В мозге млекопитающих постоянно происходит образование новых нейронов. И одним из важных вопросов является выяснение того, а зачем эти нейроны, собственно, в мозге нужны. Вообще мозг человека состоит из 98 миллиардов нейронов, все они связаны друг с другом сложным образом при помощи контактов и отростков. Получается, что в такой архитектуре мозга нет места новым нейронам. У нас в процессе жизни формируется индивидуальный опыт, возникают какие-то новые воспоминания, мы приобретаем новые навыки — все это в мозге обеспечивается нервными сетями. Появление новых нейронов в мозге, по идее, должно приводить к тому, что эти сформированные нервные сети должны либо видоизменяться, либо нарушаться. Именно поэтому долгое время считалось, что просто новые нейроны в мозге не могут появляться, потому что введение новых нейронов в мозг приводит к появлению некой нестабильности. Однако новые нейроны в мозге постоянно появляются, и, значит, они зачем-то нужны.
Первое объяснение того, для чего нужны новые нейроны в мозге, которые возникают в голове, — это то, что новые нейроны нужны для процессов восстановления, для процессов регенерации. Если это так, то мы должны обнаружить в мозге области, в которых постоянно идет продукция новых нейронов, как это происходит в развитии. Таких областей должно быть много и в разных частях мозга. Однако это оказалось не совсем так. В мозге идет нейрогенез только в двух областях — это субвентрикулярная зона и гиппокамп. Возможно, во взрослом мозге нейрогенез хоть и идет в нескольких областях, но клетки могут мигрировать в разные области мозга. Проверка этой гипотезы показала, что это тоже не так.
Нейроны, которые формируются в гиппокампе, не мигрируют далеко из слоя, где находятся стволовые клетки, они мигрируют всего лишь на расстояние двух-трех клеточных диаметров и остаются практически в том же месте, где продуцируются. Нейроны субвентрикулярной зоны мигрируют действительно на очень большие дистанции, и они мигрируют в обонятельные луковицы четко определенным путем, который ограничивают глиальными трубками. В другие области нейроны из субвентрикулярной зоны не мигрируют. Было показано, что при некоторых патологических процессах мигрирующие нейроны из субвентрикулярной зоны могут попадать в стриатум — это еще одна из структур мозга. Но, например, в близко лежащую над субвентрикулярной зоной кору эти нейроны не мигрируют. Таким образом, и второе предположение о том, что нейроны могут мигрировать на большие расстояния для восстановления каких-то нарушений в мозге, тоже экспериментально не подтвердилось.
И третье утверждение, которое нужно было бы проверить экспериментально в случае, если новые нейроны нужны для восстановления мозга, — это то, что новые нейроны, стволовые клетки, содержащиеся в мозге, должны продуцировать разные типы нейронов, то есть все разнообразие нейронов, которые есть в мозге. Оказалось, что это тоже не так. Оказалось, что клетки, формирующиеся во взрослом мозге, детерминированны и их судьба предопределена, они могут превращаться только в нейроны определенных классов, которые расположены в определенных местах мозга. Таким образом, стоит сказать, что восстановления мозга с помощью новых нейронов, скорее всего, не происходит.
Тогда зачем же нужны новые нейроны? Второе объяснение — они, наверное, нужны для нормального функционирования мозга. Поскольку обоняние у грызунов очень важный орган чувств и у грызунов наблюдается очень активный нейрогенез именно в обонятельной луковице, у человека обоняние не так важно, нейрогенез у него отсутствует в обонятельной луковице, то это одно из подтверждений того, что, действительно, новые нейроны нужны для функционирования. В частности, у грызунов эти нейроны участвуют в обучении, которое использует обонятельные ключи.
Вообще гиппокамп — это структура критичная для процессов формирования памяти, в частности для формирования пространственной памяти. Поэтому первое, что исследователи стали проверять, — если мы возьмем и каким-то образом будем угнетать нейрогенез, то как это отразится на нашей способности или на способности животных запоминать пространство? Оказалось, что если снижать нейрогенез радиацией или какими-то генетическими воздействиями, то есть создавать генетически модифицированных животных, способность к пространственному обучению у животных никак не страдает. Однако у тех животных, у которых снижен нейрогенез, страдали очень тонкие механизмы формирования памяти, а именно: эти животные переставали различать сходные воспоминания. Это было показано в следующих экспериментах: если взять мышь, поместить ее в определенную обстановку и там ее ударить током — это называется классическая методика условно-рефлекторного замирания, ток не создает мыши очень сильную боль, но создает ей дискомфорт, и она запоминает, что данная обстановка является опасной. Если животное посадить потом в эту же обстановку, то животное начнет замирать, оно начнет показывать, что оно помнит, что данная обстановка является опасной. Если животное посадить в похожую обстановку, то животные с хорошим нейрогенезом прекрасно вам покажут, что эта новая обстановка хоть и похожа на старую, но она совершенно неопасна. Но если у мышей нейрогенез нарушен, то они перестают отличать сходную обстановку от опасной.
В такого рода экспериментах было показано, что новые нейроны нужны для того, чтобы сходные воспоминания не накладывались друг на друга, не интерферировали, чтобы похожие воспоминания располагались рядышком, но не перекрывались. Одним из частных проявлений таких перекрывающихся, казалось бы, воспоминаний является наша способность к переучиванию. Наверное, когда мы ездим на работу, у нас четко уже на автомате формируется, где надо сделать пересадку, куда надо дальше идти. Если вдруг меняется место работы и надо ехать на другую станцию метро, то при первой попытке мы делаем ошибки, выходя, например, не на той станции, но через несколько попыток мы прекрасно запоминаем, что надо делать пересадку на другой станции. Видимо, в случае если нейрогенез в гиппокампе нарушен, такая способность к переучиванию может начинать страдать. Это было опять же показано на животных.
Если животных обучать расположению, такой водный лабиринт, бассейн, где есть скрытая платформа под водой, животное постепенно обучается, где находится эта платформа, и по внешним пространственным ключам оно запоминает местоположение. Если обученную мышь поместить в этот бассейн, она начинает плавать и, оглядевшись, выходит на платформу, где находятся ключи. Затем, если платформу поменять на другое местоположение, мыши начинают достаточно быстро переучиваться на новое положение платформы. Однако в случае нарушенного нейрогенеза это переобучение требует гораздо больше попыток. То есть, видимо, на первых этапах все-таки наблюдается некоторое наложение сходных воспоминаний, потому что тот же самый бассейн, те же самые ключи, отличается лишь положение платформы. Видимо, новые нейроны нужны также не только для того, чтобы различать сходные воспоминания, разграничивать их при формировании сходных воспоминаний, но и, видимо, для процесса забывания.
Есть такое явление, которое называется инфантильная амнезия. Если спросить человека, когда он начинает себя помнить, окажется, что большинство людей помнит себя начиная с четырехлетнего возраста, а все, что было до этого, из памяти как бы стерто. Возможно, это стирание ранней памяти обусловлено новыми нейронами в мозге. В частности, это было показано экспериментально. Обучали одинаковым навыкам взрослых и молодых мышей, а после этого тестировали, как эта память сохраняется у животных в течение месяца. И выяснилось, что взрослые животные прекрасно помнят то, что их били током в определенном контексте на протяжении всего месяца, тогда как молодые животные примерно через две недели забывали о том, что их били током в данной обстановке. Более того, было показано, что если животные бегали в колесе — а бег в колесе почти в два раза увеличивает нейрогенез в мозге, — то бегающие животные также быстрее забывали приобретенный навык, чем животные, которые не бегали в колесе.
Новые нейроны, которые появляются в мозге, обладают особыми свойствами. Например, они являются гипервозбудимыми, и именно благодаря такой своей гипервозбудимости они и способны каким-то образом модифицировать память.
Дальнейшее выяснение функций новых нейронов в мозге является прогрессивно развивающейся областью нейробиологии, и понимание того, зачем нужны новые нейроны в мозге, очень важно по нескольким причинам. Прежде всего потому, что люди постоянно подвергаются воздействиям, которые потенциально способны снижать нейрогенез, — это диагностические процедуры, когда их облучают радиацией, это перелеты на самолетах, где тоже самолеты недостаточно экранированы от радиации, и также в свете будущих полетов, длительных перелетов в космосе. Возможно, астронавты, которые прилетят на Марс, может быть, и прилетят, но что будет с их когнитивными функциями? Смогут ли они сравнивать и легко переучиваться в сходных задачах? Все эти вопросы сейчас до сих пор еще открыты.