Человеческий мозг преподносит сюрпризы
Долгое время считалось, что нервные клетки мозга не восстанавливаются, и тому находились многочисленные экспериментальные подтверждения. Однако оказалось, что точку в этом вопросе ставить преждевременно: сегодня мнения ученых на этот счет расходятся. В апреле в авторитетном журнале по клеточной биологии вышла статья, в которой утверждается, что новые нейроны производятся в течение всей жизни человека, до глубокой старости, что противоречит результатам еще одного недавнего исследования, авторы которого пришли к выводу о прекращении нейрогенеза с окончанием детства. Разобраться в этом корреспондент «Поиска» постаралась в разговоре с российско-американским нейробиологом, профессором Университета Stony Brook и знаменитой лаборатории Cold Spring Harbor (в которую его пригласил Джеймс Уотсон, долгое время ее возглавлявший), руководителем лаборатории стволовых клеток мозга на факультете нано-, био-, информационных и когнитивных технологий МФТИ (созданной по мегагранту РФ) Григорием Ениколоповым.
Фото Николая Степаненкова
– Григорий Николаевич, почему важно понимать механизм рождения новых нейронов – нейрогенеза – что это дает исследователям?
– Новые нейроны появляются из стволовых клеток в эмбриональном состоянии или, как было обнаружено недавно, и во взрослом мозге. Последнее находится в большом противоречии с тем, чему нас всегда учили: клетки мозга не восстанавливаются, и практически все, что мы унаследовали во время рождения, – это и есть тот набор нейронов, с которым предстоит прожить всю жизнь. Оказалось, что есть несколько областей в мозге человека и животных, стволовые клетки которых продуцируют нейроны на протяжении жизни. Хотя этот процесс затухает с возрастом, но главное, что он продолжается после рождения. Одна из этих областей, которая ученым наиболее интересна, – это гиппокамп.
– Почему именно она вызывает интерес?
– Она очень тесно связана с памятью, обучением, эмоциями, ответом на стресс и т.д. Давно известно, что если поврежден гиппокамп, то человек не может формировать новую память. Это бывает видно при болезни Альцгеймера или у пациентов после перенесенных инсультов: если был серьезно поврежден гиппокамп, многое в поведении этих людей может остаться без особых изменений, но они не могут запомнить события, которые происходили полчаса назад. Так что когда появились данные о том, что в гиппокампе во взрослом возрасте могут появляться новые нейроны, то можно было легко себе представить, что, возможно, с ними как-то связано формирование новых памятей. Оказалось, что ситуация более тонкая. Речь идет не просто о запоминании, а о возможности различать похожие, но не идентичные объекты. Вот пример: в офисном здании перед вами несколько комнат, входы в них похожи, но вы запоминаете, в какую именно нужно зайти, потому что помните какие-то небольшие знаки, которые отличают одну от другой. Мы об этом редко задумываемся, но в реальности наш мозг постоянно производит такие сравнения и вычисления, и эта способность различения близкородственных предметов часто ослабевает при определенных нейродегенеративных заболеваниях. Известно, например, что больные с Альцгеймером могут теряться в городе, потому что им трудно различить какие-то очень похожие места. Именно за этот процесс, видимо, отвечают новые нейроны.
– Означает ли это, что Альцгеймер может быть обратим?
– К сожалению, пока мы не знаем, как этого добиться. Нейроны гиппокампа особенно чувствительны, поэтому при Альцгеймере они в первую очередь начинают деградировать, и общее падение памяти у больных, скорее всего, происходит от этого. Часть проявлений болезни, возможно, действительно связана со снижением нейрогенеза. Но нужно помнить, что при этом заболевании в мозге происходит много других изменений.
Однако новые нейроны важны не только для возможности различения близкородственных ситуаций, но и для ответа на стресс или прием антидепрессантов; существует много разных поведенческих реакций, которые, видимо, связаны с нейрогенезом.
– Можно ли говорить о том, что чем больше новых нейронов рождается во взрослом мозге, тем лучше?
– Почти все, что идет на пользу человеку, – уменьшение стресса, физические упражнения, антидепрессанты – коррелирует (происходит параллельно) с увеличением числа новых нейронов. И наоборот: депрессия, хронический стресс, химиотерапия, радиотерапия ведут к замедлению процесса появления новых нейронов. Это не доказывает, что хорошее настроение зависит от нейрогенеза, но примеров такой взаимосвязи, когда увеличение нейрогенеза коррелирует с какими-то положительными стимулами, а его снижение – с негативными событиями, очень много.
– Возможно ли с помощью каких-то препаратов «раскачать», усилить процесс нейрогенеза?
– Я неспроста говорил о большом количестве примеров, когда увеличение нейрогенеза коррелирует с улучшением когнитивных способностей, памяти, настроения. И хотя не каждый раз и не для каждого случая показано, что одно именно зависит от другого, а не просто идет рука об руку, несколько крупных компаний прикладывают сегодня очень большие усилия, чтобы попытаться найти лекарства или какие-то подходы для того, чтобы увеличить нейрогенез в гиппокампе. Но похожего результата можно добиться и за счет физических упражнений, и за счет обогащенной жизненной среды. Другими словами, все то, что мы привыкли ассоциировать с ЗОЖ (физкультура, насыщенная жизнь, новые впечатления и ощущения), увеличивает, как минимум, у животных, появление новых нейронов.
– Несколько месяцев назад «Поиск» сообщал о статье, авторы которой утверждают, что человеческий нейрогенез после 15 лет затухает и у взрослых людей он очень низок. А спустя пару недель появилась статья другой группы ученых, в которой утверждается прямо противоположное: гиппокампальный нейрогенез продолжается практически без изменений до старости. Кому же верить?
– Это вопрос сложный, и пока трудно вынести какой-то определенный вердикт. И одна, и другая лаборатория очень высокого уровня, и они использовали один и тот же подход. Но нужно помнить, что доказательства того, что у взрослого человека поддерживается нейрогенез, очень разные и получены они не одним методом, а тремя-четырьмя совершенно неперекрывающимися способами. И все эти методы говорят об одном и том же, что если производство нейронов у взрослых людей и падает, то все-таки у них сохраняется достаточно высокий уровень нейрогенеза. И это, возможно, является огромным ресурсом, на который можно опереться. Конечно, во взрослом возрасте нейрогенез меньше, чем у детей. Вопрос, скорее, в том, действительно ли он падает до каких-то ничтожных значений, как утверждается в одних работах, или все-таки у взрослого человека продолжают появляться сотни, если не тысячи, новых нейронов каждый день, как сообщается в других.
– Может быть, дело в том, что исследования на человеческом мозге технически очень сложны?
– Конечно. Мы с очень высокой точностью можем что-то сказать пока только о животных. Недавно у нас вышла статья, в которой мы описываем методы, позволяющие исключительно точно характеризовать разные популяции стволовых клеток и, например, разбить длинный каскад превращений и перехода от стволовых клеток к новым нейронам на отдельные этапы. Но ни один из этих методов не подходит человеку, потому что у животных мы можем исследовать живой мозг. С человеком практически все исследования предполагают работу с материалом умершего. И здесь накапливается огромное количество технических трудностей, имеют значение очень многие факторы, например, то, насколько быстро после смерти взяты образцы для исследования, как готовили ткань, как проводили ее анализ и так далее. Возможно, расхождения в выводах статей как раз и связаны с этими небольшими подробностями. С мышками проще. Мы сейчас много работаем с грызунами-подростками, и это вполне адекватные модели.
– В физтеховской лаборатории, которой вы руководите, изучается влияние низких доз радиации на мозг. Чем привлекательна эта тема?
– Здесь несколько причин. Одна из них – радиация очень легко убивает делящиеся стволовые клетки, которые потом превратятся в нейроны. На уничтожении делящихся клеток, собственно, и основана радиотерапия опухолей. Давно было показано, что при сильной радиации клетки-предшественники (или стволовые клетки) погибают, новых нейронов становится меньше и это ведет к падению, как минимум, у животных, их когнитивных способностей, памяти и т.д.
– Как это может проявляться у людей?
– Появляется все больше данных о том, что, скажем, у детей, которым из-за лейкемии или каких-то других раковых заболеваний приходится подвергаться многократному воздействию радиотерапии, накапливается некоторое отставание в интеллектуальном развитии. Оно впоследствии может быть скомпенсировано, но, тем не менее, вопрос о том, нет ли здесь какой-то связи с подавленным нейрогенезом и нельзя ли защитить стволовые клетки мозга во время радиотерапии, поднимается все чаще. Впрочем, это относится к довольно большим дозам радиации.
Более редкий и даже экзотический пример – космические полеты. На Земле мы защищены от большого количества радиоактивных частиц магнитным полем нашей планеты. Но как только человек пересечет этот пояс и полетит, например, на Марс, эта проблема станет вполне реальной. Там космонавты встретятся с таким типом радиации, к которому мы на Земле не привыкли и который, как показано в наших в экспериментах, очень сильно влияет на нейрогенез. Это не огромные дозы, поэтому маловероятно, что они спровоцируют у космонавтов раковые заболевания, но что будет с мозгом, не очень понятно. Длительный космический полет – это сверхсложная и ответственная миссия. И хотя в космос посылают самых подготовленных людей, интеллектуальные способности которых на высочайшем уровне и позволяют принимать адекватные решения в опасной ситуации, все равно возможные мозговые изменения у человека, который целый год летит на Марс, а потом обратно (и в это время у него из-за воздействия космической радиации начинается ухудшение памяти или депрессия), становятся критичными и для самого космонавта, и для миссии.
А есть совсем другая проблема, и это уже ближе к тому, чем мы занимаемся: малые дозы радиации. Мы все время с ними встречаемся, проходя, например, разные медицинские процедуры, которые связаны с облучением в очень маленьких дозах. Эти дозы в обычном понимании безвредны. Могут ли они влиять на нейрогенез и деление стволовых клеток – этот вопрос по-прежнему остается открытым. Говоря про низкие дозы радиации, надо понимать, что пока не очень ясно, к чему же они могут привести. Например, не может ли быть такого, что при этом происходит какая-то стимуляция деления стволовых клеток и мозгу становится даже лучше? Пока у нас нет данных считать, что низкие дозы радиации – это обязательно плохо. Для того чтобы это выяснить, на факультете нано-, био-, информационных и когнитивных технологий Физтеха и была основана наша лаборатория, которая работает на базе Курчатовского института, где, кстати, ученых тоже интересуют подобные вопросы. На это были направлены наш мегагрант, а также еще несколько грантов РНФ и РФФИ. Тема очень большая и является некой «шапкой» для наших исследований, которые ориентированы не только на исследование влияния радиации, но и на разработку новых подходов к тому, как изучать нейрогенез, на создание новых моделей нейрогенеза, новых методик изучения деления стволовых клеток.
– Приятно слышать, что столь серьезные и актуальные исследования ведутся под вашим руководством в России.
– Когда я получал мегагрант, главная идея была в том, что российские исследователи будут ездить в мою американскую лабораторию, перенимать опыт и возвращаться назад, обеспечивая тесное взаимодействие между двумя научными структурами. Действительно, все обучавшиеся в американской лаборатории сотрудники вернулись и работают в России, но благодаря этим стажировкам сейчас создалась очень интенсивная связь между учеными: теперь один и тот же эксперимент, который делается в России или Америке, обсуждается всеми участниками. На этом синергизме нам удалось создать чрезвычайно сильную научную группу, и, надеюсь, мы сумеем сохранить ее активность.
Светлана Беляева, «Поиск»
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
