Действительно ли клетки мозга дают нам разум?
НАУКА
«Секретные материалы 20 века» №1(387), 2014
Действительно ли клетки мозга дают нам разум?
Татьяна Николаева
переводчик
Санкт-Петербург
776
Действительно ли клетки мозга дают нам разум?
Нам еще многое предстоит узнать о себе

У самых разумных существ на земле есть секрет — необычный вид мозговых клеток, связанных с эмоциями и эмпатией, которые могли абсолютно случайно дать нам разум. Происхождение сознания было и остается величайшей тайной. Над этой загадкой веками бьются философы и ученые. Поэтому может показаться странным, что малоизвестный австрийский специалист Константин фон Экономо, возможно, обнаружил ключ к этой тайне почти 90 лет назад.

ВТОРОЕ РОЖДЕНИЕ ЗАБЫТЫХ НЕЙРОНОВ

В 1926 году, глядя в микроскоп, фон Экономо увидел кучку клеток мозга необычной формы. Они были длинными, тонкими и превосходили по размерам все другие. На самом деле они выглядели настолько странно, что сначала он подумал, что это признак некоторой развивающейся болезни. Но чем больше образцов мозга он разглядывал, тем чаще находил эти необычные клетки — и всегда они были в двух маленьких областях, которые отвечают за восприятие запахов и вкусов.

Фон Экономо какое-то время размышлял над тем, какую функцию могут выполнять эти «палочковидные штопорообразные клетки», как он их назвал. Но без технологий, позволяющих более глубокое изучение феномена, дальнейшая работа была невозможна, и вскоре он перешел к более многообещающим предметам для исследования.

В последующие 80 лет об этих нейронах говорили мало — до тех пор, пока на кластеры этих странных нейронов не наткнулись Эстер Нимчински и Патрик Хоф из Университета Маунт-Синай, Нью-Йорк. Сегодня, после более чем 10 лет функциональной визуализации и патологоанатомических исследований, начинает складываться более или менее отчетливая картина. Определенные данные свидетельствуют о том, что эти клетки могут способствовать созданию «богатого внутреннего мира», который включает разум, эмоции, самоощущение, эмпатию и способность вступать в социальные отношения.

У многих других социальных животных, обладающих большим мозгом, тоже есть такие клетки — в тех же областях, что и у человека. Поэтому более четкое понимание того, как сошлись наши пути, может многое рассказать нам об эволюции разума.

Конечно же, для нетренированного глаза эти гигантские клетки, ныне известные как нейроны фон Экономо или веретенообразные нейроны, не выглядят так волнующе. Но для нейробиологов они как белая ворона. Во-первых, веретенообразные нейроны на 50% (а иногда разница доходит и до 200%) больше обычных человеческих нейронов. Большинство нейронов имеет пирамидальную форму с разветвленной системой коннекторов, называемых дендритами, в то время как у веретенообразных нейронов удлиненное тонкое клеточное тело с единственным выступом на каждом конце и небольшим количеством ответвлений. Возможно, они так долго не привлекали внимание ученых в связи с тем, что они составляют всего 1% от общего числа нейронов в двух маленьких областях человеческого мозга: в передней поясной коре (ППК) и фронтоинсулярной коре (ФК).

Нахождение в этих отделах может означать, что веретенообразные нейроны могут быть в центре нашего ментального механизма, поскольку ППК и ФК задействованы во многих аспектах нашей «внутренней жизни». Обе эти области включаются, когда появляется соответствующий социальный стимул, будь то угрюмое выражение лица, гримаса боли или просто голос любимого человека. Когда мама слышит плач ребенка, обе области реагируют очень сильно. Они также активны, когда мы испытываем такие чувства, как любовь, страсть, злость и печаль. В картине Джона Аллмана, нейроанатома из Калифорнийского технологического института, Пасадина, эти явления составляют некую «сеть социального мониторинга», которая следит за социальными стимулами и позволяет нам менять свое поведение в соответствии с ними.

Эти две области мозга также играют ключевую роль в «хитросплетении особенностей», которое подсознательно навешивает ярлыки на то, что происходит вокруг нас, и направляет наше внимание на наиболее острые события, а также следит за ощущениями организма, чтобы улавливать любые изменения. Более того, обе области активны, когда человек узнает свое отражение в зеркале, что наталкивает на мысль, что эти части мозга лежат в основе нашего ощущения себя — главного компонента осознанности и разумности. «Это ощущение себя на любом возможном уровне — ощущение собственного я, ощущение других людей и то, как мы их понимаем. Это имеет отношение к понятию эмпатии и теории разума», — говорит Хоф.

ПОЧЕМУ «ЗАМЕДЛЯЕТСЯ» ВРЕМЯ?

Для Бада Крейга, нейроанатома из Неврологического института Барроу, Феникс, штат Аризона, действие двух систем коры сводится к постоянно меняющемуся ощущению «как я чувствую себя сейчас»: ППК и ФК получают сигналы от тела и связывают их с социальными стимулами, мыслями и эмоциями, чтобы быстро и эффективно менять наше поведение.

Постоянно меняющаяся картина того, как мы себя чувствуем, может влиять на то, как мы воспринимаем течение времени. Когда происходит что-то эмоционально важное, предполагает Крейг, кажется, что время ускоряется. И наоборот, если событий мало, мозгу меньше нужно менять в нашем восприятии окружающего мира, поэтому течение времени для нас замедляется.

Веретенообразные нейроны, вероятно, играют в этом процессе важную роль, однако мы можем сделать вывод об этой роли только по косвенным свидетельствам. Это связано с тем, что определение местоположения этих клеток и измерение их активности пока что невозможно на живом мозге. Но их необычный вид — признак того, что они, скорее всего, появились не просто так и вовсе не «бездельничают». «Они выделяются с анатомической точки зрения, — говорит Аллман. — Согласно общей теории, то, что выглядит так необычно, должно иметь необычную функцию».

БЫСТРОЕ МЫШЛЕНИЕ

Если речь идет о мозге, «большой» обычно означает «быстрый», поэтому Аллман предполагает, что веретенообразные нейроны работают как система организации труда, как некая социальная автострада, которая оперативно отправляет данные о сущности ситуации через мозг, позволяя нам интуитивно реагировать в суматохе, что является ключевым навыком для выживания такого социального вида, как наш. «Это основа всех аспектов цивилизации: наша возможность эффективного социального взаимодействия», — добавляет Крейг.

Наиболее тревожная форма умственного расстройства, которое может случиться у человека уже в 30 лет, подтверждает эту гипотезу. У людей с лобно-височной деменцией наблюдается потеря большого количество веретенообразных нейронов в ППК и ФК на ранней стадии заболевания, когда основным симптомом является полная потеря социального осознания, эмпатии и самоконтроля. «У таких пациентов отсутствуют естественные эмпатические реакции на ситуации, которые у здорового человека вызовут отвращение или грусть, — рассказывает Хоф. — Вы можете показывать им картинки ужасающей катастрофы, а они и глазом не моргнут. Они скажут: «А, да, это катастрофа»…».

Посмертные исследования мозга людей с аутизмом также поддерживают гипотезу, что веретенообразные нейроны лежат в центре наших эмоций и эмпатии. Согласно недавнему исследованию, людей с аутизмом можно разделить на две группы: у некоторых слишком мало веретенообразных нейронов, что может означать, что у них нет необходимых нейронных связей для обработки социальных стимулов; у других веретенообразных нейронов слишком много. Вторая группа соответствует недавней теории об аутизме, согласно которой симптомы могут возникать из-за перегрузки мозга. Возможно, наличие чрезмерного количества веретенообразных нейронов заставляет эмоциональные системы работать слишком интенсивно, вследствие чего человек с аутизмом чувствует себя «переполненным», и многие из пациентов отмечают именно такое состояние.

Другое недавнее исследование выявило, что у людей с шизофренией, покончивших жизнь самоубийством, было значительно больше веретенообразных нейронов в ППК, чем у шизофреников, чья жизнь закончилась иначе. Исследователи предполагают, что переизбыток веретенообразных нейронов может формировать гипер-активную эмоциональную систему, делая человека склонным к негативной самооценке и чувствам вины и безысходности.

У животных веретенообразные нейроны тоже имеют проявления. Когда данные нейроны были обнаружены впервые, появилась надежда, что, возможно, раскрыто одно из ключевых эволюционных изменений, уникальных для человека, которое может объяснить наш социальный интеллект. Но уже первые исследования опровергли данную гипотезу, поскольку веретенообразные нейроны были обнаружены у шимпанзе и горилл. В последние годы их также нашли у слонов, некоторых китов и дельфинов.

Как и мы, многие из этих видов живут большими группами и демонстрируют одинаковые признаки высшего поведения, которые ассоциируются с веретенообразными нейронами у людей. У слонов, например, наблюдается нечто похожее на эмпатию: к примеру, они объединяются, помогая раненым, потерянным сородичам, а также проявляют признаки скорби на «слоновьих кладбищах». (Исследователи описывают эпизоды, когда здоровые слоны помогают больным, а около умершего собрата эти животные-великаны могут оставаться до трех дней. Замечены случаи, когда слоны накрывали тело умершего собрата травой и ветками или переносили найденные останки на большие расстояния. Правда, собственно «кладбищ слонов» никто никогда не видел. Ученые имеют свою точку зрения на это явление, которая объясняет феномен исчезновения трупов самой системой питания слона. В старости у слона атрофируются мышцы, выпадают зубы. Слабея, животное ищет глубокие и влажные места, чтобы поддержать свое существование. Там, в иле, ослабевший слон окончательно вязнет, теряя подвижность. Его тело обгладывают крокодилы и падальщики, а скелет разрушается водой. Дикобразы поедают костный мозг, уничтожая бивни. Джунгли — замечательный утилизатор, они помогают слонам скрыться после смерти. По мнению зоологов, гигантского кладбища как такового не существует — сама Африка и является сплошным кладбищем слонов. — прим. ред.). Более того, многие представители этих видов узнают себя в зеркале, что обычно считается первичным признаком осознанности. Например, когда исследователи ставят краской пятно на морде слона, он замечает отметку на своем отражении в зеркале и пытается пощупать ее хоботом. Это навело Аллмана и других исследователей на мысль, что нейроны фон Экономо служат средством адаптации большого мозга для отслеживания социальных ситуаций и ощущение своего «я» может быть следствием этой способности.

Однако веретенообразные нейроны неожиданно обнаружили у ламантинов, гиппопотамов и жирафов, не отличающихся богатой социальной жизнью. Также эти клетки были найдены у макак, которые не всегда проходят тест с зеркалом, хотя и являются социальными животными. Хотя данные факты ставят под сомнение гипотезы о том, что эти клетки являются ключевыми для высших когнитивных способностей, кажется вполне возможным, что они были предшественниками более развитых клеток у высоко-социальных видов. «Я считаю, что у всех млекопитающих есть гомологи веретенообразных нейронов, — говорит Аллман. — Это не значит, что они имеют одинаковую форму, но они находятся в аналогичных отделах коры головного мозга и экспрессируют одинаковые гены».

ЕДА КАК ПЕРВОПРИЧИНА

Кажется логичным, что киты и приматы скорее видоизменили и усовершенствовали более старый механизм своего общего предка, чем независимо развили собственные одинаковые механизмы. Однако необходимо большее количество исследований, чтобы подробно описать анатомические различия и функции этих клеток у разных животных.

Эта работа может помочь нам также понять, как появились эти нейроны. У Аллмана уже есть некоторые догадки об их происхождении. Наши веретенообразные нейроны располагаются в отделе мозга, который служит для соединения вкуса с запахом, и Аллман предполагает, что многие особенности, связываемые сейчас с ФК, развились из простейшего процесса принятия решения о том, съедобна еда или нет. При принятии этого решения, говорит он, чем быстрее проявляется реакция «внутренностей», тем лучше. А если мы можем вычислить эту реакцию у других, то еще лучше.

«Одна из важных функций, которая, по-видимому, содержится в ФК, связана с эмпатией, — говорит он. — Я считаю, что эмпатия появилась в контексте совместной трапезы — было крайне важно заметить, что члены твоей социальной группы заболевают после принятия какой-либо пищи». Эта базовая схема, включая веретенообразные нейроны в зачаточном состоянии, затем у некоторых видов могла приспособиться к работе в других ситуациях, связанных с необходимостью принятия решения, например, при определении, стоит ли доверять человеку. «То есть, когда у нас возникает некоторое чувство, будь оно связано с едой или взаимодействием с другим человеком, я думаю, оно задействует ФК, а веретенообразные нейроны — один из продуктов этой схемы», — объясняет Аллман.

Работа Аллмана о генетике показывает, что он может быть близок к разгадке. Его команда обнаружила, что веретенообразные нейроны в одной части ФК экспрессируют гены гормонов, регулирующих аппетит. Существует также много исследований, показывающих взаимосвязь восприятия вкусов и запахов и сильных эмоций. Наша физическая реакция на нечто, что кажется нам морально отталкивающим, похожа, например, на реакцию на кислый вкус, что предполагает, что у них может быть общая мозговая «проводка» (схема взаимодействия нейронов). Другая работа показала, что, если при оценке аморального действия, например кражи, человек нюхает что-то отталкивающее, он острее осуждает такой поступок. Более того, Аллман обращает внимание, что наш язык полон аналогий: мы можем назвать событие «тошнотворным», а человека «сладким». И, по мнению Аллмана, это не случайное совпадение.

ЛОЖНЫЙ СЛЕД

Однако только у высокоразвитых социальных животных веретенообразные нейроны расположены в отделах мозга, связанных с восприятием вкуса и запаха. У других животных, например жирафов и гиппопотамов, веретенообразные нейроны «разбросаны» по всему мозгу. Аллман тем не менее обращает внимание, что эти сведения могут быть ложной уликой, поскольку без понимания того, какие гены экспрессируют данные клетки, а также функции этих нейронов, мы не можем даже понять, насколько близки они человеческим веретенообразным нейронам. Они могут даже относиться к совершенно другому виду клеток, только внешне напоминающим веретенообразные нейроны.

Основываясь на полученных доселе сведениях, Хоф полагает, что предки веретенообразных нейронов были более широко распределены, как мы видим на примере мозга гиппопотама, а с течением эволюции мигрировали в ППК и ФК только у некоторых животных, хотя признается, что он не имеет ни малейшего представления, почему так могло произойти. Он подозревает, что в ходе эволюции на мозг обезьяны оказывалось большее воздействие, чем на мозг китов и дельфинов.

Крейг обнаружил одну особенность, которая, вероятно, относится ко всем животным с большим мозгом. Он обращает внимание, что чем больше мозг, тем больше энергии необходимо для его работы, поэтому крайне важно, чтобы он функционировал максимально эффективно. Поэтому система, которая постоянно следит за окружающей средой и людьми или животными, представляет большую ценность, позволяя быстро приспосабливаться к ситуациям, затрачивая как можно меньше энергии. «Эволюция произвела систему расчета расхода энергии, учитывающую сенсорные стимулы не только от тела, но и от мозга», — комментирует Крейг. И наше постоянное обновление картины «как я сейчас себя чувствую» имеет интересный и очень важный побочный эффект: у нас есть понимание того, что есть «я», которое чувствует. «Эволюция создала очень эффективную систему постоянного подсчета использования энергии, у которой есть сопутствующее действие, благодаря которому мы получаем субъективное представление о собственных чувствах».

Если Крейг прав — а нам предстоит пройти еще долгий путь, пока мы не будем окончательно уверены, — появляется робкое предположение, что разум — это не вершина эволюции, а большая и удачная случайность.

По материалам журнала «Новый ученый»


1 Января 2014


Последние публикации

Выбор читателей

Сергей Леонов
84304
Виктор Фишман
67412
Борис Ходоровский
59883
Богдан Виноградов
46981
Дмитрий Митюрин
32443
Сергей Леонов
31420
Роман Данилко
28932
Сергей Леонов
24278
Светлана Белоусова
15235
Дмитрий Митюрин
14930
Александр Путятин
13395
Татьяна Алексеева
13158
Наталья Матвеева
13040
Борис Кронер
12568
Наталья Матвеева
11077
Наталья Матвеева
10755
Алла Ткалич
10337
Светлана Белоусова
10027