Мозг, разум и поведение

Выясняя способы, с помощью которых нервная система координирует потребности организма с условиями внутренней и внешней среды, исследователи широко пользуются результатами изучения мозга и поведения животных. Однако для многих людей наибольшую ценность имеют те факты, которые связаны со специальными проблемами человеческого мозга, человеческого поведения и в конечном итоге человеческого мышления. (Мы еще вернемся к начатому разбору дебатов о «мышлении» в конце этой главы.) Очевидно, что проблемы, касающиеся только человека, труднее всего поддаются научному исследованию, так как экспериментировать на живом человеческом мозге попросту невозможно.

До сих пор проникнуть в некоторые области сложной деятельности человеческого разума удавалось главным образом благодаря изучению болезней мозга. В главах 3 и 7 было показано, каким образом повреждения мозга впервые дали в руки исследователей реальный ключ к пониманию организации речевых, сенсорных и двигательных зон коры больших полушарий. В главах 3 и 9 мы видели, что с помощью препаратов, более или менее избирательно действующих на некоторые дивергентные нейронные сети с одним входом, можно вызывать сходные изменения в поведении животных и в эмоциях человека. Наблюдения над эффектами этих препаратов помогли ученым сформулировать предварительные гипотезы о природе важнейших психических расстройств, о поддающихся лечению симптомах паркинсонизма, о клеточной основе механизмов внимания и бодрствования.

Несомненно, в будущем еще больше заболеваний мозга станут излечимыми и еще более сложные психические явления — понятными. Но прежде чем прогнозировать грядущие достижения, давайте рассмотрим сначала те изменения, которые происходят у нас в мозгу в связи с нормальным процессом старения, и их отличия от разрушительных последствий болезни Альцгеймера.

Стареющий мозг

Каждый знает о неизбежности наступления старости: она приходит ко всем людям и наверняка не минует вас. Однако до недавнего времени старели далеко не все — лишь небольшой процент населения достигал 60-летнего возраста. В начале XX века средняя продолжительность жизни в США была чуть меньше 50 лет, а возрастное распределение напоминало то, которое ныне характерно для многих развивающихся стран: большая часть, населения была моложе 20 лет, и лишь незначительную часть составляли люди пожилого возраста.

К 60-м годам в возрастном распределении произошли существенные сдвиги. Гораздо большее число людей преодолевало теперь полувековой рубеж. Причина состояла не только в том, что повысился общий уровень здравоохранения, но и в том, что благодаря антибиотикам и созданию вакцин стало возможно лечить и предотвращать важнейшие инфекционные заболевания, сокращавшие жизнь предыдущих поколений. Кроме того, были найдены новые способы лечения также и других болезней, бывших частыми причинами ранней смертности, — таких, например, как болезни сердца и почек, артериальная гипертония и некоторые формы рака.

Любое улучшение общего уровня здравоохранения означает, что больше людей будут жить долго. По некоторым оценкам в ближайшие 50 лет в США число людей старше 65 лет, составляющее сейчас 22 млн., или 11%, почти удвоится. Из-за того что пожилые нуждаются в большем внимании со стороны органов здравоохранения по сравнению с молодежью или лицами среднего возраста, нагрузка на всю систему здравоохранения в будущем, вероятно, неизмеримо возрастет. Вот почему так важно знать, какие биологические сдвиги происходят в процессе старения.

Стариться — это значит не просто становиться старше

Несмотря на все улучшения условий жизни и успехи медицинской науки в предотвращении и лечении смертельных заболеваний, верхняя граница вероятной продолжительности жизни мало изменилась. Самому старому из известных нам долгожителей недавно исполнилось 119 лет, и других претендентов на его лавры пока нет. Людей, доживающих до 100 лет или преодолевающих этот рубеж, так же мало, как и раньше. Таким образом, успехи здравоохранения и улучшение социальных и экономических условий лишь увеличили число людей, которые живут сравнительно долго. Максимальная же продолжительность жизни человека по-прежнему остается конечной величиной, определяемой нашей биологией.

Распознать очень старых людей совсем нетрудно: они немощны, волосы у них выпали или поседели, кожу избороздили глубокие морщины. Однако у взрослых, еще не достигших глубокой старости, — в возрасте от 40 до 65 лет — видимые признаки физического старения сильно варьируют. Таким образом, возраст и процесс старения отделимы друг от друга. Термин «старение» означает прогрессирующую утрату восстановительных и адаптивных реакций, которые служат для поддержания нормальных функциональных возможностей. Ход возрастных изменений, если уж они начались, обычно следует единому образцу.

Характер возрастных изменений. Утрата прежних функциональных возможностей в процессе старения наиболее ярко проявляется в регуляторной активности эндокринной системы. Женский репродуктивный цикл, зависящий от нормальных ежемесячных взаимодействий между гипоталамусом, гипофизом и яичниками, обычно прекращается в конце 4-го — начале 5-го десятилетия жизни. Обусловленное этим снижение выработки эстрогенов способствует появлению физических признаков старения. Хотя у мужчин функция половых желез сохраняется дольше, секреция тестостерона начинает у них снижаться намного раньше, чем они достигают своего 40-летия. Это приводит к постепенному изменению вторичных половых признаков — изменяется, например, телосложение, замедляется рост волос. Еще один признак старения-уменьшение общей метаболической потребности в калориях и белках, а также в сне. Снижение концентрации половых стероидных гормонов и относительно малоподвижный образ жизни взрослых людей приводят к уменьшению массы мышц и их тонуса, а также к увеличению количества жира, если люди продолжают питаться в соответствии с привычками молодости. Гораздо менее очевидны функциональные изменения иммунной системы, снижающие способность организма противостоять инфекциям и препятствовать развитию спонтанно возникающих опухолей; эти изменения особенно резко проявляются на шестом десятке лет.

Процесс старения затрагивает и нервную систему. После 30 лет скорость, с которой потенциалы действия распространяются вдоль периферических нервных волокон, обычно медленно, но неуклонно снижается, и это в сочетании с уменьшением мышечного тонуса означает, что людям более старшего возраста для выполнения повседневных дел действительно требуется больше времени. Изменения функций половых желез связывают с ослаблением стимулирующего действия гипоталамуса на секрецию гонадотропных гормонов гипофизом. Это, возможно, свидетельствует о том, что признаки физического старения начинают появляться в связи с изменениями, происходящими в мозгу. Снижение умственных способностей происходит обычно в последнюю очередь. Лица пожилого возраста, как правило, не хуже молодых справляются со всеми задачами по проверке интеллектуальных функций, если время для их решения не ограничивается. Однако в тестах на скорость снижение способностей, связанное с возрастом, проявляется со всей очевидностью.

Возрастные изменения, не связанные со старением. Истинный хронологический возраст, в котором начинают ухудшаться функции мозга и всего организма, так же как и скорость этого ухудшения в различных системах организма, сильно варьирует от человека к человеку. Поэтому ученые, пытаясь выявить ключевой биологический процесс, с которого начинается общее ухудшение, не могут просто объединять показатели всех людей одного и того же календарного возраста. Кроме того, при исследовании пожилых и очень старых людей могут выявиться просто факторы, способствующие выживанию, а не те изменения, которые приводят к деградации.

Чтобы получить неискаженное представление о причинах старения, нужно учитывать большое число переменных в широком возрастном диапазоне. Как показывают исследования, лучшим индикатором хронологического возраста служит способность глаза к аккомодации (к фокусировке на близко расположенные предметы). Повышение кровяного давления и снижение способности быстро наполнять легкие воздухом и освобождаться от него тоже, хотя и не так тесно, связаны с возрастом. Однако при оценке критических показателей «биологического возраста» по вероятности последующего выживания в течение 5-10 лет выясняется существенное значение индивидуальных факторов. При первом обследовании выжившие обычно оценивались по результатам сердечно-сосудистых, нервно-мышечных и метаболических тестов как «более молодые» по сравнению с невыжившими людьми того же хронологического возраста. Связаны ли различия между людьми одного возраста с генетическими особенностями, образом жизни или какими-либо иными поддающимися изучению причинами? Может ли изменение жизненных привычек как-либо влиять на биологические прогностические факторы? Эти вопросы в настоящее время активно изучаются.

При исследовании индивидуальных различий в мозгу стареющих животных также выявляется ряд закономерностей. Проведение импульсов в аксонах многих, хотя и не всех, нейронов замедляется. Число нейронов в определенных участках мозга (но отнюдь не во всех) уменьшается. Иерархически связанные нейроны с крупными дендритными структурами и очень длинными аксонами — пирамидные клетки коры больших полушарий и гиппокампа, нейроны Пуркинье в коре мозжечка — особенно подвержены гибели в связи с возрастом. Кроме того, у этих нейронов неизменно ухудшается способность к модификации синаптических структур после повреждения или к изменению числа поверхностных рецепторов для медиаторов в зависимости от изменения уровня активности пресинаптических нейронов. У нейронов дивергентных сетей с одним входом и локальных сетей функция гораздо медленнее ухудшается с возрастом.

Одни ученые считают, что старение и утрата нейронов — это результат нарушения нормальной и необходимой способности нервной системы к структурной модификации и обновлению. Другие полагают, что отмирание нейронов, приводящее к уменьшению их числа с возрастом, есть попросту продолжающееся действие той программы гибели клеток, которая начинается после рождения в связи с формированием нормальных нейронных сетей и синаптических связей (см. гл. 1). Если результаты исследований на животных можно интерпретировать столь различно, легко понять, почему так трудно проверить традиционные объяснения возрастной гибели нейронов у человека. Чтобы оценить влияние алкоголя и табака на гибель нервных клеток у какого-то отдельного человека, например, нужны гораздо более обширные данные о норме, нежели те, которыми мы сейчас располагаем. Однако нет и таких данных, которые указывали бы, что воздействие наркотиков и алкоголя способствует выживанию нейронов.

Болезнь Альцгеймера: ускоренная дегенерация мозговой ткани

В начале нашего века немецкий психиатр Алоис Альцгеймер описал своеобразный клинический случай и тем самым дал свое имя болезни, которая ныне приобретает чуть ли не эпидемический характер. У пациента — прежде здорового человека лет 50 с небольшим — возникло глубокое расстройство памяти на недавние события. Он перестал ориентироваться в том, когда случилось то или иное событие, где он в тот момент был и что делал. Врач охарактеризовал такое сочетание симптомов как «дезориентацию в пространстве и времени». Подобное явление иногда временно наблюдается при некоторых травмах головы или как результат воздействия ряда нейротоксических препаратов. Однако у этого больного потеря памяти и дезориентация не прекращались и даже прогрессировали. К этим симптомам вскоре присоединились тяжелая депрессия, галлюцинация и параноидный бред. Незадолго до смерти у больного были все признаки деменции (слабоумия) — прогрессирующая утрата всех интеллектуальных функций, в том числе способности говорить, мыслить абстрактно и даже выполнять обычные повседневные действия: есть, одеваться, опорожнять мочевой пузырь и кишечник.

При вскрытии обнаружилась резко выраженная атрофия мозга — уменьшение его массы. Микроскопический анализ коры больших полушарий выявил не только исчезновение крупных пирамидных нейронов, но и странные скопления аморфного материала, получившие название «бляшек», а также совершенно необычные «сплетения» тонких волокон внутри увеличившихся, вероятно отмирающих, нейронов. Описанный случай остался загадкой, причину болезни невозможно было объяснить. С тех пор во всем мире отмечено много подобных случаев. Их объединяли относительно молодой возраст заболевших, острое начало, быстрое прогрессирование симптомов и характерная картина мозга при вскрытии. Болезнь Альцгеймера стали называть также «пресенильной деменцией», когда в результате тщательного исследования выяснилось, что в мозгу пожилых людей, в других отношениях совершенно нормальных, тоже встречаются отдельные «бляшки» и сплетения нитей, хотя изменения эти не столь резко выражены.

Сегодня неврологи классифицируют это расстройство как сенильную деменцию алъцгеймеровского типа. Развитие симптомов заболевания, как и симптомов старения, может начаться в любое время в поздней фазе зрелого возраста. Изменения часто бывают настолько постепенными, что их вначале вообще не замечают. Даже зафиксированные симптомы депрессии не способствуют ранней диагностике возможной деменции, так как у лиц среднего возраста жалобы на подавленное состояние не являются чем-то необычным (см. гл. 9). Серьезные проблемы возникают лишь тогда, когда начинается изменение личности — больной озлобляется по малейшему поводу, становится совершенно безразличен к нуждам близких друзей и членов семьи. Потеря памяти бывает настолько значительной, что больной перестает узнавать окружающих.

Вероятность развития этой болезни увеличивается с возрастом. Поэтому параллельно с улучшением состояния здоровья населения и увеличением числа пожилых людей будет расти и число тех, у кого может возникнуть болезнь Альцгеймера. Если к концу нашего столетия в США процент людей, перешагнувших 70-летний рубеж, возрастет вдвое — примерно с 10 до 20%, — то число заболевших альцгеймеровской деменцией в ее различных формах может достичь нескольких миллионов человек. Это приведет к тому, что она, возможно, станет самым распространенным неврологическим расстройством всех времен.

Причина болезни все еще остается неизвестной. К тому же, хотя клинические симптомы достаточно характерны, нет никаких способов достоверно диагностировать болезнь при жизни пациента, за исключением одного — взять кусочек мозговой ткани для микроскопического исследования. Однако подобную процедуру вряд ли можно считать оправданной, так как никаких методов лечения в наши дни все равно не существует.

Масштабы проблем, с которыми столкнется человечество при увеличении продолжительности жизни, нельзя недооценивать. Не зная причин, вызывающих болезнь Альцгеймера, невозможно предложить профилактические меры для тех, кто пока еще здоров. Кроме того, не имея способов ранней диагностики заболевания, нельзя четко оценить результаты экспериментального лечения, которое могло бы повлиять на дальнейшее течение болезни.

Все это означает, что болезнь Альцгеймера — одна из важных медицинских проблем, решение которой целиком зависит от исследований мозга. Хотя данные о гибели кортикальных нейронов и появлении в коре бляшек и волокнистых сплетений сами по себе очень существенны, причины и последовательность этих изменений остаются неясными. Образуются ли эти структуры из отмирающих нейронов? Является ли причиной болезни некий таинственный инфекционный агент, который проникает в мозг на ранних этапах жизни и впоследствии активизируется под влиянием каких-то неизвестных средовых факторов? Может быть, именно он формирует бляшки и сплетения волокон, а затем убивает нейроны? Подобного рода «медленная» инфекция, вызывающая прогрессирующее неизлечимое слабоумие у жителей южных островов Тихого океана, была открыта американским неврологом Карлтоном Гайдушеком. Эта болезнь, называемая куру, передавалась при ритуальном поедании мозга умерших стариков, когда здоровые члены общины, не подозревая об этом, получали инфекцию.

Известно большое число вирусов, проникающих в нервную систему, — среди них те, которые мы просто получаем с вдыхаемым воздухом наподобие возбудителей гриппа, кори и ныне почти искорененного полиомиелита. Разновидности этих вирусов могут долгое время существовать внутри некоторых клеток мозга, а затем активируются под влиянием каких-то изменений внутренней среды, которые у других, не-инфицированных нейронов не вызывают никакой реакции. Не исключено, что существуют и иные формы инфекционных частиц, даже более мелких, чем вирусы, которые могли бы вторгаться в здоровые мозговые клетки и вызывать их гибель или патологическое изменение.

Один из подходов к изучению болезни Альцгеймера состоит в применении стратегии, ранее уже использованной при исследовании важнейших психозов и болезни Паркинсона. Речь идет о поиске специфических изменений медиаторов, которые помогли бы пролить свет на ряд вопросов диагностики и терапии. В результате нейрохимического анализа мозга людей, умерших от болезни Альцгеймера, уже обнаружены три основных типа химических изменений. Главные потери несут холинэргические нейроны, от которых идут дивергирующие связи в коре. Почти столь же обширны потери нейронов, посылающих к коре норадреналиновые и соматостатиновые волокна. Не ясно, однако, являются ли эти изменения причиной или следствием болезни.

Способы лечения, основанные на стимуляции холинэргической передачи в сетях с нехваткой ацетилхолина (подобно тому как L-ДОФА усиливает дофаминэргическую передачу при паркинсонизме), оказались неэффективными. Эта неудача может быть вызвана двумя причинами: либо количество сохранившихся холинэргических нейронов недостаточно для стимулирования, либо под влиянием болезни клетки-мишени коры утрачивают способность к реакции. Дальнейшее исследование ацетилхолиновой недостаточности базируется отчасти на том факте, что у животных препараты, подавляющие холинэргическую передачу, вызывают острое состояние «спутанности» и ухудшают память. Если первичный патологический процесс приводит к гибели корковых нейронов, иннервируемых холинэргическими или адренэргическими волокнами, то соответствующие дивергентные сети с одним входом не смогут выполнять нормальные интегративные функции (см. гл. 4). Соматостатиновые нейроны коры головного мозга, по-видимому, образуют иерархические цепи, связывающие одну область коры с другой.

Потеря всех трех медиаторов может, однако, оказаться вторичной по отношению к каким-то факторам, вызывающим первоначальное разрушение нейронов. Но каковы бы ни были причины этого разрушения, выведенные из строя сети лишают кору трех мощных интегративных механизмов. Ввиду большого практического значения болезни Альцгеймера исследования, направленные на разгадку ее природы, и поиски методов лечения, вероятно, будут оставаться одной из важнейших задач клинической неврологии.

Болезнь Гентингтона: еще один вид неизлечимого слабоумия

Некоторые неврологи и психиатры возражают против использования термина «слабоумие» (или «деменция») как названия определенной болезни, так как речь не идет здесь, как и в случае шизофрении, о каком-то едином заболевании. Симптомы слабоумия могут наблюдаться на последних стадиях ряда различных болезней нервной и эндокринной систем. К несчастью, подобные состояния почти всегда бывают необратимыми. На поздних стадиях паркинсонизма (см. гл. 3) у больных тоже могут появляться признаки и симптомы болезни Альцгеймера, но в данном случае процесс атрофии затрагивает не кору, а подкорковые области мозга — базальные ганглии. В этих случаях лечение с помощью L-ДОФА уже не может восстановить нормальную функцию. Приблизительно тот же общий тип деменции встречается и при другом, гораздо более редком наследственно обусловленном заболевании, названном по имени американского врача Джорджа Гентингтона, который в 1872 году впервые описал его симптомы.

У жертв этой болезни развитие слабоумия сопровождается прогрессирующим расстройством движений конечностей и лица, производящим нередко пугающее впечатление. Действительно, из-за резких судорожных движений, неподвластных больному, эту болезнь одно время называли хореей Гентингтона. В мозгу больных отмечали разрушение нейронов в хвостатом ядре и других базальных ганглиях, но иных признаков клеточной патологии обнаружено не было. Хотя болезни часто сопутствует слабоумие, явных патологических изменений в коре не находят, если не считать встречающейся иногда гибели небольшого числа нейронов.

Причины болезни Гентингтона неизвестны, поэтому нет и эффективных методов ее лечения. Генетический анализ показывает, однако, что у потомков больного (или больной) имеется один шанс из двух унаследовать эту болезнь. Как это ни прискорбно, распознать заболевание раньше чем в возрасте около 40 лет не удается, а к этому времени люди обычно успевают уже вступить в брак и произвести на свет новых носителей наследственного фактора. К сожалению, мы еще не располагаем надежным тестом для решения вопроса о том, унаследован ли данным ребенком злополучный ген. Поскольку четкой возрастной границы, после которой можно было бы сказать, что опасность миновала, не существует, потомок больного родителя должен либо вообще отказаться от намерения иметь детей, либо идти на 50%-ный риск для каждого ребенка и надеяться на удачу.

Совсем недавно были сделаны первые шаги на пути к созданию возможного диагностического теста. Исследования, проведенные среди жителей одной венесуэльской деревни с очень высокой частотой болезни Гентингтона, позволили частично выделить ген, ответственный за это заболевание. Есть надежда, что в конечном итоге на основе этой информации можно будет разработать тест, который позволит выявлять носителей неблагоприятного гена, подобно тому как в наши дни определяют, может ли развиться серповидноклеточная анемия у ребенка, который еще находится в утробе матери.

Генетические тесты базируются на двух основных принципах. Первый из них заключается в том, что весь генетический материал данного потомка состоит из генетических факторов, полученных от обоих родителей в более или менее случайном сочетании. В зависимости от того, будут ли гены доминантными или рецессивными, у ребенка проявятся те или иные черты обоих родителей. Некоторые признаки, как говорят, «сцеплены с полом», т. е. гены, ответственные за эти признаки, находятся в X- или Y-хромосоме, определяющей пол ребенка. Болезнь Гентингтона зависит от доминантного гена, не сцепленного с полом, т. е. расположенного в одной из 22 пар неполовых хромосом — аутосом. Хромосомы содержат гены многих тысяч признаков, начиная от цвета глаз и кончая размерами тела, право- или леворукостью и т. д. Индивидуальная конституция организма зависит от унаследованных генов и их способности к экспрессии (проявлению). О некоторых генах известно, что они расположены в определенных хромосомах: например, гены гемоглобина, инсулина и гормонов, регулирующих кальциевый обмен, все находятся в 11-й хромосоме. Ген, вызывающий развитие болезни Гентингтона, вероятно, делает возможным развитие в нервной системе дегенеративных изменений при условии, что его носитель проживет достаточно долго.

Второй важный принцип заключается в том, что информация, которую несет ген, зависит от его молекулярной структуры. В каждом гене наследственная информация закодирована с помощью особого химического соединения, называемого дезоксирибонуклеиновой кислотой, или ДНК. Наиболее важные компоненты ДНК — это четыре основания: аденин, тимин, цитозин и гуанин. Порядок расположения этих оснований фактически определяет, каким будет действие гена в клетке, в которой оно проявится. В гене две цепи ДНК закручены в спираль одна вокруг другой и остаются в тесном контакте между собой благодаря попарному сродству оснований: гуанин обладает сродством к цитозину, а аденин — к тимину. Если бы мы могли извлечь весь генетический материал из всех хромосом, полученных от родителей в процессе оплодотворения, и разложить в один ряд, то получили бы нечто вроде очень длинного текста, написанного четырьмя буквами Г, Ц, А и Т (начальные буквы оснований), чередующимися в определенной последовательности. Некоторые из этих последовательностей могут варьировать, не оказывая влияния на закодированные ими признаки. Но именно точные последовательности оснований вашей ДНК определяют, имеется ли у вас эта форма гена или та, и обеспечивают физическую основу для генетических тестов.

Ученые, исследующие мозг, и генетики, которым удалось частично выделить ген, ответственный за болезнь Гентингтона, установили, что у всех членов семей, подверженных заболеванию, на протяжении по меньшей мере трех поколений в ДНК содержится определенная последовательность Г, Ц, Т и А. Но еще важнее то, что ни у одного человека, дожившего здоровым до 60 лет, этой особенности не выявлено. Однако этот тест еще недостаточно надежен, и пока нельзя сказать, что именно кодирует данный ген.

Кроме того, пока еще нет возможности «прочитать» всю последовательность сотен тысяч оснований в том участке цепи ДНК, который у здоровых и больных оказался различным. Это различие сейчас выявляют, сравнивая размеры фрагментов 4-й хромосомы после обработки ДНК ферментами, расщепляющими ее в соответствии с последовательностью оснований. И хотя это различие в принципе обнаружено, понадобится еще какое-то время, чтобы определить конкретную последовательность оснований, ответственную за развитие болезни. Но даже и после этого потребуется еще много работы, чтобы выяснить, каким образом аномальный доминантный ген изменяет свойства клеток. Когда тест будет полностью разработан, он не только доставит спокойствие тем, кто будет исключен из числа носителей патологического гена, но и даст возможность предотвратить дальнейшее распространение болезни.

Диагностика и лечение мозговых расстройств в будущем

Болезнь Альцгеймера, болезнь Гентингтона, шизофрения, маниакально-депрессивный психоз — все они имеют некоторые общие черты. Это хронические заболевания неизвестного происхождения. Если даже они не прогрессируют, то по крайней мере периодически повторяются. Большую часть их можно лечить с помощью препаратов, полезность которых была обнаружена путем проб и ошибок, а не предсказана исходя из теоретических представлений о природе болезни. Лишь много позже при изучении этих болезней были выявлены специфические молекулярные и клеточные изменения в мозгу страдавших ими людей. Ввиду особого значения, которое придают сейчас нейромедиаторам при изучении мозговых расстройств, нам нужно будет поближе познакомиться с этой областью исследований.

Представление о важной роли нейромедиаторов в патогенезе того или иного заболевания имеет по меньшей мере два преимущества. Во-первых, оно дает четкий ориентир для поисков возможной причины болезни. Это особенно ценно, если такие же изменения в медиаторных системах можно воспроизвести у животных. Например, в последние два года у взрослых, но еще молодых наркоманов, употребляющих героин, была выявлена новая форма болезни Паркинсона. Была установлена ее связь с примесью определенного вещества, применяемого при синтезе героина в подпольных лабораториях. Когда это вещество вводили обезьянам, у них обнаруживались все симптомы паркинсонизма. Полученные данные свидетельствовали о том, что болезнь Паркинсона у людей всецело обусловлена нехваткой дофамина в клетках и нервных сетях и что эта нехватка может быть результатом воздействия определенного токсичного вещества, которое используется также и в промышленности. Воспроизведение тех же результатов у животных позволяет объяснить, почему частота болезни Паркинсона растет параллельно с индустриализацией.

Во-вторых, сосредоточив свое внимание на связях между нейромедиаторами и болезнями центральной нервной системы, ученые смогут также искать новые способы лечения, которые отличались бы большой эффективностью и избирательностью действия. Появление препарата L-ДОФА ознаменовало возможность прямой атаки на клеточные дефекты, связанные с функцией дофамина. Распространенные ранее методы были направлены на устранение симптомов (например, мышечной скованности и ригидности) в результате эмпирического выявления побочных эффектов лекарств, назначавшихся по совершенно иному поводу. В не до конца понятой нервной системе человека любой симптом может быть следствием нескольких причин. Знание специфических клеточных аномалий сужает диапазон возможностей при выборе способов лечения и уменьшает вероятность ошибок.

Таким образом, изменения медиаторов позволяют дать болезни единое объяснение, а также могут служить основой для поисков специфических методов лечения. Разумеется, доказательство того факта, что определенное изменение в медиаторах однозначно связано с определенной болезнью, не обязательно должно вести к выводу, что это изменение и есть «причина» болезни. Оно может быть надежным диагностическим признаком. Может даже оказаться, что некоторые болезни мозга с еще неясной этиологией вообще никак не связаны с известными медиаторами, а возникают вследствие патологических изменений еще не открытых механизмов. Можно было бы предположить, что симптомы таких болезней не имеют реальной органической основы и что улучшение, вызываемое лекарственными препаратами, в таких случаях бывает неспецифическим; такие препараты могут даже быть вредными. Однако не исключено и то, что ответственный за какое-то заболевание медиатор просто еще не открыт — ведь неизвестных медиаторов, вероятно, еще много. Обратимся к рассмотрению этой возможности.

Новый мир нейромедиаторов

Сейчас уже должно быть ясно, что «ассортимент» специфических нейромедиаторов достаточно разнообразен. Он продолжает увеличиваться, и каждый раз, когда ученым удается обнаружить в мозгу новый медиатор, это открытие помогает прояснить те механизмы, с помощью которых один нейрон регулирует активность других соединенных с ним нейронов. Если вы помните, в главе 2 мы разделили медиаторы по их действию на две основные категории и назвали их безусловными и условными медиаторами. Возбуждающее или тормозное действие безусловного медиатора не зависит от ситуации, в которой осуществляется передача сигнала, тогда как действие условных медиаторов зависит от других сигналов, которые одновременно приходят к постсинаптической клетке.

До сих пор мы почти не касались химизма нейромедиаторов, да и сейчас не собираемся особенно углубляться в этот вопрос. Однако для оценки перспектив дальнейших исследований нам все же полезен будет ряд самых общих сведений.

Как происходит открытие новых медиаторов? В центральной нервной системе в наибольших количествах содержатся медиаторы с самой простой химической структурой — аминокислоты. Преобладают здесь медиаторы, используемые «безусловными» возбуждающими нейронами в иерархических сетях, такие как глутаминовая и аспарагиновая кислоты. Безусловные тормозные воздействия нейронов в локальных сетях тоже могут осуществляться с помощью простых аминокислот, но с несколько иной химической структурой, какова, например, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).

Такого рода простые аминокислоты либо поступают в организм с пищей, либо очень быстро синтезируются в специфических нейронах. Другие медиаторы образуются путем более глубоких химических перестроек пищевых аминокислот. Именно так получаются ацетилхолин и моноамины — в результате одноступенчатых или двухступенчатых ферментативных процессов в соответствующих нейронах. Вы уже встречались с моноаминами — группой химически сходных медиаторов — и знаете их под их индивидуальными названиями: это дофамин, норадреналин и серотонин. Почти все нейроны, выделяющие моноамины, образуют дивергентные сети с одним входом. Концентрация медиаторов-моноаминов в мозгу приблизительно в тысячу раз ниже, чем аминокислотных медиаторов. Если все синаптические окончания содержат примерно одинаковое количество медиатора, то относительная концентрация медиаторов во всем мозгу или в каком-либо его участке может служить приближенным показателем общего числа имеющихся в нем синапсов с тем или иным медиатором. В соответствии с этой грубой оценкой можно полагать, что на каждую тысячу аминокислотных синапсов приходится только один моноаминовый.

Почти все аминокислоты, ацетилхолин и моноамины, которым приписывают сегодня вероятную роль центральных медиаторов, были впервые обнаружены по их действию вне мозга — в вегетативной нервной системе или ганглиях некоторых беспозвоночных, например. За последнее десятилетие новых аминокислотных или моноаминовых медиаторов по существу не было найдено. Это может означать, что нам уже известны все существующие медиаторы этих двух типов.

Нейромедиаторы третьего типа — пептиды — тоже синтезируются из аминокислот, но более сложным путем. Для образования пептида несколько различных аминокислот должны соединиться в строго определенной последовательности. Построение таких химических цепей происходит в цитоплазме клеток, в так называемом шероховатом эндоплазматическом ретикулуме. В ядре нейрона на его ДНК для каждого необходимого пептида синтезируется специальная химическая матрица, называемая информационной, или матричной, РНК (мРНК). Она как бы копирует последовательность оснований ДНК. В эндоплазматическом ретикулуме по «инструкциям» мРНК синтезируются пептиды. Во всех известных случаях первоначальная пептидная цепь намного длиннее, чем это необходимо; соответствующие ферменты нейрона сокращают ее до нужной длины, подготавливая для секреции в синапсах. Различных пептидных медиаторов существует намного больше, чем аминокислотных или моноаминовых, и доля отдельного пептида во всей массе таких пептидов лишь приближается к 1%.

Перспективные направления современных исследований. Первыми из нейропептидов были открыты вазопрессин и окситоцин. Вначале они были описаны как гормоны, выделяемые задней долей гипофиза; лишь много позднее выяснилось, что эти же самые вещества играют роль медиаторов и внутри мозга.

Многие известные сегодня нейропептидные медиаторы стали вызывать особый интерес из-за своих очень низких концентраций и исключительно мощного действия. Большинство их было открыто в результате исследований двоякого рода: при поисках гипофизотропных гормонов гипоталамуса (либеринов, см. гл. 4) и при изучении недавно обнаруженных гормонов, воздействующих на нейроны диффузной нервной системы кишечника. Каждое из этих направлений привело к открытию нескольких пептидов центральной нервной системы.

Большое внимание привлекла одна группа мозговых пептидов, действие которых на клеточном и поведенческом уровнях сходно с действием наркотика морфина. Эти морфиноподобные пептиды, образующиеся в самом мозге, получили название эндорфинов (сокращение слов «эндогенный морфин»). Открытие эндорфинов в середине 1970-х годов явилось результатом любознательности двух английских фармакологов — Ханса Костерлица и Джона Хьюза. Почему, спросили они себя, мозгу свойственна столь точная и чувствительная реакция на морфин — препарат, которым активно пользуются всего каких-нибудь 100 с небольшим лет? Эти ученые высказали смелое предположение, что в мозгу, может быть, есть какие-то еще не открытые естественные медиаторы, рецепторы которых могут реагировать также и на морфин, будучи не в состоянии отличить этот «поддельный медиатор» от настоящего. Такими естественными медиаторами оказались эндорфины, которые, как мы уже знаем из главы 6, играют исключительно важную роль в способности мозга функционировать при воздействии боли.

Успех этого исследования породил мысль о том, что и другие препараты, действие которых на мозг еще не получило объяснения, — например, транквилизаторы и противосудорожные средства, — тоже могут имитировать какие-то пока не открытые эндогенные медиаторы. Поиски таких веществ сейчас уже ведутся. Кроме того, совсем недавно возникла и получила воплощение еще одна исследовательская стратегия. А именно, с помощью методов генной инженерии пытаются найти ответ на такой вопрос: сколько других редких молекул может синтезировать мозг? Например, сколько различных мРНК образуется в мозговых клетках и какая доля их кодирует нейропептиды? Согласно одной из приближенных оценок, возможно, что предстоит обнаружить еще сотни новых эндогенных медиаторов.

Прежде чем эти новейшие методы приведут к действительному открытию новых важных медиаторов, предстоит преодолеть огромные трудности. Однако многие ученые считают, что цель оправдывает усилия. Каждый вновь обнаруженный нейромедиатор открывает новые возможности для выявления неизвестных структурных взаимоотношений или подтверждения предполагаемых, для распознавания новых «команд» в химическом словаре нейронов, для разработки новых методов диагностики заболеваний.

От биологии к патологии

Оценка патологии мозга по данным точного анализа изменений в медиаторах — по их количеству и динамике в ходе болезни — стала важной областью исследований. Нейрохимическая патология как научная дисциплина сосредоточила внимание в первую очередь на нехватке какого-либо медиатора как показателе болезни и на замещении недостающего медиатора как методе лечения. В случае шизофрении имеющиеся факты позволяют думать, что ключом к лечению может быть снижение чрезмерной активности дофаминовой системы. Однако в случае болезни Альцгеймера попытки подобрать препараты, которые заменили бы все недостающие медиаторы системы, едва ли могут привести к успеху. Поэтому следует подумать и об иных способах лечения расстройств центральной нервной системы.

Некоторые альтернативные концепции патологии. Причиной некоторых патологических состояний может быть «простой» дефицит или избыток известного или еще не обнаруженного медиатора. Но расстройства центральной нервной системы могут возникать и тогда, когда сами медиаторы аномальны и передают неверные сигналы. Это может повлечь за собой изменения в активности нейронов, приводящие к симптомам заболевания. Нетрудно представить себе, как могут возникнуть аномальные медиаторы. Разрыв в нормальной цепи ферментативных реакций, например, может привести к тому, что вместо одного вещества (аминокислоты, моноамина или пептида) будет синтезироваться другое, необычное. Стоит измениться или выпасть одному основанию в ДНК соответствующего гена, и изменится образующаяся мРНК, что может привести к существенному изменению нейропептида, а тем самым и сигнала, который он передает постсинаптическим клеткам.

Вы, возможно, замечали, что всякий раз, когда речь заходит о специфических расстройствах поведения, мы вспоминаем о дивергентных системах с одним входом. Используемые в этих системах медиаторы были открыты в числе первых и поэтому изучены лучше других. Кроме того, для их детального исследования был разработан целый ряд экспериментальных методов. Однако мы вновь обращаемся к ним по другой, более интересной причине: дело в том, что эти медиаторы могут использоваться в терапии независимо от того, связана ли болезнь с изменением их функции.

Сильно разветвленная структура дивергентных сетей с одним входом означает, что относительно немногочисленные нейроны имеют возможность контролировать множество других нервных клеток. Поэтому в случае каких-либо нарушений нормальной синаптической передачи в этих сетях (в результате болезни или фармакологических воздействий) реактивность многих мишеней будет усилена или ослаблена. Таким образом, медиаторы могут не быть первопричиной патологии даже при таких нарушениях, при которых препараты, влияющие на такие сети, частично восстанавливают их функцию. Лекарства могут всего лишь обеспечивать общее улучшение взаимодействий между нейронами. Источником патологии может быть практически любое звено в процессе регуляции количества медиатора, высвобождаемого для передачи каждого импульса, так же как и любое изменение в реактивности постсинаптических клеток-мишеней. Патологический процесс может также быть связан с нарушением каких-то зависимостей, определяющих скорость синтеза нужного медиатора и поддержание его запасов. Кроме того, мы еще мало что знаем о факторах, регулирующих рост мозговых нейронов, который происходит даже у взрослого человека. Но и они в конце концов будут подвергнуты экспериментальному анализу.

В настоящее время все чаще и чаще высказываются предположения о роли еще одного патологического механизма, который сейчас трудно, а может быть, и невозможно исключить из числа вероятных причин. Речь идет о нераспознанных латентных вирусных инфекциях. У нейронов, по-видимому, имеются поверхностные молекулы, очень сходные с рецепторами на поверхности лейкоцитов, циркулирующих в кровяном русле и вырабатывающих антитела. У лейкоцитов эти рецепторы распознают чужеродность вторгшегося инфекционного агента и мобилизуют другие лейкоциты для совместных действий по его уничтожению или по развитию иммунной реакции. У нейронов сходные рецепторы могли бы обеспечивать вирусам временное убежище на поверхности клетки, а может быть, и внутри нее, прежде чем они смогут быть уничтожены в результате иммунных процессов. Возможно, например, что вирус бешенства проникает в мозг потому, что он первоначально присоединяется к ацетилхолиновым рецепторам мышечных клеток.

Невидимая патология. Любая из этих предполагаемых причин могла бы привести к развитию болезни, происхождение которой неизвестно. Основная проблема заключается не в том, чтобы строить догадки по поводу того, каким образом нормальные физиологические процессы могли бы быть нарушены, а в том, чтобы выяснить, действительно ли они нарушены и как именно. Распознать изменения на молекулярном уровне — например, выявить аномальный вариант редкого медиатора или аномальные факторы роста в мозгу человека — с помощью современных методов пока невозможно.

Следует отметить также, что некоторые расстройства ЦНС, особенно те, которые могут появляться и исчезать, не обязательно должны быть связаны с аномалиями «жестких» механизмов — например, нейронных сетей или медиаторов. Вполне возможно, что происходят какие-то сбои в «гибких» механизмах — в программах последовательного анализа, синтеза и сравнения информации. Пока об этих процессах не известно почти ничего, кроме их конечного результата. Это предположение в настоящее время еще нельзя проверить, а непроверенные идеи, к сожалению, полезны лишь тогда, когда их можно сформулировать в виде гипотез, доступных для экспериментальной проверки.

От клеточной патологии к лечению

Что принесет нам будущее в смысле более четкой диагностики тех болезней центральной нервной системы, причины которых пока неизвестны? Сможем ли мы избирательно воздействовать на них и каковы могут быть меры профилактики? Наука о нервной системе вступает в период новых возможностей. В растущей шеренге вновь обнаруженных мозговых пептидов большинство еще плохо изучено, и пока нет точных данных об их количествах у здоровых людей, не говоря уже о больных с мозговыми расстройствами. В худшем случае окажется, что они вообще не имеют отношения к этим расстройствам. Может быть, знание количественных показателей поможет медикам дифференцировать болезни, объединяемые ныне по сходству симптомов, такие как шизофрения, аффективные расстройства, двигательные нарушения, слабоумие, эпилепсия и др. Если внутри этих категорий удастся распознать действие различных биологических факторов, можно будет, вероятно, выделить разные подтипы. Это в свою очередь привлечет внимание исследователей к разнообразию причин и способов лечения, различным мерам профилактики и различным гипотезам относительно процессов, лежащих в основе заболевания.

Несомненно, именно эти перспективы заставляют разочарованных неудачами клиницистов все-таки следить за достижениями в области изучения нейромедиаторов. Некоторые из наиболее мощных новых методов [таких, как позитронноэмиссионная трансаксиальная томография (ПЭТТ) или ядерный магнитный резонанс], выявляющих изменения метаболизма, кровотока, электрофизиологических или эндокринных функций в процессе мышления, могут помочь в диагностике функциональных нарушений и в определении их анатомической локализации. Однако мы еще не имеем никакого представления о том, каким образом события молекулярного уровня преобразуются в действия, которые мы приписываем работающему мозгу. Нужно выявить эти связи, если мы хотим узнать, действительно ли молекулярные события могут приводить к специфическим мозговым расстройствам и как это происходит.

Замещение поврежденных частей мозга. Если перейти к более отдаленной перспективе, можно предположить, что когда-нибудь неисправные или дегенерирующие участки мозга удастся заменять путем пересадки эмбрионального или периферического нейронного материала непосредственно в ту часть мозга, где имеется повреждение. Уже осуществлена трансплантация клеток мозгового вещества надпочечника, выделяющих катехоламины, в хвостатое ядро подопытных животных, а также людей, страдающих паркинсонизмом. Пересадка нервной ткани была основной темой целой серии экспериментов на животных, однако условия, необходимые для успешного применения этого метода в клинике, еще не выяснены. Экспериментальные исследования позволяют предположить, что некоторые наследственные аномалии гипоталамических нейронов поддаются лечению путем пересадки небольших фрагментов нормальной ткани гипоталамуса от совместимого животного-донора. Однако источники материала для пересадок в мозг человека, вероятно, никогда не станут легко доступными (если не считать некоторых видов железистой ткани, например мозгового вещества надпочечников, и диффузной нервной ткани кишечника).

Следующим шагом в разработке заместительной терапии могла бы быть имплантация искусственно созданной вирусоподобной частицы, содержащей необходимый ген, выделенный из кожи или лейкоцитов здорового родителя, брата или сестры больного. Однако, прежде чем помышлять о таких пересадках, нужно еще очень многое выяснить, в том числе найти способ активации генов, которые в коже и кровяных клетках в норме неактивны.

Еще более проблематичными представляются исследования по созданию нейронных «мостов» в местах повреждения волокнистых трактов. В главе 2 мы вскользь упоминали о том, что нейроны центральной нервной системы, возможно, обладают некоторой способностью к регенерации. Имеющиеся данные как будто указывают на то, что поврежденные связи даже в головном мозгу могут восстанавливаться, если только этому не препятствуют факторы, тормозящие рост. (Возможно, что эти факторы в нормальных условиях обеспечивают стабильность большинства связей мозга; без них в условиях повышенной активности мозговых нейронов пластичность могла бы достичь такой степени, что под угрозой оказалась бы сама структура мозга.)

Способность нейронов головного мозга к регенерации явилась предметом экспериментальных исследований, проводившихся в Канаде и Швеции. Сначала в мозговой ткани животного производили повреждение. Затем из другого места брали отрезки периферических нервов, аксоны которых легко регенерируют, восстанавливая утраченные связи. Концы вырезанного участка нерва вводили в ткань мозга по обе стороны от места повреждения. По-видимому, в этих условиях многие виды центральных (мозговых) нейронов способны врастать сначала в отрезок периферического нерва, а затем — из другого его конца — обратно в мозг. Экспериментальные повреждения, наносимые животным, имитировали повреждения нервной ткани, возможные у людей при травме позвоночника или проникающем ранении головы. Результаты описанного метода дают некоторые основания надеяться, что со временем будут найдены и иные способы восстановления тканей мозга.

Замена компьютерами. Центральная нервная система — по крайней мере как мы сейчас понимаем ее возможности саморегулирования — не может использовать свою потенциальную способность к регенерации. В связи с этим многие ученые ищут пути устранения некоторых дефектов сенсорной функции с помощью компьютеризованных роботоподобных устройств, которыми можно было бы даже заменять неисправные компоненты. Для того чтобы найти способ обеспечить слепых людей хотя бы примитивным «тактильным зрением», в лабораториях используют принцип видеосканирования в сочетании с кожной стимуляцией. Некоторые формы нервной глухоты поддаются экспериментальному лечению с помощью звукочувствительных приборов, вживленных прямо в улитку. Применение таких приборов возможно потому, что наши сенсорные процессы состоят из отдельных этапов, которые могут быть воспроизведены искусственными устройствами.

Сходным образом знание всех этапов, с которыми связан запуск программ мышечной активности (ходьбы, например), позволит с помощью компьютеров преодолеть последствия паралича после травмы спинного мозга. Сначала компьютеры, получающие информацию о мышечной активности от расположенных на коже электродов, зарегистрируют последовательность мышечных сокращений при ходьбе или стоянии. Затем над мышцами парализованного больного поместят кожные стимулирующие электроды, с помощью которых будут «проигрываться» соответствующие программы. Закодированные стимулы прикажут мышцам действовать. И тогда, несмотря на повреждение, парализованный человек действительно сможет стоять и ходить — ведь компьютер будет непосредственно управлять мышцами.

Искусственный интеллект. На стыке двух наук -экспериментальной науки о нервной системе и кибернетики — постепенно закладываются основы для создания таких устройств, которые в конце концов смогут воспроизводить отдельные этапы сбора и переработки информации в сложном процессе умственной деятельности человека. Одни ученые пытаются заложить в компьютеры поведенческие программы, чтобы получились более компетентные и «человекоподобные» системы. Другие стремятся создать машинные модели предполагаемых механизмов работы мозга, исходя из особенностей поведения животных или изменений активности связанных друг с другом нейронов. Затем модель подвергают проверке, пытаясь предсказать, как система будет реагировать на новые условия.

Не исключено, что в один прекрасный день мы сможем «подключать» свой мозг к компьютеру и фиксировать в его безошибочной памяти все наши ощущения и переживания. Если это когда-нибудь произойдет, мы, может быть, еще пожалеем о том, что получили возможность в точности узнавать, как что-то происходило на самом деле (в тот момент, когда мы это переживали), вместо того чтобы предаваться сладостным воспоминаниям, окутанным дымкой воображения.

Что мы сейчас знаем о мозге?

Теперь, когда наши размышления о мозге, мышлении и поведении близятся к концу, давайте еще раз вернемся к отдельным моментам главы 1, где мы пытались оспорить ваши возможные предубеждения. Возможно, некоторые ваши представления теперь изменились. И уж наверняка они имеют теперь более прочную основу.

Почему нужно изучать мозг?

Наиболее очевидный стимул для изучения мозга состоит в том, что точные знания о самом важном органе нашего тела и наиболее сложном из всех известных биологических устройств просто-напросто доставляют интеллектуальное удовлетворение. Кроме того, очень сложные биологические загадки всегда возбуждали острую любознательность ученых. Вспомним, что когда-то никто не мог себе представить, каким образом вся генетическая информация, необходимая для построения человеческого организма, может содержаться в клеточном ядре, образовавшемся при слиянии одного сперматозоида с одной яйцеклеткой. До тех пор пока ученые не проникли в тайны молекулярного строения нуклеиновых кислот, составляющих гены и хромосомы, эта проблема не имела решения. В 1953 году положение резко изменилось. Открытие истинной структуры молекул ДНК быстро дало ключ к верному решению проблемы. Каким образом иммунная система производит специфические антитела против самых разнообразных химических веществ, иногда даже таких, которые только что синтезированы химиками? До выяснения молекулярной структуры антител и молекулярно-биологического анализа ее вариаций и на этот вопрос ответа не было. Ныне известно, что в лейкоцитах, вырабатывающих антитела, возможны рекомбинации элементов генетического материала, дающие множество различных новых структур. Ученые считают, что именно эта комбинаторная способность и обеспечивает огромное разнообразие реакций иммунной системы. Будучи активирован, лейкоцит усиливает остроту своей реакции на соответствующий антигенный стимул и передает эту специфическую способность своему потомству — последующим поколениям дочерних клеток.

Все эти генетические и иммунологические загадки некогда казались столь же неразрешимыми, как и те, которые сегодня касаются мозга. Но поскольку решение первых все же было найдено, не нужно приходить в отчаяние, сталкиваясь с очевидной сложностью мозга. Знание клеточной структуры и организации мозга — это уже первый шаг на пути к пониманию того, как работают его структурные элементы, как они объединяются в комплексы и сети, благодаря совместному действию которых реализуются специфические регуляторные и поведенческие программы.

На рис. 182 и 183 суммированы два общих, но противоположно направленных подхода, которыми мы пользовались при изучении мозга на протяжении всей нашей книги. На рис. 181 представлен метод изучения «сверху вниз», когда при данной специфической форме поведения прослеживается связь ее общей схемы с нервными сетями, нейронами, синапсами и медиаторами, активируемыми для ее осуществления. Рис. 183 иллюстрирует противоположный подход, направленный «снизу вверх», при котором любой данный нейрон и вся система его синапсов с их медиаторами рассматриваются как часть специфических клеточных комплексов, служащих в свою очередь для реализации поведенческих программ в соответствии с нуждами организма.

Мозг и физическое здоровье организма

При многих заболеваниях внутренняя среда выходит из-под нормального надзора и контроля со стороны мозга. Сахарный диабет, язвенная болезнь, гипертония и астма — вот всего лишь несколько примеров. Поскольку мозг играет центральную роль в регуляции внутренней среды организма, необходимо лучше знать его функции, чтобы совершенствовать методы профилактики и лечения этих болезней. Хотя теперь вам уже кое-что известно о том, как мозг регулирует деятельность органов с периферической вегетативной иннервацией, мы все же вкратце рассмотрим еще случай сахарного диабета.

Мозг и диабет. Вам, вероятно, будет любопытно больше узнать о недуге, который каждый год поражает 600 000 новых жертв и является главной причиной потери зрения у взрослых людей, а также заболеваний сердца, почек и импотенции. В возникновении этой болезни мозг играет решающую роль. Речь идет о сахарном диабете второго типа — независимом от инсулина.

При обычном, или инсулинозависимом, сахарном диабете, впервые проявляющемся, как правило, в подростковом возрасте, выделяющие инсулин клетки поджелудочной железы по неизвестным причинам (возможно, из-за вируса) погибают. С этого времени больному необходимы ежедневные инъекции инсулина для поддержания нормального уровня сахара в крови. При диабете второго типа поджелудочная железа производит достаточное количество инсулина, как показывает определение его концентрации в крови. Однако клетки печени и мышц, нуждающиеся в инсулине для использования сахара крови, теряют способность реагировать на этот гормон. По-видимому, на их поверхности недостает инсулиновых рецепторов. Хотя окончательные причины утраты чувствительности к инсулину еще не установлены, обнаружен поразительный факт: почти 90% больных острой формой такого диабета страдают ожирением. По предположению некоторых ученых, постоянное переедание ведет к хронически высокому содержанию инсулина в крови, и чувствительные к инсулину клетки адаптируются к его высоким уровням, снижая свою чувствительность к нему. Это объяснение очень сходно с тем, которое выдвигают в случае изменения реакции на медиаторы при психозах.

У диабетиков второго типа образуется достаточное, даже близкое к избыточному, количество инсулина, — поэтому инъекции инсулина не принесут им никакой пользы. Наилучший способ лечения состоит в том, чтобы урегулировать привычки, связанные с приемом пищи, нормализовать вес тела и количество жира. После снижения веса и отказа от вредных привычек чувствительность к инсулину жировых, мышечных и печеночных клеток восстанавливается, и болезнь отступает. Таким образом, регуляция со стороны вегетативной нервной системы и сознательный контроль над тем, когда, что и сколько есть, являются основными факторами, определяющими картину заболевания. Конечно, на деле все обстоит не так просто: далеко не каждый человек с избыточным весом заболевает диабетом — по крайней мере пока еще не каждый. Однако управление питанием всецело зависит от головного мозга.

Мозг и психосоматические заболевания. Многие сторонники широкого использования нейробиологического подхода в медицине в подтверждение своей точки зрения ссылаются на повышение частоты «психосоматических» заболеваний под влиянием стрессов современной жизни. Термин «психосоматический» имеет несколько различных значений. Прежде его применяли для описания «истерического паралича», которым иногда сопровождаются неврозы с резко выраженным беспокойством и фобии; мы же употребляем здесь этот термин, когда речь идет о физических расстройствах, которые могут развиваться в результате стресса. При этом мы подразумеваем не просто прямую реакцию здорового организма на какое-то стрессогенное событие, которое требует изменений в действиях или в их планировании. Вместо этого мы имеем в виду конечный физический результат продолжительного воздействия тяжелого стресса, т. е. такие реакции на внешний мир, которых организм не может избежать, но не может и выдержать или успешно адаптироваться.

Рис. 182. Последовательность процессов при реакции на зрительный стимул, прослеженная через весь мозг — от сетчатки и зрительного тракта до зрительной коры и лобной ассоциативной коры (цифры 1-13). При двигательной реакции, если она происходит, возбуждение распространяется с лобной коры на двигательную кору, передается через синапс мотонейрону (изображен справа в увеличенном виде), затем спускается по стволу мозга и по соответствующему нерву доходит до мышцы, которая и приводит в движение глаз.

Нейрон окружают капилляры и глиальные клетки. Многие аксоны образуют синапсы на теле и дендритах нейрона. Аксон одет миелиновой оболочкой.

Рис. 183. Типичный мотонейрон (частично в разрезе); можно видеть его внутреннюю структуру и синапс с аксоном вставочного нейрона.

Популярные журналы часто перечисляют стрессовые события нашей жизни — такие как смерть супруга или ребенка, развод, потеря работы, — вслед за которыми могут довольно быстро развиться серьезные, а подчас и смертельные заболевания. Такие перечни, составляемые психологами страховых компаний, обычно бывают снабжены какой-либо шкалой для оценки степени тяжести каждого стресса. Эпидемиологические исследования выявляют также большое влияние «образа жизни» — питания, выбора профессии, удовлетворенности от выполняемой работы, употребления алкоголя, курения, пристрастия к наркотикам, переедания — на частоту развития болезней сердца и гипертонии.

Хотя наш повседневный опыт как будто подтверждает, что стиль жизни может угрожать здоровью, истинные причинно-следственные связи еще предстоит выявить. Стрессы — это составная часть всей нашей жизни, по крайней мере до некоторой степени. Хотя у отдельных людей, испытывающих крайне тяжелые стрессы, действительно развиваются смертельные заболевания — назовем в качестве примера бывшего шаха Ирана и премьер-министра Франции Помпиду, — у многих других, в том числе и пользующихся международной известностью, действие аналогичных стрессовых ситуаций обходится без явных патологических последствий.

Если удастся подтвердить наличие какой-то биологической связи между стрессом и болезнью, то тогда, вероятно, можно будет объяснить, почему одни поддаются стрессу, а другие — нет, с какими именно факторами это связано. В одной недавно выдвинутой гипотезе предполагается, что в результате продолжительного и тяжелого стресса мозг, гипофиз или вегетативная нервная система выделяет какие-то агенты, нарушающие нормальную функцию иммунной системы. Как полагают медики, иммунная система представляет собой первую линию обороны против потенциально опасных вирусов или бактерий. Без активной иммунной системы человек не может выжить в реальном мире. Это показал случай с мальчиком Джимми, который страдал от врожденной иммунной недостаточности и умер от инфекции вскоре после того, как он расстался со стерильной камерой.

Кроме того, иммунная система распознает и уничтожает те клетку, у которых нарушается нормальный цикл деления, вследствие чего они превращаются в раковые. Именно нарушение этих двух функций (а отсюда — подверженность инфекционным и злокачественным заболеваниям) и представляет главную опасность для жертв синдрома приобретенного иммунного дефицита (СПИД).

Некоторые гормоны, выделяемые гипофизом во время острого стресса, в самом деле оказывают влияние на функцию клеток, производящих антитела. Повреждения гипоталамуса, нарушающие контроль над гипофизарной секрецией у экспериментальных животных, приводят к более длительному выживанию большего числа опухолевых клеток. Далее, синтетические адренокортикостероиды, подобные тем, которые в норме образуются в организме во время острого стресса, но намного сильнее действующие, часто применяются при лечении хронических воспалительных заболеваний, для того чтобы уменьшить реакцию иммунной системы. Эту систему, пожалуй, можно было бы рассматривать как отдаленный придаток мозга, который защищает организм от нежелательных клеточных элементов.

Какими бы привлекательными ни казались эти гипотезы, все попытки проверить их научную ценность пока не привели к однозначным результатам. Поскольку нет подробных сведений о специфическом химизме тех факторов (каковы бы они ни были), которые изменяют реактивность клеток иммунной системы, практически невозможно понять, что именно — мозг, гипофиз или вегетативная нервная система — может в нормальных условиях продуцировать подобные вещества. Нужны какие-то исходные сведения, чтобы можно было думать об экспериментальном подходе к оценке относительной роли факторов нейронного происхождения в функции клеток иммунной системы.

«Эксперименты природы», как иногда называют связанные со стрессом заболевания, очень плохо поддаются причинно-следственному анализу. Пример, приводимый американским психиатром Сэмом Гьюзом, показывает, насколько сложно бывает отделить одни факторы от других. Женщина средних лет, страдавшая тяжелой депрессией, имела более или менее нормальное детство до тех пор, пока вскоре после смерти матери от рака груди у нее не развилась астма. Свидетельствует ли это о связи между раком и депрессией? Или же это означает, что смерть матери как причина стресса привела к «психосоматической» астме, а спустя много лет последствия той же психической травмы выразились в повышенном риске заболевания депрессией? А может быть, в основе всего лежит более общая, вероятно наследственная, недостаточность иммунной системы, которая привела к раку у матери и обусловила у ребенка повышенную чувствительность к ранее переносимым загрязнениям окружающей среды? Все эти предположения кажутся сомнительными. Но если бы мать, подавленная безнадежностью своей болезни, покончила с собой, то в этом случае, пожалуй, можно было бы думать, что и у матери, и у дочери имелась генетическая предрасположенность к развитию аффективного психоза.

Все эти объяснения могли бы быть и верными, и неверными. Во всяком случае исключить роль тех или иных факторов не менее трудно, чем доказать их участие в многогранных и запутанных причинно-следственных связях, которыми пронизана вся наша жизнь. Или — если изложить ту же мысль попроще -всякое событие в любом отдельном клиническом случае можно истолковать по-разному. Чтобы установить специфическую причинно-следственную связь между стрессом и болезнью, нужно сначала как-то выяснить, почему для одних людей некоторые события более стрессогенны, чем для других. Все эти вопросы весьма существенны для решения важнейших проблем здоровья и болезни, но, по крайней мере на данном этапе, они мало доступны для имеющихся ныне исследовательских подходов.

Что делает мозг?

Читая главу 1, вы познакомились с перечнем специфических действий, которые можно было бы приписать мозгу. Затем мы с вами отнесли различные виды деятельности к пяти главным функциям: восприятию, движению, внутренней регуляции, размножению и адаптации. Эти пять функций, как мы говорили, являются основными свойствами всех животных организмов, независимо от того, насколько сложен их мозг и даже есть ли он у них. И наконец, мы пришли к заключению, что мозг — это орган, специализированный таким образом, чтобы помогать организму выполнять основные жизненные функции в соответствии с условиями окружающей среды.

Еще важнее то, что мозг управляет поведением и осуществляет психическую деятельность. От успешного функционирования нервной системы зависит способность того или иного существа воспринимать окружающее, адаптироваться к миру, где оно живет, и жить в нем достаточно долго для того, чтобы произвести потомство и таким образом поддержать существование вида. Однако символические действия высшего порядка, которые производит человек, когда выполняет математические вычисления, преобразует мысли в устную или письменную речь, сочиняет музыку или стихи, рисует, танцует или даже конструирует новые компьютеры, далеко выходят за рамки выживания во имя размножения. Все эти действия есть результат необычайных свойств человеческого мозга. Пока не ясно, какие формы «мышления» (если они есть) могут быть аналогами этих функций человеческого мозга у других приматов и у домашних животных, которым многие люди приписывают в какой-то мере разумное поведение.

Эмоции, которые мы испытываем, придают нам большую решимость выполнять трудные задачи, усиливают значимость успешных действий и заставляют нас помедлить, прежде чем повторно взяться за дело, исход которого по прошлому опыту можно оценить как сомнительный. В мире позвоночных общие эмоциональные проявления, связанные, по-видимому, с совершенно бессознательными мозговыми процессами, вероятно, куда более обычны, чем «разумные» операции. Несомненно верно то, что некоторые простейшие формы рефлекторного научения, основанные на динамической регуляции синаптической передачи, можно выявить у организмов с крайне простым строением нервной системы. Те же самые механизмы, распространенные на неизмеримо большее число нейронов, могли бы действовать при всех формах научения. Возможно, однако, что в мозгу с более обширными популяциями нейронов и более разнородными сетями могут вступать в действие более сложные механизмы, локализация и устройство которых пока неизвестны.

Вопрос о том, согласуются ли мыслительные акты с теми принципами нейробиологии, которые сформулированы на сегодняшний день, остается, по крайней мере теоретически, открытым для дискуссий. Центральное положение этой книги состоит в том, что все нормальные функции здорового мозга и все нарушения больного мозга, какими бы сложными они ни были, можно в конечном счете объяснить на основе взаимодействия структурных компонентов мозга.

Что такое мышление? Философы, проявляющие большой интерес к спорам о природе мышления, делятся на два лагеря. Те, кого называют монистами или материалистами, полагают, что мышление, так же как и все другие осознаваемые психические процессы, в принципе является производным физических процессов, происходящих в органе поведения — нервной системе, — и может рассматриваться как функция этого органа. Представители противоположного лагеря, называемые дуалистами, утверждают, что мышление представляет собой нечто даже в основе своей несводимое к физическим процессам. Некую промежуточную позицию занимают те, кто называет себя менталистами. Они признают важное значение мозга для духовной деятельности, но полагают, что функционирование мозга основано на пока еще неизвестных рабочих принципах, отличных от тех, которые ныне признаются нейроанатомами и нейрофизиологами. У них есть своя литература, отстаивающая эту точку зрения, но, честно говоря, большинству биологов, специалистов в области когнитивных функций нервной системы и психологов трудно принять концепцию менталистов и даже представить себе, как ее можно было бы подвергнуть проверке.

Позиция авторов настоящей книги ближе всего смыкается с позицией материалистов. Некоторые известные менталисты и дуалисты полагают, что в конечном итоге можно будет отделить процессы, с помощью которых мозг осуществляет психические акты, от тех, которые лежат в основе прочих функций, уже достаточно изученных. В этой книге мы касались только тех уже известных компонентов мозга и принципов функционирования, которые участвуют в сенсорных, двигательных и регуляторных процессах, так как учебные пособия, а тем более вводные курсы должны давать читателям сведения, основанные на самых солидных научных данных.

Обобщение рабочих принципов более или менее изученных систем может действительно привести и к пониманию более сложных процессов, близких к мышлению, но все это еще далеко не ясно. На сегодняшний день мы должны придерживаться надежного пути и отстаивать наше основное положение в его крайней материалистической формулировке, до тех пор пока не появятся данные в пользу какой-нибудь новой ненейронной гипотезы о мыслительной деятельности.

Возможен ли искусственный интеллект? Если компьютер сможет выполнять такие же абстрактные рассуждения и решать такие же задачи, как и человек, будет ли это означать, что человеческий мозг не нужен для духовной деятельности? Разумеется, нет. Тот факт, что человек может спроектировать компьютер, перерабатывающий информацию и принимающий решения в конечном результате наподобие человека, ничего не говорит о том, каким образом то же самое осуществляет человеческий мозг.

Компьютеры могут быть устроены так, чтобы они принимали логические решения, причем делали бы это безупречно и неустанно. Способность даже относительно простой цифровой вычислительной машины прослушать человеческую речь и не просто «понять», в чем суть вопроса, но и решить, относится ли говорящий к числу тех лиц, которым надлежит выдавать ответы, означает такой технологический уровень, который может во многих отношениях улучшить человеческую жизнь. У людей, несомненно, станет больше времени для того, что они так хорошо делают (пусть эпизодически и непредсказуемо) — например, для создания таких сложных вещей, как компьютеры, оперы или преобразователи солнечной энергии. По этим-то причинам мы и относимся с таким энтузиазмом к достижениям в области искусственного интеллекта. Но на сегодня и, вероятно, в обозримом будущем мы предлагаем придерживаться той точки зрения, что мышление и вообще духовная деятельность — это в целом нечто такое, что свойственно только человеческому мозгу.

Последнее замечание. Научный метод существует для того, чтобы опровергать ошибочные интерпретации, а не для того, чтобы поддерживать слабо обоснованные предположения. Если будут изобретены такие методы и представлены такие данные, которые убедительно покажут, что духовная деятельность возможна и без человеческого мозга, значит — так тому и быть. Ведь, в конце концов, прогресс заключается в том, чтобы заменять явно ошибочные теории на такие, ошибочность которых менее очевидна.