Мозг: прошлое и будущее - Алан Джасанов

Задача составить схему всех связей между клетками мозга испугает даже Геракла от науки, однако именно этим занимается сравнительно новая отрасль нейрофизиологии – коннектомика[141]. Ученые, занимающиеся коннектомикой, применили те же процедуры, что и для подсчета синапсов при помощи электронного микроскопа, только на огромных масштабах. Они исследовали не отдельные ультратонкие срезы мозговой ткани, а систематически изучали каждый срез (каждую клетку, каждый синапс) в целых блоках ткани. Поскольку это очень трудно и стоит очень дорого, пока что были проанализировали только блоки объемом меньше кубического миллиметра, однако в результате уже появилась новая информация о межклеточных контактах.

Одну из первых статей по коннектомике опубликовали Уинфрид Денк, Себастьян Сеунг и их коллеги. Статья посвящена анализу маленького образца сетчатки глаза мыши; хотя сетчатка, строго говоря, не является отделом мозга, анатомически она очень близка к мозговой ткани и тоже считается частью центральной нервной системы[142]. Ученые применяли и автоматические методы обработки данных, и анализ изображений вручную (он занял 20 тысяч часов, к счастью, распределенных на несколько человек) и выделили в блоке ткани сетчатки 840 нейронов. Каждый нейрон контактировал в среднем со 150 другими клетками – примерно столько, сколько «френдов» у типичного пользователя Фейсбука. Только подумайте, сколько возможных контактов получится, если обобщить это число на все 100 миллиардов нейронов в мозге человека: если каждый из нейронов может контактировать со 150 случайно выбранными партнерами, значит, для каждой клетки возможно около 101389 конфигураций (единица с 1389 нулями). По сравнению с этим числом меркнут все числа, с которыми мы сталкиваемся в живой природе, даже число атомов в известной Вселенной, как полагают, составляет всего 1080 (единица с 80 нулями) – сущий пустяк. Конечно, рассчитывать конфигурации подобным методом – очень произвольный подход к изучению структуры мозга, однако результат все же показывает, как поразительно многообразны паттерны связности между клетками мозга, по крайней мере, теоретически.

* * *

Когда задумываешься о числовом выражении невероятной сложности мозга, легко поддаться на соблазны сакрализации мозга. Мы пасуем перед его хитросплетениями и готовы признать, что мозг – это загадка под покровом тайны в ореоле мистицизма. Нам уже не очень важно, что создало мозг – высшая сила или эволюция; вопрос в другом – как разобраться в его механизмах? Если у нас возникает искушение оставить надежду когда-нибудь понять, что такое мозг, и выяснить, каковы его чудесные способности, то, вероятно, мы просто считаем, что задача разом охватить деятельность миллиардов клеток, триллионов связей и октильонов молекул попросту не по силам человеческой изобретательности. Но отчаяться мы еще успеем, а пока зададимся вопросом, в какой степени астрономические количества клеток и связей в человеческом мозге необходимы для объяснения его функционирования. Если отлить из ведра воды одну каплю, разницы никто не заметит, более того, мы можем описать содержимое ведра в физических терминах, не имеющих отношения к отдельным капелькам. А если так, возможно, стоит спросить, в какой степени отдельные клетки и их связи влияют на функционирование мозга в целом?

На этот вопрос есть несколько ответов, отчасти неожиданных. Один из них опирается на размеры мозга. Нормальный объем мозга у взрослых людей колеблется в пределах 50 % – от литра до полутора[143]. При этом объем мозга лишь слабо коррелирует с интеллектом – по подсчетам ученых, он отвечает лишь за 10 % вариабельности IQ[144]. Иногда различия в объеме мозга объясняются разницей в плотности клеток, однако размер коррелирует и с отклонениями в общем количестве клеток мозга, по крайней мере, у мышей, для которых доступны такие данные[145]. Так что вероятно, что размеры мозга у людей значительно различаются и из-за количества содержащихся в них клеток и связей, но эти отклонения лишь слабо влияют на ментальные функции. Колебания количества мозговых клеток могут быть связаны и с возрастом, и с болезнями, и это зачастую не оказывает видимого воздействия на когнитивные способности. При нормальном старении объем мозга снижается примерно на 0,4 % в год, а при болезни Альцгеймера, даже до постановки диагноза, – более чем на 2 % в год[146]. Напрашивается мысль, что человек может пережить гибель миллиардов клеток мозга и при этом ощущать разве что легкие когнитивные расстройства. Как видно, не все клетки мозга сакральны.

Особенно ярко видно, что отсутствие нервных клеток может компенсироваться, на примере редкого и весьма примечательного врожденного дефекта. В 2014 году в одну китайскую клинику обратилась женщина 24 лет с жалобами на тошноту и головокружение[147]. В прошлом у этой женщины наблюдались сложности с чувством равновесия, а ходить и говорить она научилась сравнительно поздно – к семи годам. Когда врачи провели сканирование ее мозга, оказалось, что у нее нет целого отдела мозга – мозжечка. Мозжечок влияет на чувство равновесия и координацию движений, к тому же плотность клеток в нем особенно велика – мозжечок составляет всего 10 % массы мозга, но содержит 80 % нейронов, и в данном случае их просто не было! Тем не менее эта женщина прожила без мозжечка почти четверть века, вышла замуж, родила ребенка и вела относительно нормальную жизнь – у нее лишь был «слегка сниженный интеллект и двигательные расстройства средней степени».

Радикальные нарушения целостности мозга могут быть и следствием хирургических операций для лечения эпилепсии. В самых тяжелых случаях врачи иногда решаются на удаление целого полушария головного мозга. Эта опасная процедура ставит под угрозу жизнь больного и почти всегда приводит к параличу противоположной стороны тела. Но в остальном удаление огромного куска мозга переносится на удивление легко. Группа хирургов в Медицинской школе Джонса Хопкинса провела за 30 лет 58 операций гемисферэктомии у детей[148]. Впоследствии они писали: «Мы потрясены тем, что после удаления половины мозга – причем любой половины – по всей видимости, полностью сохраняется память, а также личность ребенка и чувство юмора». Эти результаты тем примечательнее, что, в отличие от мозжечка, области мозга, удаляемые при гемисферэктомии, теснейшим образом ассоциируются с когнитивными способностями человека и особенно хорошо развиты у людей по сравнению с другими животными. Такие примеры показывают, насколько все в голове избыточно. Оказывается, огромные участки мозга могут отсутствовать или отмереть, их можно удалить – и все это никак не скажется на важнейших сторонах личности и мышления.