Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге
- Автор: Линден Дэвид
- Год: 2022
- Язык: русский
- Год: Синдбад
- ISBN: 978-5-00131-420-2
- Переводчик: Юрий Яковлевич Гольдберг
- Жанр: Биология
Электронная книга - «Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге». Краткое содержание книги:
Авторы описывают самые удивительные особенности мозга, честно объясняя, что известно, а что пока неизвестно ученым о работе нервной системы. Книга увлечет всех, кто интересуется наукой о мозге.
Аналогичным образом у белков рецептора нейромедиатора может произойти десенсибилизация, когда их ионные каналы закрываются после продолжительной стимуляции нейрона[110]. Но у нейронов также есть интересная способность реагировать на долговременное (несколько дней и больше, что случается в результате усиленной передачи сигналов по определенной нейронной цепи) повышение концентрации нейромедиаторов простым поглощением собственных рецепторов нейромедиаторов, в результате чего на поверхности клетки становится меньше рабочих рецепторов. Отчасти такая реакция может лежать в основе невосприимчивости к лекарствам, наркотикам и даже острой пище[111]. И наоборот, когда выработка нейромедиатора снижается, нейрон может вырабатывать больше рецепторных белков и создавать больше соответствующих ионных каналов. Таким образом, чрезмерная стимуляция купируется до нормального уровня входящих сигналов, а недостаточная стимуляция делает нейронную цепь чрезвычайно чувствительной даже к слабым сигналам. Но как клетка узнает, что ей делать? Разнообразные системы обратной связи клетки, во многих из которых используются особые биохимические свойства ионов кальция, позволяют нейронам «вычислять» приемлемую интенсивность реакции между слишком сильной и слишком слабой. Подобные процессы запускаются тогда, когда изначально приятный (или неприятный) стимул возникает снова и снова. Острота восприятия ослабевает, когда мозг находит точку равновесия[112].
Соответствующим образом меняются ощущения на уровне всего организма, ослабевая при повторном стимулировании и обостряясь только в случае изменений. Простая иллюстрация этого феномена была получена в опытах с морским моллюском Aplysia, который втягивает жабры, реагируя на легкое прикосновение. Серия безвредных прикосновений вызывает у моллюска привыкание, и он перестает реагировать, пока касание не сопровождается чем-то более неприятным, например электрическим разрядом[113]. Что касается приятных ощущений, то голодные крысы будут прилагать одинаковые усилия для получения как обычной, так и более привлекательной еды, тогда как сытые согласятся трудиться только ради новых лакомств, которые покажутся им особенно аппетитными. Готовность крыс работать за еду может быть ослаблена препаратами, которые блокируют рецепторы натуральных опиатов и дофамина — нейромедиаторов в нейронных цепях, передающих сигналы вознаграждения. Таким образом, пути, по которым поступает вознаграждение, стимулируются предвкушением и/или употреблением пищи, но у сытых крыс это происходит только при условии, если новая пища будет лучше съеденной[114]. Иными словами, нет никакого смысла «оставлять место» для десерта: он все равно доставит вам удовольствие, если будет вкуснее предыдущих блюд.
Знакомые стимулы и вызываемые ими ощущения также могут инициировать другие изменения ионных каналов и рецепторов нейромедиаторов, а эти изменения могут приводить к перестройке целых нейронных цепей. И действительно, определенные цепи в мозге многих животных (в том числе в нашем) настолько хорошо предсказывают результат известного стимула, что даже посылают противоположные сигналы, активно подавляющие наше восприятие происходящего. Организм даже не замечает этого — по крайней мере, до того момента, пока не произойдет что-то совершенно иное или неожиданное[115]. Способность привыкать к неизменной, знакомой, предсказуемой и не сигнализирующей об опасности входящей информации, а в конечном счете и игнорировать ее, полезна с поведенческой точки зрения; иными словами, эта способность дает нам эволюционное преимущество. Если мы будем обращать внимание на легкое прикосновение одежды к коже или на слабый запах стирального порошка, который часто используем для стирки, это будет в лучшем случае отвлекать нас, а в худшем — ослаблять нашу способность распознавать значимые сигналы, вроде хлопка по плечу или запаха сгоревшего тоста, и реагировать на них. Вполне возможно, что неспособность к предсказанию результата, а значит, и к адаптации, — один из факторов, вызывающих расстройства аутистического спектра[116]. Кроме всего прочего, нерационально посылать сигналы для передачи информации, которая нам уже известна. Когда ионы проникают в клетку и покидают ее, передавая сигналы внутри мозга, они не могут просто так остаться на противоположной стороне. Организму придется потратить энергию, чтобы извлечь из нейронов натрий и вернуть в них калий, а потому разумнее просто не генерировать биопотенциалы, которые не несут полезной информации.
110
Рецепторы нейромедиаторов могут быстро отключаться в результате десенсибилизации, свойственной белку, или из-за короткого времени жизни самого нейромедиатора, когда тот разрушается ферментами или впитывается соседними глиальными клетками. Наркотики и токсины, которые препятствуют этим процессам и продлевают действие нейромедиаторов, могут нанести серьезный ущерб нервной системе. Бензодиазепины и другие анксиолитики увеличивают продолжительность ионного потока через каналы, открытые тормозным нейромедиатором ГАМК. Нервно-паралитический газ продлевает действие ацетилхолина — нейромедиатора, который заставляет мышцы сокращаться.
111
Острую пищу распознают не рецепторы нейромедиаторов в мозге, а химические рецепторы на периферии, которые реагируют на капсаицин — природное химическое соединение, делающее перец чили жгучим. Интересно, что капсаицин используется в составе мази для десенсибилизации и интернализации рецепторов и ослабления боли при артрите и нейропатии.
112
Этот процесс называется гомеостазом, и исследователи уделяют большое внимание «гомеостатической пластичности» в нейронных цепях — процессу, благодаря которому нейроны восстанавливают исходную активность, даже несмотря на усиление или ослабление стимулов; G. Turrigiano, «Homeostatic Synaptic Plasticity: Local and Global Mechanisms for Stabilizing Neuronal Function», Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 4 (2012): a005736.
113
В случае привыкания рецепторы нейромедиаторов не десенсибилизируются, но у нейронов, вырабатывающих нейромедиаторы, просто истощается запас; E. R. Kandel and J. H. Schwartz, «Molecular Biology of Learning: Modulation of Transmitter Release», Science 218 (1982): 433–443.
114
M. F. Barbano and M. Cador, «Opioids for Hedonic Experience and Dopamine to Get Ready for It», Psychopharmacology (Berlin) 191 (2007): 497–506.
115
Интересной иллюстрацией способности мозга не обращать внимания на знакомое могут служить электрические рыбы, которые чувствуют электрическое поле. Эти рыбы активно исследуют окружающую среду, генерируя сигналы — так называемые разряды электрического органа (EOD). Это стандартный «голос» рыбы, который создает вокруг нее электрическое поле. Если поблизости оказывается какой-либо объект, он искажает электрическое поле, что можно сравнить с ощущением на коже, когда вы прижимаете к ней какой-нибудь предмет. Отклонение сигнала от нормы указывает на то, что рядом находится объект, от которого нужно спасаться или который нужно изучить. Собственные сигналы EOD не представляют интереса для рыбы. Нейроны, генерирующие EOD, также посылают сигналы в мозг, сообщая о своей работе. Эти сигналы противоположны входящим сенсорным сигналам, которые рыба получает от своего неискаженного EOD, и нейтрализуют восприятие рыбой своего «голоса», когда никаких объектов поблизости нет; C. Bell, D. Bodznick, J. Montgomery, and J. Bastian, «The Generation and Subtraction of Sensory Expectations within Cerebellum-like Structures», Brain Behavior and Evolution 50 (1997): 17–31.
116
M. Gomot and B. Wicker, «A Challenging, Unpredictable World for People with Autism Spectrum Disorder», International Journal of Psychophysiology 83 (2012): 240–247.