Дэвид Иглмен - Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга

• Название: Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга
• Автор: Дэвид Иглмен
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2022
• ISBN: 9785001699873

Почему враг памяти – не время, а другие воспоминания? Почему мы каждую ночь видим сны и как это связано с вращением нашей планеты? Что общего между отменой лекарственного препарата и разбитым сердцем? Ответы на эти и многие другие вопросы – в новой книге известного нейробиолога Дэвида Иглмена. Вас ждут невероятные факты о величайшей технологии, скрывающейся в вашей голове. И это не просто рассказ о том, что такое мозг и как он работает. Вы узнаете, благодаря чему наш мозг способен меняться на протяжении всей жизни и как научиться контролировать его деятельность, чтобы сделать свою жизнь еще лучше. На русском языке публикуется впервые.

---

9

Мила Кунис (р. 1983) – американская актриса. Прим. ред.

10

Nishiyama T (2005), Swords into plowshares: civilian application of wartime military technology in modern Japan, 1945–1964 (PhD diss., Ohio State University).

11

Главный аргумент на данную тему приведен в книге Eagleman DM (2011). Incognito: the secret lives of the brain (New York: Pantheon). Издание на русском языке: Иглмен Д. Инкогнито: тайная жизнь мозга. М.: Манн, Иванов и Фербер, 2019.

12

Бомбардир – лучший нападающий в футбольной команде, забивающий наибольшее число голов. Прим. ред.

13

Вопрос о границах понятия пластичности все еще обсуждается. Сколько времени должны продлиться перемены, чтобы меняющийся объект подпадал под определение «пластичный»? Возможно ли отделить пластичность от таких понятий, как созревание, предрасположенность, гибкость и эластичность? Сами по себе семантические споры лежат несколько в стороне от темы данной книги, тем не менее для интересующихся я привожу здесь некоторые подробности.

Одно из направлений дебатов касается вопроса, когда уместно применять термин пластичность. Считать ли результат пластичности в ходе развития, фенотипической и синаптической пластичности проявлениями одного и того же феномена или следует отнести это понятие к разряду терминов, неряшливо употребляемых в различных контекстах? Насколько мне известно, первым к этому вопросу напрямую обращался Жак Пайяр в очерке 1976 года Réflexions sur l’usage du concept de plasticité en neurobiologie («Размышления об употреблении понятия “пластичность” в нейробиологии»), который в 2008 году с комментариями перевел на английский язык Бруно Уилл с коллегами. Вторя Пайяру, они предположили в статье от 2008 года, что корректный пример пластичности должен содержать как структурные, так и функциональные изменения (а не либо те, либо другие) и также должен быть отличим от гибкости (скажем, от предопределенной адаптации), достижения зрелости (скажем, от нормального созревания организма) и эластичности (кратковременных перемен, которые в конечном счете возвращают объект к исходному состоянию). Как мы увидим в следующих главах, различить эти явления не всегда возможно. В качестве одного из подобных примеров, в главе 10, мы будем изучать, как меняется мозг во многих различных временных масштабах и каким образом перемены могут по цепочке передаваться разным частям системы (например, с молекулярного уровня на более высокий уровень молекулярной архитектуры). В свете сказанного возникает вопрос: если мы с помощью современных технологий выявили перемену, после которой система в итоге вернулась к исходному состоянию, но сделали такой вывод только потому, что наши возможности не позволяют одновременно измерить все эффекты, следует ли заключить, что исследуемая система всего лишь эластична, но не подходит под определение «пластичная»? Лично мне представляется неразумным привязывать наши семантические дефиниции к нынешним технологиям.

Споры вокруг понятия пластичность нередко сводятся к бурям в стакане воды. В контексте данной книги нам важнее всего разобраться, как примерно 1,3 кг футуристической технологии в нашем черепе умудряются самомодифицироваться. Если к концу книги вы хорошо это поймете, я буду считать, что справился со своей задачей.

14

Мэтью прихрамывает на ногу, противоположную удаленному полушарию, поскольку каждое из полушарий отвечает за противоположную сторону тела. Остаточная хромота обусловлена тем, что сохранившееся полушарие мозга Мэтью только отчасти, а не полностью сумело взять на себя двигательную функцию удаленного полушария.

15

Gopnik A, Schulz L (2004). Mechanisms of theory formation in young children, Trends Cogn Sci 8: 371–377.

16

Сигнальные молекулы – это различные химические вещества, способные передавать внутрь клетки сигналы из внешней среды и внутренней среды организма. Прим. ред.

17

Возможно, автор имеет в виду процессы сплайсинга, когда из базовой матричной РНК в разных условиях вырезаются разные участки и производятся разные белки, или сайленсинга, при котором экспрессия гена может быть подавлена. Прим. науч. ред.

18

Spurzheim J (1815). The physiognomical system of drs. Gall and Spurzheim, 2nd ed. (London: Baldwin, Cradock and Joy).

19

Darwin C (1874). The Descent of man (Chicago: Rand, McNally).

20

Bennett EL et al. (1964). Chemical and anatomical plasticity of brain, Science 164: 610–619.

21

Аутопсия – патологоанатомическая или судебно-медицинская процедура, посмертное вскрытие и исследование тела, в том числе внутренних органов. Обычно производится для установления причины смерти. Прим. ред.

22

Diamond M (1988). Enriching Heredity (New York: Free Press).

23

Rosenzweig MR, Bennett EL (1996). Psychobiology of plasticity: Effects of training and experience on brain and behavior, Behav Brain Res 78: 57–65; Diamond M (2001). Response of the brain to enrichment, An Acad Bras Ciênc 73: 211–220.

24

Jacobs B, Schall M, Scheibel AB (1993). A quantitative dendritic analysis of Wernicke’s area in humans. II. Gender, hemispheric, and environmental factors, J Comp Neurol 327: 97–111. И тут вы зададите мне резонный вопрос, в какую сторону направлен вектор причинно-следственной связи: разве не могли эти более качественные дендриты развиться не в результате учебы, а наоборот, помогли их обладателям выдержать вступительные испытания в колледж? Хороший вопрос. У нас еще не проводилось экспериментов, которые могли бы прояснить его. Зато в последующих главах мы увидим, что сегодня у нас есть возможность замерять, как меняется мозг непосредственно в процессе обучения новому, в том числе жонглированию, музыке, судовождению и прочему.

25

Первоначально в рамках проекта «Геном человека» ученые насчитали порядка 24 тысяч генов; позже их число значительно снизилось – до 19 тысяч. См. Ezkurdia I et al. (2014). Multiple evidence strands suggest that there may be as few as 19,000 human protein-coding genes, Hum Mol Genet 23 (22): 5866–5878.

26

В последующих главах мы рассмотрим данную тему более глубоко и подробно. Хотя зависимость и независимость от опыта представляются противоположностями, между ними не всегда можно провести четкую грань. См. Cline H (2003). Sperry and Hebboil and vinegar? Trends Neurosci 26 [12]: 655–661). В одних случаях жестко запрограммированные механизмы воспроизводят опыт взаимодействия с миром, тогда как в других случаях подобный опыт ведет к экспрессии генов, что, в свою очередь, приводит к образованию новых жестких схем. Рассмотрим, как выглядит картина явной опытозависимой активности: первичная зрительная кора содержит перемежающиеся полосы ткани, которые несут визуальную информацию от правого и от левого глаза (подробнее об этом поговорим ниже). Аксоны, передающие информацию от каждого глаза, изначально широко ветвятся в коре, а потом разделяются, направляясь в два участка, отдельные для правого и левого глаза. Откуда они знают, как им разойтись? Дело в том, что разделение возникает в силу паттернов сопряженной активности: у нейронов левого глаза обычно наблюдается больше взаимной сопряженности, чем у нейронов правого.

В середине 1960-х годов нейробиологи из Гарвардского университета Дэвид Хьюбел и Торстен Визель показали, что под действием опыта карта равномерного чередования полос способна меняться: если животному закрыть один глаз, территория, занимаемая нервными волокнами открытого глаза, будет расширяться, и это демонстрирует, что в условиях синаптической конкуренции, которая формирует эти карты, необходима нейронная активность. См. Hubel DH, Wiesel TN (1965). Binocular interaction in striate cortex of kittens reared with artificial squint, J Neurophysiol 28: 1041–1059).

Однако во всем этом определенно крылась загадка, поскольку, как ранее наблюдали Хьюбел и Визель, формирование чередующихся территорий для левого и правого глаза не зависит от активности: подобные паттерны развивались даже у выросших в полной темноте животных. См. Horton JC, Hocking DR [1996]. An adult-like pattern of ocular dominance columns in striate cortex of newborn monkeys prior to visual experience, J Neurosci. 16 [5]: 1791–1807. Как же согласуются эти два результата, когда они явно противоречат один другому?

Понадобились годы, чтобы разгадать этот парадокс. Как обнаружилось, пока животное развивается в материнской утробе, в сетчатке его глаз возникают волны спонтанной активности. Эти волны в общих чертах имитируют зрение. Они грубые – не позволяют различать границы и детали, однако их достаточно для сопряжения активности соседних волокон, тянущихся от каждого глаза, что вызывает разделение на два отдельных глаза в следующих областях мозга (таких как, например, латеральное коленчатое тело таламуса, а также кора головного мозга). Иными словами, на раннем этапе развития мозг сам генерирует активность, чтобы поддержать расхождение аксонов левого и правого глаза; позже в действие вступят зрительные потоки от внешнего мира. См. Meister M et al. (1991). Synchronous bursts of action potentials in ganglion cells of the developing mammalian retina, Science 252 (5008): 939–943. Таким образом, граница между приобретаемым опытом и генетически заложенной нейронной активностью довольно-таки размыта. Взаимодействие между опытом и экспрессией генов бывает довольно сложным. Общий принцип в том, что независимые от опыта молекулярные механизмы выстраивают первоначально неточные схемы структур мозга. Позже активность взаимодействия с миром обеспечивает тонкую настройку нейронных связей. Мы больше не можем воспринимать мозг либо как результат работы генов, либо как плод взаимодействия с миром, потому что иногда гены имитируют опыт. Механизмы, зависящие и не зависящие от опыта, тесно переплетены.