нервных клеток, производящих допамин. Эта группа нейронов – черная субстанция (substantia nigra) – получившая свое название из-за обилия темного пигмента, входит в состав базальных ганглий. Своей темной окраской substantia nigra обязана меланину, побочному продукту синтеза допамина. На срезе мозга здорового человека эта темная материя различима невооруженным глазом. У больных БП она намного светлее и по внешнему виду напоминает шрам. Этот светлый «шрам» образуют вспомогательные опорные клетки, окружающие нейроны, которые называются глиальными (греч. «glia» – клей). Глиальные клетки заполняют пустоты, образующиеся за счет отмирания нейронов.
К моменту рождения человек наделен примерно 450 тысячами допаминергических клеток. У здоровых людей их количество уменьшается с течением жизни и составляет к преклонному возрасту 150–300 тысяч. У больных БП первые симптомы болезни начинают проявляться лишь тогда, когда в базальных ганглиях остается всего 20–30 % функционирующих допаминергических нервных клеток.
Другие дегенеративные явления, связанные с недостатком допамина
В более редких случаях распад клеток наблюдается и в других регионах мозга. Например, нередко встречающееся у больных БП нарушение обоняния, которое появляется на ранних стадиях заболевания, может служить тревожным сигналом гибели клеток, производящих допамин, расположенных в мозге в центре обоняния.
Дегенерированные допаминергические нейроны можно обнаружить и в других органах, например, в нейроактивной субстанции сетчатки глаза или в кишечнике, причем изменения в кишечнике отмечаются на особенно ранних стадиях развития БП. Эти последние данные предполагают существование периферической допаминергической системы.
Наряду с установлением факта гибели нервных клеток существует еще одно характерное для постановки диагноза БП обследование на наличие телец Леви (патологических агрегатов белка а-синуклеина). Являются ли тельца Леви основными «виновниками» преждевременной гибели нейронов – пока неясно. Их присутствие характерно, однако, не только для БП: они встречаются и при других нейро-дегенеративных заболеваниях. Кроме того, их находят у 10 % здоровых пожилых людей.
Динамическое равновесие сигнальных посланников
Внутри базальных ганглий сигнальные вещества допамин, ацетилохолин и глутамат регулируют импульсы, обеспечивающие выполнение двигательных и вегетативных функций. При этом необходимым условием такого обеспечения является их сбалансированная концентрация и координация. Следствием недостатка допамина при БП является преобладание содержания ацетилхолина и глутамата. Избыток ацетилхолина, по всей вероятности, ведет к появлению таких симптомов как тремор и ригидность. Гипо– и акинезия являются следствием недостаточной активизации большой коры мозга за счет нехватки допамина (рис. 4). В нейродегенеративный процесс оказываются вовлеченными и сигнальные вещества серотонин и норадреналин, играющие важную роль в возникновении депрессий, часто сопровождающих БП.
Рис. 4
Несмотря на то, что структура мозга и биохимические процессы, протекающие в нем при болезни Паркинсона достаточно хорошо известны, до сегоднящнего дня не ясно, почему вообще возникает этот неудержимый, прогрессирующий процесс гибели нервных клеток. Оставляя в стороне некоторые исключения, причины возникновени БП в большинстве случаев остаются для нас недоступными.
8. Современные представления о работе мозга. Наши заботы и надежды
Проект создания «Вселенной мозга» и эффект «старой промокашки»
Исследования в области нейробиологии проводятся во многих странах сотнями институтов и частных компаний. За последние годы накоплено множество информации о строении головного мозга и отдельных нейронов, о взаимодействиях нейронных соединений и отдельных белков в синапсах, о нарушениях в работе нервной системы, приводящих к различным заболеваниям. При этом стало ясно, что в ближайшие годы поток данных будет продолжать стремительно увеличиваться, а значит жизненно необходимыми становятся методы их каталогизации и систематизации. В таком огромном хозяйстве, как наш мозг, необходимы не только учет и контроль всей его жизнедеятельности, но и понимание логистики взаимодействий его отдельных регионов и их функций.
В конце января 2013 г. Еврокомиссия объявила о финансовой поддержке проекта под названием Human Brain Project, наделив его грантом Future and Emerging Technologies (Будущее и передовые технологии) в сумме 1,2 миллиардов евро. Это должно способствовать повышению и консолидации усилий более чем 80 исследовательских институтов, включающих ведущих нейробиологов, медиков, физиков, математиков и программистов по созданию единой информационной платформы. Главной целью проекта является не появление библиотеки-гиганта, а создание «обсерваторий сознания и мышления», изучающих тайны не космоса, а человеческого мозга.
«Десять лет для решения этой задачи – весьма амбициозная цель», – заявляет П. Йонас (Р. Jonas), профессор института 1ST Austria (Institute of Science Technology), один из австрийских партнеров Human Brain Project. Конечно, определяющей целью является расшифровка функций мозга в целом, но в настоящее время приоритетными являются исследования в области причин возникновения и методов лечения около 500 известных на сегодняшний день заболеваний мозга, которыми в одной лишь Европе страдают более 180 млн. человек. Естественно, что разработка новых медикаментов является одним из важнейших двигателей экономической составляющей этого грандиозного проекта. Кроме того, более глубокое проникновение в глубины структур мозга для всеобъемлющего познания и понимания его функций может привести к ускорению создания принципиально новых суперкомпьютеров, которые, в свою очередь, абсолютно необходимы для реализации идеи компьютерного симулятора нашего думающего органа.
Основой этого огромного проекта послужил эффект, знакомый каждому школьнику: если капнуть на «промокашку» растительное масло, она становится прозрачной. Подобным принципом воспользовались X. Додт (Н. Dodt) и его коллеги из центра исследований мозга Венского медицинского университета при создании, так называемого, «стеклянного мозга». Для получения желаемого эффекта, ученые обезвожили мозг мыши и поместили его в масляный раствор, чтобы сделать его прозрачным. В своей работе исследователи использовали мозг особых, клонированных мышей, гены которых содержат протеин, светящейся зеленым цветом медузы. Если облучать полученный таким способом препарат мозга синим спектром, нервные клетки флуоресцируют насыщенным зеленым светом.
Продукт этих манипуляций можно рассматривать на экране обычного компьютера, ибо он является результатом использования специальной филигранной техники, разработанной и запатентированной Додтом совместно со специалистом по лазерной физике С. Сагхафи (S. Saghafi). Тончайшие, размером в несколько микрометров срезы мозга сбоку подсвечиваются лазером, при этом одновременно посредством микроскопа фокусируются сверху иллюминированные нейроны. Картинки нейронов, «ощупанных» пучок за пучком с помощью электрокабеля, подаются на компьютер, делающий изображение трехмерным. «Нам удалось впервые использовать микроскопическую технику в комбинации с прозрачным мозгом!» – восторгается Додт.
ЭКСПЕРИМЕНТ, ПРОВЕДЕННЫЙ АВСТРИЙСКИМ ИНСТИТУТОМ ПРИ БОЛЬШОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ ФИНАНСИРОВАНИИ, ПОЗВОЛЯЕТ НЕ ТОЛЬКО НАБЛЮДАТЬ НЕЙРОНЫ, НО И ОЦЕНИТЬ КОЛИЧЕСТВО И КАЧЕСТВО ОТЛОЖЕНИЙ, ИГРАЮЩИХ ВАЖНУЮ РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА.
Полученный результат впечатляет даже несведущих: на экране происходит настоящее путешествие по многочисленным таинственным лабиринтам мозга, совершаются открытия отдельных его составляющих, таких, например, как гиппокамп, ответственный за функции памяти. Взор наблюдателя проникает даже внутрь отдельных нервных клеток, завораживается целым морем светящихся зеленых точек, являющихся клеточными телами нейронов,
