Феномен гениальности до сих пор остаётся загадкой для науки. Можно ли её разгадать, заглянув в головной мозг? Правда ли, что этот орган у человека стал уменьшаться в размерах? Зачем нужен «мозг на чипе»? Как наши неврологи предлагают улучшать умственные функции человека с помощью нейромодуляции?
Субстрат гениальности
Дмитрий Писаренко, aif.ru: — Сергей Николаевич, Институту мозга, который входит в состав Научного центра неврологии, уже почти век. Удалось ли за это время найти «извилину гениальности» в мозге?
Сергей Иллариошкин: — Исследования мозга неординарных людей начались в 1924 году, когда умер основатель советского государства Ленин. После смерти вождя возникла идея исследовать его мозг, чтобы найти там «субстрат гениальности». Эта смелая идея была вполне созвучна революционному энтузиазму того времени. Из Германии был приглашён Оскар Фогт, выдающийся немецкий нейроморфолог. Он привёз уникальное оборудование (в первую очередь так называемый микротом) и с его помощью делал тонкие срезы вещества мозга. Сначала исследования велись в созданной для этих целей лаборатории по изучению мозга Ленина — она так и называлась. А потом, в 1928 году, на её базе был организован уже и Институт мозга.
Со временем коллекция пополнилась образцами мозга других выдающихся людей. Сейчас в нашем «пантеоне мозга», как мы его называем, помимо Ленина, Крупской, Сталина и других революционеров, есть три нобелевских лауреата — Павлов, Ландау и Сахаров. У нас хранится мозг таких выдающихся учёных, как Менделеев, Циолковский, Мичурин, Россолимо, из писателей — Маяковский, Горький, Багрицкий. Есть мозг великого оперного певца Собинова, режиссёра Эйзенштейна и других.
На сегодняшний день, по результатам многолетних исследований, мы понимаем, что попытка найти какие-то значимые, существенные различия в мозге условно гениальных и простых людей на уровне изучения мозговых извилин, нейронных структур или связей была немножко наивной. У всех нас примерно одинаковое количество нейронов (около 100 миллиардов) и ещё больше глиальных клеток, которые также выполняют в мозге важные самостоятельные функции.
Что касается массы мозга, его объёма, то эти показатели, как правило, зависят от роста, веса человека, пола и ряда других физических параметров, а не от его интеллектуальных способностей.
— Но ведь чем-то гениальный (или хотя бы одарённый) человек должен отличаться от обычного? Где это находится, если не в мозге?
— Один мозг отличается от другого не количеством нейронов, а тем, насколько быстро он может мобилизовать огромное количество связей для того, чтобы решить конкретную задачу. За считанные секунды тысячи нейронов объединяются в сложные функциональные комплексы, происходит перестройка нейросетей. В этой динамичности и пластичности — главный секрет работы мозга. Иногда это можно даже наблюдать в микроскоп на экспериментальных моделях: видно, как в течение пары минут образуются и потом исчезают так называемые дендритные шипики, формирующие синапс.
Есть и другие отличия одного мозга от другого — метаболизм, кровоток. Они не менее важны, чем «чистая» анатомия.
Нейроны в «колонках»
— Значит, по анатомии мозг гениальных людей совершенно обычный?
— Не совсем. Поскольку тема изучалась очень глубоко, некоторые интересные факты всё-таки удалось установить. Их хорошо обобщила в серии публикаций академик Ирина Николаевна Боголепова — многолетний руководитель нашей лаборатории цитоархитектоники мозга и один из признанных мировых лидеров в области сравнительной нейрогистологии.
Если коротко, то у высокоодарённых людей были выявлены определённые особенности строения клеточных корковых колонок в больших полушариях, более выраженные ассоциативные связи в мозге, большее количество глиальных клеток в расчёте на один нейрон и др. В мозге некоторых из этих людей, доживших до пожилого возраста и до последних дней сохранявших высокий уровень интеллектуальной активности (например, у Павлова или Циолковского), в гораздо меньшей степени по сравнению с их «обычными» сверстниками были выражены признаки старения мозга.
Всё это очень интересно, но судить об этом статистически очень трудно: мы ведь не можем порезать тысячи мозгов гениев, тысячи мозгов простых людей, сравнить их и дать строгий математический анализ по всем канонам доказательной медицины. Это невозможно! У нас есть лишь единичные экземпляры в руках и общее впечатление.
— На Западе аналогичные исследования проводились?
— Там долгое время к этим результатам относились несколько недоверчиво. Но около 30 лет назад появилась серия статей о мозге Эйнштейна, который после смерти великого физика был сохранён одним американским патологоанатомом для дальнейших исследований. И в этих исследованиях обнаружили многое из того, что было выявлено нашими учёными в мозге выдающихся людей. Таким образом, можно сказать, что мозг Эйнштейна подтвердил находки нейроморфологов нашего Института мозга.
— Ваш «пантеон мозга» — это уже музейная экспозиция или всё-таки научный объект?
— И то и другое в неразрывной связи. Если применить новые технологии, можно получить выдающиеся результаты! Как я уже сказал, установлено, что гениальность лишь в сравнительно небольшой степени зависит от морфологии мозга, его анатомии. Гораздо важнее узнать, как этот мозг работал, когда был живым, как происходила экспрессия различных генов. Ведь есть гены, имеющие отношение к творчеству, а есть гены, связанные с математикой, способностью к абстрактному анализу. Многие из них хорошо известны учёным.
В принципе, активность генов можно оценить по уровню мРНК, оставшейся в ткани мозга. Чем он выше, тем активнее работал ген и синтезировался соответствующий белок в том или другом отделе мозга, например в лобной или теменной коре правого или левого полушария. Конечно, на давних срезах, подвергшихся серьёзным химическим воздействиям, это сделать сложно, но на сегодня разрабатываются и другие подходы к оценке активности генов в ткани.
Если нам удастся провести такие исследования, мы получим уникальные мозговые генетические профили когнитивной деятельности людей разной направленности. То есть глубже поймём, как мыслил великий писатель, гениальный учёный или крупный общественно-политический деятель. Такого никто в мире никогда не делал!
Так что наша задача сейчас — исследовать коллекцию на новом технологическом уровне, с помощью передовых подходов молекулярной биологии.
«Мозг на чипе»
— Правда ли, что человеческий мозг стал уменьшаться в размерах за последнее столетие?
— Нет, это не так. Всё ровно наоборот. Последние исследования показывают, что объём вещества мозга наших современников немного увеличился по сравнению с 1950-60 годами. Это связывают с уменьшением перинатальной заболеваемости, с улучшением условий жизни на первом году. Дело в том, что для развития мозга критически важны первые месяцы и годы жизни ребёнка.
Плюс улучшилась общая социальная среда, возможности медицинской помощи, отношение к своему здоровью и т. п. Человеческий мозг откликнулся на эти социальные факторы и стал немножко увеличиваться в размерах.
Это очень отрадная тенденция, потому что одновременно с этим в связи с увеличением продолжительности жизни растёт число случаев такого возраст-зависимого заболевания, как болезнь Альцгеймера. Сейчас в мире насчитывается уже 100 с лишним миллионов больных, и скоро их будет 130-140 миллионов! А уже показано, что увеличение объёма мозга — это фактор защиты от болезни Альцгеймера. Таким образом, идёт борьба двух тенденций, и медицинские технологии должны быть активным участником этого противостояния.
— Может ли мозг быть создан искусственно? Удастся ли в будущем выращивать этот орган, как собираются выращивать органы для трансплантации?
— Наверное, всё же не при нашей жизни. Мозг — это сложнейшая система. Кстати, и другие органы — ту же печень — пока не создают со всеми нюансами пространственной архитектоники, а лишь делают, условно говоря, некий пласт печёночной ткани из стволовых клеток. Но сейчас биопринтинг стремительно развивается, и, возможно, «истинную» печень удастся более-менее точно воспроизвести искусственно, но для мозга это невозможно даже представить. Воссоздать его геометрию и совершенно фантастические функции пока нереально.
Тем не менее сегодня во всём мире, в том числе у нас, идут проекты, которые мы называем «мозг на чипе». Это моделирование определённого элемента вещества мозга на маленькой пластиночке, которую мы «заселяем» различными клетками. Например, сейчас совместно с МГТУ им. Н. Э. Баумана мы из нескольких клеточных источников создаём на чипе модель так называемого гемато-энцефалического барьера — то есть модель физиологической системы, обеспечивающей взаимодействие между веществом мозга и питающей его кровью.
Для чего это делается? Такие исследования помогают понять, как могут проникать в мозг крупные молекулы. Во-первых, это нужно для борьбы с болезнью Альцгеймера с помощью специальных антител. Во-вторых, для лечения нейроонкологических заболеваний с целью адресной доставки в мозг химиопрепаратов, которые будут концентрированно действовать на опухоль. В-третьих, это ценно для генной терапии. И, наконец, — для поиска новых лекарственных препаратов: использование такой искусственной системы удешевляет скрининг молекул-кандидатов в сотни раз.
И должен сказать, что по некоторым направлениям проекта «мозг на чипе» мы продвинулись далеко вперёд, не уступая ведущим зарубежным центрам.
Магнит в помощь стрелку
— Сейчас много шума вокруг нейрочипов Илона Маска и других технологий воздействия на мозг. Ведутся ли подобные разработки в Научном центре неврологии? Применяется ли уже что-то на практике?
— Да, наш Центр занимается различными технологиями нейромодуляции, и они уже помогают пациентам при реабилитации. Что такое нейромодуляция? Это воздействие на мозг посредством определённых физических факторов с целью «перепрограммировать» его активность и заставить работать более оптимально. Например, лучше что-то запоминать, лучше говорить, ориентироваться в пространстве и пр. Мы используем неинвазивные методы модуляции, то есть без проникновения в головной мозг. Это транскраниальная магнитная стимуляция, при которой магнитное поле воздействует на ткань мозга, вызывая возбуждение нейронов. А также транскраниальная электрическая стимуляция постоянным или переменным током в различных режимах.
Наш Центр является практически единственным учреждением в стране, которое использует навигационную магнитную стимуляцию: мы подаём импульс не просто в примерно известную точку головного мозга, а предельно точно в очень конкретную «область интереса» у конкретного человека. Для этого проводится процедура точного картирования нужной зоны коры мозга. Причём наши приборы даже корректируют минимальное движение головы пациента, который просто сидит в кресле. Это уникальное оборудование.
Так удаётся улучшать память и двигательное восстановление после инсульта, бороться с болевым синдромом, лечить фармакорезистентную депрессию. Эффект длится 2-3 месяца, но мы стремимся сделать его более стойким.
— А воздействуя на мозг здорового человека, можно добиться полезного эффекта?
— Конечно. По инициативе директора Научного центра неврологии, вице-президента РАН академика Михаила Александровича Пирадова такая работа проводилась, например, с профессиональными спортсменами-стрелками. Идея вот в чём. При нацеливании (как и при любом другом умственном усилии, будь то чтение стихов или арифметический счёт) активизируется определённый отдел мозга. Его можно увидеть на МРТ, имитируя процесс нацеливания. А потом провести нейромодуляцию этой зоны, что повысит точность стрельбы. Это было подтверждено на практике, когда несколько наших подопечных после проведённых сеансов улучшили свои спортивные разряды.
Технологию можно использовать и для тренировки других специальных навыков. Например, для подготовки лётчиков, у которых после анализа мозговой активности в процессе занятий на тренажёрах летательных аппаратов можно установить активируемые зоны мозга и потом целенаправленно стимулировать их с помощью нейромодуляции. Это же относится к изучению иностранных языков и другим видам умственной деятельности.