Мозг. Такой ли он особенный? - Сюзана Херкулано-Хузел

Насекомоядные и приматы, как представляется, независимо друг от друга отошли от соответствующих предковых правил нейронного шкалирования и приобрели изменение, согласно которому произошло разобщение увеличения числа нейронов и увеличения среднего их размера, что наглядно показано на рис. 4.14. Это изменение подразумевает, что в ходе эволюции насекомоядных и приматов их мозговые структуры стали приобретать дополнительные нейроны без дальнейшего значимого увеличения их среднего размера. Отсутствие увеличения среднего размера нейронов в мозжечке насекомоядных и приматов позволяет предположить, что параллельные волокна в верхнем слое коры мозжечка передавали сигналы латерально на те же самые или меньшие расстояния у крупных и мелких приматов и насекомоядных, если клетки Пуркинье в более крупном мозжечке не становились меньше, в каковом случае параллельные волокна начали бы передавать сигналы на более длинные расстояния. Это последнее едва ли правдоподобно, однако; у некоторых видов млекопитающих, у которых были определены размеры клеток Пуркинье, происходит их увеличение по мере возрастания объема головного мозга[91]. Тем не менее самая важная находка состоит в том, что насекомоядные и приматы получают нейроны в мозжечок без увеличения среднего размера нейронов, а это указывает на то, что не существует единого пути построения более крупного мозжечка, как не существует и единственного пути построения более крупной коры.

Некоторые количественные данные показывают, насколько драматичными были последствия разрыва со старыми предковыми правилами формирования коры мозга для приматов. Как видно из рис. 4.15, самые мелкие приматы не слишком сильно отличаются числом нейронов от неприматов со сравнимой массой коры головного мозга, но чем больше становится мозговая кора примата, тем более явным становится преимущество перед другими животными, связанное с очень большим числом нейронов. Подобное численное превосходство над другими отрядами класса млекопитающих имеет место и в мозжечке приматов, а также и в остальных отделах головного мозга. Приматы имеют явное преимущество перед другими млекопитающими, оно заключается в резком повороте эволюционных событий, приведшем к более экономичному способу добавления дополнительных нейронов к мозгу – без массивного увеличения среднего размера нейронов, как это происходит у других млекопитающих.

Рис. 4.15. Масса коры головного мозга (в граммах) и число нейронов в миллионах (млн) или миллиардах (млрд) у неприматов и приматов разных видов согласно нашим исследованиям

Мы получили ответ на наш первый вопрос: все мозги устроены не одинаково. В частности, мозги приматов не развивались так, как они развивались у неприматов. Несмотря на то что у коровы и шимпанзе мозг имеет приблизительно одинаковую массу, у шимпанзе можно ожидать числа нейронов, вдвое превосходящего их число у коровы. Однако, на самом деле, у отдельных групп неприматов мозг тоже устроен по-разному. Хотя изложенные здесь правила нейронного шкалирования указывают на то, что у грызунов, насекомоядных, африканских зверей и парнокопытных наблюдаются одинаковые отношения между объемом мозговой коры и числом нейронов, позже мы обнаружили, что объем нейронов распределен по коре мозга разных видов животных с большей или меньшей плотностью. Это то же самое, как, например, можно намазать джем на большие или маленькие тосты густо или пожиже. Но это уже совсем другая история. Пока же мы обратимся к самому жгучему вопросу: как обстоят дела с нейронами у нас?

Сравнение клеточного состава мозга большого числа видов млекопитающих животных показало, что не у всех животных мозг устроен одинаково. Два мозга одинакового размера не обязательно содержат одинаковое число нейронов, а больший мозг не всегда имеет больше нейронов, чем мозг меньшего размера. Такое может случиться, если один из экземпляров мозга принадлежит примату, ибо для приматов характерен путь формирования мозговой коры и мозжечка, который оказался более экономичным в отношении объема, так как отряд приматов отказался от казавшегося необходимым способа увеличения объема и массы мозга, согласно которому чем больше в мозге нейронов, тем они крупнее: из-за того что нейроны в мозговой коре и мозжечке перестали становиться крупнее по мере нарастания их численности, приматы обладают таким числом нейронов, какое невозможно было предполагать, исходя из размеров этих двух структур. Теперь мы все же займемся жгучим, самым главным вопросом: как выглядит мозг человека в сравнении с мозгом других животных?

Уже в 2006 году, зная правила нейронного шкалирования, мы могли выполнить некоторые предварительные вычисления. В нашем распоряжении были уравнения, связывающие число нейронов в мозге грызунов с его массой и с массой тела, поэтому мы уже могли оценить, что мозг грызуна, если бы он состоял из 100 миллиардов нейронов, как мозг человека, должен был весить больше 30 кг при массе тела более 80 тонн[92]. Другими словами, если бы мы были грызунами, то имели бы габариты синего кита и располагали немыслимо огромным мозгом, который рисковал расплющиться под собственной тяжестью. В сравнении с этой страшной картиной, тот факт, что мы можем носить наш вес на двух тонких ножках, ходить по грешной земле и иметь в голове мозг достаточно скромных размеров, уже создает впечатление нашей исключительности.

Однако сравнение человека с существом, каковым он не является, и сделанный на основании абсурдного умозаключения вывод о нашей исключительности не относятся к науке. Это сравнение лишь показывает то, что мы знали и до этого, а именно что мы – не грызуны. У нас нет гигантских резцов, мы лишены когтей, а наши глаза не находятся на боковых поверхностях головы. И даже несмотря на то, что мы относимся к группе животных, родственных грызунам больше, чем другим млекопитающим, мы все же ближе к животным нашей таксономической группы, животным, обладающим бинокулярным зрением, пятипалыми кистями с пальцами, снабженными ногтями и способными двигаться независимо друг от друга. Короче, мы – приматы.

Корректным, таким образом, было бы сравнение нашего мозга с мозгом наших собратьев – других приматов. Это было в 2007 году, когда мы уже знали правила нейронного шкалирования, которым следует устройство мозга приматов. Соответственно, надо было ответить на следующий вопрос: учитывая среднее число нейронов в мозге человека, имеет ли он именно тот размер, какой можно предсказать для типичного мозга приматов с таким числом нейронов, или он на самом деле особенный – чрезвычайно большой или, наоборот, чрезвычайно маленький?

Если бы мы еще знали, сколько нейронов содержится в мозге человека…

В нашем сотрудничестве с патолого-анатомическим отделением Федерального университета в Рио, по ходу работы с определением клеточного строения человеческого мозга, возникли технические трудности. Те экземпляры мозга, которые мы могли получить, были чрезмерно зафиксированы в результате многолетнего хранения в растворе формальдегида. Эта длительная фиксация приводила к высокой концентрации альдегидов в ткани, вследствие чего ядра всех клеток флуоресцировали в зеленом и красном спектре еще до того, как мы могли окрасить их, чтобы определить, какие клетки были нейронами. Чтобы избавиться от альдегидной флуоресценции, я перепробовала множество методик, часть которых была как будто позаимствована из книги кулинарных рецептов: я кипятила ядра в лимонной кислоте, помещала их в микроволновую печь, снова и снова промывала их самыми разнообразными растворами. Я пыталась отбелить их, облучая светом разных длин волны. Ничто не помогало. Каждый раз, когда я помещала ядра под микроскоп, они издевательски улыбались мне во всем своем флуоресцентном великолепии, препятствуя всяким попыткам использовать окрашенные антитела для определения, какие из этих ядер принадлежали нейронам.