Клетки человеческой природы

Клетки человеческой природы

Е. Котина

Джон Оллмен (биологическое отделение Калифорнийского технологического института в Пасадене) посвятил себя немодной отрасли биологической науки — гистологии. Основной её метод, как и сто лет назад, — разглядывание под микроскопом препаратов тканей животных и скрупулёзное описание увиденного. Фиксация и окрашивание, подсчёт и классификация клеток. По сравнению с генной инженерией или биоинформатикой гистология может показаться скучной и примитивной. Но то, что сумел увидеть Оллмен, оказалось настолько необычным, что даже привлекло внимание американского журнала „New Scientist“ (2004, 19 июня).

Область научных интересов Оллмена и его коллег — эволюция мозга. Нетрудно заметить, какие изменения происходят на макроуровне при переходе от млекопитающих к приматам и от обезьян к человеку — увеличивается общий объём мозга, растёт относительный и абсолютный размер коры — вместилища опыта, приобретаемого в течение жизни… Но есть и другой, не менее важный вопрос: что при этом происходит на уровне клеток? Собирает ли эволюция всё более сложные устройства из принципиально тех же деталей или детали эволюционируют вместе со „схемой“? Отличаются ли нейроны человека от нейронов животного и если да, то чем? На этот вопрос ответить может только гистолог.

Веретенообразные нейроны были впервые описаны более 100 лет назад и сегодня упоминаются в любом учебнике по анатомии мозга. А в конце 90-х годов XX века студентка-старшекурсница Эстер Нимчински, работавшая под руководством Патрика Хофа (специалиста по нейродегенерации из Медицинского центра Маунт-Синай в Нью-Йорке) исследовала поясную извилину коры мозга и обратила внимание на группы необычных клеток, которые отличались от более распространённых звёздчатых и пирамидальных нейронов. Тела их были примерно в четыре раза больше, чем у окружающих клеток, причём у каждой такой клетки было два отростка-дендрита, один в верхней, другой в нижней части, что и делало их похожими на веретена. Нимчински и Хоф обнаружили, что эти клетки появляются только во фронтальной (передней) части поясной извилины, в цитоархитектоническом слое 5b. (Читатели „Химии и жизни“ помнят, что нейроны коры располагаются слоями и это расположение отражает их функции. В частности, слой 5 выдаёт „итоговый“ сигнал, результат обработки поступившей информации.)

Дальше выяснились ещё более интересные подробности. У здоровых людей число таких клеток было невелико, однако у пациентов, умерших от болезни Альцгеймера, оно было ещё меньше — около четверти нормы. Всё это, а также то, что веретенообразные клетки объединялись в небольшие кластеры, наводило на мысль об их особой роли.



Лимбическая система мозга: 1, 2, 3 — ядра таламуса, 4 — гипоталамус, 5 — миндалевидное ядро, 6 — обонятельная луковица, 7 — гиппокамп.

Красным очерчен участок поясной извилины, в котором были обнаружены необычные веретенообразные клетки.

Лимбическая доля Брока (по имени знаменитого антрополога и хирурга П. Брока) впервые была описана ещё в XIX веке. Она включает в себя парагиппокампальную и поясную извилину и тесно связана с другими структурами лимбической системы — гиппокампом, миндалиной, ядрами таламуса и гипоталамуса и другими. Поясная извилина находится на внутренней поверхности полушария мозга (24 и 23-е поля Бродмана, веретенообразные клетки сосредоточены в 24-м). В 40-е годы XX века Дж. Папец высказал предположение, что лимбическая система участвует в формировании эмоциональных реакций у животных и человека. Предположение основывалось на экспериментальных данных: при электрическом раздражении различных структур лимбической системы у животных вызывали внешние проявления эмоций, при повреждении этих структур эмоциональные реакции нарушались. Например, крысы-самки с повреждённой поясной извилиной становились гиперсексуальными, переставали ухаживать за детёнышами и не стремились защищать их от опасности. Папец предположил, что поясная извилина принимает сигналы от источника эмоционального возбуждения — гипоталамуса, переданные через таламус. Физиологи любят говорить, что человек видит не одними глазами, но и мозгом: глаз — только датчик, регистрирующий форму и цвет, а зрительный образ создаётся в мозгу. Точно так же Папец называл поясную извилину специфическим рецептивным органом, ответственным за восприятие эмоций — за то, чтобы изменение уровня гормона в крови превратилось в чувство.

Нимчински обнаружила эти клетки в соответствующей области мозга у шимпанзе и горилл, однако у макак их не оказалось. Тогда студентка и её научный руководитель решили связаться с Оллменом — признанным экспертом по эволюции и анатомии мозга приматов. Совместная работа показала, что эти клетки впервые появляются у орангутана, есть они у всех остальных высших приматов — человека, шимпанзе, гориллы, бонобо, но не у гиббонов, нет их ни у более примитивных обезьян, ни у представителей других отрядов. (Учёные исследовали ткани мозга 23 видов приматов и 30 видов других млекопитающих и не нашли ни одного исключения!) Оказалось вдобавок, что у орангутана веретенообразных клеток считанные единицы, у человека — десятки тысяч, у горилл, шимпанзе и бонобо — больше, чем у орангутана, но меньше, чем у человека.

Ещё примечательный факт веретенообразные клетки (по крайней мере, в дифференцированном виде) не присутствуют у человека от рождения, а появляются примерно на четвёртом месяце жизни. То есть именно тогда, когда ребёнок начинает фокусировать внимание на предметах и улыбаться знакомым.

Эти результаты крайне заинтриговали Оллмена. Он вспомнил, что в гистологических трудах упоминается орбитофронтальная кора — участок коры позади глазных орбит. Оллмен и его коллеги Атия Хэким и Николь Тетро начали её исследование. Выяснилось, что так называемый фронтоинсупярный участок (FI) буквально начинён веретенообразными клетками, на этот раз только у человека и африканских обезьян (то есть у орангов их в этом участке нет). А больше эти клетки не встречались нигде. Какую же роль они могут играть в мозгу самых высокоорганизованных приматов?

Оллмен начал выяснять, за какие функции отвечают участки мозга, в которых присутствуют веретенообразные клетки. У поясной извилины таких функций оказалось немало обеспечение внимания, ощущение боли, констатация ошибки, передача сигналов от дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

Интересные результаты были получены в опытах с пациентами, страдающими болезнью Паркинсона. Когда здоровые люди выигрывали денежное вознаграждение, правильно решая задачу, позитронно-эмиссионная томография демонстрировала активацию передней части поясной извилины, тогда как у больных, даже когда они выигрывали, активация не происходила. Данные электроэнцефалографии подтверждают этот участок активируется, когда человек решает различные задачи, отклик становится тем сильнее, чем сложнее задачка, но снижается при возбуждении и тревоге.

В тестах Струпа испытуемым предлагают для анализа противоречивую или сбивающую с толку информацию (например, требуют считать, сколько раз повторяется слово на экране, после чего повторяют четыре раза слово „три“ или берут в качестве повторяющегося слово с сильной эмоциональной нагрузкой, например „убийство“). Выяснилось, что на задачки с эмоциональными словами реагирует опять-таки передний участок поясной извилины. Он же активируется, когда люди по просьбе экспериментатора воображают печальные или ужасающие события и когда человеку, пережившему несчастье, напоминают о травмирующем эпизоде. А вот у тех, кто имеет наследственную склонность к депрессиям, передняя часть поясной извилины меньше размером, и в ней снижен обмен веществ.

В медицинской литературе описаны пациенты с повреждениями поясной извилины. Такие больные большую часть времени лежат, почти не разговаривают и ничего не предпринимают. После выздоровления они рассказывают, что слышали и понимали разговоры окружающих, но не испытывали ни малейшего желания вставить реплику, „не говорили потому, что не хотели“.

Участок FI, очевидно, тоже вовлечён в эмоциональный ответ. Он активируется, когда человек смотрит на изображение любимого или сопереживает близким людям, когда мать слышит крик ребёнка. Этот же участок отвечает вспышкой активности и тогда, когда подопытного пытаются ввести в заблуждение.

Создаётся впечатление, что обе эти области действуют как связующее звено между мышлением, эмоциями и физиологической реакцией на эмоции и мысли. Причём особую роль они играют там, где речь идёт о наших взаимодействиях с другими членами сообщества о выгоде и невыгоде, правильном и неправильном поведении, симпатии и антипатии.

На основании всех этих данных Джон Оллмен сделал смелое предположение именно веретенообразные клетки мозга делают человека человеком — заставляют нас чувствовать вину, влюблённость, внезапную симпатию или смущение. В самом деле, это такие же уникальные свойства нашего вида, как и большой объём мозга или способность использовать орудия труда. Умение быстро выносить суждения о себе или других совершенно необходимо существу, которое само для себя создало такие сложные социальные условия, как человек. (Но зачатки этих условий можно увидеть и в группе шимпанзе!) Интуицию здесь не следует путать с инстинктом: способность быстро принимать решения в бесконечном множестве разнообразных ситуаций — это нечто прямо противоположное запрограммированной реакции.

Развитое самосознание плюс способность делать интуитивные заключения о ближних: что соответствует этим „незначительным“ отличиям на тканевом и клеточном уровне строения мозга? Возможно, именно веретенообразные клетки. Единственные, по сегодняшним представлениям, клетки мозга, которые имеются только у высших приматов.

Можно спросить если предположения верны, то почему крупные веретенообразные клетки не содержатся, например, в префронтальной коре, которая также отвечает за сложные социальные взаимодействия? В частности, Джош Грин из Принстонского университета описал небольшой участок недалеко от FI, совершенно лишённый этих клеток, который активируется, когда люди решают сложные этические проблемы — например, допускают возможность спасения одного человека за счёт гибели другого.

Оллмен предполагает, что веретенообразные клетки ответственны лишь за формирование интуитивного, эмоционального ответа. Философское решение этических проблем, с рассмотрением прецедентов и взвешиванием „за“ и „против“, не по их части. Веретенообразные клетки обеспечивают быструю реакцию, мгновенно вспыхивающие социальные эмоции „он мне нравится“ — „он мне несимпатичен“, „я с ним“ — „я против него“, „это мне на руку“ — „кажется, я влип“. В пользу такого предположения говорит и большой размер клеток (именно он может обеспечить высокую скорость передачи сигналов), и расположение их отростков. Но чтобы строго доказать это, понадобятся ещё специальные исследования. Гипотеза о „клетках, которые делают нас людьми“, — пока всего лишь гипотеза. Хотя, надо честно признаться, очень красивая.