В Рубке ПостНауки мы поговорили с физиологом Вячеславом Дубыниным о химии мозга. Правда ли, что люди с психическими расстройствами более творческие, а интеллект связан с величиной мозга? Какие животные могут конкурировать с человеком в области развития нейронных сетей? Как избавляться от депрессии, если человек входит в 5% людей, предрасположенных к ней генетически? И что будет с мозгом, если заставить человека голодать?
Как и за что полюбить биологию
— Что стоит прочитать или посмотреть для того, чтобы лучше разбираться в биологии?
— Многое зависит от уровня знаний. Если начинать с базы, то имеет смысл прочитать трехтомник по биологии для продвинутых школьников. Авторы — Тейлор Дэннис, Стаут Уилф, Грин Найджел. А среди научно-популярных книг стоит начать с «Самой главной молекулы» Максим Франка-Каменецкого, которая вышла в издательстве ПостНауки. Эта книга хороша тем, что она написана как детектив о ДНК и РНК. Меня, как и автора, в молекулярной биологии поражает то, что все основные открытия были сделаны за последние 50–70 лет и перевернули другие научные области. Например, эволюционная теория во времена Дарвина базировалась на окаменелостях и отпечатках.
Но 15–20 лет назад все изменилось. Молекулярные биологи для того, чтобы классифицировать животных и устанавливать их происхождение, начали сравнивать строения клеток, вместо того чтобы сравнивать щетинки и перышки животных. Зоологи и ботаники были в шоке и сопротивлялись изменению подхода, но прошло совсем немного времени, и на кафедрах зоологии позвоночных, микологии и высших растений появились специальные молекулярно-биологические лаборатории, которые изучают ДНК, белки, ферменты и другие структуры.
После того как вы изучили разные разделы биологии, стоит выбрать определенное направление и подбирать специализированную литературу. Каждая биологическая тема невероятно обширна. Поэтому на биофаке и существует множество кафедр, которые занимаются каким-то определенным направлением.
— Существуют ли примеры, когда исследования в области молекулярной биологии приводили к изменениям на практике?
— Приведу пример, что эти исследования могут дать. Представим себе паука, который ткет паутину. Она состоит из белков. Если ученые будут досконально понимать, как они устроены и за счет чего обеспечивают сверхпрочность, можно создать сверхпрочную одежду.
Приведу другой пример. В горячих источниках существуют термофильные бактерии, которые выдерживают очень высокие температуры. Если понять, почему они не погибают при температурах выше 90 °C, то их потенциально можно применять в самых разных сферах: промышленности, технологиях и многих других.
На Беломорской биологической станции существуют граниты, возраст которых — несколько миллиардов лет. За это время в них промерзло какое-то количество жидкости. И в ней мы находим бактериальные экосистемы, которых больше нет нигде. Это открытия, которые можно сделать у порога лаборатории, и они способны перевернуть наши представления о мире.
Мифы о мозге и не только
— Правда ли, что нервные клетки не восстанавливаются?
— Под восстановлением любых клеток, как правило, подразумевают деление. Каждый нейрон — это посредник, через который проходит информация. Если вы поделите его пополам, то он не сможет пропустить через себя поток данных — все равно что винчестер компьютера разрезать пополам: получится не два, а один сломанный жесткий диск. Так что к нервным клеткам понятие «восстановление» неприменимо. Но существует как минимум два исключения.
В процессе обучения число нервных клеток увеличивается в гиппокампе — центре кратковременной памяти. Если тренировать свою память, например заучивая стихотворения, гиппокамп будет физически расти. Причем делать это можно в любом возрасте: ни нижней, ни верхней границы у этого эффекта нет. Нечто похожее происходит и в обонятельных центрах, если каждый день знакомиться с десятком новых запахов.
— Правда ли, что глутаминовая кислота — это яд?
— Существует два типа глутамата. Первый — это нейромедиатор в головном мозге, задача которого — передавать возбуждающие сигналы нейронов. Он синтезируется в мозге обособленно. Второй тип — это пищевая аминокислота, которая входит в состав всех белков и нужна для строительства белков организма. Эволюция сделала вкус глутамата для человека приятным, чтобы мы больше ели белковой пищи. Именно поэтому японцы еще 100 лет назад начали использовать глутамат в качестве вкусовой добавки. Но важно понимать, что это не усилитель вкуса, а отдельный вкус умами.
О вреде глутамата стали говорить, скорее всего, потому, что некоторые им злоупотребляли. Это приводило к определенным побочным эффектам. Глутамат вызывает перевозбуждение и, как следствие, подъем кровяного давления. Диетологи называют это синдром восточного ресторана, где часто используют приправы на основе глутамата.
Глутамат также обладает нейротоксическим действием, то есть он опасен в некоторых экстремальных ситуациях. Например, глутамат в организме активно выделяется во время эпилептического припадка. Это стимулирует повышенный энергообмен в мозге и, как следствие, смерть нейронов. Именно поэтому эпилептологи в первую очередь стараются избавить пациента от припадков: каждый новый приступ увеличивает вероятность последующих судорог из-за переизбытка глутамата.
— Правда ли, что уровень интеллекта зависит от размера мозга?
— Эффективность мозговых вычислительных процессов зависит не от веса мозга, его размера и даже не от числа нейронов, а от количества контактов между нейронами. По этому показателю среди млекопитающих мы лидируем практически во всем. Наши конкуренты — это птицы. У некоторых видов попугаев и врановых птиц нейросети совершеннее, чем у нас. Но поскольку птицам необходимо летать и у них есть ограничение по весу, мозг людей эволюционно более развитый. Поэтому объем мозга не показатель интеллекта.
Еще один интересный пример — дельфины. Многие восхищаются их способностями, но на самом деле в развитии они остановились около 15 миллионов лет назад, потому что и так отлично приспособились к своей среде обитания. В результате у них есть большой по размеру мозг за дыхалом, а спереди — жироподобная дыня, испускающая ультразвук. Плотность и концентрация синаптических контактов у дельфина намного меньше, чем у людей. Поэтому за тридцать минут он поймал всю рыбу, которая ему нужна на сутки, а остальные 23 часа это животное-хиппи, которое радуется, занимается сексом, спит и прыгает со своими сородичами. И этот пример иллюстрирует, что если нет тигра за углом, то нет и прорывов в эволюционном развитии.
— Существуют ли у человека инстинкты?
— В своих лекциях я слово «инстинкт» не использую: его можно легко убрать и при этом смысл не потеряется. Мне больше нравится понятие «биологические потребности» и возникающие на их основе поведенческие программы. Внутри этих программ есть врожденные компоненты, но большинство навыков и установок — это результат обучения. Биологические потребности, безусловно, являются автоматическими. Например, у людей существует потребность производить на свет потомство, заботиться о нем и демонстрировать ему свои навыки, чтобы дети, глядя на родителей, учились с помощью своих зеркальных нейронов.
Более сложные программы роднят нас с высшими млекопитающими и позволяют лучше адаптироваться к социуму. Например, с помощью эмпатии мозг учится достигать успеха. И таких программ у человека около двух десятков. Они заставляют нас узнавать новое, становиться лидерами, заботиться о детях и любить, не позволяют сидеть на месте. На мой взгляд, мы врожденно сконфигурированные существа, и некоторые называют эти установки инстинктами. Но мне кажется, что лучше говорить о биологических потребностях, ведь именно они движут человеком. Благодаря этому он растет как личность и совершенствует свои способности.
— Есть ли прогресс в решении проблем, связанных с доставкой пептидов в мозг?
— Думаю, этот вопрос необходимо пояснить. Дело в том, что пептиды — это непрочные молекулы, которые трудно доставить в мозг. Тем не менее они выполняют очень важные функции, например контролируют агрессию, либидо, материнскую мотивацию или воздействуют на память. К сожалению, пока науке известно не очень много способов сохранять целостность этих молекул. Поэтому, скорее всего, в течение XXI века будут возникать аналоги пептидов — целые группы новых молекулярных конструкций, которые имитируют их эффекты. И это будут масштабные прорывы в области фармакологии.
Их созданием очень активно занимаются в Москве в Институте фармакологии под руководством Татьяны Гудашевой. Ее научная группа разрабатывает непептидные аналоги пептидных конструкций и проводят испытания: выясняют, как они влияют на разные функции поджелудочной железы, почек и даже мозга. В частности, идут разработки аналогов окситоцина, который регулирует привязанность и может влиять на улучшение самочувствия при расстройствах аутистического спектра. А мы в своей лаборатории эти молекулы испытываем на крысах. Так что процесс идет, но он небыстрый.
— Правда ли, что голодание запускает аутофагию внутри нейронов?
— Мозг — это VIP-часть нашего организма. Если мы представим, что человеку нечего есть, то его организм будет вести себя следующим образом. Сначала подключится поджелудочная железа. Она измеряет количество глюкозы в крови. Если ее маловато, то поджелудочная железа посылает сигналы к печени, чтобы та отдавала запас глюкозы. На этом количестве человек может продержаться несколько дней. Если уровень глюкозы в крови высок, то поджелудочная начинает выделять инсулин и питать все клетки организма. В том случае, если инсулин есть, все органы и клетки претендуют на глюкозу, а если нет, то только мозг. Так что если у вас кружится голова от голода, то, скорее всего, не от голода: в это время ваш мозг в норме и продолжает работать. Исключение — диабетики: у них поджелудочная не посылает сигнал к печени, поэтому запас глюкозы на порядок меньше, но и здесь аутофагии не происходит.
Как победить депрессию и нейродегенеративные заболевания
— Можно ли нейродегенеративные заболевания, связанные с дофамином, замедлять или почти вылечить активными физическими тренировками? Или без медикаментов это неэффективно?
— К сожалению, лечение и с медикаментами не очень эффективно. При большинстве нейродегенеративных заболевания, в том числе паркинсонизме, внутри нервных клеток и между ними накапливаются дефектные белки. Когда их становится слишком много, они начинают влиять на работу нейрона: он либо хуже работает, либо вообще погибает. К сожалению, у нас нет способа на этот процесс радикально повлиять. За последнее десятилетие огромные суммы были потрачены на то, чтобы найти молекулу, которая нейтрализует белки при нейродегенеративных заболеваниях. В лабораторных условиях это возможно, но в опытах на животных эксперименты проваливаются: ученые получали такое количество побочных эффектов, что они нейтрализовывали любые положительные результаты.
Внутриклеточные процессы универсальны. Если вы влияете на нечто в мозге, то это приводит к изменениям в других органах. Поэтому не существует радикальных средств против нейродегенеративных заболеваний. И это главный барьер на пути увеличения продолжительности жизни. Поэтому если раньше, до этих исследований, ученые говорили о возможности прожить 120–150 лет, то теперь речь идет об активных 90–100 годах.
— Является ли депрессия показателем необратимых физиологических отклонений от нормы в мозге, врожденных или приобретенных?
— Все зависит от вида депрессии. Ситуативная депрессия, которая возникла в связи со сложной жизненной ситуацией, не всегда затрагивает нейроны. В этом случае беседа с лучшим другом, психотерапия или медитация могут исправить ситуацию.
Другое дело, когда депрессия глубокая или мозг человека в принципе к ней предрасположен — таких людей около 5%. И в том и в другом случае необходимы антидепрессанты и постоянная психотерапия. Кроме того, очень важно, чтобы человек осознал свою особенность: он от природы обладает нервной системой, которой нужна помощь. В первую очередь это о тех, у кого биполярное расстройство, хроническая депрессия и люди с эпистатусом.
— Правда ли, что люди с психическими расстройствами и диагнозами более склонны к творческой деятельности?
— Иногда патологии мешают жить, снижают IQ и вызывают массу негативных эмоций. Биологи-эволюционисты иногда рассуждают о том, что природа наградила некоторых людей нестабильной нервной системой для того, чтобы Homo sapiens были более творческим, креативным и успешным видом. Существует мнение, что артисты страдают за других людей, и когда мы соприкасаемся с их творчеством, то избавляемся от негатива — в масштабах масс актеры выполняют благородную функцию.
Не только у тех, кто находится в депрессии или имеет психиатрический диагноз, существуют особенности. Себя и свои физиологические ловушки надо знать. Например, понимать, что с возрастом тревожность накапливается, а уровень новизны снижается. И отдавать себе отчет в том, что происходит с вами в конкретный момент.
— Можно ли обезопасить себя от нейродегенеративных заболеваний?
— Двигательная и ментальная активности откладывают их появление. Ситуацию также могут улучшить некоторые препараты, например мемантин. Они замедляют процесс накопления вредоносных дефектных белков. Но препараты, которые сейчас прописывают, когда заболевания возникли, не влияют на образование дефектов, а компенсируют ухудшение работы этих клеток. Это принципиально другой подход, который возник от безнадежности. Бороться мы сможем с этими заболеваниями, если научимся их предупреждать, то есть активировать нейросети.
Недавно вышла научная статья о том, какие факторы снижают вероятность возникновения болезни Альцгеймера и представители каких профессий заболевают ею реже всего. Лучше всего это делает интеллектуальная работа. Реже всего болезнь Альцгеймера появляется у членов Верховного суда США — они лидируют в рейтинге, а на втором месте находятся профессора университетов. Не скрою, что я был очень этому рад.
