Ученые пересмотрели роль так называемых глиальных клеток, взаимодействующих с нейронам

Клетки человеческого мозга работают не так, как раньше думали ученые. Основными его «жителями» признаны вовсе не нейроны... Есть также новая теория по поводу формирования долгосрочной памяти — прежде чем проявить себя, она «скрывается» в глубинах мозга на несколько часов. Здоровью головного мозга был посвящен президиум РАН в минувший вторник. Академики доложили о смене парадигмы, объясняющей функции клеток мозга, а также о судьбе федеральной научно-технической программы «Мозг: здоровье, интеллект, инновации».

О важности нейронаук напомнил собравшимся руководитель Научного центра неврологии РАН, вице-президент РАН Михаил Пирадов. Он сообщил, что нарушения функций мозга имеются у каждого четвертого жителя Земли. Это увеличение числа пока неизлечимых нейродегенеративных заболеваний, таких, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, мультисосудистая деменция и, наконец, болезнь века, в которой сейчас «тонет» часть молодого поколения, — цифровая деменция. Он привел данные норвежских коллег, которые, протестировав 34 тысячи жителей Евросоюза, пришли к выводу, что уровень IQ у рожденных после 1981 года на 20 процентов ниже, чем у поколений, рожденных с 1930-х по 1980 годы.

В общем, интерес к проблеме изучения мозга во всем мире колоссальный. В развитых странах расходы на лечение больных с соответствующими заболеваниями превышают треть всех расходов на здравоохранение, а на научные программы в США, Китае, Евросоюзе, Японии и других странах выделяют многомиллиардные суммы.

На этом фоне, по словам Михаила Александровича, дела с отечественной Федеральной научно-технической программой «Мозг: здоровье, интеллект, инновации» складываются не очень успешно. «МК» писал ранее о том, что, несмотря на то, что она была разработана и, кстати, одобрена Президентом РФ Владимиром Путиным еще несколько лет назад, денег на нее пока не выделено.

Тем временем ситуация за эти годы изменилась, современная реальность такова, что упор во всех областях науки делается на первоочередные, горящие проекты, а значит, и программа по исследованию мозга должна была немного измениться. По словам Пирадова, ФНТП уже доработана и скоро будет представлена членам правительства.

Теперь в ней также уделено внимание решению проблем демографии, борьбы с онкозаболеваниями, производительности труда россиян и пр.

В частности, по словам вице-президента РАН, у ученых уже есть некоторые достижения: проводя магнитную стимуляцию мозга здоровым добровольцам, уже сегодня удается на 20 процентов улучшать их память. Эффект этот сохраняется до полугода.

А вот о клеточно-молекулярном механизме памяти рассказал научный руководитель Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Павел Балабан. Его доклад касался возросшей роли так называемых глиальных клеток, которые раньше воспринимались исключительно как служебные. Теперь благодаря им ученые могут объяснить процесс формирования долговременной памяти.

— Обычно модель нейросети представляется нам в виде клеток, которые связаны друг с другом, и часть их может представлять образы: самолет, машину, животное, — начал свое объяснение Павел Милославович. — По последним же данным, мозг работает по-другому — к имеющимся представлениям здесь надо добавлять еще время и пространство. Также ученые пересмотрели роль так называемых глиальных клеток, астроцитов, взаимодействующих с нейронами. Это значительная часть нервной системы, в 8–10 раз превосходящая количество тех самых нейронов, и сегодня мы понимаем, что функция их не ограничивается только служебной функцией осуществления транспорта веществ из крови в нейроны и обратно. Оказалось, что астроциты имеют огромную, если не решающую роль при формировании нашей долговременной памяти.

Павел Балабан раскрыл последние данные мировой науки о том, как формируется эта долговременная память: «Модельный эксперимент на моллюске проводили британские ученые. Вначале у подопытного возникала кратковременная память, но ученые продолжали тестировать животное каждую минуту и в какой-то момент обнаружили, что кратковременная уже исчезла, а долговременная еще не появилась. Ее просто не существовало 3–4 часа, а потом она появилась. Этот таинственный период поставил нас в тупик: где скрывалась все это время долговременная память?

АКАДЕМИК РАН ПАВЕЛ БАЛАБАН

По словам Балабана, его научная группа почти одновременно с другими исследователями на Западе пришла к выводу, что время понадобилось мозгу моллюска для консолидации нейронов, кодирующих память.

— Если в течение тех четырех часов животное получило бы удар по голове, память могла бы не образоваться, — пояснил ученый корреспонденту «МК» после выступления.

— И в этом играли бы роль глиальные клетки?

— Да, все говорит об этом. Сначала нейроны реагируют на внешние стимулы (те, что надо им запомнить). Если реакция сильная, они выделяют в окружающую среду много веществ. Начинается диффузия — взаимообмен данными между соседями, глиальными клетками. У тех, оказывается, есть свои вещества, которые они начинают синтезировать и передавать нервным клеткам как бы в ответ. Эта диффузия и занимает часы.

— Это же открытие!

— Открытия как такового пока нет, это лишь гипотеза, которой мы посвятили одну из последних научных статей. Мы работаем с глией и хорошо видим, что она может управлять работой нейронов.

— Этот принцип работает у всех живых существ, не только у моллюсков?

— Конечно! И у всех долговременная память формируется достаточно долго.

— И от глии может зависеть качество запоминания информации у человека?

— Это зависит от общего состояния нейронных сетей, которые с помощью внешних эпигенетических регуляторов, передаваемых глией, мы можем приводить в нормальное состояние. То есть информация в нейронах уже есть, надо только помочь ей раскрыться.

— Что это за регуляторы, которые могут подстегивать глиальные клетки?

— В опытах на улитках в нашем институте мы использовали, к примеру, бутират натрия. После его введения мы вызвали полное восстановление памяти у «двоечников» без дополнительного обучения.

— Теоретически и людям можно было бы сделать укол, помогающий активировать память?

— На самом деле вещества-регуляторы уже используют в некоторых лабораториях за рубежом. Только они не прошли еще клинического испытания как лекарственные средства или БАДы.

— А из пищевых продуктов можно получить такие вещества?

— Да, они содержатся в сливочном масле, во всех пищевых волокнах, и микроорганизмы в кишечнике вырабатывают из них бутират натрия прямо там.

— Получается, глиальные клетки влияют не только на процесс образования долговременной памяти, но и регулируют степень запоминания?

— Да, это основа памяти и основа функционирования мозга в целом. Мне понравилось одно из последних сравнений глиальных клеток, приведенное одним из зарубежных коллег. Он сказал, что города и освещенные дороги, которые видны из самолета в ночное время, это разные структуры мозга, основное население города — это глиальные клетки, а нейроны — их транспорт. То есть на наших глазах происходит смена парадигмы: основное «население» мозга не нейроны, а глиальные клетки, или астроциты. Если они «захотят», прореагируют на то или иное событие — вы запомните информацию, отсеют его — не запомните.

— Давайте напомним читателям, какие функции выполняют «транспортные» клетки, нейроны?

— Нейроны соединяют разные отделы мозга, принимают информацию извне, извлекают ее из памяти, отвечают за кратковременную память.

Кроме фундаментальных работ по изучению работы мозга Павел Милославович выделил ряд прикладных разработок для медицины. Например, ученые Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН научились избирательно стирать память, к примеру, травматическую. По словам академика, им уже известно, какие молекулы и в каких местах обеспечивают эту память. Известно также, что «стереть» ее может оксид азота. Осталось только разработать методику доставки в эти места нужных генетических конструктов.

Целый ряд последующих докладов на заседании президиума был посвящен лечению опухолей мозга и нейродегенеративных заболеваний.

А академик Константин Анохин дополнил общую картину еще двумя важными аспектами. Во-первых, он отметил большую роль моделирования когнитивных процессов человеческого мозга для разрабатываемых технологий создания искусственного интеллекта (ИИ). Ученый напомнил, что, к примеру, Китай еще в 2017 году огласил план национальной стратегии, в которой основная роль отводилась ИИ. Согласно этой стратегии к 2030 году КНР должна стать мировым лидером в области технологий искусственного интеллекта и их применения в промышленности и экономики. «Для этого запущена программа China Brain Project стоимостью 60 миллиардов юаней и создано большое количество лабораторий и центров совершенства в этой области, — отметил Анохин. — Мне кажется важным обратить внимание на это движение Китая. Тем более что тема развития искусственного интеллекта также содержится и в российской программе». Второй аспект, на котором заострил внимание академик, касался политического взаимодействия стран БРИКС в деле развития нейронаук. Оказывается, китайских ученых в последнее время перестали пускать на американские крупные конференции Общества нейронаук, на которые съезжаются до 30 тысяч сотрудников каждый год.

«Поэтому осенью этого года в Шанхае была высказана инициатива создать новое Общество нейронаук БРИКС. Мне кажется, что это окно возможностей», — сказал ученый.