прослеживает путаницу тончайших нитей – дендритов – отростков нервных клеток.
Визуализация мозга – возможность вживую подсмотреть за волшебной игрой нейронов – является совместным проектом исследовательских групп медицинского и технического университетов г. Вены. Их достижения, удостоенные титульной статьи научно-популярного журнала «Nature», имеют, кроме всего прочего, грандиозное значение для фармакологической индустрии: эта модель позволяет не только наблюдать нейроны, но и оценить количество и качество отложений, играющих важную роль в развитии болезней, например, Альцгеймера и Паркинсона. С помощью такого трехмерного симулятора врачи-нейрологи получат возможность виртуально определять действие различных медикаментов на роковые по своей фатальности отложения и новообразования и подбирать идеальную для каждого пациента терапию. Мало того, можно будет наблюдать в динамике действие медикамента на патологические изменения и регулировать целенаправленно дозировку лекарства без причинения повреждениий окружающим органам и тканям.
Модель мозга Додта еще на один шаг приблизила ученых и к цели реализации величайшего замысла в истории человечества: создание комплексного, функционирующего компьютерного симулятора думающего органа – виртуального человеческого мозга. Эта сверхзадача, по своей дерзновенности и смелости превосходящая миссию декодирования человеческого генома, возложена на созданный в ЕС в январе 2013 г. Human Brain Project.
Human Brain Project – не единственный по амбициям и масштабу проект, направленный на разгадку тайн головного мозга, и европейские ученые отнюдь не одиноки в своем исследовательском усердии. В ближайшем будущем США планируют создание информационного банка под названием «Brain Aktivity Мар», задачей которого является создание комплексной карты мозга. В 1990 г. в Америке уже стартовал проект «Human Connectome Projekt», главная задача которого состояла в том, чтобы с помощью методов нейровизуализации как можно точнее описать нейрональные пути прохождения информационных потоков, обеспечивающие функционирование головного мозга.
Девяностые годы прошлого столетия были определены как «Десятилетие мозга» («Decade of the Brain»). «В то время стало возможным пролить свет на многие проблемы, – подтверждает Йонас, – но одновременно возникали все новые вопросы, и их становилось все больше».
Подобную судьбу эксперты предсказывают и новому проекту. «Это очень тщеславная идея. Я считаю, что приблизиться к поставленной цели в такой короткий срок невозможно», – заявляет Ю. Сандкюлер (J. Sandkiihler), руководитель центра исследования мозга Венского медицинского университета. – «Однако занимаясь лишь теми исследованиями, которые приведут к успеху уже через 2–3 года, мы тормозим развитие науки. Нужно ставить перед собой перспективные цели, оставаться визионерами».
Несмотря на огромное количество накопленных высокоспециализированных знаний в области исследований мозга, детальный процесс взаимодействия анатомических «стройматериалов», формирующих процесс мышления, осознано отвечающего за нормальное функционирование нашей жизнедеятельности, представляет все еще загадку. «В своей комплексности и пластичности мозг все еще остается великим чудом природы, недоступным для нашего понимания», – говорит Ю. Сандкюлер.
Микромир мозга и архитектура нервной клетки
В течение многих столетий при помощи все более совершенных инструментов исследователи препарировали и анализировали это загадочное, весом около 1,5 кг, содержимое нашего черепа. Мы знаем, что миллиарды нейронов человеческого мозга образуют субстанции с яркими названиями – пирамидные, зернистые, звездчатые, канделябровидные, веретеновидные. Кроме того, нам известно, что в мозге есть приблизительно такое же количество клеток, не являющихся нейронами – по большей части это глиальные клетки, участвующие в многочисленных процессах деятельности мозга.
Да и сама внутренняя архитектура нервной клетки или нейрона уже не является для нас тайной. Он состоит из ядра, являющегося основным строительным материалом серого вещества, тела клетки и двух видов отростков; аксона – длинного отростка нейрона, представляющего собой белое вещество, а также дендритов – тонких, коротких и сильно разветвлённых отростков нейрона, передающих возбуждение к соседнему нейрону (рис. 5).
Рис. 5
Каждый нейрон посредством аксонов создает непосредственные соединения с другими нейронами, которые в дальнейшем соединяются в еще большие, сложные группы или структуры, определяющие конкретные ментальные функции человека, а также такие присущие для личности характеристики, как, например, зрение или походку.
Язык нейронов также расшифрован: он базируется на электрических сигналах, причем нарастание напряжения, продолжительностью примерно в одну миллисекунду – потенциал активности, определяемый как информационная единица, или грубо говоря «зажигание», – сменяется падением напряжения, которое дотошные исследователи-неврологи назвали «временем сопротивляемости» (Refraktarzeit) (рис. 6)[5].
Рис. 6
Место передачи нервного импульса называется синапсом. Синапс состоит из трех основных элементов: пресинаптического окончания, ограниченного пресинаптической мембраной, постсинаптического окончания с постсинаптической мембраной и находящейся между мембранами синаптической щелью.
Термин «синапс» был введен в 1897 г. британским ученым в области физиологии и нейробиологии Ч. Шеррингтоном. Эта контактная зона была впервые описана в 1888 г. испанским анатомом С. Рамон-и-Кахалем. Именно он установил, что нервные клетки соединяются друг с другом и с клетками эффекторных органов не путем непрерывного перехода, а через контакты.
В этих промежутках между нейронами – синапсах – электрические сигналы временно сменяются биохимическими (рис. 7).
Рис. 7
Причем, при создании многообразного арсенала переносчиков информации природа не поскупилась на фантазию, охватив все области жизнедеятельности человека без малейшего исключения, своеобразными сигнальными интерпритациями.
Искусство оригами и принцип укладывания структур мозга
Но не только микромир мозга становится нам все более понятным – его крупномасштабный атлас также поддается все более подробному картированию. Непосредственно под черепом расположена шестислойная кора (cortex) большого мозга, покрывающая всю поверхность его полушарий. Площадь коры мозга человека настолько велика, что лишь сложенная в извилины различной величины, в соответствии с рациональной японской системой упорядоченного складывания плоскостей, называемой оригами, gyri cerebri (кора головного мозга) умещается в черепной коробке. Она сгруппирована в различных ареалах – лобном, теменном, височном и затылочном.
Уже известно, что молекулы белка, обладающие одной и той же структурой, формируют свои надмолекулярные образования под влиянием различных факторов в объемном, шарообразном виде или в виде фальцованных плоскостей.
Из детского увлечения бумажными самолетиками мы знаем, как ловкие руки могут изменить свойства обычного листа бумаги, превращая его, например, в летающий объект. Число поклонников древнейшего японского искусства оригами, превращающего плоский лист, в произведение искусства, все увеличивается. Современная наука и индустрия также пытаются использовать потенциал, заложенный в технике складывания плоскостей.
Природа владеет этой техникой в совершенстве, ведь для этого у нее было достаточно времени – миллионы лет. Стоит лишь посмотреть на совершенную, требующую минимального пространства, форму раскрывающихся листьев и бутонов цветов.
Биофизики пытаются раскрыть тайну укладывания белковых структур, составляющих основу человеческого организма. Эта их способность, до сих пор не вызывающая интереса, может вести к изменению свойств самих белков (протеинов). «Плохо» уложенные протеины, как и плохо построенный бумажный самолетик, теряют способность к выполнению своих функций. И это
