Женский мозг: нейробиология здоровья, гормонов и счастья

Маккей Сара

Если копнуть чуть глубже, мы увидим, что специфичность участков мозга поддерживается многообразием. Даже, казалось бы, у простейших структур набор клеток удивительно богат. В сетчатке глаза – десятки видов нервных клеток, в спинном мозге – более сотни типов специализированных нейронов, управляющих мышцами. На ранней стадии развития эмбриона разнообразие достигается благодаря химическим градиентам и сигнальным молекулам. Например, ориентация «голова-хвост» или «право-лево» зависит от того, насколько близко или далеко находится клетка к источнику вещества, которое влияет на включение или выключение генов и тем самым определяет развитие клетки определенного типа.

Разнообразие и точность связей, сформированных многими миллиардами нейронов за время внутриутробного развития, – основа поразительных способностей нашего мозга и разума. Мозга,

который позволяет нам любить, чувствовать, существовать в мире, создавать произведения искусства, запускать спутники в космос даже при таких нарушениях, как у пациента Сакса, который «протянул руку, схватил свою жену за голову и… попытался приподнять ее, чтобы надеть на себя» [30] .

30

Сакс О. «Человек, который принял жену за шляпу» и другие истории из врачебной практики / Пер. с англ. Григория Хасина и Юлии Численко. СПб.: Science Press, 2006. – Прим. ред.

Рождение новых клеток мозга

От нескольких сотен клеток, свернувшихся в нервную трубку, до 86 миллиардов на редкость разнообразных нейронов в мозге новорожденного – колоссальный рост. С помощью простых вычислений можно определить, что за одну минуту внутриутробного развития появляется от четверти до половины миллиона нейронов. Пролиферация мозга (то есть разрастание ткани за счет деления клеток) сводится к клеткам всего одного типа – стволовым.

Этот термин напоминает о сумасшедших ученых, перспективных средствах для лечения рака и болезни Паркинсона, спорах об этичности использования тканей абортированного человеческого плода. Однако в естественной среде стволовые клетки существуют без всяких драм.

У них два уникальных свойства: бесконечно делиться, создавая многочисленные копии самих себя, и видоизменяться в клетки любого типа, содержащиеся в организме. Нервные стволовые клетки, как понятно из названия, производят клетки всех типов, какие только есть в мозге и нервной системе, в том числе нейроны и глия. Нейроны образуются из стволовых клеток в процессе нейрогенеза, а глия – глиогенеза.

Половина клеток мозга – это глия. Среди них различают три основных подтипа: астроциты, олигодендроциты и микроглия. Сам термин «глия» происходит от древнегреческого слова, означающего «клей»: некогда считалось, что такие клетки предназначены исключительно для того, чтобы скреплять нейроны. Но глия не просто удерживает структуру мозга. Разные виды глии обеспечивают питание нейронам, вычищают токсины во время сна (астроциты), изолируют аксоны нейронов миелином (олигодендроциты, или шванновские клетки периферийной нервной системы) и действуют как внутренняя иммунная система мозга (микроглия). Глиогенез происходит на протяжении всей жизни человека. На снимках головного мозга по изменению объема или плотности белого вещества можно видеть, как увеличивается или сокращается число олигодендроцитов.

Нейрогенез в мозге взрослого человека изучен не так хорошо. Этот процесс у людей среднего возраста был впервые описан в знаковом исследовании о содержании в атмосфере углерода-14. Этот радиоактивный изотоп углерода активно образовывался при ядерных взрывах и попадал в ДНК. В 1955–1963 годах его концентрация в атмосфере выросла из-за надземных ядерных испытаний во время холодной войны. В воздухе углерод-14 вступает в реакцию с кислородом. Образуется углекислый газ – диоксид углерода СО₂, который растения поглощают в процессе фотосинтеза. Когда мы едим эти растения или мясо питающихся ими животных, углерод-14 попадает в наши клетки. Те делятся, оставляя в ДНК «пометку о дате» деления. У людей, живших в годы холодной войны, все вновь появившиеся нейроны в мозге оказались «помеченными» углеродом-14. Выяснив это, нейробиологи определили, что в гиппокампе каждого человека средних лет ежедневно появляется 700 новых нейронов, маркированных углеродом-14. Гиппокамп (от др.– греч. «морской конек») – центр обучения и памяти мозга, формой он и правда напоминает эту забавную рыбку [31] .

31

Eriksson P. S. et al. Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat. Med. 1998; 4 (11): 1313–1317.

Понятно,

что нейрогенез вызывает нешуточный ажиотаж, особенно его перспективы в терапии и борьбе со старением мозга. И правда, кому не понравится, что клетки мозга у нас ежедневно пополняются, а не теряются с возрастом? Но какими бы внушительными ни казались эти цифры, 700 нейронов в день – это всего 0,004 % от общего количества клеток одного типа, содержащихся в гиппокампе. И это в 10 раз ниже, чем у грызунов, которых используют в исследовании неврологических заболеваний. Поэтому некоторые ученые задаются вопросом, какой вклад это сравнительно небольшое количество новорожденных нейронов вносит в сложные формы поведения и психиатрические расстройства [32] . Воодушевления еще немного поубавится, если осознать, что подавляющее большинство исследований нейрогенеза проводилось на подопытных животных, а не на людях. Нам известно, что нейрогенез у грызунов замедляется из-за стресса, депрессии или воспаления и ускоряется благодаря антидепрессантам, физической активности и обучению. Но мы понятия не имеем, происходит ли то же самое с мозгом взрослых людей.

32

Dennis C. V. et al. Human adult neurogenesis across the ages: An immunohistochemical study. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2016; 42 (7): 621–638.

Вирус Зика нарушает миграцию клеток мозга

В конце 2015 года в мировой прессе появились сообщения: в Южной Америке, особенно в Бразилии, рождается необычно много младенцев с непропорционально маленькой деформированной головой (микроцефалией). По этому поводу высказывались разные гипотезы, но большинство свидетельств указывало на вспышку вируса Зика как возможную причину. Эту инфекцию переносят комары. Столицей летней Олимпиады 2016 года стал Рио-де-Жанейро, и многие туристы и спортсмены даже подумывали пропустить игры, чтобы не заразиться.

Оказалось, что вирус Зика поражает клетки мозга определенного типа, которые называются радиальной глией. Эта структура выступает в роли нервных стволовых клеток, а еще вдоль нее мигрируют новорожденные нейроны. На поперечном сечении развивающейся нервной трубки видно, что радиальная глия располагается в толще стенки, поперек трубки, – как спицы в колесе велосипеда. Появившись, нейроны движутся внутри трубки вдоль радиальной глии, пока не займут свое место. Каждый новорожденный нейрон проползает по своим собратьям, которые уже закрепились. Так шесть слоев коры головного мозга наращиваются изнутри наружу. Дата рождения нейрона определяет его «почтовый индекс» – место, где он окажется. Полностью выполнив свою функцию в развитии, радиальная глия втягивает отростки, сворачивается в шар и превращается в астроциты.

Сегодня, когда я пишу эти строки, исследования показали: если беременная женщина заражается вирусом Зика, инфекция проникает в радиальную глию плода и вызывает врожденные пороки. Клетки радиальной глии перестают расти, делиться и не выживают. В итоге сокращается численность нейронов, рождающихся и мигрирующих на свои позиции. Возможно, именно поэтому младенцы рождаются с явно недоразвитым мозгом [33] , [34] .

33

Wu J. et al. Available evidence of association between Zika virus and microcephaly. Chin. Med. J. (Engl.) 2016; 129 (19): 2347–2356.

34

Wu K. Y. et al. Vertical transmission of Zika virus targeting the radial glial cells affects cortex development of offspring mice. Cell Res. 2016; 26 (6): 645–654.