Со школьной скамьи всем известен постулат о том, что нервные клетки в мозге не восстанавливаются. Это утверждение было сделано в 1928 году великим испанским нейрогистологом Сантьяго Рамон-и-Кахалем — это человек, который является одним из основоположников нейронной теории, то есть теории, которая описывает то, как организована нервная система. Этот постулат был главным в науке о мозге до конца XX века, пока один из американских анатомов Джозеф Альтман не показал, что в мозге взрослых животных — а он работал с обезьянами, кошками и крысами — не появляются новые клетки. Он показал это с использованием классической на тот момент модели введения животным радиоактивно меченного тимидина. Тимидин — один из четырех нуклеотидов, из которых состоит ДНК, и, когда клетка делится и происходит репликация ДНК, тимидин встраивается в ДНК, и, соответственно, встраиваются и меченые тимидиновые аналоги. Таким образом, если посмотреть, куда встроился тимидиновый аналог, можно увидеть клетки, в которых происходило деление. Вот он увидел в мозге клетки, включившие такой радиоактивно меченный тимидин.

Поскольку сами дифференцированные клетки, в частности взрослые нейроны, не обладают способностью к делению, то включение тимидиновой метки имело лишь одно объяснение: в мозге появляются новые клетки. Несмотря на такую революционную работу и ее дальнейшее продолжение — а оно было, — а также на публикации в очень хороших журналах, в Science и Nature, эти открытия Альтмана не были восприняты должным уровнем современниками. Фактически Альтман, работая тогда в Массачусетском технологическом институте, из-за таких прорывных работ, которые не принимает общественность, потерял спонсирование и был вынужден заняться другими тематиками.

Позднее, 15 лет спустя, другой американский исследователь, Каплан, после Альтмана также обнаружил новые клетки в мозге у млекопитающих и с помощью электронной микроскопии показал, что это нейроны, которые имеют синаптические контакты с другими клетками. Однако так же, как и Альтман, Каплан был вынужден прекратить исследования в области взрослого нейрогенеза, потому что общественность также не принимала его работы, и он ушел в регенеративную медицину.

И только в конце 80-х годов на исследованиях птиц было показано, что нейрогенез во взрослом мозге не просто существует, но он еще и является функциональным. У птиц в момент, когда они обучаются песне весной, появляются тысячи новых нейронов, которые исчезают осенью и вновь появляются весной. И только после этих работ нейробиологи стали всерьез рассматривать тему относительно взрослого нейрогенеза.

Сейчас мы очень многое знаем о нейрогенезе во взрослом мозге. Во-первых, мы знаем, что взрослый нейрогенез происходит лишь в ограниченных участках мозга млекопитающих, это две области. Первая из них — это область вокруг желудочков мозга (это полости внутри мозга), и она получила название субвентрикулярной зоны. Там постоянно идет продукция новых нервных предшественников, которые затем превращаются в нейробласты, и молодые нейробласты мигрируют достаточно далеко от субвентрикулярной зоны в область обонятельной луковицы, где они превращаются во взрослые нейроны и встраиваются в нервные сети обонятельной луковицы. Насколько это интенсивный процесс, говорит эксперимент, когда животным, мышам, затыкали ноздри и таким образом им делали обонятельную депривацию, то есть обедняли сенсорный опыт. При этом луковицы резко уменьшались в размере. Однако, когда ноздри снова раскупоривали, луковицы восстанавливали свой исходный размер.

Вторая область, в которой происходит нейрогенез, — это гиппокамп (структура, которая критична для памяти, обучения и нашего эмоционального поведения).

Эта область имеет стволовые клетки и сохраняет способность продуцировать новые нейроны. Эти нейроны, в отличие от субвентрикулярной зоны, не мигрируют далеко, а остаются там же, в гиппокампе.

Нейрогенез активно идет не только у грызунов, но и в мозге у человека. В частности, в 2013 году было проведено глобальное исследование мозга людей. С 1945 по 1963 год — это период очень активных испытаний атомных бомб. Соответственно, в воздухе накапливался радиоактивный изотоп углерода — углерод-14, этот углерод через растения попадал с пищей в организм человека. И если в мозге постоянно идет образование новых нейронов, то, соответственно, эти нейроны должны включать в себя этот радиоактивный изотоп. Было проведено исследование содержания этого радиоактивного изотопа в мозге у человека, и обнаружено несколько интересных фактов. Во-первых, нейрогенез у человека также очень-очень активен, особенно в гиппокампе. При этом нейрогенез в субвентрикулярной зоне у человека тоже происходит, но, видимо, у этих клеток отсутствует способность миграции у обонятельной луковицы, что, в общем-то, не удивительно, потому что для мышей, крыс обоняние — это очень важный орган чувств, а для человека обоняние не так важно, как для грызунов.

Так вот, если говорить про гиппокамп, у человека было посчитано, сколько примерно клеток появляется в сутки — 700 новых нейронов. При этом 35% клеток гиппокампа — это новорожденные нейроны. Нейрогенез в мозге является динамическим процессом, и это значит, что он подвержен влиянию различных внешних факторов. Одними из таких факторов являются химические вещества, которые используются в химиотерапии, а также радиация. Они действуют на делящиеся клетки и таким образом способны угнетать клеточные деления. Это используется для лечения рака, но эти воздействия также угнетают нейрогенез в мозге.

Другим негативным воздействием на нейрогенез является стресс. Было показано, что хронический стресс способен приводить к резкому уменьшению количества делящихся клеток в мозге. Многие объясняют таким снижением нейрогенеза патогенез депрессивных состояний. Было показано, что использование антидепрессантов не только в целом улучшает психическое состояние человека, но и восстанавливает его уровень нейрогенеза до нормального. Более того, если радиацией убить делящиеся клетки, после этого анализировать действие антидепрессантов, то окажется, что антидепрессанты перестают действовать на организм, подверженный действию радиации, то есть механизмы действия антидепрессантов напрямую связаны с новыми нейронами в гиппокампе.

Но, помимо негативных воздействий, также есть некоторые воздействия, оказывающие позитивное влияние на нейрогенез. Это могут быть опять же химические вещества, в частности, препараты, которые используют для лечения болезни Альцгеймера, повышают нейрогенез в мозге, но очень эффективной оказалась обогащенная среда и добровольный бег. Добровольный бег в колесе увеличивает нейрогенез в два раза.

Известно, что нейрогенез падает с возрастом, и у мышей это падение составляет порядка десяти раз, у человека падение меньше, то есть у нас с возрастом нейрогенез падает всего лишь в четыре раза. Было показано, что регулярный бег у грызунов способен замедлять возрастное падение нейрогенеза.

Всем известная поговорка о том, что в здоровом теле — здоровый дух, в современной нейробиологии получила экспериментальное подтверждение.

Непонятными на сегодняшний день вопросами являются, во-первых, стволовые клетки, которые содержатся в мозге. Является ли их популяция возобновляемой? Есть два взгляда на этот вопрос, два лагеря ученых, их условно делят на пессимистов и оптимистов. Лагерь оптимистов говорит о том, что пул стволовых клеток постоянно обновляется, тогда как другие исследователи говорят о том, что стволовые клетки как бы выстреливают один раз, дают начало нейронам и после этого исчезают. Получается, что в первой модели чем больше стимулировать нейрогенез, тем больше будет пул стволовых клеток, тем больше будет в мозге нейронов, наверное, это будет хорошо. В случае второй точки зрения стимуляция нейрогенеза не всегда может быть хорошей. В случае если стимуляция нейрогенеза заставляет стволовые клетки превращаться в нейроны, такое позитивное, казалось бы, воздействие будет приводить к тому, что пул стволовых клеток будет истощаться, это будет приводить, может быть, к преждевременному старению мозга.

Следующий вопрос — это понимание того, какие механизмы регулируют нейрогенез, то есть как можно регулировать процесс выживаемости молодых нейронов. Это очень важно для того, чтобы создавать какие-то новые нейропротекторные воздействия. Вообще говоря, исследованиями в области нейрогенеза очень интересуются космические отрасли, потому что в экспедиции, которая полетит на Марс, люди будут подвержены действию радиации. Что будет при этом с их мозгом, как он будет при этом функционировать и будет ли у них страдать нейрогенез? Это тоже очень важный вопрос.