ОМОЛОЖЕНИЕ. Открытие нейрональной стволовой клетки и уроки по сохранению мозга

[АлинА]

ОМОЛОЖЕНИЕ
Открытие нейрональной стволовой клетки и уроки по сохранению мозга

Глава из книги Нормана Дойджа «Пластичность мозга». (с сокращениями)

Норман Дойдж – доктор медицины, психиатр, психоаналитик и научный сотрудник Центра психоаналитического обучения и исследований Колумбийского университета в Нью-Йорке и факультета психиатрии Университета Торонто.


Нервные клетки не восстанавливаются?

В начале ХХ века самый выдающийся мировой специалист по нейроанатомии, лауреат Нобелевской премии Сантьяго Рамон-и-Кахаль, заложивший основы знаний о структуре нейронов, обратил свое внимание на одну из самых досаждающих учёным проблем в сфере анатомии человеческого мозга. Считалось, что в отличие от мозга простых животных, вроде ящерицы, мозг человека не способен регенерировать после повреждения. Подобная беспомощность типична далеко не для всех человеческих органов. Наша кожа при порезе может излечить сама себя, создавая новые кожные клетки; сломанные кости срастаются; печень и слизистая желудочно-кишечного тракта способны к самовосстановлению; утраченная кровь восполняется. Однако казалось, что мозг является досадным исключением.

Было известно, что по мере нашего старения умирают миллионы нейронов. Другие органы создавали новую ткань с помощью стволовых клеток, в мозге же таких клеток обнаружить не могли. Полагали, что по мере своего развития человеческий мозг стал таким сложным и специализированным органом, что утратил способность производить замещающие клетки. Кроме того, учёных интересовал вопрос, как новый нейрон может войти в сложную уже существующую нейронную сеть и образовать тысячи синаптических связей, не вызвав хаос в этой сети? Предполагалось, что человеческий мозг представляет собой закрытую систему.

Рамон-и-Кахаль посвятил последние годы своей научной деятельности поискам хоть какого-нибудь признака того, что головной или спинной мозг способны к регенерации и реорганизации своей структуры. Все его попытки закончились неудачей.

В своей выдающейся работе, опубликованной в 1913 году, «Дегенерации и регенерация нервной системы» он писал: «В [мозговых] центрах взрослого человека нервные пути – это нечто фиксированное, конечное, неизменное. Все может умереть, ничего не может регенерировать. Только наука будущего изменит, если такое возможно, этот суровый приговор».

Так обстояли дела в то время.


… Или восстанавливаются?

Я пристально смотрю в микроскоп в самой современной лаборатории из всех, которые я когда-либо посещал, в Институте биологических исследований Солка в пригороде Сан-Диего, Калифорния, разглядывая живые человеческие нейрональные стволовые клетки и чашечке Петри. Я нахожусь в лаборатории Фредерика Гейджа. Он и Питер Эрикссон из Швеции обнаружили эти клетки в гиппокампе в 1998 году.

Нейрональные стволовые клетки, которые я рассматриваю, наполнены жизнью. Они называются «нейрональными» стволовыми клетками, потому что могут делиться и дифференцироваться, чтобы стать нейронами либо глиальными клетками, поддерживающими выживание нейронов в мозге. Клеткам, на которые я смотрю, еще предстоит дифференцироваться в нейроны или глии и «специализироваться», поэтому они выглядят совершенно одинаковыми. То, чего стволовым клеткам не хватает в плане индивидуальных особенностей, они компенсируют бессмертием. Ведь стволовые клетки не обязательно специализируются, а могут продолжать делиться, производя свои точные копии, и это может происходить с ними бесконечно без малейших признаков старения. По той же причине стволовые клетки часто называют вечно юными, детскими клетками мозга. Процесс омоложения мозга называется «нейрогенезом» и продолжается до последнего дня нашей жизни.

---------- Post added at 12:36 ---------- Previous post was at 12:30 ----------

История открытий

На нейрональные стволовые клетки долгое время не обращали внимания, отчасти от того, что их существование противоречило представлению о том, что мозг похож на сложный автоматический механизм, а машины не могут отращивать новые части. Когда в 1965 году Джозеф Альтман и Гопал Д. Дас из Массачусетского технологического института обнаружили нейрональные стволовые клетки у крыс, к их работе отнеслись с большим сомнением.

Затем в 1980-х годах орнитолог Фернандо Ноттебом был поражен тем фактом, что каждый сезон певчие птицы поют новые песни. Он обследовал их мозг и обнаружил, что каждый год в течение того сезона, когда птицы поют больше всего, у них образуются новые клетки мозга в той его части, которая отвечает за разучивание песен. Вдохновленные открытием Ноттебома, учёные начали изучать животных, более близких к человеку. Элизабет Гулд из Пристонского университета первой обнаружила нейрональные стволовые клетки у приматов. Затем Эриксон и Гейдж открыли гениальный способ помечать клетки мозга с помощью специального маркёра, называемого БДУ (бромдезоксиуридин), который проникает в нейроны только в момент их создания и светится под микроскопом. Эриксон и Гейдж попросили у смертельно больных пациентов разрешения сделать им инъекцию молекул-маркёров. После того, как эти люди умерли, Эриксон и Гейдж исследовали их мозг и обнаружили в их гиппокампе новые, недавно сформировавшиеся нейроны. Благодаря этим умирающим пациентам мы узнали, что живые нейроны формируются в нашем мозге до самого конца жизни.

Учёные продолжают искать нейрональные стволовые клетки в других частях человеческого мозга. К настоящему времени найдены активные нейрональные стволовые клетки в обонятельной луковице мозга (области, обрабатывающей запахи), а также дремлющие и неактивные клетки в перегородке (обрабатывающей эмоции), в полосатом теле (отвечающем за движения) и спинном мозге.

Гейдж и другие исследователи работают над разработкой методов лечения, которые позволят активировать дремлющие стволовые клетки с помощью лекарственных препаратов в случае повреждения области, в которой стволовые клетки «дремлют». Они также пытаются узнать, не существует ли возможности трансплантировать стволовые клетки в поврежденные участки мозга или вынудить их туда перемещаться.

---------- Post added at 12:38 ---------- Previous post was at 12:36 ----------

Если хотите нарастить мозги…
почаще бегайте в «беличьем» колесе

Команда Гейджа ищет способы повышения производства нейрональных стволовых клеток. Коллега Гейджа Герд Кемперманн в течение 45 дней выращивал стареющих мышей в стимулирующей среде, заполненной «мышиными игрушками» (мячи, трубы и «беличьи» колеса). Когда он умертвил подопытных мышей и исследовал их мозг, то обнаружил, что (в сравнении с мышами, выращенными в стандартных клетках) объем их гиппокампа увеличился на 15%, а количество новых нейронов составило 40 тысяч, что также соответствует росту на 15%.

Мыши живут примерно два года. Когда ученые тестировали старых мышей, которых во второй половине жизни десять месяцев содержали в стимулирующей среде, то выявили пятикратное увеличение числа нейронов в их гиппокампе. Эти мыши лучше выполняли задания на обучение, движение и другие параметры оценки «ума», чем их сородичи, выращенные в нестимулирующих условиях. У старых «умных» мышей формировались новые нейроны, хотя и не так быстро, как у молодых. Это служило подтверждением того, что долговременная стимуляция оказывает огромное влияние на активацию нейрогенезиса в стареющем мозге.

После этого учёные стали выяснять, какие действия вызывают рост числа нервных клеток у мышей, и выяснили, что существует два способа повысить общее количество нейронов в мозге: создание новых нервных клеток и продление жизни уже существующих.

Коллега Гейджа Генриетта ванн Прааг доказала в опытах с мышами, что наиболее эффективным фактором, способствующим разрастанию, или пролиферации, новых нейронов, оказалось… «беличье» колесо. У мышей, которые в течение месяца бегали в этом колесе, число новых нейронов в гиппокампе удвоилось. На самом деле, говорит Гейдж, мыши в «беличьем» колесе не бегут: просто из-за слабого сопротивления колеса создается такое впечатление. В действительности, они быстро ходят.

Теория Гейджа заключается в том, что в естественной обстановке долговременное быстрое передвижение приводит животных в новую, незнакомую среду, для жизни в которой необходимо новое научение. Он называет это «предвосхищающей пролиферацией».

«Если бы наше жизненное пространство ограничивалось только этой комнатой, - говорит он мне, - и это был бы весь наш опыт, то нейрогенезис нам бы не понадобился. Мы бы знали всё об этой среде и могли функционировать с помощью имеющихся у нас базовых знаний».

Итак, новая среда может приводить в действие нейрогенезис. Это согласуется с известной мыслью о том, что для поддержания мозга в хорошей форме мы должны изучать что-то новое, а не просто повторно использовать навыки, которыми уже овладели в совершенстве.

Однако, как мы отметили, существует второй способ повышения числа нейронов в гиппокампе: продление жизни уже существующих в нем нейронов. Изучая мышей, группа Гейджа обнаружила, что обучение использованию других игрушек, мячей и труб не приводит к появлению новых нейронов, однако позволяет удлинить жизнь нейронов соответствующей области.

Элизабет Гулд выяснила, что обучение, даже в нестимулирующей среде, повышает выживаемость стволовых клеток. Таким образом, физические упражнения и обучение действуют комплементарно: во-первых, они создают новые стволовые клетки, а во-вторых, продлевают им жизнь.

---------- Post added at 12:40 ---------- Previous post was at 12:38 ----------

УЧИТЬСЯ, УЧИТЬСЯ И УЧИТЬСЯ

Несмотря на огромное значение открытия нейрональных стволовых клеток, это всего лишь один из способов омоложения и совершенствования стареющего мозга. Как это ни парадоксально, но иногда потеря нейронов может привести к повышению функции мозга, как это бывает в случае масштабного «сокращения», происходящего в подростковом периоде, когда отмирают синаптические связи и нейроны, которые не подвергались интенсивному использованию, - что, возможно, является наиболее ярким примером действия принципа «не использовать – значит потерять». Продолжая снабжать неиспользуемые нейроны кровью, кислородом и энергией, организм просто расходует резервы впустую, а избавление от таких нейронов повышает сфокусированность и эффективность мозга.

Частичное сохранение процессов нейрогенезиса в пожилом возрасте вовсе не опровергает того факта, что в этот период жизни работа нашего мозга, как и других органов, постепенно ухудшается. Но даже в середине этого ухудшения мозг претерпевает масштабную пластическую реорганизацию, которая, возможно, нацелена на приспособление к его потерям.

Исследователи Меллани Спрингер и Черил Грейди из Университета Торонто доказывают, что по мере старения наша когнитивная деятельность начинает происходить в иных отделах мозга, чем те, которые мы используем в молодости. Когда молодые испытуемые Спрингера и Грейди в возрасте от 14 до 30 лет выполняли разнообразные когнитивные тесты, то сканирование мозга показало, что у них задействованы при этом, главным образом, височные доли.

У испытуемых старше шестидесяти пяти лет наблюдался другой паттерн. Результаты сканирования мозга свидетельствовали о том, что они выполняют те же самые когнитивные задания, главным образом, с помощью лобных долей, и что, как и в первом случае, чем выше уровень их образования, тем активнее они их используют.

Этот сдвиг в рамках мозга служит еще одним свидетельством пластичности. Никто не знает, почему он происходит и почему многие исследования указывают на то, что более образованные люди лучше защищены от психического упадка. Наиболее популярная теория предполагает, что в годы обучения у нас создается «когнитивный резерв» - гораздо большее количество сетей, предназначенных для психической деятельности, - к которому мы обращаемся, когда работа нашего мозга начинает ухудшаться.

Во время нашего старения происходит еще одна крупная реорганизация мозга. Как мы уже видели, многие виды деятельности мозга условно разделены по функциям. Речь по большей части определяется функционированием левого полушария, а обработка зрительно-пространственных сигналов – функция преимущественно правого полушария. Такое разделение известно как «межполушарная асимметрия». Однако последние исследования, проведенные Роберто Кабеза и другими учеными из Университета Дьюка, свидетельствуют о том, что с возрастом подобная специализация отчасти утрачивается. Лобные виды деятельности, которые были связаны с работой одного полушария, теперь могут происходить в обоих. Хотя мы и не знаем точно причин этого явления, однако согласно одной из теорий по мере старения и снижения эффективности одного из полушариев другое компенсирует ухудшении его работы, т.е. мозг проводит самореструктуризацию под влиянием своих собственных недостатков.

---------- Post added at 12:41 ---------- Previous post was at 12:40 ----------

Образование и движение – залог здоровья

Сегодня нам известно, что физические упражнения и психическая деятельность способствуют созданию и сохранению большего числа мозговых клеток у животных, а кроме того, мы располагаем данными многочисленных исследований, подтверждающих, что у людей, которые активно пользуются мозгом, он функционирует лучше.

Чем лучше мы образованы, тем более общительны и физически активны, и чем больше мы участвуем в стимулирующей психической деятельности, тем ниже вероятность того, что мы заболеем болезнью Альцгеймера, или слабоумием.

Не все виды деятельности равнозначны в этом плане. Те, которые предполагают высокую концентрацию внимания: обучение игре на музыкальном инструменте, настольные игры, чтение или танцы, - снижают риск возникновения слабоумия. Например: обучение танцам, требующее заучивания новых движений, обеспечивает нам не только физическую, но и психическую стимуляцию и предполагает значительную концентрацию внимания. Менее напряженные виды деятельности, скажем, боулинг, присмотр за детьми и гольф, - не приводят к снижению риска возникновения болезни Альцгеймера.

Эти исследования наводят на размышления, но не располагают достаточными доказательствами того, что мы можем предотвратить развитие болезни Альцгеймера с помощью упражнений для мозга. Описанные выше виды деятельности связываются или коррелируют со снижением частоты случаев возникновения этого заболевания, однако корреляция не доказывает наличие причинно-следственных связей. Вполне вероятно, что люди, у которых болезнь Альцгеймера возникла, но не была обнаружена в очень молодом возрасте, начинают снижать темп своей жизни на ранних её этапах и вследствие этого становятся менее активными. На данный момент все, что мы можем сказать о связи между тренировками мозга и предотвращением болезни Альцгеймера, - скорее всего, это так.

Однако правильно подобранные психические упражнения позволяют сделать обратимой возрастную потерю памяти, которая встречается гораздо чаще болезни Альцгеймера (их часто путают одну с другой). Речь идет о типичном ухудшении памяти, происходящем в преклонном возрасте.

---------- Post added at 12:43 ---------- Previous post was at 12:41 ----------

Движение – жизнь

Физическая деятельность необходима нам не только потому, что она помогает создавать новые двигательные нейронные карты, но и потому, что… мозгу постоянно нужен кислород. Ходьба, езда на велосипеде, плавание или кардиоваскулярные упражнения укрепляют сердце и снабжающие мозг кровеносные сосуды и помогают людям, занимающимся этими видами деятельности, чувствовать себя в лучшей психической форме. Об этом говорил ещё римский философ Сенека две тысячи лет назад. Последние исследования показывают, что физические упражнения стимулируют выделение нейронального фактора BDNF, который играет важнейшую роль в осуществлении пластических изменений. На самом деле, мозг укрепляется под действием всего, что поддерживает сердце и сосуды в хорошей форме, включая здоровую диету. При этом не обязательно заниматься длинными и утомительными тренировками в спортзале – достаточно согласованных естественных движений конечностями. Как обнаружили Ван Прааг и Гейдж, даже простая ходьба в хорошем темпе стимулирует рост новых нейронов.

Физические упражнения стимулируют нашу сенсорную двигательную кору, а также поддерживают систему равновесия нашего мозга. С возрастом эти функции начинают ослабевать, делая нас подверженными падениям и лишая возможности выйти из дома. А ничто так не ускоряет атрофию мозга, как пребывание в одной и той же обстановке. Однообразие разрушает нашу допаминовую систему и систему внимания, которые очень важны для сохранения пластичности мозга.

Физическая деятельность, содержащая познавательный компонент, например разучивание новых танцев, может помочь в решении проблем с равновесием, а также принести дополнительную пользу от общения, которое тоже поддерживает здоровье мозга. Китайская гимнастика тай-чи, хотя и не включает в себя обучение, требует активной концентрации на двигательных актах и стимулирует систему равновесия мозга. В ней также присутствует медитативный аспект, который, как было доказано, очень эффективен для снижения стресса, а значит, может сохранять память и нейроны гиппокампа.

Постоянное обучение чему-то новому в пожилом возрасте помогает человеку быть счастливым и здоровым. Именно так считает доктор Джордж Вайллант, психиатр из Гарвардского университета, возглавлявший самое масштабное и самое продолжительное непрерывное исследование цикла человеческой жизни - Гарвардское исследование развития взрослого человека. В этом исследовании участвовали три группы населения: выпускники Гарвардского университета; бедные жители Бостона и женщины с чрезвычайно высоким коэффициентом интеллекта – всего 824 человека.

Некоторых из этих людей, которым сегодня уже под восемьдесят, Вайллант наблюдал более 60 лет. Он пришел к выводу, что старость – это не только процесс увядания и упадка, как думают многие молодые люди. Пожилые люди нередко формируют новые навыки и становятся более мудрыми и опытными в социальном плане, чем в начале своего взросления.

Вне всякого сомнения, стимулирующая психическая деятельность повышает вероятность выживания нейронов гиппокампа. Один из вариантов такой деятельности – выполнение проверенных упражнений для мозга.

Однако мы живем, чтобы жить, а не только заниматься упражнениями. Поэтому хорошо, когда люди выбирают в качестве тренировки те виды активности, которые им по душе. К тому же это повышает их мотивацию, что немаловажно.

Мэри Фасано получила степень бакалавра в Гарвардском университете, когда ей было 89 лет. Дэвид Бен-Гурион, первый премьер министр Израиля, в пожилом возрасте самостоятельно выучил древнегреческий язык, чтобы читать античную литературу в оригинале.

Некоторые рассуждают так: «Зачем? Кого я обманываю? Я уже приблизился к концу своего пути». Однако подобные мысли создают сбывающееся пророчество, которое ускоряет психическое угасание мозга, действующего по принципу «не использовать – значит потерять».

В 90 лет архитектор Фрэнк Ллойт Райт спроектировал и построил музей Соломона Гуггенхайма в Нью-Йорке. Бенджамин Франклин в возрасте 78 лет изобрел бифокальные очки.

Занимаясь исследованиями творческих способностей человека, Х.С.Лехман и Дин Кит Симонтон обнаружили, что, несмотря на то, что в большинстве областей пик творческой активности приходится на возрастной период с 35 до 55 лет, люди в 60-70 лет, хотя и делают все с меньшей скоростью, работают также продуктивно, как в двадцатилетнем возрасте.

Когда известному виолончелисту Пабло Касалсу был 91 год, к нему подошел один из студентов и спросил: «Маэстро, почему вы продолжаете упражняться?» На что Касалс ответил: «Потому что я продолжаю развиваться и добиваюсь все лучших результатов».