-ТАКИ берутся дети?»

«Ну, это как-то странно и стыдно, но интересно, — ответил он. — Сперматозоиды плывут по такому каналу. Половина направляется не в ту сторону и погибает. Другая половина плывет куда надо и находит яйцеклетку, которая выделяет особое химическое вещество. Один сперматозоид захватывает ее и становится победителем».

С момента, когда сперматозоид-победитель «захватывает» яйцеклетку и передает ей или Х-, или Y-хромосому, начинается новая жизнь, и это тоже странно и тоже интересно. В большинстве случаев, если речь идет о женщине в биологическом смысле слова, она наследует первую Х-хромосому от матери, а вторую — от отца. Мужчина (в биологическом смысле этого слова) получает Х-хромосому от матери, а от отца — Y-хромосому.

Две половые хромосомы называются так, потому что под микроскопом выглядят как буквы Х и Y. Вместе с еще 22 парами они составляют две туго скрученные двойные спирали ДНК. ДНК содержит инструкции для генов, а те — инструкции для образования белков. В полной «инструкции по эксплуатации» нашей ДНК на удивление мало генов — около 20 тысяч, — из которых одна треть описывает устройство мозга^[18].

Среднестатистический нейрон образует с другими нейронами десятки тысяч связей, называемых синапсами. Даже по самым скромным подсчетам 86 миллиардов нейронов мозга могут содержать до сотни триллионов синапсов. Вы наверняка уже сообразили, что цифры не сходятся: для небольшого количества генов у нас чересчур много синапсов.

Оказывается, взаимосвязь между генами, мозгом и поведением чрезвычайно сложна. От ДНК, унаследованной от матери и отца, зависит, кто мы такие, но не прямым и примитивным образом. В этой книге мы разберемся, каким образом триллионы синапсов в женском мозге делают нас теми, кто мы есть. Вы убедитесь, что, хотя гены обеспечивают основные биологические инструкции для жизни, на экспрессию генов влияют, усиливают и меняют ее многие другие биологические, социальные и психологические факторы.

Закрепление яйцеклетки

Строго говоря, оплодотворенная яйцеклетка называется зиготой. В первые шесть-семь дней своей жизни она продвигается по фаллопиевой трубе, продолжая многократно делиться, пока не образует полый шар из клеток — бластоцисту. Достигнув матки, бластоциста прикрепляется к ее стенке, где клетки продолжают делиться, формируя два слоя: один становится эмбрионом, другой — плацентой^[19].

Плацента — не просто пограничный слой между ребенком и его матерью. Она действует как гигантская железа, выделяя ряд гормонов и химических веществ, необходимых для сохранения беременности и подготовки будущей мамы к родам. Первая задача плаценты — вырабатывать гормон беременности, хорионический гонадотропин человека (ХГ или ХГЧ). Если вам приходилось с тревогой ждать появления тонкой голубой линии на полоске теста, должна была произойти именно химическая реакция с ХГЧ. Вслед за этим гормоном начинают вырабатываться другие, прекращающие менструальный цикл^[20].

Поскольку плацента образуется из тех же клеток, что и будущий ребенок, с хромосомами XX или XY, у нее тоже есть биологический пол. Пол плаценты определяет то, как она действует и как ограждает ребенка от последствий материнского стресса, инфекций и изменения рациона. Она играет центральную роль в межполовых различиях во время внутриутробного роста и выживания. По-видимому, «женская» плацента выполняет защитные функции несколько активнее, чем «мужская»^[21].

Вопрос с нервной трубкой еще не закрыт

К тому времени как ваш тест на беременность даст положительный результат или вы пропустите одну менструацию (примерно через две недели после зачатия или через четыре недели после последних месячных), мозг ребенка уже начнет формироваться. Нервная система закладывается одной из первых и развивается многие годы: в наши 20, 30 лет и дальше мозг продолжает «взрослеть».

Головной и спинной мозг человека берут начало из нервной пластинки — плоского слоя клеток прикрепленной бластоцисты. После слаженных действий этот слой сворачивается, его края сгибаются, сходятся и «срастаются», как будто застегнули молнию. Образуется нервная трубка. Кажется, что это лишние подробности в изучении мозга, но ранний этап очень важен, ведь потом из нервной трубки возникает вся нервная система.

Возможно, вы уже слышали о нервной трубке: как правило, это название произносят очень серьезным тоном вместе с упоминанием «препаратов фолиевой кислоты» и «врожденного порока развития». И эта серьезность оправданна. Сложный и деликатный процесс сращения нервной трубки может дать серьезный сбой, а фолат, по-видимому, помогает ее защитить. Фолат — встречающаяся в природе форма витамина B₉, который выпускается под названием фолиевой кислоты.

Если за 28 дней после зачатия нервная трубка не зарастет правильно, возникнут опасные врожденные нарушения, в том числе расщепление позвоночника и анэнцефалия (буквально — «отсутствие мозга»). Фолат, безусловно, предотвращает возникновение дефектов, но точный механизм его действия неизвестен. Как иронизируют некоторые ученые, вопрос фолата и нервной трубки еще совсем не закрыт^[22].

Ваша участь — стать женщиной

Возможно, вы уже ждете, когда я наконец перейду к женскому мозгу. До этого я использовала термины мужского рода главным образом потому, что примерно месяц после зачатия половых различий между эмбрионами нет. Наберитесь терпения: чтобы понять, как формируется мозг женщины, нам предстоит сначала обсудить развитие эмбриона мужского пола.

В возрасте шести-восьми недель у эмбрионов с XY-хромосомами включается ген Y-хромосомы — определяющий пол участок Y-хромосомы, как его называют, или сокращенно — ген SRY. Он содержит инструкции по построению белкового фактора развития семенников, регулирующего развитие мужских половых желез. SRY приводит в действие цепочку из десятков генов, которые включены у эмбрионов мужского пола и отключены у эмбрионов женского пола^[23].

Генетик Дженни Грейвс, профессор австралийского Университета Ла Троба, объясняет: несмотря на то что SRY — всего лишь один ген, его влияние гораздо значительнее, чем возникновение семенников. «Такие мужские гормоны, как тестостерон, вырабатываются семенниками эмбриона и воздействуют на весь организм. Андрогены приводят в действие сотни, а то и тысячи генов, которыми определяются мужские гениталии, мужское развитие, волосы, голос и особенности поведения», — говорит она^[24].

Если Y-хромосомы нет, для плода выбирается вариант развития «по умолчанию» и его пол становится женским. Выражение «по умолчанию» кое-кому кажется несколько пренебрежительным.

Чтобы разобраться в тонкостях внутриутробного развития мужского мозга по сравнению с женским, я обратилась к нейробиологу Маргарет Маккарти, профессору школы медицины при Мэрилендском университете. Она изучает влияние гормонов на развитие мозга. В этой сфере Маккарти — среди первопроходцев. Она одной из первых исследовала, как половые гормоны формируют развивающийся мозг. «“По умолчанию” не означает пассивность, — чуть ли не сразу высказалась она таким тоном, что стало ясно: это заявление она делает далеко не в первый раз. — Попробуйте использовать другое выражение: “развивающийся мозг млекопитающего предназначен для женского фенотипа”».

Так что теперь мы знаем, что предназначение всех эмбрионов — женское, если только не сработает ген SRY в Y-хромосоме.

Без мужской Y-хромосомы развиваются яичники

У плода с XX-хромосомами нет Y-хромосомы, а значит, нет и гена SRY. Вместо него включаются и отключаются другие гены, которые активируют программу развития яичников и подавляют программу формирования семенников.

Яичники — лишь одна из трех структур, которые во многом регулируют нашу репродуктивную жизнь. Это трио известно под названием гипоталамо-гипофизарно-яичниковая ось (или ось ГГЯ). Гипоталамус и гипофиз — это структуры мозга.

Кратко обсудим все три элемента, начиная с гипоталамуса. Он находится в основании мозга под таламусом (отсюда и название — «гипо-таламус», «под таламусом»), рядом со своим напарником — гипофизом. Из всех участков мозга гипоталамус самый занятой. Он отслеживает и поддерживает такие жизненно важные показатели, как температура, метаболизм, голод, жажда, агрессия, сексуальное возбуждение, циркадные ритмы и стресс. С другими участками мозга он связан нейронными цепочками, а со всем организмом — сетью кровеносных сосудов, передающей реакцию мозга.

Близость гипоталамуса и гипофиза очень важна, поскольку гормоны и другие нейрохимические вещества из гипоталамуса поступают в кровеносные сосуды, соединенные непосредственно с передней долей гипофиза. Этот портал обеспечивает быструю и прямую связь.

Переднюю долю гипофиза часто называют ведущей, так как ее гормоны стимулируют и регулируют деятельность желез, тканей и органов повсюду, в том числе и в яичниках. Однако считать гипофиз «ведущим» ошибочно, поскольку он подчиняется гипоталамусу, жестко контролирующему все его действия.

И наконец, яичники. Они находятся в нижней части живота, очень далеко от головного мозга. Эти железы вырабатывают и выделяют гормоны и яйцеклетки (ооциты). Примерно к середине пребывания в материнской утробе в яичниках девочки содержится около 5 миллионов ооцитов. По сценарию развития, о которым речь пойдет далее, две трети этих клеток погибает, так что к моменту рождения у девочки остается примерно полмиллиона-миллион ооцитов. К пубертату их число снизится до нескольких сотен тысяч. С поправкой на несколько беременностей в среднем за ее жизнь выделится 450 яйцеклеток.

Яичники реагируют на поступающие через кровь гормональные сигналы гипофиза, выделяя собственные гормоны: в первой половине менструального цикла это в основном эстроген, а после стабильной овуляции — прогестерон. По мере достижения зрелости яичники лучше реагируют на сигналы мозга, и отчасти эта зрелость проявляется в «установлении» менструального цикла в раннем подростковом возрасте. Для стабилизации зрелого цикла овуляции может понадобиться несколько лет.

С начала пубертата одной из наиболее важных задач оси ГГЯ становится регулирование выброса гормонов яичников, в том числе эстрогена. Эстроген — это не отдельно взятый гормон. Правильнее говорить об эстрогенах, то есть группе трех гормонов: эстрадиола, эстриола и эстрона.

• Эстрадиол — главный эстроген, вырабатываемый яичниками. Он необходим для развития вторичных половых признаков, например молочных желез, а также для менструального цикла и беременности. Синтетический эстрадиол входит в состав противозачаточных таблеток.

• Эстриол вырабатывает плацента. Его почти невозможно обнаружить в обычное время, зато при беременности его уровень возрастает в тысячу раз.

• Эстрон — еще один менее эффективный эстроген, вырабатываемый яичниками и доминирующий уже после менопаузы.

Ради простоты и в тех случаях, когда незачем делать различие между этими тремя эстрогенами, я буду использовать общее название «эстроген».

Половые гормоны организуют репродуктивные зоны мозга в предродовой период

Мать-природа эгоистична. Она ставит перед нами единственную цель — заниматься сексом и приносить потомство. Чтобы мы гарантированно встречались и совокуплялись, те участки нашего мозга, которые управляют размножением, в особенности гипоталамус, становятся «маскулинизированными» или «феминизированными» — под стать нашим гонадам (то есть половым железам).

Гормоны влияют на развитие и реакции репродуктивных цепочек нашего мозга. Период внутриутробного развития — первый из двух жизненных этапов, когда наш мозг очень чувствителен к половым гормонам. «Мы называем этот ранний период гормонального воздействия организационным, ведь он упорядочивает или программирует мозг так, чтобы тот реагировал на гормоны во взрослом возрасте», — объясняет Маккарти. Многие межполовые различия, которые действительно существуют, предопределены развитием. Затем они активизируются или выявляются под действием гормонов во время второго этапа — пубертата.

В предродовой период главенствует тестостерон, вырабатываемый семенниками плода. Тестостерон обеспечивает «маскулинизацию» репродуктивных участков мозга у мальчиков. У девочек без тестостерона участки мозга, имеющие отношение к репродуктивному поведению, становятся «феминизированными».

Какую роль играет эстроген в развитии женского мозга?

Возможно, вы спросите: если тестостерон «маскулинизирует» еще не родившегося младенца-мальчика, влияет эстроген из яичников плода на «феминизирование» еще не родившейся девочки?

Хотите — верьте, хотите — нет, но фетальный^[25] эстроген не играет вообще никакой роли. Эмбрионам женского пола не требуются гормоны яичников, чтобы стать «феминизированными» (не забывайте: они и так предназначены для того, чтобы стать женщинами). Таким образом, на развитие женского мозга косвенно воздействует скорее отсутствие эстрогена, чем его присутствие.

Мозг неродившихся младенцев также защищен от влияния материнских эстрогенов (вырабатываемых матерью младенцев и плацентой) молекулой альфа-фетопротеина, образующейся в печени плода. Он вступает в связь с эстрогеном в крови и не дает материнскому эстрогену попасть в мозг ребенка^[26].

Любопытно, что эстроген участвует в организации архитектуры мужского мозга. Тестостерон легко проникает в мозг плода мужского пола, где его преобразует в эстрадиол фермент ароматаза. Уже доказано, что «женский» гормон эстрадиол отвечает за «маскулинизацию» мужского мозга во внутриутробный период.

Мать-природа эгоистична. И у нее есть чувство юмора.

От мозга к поведению: ищем связи

Межполовые различия в успеваемости по математике, интересе к технике или способности к точным и естественным наукам зачастую приписывают исключительно наличию (или отсутствию) тестостерона при внутриутробном развитии. В 2005 году президент Гарвардского университета Лоуренс Саммерс высказал спорное предположение: успехи мужчин в областях, связанных с математикой, объясняются врожденными биологическими различиями, а именно пренатальным тестостероном. Правда, вскоре он ушел в отставку. Один из программистов Google в августе 2017 года привел тот же довод, объясняя, почему женщины меньше преуспевают в естественных и точных науках, и выступил против межгрупповых тренингов. Его уволили.

Большинство ученых, изучающих межполовые различия, соглашаются, что пренатальный тестостерон напрямую не влияет на успехи в учебе у детей или выбор карьеры у взрослых. Тому есть убедительные доказательства. Корделия Файн указывает, что исследования межполовых различий, обусловленных гормонами, зачастую корреляционные. Они подразумевают, что уровень гормонов — основная причина, но не учитывают факт, что наша биология «переплетена» с нашим жизненным опытом и социальным контекстом^[27].

Пренатальные гормоны могут обеспечить «небольшой толчок в одном направлении»^[28]. Его результаты либо дополняются, либо уничтожаются средой. Вот мое мнение: еще 60 лет назад политики, юристы и доктора среди женщин встречались редко, так же как и ученые, инженеры или математики. (Что уж говорить о женщинах, пишущих книги по нейробиологии.) Очевидно, что колоссальное гендерное неравенство в обществе не объясняется небольшими межполовыми различиями, которые существуют в мозге детей до рождения. Отношение и культурные ожидания социума, связанные со способностями девочек и женщин, и наше положение на рабочем месте разительно изменились. А вот уровень пренатальных гормонов — нет.

Установить прямую связь между пренатальными гормонами, мозгом и поведением нейробиологам оказалось гораздо сложнее, чем можно подумать. Нам нелегко составить общую картину по тщательно контролируемым лабораторным исследованиям даже на грызунах, не то что на людях. Все это можно в самом упрощенном виде приписать тому факту, что обширные сети нейронов контролируют, кто мы такие и как себя ведем. Одна из ролей этих сетей — объединять информацию из множества источников. На протяжении всей жизни социальные, культурные и психологические влияния в сложном сочетании с биологией определяют наше мышление, чувства и поведение.

Модель «снизу вверх, снаружи внутрь, сверху вниз» я разработала для своих студентов. Это структура, в которой рассматривается влияние на мозг биологических, психологических и социальных факторов на протяжении жизни.

• Элементы группы «снизу вверх» — биологические или физиологические факторы, определяющие здоровье мозга, развитие и старение. К ним относятся гены, гормоны, иммунная система, питание, физическая активность, сон и другие особенности образа жизни, которые мы выбираем.

• Элементам группы «снаружи внутрь» — круг общения, среда обитания, жизненные события, образование, нынешние обстоятельства, внешние стрессовые факторы и семейное происхождение.

• Элементы группы «сверху вниз» — мысли, эмоции, личностные качества, мировоззрение и система убеждений.

Эти многочисленные элементы не только определяют развитие, функционирование и здоровье мозга. Каждый из них динамически влияет на остальные.

Например:

• От мыслей и чувств может зависеть наше физическое восприятие боли. Вот почему стресс из группы «снаружи внутрь» способен усугублять ощущение («сверху вниз») боли («снизу вверх»).

• Социальные контакты непосредственно связаны со здоровьем мозга, вот почему у людей, живущих изолированно, выше риск деменции.

• Физическое здоровье влияет на настроение. Именно поэтому двигательная активность («снизу вверх») регулирует эмоции («сверху вниз») и может использоваться для лечения депрессии.

Как выстроить мозг

Если вы присутствовали на нейрохирургической операции или смотрели ее запись на YouTube, вы могли заметить, что живой человеческий мозг не розовый и не голубой. Он пульсирующий, сиреневато-серый. Самый наружный складчатый слой коры, серое вещество, получило свое название за внешний вид. Оно содержит тело нейронов, их разветвленные отростки, которые называются дендритами, а также клетки других типов — глии. На глубине сантиметра под поверхностью находится белое вещество, состоящее из нервных пучков, соединяющих вместе разные области серого вещества.

Как правило, в каждом полушарии коры головного мозга выделяют четыре доли: лобную, височную, теменную и затылочную. Если не вдаваться в подробности, то у каждого вида — свои задачи. Затылочные доли обрабатывают зрительные образы. Височные отвечают за звуковую информацию, речь и память. В теменные поступают данные от органов чувств, связанные с движением. А лобные доли, которые у людей крупнее и гораздо более развиты, чем у любых других млекопитающих, управляют движениями, языком, абстрактным мышлением и вниманием.

Откуда мы знаем, какая часть мозга чем занимается? Подсказка — в первых строках шедевра Оливера Сакса «Человек, который принял жену за шляпу»: «Дефицит, излюбленное слово неврологов…» Функциональный дефицит, вызванный, например, инсультом или опухолью мозга, дал неврологам первое представление о том, что называется «локализацией функции»^[29].

Как рассказывает Сакс, исследовать взаимосвязь мозга и разума начали в 1861 году. Тогда французский невролог Поль Брока обнаружил, что речь неизменно нарушается из-за поражения конкретного участка левой височной доли. Так был открыт путь к составлению карт человеческого мозга. Отдельным его участкам стали приписывать конкретные способности — лингвистические, интеллектуальные, эмоциональные, зрительные и т. д. Во время работы над диссертацией я провела сотни часов, вводя вольфрамовые микроэлектроды на глубину 4 мм в ту часть затылочной коры головного мозга, где, как я точно знала, смогу записать входящий сигнал от одного или другого глаза. Аналогично нейрохирурги используют стимулирующие электроды, чтобы провести тщательное картирование головного мозга, и лишь потом берутся за скальпель. Это помогает не задеть жизненно важные области. Современная фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) выдает карту мозгового кровообращения, по ней можно судить об активности разных участков и локализации функций.

Конкретная задача или черта никогда не «привязывается» к определенному месту в коре головного мозга на всю жизнь. Не забывайте, что мозг пластичен и меняется в течение жизни. В опытах с вольфрамовыми микроэлектродами мне удалось управлять предпочтением левого или правого глаза для отдельно взятого нейрона, в зависимости от того, какой глаз закрывала повязка. Другие исследователи доказали, что зрительные нейроны можно научить реагировать на звуки, если перенаправить поступающие от уха сигналы. На нейропластичности основана наша способность усваивать и запоминать информацию, а также восстанавливаться после таких поражений головного мозга, как инсульт.

Если копнуть чуть глубже, мы увидим, что специфичность участков мозга поддерживается многообразием. Даже, казалось бы, у простейших структур набор клеток удивительно богат. В сетчатке глаза — десятки видов нервных клеток, в спинном мозге — более сотни типов специализированных нейронов, управляющих мышцами. На ранней стадии развития эмбриона разнообразие достигается благодаря химическим градиентам и сигнальным молекулам. Например, ориентация «голова-хвост» или «право-лево» зависит от того, насколько близко или далеко находится клетка к источнику вещества, которое влияет на включение или выключение генов и тем самым определяет развитие клетки определенного типа.

Разнообразие и точность связей, сформированных многими миллиардами нейронов за время внутриутробного развития, — основа поразительных способностей нашего мозга и разума. Мозга, который позволяет нам любить, чувствовать, существовать в мире, создавать произведения искусства, запускать спутники в космос даже при таких нарушениях, как у пациента Сакса, который «протянул руку, схватил свою жену за голову и… попытался приподнять ее, чтобы надеть на себя»^[30].

Рождение новых клеток мозга

От нескольких сотен клеток, свернувшихся в нервную трубку, до 86 миллиардов на редкость разнообразных нейронов в мозге новорожденного — колоссальный рост. С помощью простых вычислений можно определить, что за одну минуту внутриутробного развития появляется от четверти до половины миллиона нейронов. Пролиферация мозга (то есть разрастание ткани за счет деления клеток) сводится к клеткам всего одного типа — стволовым.

Этот термин напоминает о сумасшедших ученых, перспективных средствах для лечения рака и болезни Паркинсона, спорах об этичности использования тканей абортированного человеческого плода. Однако в естественной среде стволовые клетки существуют без всяких драм.

У них два уникальных свойства: бесконечно делиться, создавая многочисленные копии самих себя, и видоизменяться в клетки любого типа, содержащиеся в организме. Нервные стволовые клетки, как понятно из названия, производят клетки всех типов, какие только есть в мозге и нервной системе, в том числе нейроны и глия. Нейроны образуются из стволовых клеток в процессе нейрогенеза, а глия — глиогенеза.

Половина клеток мозга — это глия. Среди них различают три основных подтипа: астроциты, олигодендроциты и микроглия. Сам термин «глия» происходит от древнегреческого слова, означающего «клей»: некогда считалось, что такие клетки предназначены исключительно для того, чтобы скреплять нейроны. Но глия не просто удерживает структуру мозга. Разные виды глии обеспечивают питание нейронам, вычищают токсины во время сна (астроциты), изолируют аксоны нейронов миелином (олигодендроциты, или шванновские клетки периферийной нервной системы) и действуют как внутренняя иммунная система мозга (микроглия). Глиогенез происходит на протяжении всей жизни человека. На снимках головного мозга по изменению объема или плотности белого вещества можно видеть, как увеличивается или сокращается число олигодендроцитов.

Нейрогенез в мозге взрослого человека изучен не так хорошо. Этот процесс у людей среднего возраста был впервые описан в знаковом исследовании о содержании в атмосфере углерода-14. Этот радиоактивный изотоп углерода активно образовывался при ядерных взрывах и попадал в ДНК. В 1955–1963 годах его концентрация в атмосфере выросла из-за надземных ядерных испытаний во время холодной войны. В воздухе углерод-14 вступает в реакцию с кислородом. Образуется углекислый газ — диоксид углерода СО₂, который растения поглощают в процессе фотосинтеза. Когда мы едим эти растения или мясо питающихся ими животных, углерод-14 попадает в наши клетки. Те делятся, оставляя в ДНК «пометку о дате» деления. У людей, живших в годы холодной войны, все вновь появившиеся нейроны в мозге оказались «помеченными» углеродом-14. Выяснив это, нейробиологи определили, что в гиппокампе каждого человека средних лет ежедневно появляется 700 новых нейронов, маркированных углеродом-14. Гиппокамп (от др. — греч. «морской конек») — центр обучения и памяти мозга, формой он и правда напоминает эту забавную рыбку^[31].

Понятно, что нейрогенез вызывает нешуточный ажиотаж, особенно его перспективы в терапии и борьбе со старением мозга. И правда, кому не понравится, что клетки мозга у нас ежедневно пополняются, а не теряются с возрастом? Но какими бы внушительными ни казались эти цифры, 700 нейронов в день — это всего 0,004 % от общего количества клеток одного типа, содержащихся в гиппокампе. И это в 10 раз ниже, чем у грызунов, которых используют в исследовании неврологических заболеваний. Поэтому некоторые ученые задаются вопросом, какой вклад это сравнительно небольшое количество новорожденных нейронов вносит в сложные формы поведения и психиатрические расстройства^[32]. Воодушевления еще немного поубавится, если осознать, что подавляющее большинство исследований нейрогенеза проводилось на подопытных животных, а не на людях. Нам известно, что нейрогенез у грызунов замедляется из-за стресса, депрессии или воспаления и ускоряется благодаря антидепрессантам, физической активности и обучению. Но мы понятия не имеем, происходит ли то же самое с мозгом взрослых людей.

Вирус Зика нарушает миграцию клеток мозга

В конце 2015 года в мировой прессе появились сообщения: в Южной Америке, особенно в Бразилии, рождается необычно много младенцев с непропорционально маленькой деформированной головой (микроцефалией). По этому поводу высказывались разные гипотезы, но большинство свидетельств указывало на вспышку вируса Зика как возможную причину. Эту инфекцию переносят комары. Столицей летней Олимпиады 2016 года стал Рио-де-Жанейро, и многие туристы и спортсмены даже подумывали пропустить игры, чтобы не заразиться.

Оказалось, что вирус Зика поражает клетки мозга определенного типа, которые называются радиальной глией. Эта структура выступает в роли нервных стволовых клеток, а еще вдоль нее мигрируют новорожденные нейроны. На поперечном сечении развивающейся нервной трубки видно, что радиальная глия располагается в толще стенки, поперек трубки, — как спицы в колесе велосипеда. Появившись, нейроны движутся внутри трубки вдоль радиальной глии, пока не займут свое место. Каждый новорожденный нейрон проползает по своим собратьям, которые уже закрепились. Так шесть слоев коры головного мозга наращиваются изнутри наружу. Дата рождения нейрона определяет его «почтовый индекс» — место, где он окажется. Полностью выполнив свою функцию в развитии, радиальная глия втягивает отростки, сворачивается в шар и превращается в астроциты.

Сегодня, когда я пишу эти строки, исследования показали: если беременная женщина заражается вирусом Зика, инфекция проникает в радиальную глию плода и вызывает врожденные пороки. Клетки радиальной глии перестают расти, делиться и не выживают. В итоге сокращается численность нейронов, рождающихся и мигрирующих на свои позиции. Возможно, именно поэтому младенцы рождаются с явно недоразвитым мозгом^[33], ^[34].

Половина нейронов рождается, чтобы умереть

При нормальной беременности значительная часть нейрогенеза завершается к пятому-шестому месяцам. А затем происходит кое-что неожиданное: половина родившихся нейронов умирает.

Нейроны погибают в ходе апоптоза (от др. — греч. слова, означающего «листопад»). Это процесс клеточного суицида, который строго регулируется. Апоптоз кажется нерациональным, но он позволяет установить окончательное число нейронов и глиальных клеток и распределить нейроны по целям, которые им предстоит иннервировать, связать с нервной системой. Легче всего представить, зачем нужен апоптоз, на примере других тканей. Сначала рука ребенка — сплющенная, с перепонками, похожа на утиную лапу. Чтобы появились человеческие пальцы, клетки перепонки сжимаются и отмирают.

Молекулы направляют аксоны к их целям

«Мозг — это мир, состоящий из неизведанных материков и неизвестных протяженных территорий», — писал Сантьяго Рамон-и-Кахаль, удостоенный в 1906 году Нобелевской премии по физиологии и медицине. Испанского врача и гистолога часто называют крестным отцом современной нейробиологии.

Кахаль прав. После рождения и миграции к конечному пункту все выжившие нейроны, не приговоренные к апоптозу, пускают отростки. Многие из этих отростков, называемых дендритами, внешне похожи на ветки дерева и действуют как приемные устройства — получают сигналы от других нейронов. Аксон — это устройство вывода нейрона. Длинный и тонкий, похожий на лиану отросток, который передает электрические сигналы от клеточного тела нейрона. Как только нейрон осваивается в своем доме и обзаводится отростками, аксон отправляется в путешествие.

Растущий кончик аксона, называемый конусом роста, — настоящее чудо. С одной стороны, это сенсорная структура, способная ориентироваться в своем окружении по молекулярным и химическим указателям. С другой — это двигатель, деятельность которого физически продвигает аксон по территории мозга плода. Аксон перемещается на короткие расстояния и соединяется с соседями, удаленными всего на несколько микронов. Он же растягивается на метры (на всю длину пути вниз по спинному мозгу и до большого пальца ноги) — все равно что младенец прополз бы из Перта на юго-западе Австралии до многоквартирного дома на набережной в Сиднее и постучал в дверь определенной квартиры. Настоящий навигационный подвиг! Как только растущий аксон достигает места назначения, конус роста разрушается и преобразуется в специализированную структуру, называемую синапсом.

Синапсы — миниатюрные зоны коммуникации

Два нейрона не соприкасаются друг с другом: их разделяет самый крохотный из зазоров — синапс. Он превращает электрический сигнал в химический и передает через узкую синаптическую щель, где принимающий нейрон снова преобразует его в электрический.

Конец ознакомительного фрагмента.

Примечания

18

Ezkurdia I. et al. Multiple evidence strands suggest that there may be as few as 19.000 human protein-coding genes. Hum. Mol. Genet. 2014; 23 (22): 5866–5878.

19

Darlington C. L. The Female Brain. 2nd ed. Conceptual advances in brain research. Boca Raton, FL.: Taylor & Francis Group, 2009.

20

Vaitukaitis J. L. Development of the home pregnancy test. Ann. NY Acad. Sci. 2004; 1038: 220–222.

21

Bale T. L. The placenta and neurodevelopment: sex differences in prenatal vulnerability. Dialogues Clin. Neurosci. 2016; 18 (4): 459–464.

22

Blom H. J. et al. Neural tube defects and folate: case far from closed. Nat. Rev. Neurosci. 2006; 7 (9): 724–731.

23

Wilhelm D., Palmer S., Koopman P. Sex determination and gonadal development in mammals. Physiol. Rev. 2007; 87 (1): 1–28.

24

Graves J. Differences between men and women are more than the sum of their genes. The Conversation, 2015.

25

Фетальный — относящийся к периоду внутриутробного развития. — Прим. ред.

26

De Mees C. et al. Alpha-fetoprotein controls female fertility and prenatal development of the gonadotropin-releasing hormone pathway through an antiestrogenic action. Mol. Cell Biol. 2006; 26 (5): 2012–2018.

27

Fine C. et al. Plasticity, plasticity, plasticity… and the rigid problem of sex. Trends Cogn. Sci. 2013; 17 (11): 550–551.

28

Eliot L. Pink brain, blue brain: How small differences grow into troublesome gaps — and what we can do about it. New York: Houghton Mifflin Harcourt, 2010.

29

Sacks O. The man who mistook his wife for a hat. London: Picador Classic, 1985.

30

Сакс О. «Человек, который принял жену за шляпу» и другие истории из врачебной практики / Пер. с англ. Григория Хасина и Юлии Численко. СПб.: Science Press, 2006. — Прим. ред.

31

Eriksson P. S. et al. Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat. Med. 1998; 4 (11): 1313–1317.

32

Dennis C. V. et al. Human adult neurogenesis across the ages: An immunohistochemical study. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2016; 42 (7): 621–638.

33

Wu J. et al. Available evidence of association between Zika virus and microcephaly. Chin. Med. J. (Engl.) 2016; 129 (19): 2347–2356.

34

Wu K. Y. et al. Vertical transmission of Zika virus targeting the radial glial cells affects cortex development of offspring mice. Cell Res. 2016; 26 (6): 645–654.