Kitobni o'qish: «Телесный разум. Как тело влияет на наши мысли, чувства и воспоминания»

Посвящается Сандре – моей музе и моей любимой

Если мы ценим стремление к знаниям, то должны свободно следовать за тем, куда могут привести нас эти поиски. Свободный разум – это не лающая собака, которую можно посадить на трехметровую цепь.

Эдлай Э. Стивенсон II

Thomas R. Verny, M.D

The Embodied Mind

Все права защищены. Книга или любая ее часть не может быть скопирована, воспроизведена в электронной или механической форме, в виде фотокопии, записи в память ЭВМ, репродукции или каким-либо иным способом, а также использована в любой информационной системе без получения разрешения от издателя. Копирование, воспроизведение и иное использование книги или ее части без согласия издателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

Copyright © 2021 by Thomas R. Verny, M.D.

© Шустова А., перевод на русский язык, 2022

© Оформление. ООО «Издательство „Эксмо“», 2023

Вступление

В 13 лет в Вене я прочитал «Толкование сновидений» Зигмунда Фрейда на немецком языке. Меня совершенно очаровало то, как медленные, методичные расспросы Фрейда в конечном счете приводили к открытию глубоко спрятанных конфликтов его пациентов. Именно в тот момент много лет назад я решил стать психиатром. Годы шли, я наконец освоил эту профессию, но меня по-прежнему завораживали сны и бессознательное. Однажды, когда во время сеанса я разбирал с молодым человеком его сон, пациент вдруг без малейших действий с моей стороны начал плакать как маленький ребенок и успокоился лишь через 10 минут.

– Что произошло? – спросил я его.

Он сказал мне, что мысленно увидел себя в детской кроватке, плачущим в попытках позвать маму. Затем он вспомнил, что видел свои детские фотографии и на некоторых из них он лежал в голубой кроватке, тогда как в возникшем воспоминании она определенно была белой. Это несоответствие его смутило.

Я предложил ему задать этот вопрос матери, и он узнал, что, когда он родился, из-за нехватки денег его родителям пришлось на время взять детскую кроватку у соседа. Именно она и была белой. Несколько месяцев спустя они смогли купить ему новую кроватку, на этот раз голубую, и на фотографиях запечатлели уже ее.

Я был одновременно заинтригован и озадачен этим опытом, поскольку на протяжении всей учебы сначала в Торонтском, а затем и в Гарвардском университете мне внушали, что люди ничего не помнят о периоде до двух лет. И все же, продолжая заниматься психиатрией, я неоднократно сталкивался с пациентами, которые рассказывали мне о событиях далекого прошлого, начиная с младенчества, рождения и даже жизни в утробе матери. Некоторые из этих воспоминаний, возможно, возникли из-за подслушанных разговоров членов семьи или были почерпнуты из фотоальбомов или видео. Однако значительное число из этих материалов и сведений было бы нелегко получить, и их подтвердили доказательства, предоставленные родителями, больничными картами и другой документацией. Я задавался вопросом, как объяснить эти воспоминания с научной точки зрения. Именно тогда, после долгих исследований, изысканий и личных контактов с коллегами в области акушерства, психологии, психиатрии и других наук, я написал книгу «Тайная жизнь ребенка до рождения», которая опубликована в 27 странах и продолжает пользоваться широкой популярностью. В то время, почти 40 лет назад, у меня имелось множество убедительных научных доказательств, подтверждающих центральную мысль моей книги: ребенок в утробе матери – это чувствующее, воспринимающее, сознательное и запоминающее существо, по крайней мере начиная с третьего триместра. Однако у меня почти не было научных доказательств, подтверждающих познание любого рода, которое происходило бы раньше этого момента. Конечно, учитывая скорость развития и изменений в биомедицинских науках за последние десятилетия, 40 лет – это практически вечность назад. Многое из того, что сейчас известно в области клеточной биологии, генетики и, что более важно, эпигенетики, не только подтверждает мои утверждения из «Тайной жизни», но и позволяет мне выдвигать новые смелые концепции в этой книге.

К написанию «Телесного разума» меня подтолкнула статья, которую я прочитал шесть лет назад. Ее перепечатали из журнала Reuters Science News, озаглавив как «Крошечный мозг не препятствие для французского государственного служащего»¹². Кажется, в июле 2007 года 44-летний француз обратился в больницу с жалобами на легкую слабость в левой ноге. Когда врачи узнали, что мужчине удалили спинномозговой шунт в четырнадцать лет, они провели многочисленные сканирования его головы, благодаря чему обнаружили заполненную жидкостью камеру, которая занимала большую часть пространства в его черепе, оставляя лишь тонкий слой настоящей мозговой ткани. Это был случай гидроцефалии, буквально – вода в мозге. В статье приводилась цитата доктора Лайонела Фейе из больницы де ла Тимон³ в Марселе: «Изображения были невероятными… мозг практически отсутствовал». Пациент был женатым отцом двоих детей и работал государственным служащим, по-видимому ведя вполне нормальный образ жизни, несмотря на то, что его череп заполняла спинномозговая жидкость и почти отсутствовала мозговая ткань.

К моему удивлению, я обнаружил в медицинской литературе поразительное количество документально подтвержденных случаев, когда в детстве людям⁴ удаляли части мозга, чтобы вылечить их от эпилептических припадков. После гемисферэктомии⁵ у большинства детей наблюдалось не только улучшение интеллектуальных способностей и общительности, но и очевидное сохранение памяти, индивидуальности и чувства юмора. Аналогичным образом взрослые, перенесшие гемисферэктомию⁶, демонстрировали долгосрочный контроль над приступами и поразительное повышение трудоспособности после операции.

Если люди, у которых отсутствует большая часть мозга, могут жить нормально или хотя бы относительно нормально, то, подумал я, в организме должна существовать какая-то резервная система, которая может сработать при сбое основной. Следующие шесть лет я посвятил изучению научной литературы в поисках доказательств, подтверждающих мою догадку.

Я обнаружил, что, хотя многие исследователи внесли большой вклад в продвижение науки в своих областях, никто по-настоящему не обобщил эти знания, не сопоставил факты и не подумал о решении этой головоломки. В «Телесном разуме» я постарался сделать именно это.

Наш Телесный разум не тот скованный, что мы знали прежде. Он охватывает значительно больше и опирается на интеллект всех клеток нашего тела, содержащих определенные кусочки информации, микровоспоминания. Все они, как и сознание и разум, возникают из этой разумной сети.

«Телесный разум», который я постараюсь определить как свой уникальный психобиологический термин, представляет собой последовательную и эмпирически обоснованную биологическую теорию, которая знаменует собой значительный отход от исключительного внимания прошлого века к нейронам коры (клеткам мозга) как к единственным важным клеткам в обработке информации, познании и хранении памяти.

«Телесный разум» основан на исследованиях, в которых изучаются интеллект и память в широком спектре систем, выходящих далеко за рамки традиционной центральной нервной системы, включая иммунную систему, сперматозоиды, яйцеклетки, одноклеточные организмы, амебы и многое другое. Память – это сеть, охватывающая все тело. Вопрос о том, можем ли мы сознательно получить доступ к памяти, не так важен, как осознание того, что любой полученный нами опыт оказывает влияние, оставляя отметку, след или отпечаток на наших клетках и тканях.

Многие из этих последствий могут передаться нашим детям и внукам, поэтому крайне важно, чтобы мы осознали как можно больше основных неадаптивных побуждений и моделей поведения и сознательно попытались преодолеть их. В то же время для благополучия крайне важно вести здоровый образ жизни. Мы значительно улучшим жизнь как себе, так и будущим поколениям, если будем активно избегать стресса и беспокойства, а также лживых и вероломных людей, вместо этого сближаясь с людьми, которые поддерживают и ценят нас.

Подобно музыкантам в оркестре, играющим в разных секциях, будь то струнные, духовые или ударные, клетки кожи содержат информацию, отличную от той, какой владеют клетки сердца, и так далее. Воспоминание, возникающее сознательно или бессознательно в результате какого-то триггера, «слышится» подобно оркестровой музыке. Высшие мозговые центры занимают место дирижера и координируют сообщения, которые достигают нашего сознательного «я» и формируют определенное поведение.

Настало время развеять миф о скованном разуме и принять научно обоснованную концепцию воплощенного познания. Это новая революционная концепция в психобиологии, одновременно меняющая парадигму и расширяющая возможности.

Мы думаем, чувствуем и действуем своим телом, с его помощью соприкасаемся с окружающим миром, с ним связан наш разум. Я надеюсь, что «Телесный разум» поможет вам лучше понять, кем мы являемся в отношениях с собой, близкими, обществом и Вселенной, и замотивирует вас проявлять свободу воли и брать на себя ответственность за свои действия.

Глава первая
Имеют ли значение гены?

Соединение сперматозоида и яйцеклетки при зачатии приводит к оплодотворению яйцеклетки и формированию диплоидной клетки, зиготы, которая, прижившись в утробе матери, в итоге станет взрослым человеком. Эта крошечная клетка несет в себе план всего будущего человеческого существа. Удивительно, но это правда. Еще более удивительно, что, согласно научным исследованиям, эта генетическая информация не ограничивается архитектурными планами построения тела, но также включает данные, отражающие опыт и личностные характеристики родителей, что переносят нас в новую науку – эпигенетику.

Думаю, справедливо заметить, что эпигенетика является самым революционным достижением биологических наук с тех пор, как в 1859 году вышла книга Чарлза Дарвина «О происхождении видов».

ЭПИГЕНЕТИКА – ЭТО ИЗУЧЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МЕХАНИЗМОВ, С ПОМОЩЬЮ КОТОРЫХ ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА РЕГУЛИРУЕТ АКТИВНОСТЬ ГЕНОВ.

Эпигенетика – наука не только о том, что жизненный опыт меняет нас, но и о том, что эти изменения могут передаваться нашим детям и внукам на протяжении многих поколений. Этот процесс называется трансгенерационным наследованием и в последние годы часто становится областью исследований.

С эволюционной точки зрения мнение, что воздействие важных условий окружающей среды, таких как голод, война, тревога и т. п., должно «информировать» потомство человека для лучшей подготовки к жизни после рождения, имеет смысл. Очевидно, что эта информация может передаться от родителей к детям только через половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды).

В последнее десятилетие исследователи установили, что копии ДНК, передаваемые через гены, не являются окончательными при рождении⁷. Гены – это не приговор. Такие факторы окружающей среды, как питание, стресс и эмоции, могут менять экспрессию генов без изменения их структуры.

Мы совершим стремительное путешествие по генетике: рассмотрим хромосомы, гены, ДНК, РНК и другие понятия. Затем мы перейдем к эпигенетике, которую я разделил на экологическую эпигенетику, то есть физические факторы окружающей среды (загрязнение, токсины, обилие или недостаток пищи), и психосоциальную эпигенетику, которая касается отношений, особенно между родителями и детьми, и психологических факторов (стресс, тревога, наличие или отсутствие привязанности). Также мы уделим особое внимание тому, как жестокое обращение и пренебрежение со стороны родителей влияет на эпигеном ребенка.

Генетика

Невозможно обсуждать генетику без использования научных терминов, из-за чего я вынужден просить вас о снисхождении и терпении. Даже если вы находите некоторые из этих слов пугающими, пожалуйста, читайте дальше. Вы поймете суть. Я обещаю.

Основной единицей наследования является хромосома. Хромосома – это организованный пакет ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), находящийся в ядре каждой клетки. Разные организмы имеют разное количество хромосом. У людей 23 пары хромосом: 22 пары пронумерованных, называемых аутосомами, и одна пара половых – X и Y. У женщин набор хромосом записывается как XX, у мужчин – XY⁸.

Каждый ребенок получает половину своих хромосом от матери и половину от отца⁹.

Геном – это полный набор ДНК в клетке. От 25 000 до 35 000 генов в геноме человека составляют всего 5 % всего генома. Все остальное – переключатели и длинные участки некодирующей ДНК (то есть не производящей белки). Эти области между генами долгое время называли мусорной ДНК. Недавно ученые узнали, что области между генами являются переключателями, которые играют жизненно важную роль в функциях клеток. Мутации в этих областях ДНК могут серьезно повлиять на здоровье человека.

Роберт Сапольски, профессор биологии, неврологии и нейрохирургии из Стэнфордского университета, в своей книге «Почему у зебр не бывает инфаркта. Психология стресса» говоря о геноме человека, приводит следующее сравнение: «Представьте, что у вас есть книга на 100 страниц¹⁰, из которых 95 – это инструкция к тому, как читать оставшиеся 5».

В своем основополагающем труде «О происхождении видов» Дарвин писал¹¹, что эволюционные изменения происходят в течение миллионов лет естественного отбора. Следуя по стопам Дарвина¹², генетики добились невероятных успехов в выявлении отдельных генов с вариациями, которые приводят к простым менделевским признакам и заболеваниям, таким как фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия, болезнь Тея – Сакса и муковисцидоз. Однако стоит отметить, что болезни с простыми менделевскими схемами наследования встречаются редко, в то время как большинство заболеваний человека, таких как рак, диабет, шизофрения, алкогольная зависимость, или личностные черты и поведение являются результатом взаимодействия множества генетических, психо-социально-экономических и культурных элементов и, следовательно, считаются сложными и многофакторными.

Обложки журнала Time часто отражают доминирующие культурные, политические или научные феномены, и именно поэтому на обложке выпуска от 25 октября 2004 года была изображена молящаяся женщина с надписью «ГЕН БОГА». Фотография отсылала к статье, в которой выдвигалась гипотеза о наличии в геноме некоего гена Бога. Разумеется, это утверждение далеко от истины.

Не существует ни гена Бога, ни гена гнева, ни гена эгоизма, ни гена шизофрении. Требуется множество генов, чтобы у человека развилась болезнь или появилась та или иная черта личности. Точно так же различные комбинации одних и тех же генов могут создать высокий интеллект, музыкальные способности, дальновидность и другие положительные качества. Исследователи из Женевского университета сообщают, что генетические вариации в одной геномной позиции¹³ влияют на множество отдельных генов. Если меняется один элемент, это влечет за собой изменение всей системы.

Гены преподают нам важнейший жизненный урок¹⁴: все взаимосвязано.

Показательным примером является открытие того, что изменения личности могут повлиять на форму и движения тела¹⁵, по крайней мере у рыбок данио-рерио, что недавно продемонстрировало исследование, проведенное в Университете штата Северная Каролина. Исследователи вывели две группы рыб: одни были смелыми, другие – пугливыми. У смелых рыбок данио-рерио была более изящная форма тела, а также способность быстрее реагировать при возникновении опасности, чем у пугливых. Это исследование подтверждает предположение о том, что такие черты, как индивидуальность или темперамент, могут быть генетически связаны с другими чертами – например, с формой тела¹⁶. Тело – это сложная экосистема, в которой все перестраивается даже при малейшем изменении, создавая эффект домино.

Функционирование генома зависит от его внутриклеточной среды (среды в клетке, окружающей ядро) и его взаимосвязи с внеклеточной, включая гормоны и нейромедиаторы. Внеклеточная среда, представляющая собой ткани и органы организма, в свою очередь, подвержена влиянию окружающей среды индивида – например, доступности пищи или уровня социальных взаимодействий¹⁷. Следовательно, мы неосознанно приспосабливаем свою жизнь ко всему, что происходит внутри и снаружи нас. Замечательно, что наше тело может делать это самостоятельно и нам не приходится думать об этом большую часть времени.

За некоторыми исключениями, каждый тип клеток многоклеточного организма несет в себе один и тот же набор генетических инструкций, закодированных в его геноме. Тем не менее каждый тип клеток экспрессирует (активирует) только те гены, которые необходимы для выполнения его конкретной функции. Белки, которые упаковывают гены в клеточном ядре, называются гистонами. Гистоны действуют как катушки, вокруг которых наматывается ДНК, и играют важную роль в регуляции работы генов. Подробнее об этом мы поговорим в следующем разделе.

В научном сообществе принято считать, что вся информация, передаваемая от одного поколения к следующему, хранится в ДНК организма. Совсем недавно клеточный биолог Энтони Хосе выдвинул революционную теоретическую концепцию наследственности¹⁸. Хосе оспаривает общепринятое мнение, упомянутое выше, и утверждает, что ДНК – это всего лишь список ингредиентов, а не набор инструкций, используемых для создания и поддержания живого организма. Инструкции, по его словам, намного сложнее и хранятся в молекулах, которые регулируют ДНК клетки. Новая структура Хосе преобразует наследственность в сложную сетевую информационную систему, в которой все регуляторные молекулы, помогающие клетке функционировать, могут составлять хранилище наследственной информации.

СТРУКТУРА ХОСЕ ПОМОГАЕТ ПОНЯТЬ, КАК НА ПРОТЯЖЕНИИ ТЫСЯЧЕЛЕТИЙ УСЛОЖНЯЛОСЬ ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ, ТЕПЕРЬ В ДОПОЛНЕНИЕ К ЯДРУ ЗАДЕЙСТВУЮЩЕЕ ЕЩЕ И ЦИТОПЛАЗМУ И КЛЕТОЧНУЮ МЕМБРАНУ.

Эта теория вновь подчеркивает необходимость отказа от устаревших концепций центрального механизма управления и введения концепций сетей и контуров обратной связи. Взгляды генетиков начала XX века на наследственность заключались в том, что развитие организма – это односторонний поток информации от ядерной ДНК к РНК-посреднику и производству белка. Однако данная модель, также известная как центральная догма генетики, кажется несостоятельной на фоне недавних достижений эпигенетики. Как мы увидим, эта наука концентрируется на том, как внешние факторы взаимодействуют с генами, вызывая изменения в организме индивида.

Эпигенетика

На другой обложке журнала Time, выпущенного в начале января 2010 года, также изобразили двойную спираль ДНК, представив ее в виде гигантской молнии поперек обложки: ее блестящий золотой бегунок был частично опущен, как будто расстегивал настоящую нить ДНК. Заголовок гласил: «Почему ваша ДНК – это не приговор: Новая наука под названием „эпигенетика“ показывает, как выбор, который вы делаете, может изменить ваши гены и гены ваших детей»¹⁹. На этот раз журнал Time оказался на верном пути.

Работа Дарвина определяла эволюцию как процесс случайных мутаций между поколениями и выживание наиболее приспособленных особей, однако эпигенетика гораздо ближе к сильно раскритикованной теории французского биолога Жана-Батиста Ламарка, который предположил, что организм может передать своему потомству характеристики, приобретенные в течение жизни.

Эпигенетика – это изучение изменений в активности генов, которые не трансформируют сами гены, но все равно передаются по крайней мере одному последующему поколению. Паттерны экспрессии генов регулируются эпигеномом – совокупностью всех молекулярных меток, регулирующих экспрессию генов, но не меняющих их структуру. Он находится над геномом, сразу за его пределами (отсюда и приставка «эпи-», которая означает «выше»). Ключевой компонент генетики – это метилирование, при котором химическая группа (метил) присоединяется к частям ДНК²⁰. Этот процесс действует как регулятор функции генов в ответ на физические и психосоциальные факторы. Эпигенетические «переключатели» включают или выключают гены, а также все промежуточные точки.

Метилирование – это динамический процесс, и уровни метилирования могут меняться в течение жизни в зависимости от внешнего и внутреннего опыта человека. Противоположным ему процессом является ацетилирование. Метилирование останавливает или полностью прекращает работу гена, в то время как ацетилирование частично или полностью включает ген.

Именно благодаря эпигенетическим переключениям факторы окружающей среды, такие как пренатальное питание, стресс и послеродовое поведение матери, могут влиять на экспрессию генов, которые передаются ребенку. Эпигенетические изменения представляют собой биологическую реакцию на один или несколько факторов окружающей среды, которые могут быть позитивными и жизнеутверждающими или, напротив, негативными и опасными для жизни. Эпигенетические изменения выполняют важную функцию во время беременности, биологически подготавливая потомство к среде, в которой оно родится.

ГЕНЕТИКУ МОЖНО СРАВНИТЬ С АППАРАТНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ, А ЭПИГЕНЕТИКУ – С ПРОГРАММНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ВАШЕГО КОМПЬЮТЕРА.

Одной из основных задач эпигенетики является изучение передачи данных от одного поколения к следующему биологическими, а не психологическими средствами. Биологическое наследование говорит о том, что окружающая среда влияет на половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки) и что эти изменения в геноме затем передаются потомству. Эпигенетика предлагает нам знания и средства, с помощью которых мы можем улучшить физическое и психическое здоровье как наших потомков, так и свое собственное.

Соединение сперматозоида и яйцеклетки, как я уже упоминал, приводит к образованию зиготы (оплодотворенной яйцеклетки). Эта крошечная клетка будет содержать полный набор инструкций по созданию целостного человеческого существа. Я задался вопросом, ограничивается ли информация только архитектурными планами построения тела или также включает данные, которые будут влиять на разум? Прежде чем мы перейдем к рассмотрению этого вопроса, следует упомянуть три других биологических способа обмена информацией между людьми, которые не связаны с зародышевыми клетками.

Недавно ученые обнаружили, что некоторые из переносимых кровью клеток, которые передаются ребенку во время беременности, остаются в теле матери. Кроме того, несколько клеток от предыдущих беременностей сохраняются в организме матери в течение многих лет. Этот процесс называется микрохимеризмом²¹. В результате исследований на людях и животных ученые выявили клетки эмбрионального происхождения в коже, кровотоке и во всех основных органах матери, включая сердце. Эти исследования показывают, что каждый из нас несет в себе две разные популяции клеток: одну – свою собственную и еще одну – от матери. Женщины, вынашивавшие ребенка, хранят в организме по меньшей мере три уникальных популяции клеток: свои собственные, своей матери и ребенка²².

Аналогичным образом переливание крови и пересадка органов могут на клеточном уровне передавать человеку информацию о доноре. Если моя гипотеза о клеточной памяти верна, то эти донорские клетки могут, как и в случае микрохимеризма, влиять на разум и тело своих реципиентов способами, которые мы только начинаем исследовать.

Экологическая эпигенетика

В этом разделе мы обсудим, как физические факторы, такие как пища, никотин или запахи, влияют на геном.

Статья 1988 года, опубликованная Джоном Кэрнсом²³ в издании Nature – одном из самых известных научных журналов, положила начало тектоническому сдвигу в генетике. В статье описывался эксперимент, в ходе которого определенный штамм бактерий кишечной палочки (E. coli), который не мог усваивать лактозу²⁴, поместили в лактозную среду²⁵. Вместо того чтобы голодать – что, согласно классической теории Дарвина, и должно было случиться, – бактерии вскоре претерпели генетические изменения и, научившись переваривать лактозу, сумели выжить. Кэрнс сообщил, что, по крайней мере, в некоторых случаях избирательное давление может направлять мутации организмов. Прощай, дарвинистская ортодоксальность.

Кэрнс «нагло», как говорили некоторые критики, поднял вопрос о возможных наследственных механизмах Ламарка – в 1988 году это казалось исключительным вероломством. В том же номере журнала Nature Франклин Шталь, почетный профессор биологии Орегонского университета, одобрил выводы Кэрнса и представил свою собственную модель того, как могут происходить «направленные мутации»²⁶.

Сегодня Кэрнс является профессором микробиологии в больнице Рэдклиффа, что входит в состав Оксфордского университета, и остается ведущим специалистом в области мутационной теории. Его статья 1988 года является одной из наиболее часто цитируемых работ в этой области и положила начало совершенно новой сфере исследований.

Примерно в то же время, когда Кэрнс проводил свои эксперименты, доктор Ларс Олов Байгрен из Университета Умео в Швеции задался вопросом: «Может ли опыт родителей, полученный ими в раннем возрасте, повлиять на черты, которые они передадут своим потомкам?» Байгрен, как и многие другие ученые, собрал множество исторических свидетельств, доказывающих, что неблагоприятные условия окружающей среды (например, угроза смерти от голода) могут оставить отпечаток на генетическом материале яйцеклеток и сперматозоидов, который повлияет на эволюцию, передав новые черты²⁷ следующему поколению.

Спустя 10 лет после публикации статьи Кэрнса профессор биологии Университета Индианы П. Л. Фостер написал: «Многие последующие исследования показали, что частота мутаций может варьироваться и что их количество увеличивается во время определенных стрессов, таких как недостаток пищи». Это явление получило название «адаптивная мутация»²⁸. Сегодня исследование адаптивных мутаций трансформировалось в эпигенетику, и ими заинтересовалась едва ли не каждая университетская лаборатория²⁹.

Любимое животное генетиков для изучения – C. еlegans – примитивный червь длиной около 1 мм, обитающий в почве. В период с октября 1994 по январь 1995 года в международных журналах о нем появилось 73 научные статьи. C. elegans³⁰ является привлекательным и эффективным модельным организмом для исследований, потому что с ним легко работать в лаборатории, он почти не требует пищи и в течение нескольких дней производит большое количество потомства путем самооплодотворения.

Червь понимается как отдельный организм, который подвергается сложному процессу морфогенеза³¹. У него есть нервная система с «мозгом» (кольцом окологлоточного нерва), он демонстрирует определенное упорядоченное поведение, способен к элементарному обучению, а также производит сперму и яйцеклетки, благодаря чему спаривается и размножается. Все 959 соматических клеток его прозрачного тела видны под микроскопом, а средняя продолжительность его жизни составляет всего 2–3 недели. Важно отметить, что у червей и людей совпадает до 80 % генов³². Неудивительно, что примерно половину всех известных генов, задействованных в болезнях человека, также можно обнаружить и у C. elegans, а потому ученые с удовольствием экспериментируют над этим существом³³.

Например, ученые из Университета Дьюка провели исследование, посвященное последствиям голодания³⁴. Они заставили голодать одну группу червей C. elegans в течение одного дня, а другую группу – в течение восьми дней на первой стадии личиночного развития. Когда подача пищи возобновлялась, черви, которых дольше морили голодом, росли медленнее и в итоге достигали меньших размеров и вырастали менее плодовитыми. Они также оказались более восприимчивыми ко второму приступу голода. Их потомство, унаследовав отличительные признаки родителей, родилось меньшим по размерам и численности и менее плодовитым, однако их дети и внуки оказались более устойчивыми к голоду, как будто пытаясь защититься от того, что навредило их предкам.

Эпигенетика завоевала доверие научного сообщества, когда несколько десятилетий назад исследователи изучали детей, выношенных в период голода в конце Второй мировой войны в Нидерландах³⁵. Исследователи обнаружили на одном из генов детей определенную химическую метку (или, как ее еще называют, эпигенетическую сигнатуру). Исследователи связали это открытие с различиями в состоянии здоровья детей: они росли хуже, чем дети других возрастов, и имели массу тела выше средней. Их дети также были меньше ростом и более восприимчивы к диабету, ожирению и сердечно-сосудистым заболеваниям, и эти изменения были заметны в течение трех последующих поколений.

Не только недостаток пищи может подобным образом повлиять на потомство: как показало британское исследование, проведенное в Бристольском университете, это может быть связано и с бедностью³⁶. Исследователи отобрали 40 мужчин, родившихся в 1958 году: одна половина выросла в богатых семьях, а другая – в бедных. В исследовании испытуемых выбрали из верхних и нижних 20 % общества в соответствии с социально-экономическим статусом, чтобы убедиться, что будут представлены примеры обеих крайностей. Сосредоточив внимание на участках ДНК, называемых промоторными областями³⁷, что переводится как «включатели», команда исследовала более 20 000 участков по всему геному.

Почти на одной и той же трети участков у представителей групп получились совершенно разные модели. Что наиболее характерно, уровни метилирования резко отличались: 1252 участка у мужчин из бедных семей и лишь 545 участков у мужчин из богатых семей. Поскольку образцы брали в среднем возрасте, исследователи не могли точно сказать, когда добавились или исчезли эпигенетические метильные группы. Хотя возможно, что гены изменились в младенчестве, детстве или даже в зрелом возрасте, ученые, проводившие эксперименты, придерживались мнения, что эпигенетические изменения, которые они наблюдали в ДНК взрослого человека, стали в значительной степени результатом раннего жизненного опыта.

Сегодня наиболее распространенной хирургической процедурой у фертильных женщин является родоразрешение путем планового кесарева сечения. Однако беременные женщины или те, кто планирует создать семью, должны знать о следующих результатах многочисленных исследований: дети, рожденные путем кесарева сечения, подвергаются повышенному риску развития астмы, диабета первого типа, ожирения, целиакии, рака и подавления иммунного ответа³⁸.

Исследуя это явление, молекулярные и клеточные биологи из известного Каролинского института в Швеции изучили эпигенетические изменения в пуповинной крови, взятой у детей, родившихся в срок после планового кесарева сечения и посредством вагинальных родов. В стволовых клетках крови младенцев из первой группы нашли больше метилированных участков ДНК, чем у младенцев, родившихся вагинально. Исследователи обнаружили специфические эпигенетические различия между группами в 343 областях ДНК, включая гены, которые, как известно, участвуют в процессах, контролирующих метаболизм и иммунодефицит. Эти исследования ясно показывают, что эпигеном младенца чувствителен к внутриутробной среде³⁹ и опыту рождения.

Во время недавней пандемии COVID-19 ученые заметили, что, попадая в организм человека, вирус вел себя по-разному: у одних становился триггером серьезного заболевания, а у других не вызывал никаких симптомов. Описанное здесь ослабление иммунной системы, передавшееся через несколько поколений, может быть одним из непризнанных факторов, наряду с социально-экономическими, которые вызывают физический и психический стресс, что объясняет яркие различия при реакции на вирус.

Распространенность сложных заболеваний, таких как рак, диабет, ожирение, аутизм и врожденные дефекты, растет темпами, которые невозможно объяснить классической генетикой. Исследования на людях и животных убедительно свидетельствуют о том, что за это могут отвечать эпигенетические механизмы.

Социальная эпигенетика

Используя мышей в качестве модели для изучения рака молочной железы у человека, исследователи продемонстрировали, что негативный социальный опыт⁴⁰ (в данном случае – изоляция) вызывает усиленный рост опухоли. Полученные результаты также подтверждают предыдущие эпидемиологические исследования, предполагающие, что социальная изоляция приводит к росту смертности среди пациентов, страдающих хроническими заболеваниями, а клинические исследования доказали, что социальная поддержка улучшает результаты лечения больных раком. Присутствие сострадательных и заботливых людей⁴¹ может изменить уровень экспрессии генов в самых разных тканях, включая мозг. Впрочем, недавний опыт борьбы с COVID-19 и без исследований убедил нас в истинности человеческой потребности во взаимодействии и общении.

Одним из самых красивых и творческих экспериментов, с которыми я сталкивался в своей профессиональной деятельности, является «Исследование перекрестного воспитания»⁴² (Kidnapping-and-Cross-Fostering Study), разработанное Джином Робинсоном, директором Института геномной биологии Иллинойсского университета. Робинсон отобрал около 250 молодых пчел из двух ульев африканских пчел («пчел-убийц») и двух ульев европейских пчел (неопасных пчел) и нарисовал метки на спинах особей (не сам, разумеется, – аспиранты), чтобы невооруженным глазом определять их происхождение. Как только насекомые обзавелись потомством, его забрали и поместили в улей другого подвида⁴³. Европейские медоносные пчелы, выращенные среди более агрессивных африканских пчел, не только стали такими же воинственными, как и их новые соседи по улью, – они стали генетически похожими на них. И наоборот. Этот эксперимент убедительно доказывает, что социальная среда может радикально изменить экспрессию генов и поведение за очень короткий срок.

Дэвид Клейтон, нейробиолог и коллега Джина Робинсона из Иллинойсского университета, обнаружил, что, если самец зебрового зяблика услышит, как поблизости поет другой самец⁴⁴ его вида, экспрессия определенного гена в переднем мозге птицы будет стимулироваться и это будет происходить по-разному в зависимости от того, звучал ли другой зяблик незнакомо и угрожающе или знакомо и безопасно. Певчие птицы продемонстрировали массовые, широко распространенные изменения в экспрессии генов всего за пятнадцать минут.

Реакции мозга на социальные стимулы могут быть масштабными, включающими сотни, иногда тысячи генов. Еще 20 лет назад ни один уважающий себя генетик или нейробиолог не мог и вообразить, что социальный опыт приводит к изменениям в поведении и экспрессии генов в мозге. Однако именно это мы и наблюдаем.

Трансгенерационное наследование через одно поколение (F1)

Термин «трансгенерационная эпигенетика F1» описывает влияние материнских или отцовских генетических факторов на ребенка. Ученые обозначают его как фактор F1.

В тот или иной момент, я уверен, все мы задавались вопросом, почему некоторые люди всегда спокойны, несмотря ни на что, а другие начинают волноваться по любому поводу. Недавние исследования на крысах дают ключ к разгадке. Крысы-матери, по-видимому, делятся на две группы: представители одной тратят много времени на вылизывание, кормление и уход за своими детьми, а другой – просто игнорируют потомство. Правильно воспитанные крысята, как правило, вырастают спокойными взрослыми крысами, в то время как крысята, лишенные родительской заботы, вырастают тревожными. Заботливое поведение матери-крысы в течение первой недели жизни формирует эпигеном ее детенышей, и этот паттерн имеет тенденцию сохраняться даже после того, как крысята становятся взрослыми. Разница между спокойной и встревоженной крысой⁴⁵ не генетическая, а эпигенетическая⁴⁶.

Эти данные указывают на то, что более высокий уровень материнской заботы в течение первой недели жизни приводит к формированию поведения, которое характеризуется устойчивостью к стрессу и повышенной заботой о своем потомстве. В данном случае то, что верно для крыс, относится и к людям⁴⁷. Будущие родители, пожалуйста, примите это к сведению.

В 2011 году группа из Делавэрского университета решила изучить, влияют ли невзгоды в раннем возрасте на экспрессию генов. Они подвергали крысят воздействию жестоких воспитателей в течение 30 минут ежедневно на протяжении первых семи дней жизни. Ученые провоцировали жестокое обращение крыс-матерей с детьми, помещая их в незнакомую среду и ограниченное пространство. В результате воспитатели начали топтать, ронять, таскать, активно отвергать и грубо обращаться со своими детенышами. Такое обращение, естественно, вызывало у младенцев дистресс-реакции⁴⁸.

Нейротрофический фактор головного мозга (brain-derived neurotrophic factor, BDNF) регулирует выживание и рост нейронов, влияя на синаптическую эффективность и пластичность. У подвергшихся жестокому обращению крысят⁴⁹ ученые обнаружили значительное снижение экспрессии гена BDNF, что соответствовало предыдущим выводам о влиянии раннего жизненного опыта и о последующем пагубном изменении личности и поведения. Этот неэффективный ген сохранялся на протяжении всего развития и во взрослом возрасте.

ИЗВЕСТНО, ЧТО ЖЕСТОКИЕ И НЕБРЕЖНЫЕ ВОСПИТАТЕЛИ ДЕЛАЮТ ДЕТЕЙ ОСОБЕННО ВОСПРИИМЧИВЫМИ К КОГНИТИВНОЙ И ЭМОЦИОНАЛЬНОЙ ДИСФУНКЦИЯМ.

Жестокое обращение в детстве⁵⁰ в значительной степени вызывает более позднее диагностирование глубокой депрессии в подростковом и взрослом возрасте, а также позднее обнаружение шизофрении, пограничного расстройства личности и посттравматического стрессового расстройства.

Деликатный уход тоже имеет огромную ценность для ребенка. Например, нейробиолог Регина Салливан из Медицинской школы Нью-Йоркского университета обнаружила, что у крысят, испытывающих боль, несколько сотен генов активнее, чем у крысят, с ней не знакомых. Однако в присутствии их матерей менее ста генов аналогичным образом экспрессировались (активировались). Салливан успешно продемонстрировала, что мать, успокаивающая своего ребенка во время боли, изменяет активность генов в части мозга, отвечающей за эмоции (миндалевидное тело), и таким образом вызывает положительную краткосрочную поведенческую реакцию у ребенка⁵¹.

Это имеет важные последствия для понимания биологии привязанности и связи в послеродовой период. Каждое проявление материнской привязанности изменяет активность генов в мозге ее ребенка, что приводит к постепенному развитию у младенца ответной привязанности. Улыбка ребенка, в свою очередь, вызывает эпигенетические изменения у матери, а повторение этого взаимодействия с течением времени в конечном счете способствует развитию взаимной любви.

Трансгенерационное наследование через два и три поколения (F2 и F3)

F2 и F3 используются, чтобы обозначить влияние родительского поведения, стресса или травмы на внуков и правнуков⁵². Эти эффекты часто зависят от пола.

Я восхищаюсь исследованием, проведенным в Эморийском университете. Оно очень простое и прямолинейное. Исследователи проверили, как определенные запахи, которым подвергались родители⁵³, могут влиять на поведение и мозг их потомков в разных поколениях. Ученые поражали лабораторных мышей-самцов электрическим током каждый раз, когда они подвергались воздействию запаха ацетофенона – химического вещества, используемого в парфюмерии. В результате этого классического метода воздействия мыши стали беспокоиться при одном только запахе ацетофенона. Их дети тоже стали бояться этого запаха, хотя никогда и не подвергались подобному влиянию.

Мыши не проявляли никакой реакции на другие запахи и не испытывали страха при звуках или различных типах предупреждений. Чтобы подтвердить это, ученые даже взяли сперму у первой группы мышей, а затем использовали метод экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) для имплантации спермы в самок из другой лаборатории. Беременных мышей выращивали изолированно, вдали от любых контактов с другими мышами, и все же их дети по-прежнему демонстрировали повышенную чувствительность к исходному запаху.

Аналогичные результаты получили австралийские исследователи, изучавшие мышей, зараженных паразитом, вызывающим токсоплазмоз. Они обнаружили, что сперма инфицированных отцов несла измененную эпигенетическую сигнатуру, которая влияла на мозг будущего потомства. Молекулы в сперме, так называемые микроРНК⁵⁴, по-видимому, влияют на развитие мозга и поведение потомства (подробнее о микроРНК см. на стр. 41). Трансгенерационное наследование подобных эпигенетических модификаций было связано с нервно-психическими расстройствами у детей и внуков этих мышей.

Другие исследователи изучили влияние стресса на четыре поколения крыс⁵⁵ и обнаружили, что однократное воздействие стресса на беременных матерей увеличивает риск преждевременных родов и негативно сказывается на их потомстве во многих областях. Ученые подчеркнули, что причины многих сложных заболеваний, скорее всего, коренятся в опыте наших предков.

Воздействие никотина и других компонентов сигаретного дыма на матерей признано значительным фактором риска развития поведенческих расстройств, включая синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) у многих поколений потомков. Чтобы выяснить, относится ли то же самое к отцам, исследователи из Университета штата Флорида в Таллахасси подвергали мышей-самцов воздействию низких доз никотина⁵⁶ в питьевой воде на этапе жизни, когда мыши производят сперму.

Затем они скрестили этих мышей с самками, которым никогда не давали никотин. В то время как отцы вели себя нормально, дети обоих полов проявляли гиперактивность, дефицит внимания и когнитивную ригидность. Когда самок мышей из этого поколения скрестили с самцами, никогда не получавшими никотин, у потомства мужского пола наблюдался меньший, но все же значительный дефицит когнитивной гибкости⁵⁷. Анализ сперматозоидов от самцов, изначально подвергнутых воздействию никотина, показал, что несколько генов изменились эпигенетически, включая ген рецептора дофамина D2, участвующего в развитии мозга и обучении. Такой результат предполагал, что эти изменения способствовали возникновению когнитивных нарушений у потомства, но обращал внимание на необходимость проведения дополнительных исследований того, как на здоровье детей влияет курения отца⁵⁸.

Как насчет бабушек и дедушек, которые курят? Что ж, у нас тоже есть исследование по этому поводу. Проанализировав данные о более чем 14 500 детях, родившихся в Соединенном Королевстве в 1990-х годах, эпидемиологи из Бристольского университета обнаружили, что у людей, у которых бабушки по материнской линии курили во время беременности, риск развития аутизма повышался на 53 %. Исследование также показало, что девочки, чьи бабушки по материнской линии курили⁵⁹ во время беременности, на 67 % чаще имели черты, связанные с аутизмом. Исследователи продемонстрировали, что по двум признакам (социальное общение и патологически циклические действия) внучки пострадали гораздо больше, чем внуки.

Сегодня в большинстве стран мира марихуана воспринимается как безвредная или, по крайней мере, менее вредная, чем алкоголь. Исследователи из Университета Дьюка доказали, что это убеждение необоснованно. Они проанализировали различия между спермой мужчин, которые курили или употребляли марихуану⁶⁰ другими способами, и контрольной группы, не имевшей такого опыта. Исследователи выявили значительное гипометилирование в сперме мужчин, употреблявших марихуану, в гене, который связан с аутизмом, шизофренией и посттравматическим стрессовым расстройством, однако не нашли того же у представителей контрольной группы. Это гипометилированное состояние также обнаружили в области переднего мозга крыс, рожденных от отцов, подвергшихся воздействию ТГК⁶¹, что приводило к когнитивному дефициту.

Исследователи из Медицинской школы Маунт-Синай⁶² в Нью-Йорке, решив изучить больше психологических проблем с далеко идущими последствиями, подвергли взрослых мышей-самцов хроническому стрессу от социального поражения⁶³. Затем они скрестили мышей, переживших стресс, и контрольную группу мышей-самцов с нормальными мышами-самками. Как только родилось потомство, мышат оценили с помощью различных стандартных тестов на наличие симптомов депрессии и тревожности. Также в двух группах новорожденных мышей измерили уровни кортикостерона и фактора роста эндотелия сосудов в плазме крови.

Отпрыски как мужского, так и женского пола от отцов, подверженных хроническому стрессу, демонстрировали ярко выраженное депрессивное и тревожное поведение. У них также наблюдались повышенные базальные уровни кортикостерона в плазме крови и сниженные уровни фактора роста эндотелия сосудов, оба из которых тесно связаны с депрессией. Подобные результаты, полученные в экспериментах на мышах, показывают, что часть индивидуального риска развития клинической депрессии или других расстройств, связанных со стрессом, может определяться воздействием стресса на протяжении всей жизни отца ребенка.

Исследования, проведенные многими ведущими исследовательскими институтами, подтверждают, что интенсивные переживания, с которыми сталкиваются родители при жизни, могут с помощью механизма трансгенерационного наследования влиять на физическое и психическое здоровье их детей на протяжении бесчисленных поколений. Хотя в настоящее время это и трудно доказать, растущая волна подтверждающих исследований, похоже, продвигает гипотезу о том, что многие случаи необъяснимых фобий, тревог, расстройств настроения или личностных черт также связаны с трансгенерационным наследованием.

Травма

Давайте перейдем к часто обсуждаемой в наши дни теме – к травме. Ее обычно определяют как событие, которое вызывает сильный страх, беспомощность или ужас. Посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) – это особый тип травмы. По сути, оно возникает, когда человек чувствует себя подавленным и беспомощным в опасной для жизни ситуации. Как засвидетельствовали многие ветераны, ПТСР имеет длительные и часто изнурительные последствия.

За последние 50 лет ученые написали более 500 статей о передаче травмы от поколения к поколению. Многие исследования ставят под сомнение эту концепцию, другие поддерживают ее. Детский психоаналитик Анна Фрейд впервые описала трансгенерационную передачу травмы⁶⁴ в 1942 году. В том же году Дороти Берлингем, детский психоаналитик, педагог, давний друг и партнер Анны Фрейд, упомянула о бессознательных сообщениях, передаваемых между матерями и детьми во время немецкой бомбардировки Лондона в ходе Второй мировой войны.

Маргарет Малер, детский психоаналитик из Соединенных Штатов, в 1968 году заметила, что мать и ее ребенок, находящийся в младенческом возрасте, с психологической точки зрения функционируют почти как единое целое. Она считала, что психические границы матери и ребенка⁶⁵ гибки. Два десятилетия спустя профессор социальных наук из племени коренных американцев лакота по имени Мария Желтая Лошадь Храброе Сердце придумала термин «историческая травма»⁶⁶. Под ним подразумевался «совокупный эмоциональный и психологический ущерб, наносимый на протяжении всей жизни и передающийся из поколения в поколение».

Как показала приведенная выше краткая ретроспектива, в прошлом психологи и психиатры рассматривали передачу травмы из поколения в поколение как чисто психологический феномен. Согласно этой теории, начиная с момента зачатия беспокойство матери, бессознательные фантазии, восприятие и ожидания передаются разуму и телу ребенка посредством вербальных и невербальных сигналов. Родители, пережившие травму, могут постоянно говорить или, что бывает чаще, никогда не говорить об этом вовсе. Просто проживание с человеком, страдающим от ПТСР, может быть травмирующим. Дети в таких семьях испытывают свое собственное ПТСР, «осторожничая» с родителями⁶⁷, задаваясь вопросом, что те скрывают.

Идея о том, что родительский травмирующий опыт может передаться последующим поколениям, получила признание в научных кругах в конце 1970-х и начале 1980-х годов.

С середины 1980-х контролируемые исследования детей, переживших холокост⁶⁸ (к тому моменту уже взрослых), показали повышенную подверженность ПТСР, недоверие к миру, нарушение родительских функций, склонность к хронической меланхолии, неспособность выражать чувства, предрасположенность к постоянному страху опасности, тревоге от разлуки, пограничным проблемам и другим психическим расстройствам.

Сегодня мы знаем, что высказанные или невысказанные мысли родителей с ПТСР могут повлиять на ребенка как на биологическом, так и на психологическом уровне. Точно так же, как родители передают генетические характеристики своим детям, они передают все виды приобретенных, то есть эпигенетических, характеристик, особенно если те возникли в результате сильных эмоциональных переживаний, таких как голод, насилие или трагическая потеря близких⁶⁹. Подобные травмирующие события оставляют отпечаток на генетическом материале в половых клетках отдельных людей и могут передаваться их детям, внукам и так далее.

Рэйчел Иегуда, профессор психиатрии и неврологии из Медицинской школы Маунт-Синай, взялась изучать детей тех, кто пережил холокост. Она обнаружила, что у них в три раза чаще развивалось посттравматическое стрессовое расстройство, когда они подвергались травмирующему событию, чем у демографически сопоставимых родителей и их детей из контрольных групп. Кроме того, у этих детей были те же нейроэндокринные (гормональные) отклонения⁷⁰, которые наблюдались у переживших холокост и лиц с посттравматическим стрессовым расстройством⁷¹.

После террористических атак 11 сентября 2001 года Иегуда и ее коллеги провели проспективное исследование 38 женщин, которые были беременны 11 сентября⁷² и находились либо во Всемирном торговом центре, либо рядом с ним во время нападения. Дети женщин, получивших травму в результате теракта, впоследствии проявляли повышенную реакцию на стресс при появлении новых стимулов. Дети с сильнейшей реакцией на бедствие родились у матерей, которые на момент нападения находились на втором или третьем триместре⁷³.

Нейробиологи из Цюрихского университета исследовали влияние ранней травмы, искусственно отлучая мышей-самцов от их матерей⁷⁴ в случайный момент в первые две недели жизни. Когда эти мыши стали взрослыми, они с бóльшим опасением относились к открытым пространствам и ярко освещенным помещениям, чем мыши, которых не разлучали с матерями. Если бы они были людьми, мы бы считали их невротиками. Эти изменения в поведении присутствовали у потомства мышей, которое также проявляло изменения в метаболизме, и у детей их детей. Это исследование впервые успешно продемонстрировало, что травматические переживания влияют на обмен веществ и что эти изменения являются наследственными.

Многочисленные исследования грызунов и приматов⁷⁵ также показали, что ранняя травма вызывает длительные изменения в нервных функциях и поведении⁷⁶. Одним из медиаторов этого процесса может быть вышеупомянутый белок BDNF, который вызывает изменения в одноименном гене.

Как передаются эпигенетические изменения

Большая часть исследований в области эпигенетики были сосредоточены на эпигенетических механизмах, связанных с ДНК и определенными молекулами (метильными и ацетильными группами), которые присоединяются к ДНК. Среди генетиков ведется много дискуссий о том, как эпигенетические изменения передаются через сперматозоиды и яйцеклетки. Классический генетический код – это не единственный код, участвующий в регуляции клеточной дифференцировки и поведения многоклеточных организмов. Существует второй уровень контроля, который способствует регуляции активности генов, и он основан на химических модификациях гистоновых белков. Я кратко упомянул гистоны в начале этой главы. До сих пор они привлекали относительно мало внимания. Гистоны отличаются от ДНК, но соединяются с ней во время формирования клетки, действуя в каком-то смысле как катушка, вокруг которой наматывается ДНК.

В ходе совместной работы Макгиллского университета и швейцарских исследователей было обнаружено, что гистоны являются частью содержимого сперматозоидов, передаваемого при оплодотворении. Исследователи вывели мышей, у которых слегка изменили биохимическую информацию о гистонах во время образования сперматозоидов, и на два поколения их потомства⁷⁷ это оказало негативное влияние как с точки зрения развития, так и со стороны выживания.

Эти результаты весьма примечательны, поскольку они указывают на то, что не только ДНК участвует в наследуемости. В исследовании подчеркивается важнейшее влияние отцов на здоровье⁷⁸ их детей и даже внуков.

Другой предлагаемый механизм регуляции генов включает небольшие некодирующие РНК, называемые микроРНК⁷⁹, обнаруженные во многих типах клеток млекопитающих, включая сперму. Около 60 % генов человека и других млекопитающих, по-видимому, являются мишенями микроРНК. МикроРНК представляют собой недавно открытый тип генного регулятора⁸⁰: каждая из них контролирует отдельный набор генов. МикроРНК оказываются главными регуляторами практически всех клеточных процессов, контролируя множество из них, в частности клеточный цикл, передачу сигналов и энергетический метаболизм⁸¹.

В исследовании Медицинской школы Университета Тафтса⁸² самцы мышей, подвергавшиеся хроническому стрессу из-за социальной нестабильности в подростковом возрасте, передавали связанное со стрессом поведение потомкам женского пола по крайней мере через три поколения, даже если те никогда не испытывали значительного стресса или не взаимодействовали с предками по мужской линии. Ученые обнаружили, что одной из составных частей этого эффекта являются микроРНК сперматозоидов.

Известно, что на экспрессию микроРНК сперматозоидов у людей влияют факторы окружающей среды, такие как курение и ожирение. Однако группа ученых из Делавэрского университета первой продемонстрировала изменения микроРНК сперматозоидов в ответ на стресс у людей и заговорила о вероятности того, что микроРНК сперматозоидов могут служить биомаркером раннего жестокого обращения, а также повышенной восприимчивости потомства к психическим расстройствам.

МикроРНК играют важную роль в защите организма от вторжений вирусов⁸³, что мы осознали, когда разразился кризис, вызванный COVID-Они делают это, захватывая и разрезая РНК-материал вируса. Одна из причин того, что вирус COVID-19 оказал такое разрушительное воздействие на пожилых людей и людей с сопутствующими болезнями, заключается в том, что по мере старения и развития хронических заболеваний количество микроРНК уменьшается, из-за чего снижается способность уничтожать вторгающиеся в организм вирусы.

Новые подробности о микроРНК успешно выяснили нейробиологи из Мэрилендского университета, изучающие внеклеточные везикулы⁸⁴. Мужской репродуктивный орган – придаток яичка, в котором созревает сперма, – это место, откуда происходят эти крошечные везикулы, наполненные микроРНК. Везикулы сливаются со сперматозоидом, чтобы изменить полезный груз, доставляемый яйцеклетке. Придаток яичка реагирует на стресс отца изменением содержимого этих везикул.

Внеклеточные везикулы стали важными посредниками в межклеточной коммуникации, то есть они участвуют в передаче биологических сигналов между клетками. Было установлено, что они регулируют широкий спектр биологических процессов, воздействие стресса, а также приводят к развитию инфекций, рака и нейродегенеративных заболеваний. Внеклеточные везикулы помогают передавать информацию между клетками и от родителей к потомству. В важном отступлении от прошлых предположений ученые, ведущие исследование в Мэрилендском университете, приняли идею о том, что сперма может быть подвержена влиянию факторов окружающей среды⁸⁵.

Аналогичным образом накапливаются доказательства⁸⁶ того, что предшествующее зачатию воздействие определенных факторов образа жизни, таких как питание, физическая активность и курение, влияет на развитие следующего поколения посредством изменений эпигенома сперматозоидов.

Связанное с этим исследование, проведенное в Медицинской школе Массачусетского университета⁸⁷, показало, что эмбрионы, оплодотворенные спермой из отдаленной части придатка яичка, где сперматозоиды еще не набрали полезную нагрузку регуляторных РНК, демонстрируют нарушение регуляции генов на ранних стадиях развития, что мешает им эффективно имплантироваться в эндометрий матки. Иначе говоря, микроРНК в сперме необходимы для здоровой беременности.

В последнее десятилетие ученые установили, что небольшие молекулы РНК можно обнаружить вне клеток – в крови, моче, слезах, спинномозговой жидкости, грудном молоке, амниотической жидкости, семенной жидкости и др. Более того, ученые обнаружили, что небольшие фрагменты циркулирующей РНК могут отражать определенные состояния, такие как наличие раковой опухоли или расстройств, возникающих во время беременности.

В то время как некоторые ученые по-прежнему скептически относятся к мнению, что внеклеточная РНК и ДНК представляют собой нечто большее, чем мусор, объединенная команда нейрогенетиков из Оксфордского университета и Массачусетской больницы общего профиля рассматривает их как недавно открытую форму связи между клетками⁸⁸, которая сильно влияет на здоровье человека. Например, многочисленные исследования предполагают, что микроРНК действуют, как инструкции, которые помогают координировать иммунный ответ.

Я полностью согласен с Маркусом Пембри, почетным профессором детской генетики из Университетского колледжа Лондона, который уже более 10 лет отстаивает идею эпигенетического наследования. Пембри сказал: «Исследователям общественного здравоохранения давно пора⁸⁹ серьезно отнестись к реакциям людей на трансгенерационные переносы». Я подозреваю, что мы не сумеем понять причину роста распространенности нейропсихиатрических расстройств, ожирения, диабета и нарушений обмена веществ без применения подхода, при котором рассматриваются сразу несколько поколений.

Личная эпигенетика

В течение долгого времени мы знали, что разум влияет на тело, а тело – на разум. Например, люди, находящиеся в состоянии стресса, чаще заболевают, а люди, болеющие гриппом, часто чувствуют себя подавленными и даже впадают в депрессию⁹⁰. С другой стороны, занятия деятельностью, которая вас привлекает и удовлетворяет, поиск смысла вне себя, наличие друзей, супруга и близости – все это тесно связано со счастьем, которое, в свою очередь, связано с хорошим здоровьем.

На медицинском языке взаимный процесс называется психосоматической медициной, или медициной тела и разума.

Другой способ, при помощи которого разум может воздействовать на тело, – это широко распространенная практика медитации. Согласно исследованию, проведенному в Висконсине, восьмичасовая медитация на внимательность, альтруистическую любовь и сострадание вызывает серьезные эпигенетические изменения.

Исследователи обнаружили, что, по сравнению с контрольной группой, члены которой не медитировали, но занимались досугом в той же обстановке, медитирующие оказались более устойчивы к инфекциям и болезням в целом. Медитирующие достигли положительной, полезной⁹¹ эпигенетической трансформации путем саморегуляции. Я думаю, нам всем пошло бы на пользу пойти по стопам медитирующей группы.

Давайте посмотрим на другое исследование, посвященное саморегуляции. Исследователи разделили 84 гостиничных горничных в Нью-Йорке на две группы⁹². Одной группе сказали, что работа, которую они выполняют, является хорошим упражнением и соответствует рекомендациям по активному образу жизни. Эта информация стала эквивалентом плацебо. Другой (контрольной) группе данную информацию не предоставили. Хотя фактическое поведение не изменилось, через четыре недели после начала эксперимента информированная группа почувствовала, что наблюдает значительно больше физических изменений, чем раньше. По сравнению с контрольной группой у них наблюдалось снижение веса, артериального давления, жировых отложений, соотношения талии и бедер и индекса массы тела. Женщины в экспериментальной группе работали не усерднее, чем представительницы контрольной, но их система убеждений фактически изменила то, как функционировали их тела.

Рассматривая эти исследования в совокупности, можно сказать: они ясно показывают, что наши мысли и чувства гораздо сильнее, чем мы предполагаем. Мысль – это набор запускаемых нейронов, которые посредством сложной мозговой проводки активируют множество пересекающихся путей: эмоциональные и болевые центры, воспоминания, автономную нервную систему, геном и другие части телесного разума. Геном равно реагирует как на внешние стимулы (окружающую среду), так и на внутренние (мысли, чувства, настроение).

Хорошие новости

Согласно новому исследованию, проведенному в Хельсинкском университете, у любителей классической музыки во время прослушивания Концерта для скрипки № 3 соль мажор Моцарта⁹³ повышается активность генов, участвующих в секреции и транспортировке дофамина, синаптической нейротрансмиссии, обучении и памяти, а также понижается активность генов, опосредующих разрушение нейронов. Все это идет на пользу организму, что означает лишь одно: нечто приятное может изменить экспрессию генов.

То, как мы проживаем свою жизнь, может оказать существенное влияние на процессы старения и развития болезней, включая рак. Что касается физической стороны вопроса, то исследователи из Базельского университета обнаружили, что аспирин и заместительная гормональная терапия⁹⁴ снижают скорость метилирования генов, связанных с раком толстой кишки, в то время как курение и высокий индекс массы тела (ИМТ) повышают ее.

Стив Коул, профессор медицины, психиатрии и поведенческих наук из Медицинской школы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, написал много работ на тему саморегуляции. Он считает – и я полностью с ним согласен, – что мы являемся архитекторами своих жизней⁹⁵ в большей степени, чем привыкли считать.

Наш субъективный опыт обладает большей силой, чем объективная ситуация.

Если мы будем хорошо к себе относиться, то заметим не только улучшение самочувствия, но и отношений с другими людьми. Другие будут любить и уважать нас, что, в свою очередь, заставит нас чувствовать себя еще лучше. Таким образом, мы создаем самоусиливающуюся систему вознаграждения, основанную на эпигенетике.

Тщательный обзор медицинской литературы для определения силы связи между оптимизмом и физическим здоровьем⁹⁶ показал, что оптимизм является важным предиктором положительной динамики при сердечно-сосудистых заболеваниях, а также влияет на иммунную функцию, рак, осложнения, связанные с беременностью, и физические симптомы, такие как боль. Люди, которые полны энтузиазма и надежды и радуются жизни⁹⁷ – то, что психологи называют позитивным мышлением, – с меньшей вероятностью будут испытывать возрастное нарушение памяти. Это не означает, что они никогда не заболеют (психически или физически), но оптимисты, у которых диагностировано биполярное расстройство⁹⁸, способны справляться с болезнью лучше, чем пессимисты. То же самое относится и к людям, страдающим депрессией⁹⁹. Все эти и многие другие данные дополняют растущий объем исследований, посвященных влиянию оптимистичного взгляда на здоровье.

Конечно, я не предлагаю подход «играй роль, пока роль не станет тобой». Стимулирование творчества, воображения, рефлексии и осмысленной и активной жизни требует труда, но является инвестицией в ваше общее благополучие – и, возможно, благополучие ваших детей.

Резюме

В 1850-х годах, когда Дарвин впервые выдвинул теорию естественного отбора, лежащие в его основе механизмы генетики оставались загадкой. Однако за последние 50 лет достижения в области генетики и молекулярной биологии привели к развитию неодарвинистской теории эволюции, основанной на эпигенетике. Наш обзор недавних открытий в области эпигенетики совершенно ясно показал, что природа (гены) и воспитание (окружающая среда) работают согласованно. За болезнь или черту личности отвечает множество факторов, а не что-то одно. Единственное, что мы знаем наверняка: мы являемся продуктом взаимодействия этих сил. Пока мы дышим, мы находимся в процессе работы, приспосабливаясь к постоянно меняющимся условиям. Эпигенетические модификации – это динамичные и потенциально обратимые процессы, которые происходят в течение всей нашей жизни.

В свете приведенных выше исследований, которые не претендуют на то, чтобы быть исчерпывающими, а, скорее, являются репрезентативными для данной области, имеются убедительные биологические доказательства трансгенерационной передачи травмы потомству как отцами, так и матерями. Вероятными семейными факторами являются микроРНК и длинные некодирующие РНК, а также эпигенетические изменения в материнских и отцовских половых клетках. В случае с отцами важную роль играют внеклеточные везикулы. Что касается матерей, то тут важен инсулиноподобный белок и программирование гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы ее ребенка во время беременности¹⁰⁰.

Эпигенетическая гипотеза о влиянии окружающей среды¹⁰¹ на физическое и эмоциональное здоровье продолжает набирать популярность. Что еще важнее, четкие и убедительные данные фундаментальных и клинических исследований, проведенных в ведущих университетах, указывают на то, что организм приспосабливается к изменениям в окружающей среде посредством изменений в экспрессии своих генов. Следовательно, еще до зачатия потомства жизненный опыт родителей¹⁰² и воздействие окружающей среды изменяют их половые клетки и, в свою очередь, влияют на развитие и здоровье не только их детей, но и внуков и правнуков¹⁰³. Аналогичным образом страхи, тревоги и личностные качества детей могут зависеть от образа мыслей родителей. Кроме того, убедительные научные данные показывают, что наша социальная жизнь может изменять экспрессию генов с быстротой, широтой и глубиной, ранее нам неизвестными. Гены не делают нас теми, кто мы есть. Экспрессия генов отвечает за это, и она меняется в зависимости от того, какую жизнь мы ведем.

ПИЩА, КОТОРУЮ МЫ ЕДИМ, ВОДА, КОТОРУЮ МЫ ПЬЕМ, ВОЗДУХ, КОТОРЫМ МЫ ДЫШИМ, НАШИ МЕЖЛИЧНОСТНЫЕ ОТНОШЕНИЯ И ОТНОШЕНИЕ К САМИМ СЕБЕ – ВСЕ ЭТО ВЛИЯЕТ НА НАС НА ГЛУБОКОМ БИОЛОГИЧЕСКОМ УРОВНЕ, КОТОРЫЙ, В СВОЮ ОЧЕРЕДЬ, ВЛИЯЕТ НА НАШИ УМЫ.

Имеют ли значение гены? Конечно. Но то же самое относится и к физической, психологической и социальной средам, которые влияют на нас не только с рождения, но и во время нахождения в утробе матери и в момент зачатия. А также, во многих отношениях, на нас сказывается качество жизни нескольких поколений наших предков¹⁰⁴. Развитие эпигенетики разрушило старую дарвиновскую парадигму генетики.

Ключевые выводы

♦ Физическое и психическое здоровье взрослого человека в значительной степени зависит от ранней внутриутробной среды;

♦ ребенок в утробе старается подготовиться к внешней среде, с которой столкнется при рождении, при помощи пренатальных эпигенетических изменений;

♦ жизненный опыт родителей может повлиять на развитие и здоровье их потомков;

♦ в частности, было показано, что употребление никотина, каннабиса и алкоголя родителями вызывает неблагоприятные последствия для развития нервной системы потомства;

♦ травматический опыт родителей приводит к повышенной чувствительности к травматическим событиям у потомства, и это влияние может сохраняться в течение нескольких поколений;

♦ активность генов увеличивается или уменьшается в ответ на изменения в окружающей среде;

♦ взаимодействие с другими людьми и самим собой быстро приводит к изменениям в поведении и экспрессии генов в мозге;

♦ гены не делают нас теми, кто мы есть, так как за это отвечает экспрессия генов, меняющаяся в зависимости от того, какую жизнь мы ведем.

Глава вторая
Мозг: как он запоминает то, что запоминает

Обучение и память – две самые замечательные способности нашего разума. Обучение – это биологический процесс приобретения новых знаний о мире, а память – это процесс их сохранения, восстановления и получения доступа к ним с течением времени. Одна из самых сложных проблем в нейробиологии заключается в следующем: как кратковременные химические изменения приводят к чему-то долгосрочному вроде памяти?

Спросите большинство людей, где находится память их тела, и они, скорее всего, посмотрят на вас так, как будто хотят сказать: «Что за глупый вопрос! В мозге, конечно». Однако все не так однозначно. На самом деле, бывают случаи, когда мозг никак не отвечает за то, что мы знаем и как действуем.

В этой и следующих главах я расскажу об обширном исследовании, которое оспаривает широко распространенный кортикоцентрический взгляд на память и разум. Вместо этого я предложу более целостное объяснение взаимодействия тела и разума – теорию телесного разума.

Нейробиология в двух словах

Обычно мозг взрослого человека весит около полутора килограммов и состоит из воды примерно на 75 %. В нем содержится около 100 миллиардов нейронов (столько же звезд находится в нашей Галактике), встроенных в каркас из 100 миллиардов глиальных клеток. Каждый нейрон может иметь 1000-10 000 синапсов (соединений с другими нейронами), а их наиболее активный период пролиферации приходится на середину второго триместра, когда каждую минуту создается 250 000 нейронов.

В мозге нет болевых рецепторов, из-за чего он не чувствует боли, но есть 160 000 километров кровеносных сосудов. Хотя в прошлом считалось, что при рождении у нас есть определенное количество нейронов, которое останется неизменным всю жизнь, теперь мы знаем, что новые нейроны создаются каждый день.

Ранний опыт оказывает решающее влияние на архитектуру мозга, а также на характер способностей взрослого человека. Развитие мозга нелинейно: существуют лучшие и худшие времена для приобретения различных видов знаний и навыков. К тому времени, когда дети достигают трехлетнего возраста, их мозг в два раза активнее, чем у их педиатра. Однако имейте в виду, что уровень мозговой активности заметно снизится к подростковому возрасту.

Нервная система человека состоит из центральной нервной системы (ЦНС) и периферической нервной системы (ПНС). ПНС дает начало автономной (вегетативной) нервной системе (АНС)¹⁰⁵, а та, в свою очередь, делится на симпатическую и парасимпатическую систему. АНС – это система управления, которая действует в основном бессознательно и регулирует такие функции организма, как частота сердечных сокращений, пищеварение, частота дыхания, зрачковый рефлекс, мочеиспускание и сексуальное возбуждение.

Симпатическая нервная система – это система «бей или беги», которая контролирует реакцию на стресс и находится в грудном и поясничном отделах позвоночника.

Парасимпатическая система – это система «отдыха и восстановления» или «питания и размножения». Она регулирует сокращение гладких мышц и берет начало в голове и крестцовом отделе позвоночника (треугольная кость в нижней части спины, образованная из сросшихся позвонков и расположенная между двумя тазовыми костями)¹⁰⁶.

Основной единицей центральной нервной системы является нейрон, или нервная клетка. Каждый нейрон имеет до 10 000 дендритов – крошечных нитей ткани, похожих на волоски, которые принимают сигналы, – и один аксон, более прочную структуру, через которую нейрон посылает сигналы другим клеткам. Нейроны не соприкасаются между собой. Каждый аксон производит около 160 различных нейромедиаторов, которые пересекают крошечный промежуток – синапс, чтобы внедриться в рецепторы дендритов, созданные для приема определенного нейромедиатора. Это что-то вроде стыковки шаттла с космической станцией.

Я уверен, что вы слышали о «Прозаке» – первом антидепрессанте нового класса препаратов, называемых селективными ингибиторами обратного захвата серотонина в сыворотке крови (СИОЗС). «Прозак» и другие СИОЗС занимают некоторые участки рецепторов серотонина на дендритах. Когда аксон вырабатывает серотонин, ему некуда деться, потому что другая космическая капсула, «Прозак», заняла его док-станцию. Следовательно, концентрация серотонина в головном мозге увеличивается. Многие ученые считают, что депрессия возникает из-за низкого уровня серотонина, хотя точная причина до сих пор не выяснена. Я не большой поклонник психотропных препаратов (лекарств от депрессии, тревожности и других эмоциональных проблем), но скажу, что видел ошеломляющие улучшения у некоторых пациентов в результате приема этих веществ.

Нейроны функционируют в сетях и отличаются от других клеток организма своей способностью передавать электрические и химические сигналы другим нейронам¹⁰⁷. Невероятно сложная сеть, состоящая из миллиардов связей в нервной системе, называется коннектомом.

Развитые когнитивные способности человеческого мозга объясняются недавно (за последние 100 000 лет) развившимся неокортексом (новой корой). Сравнение мозга человека и грызунов показывает, что кора головного мозга человека толще, содержит больше белого вещества, имеет более крупные нейроны, а ее многочисленные пирамидальные клетки, которые в основном отвечают за наше мышление, имеют больше синаптических связей. Группа исследователей¹⁰⁸, возглавляемая профессором Иданом Сегевом из Еврейского университета Иерусалима, провела прямые измерения мембранной емкости в пирамидальных клетках человека. Сегев продемонстрировал в своей работе, что нейроны коры головного мозга человека являются эффективными электрическими микрочипами, компенсирующими большой размер мозга и клеток у людей и более эффективно обрабатывающими сенсорную информацию. Концепция клеток как микрочипов занимает центральное место в гипотезе телесного разума и более подробно рассматривается в следующей главе.

Имеются убедительные доказательства того, что специфические нейромедиаторы, такие как адреналин, дофамин, серотонин, глутамат и ацетилхолин, участвуют в развитии памяти. Хотя и неизвестно, какую роль в этом процессе играет каждый из них, мы знаем, что связь между нейронами посредством нейромедиаторов имеет решающее значение для формирования новых воспоминаний.

Считается, что сила испытанных эмоций влияет на четкость воспоминаний, из-за чего моменты, сопровождаемые эмоциональным возбуждением, запоминаются лучше других. Это называется теорией эраузла.

Нейроны составляют всего 15 % мозга. Остальные 85 % состоят из глиальных клеток, которые продолжают расти в количестве до нескольких лет после рождения. Они направляют раннее развитие мозга и сохраняют здоровье нейронов на протяжении всей жизни. Глиальные клетки¹⁰⁹ строят каркас для нейронов, и, как следует из их названия (оно произошло от греческого слова γλοιός, что значит «клей»), они помогают удерживать нейроны вместе. Глиальные клетки могут влиять на функционирование нейронов¹¹⁰, даже если сами не могут генерировать электрические импульсы.

Человеческие нейроны очень похожи на нейроны других животных, так как используют одни и те же нейромедиаторы. Однако если сравнить мозг животных, поднимаясь по эволюционному древу, то можно увидеть, что чем выше вы поднимаетесь, тем больше в нем нейрональных глиальных клеток относительно количества нейронов. В течение многих лет глиальными клетками пренебрегали как простой замазкой, точно так же, как некодирующую ДНК считали мусором. На самом же деле глиальные клетки контролируют связь между нейронами¹¹¹ и играют важную роль в обучении.

Глиальные клетки делятся на три подгруппы: олигодендроциты, микроглии и астроциты.

Где хранятся наши воспоминания?

На следующих страницах я сначала опишу общепринятую гипотезу памяти, а затем приведу результаты исследований, которые разрушают старую парадигму.

Согласно этой теории, поступающие от наших органов чувств сигналы приводят к выработке специфических белков в нейронах, которые усиливают синапсы. Эти белки не только формируют синапс, но и кодируют воспоминания. Точно так же, как физические упражнения приводят к увеличению мышечной массы за счет производства новых белков, опыт создает воспоминания в синапсах¹¹² в потенциально целых нейронных сетях и областях мозга. Общая идея о том, что обучение вызывает модификацию синапсов¹¹³, приводя к хранению воспоминания в постоянно меняющемся пластичном мозге¹¹⁴, стала одной из догм современной неврологии и представляется в научной литературе и популярной прессе как установленный и общепринятый факт¹¹⁵.

Согласно этой господствующей точке зрения¹¹⁶ кратковременная память связана с функциональными изменениями в существующих синапсах, в то время как долговременная память связана с изменением количества синаптических связей и усилением существующих нейронных сетей мозга. Как вы поймете позже, это – весьма спорное утверждение¹¹⁷.

Лобная кора головного мозга может немедленно получать сенсорную информацию для использования в качестве кратковременной или рабочей памяти. Гиппокамп и области медиальных височных долей начинают кодировать новую информацию в долговременную память, создавая новые нейронные связи и укрепляя существующие. Извлечение эмоционально заряженных воспоминаний¹¹⁸ происходит с помощью миндалевидного тела, гиппокампа и системы префронтальной коры головного мозга.

Краткосрочные и долгосрочные воспоминания находятся в разных частях мозга. Если бы вы стимулировали затылочную кору с помощью крошечного электрического зонда, вы бы вызвали визуальные воспоминания; левая височная область воспроизводила бы звуки речи, слова, фразы и т. д. Соответствующие воспоминания хранятся в соседних областях. Стимуляция больших полей приведет к появлению более полных воспоминаний. Для запоминания впечатлений и фактов различные части мозга должны работать сообща. Большая часть этой взаимозависимости все еще не определена, однако широко распространено мнение, что в основном воспоминания хранятся в коре головного мозга и что центр управления, который генерирует содержимое памяти, а также извлекает воспоминания, расположен в средней части коры.

Эрик Кандел – профессор биохимии и биофизики из Колумбийского университета, который в 2000 году разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине с Арвидом Карлссоном и Полом Грингардом «за открытия, касающиеся передачи сигналов в нервной системе». Кандел проводил свои исследования на моллюске под названием аплизия, или морской заяц, у которого около 20 000 нервных клеток (в человеческом мозге их примерно 100 миллиардов). У моллюска развит простой рефлекс, с помощью которого он защищает свои жабры, и Кандел использовал его, чтобы изучить, как аплизия усваивает и запоминает стимулы. Он показал, что кратковременная память связана с повышенным уровнем нейромедиаторов в синапсах (места связи между нервными клетками), а изменение в уровнях белков в них необходимо для долговременной памяти. Узнав, как функционируют эти простые животные, он провел эксперименты на мышах. Эта работа помогла ему понять, что те же процессы, которые происходили в нервных клетках моллюсков, можно было наблюдать у млекопитающих, в том числе и людей.

Кандел пришел к выводу, что основным строительным блоком памяти является синапс¹¹⁹, где как пре-, так и постсинаптические элементы вместе с соответствующими глиальными процессами образуют целостную единицу с собственной идентичностью и явным «соседством». Увеличение силы связи внутри диффузной группы клеток в более сложной схеме прямой связи приводит к появлению инграмм (сложных воспоминаний) в собрании клеток.

Эрику Канделу, которого я уважаю и с которым искренне согласен, я аплодирую за утверждение, сделанное им в 2006 году: «В изучении хранения памяти мы находимся у подножия большого горного хребта… Чтобы можно было пройти путь от того места, где мы находимся, к тому, где хотим быть, должны произойти серьезные концептуальные сдвиги»¹²⁰. Однако я не верю в его теорию о том, что воспоминания хранятся в синапсах. В 2007 году Стефано Фуси и Ларри Эбботт призвали к радикальной модификации стандартной модели хранения памяти¹²¹, а в 2012 году Стюарт Файрстайн повторил это в своей книге «Незнание. Как оно управляет наукой», в которой также содержался призыв к отходу от гипотезы Кандела.

Недавние открытия

Интересно, что недавняя работа в этой области поставила под сомнение идею синаптической проводимости как основного механизма памяти. Группа Дэвида Гланцмана из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе била аплизию легкими разрядами тока, создавая воспоминание, выраженное в виде новых синапсов в мозге, об этом событии. Затем они перенесли нейроны из моллюска в чашку Петри и химически активировали в них память о потрясениях, после чего добавили к нейронам пропранолол. Препарат уничтожил синапсы, образовавшиеся у моллюска во время обучения. Когда нейробиологи исследовали клетки мозга, они обнаружили, что, даже когда синапсы были уничтожены, молекулярные и химические изменения указывали на то, что инграмма, или след памяти, сохранилась. Эти исследования показывают, что у аплизии воспоминания хранятся внутри нейронов¹²², и, весьма вероятно, то же верно и для всех остальных животных.

Исследователи из Пенсильванского университета¹²³, изучая мозг мыши, обнаружили, что ключевой метаболический фермент, называемый ацетил-КоА-синтетазой 2, или ACSS2, работает непосредственно в ядре нейронов¹²⁴, чтобы включать или выключать гены при создании новых воспоминаний¹²⁵.

Используя мышиные модели, исследователи из лаборатории Карлоса Лоиса¹²⁶ в Калифорнийском технологическом институте определили, что сильные стабильные воспоминания кодируются не за счет усиления связей с отдельным нейроном, как считалось до недавнего времени, а за счет синхронного срабатывания групп нейронов.

Наконец, Патрик Треттенбрейн из Отдела развития языка и когнитивных наук Грацского университета в Австрии в 2016 году написал статью под названием «Гибель синапса как локуса памяти: Надвигающийся сдвиг парадигмы?», в которой проанализировал доказательства и пришел к выводу, что синапс плохо подходит¹²⁷ на роль основного вместилища памяти в мозге. Неоднократно было доказано, что воспоминания сохраняются, несмотря на разрушение синапсов, и сами они переключаются с очень высокой скоростью, даже когда ничего не изучается. Принимая во внимание все вышесказанное, можем утверждать, что доводы против синаптической пластичности являются довольно убедительными.

Вот современная наиболее обоснованная научная точка зрения: чтобы обеспечить возможность познания и хранения воспоминаний¹²⁸, необходимо взаимодействие между тремя подвижными элементами – связывающим белком, структурным белком и кальцием, – что помогает электрическим сигналам поступать в нервные клетки и перестраивать цитоскелет. Цитоскелет представляет собой плотную сеть различных нитевидных белков во всех клетках с ядром – как у людей, так и у других животных, – эти белки необходимы для формирования, деления и миграции клеток. Актиновые филаменты, микротрубочки и промежуточные филаменты образуют основные компоненты цитоскелета. Именно в цитоскелетах внутри нейронов, по мнению некоторых ведущих ученых мира, и хранятся воспоминания.

Несколько лет назад биологи поняли, что один нейрон может функционировать как логический элемент, аналогичный тем, что используются в цифровых схемах. Недавно исследователи из Германии¹²⁹ обнаружили, что отдельные дендриты могут обрабатывать полученные от соседних нейронов сигналы, прежде чем передавать их в качестве входных данных для общей реакции клетки. Похоже, что крошечные отсеки в дендритных ветвях кортикальных нейронов могут выполнять сложные операции, связанные с математической логикой. Теоретически почти любое мыслимое вычисление может быть выполнено одним нейроном с достаточным количеством дендритов, каждый из которых способен выполнять свою собственную нелинейную операцию.

Нейрон, ведущий себя как многослойная сеть, обладает большими возможностями по обработке данных и, следовательно, может изучать или хранить больше информации. «Очень немногие люди восприняли всерьез идею о том, что нейрон может быть сложным вычислительным устройством»¹³⁰, – однажды заметил Гэри Маркус, ученый-когнитивист из Нью-Йоркского университета. Это открытие также способно побудить некоторых ученых-информатиков пересмотреть стратегии для создания искусственных нейронных сетей, которые традиционно строились на основе представления о нейронах как о простых, «неразумных» переключателях.

Дальнейшие исследования, проведенные нейробиологом Джеффри Маклисом из Гарвардской медицинской школы, затрагивающие процесс выполнения нейронами своих задач¹³¹, поставили под сомнение догму о том, что ядро и тело клетки являются центрами управления нейроном. Результаты Маклиса предполагают, что конусы роста – внешние кончики аксонов – способны получать информацию из окружающей среды, локально принимать сигнальные решения и функционировать полуавтономно без тела клетки. Конусы роста содержат большую часть молекулярного механизма независимой клетки, включая белки, участвующие в росте, метаболизме, передаче сигналов и многих других процессах.

В КАКОМ-ТО СМЫСЛЕ НАШИ ТЕЛА – ЭТО НЕ ИЕРАРХИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМЫЕ ГОСУДАРСТВА, А СКОРЕЕ ДЕМОКРАТИЧЕСКИЕ ОБЩЕСТВА, ГДЕ КАЖДАЯ КЛЕТКА И ВСЯКАЯ ЕЕ ЧАСТЬ ВНОСЯТ СВОЙ ВКЛАД В ОБЩЕЕ БЛАГО.

По словам Дугласа Р. Филдса, пишущего для журнала Scientific American, «нейроны – это изящные клетки¹³², специалисты по информации. А кто же простые рабочие лошадки? Разумеется, клетки глии». Интересно, что дочь доктора Филдса, Келли, произвела иммуноцитохимическое окрашивание и сделала микрофотографию. Когда она училась в начальной школе, доктор Филдс взял ее в свою лабораторию, чтобы поучаствовать в школьном проекте «Приведи свою дочь на работу». В настоящее время Келли уже 26 лет и она является штатным гидом по скалолазанию, о чем я узнал в личной беседе.

Астроциты, которые являются крупнейшими глиальными клетками, долгое время воспринимались как малозначимые¹³³, второстепенные игроки. Однако больше их таковыми не считают. Хотя астроциты и не могут генерировать электрические импульсы, они взаимодействуют друг с другом и с нейронами посредством повышения и понижения концентрации кальция. Они также выделяют глиотрансмиттеры – вещества, химически сходные с нейромедиаторами. Астроциты не только ощущают связь между нейронами в синапсах, но и могут контролировать нейронную коммуникацию.

В 2014 году профессор Терренс Сейновски – руководитель Лаборатории вычислительной нейробиологии Института Солка – и его коллеги показали, что отключение высвобождения глиотрансмиттеров¹³⁴ в астроцитах снижает электрический ритм, известный как гамма-колебания, важный для развития когнитивных навыков. Ученые проверили навыки обучения и памяти мышей с отключенными астроцитами и обнаружили у них нарушение способности познавать что-либо новое.

Астроциты человека в 20 раз крупнее по объему, чем астроциты грызунов, что значительно больше, чем соотношение количества нейронов человека и грызуна. Увеличение количества и сложности астроцитов в человеческом мозге вносит больший вклад в значительное увеличение объема мозга у людей и приматов, чем нейроны. Тот факт, что астроциты человека крупнее и сложнее, чем у других животных, говорит о том, что в ходе эволюции роль нейронной обработки расширилась.

Человеческие астроциты, вместо того чтобы «общаться» посредством электрических сигналов, как это делают нейроны, взаимодействуют с другими астроцитами и нейронами с помощью нейромедиаторов¹³⁵. Это позволяет им передавать сигналы в три раза быстрее.

Команда нейробиологов пересадила клетки человеческого мозга в мозг мышей и обнаружила, что скорость обучения и запоминания у этих грызунов намного выше, чем у обычных мышей. Примечательно, что пересаженные клетки были не нейронами, а клетками глии, которые неспособны передавать электрические сигналы. Результаты свидетельствуют о том, что обработка информации в мозге выходит за рамки механизма электрической передачи сигналов между нейронами.

Из-за своего размера астроциты охватывают большое количество нейронов и миллионы синапсов и, по-видимому, выводят функционирование нейронных сетей на качественно новый уровень. Неудивительно, что аргентинский специалист по нейроанатомии Хорхе Коломбо говорил о сетях астроглий¹³⁶ как о потенциальном ненейронном аспекте обработки информации, в котором глия объединяет нейроны и синапсы в функциональные ансамбли.

Международное исследование, проведенное учеными из Национального университета Ирландии в Голуэе¹³⁷, продемонстрировало, что взаимосвязь между структурой мозга и интеллектом затрагивает не только серое вещество, но и белое вещество мозга; другими словами, проводящую систему в целом. Профессор психиатрии из Стэнфордского университета Роберт Маленка заметил: «Рассматривая, как работает мозг¹³⁸, нам необходимо проанализировать и понять все типы клеток в мозге и то, как они взаимодействуют».

Спинной мозг, который, как и головной мозг, является частью ЦНС, состоит из нейронов и поддерживающих глиальных клеток. Исследователи из Монреальского университета, используя аппарат магнитно-резонансной томографии нового типа, впервые смогли доказать, что спинной мозг сохраняет усвоенные двигательные паттерны независимо от головного мозга. Также ученые доказали, что спинной мозг может обучаться двигательным навыкам¹³⁹ независимо от головного мозга. Следовательно, это исследование убедительно демонстрирует, что нейроны сохраняют воспоминания даже вне мозга.

В 1998 году «отец гастроневрологии» Майкл Д. Гершон, преподающий в Колумбийском университете, начал проявлять исследовательский интерес к нервной системе кишечника¹⁴⁰, или энтеральной нервной системе (ЭНС), и написал книгу «Второй мозг¹⁴¹. Как микробы в кишечнике управляют нашим настроением, решениями и здоровьем». С тех пор многие ученые находят доказательства в поддержку гипотез Гершона. Совсем недавно биологи с факультета биологии человека Мюнхенского технического университета рассмотрели доказательства интеллектуальных способностей ЭНС¹⁴². Они привели примеры привыкания, повышения осведомленности, обусловленного обучения и долгосрочной фасилитации¹⁴³. В своей статье они сформулировали это так: «Несмотря на некоторые экспериментальные проблемы, мы убеждены, что кишечник способен учиться, и испытываем искушение ответить на вопрос [Разумен ли кишечник?]: да, кишечник разумен».

Отходя от модели Кандела, я прихожу к следующему выводу: широко распространенное убеждение в том, что память хранится в синапсах, остро нуждается в обновлении¹⁴⁴. Открытия Гланцмана, Лоиса, Треттенбрейна и других нейробиологов, на которых я ссылался, указывают на то, что синапсы обеспечивают точки доступа к нейронам. Чем больше информации определенного типа поступает в совокупность нейронов, тем сильнее становятся их синапсы и тем больше воспоминаний будет храниться в нейронах и глиальных клетках.

Представьте на мгновение две деревни, разделенные густым лесом. Люди ходят по лесу между деревнями и при этом протаптывают узкую тропинку. Со временем население растет, и все больше людей ходит по этому пути. Тропинка становится шире. Затем люди ездят по ней верхом, позже – на экипажах, и тропинка постепенно становится широкой дорогой. Люди, которые путешествовали по ней, запомнят свой опыт и смогут поделиться им с другими. При ближайшем рассмотрении на дороге могут быть обнаружены следы ног или повозок, но не будет воспоминаний о людях и животных, которые следовали этим путем. Это – просто дорога.

Я предлагаю эту историю в качестве аналогии для связи синапсов с нейронами. Несомненно, синапсы будут становиться толще по мере прохождения через них большего количества информации, но информация в конечном счете попадет в нейроны и глиальные клетки, а затем в остальную часть тела, а не в синапсы.

В настоящее время точно установлено, что в дополнение к нейронам коры головного мозга глиальные клетки, функциональные нейроны спинного мозга и кишечника активно участвуют в регулировании процессов в нашем теле и разуме.

Когда нейроны исчезают бесследно

В животном мире огромные различия в размерах мозга не коррелируют с очевидными когнитивными способностями. Вороны, например, имеют мозг размером менее 1 % от человеческого, но все же совершают подвиги познания, сравнимые с теми, что наблюдаются у шимпанзе и горилл. Они также способны ставить себя на место других, распознавать причинно-следственные связи и делать выводы. Голуби могут выучить английскую орфографию на уровне шестилетних детей. Поведенческие исследования показали, что эти птицы способны создавать и использовать орудия труда, а также распознавать людей на улице, чего не удается даже многим приматам¹⁴⁵.

Ученые заметили, что некоторые виды осьминогов ищут и используют морские раковины и скорлупу кокосовых орехов в качестве орудий труда и защиты, в то время как другие виды собирают камни и размещают их перед логовищами, чтобы обезопаситься. Существует множество анекдотических историй о том, как осьминоги вырывались из резервуаров в аквариумах и стреляли струями воды в конкретных людей и оборудование.

ИСТОРИИ РАССКАЗЫВАЮТ, ЧТО ЖИВОТНЫЕ МОГУТ РАСПОЗНАВАТЬ ОТДЕЛЬНЫХ ЛЮДЕЙ И ДЕМОНСТРИРОВАТЬ ЭЛЕМЕНТ ПЛАНИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ СВОЕГО ОКРУЖЕНИЯ.

У осьминогов отсутствует центральный мозг¹⁴⁶. Каждое из восьми щупалец осьминога имеет большое количество нейронов, что эквивалентно наличию мозга в каждом придатке, который способен получать и обрабатывать информацию об окружающей среде. Вместо центральной нервной системы роль их мозга выполняет тело.

Эти данные ставят под сомнение четкую связь между размером мозга и когнитивными навыками, что подводит нас к следующей теме. Что происходит с человеком, когда его мозг критически поврежден или в значительной степени отсутствует? Радикальное удаление половины головного мозга¹⁴⁷ иногда используют в качестве лечения эпилепсии у детей¹⁴⁸. Говоря о группе из более чем 50 пациентов, прошедших эту процедуру, команда из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе¹⁴⁹ написала, что ученые были «поражены очевидным восстановлением памяти¹⁵⁰ после удаления половины мозга – любой половины – и сохранением индивидуальности ребенка, в том числе чувства юмора».

Теперь рассмотрим случай из Китая¹⁵¹. Двадцатичетырехлетняя женщина поступила в больницу общего профиля в провинции Шаньдун с жалобами на головокружение и тошноту. Она сказала врачам, что ее речь стала понятной только в возрасте шести лет, а до семи лет она не умела ходить.

Используя метод компьютерной аксиальной томографии для снимка поперечного сечения тела, врачи немедленно выявили источник проблемы: у нее отсутствовал весь мозжечок¹⁵². В месте, где он должен находиться, вообще не было ткани – вместо этого оно было заполнено спинномозговой жидкостью. Врачи предположили, что нормальная функция мозжечка могла передаться коре головного мозга, но так ли это было? Мы вскоре вернемся к этому объяснению.

Медицинская литература содержит удивительное количество известных случаев, когда у людей отсутствовала значительная часть коры головного мозга – внешнего слоя мозговой ткани, который считается центром мыслящего мозга. В настоящее время живая и здоровая десятилетняя немецкая девочка¹⁵³ – одна из них. Она родилась без коры правого полушария головного мозга, что обнаружилось только в возрасте трех лет. По словам Ларса Макли из Университета Глазго, который руководил исследованием, несмотря на отсутствие у пациентки одного полушария, она демонстрировала нормальное психологическое функционирование и могла жить совершенно обычной и полноценной жизнью. Он описал ее как остроумную, очаровательную и умную.

В статье под названием «Действительно ли необходим мозг?» научный писатель Роджер Левин рассмотрел серию из 600¹⁵⁴ описанных английским педиатром Джоном Лорбером случаев заболевания гидроцефалией – избытка спинномозговой жидкости – широко известной как водянка головного мозга. В 60 из этих случаев жидкость занимала 95 % черепа больных, и все же у половины из них IQ был выше среднего. Среди них был даже студент с IQ 126, который получал высшие баллы по математике и по общественным меркам считался нормальным. В этом случае Лорбер отметил, что вместо ткани мозга типичной толщины 4,5 см между желудочками и поверхностью коры¹⁵⁵ был всего лишь тонкий слой мантии размером около миллиметра. Череп в основном заполняла спинномозговая жидкость.

В июле 2007 года 44-летний француз¹⁵⁶ обратился в больницу с жалобами на легкую слабость в левой ноге. Когда врачи узнали, что мужчине в возрасте 14 лет удалили спинномозговой шунт, они провели компьютерную томографию (КТ) и магнитно-резонансную томографию (МРТ). Они обнаружили заполненную жидкостью полость, занимающую большую часть пространства в его черепе и оставившую место лишь для тонкого слоя настоящей мозговой ткани. В то время как мозг практически отсутствовал, тесты на интеллект показали, что IQ пациента составлял 75 (средний балл – 100). Сегодня это считалось бы пограничным интеллектуальным функционированием¹⁵⁷.

Пациент состоял в браке, стал отцом двоих детей и работал государственным служащим – иначе говоря, вел нормальный образ жизни, несмотря на то что у него были чрезвычайно увеличенные желудочки с уменьшенным объемом мозговой ткани. «Что я нахожу удивительным¹⁵⁸, так это то, как мозг может справляться с явлениями, которые мы считали несовместимыми с жизнью», – прокомментировал доктор Макс Мюнке, специалист по детским дефектам головного мозга из Национального исследовательского института генома человека.

Нейробиологи объясняют почти нормальное поведение¹⁵⁹ людей с гидроцефалией нейропластичностью. Предлагаемые механизмы включают нейрогенез, т. е. создание новых нейронов, запрограммированную гибель клеток (версия, вызывающая вопросы!) и зависящее от опыта формирование синапсов.

Аргумент в пользу этой нелогичной точки зрения ненадежно основывается на предположении, что только наличие невообразимо высоких уровней альтернативных возможностей или пластичности, явно отсутствующих, может компенсировать резкое уменьшение массы мозга в определенных клинически нормальных случаях гидроцефалии или у людей, у которых удалена большая часть мозга.

Другое распространенное объяснение основано на выводе о том, что, хотя повреждение полушарий, как правило, обширно, ствол головного мозга обычно (но не всегда) не затрагивается и берет на себя функции отсутствующей мозговой ткани.

Я не думаю, что эти гипотезы удовлетворительно объясняют, как тонкий слой коры головного мозга может функционировать при отсутствии больших частей мозга. Как может значительно уменьшенное количество нейронов и глиальных клеток работать так же хорошо, как и полный набор клеток? Представьте, например, что вы сломали правую ногу¹⁶⁰. Даже при хорошем заживлении никакие стимуляции, физиотерапия или физические упражнения не вернут вашей ноге былую мощь. Мне кажется, что такие понятия, как нейропластичность, или гипотеза о том, что ствол мозга принимает на себя дополнительные функции, являются дымовой завесой, вызванной недостатком знаний. Логика подсказывает, что должен быть предел¹⁶¹ тому, насколько так называемая незатронутая область мозга или сломанная большеберцовая кость (одна из двух костей голени) могут компенсировать потерю ткани.

Относительно незатронутых или здоровых частей мозга, которые, как предполагается, приобретают функцию утраченных частей, мне хочется задать вопрос: как могут существовать какие-либо области в мозге, не затронутые потерей окружающих тканей и давлением, оказываемым на них спинномозговой жидкостью? Именно так опухоли головного мозга постепенно разрушают мозговую ткань и нарушают ее функции.

Я предполагаю, что люди с отсутствующим мозговым веществом функционируют так же хорошо, как и обычные люди, не из-за нейропластичности или привлечения незатронутых областей мозга – хотя, несомненно, некоторые из этих догадок применимы, – но потому, что мозг никогда не работает в одиночку. Его функция неразрывно связана с телом и внешним миром. У человека с отсутствующей частью коры головного мозга образуется сеть, состоящая из нейронов в черепных нервах, спинного мозга и других клеток организма (соматические клетки, иммунные клетки, клетки сердца и т. д.), постоянно взаимодействующая с мозгом или тем, что от него осталось. Она действует почти как резервный диск на компьютере, содержащий фрагменты памяти и функциональные возможности, которые в совокупности способствуют почти нормальному познанию и поведению.

Обилие нейронов

Давайте теперь перейдем к теме, которая почти диаметрально противоположна отсутствию мозговой ткани, а именно – к синдрому саванта. Незадолго до полуночи, в 2002 году, когда Джейсон Паджетт¹⁶² выходил из караоке-бара в Такоме, двое парней набросились на него сзади. В отделении неотложной помощи врачи сказали Джейсону, что у него тяжелое сотрясение мозга и кровотечение в области почки. Лечащий персонал дал ему обезболивающее и отправил домой. По моей оценке, довольно бесцеремонная реакция врачей на потенциально опасное для жизни состояние, но суть истории не в этом. Вскоре после нападения Джейсон начал воспринимать мир иначе.

Он видел повседневные предметы как геометрические узоры и без умолку говорил о математике, числе Пи и бесконечности. А еще Джейсону хотелось рисовать сложные, завораживающие фигуры, используя только карандаш и линейку. При этом он отмечал, что понятия не имеет, что рисует.

В конце концов Джейсон проконсультировался с ведущим мировым экспертом в области синдрома саванта – Дарольдом Треффертом. Синдром саванта обычно описывается как острова гениальности¹⁶³ и способности у людей, которые знают то, чего никогда не учили. Некоторые рождаются гениальными, как Моцарт; другие становятся таковыми, как Джейсон. Навыки чаще всего проявляются в искусстве, музыке, вычислениях, двигательных или пространственных способностях. Каким бы ни был специальный навык, он всегда связан с массовой, чрезвычайно глубокой памятью, но очень ограниченной в пределах области специального навыка.

Трефферт, психиатр из Висконсина, изучал синдром саванта более 50 лет. Он придерживается мнения, что мозг человека, получившего тяжелую травму, способен подключить другую часть мозга¹⁶⁴ для компенсации функций поврежденной части. В случае Джейсона он предположил, что была «завербована» часть, способная делать сложные математические вычисления. Причудливое слово – «вербовать». Действительно ли это объясняет процесс, который включает в себя впечатляющую интеллектуальную трансформацию?

Поскольку большинство савантов рождаются с особыми способностями и часто с когнитивными проблемами, такими как аутизм, а у некоторых исключительные навыки развиваются после физической травмы головы, следует предположить, что синдром саванта является генетическим заболеванием. У некоторых людей исключительный талант проявляется в раннем возрасте, у других остается дремлющим до тех пор, пока не будет вызван внешним событием, таким как удар по голове.

Майкл С. Газзанига – профессор психологии из Калифорнийского университета – в своей книге «Прошлое разума» пишет: «Как только мозг построен, он начинает выражать то, что знает¹⁶⁵, то, что получает с самого начала». Саванты – это примеры того, что мы не начинаем жизнь с чистого листа (Фрейд называл это tabula rasa).

Однако существует проблема с принятием генетической передачи особых интеллектуальных способностей, которым пытаются объяснить синдром саванта. Было бы достаточно, если бы мы могли доказать, что у всех савантов были блестящие родители, бабушки или прадедушки, но доказательств этому нет. Так откуда же взялись эти гены гениальности? Ответ, по-видимому, таков: они появились либо в результате спонтанной мутации (этому тоже нет доказательств), либо у всех нас эти гены находятся в состоянии покоя, активируясь эпигенетическими механизмами. Задача состоит в том, чтобы высвободить эту скрытую способность ненасильственным путем, без травмы головного мозга или подобного травмирующего события.

Несомненно, склонность к определенной деятельности и экстраординарные способности всегда должны были присутствовать в человеке, хоть и в пассивном состоянии. Вы могли бы сказать, что гениальность была заперта, и травма, в случае Джейсона, выпустила ее. Я думаю, что самое простое, логичное и научно обоснованное объяснение синдрома саванта – эпигенетика. Гены, которые контролируют особые музыкальные, математические или другие исключительные таланты, имелись у савантов, получивших свои способности еще при рождении, в то время как у поздних савантов эти же гены включались в результате внешних событий. Конечно, поскольку у нас еще нет мышей или крыс-савантов, пройдет некоторое время, прежде чем эту гипотезу докажут в лаборатории.

Хорошие новости

Мы давно знаем, что жирные кислоты омега-3 и омега-6 способствуют здоровому старению мозга¹⁶⁶, однако результаты двух новых исследований подтверждают решающую роль полиненасыщенных жирных кислот¹⁶⁷ и в поддержании интеллекта и памяти. Эти исследования подчеркивают важность изучения совместного воздействия класса питательных веществ, а не каждого из представителей поодиночке. Уменьшая воспаление, окислительный стресс и накопление тромбоцитов, а также улучшая артериальное давление, жирные кислоты как группа веществ оказывают физиологические эффекты, которые могут улучшить здоровье мозга. Продукты, богатые этими кислотами, – это рыба, орехи, семена и масла, и все они входят в так называемую средиземноморскую диету¹⁶⁸.

Этот стиль питания действительно можно похвалить. Доменико Пратико из Темпльского университета доказал, что потребление оливкового масла первого отжима¹⁶⁹ защищает память и способность к обучению и уменьшает образование бета-амилоидных бляшек и нейрофибриллярных клубков в мозге – классических маркеров болезни Альцгеймера. Мы выяснили, что при обнаружении этого заболевания масло уменьшает воспаление мозга и, что более важно, активирует процесс, известный как аутофагия. Аутофагия – это средство, с помощью которого клетки разрушаются, а организм очищается от внутриклеточного мусора и токсинов, таких как амилоидные бляшки и нейрофибриллярные клубки.

В настоящее время беспокойство по поводу потери памяти с возрастом, похоже, посещает всех – как молодых, так и пожилых. Исследование, недавно опубликованное Джейсоном Стеффенером¹⁷⁰, ученым из Университета Конкордия в Монреале, пролило свет на эту тему, показав, что чем чаще человек поднимается по лестнице и чем больше лет он учится, тем моложе выглядит его мозг¹⁷¹.

Исследователи обнаружили, что возраст мозга уменьшается на 0,58 года за год ежедневного подъема по лестнице между двумя последовательными этажами и на 0,95 года за каждый год обучения.

Также я подготовил для вас научное доказательство общеизвестного факта: зеленые насаждения полезны для серого вещества¹⁷² в вашей черепной коробке. Исследование, проведенное в университетах Эдинбурга и Йорка, было направлено на то, чтобы понять, как пожилые люди воспринимают различные городские условия, с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), самооценки и опроса. В рамках эксперимента восемь добровольцев в возрасте 65 лет и старше носили мобильное устройство, делающее ЭЭГ и регистрирующее их мозговую активность при ходьбе по застроенным и зеленым городским пространствам. Исследовательская группа также запустила видеозапись маршрутов, по которым ходили люди, и попросила участников описать первое впечатление от того, что они чувствовали. Добровольцев также опрашивали до и после их прогулок.

Пожилые участники испытали благотворное воздействие от садов, газонов и деревьев во время прогулок в оживленной городской среде. Наличие зеленых насаждений вызывало личные и культурные воспоминания и помогало формировать новые социальные связи.

Резюме

Последние открытия в области неврологии ставят под сомнение или даже опровергают давнюю теорию о том, что память хранится в синапсах мозга. Гипотеза телесного разума постулирует, что новая информация и опыт запускают формирование инграмм с устойчивыми физическими или химическими изменениями в нейронах и каждой клетке тела¹⁷³. Нейроны составляют всего 15 % клеток нашего мозга. Глиальные клетки, которые годами считались простой соединительной тканью, не имеющей большого значения, на самом деле контролируют связь между нейронами и играют центральную роль в обучении. Астроциты, в частности, существенно влияют на то, как информация передается и хранится в мозге. Кроме того, как отметил Хорхе Коломбо, сети астроцитов могут служить ненейронными каналами¹⁷⁴ обработки информации, в которых клетки глии объединяют нейроны и синапсы в функциональные ансамбли¹⁷⁵.

Ученые продемонстрировали, что нейроны в спинном мозге способны осваивать двигательные навыки независимо от мозга. Точно так же кишечная нервная система может действовать независимо от мозга, но в то же время быть тесно с ним связана. Очевидно, что сохранять воспоминания способны нейроны, находящиеся не только в мозге, но и вне его.

Люди, которым хирургическим путем удалили части тканей головного мозга или которые родились с гидроцефалией, работают и живут так же хорошо, как и другие, не из-за нейропластичности или «вербовки» незатронутых областей мозга, а потому, что мозг или то, что от него осталось, является частью гораздо более крупной коммуникационной сети в организме. Этот расширенный мозг, или воплощенный мозг, действует как резервная система хранения памяти, и, обнаруживая, что «сверху» поступает недостаточно данных, он отправляет туда необходимую информацию.

В следующих главах мы узнаем, как другие клетки организма (иммунные клетки, соматические клетки и клетки таких органов, как сердце) вносят вклад в динамическую систему, которой является воплощенный мозг.

Ключевые выводы

♦ Недавние исследования подрывают гегемонию синапса;

♦ синапс действует как канал связи с нейронами, а не как хранилище воспоминаний;

♦ хотя общепризнано, что нейроны в коре головного мозга хранят воспоминания, другие клетки, такие как глиальные клетки и нейроны в спинном мозге и кишечнике также отвечают за обработку и хранение информации;

♦ нейробиологам пришло время серьезно подумать об изменении или отказе от кортикоцентрической гипотезы памяти;

♦ случаи гидроцефалии убедительно подтверждают гипотезу о том, что размер человеческого мозга не связан с его информационным содержанием, интеллектом или способностями;

♦ гены, управляющие исключительными талантами савантов, проявляются либо самостоятельно в раннем детстве, либо в результате внешних событий (например, травмы головы);

♦ многие факторы, включая генетическую одаренность, а также физическую и умственную активность, влияют на когнитивные способности и старение мозга, однако питание играет особенно важную роль.

Глава третья
Иммунная система – доктор, который приходит на дом

Наши тела круглосуточно патрулирует молчаливая армия бдительных полицейских, санитарных инспекторов, врачей и машин скорой помощи. Они защищают нас от непрошеных гостей, в том числе от бактерий, вирусов и грибков, а также от чужеродных объектов вроде заноз или вросших ногтей. В принципе все чуждое для наших тел привлекает их внимание. Они устраняют травмы и утилизируют отходы, а также ведут учет злодеев, с которыми сталкиваются, чтобы к следующей встрече быть во всеоружии. Иммунная система делает все это и многое другое, чтобы сохранить наше здоровье.

Как работает иммунитет

Иммунная система эволюционировала, чтобы распознавать угрозы здоровью и реагировать на них, а также обеспечивать пожизненную память, предназначенную для предотвращения рецидивов заболеваний. Иммунная система состоит из большого разнообразия белых кровяных телец, некоторые из которых циркулируют по артериям и венам, а другие находятся в различных тканях организма, включая лимфатические узлы и кожу.

Иммунная система защищает организм, вырабатывая антитела, которые представляют собой белки, помогающие предотвратить причинение большого вреда «злоумышленниками». Эти белки называются антигенами. После заражения патогеном запускается каскад реакций. Иммунная система начинает вырабатывать определенный тип антител, предназначенных, в частности, для защиты от конкретного патогена. Организм способен создавать миллиарды антител, которые умело борются с миллиардами потенциальных захватчиков¹⁷⁶.

ИММУННЫЕ КЛЕТКИ НЕВЕРОЯТНО УМНЫ: ОНИ МОГУТ УЧИТЬСЯ ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ, ЗАПОМИНАТЬ ТО, ЧЕМУ НАУЧИЛИСЬ, И ПРИМЕНЯТЬ ЭТИ ЗНАНИЯ В БУДУЩЕМ.

Среди ключевых игроков иммунной системы есть два типа белых кровяных телец, известных как Т-клетки и В-клетки. В-клетки вырабатывают антитела, специфичные к определенным патогенам, а Т-клетки меняют свою форму, чтобы окружить, поглотить и таким образом уничтожить захватчика¹⁷⁷. Затем, после устранения болезни, некоторые Т-клетки и В-клетки преобразуются в Т-клетки памяти и В-клетки памяти¹⁷⁸.

Вакцинация (иммунизация) основана именно на принципе работы этих клеток. Когда человеку делают прививку (от полиомиелита, кори и т. д.), ему вводят небольшую дозу соответствующего антигена, такого как мертвые или ослабленные живые бактерии, чтобы активировать память иммунной системы, которая затем позволит организму быстро и эффективно отреагировать на воздействия. Вот почему, если вы переболели ветряной оспой или какой-либо другой детской инфекцией, вы не заразитесь ею снова: антитела, которые активировались при первом заражении, все еще присутствуют в вашей иммунной системе¹⁷⁹.

Интересным следствием такого приобретенного иммунитета является так называемый эффект Хоскинса¹⁸⁰, или антигенный импринтинг. То есть тот факт, что иммунная система сильнее реагирует, сталкиваясь с инфекцией повторно, и слабее на другой ее штамм, объясняет, почему ежегодная прививка от гриппа в некоторые годы может работать лучше, чем в другие, или быть более эффективной против одного штамма гриппа, чем против другого.

Клетки обычно получают большую часть энергии из глюкозы и других сахаров. Когда эти виды топлива заканчиваются, а кислород все еще доступен, Т-клетки памяти¹⁸¹ способны повысить шансы на выживание, набивая себя митохондриями, которые являются генераторами энергии клетки. Я подробно расскажу о митохондриях в следующей главе. Они позволяют клеткам эффективно вырабатывать энергию из альтернативных источников топлива, таких как жиры и аминокислоты¹⁸², и, следовательно, могут жить долго, благодаря чему их «память» сохраняется в течение длительного времени.

Питер Кокерилл из Бирмингемского университета¹⁸³ продемонстрировал, что один цикл активации наивных Т-клеток приводит к их долгосрочным эпигенетическим изменениям. Кокерилл предположил, что это явление составляет основу долговременной памяти, которая позволяет мгновенно реагировать, когда организм сталкивается с инфекцией. Томас Дернер из Берлинского университета¹⁸⁴, рассуждая об антителах, говорит о долгоживущих плазматических клетках¹⁸⁵, выделяющих специфические антитела даже в отсутствие вируса, и предполагает, что именно так они и защищают организм от повторного заражения. По его мнению, антитела гуморальной памяти обеспечивают эффективную линию защиты от повторного заражения и подкрепляются специфическими В- и Т-клетками реактивной памяти.

Есть еще более интересные новости об иммунной системе, пришедшие из Венского университета, которые сообщают о NK-клетках в печени – органе, который обычно считается местом их наибольшей концентрации. NK-клетки являются естественными цитотоксическими клетками-киллерами¹⁸⁶ в крови человека и представляют собой особый тип лимфоцитов – подгруппу белых кровяных телец. До сих пор считалось, что NK-клетки не обладают памятью, то есть не способны убивать на антиген-специфической основе, а могут только реагировать на вирусы и источники инфекции неспецифическим образом, как при первом столкновении с ними.

Австралийские ученые обнаружили¹⁸⁷, что, помимо использования клеток памяти, которые патрулируют систему кровообращения, иммунная система также выставляет гарнизон из клеток памяти – фолликулярных Т-хелперов. Они располагаются у входов в лимфатические узлы, особенно возле тех, что являются потенциальными местами избавления от микробов (на шее, в подмышечных впадинах и паху), чтобы вовремя засечь возвращение антигенов, с которыми сталкивались раньше. Это важное открытие¹⁸⁸, потому что до сих пор иммунологи считали, что память обеспечивается только циркулирующими клетками.

Йохен Хюн из Центра исследований инфекций имени Гельмгольца в Германии отметил, что лимфатические узлы¹⁸⁹ часто являются местами встречи для клеток иммунной системы. Его команда также обнаружила, что расположение лимфатических узлов влияет на развитие содержащихся в них иммунных клеток. Они сделали этот вывод, удалив лимфатические узлы из различных частей тела крыс и пересадив их в другие места. Похоже, что пересаженные клетки сохраняли свои первоначальные способности в течение нескольких недель. Поскольку все клетки внутри лимфатического узла, включая иммунные, постоянно регенерируют, исследователи пришли к выводу, что память кодировалась и передавалась от предыдущего поколения к последующему.

Затем исследование, проведенное командой из Школы ветеринарной медицины Пенсильванского университета, показало, что после заражения паразитарным заболеванием – лейшманиозом¹⁹⁰ – в коже осталась популяция Т-клеток с памятью о паразите. Фактически это был первый случай обнаружения Т-клеток памяти в коже, и это открытие имеет большие перспективы для иммунизации против тканеспецифических заболеваний, основанной на царапании кожи (скарификации), которая ранее использовалась в качестве прививки от оспы. Ученые продемонстрировали, что скарификация эффективно генерирует тканевые клетки памяти и ее можно использовать в будущем для защиты людей от лейшманиоза.

Если говорить о мозге, то хорошо известно, что в здоровых условиях иммунные клетки находятся в центральной нервной системе. К ним относятся микроглия, дендритные клетки и тучные клетки, а также Т-клетки и В-клетки. Астроциты происходят из нервных стволовых клеток, но также выделяют медиаторы воспаления и реагируют на них, поэтому они также включены в эту систему. При активации патогеном или гормонами стресса¹⁹¹ микроглия выделяет как провоспалительные цитокины, так и хемокины для привлечения других иммунных клеток к местам повреждения, а также противовоспалительные цитокины и факторы роста. Микроглия способна управлять мощной воспалительной реакцией. Ее клетки участвуют в синаптической организации, трофической поддержке нейронов во время развития, в фагоцитозе мертвых клеток в развивающемся мозге, в обороте миелина, контроле возбудимости нейронов, удалении фагоцитарного мусора, а также в защите и восстановлении мозга. А есть ли что-то, чего микроглия не делает?

Джонатан Кипнис, директор Центра иммунологии мозга и глии Виргинского университета, в 2014 году совершил научный прорыв, открыв лимфатические сосуды оболочек головного мозга (менингеальные лимфатические сосуды)¹⁹². Оболочки мозга – это мембраны, окружающие головной и спинной мозг. Лимфатические сосуды – это тонкие трубки наподобие кровеносных сосудов, транспортирующие лимфу (прозрачная жидкость, которая переносит белые кровяные клетки, борющиеся с инфекцией) по всему телу. Менингеальные лимфатические сосуды непосредственно связывают центральную нервную систему (ЦНС), в том числе головной мозг, с лимфатической системой. Их открытие сделало несостоятельным то, что десятилетиями преподавали в медицинских школах: учение о том, что мозг – «иммунный льготник» или, другими словами, что он не имеет прямой связи с иммунной системой. Это побудило научный мир серьезно исследовать, как сложная двунаправленная связь между иммунной системой и мозгом влияет на здоровье и болезни.

МНОГОЧИСЛЕННЫЕ ДАННЫЕ ПОДТВЕРЖДАЮТ МНЕНИЕ, ЧТО ИММУННЫЕ КЛЕТКИ НЕОБХОДИМЫ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО ВЫЖИВАНИЯ НЕЙРОНОВ ПОСЛЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЦНС.

Воздействие воспаления, вызванного вирусной инфекцией во время беременности¹⁹³, связали с повышенной вероятностью развития состояний, возникающих при изменении развития нейронов (например, аутизм или шизофрения). Недавнее исследование, проведенное в Королевском колледже Лондона, подарило нам новые объяснения этого явления. Похоже, что во время вирусной инфекции в результате иммунного ответа вырабатываются воспалительные цитокины, которые вызывают такие симптомы, как лихорадка, головная боль и многие другие. Исследование было сосредоточено на воздействии гамма-интерферона (одного из этих белков) на нервные клетки-предшественники, которые в итоге становятся клетками взрослого мозга, или нейронами. Исследователи продемонстрировали, что клеточная память гамма-интерферона¹⁹⁴ остается неизменной по мере созревания нервных клеток-предшественников, вызывая ряд молекулярных и генетических изменений, которые, как считается, способствуют нарушениям развития мозга.

Дипак Шривастава, соавтор исследования, заявил: «Мы выявили возможный механизм внедрения клеточной памяти о компоненте вирусной инфекции, перенесенной матерью, в развивающийся мозг ребенка на молекулярном и генетическом уровнях». Это исследование говорит нам о том, что иммунная система делает гораздо больше, чем просто борется с инфекциями. Она действительно влияет на то, как развиваются нейроны.

В последнее десятилетие в медицинской литературе появилось множество доказательств того, что здоровая иммунная система поддерживает нормальную работу мозга, в то время как изменения в ее работе приводят к когнитивным нарушениям. Кроме того, без нормальных гомеостатических функций микроглии головного мозга способность справляться с патологией снижается, а продолжающееся заболевание, которое увеличивает потребность в иммунных клетках, еще больше ее подпитывает. Нейробиологи из Виргинского университета в Шарлоттсвилле предположили, что уменьшение количества Т-клеток или сбой в их работе во время беременности приводит к нарушению регуляции синапсов и нейронных цепей, что в конечном счете способствует развитию у ребенка расстройств аутистического спектра¹⁹⁵.