Современная наука уже более или менее разобралась с подробностями происходящего в нашем организме. Причем за последнее десятилетие мифов в медицине и биологии было развенчано столько же, сколько за предыдущие сотни лет развития. Теперь ученые не сомневаются в том, что волосы после смерти не растут, а нервные клетки не просто восстанавливаются, а даже регулярно делятся. Выяснив, как это происходит, нейрофизиологи начали выяснять зачем.
Назначение на первый взгляд одинаковых процессов иногда отличается вплоть до полной противоположности. Обновление клеток кожи или слизистой кишечника — отличный защитный механизм, а вот появление новых нейронов — совсем другое дело. Вроде бы взрослые нейроны и способны образовывать новые межклеточные контакты, отвечающие за абсолютное большинство свойств нервной системы, но, как выясняется,
без новых серых клеточек наша жизнь стала бы как минимум не такой ароматной.
А вместе с обонянием гордящиеся совершенством своей нервной системы млекопитающие могут лишиться и пространственной памяти. В этом убедились нейрофизиологи Рёитиро Кагэяма и его коллеги, поставившие эксперимент на генетически модифицированных мышах.
Геном подопечных грызунов был подкорректирован таким образом, что все новообразованные нервные клетки в головном мозге синтезировали зеленый флуоресцирующий белок, отлично наблюдаемый на срезах ткани под микроскопом.
Различение запахов человеком связано с функционированием обонятельных рецепторов – специальных белков, связанных с обонятельными нейронами, расположенными у поверхности слизистой оболочки носа. Именно они позволяют различать запахи.
Известно около 400 молекулярных рецепторов и функциональных генов, их кодирующих. Ещё примерно 600 обонятельных генов присутствуют в геноме в повреждённом или незавершённом виде и не приводят к производству соответствующих белков. Отвественные за обонятельные рецепторы гены в общей сложности занимают до 3% генома млекопитающих! Каждый рецептор чувствителен не к одному, а целому набору химических веществ. Кроме того, подобно иммунной системе, обонятельная система умеет распознавать «новые» запахи.
Всего в носу молодого человека около 40 миллионов обонятельных клеток, с возрастом их количество уменьшается. Эти клетки прорастают в слизистую оболочку ресничками, на поверхности каждой из которых находится лишь один тип обонятельных белков.
Ощущение запаха связано с совместным функционированием одновременно многих обонятельных клеток разных типов. Это затрудняет задачу классификации запахов, делая их набор практически неисчерпаемым.
Известно, что у насекомых, для которых обоняние может быть единственным определяющим поведение чувством, некоторые обонятельные рецепторы активируются лишь половыми феромонами. Влияние феромонов, в том числе половых, на позвоночных, исследовано хуже.
Хотя аналогичных экспериментов на рептилиях или амфибиях никто не проводил, вряд ли такая способность к обновлению появилась именно у зверей, ведь именно обонятельным луковицам, развившимся у рыб — предшественников наземных животных, мы обязаны хорошо выраженным головным мозгом, способным интерпретировать информацию от нескольких анализаторов.
Второй зазеленевший под микроскопом участок — гиппокамп, участвующий в формировании пространственной памяти.
принадлежит к одной из филогенетически наиболее старых систем мозга – обонятельному мозгу, чем обусловливается значительная функциональная полимодальность гиппокампа (то есть он выполняет много разных функций).
При поражении гиппокампа возникает синдром Корсакова – заболевание, при котором больной при сравнительной сохранности следов долговременной памяти утрачивает память на текущие события; оно, в частности, характерно для некоторых стадий алкоголизма. Уменьшение объёма гиппокампа является одним из ранних диагностических признаков при болезни Альцгеймера.
В настоящее время создана математическая модель гиппокампа крысы. В будущем планируется сделать искусственный гиппокамп крысы и испытать его на живых крысах, а в ещё более отдалённом будущем – искусственный гиппокамп человека. Протез планируется сделать в виде компьютерного чипа с двумя пучками электродов и крепить на черепной коробке снаружи.
Как и предполагали авторы публикации в Nature Neuroscience, это в первую очередь сказалось на работе регулярно обновляемых регионов. Но если способность бродить и запоминать дорогу в лабиринтах мыши потеряли с самого начала эксперимента, то обоняние продержалось дольше. Несмотря на то что обонятельные луковицы сморщились и сильно уменьшились в размерах, ещё 4 месяца грызуны неплохо распознавали запахи. Причем им удавалось как различать старые, так и запоминать новые ароматы.
Обонятельная система всех млекопитающих, хотя и различается по чувствительности, всё-таки имеет схожее строение. Сверхвосприимчивые обонятельные нейроны, способные реагировать даже на отдельные молекулы веществ, располагаются в обонятельном эпителии носовой полости. Причем гистологи уже давно выделили два основных типа обонятельных нейронов: дорсальные нейроны, располагающиеся на спинной стороне полости, и вентральные, расположенные на грудной стороне, отличаются по строению. Однако разницы в выполняемых ими функциях до недавнего времени выявлено не было.
Нервные проводящие пути обонятельных нейронов заканчиваются в обонятельных луковицах головного мозга – образованиях, давших в свое время начало высокоразвитому мозгу первых наземных позвоночных. При этом расположение получающих и обрабатывающих информацию в мозге нейронов соответствует схеме расположения чувствительных нейронов в носовой полости.
Чтобы определить, какие нейроны за что отвечают, Хитоси Сакано из Университета Токио и его коллеги вывели линию мышей без обонятельных нейронов в эпителии задней (дорсальной) стороны. А затем проанализировали их поведение на различные «хорошие» и «плохие» запахи. Обычные мыши стремились к источнику запахов орехового масла и мышиной мочи, но не переносили молекул разлагающейся пищи, секрета желез лисы и мочи ирбисов.
Новая линия мышей без дорсально расположенных нейронов практически не проявляла интереса к приятным запахам, так же как и к устрашающим
Можно было бы предположить, что молекулы этих «неприятных» запахов имеют что-то общее в строении и могут улавливаться только отсутствующими дорсальными клетками. Но ученые доказали, что мыши были способны распознавать эти запахи и даже вырабатывать условный рефлекс при встрече с лисой, приводящий к последующей негативной реакции уже без подкрепления самим источником.
Видимо, дорсальные нейроны отвечают за восприятие и передачу запахов, врожденно ассоциируемых со страхом, тогда как вентральные – за появляющиеся в течение жизни.
На новой линии мышей показано не только различия в механизмах регистрации запахов нейронами носовой полости, но и в реакции на них головного мозга. У нормальных мышей вдыхание выделяемого железами лисы триметилтиазолина приводило к образованию адренокортикотропного гормона (АКТГ) – изученного стимулятора стрессовой реакции, запускающейся в опасных для организма условиях. Тогда как у мутантных мышей выброса АКТГ в кровь показано не было.
По мнению Сакано, механизм регистрации запахов у людей принципиально схож. Но в отличие от животных, человек обладает способностью подавлять врожденные, безусловные рефлексы.
Но если удастся выявить стимулы и факторы, запускающие эти процессы, то у ученых появится новый инструмент для лечения травм нервной системы и других процессов, связанных с массовой гибелью клеток. Причем в отличие от предлагаемых сейчас методов регенеративной медицины он будет восстанавливать не только структуру, но и функции.
