Мозок – це диво. Але найнеймовірнішим у ньому є те, що він постійно розвивається. Не тільки в ранньому дитинстві, коли він інтенсивно росте, але й у дорослому житті. Навіть у старості ми можемо вступити в навчальний заклад, здобути ступінь доктора, навчитися столярній справі чи водінню авто, грі на якомусь інструменті чи вивчити якусь іноземну мову. Звичайно, не завжди й не у всіх це вийде з однаковим успіхом. Однак безсумнівно, що кожен мозок повинен бути податливим, інакше ми б не вижили в цьому світі – не могли б постійно адаптуватися до середовища, яке змінюється й рідко дає нам змогу розслабитися.

Ми починаємо свою інтенсивну освіту в момент закінчення періоду немовляти, десь близько третього року життя, дуже швидко навчаючись говорити й функціонувати в групі. Загалом, це група однолітків, хоча ми б найбільше дізналися від старших колег. Однак більше ніколи в житті ми нічого не вчитимемо з такою неймовірною швидкістю, як у віці до восьми років.

Саме в цей період – згідно з досліджуваною теорією – мозок є однією великою «пластичністю». Формуються й можуть закріплюватися будь-які нервові зв’язки – нові синапси. Тому зовсім не є поганою ідеєю вчити дітей якомога раніше музиці, малюванню, ритміці й танцям, іноземним мовам, читанню по складах і т.п. Досягнувши восьми років, наш мозок перестає інтенсивно зростати. Окрім того, починають відмирати нейрони, або ба більше – синапси, які рідко нами «використовуються». У мозку все відбувається як в Євангелії: цим нейронам «що мають, додасться, а у того, в кого нічого не має, відніметься і той дріб’язок, що йому належить». Чому це так і як цей процес функціонує? Ми хочемо про це знати! Так відбувається тому, що пошук речовин, які викликають утворення й зміцнення синапсів у залежності від частоти їх використання, є фундаментальною віссю навколо якої будуються дослідження пластичності мозку.

Оселедці замість шоколаду

Із наукової точки зору, таке дослідження – це спостереження біологічних основ «здатності мозку модифікувати самого себе шляхом перебудови існуючих нейронних мереж і створення нових, із ціллю отримання нових функціональних властивостей». Ці здатності, що забезпечують пластичність мозку, також допомагають мережам і схемам, що складаються з нейронів, залишатися здоровими та стабільними. Таким чином, пластичність мозку – це його постійна здатність змінюватися, запам'ятовувати й вивчати нові речі, тобто створювати й зміцнювати нові синапси, у тому числі, коли старі були втрачені. Завдяки цьому навіть частини мозку, відповідальні за якісь конкретні навички, зміняться й під впливом навчань та тренувань можуть використовуватися й для інших цілей при необхідності. Ось чому в місці, де ми впізнаємо обличчя, ми також почали розпізнавати літери, коли вони свого часу були нарешті винайдені.

Найновіше дослідження пластичності мозку, опубліковане в грудні 2022 року в журналі «Genes & Development», проводилося нейробіологами з найбільшого медичного центру в США, що представляє відомі відділення Техаського медичного центру: Медичний коледж Бейлора та Техаську Дитячу лікарню. Під керівництвом професора Бенджаміна Р. Аренкієля вони намагаються відповісти у своїх працях на питання: яким чином клітини мозку будують зв’язки з новими нейронами, що виникли в головному мозку дорослого? Етика не дозволяє проводити дослідження мозку на людях, тому, як і в багатьох випадках, вони проводилися за допомогою мишачого моделювання, яка вважається цілком прийнятним для досліджень.

     Підписуйтесь на наш фейсбук   
  У разі віднайдення молекул, які допомагають новим нейронам будувати зв’язки в мозку дорослої людини, то це відкриватиме шлях до кращих методів терапії розладів нервового розвитку й відновлення пошкоджених, наприклад, інсультом або операційним втручанням, нервових ланцюгів. Однак американська команда обмежила свої дослідження частиною мозку, яка називається нюховою цибулиною. Це місце, де попередньо розпізнаються хімічні молекули запаху, що зв’язуються з рецепторами в нейронах. Сприйняття запахів на рівні нейронів і молекул дочекалося Нобелівської премії більш аніж десять років тому, а сам процес було засновано на безперервному утворенні нових нейронів. Якщо передавати суть, то у нюховій цибулині постійно створюються зі стовбурових клітин нові нейрони, які мігрують на великі відстані, щоб знайти відповідне для себе місце і тим самим включитися в уже існуючу мережу. Ось чому ця область мозку є такою досконалою моделлю для досліджень.

Наскільки величезною є пластичність нюхової цибулини, показала нам епідемія COVID-19: якби не ця властивість та адаптивність мозку, ми б втрачали нюх назавжди після перенесеної хвороби. Звичайно, іноді нам не повертається точно така ж чутливість до запахів, яка була до того моменту, як нас наздогнав SARS-CoV-2. Це залежить від того, як саме утворюються нові нюхові нейрони, оснащені генами рецепторів запаху. Хто ж не заразився коронавірусом, також може згадати, що в дитинстві йому подобалися інші запахи й смаки (а смак – це на 80 відсотків сприйняття запаху їжі), ніж ті, які, які подобаються йому сьогодні, у дорослому віці. Оселедець замість білого шоколаду – це зміна, яка відбувається в багатьох, хто зростає в нашому культурному середовищі.

Чудодійний вплив окситоцину

Оскільки нові нюхові нейрони формуються все життя (на жаль, вони дуже швидко «спеціалізуються», тому їх неможливо «пересадити» у місця, де нервова тканина пошкоджена), між ними й верхніми рівнями мозку повинні постійно формуватися нові синапси, для того, щоб система інтегрувалася й автоматично відновлювалася. Тому далі варто було з’ясувати, що це за таємнича субстанція, яка відповідає за формування цієї нервової пластичності й спостерігається в більшості з нас (адже є, звичайно, люди, «глухі до запахів»). Із чималим подивом, але також із полегшенням, що «це має все ж сенс», техаські вчені відкрили цю чарівну речовину в уже давно відомому пептидному нейрогормоні – окситоцині, який використовується клінічно вже досить давно.

Ми теж його добре знаємо. Іноді його називають «гормоном обіймів» або навіть «гормоном оргазму», оскільки його секреція викликає побудову емоційного зв’язку ссавців із потомством. Причому йдеться не тільки про матерів, а й про батьків – що теж було досліджено на мишах й висвітлено понад рік тому. Однак, перш ніж обійняти дитину, окситоцин виділяється в обох статей під час статевого акту – й це відбувається прямопропорційно, тобто чим більше його з’являється, тим легше йому виділятися ще. Він також вивільняється під час пологів, що викликає скорочення матки та повідомляє в такий спосіб плід, щоб він нарешті почав просуватися в цей світ. Відразу після цього – поряд із іншими гормонами – він необхідний під час лактації, і смоктання соска теж стимулює його секрецію. Аналогічного ефекту піку окситоцину жінки досягають при прийомі навіть одноразової дози естрогену.

Окситоцин, який досліджувався більше ста років, дочекався свого Нобеля в 1955 році. Гормон приніс його для Вінсента дю Віньо (якого було нагороджено за визначення його амінокислотної послідовності та хімічний синтез речовини в лабораторії). В наші дні в Медичному коледжі Бейлора було відкрито, що рівень окситоцину збільшується в нюховій цибулині, досягаючи піку в той момент, коли нові нейрони включаються в нейронні мережі. Згодом було встановлено, що окситоцин запускає шлях передачі сигналу всередині них, що сприяє утворенню синапсів. Тобто завдяки окситоцину (і його рецептору) два новоутворених в зрілому мозку нейрона можуть з’єднатися з синапсом. А коли миші позбавлялися необхідної активності, яка генерувала виділення окситоцину в цибулині, то нейрони, які з’являлися мали недорозвинені синапси й порушену функцію.

І тому ніякого дива – просто масована реакція новоутворених нейронів на гормон! Із одного боку, так, шок і недовіра до того, що вся ця пластичність (принаймні в нюховому мозку) працює в цілому за простим принципом, з іншого боку – невелике здивування і полегшення, що це викликає окситоцин. Нейропластичність – це феномен, який спостерігається у всіх хребетних, і на його видобувача цей гормон підійде, як ніхто інший.

Патріотизм або ксенофобія, або, може збудник героїв?

Тут варто розповісти про соціальну адаптацію людей. Протягом багатьох років окситоцин (що вводився експериментально інтраназально, рідше внутрішньовенними інфузіями) досліджувався як нейрогормон, який будує людські зв’язки в групі та емпатію. Завдяки ньому ми мали б ділити світ на своїх (схожих на нас) і чужих. Це найлегше дослідити по реакціях на колір шкіри, наприклад, ми сильніше реагуємо на фотографії членів нашої групи, які роблять жалісливі обличчя, ніж на фотографії чужих членів групи із тим же виразом обличчя. Ми також більш схильні допомагати «своїм», ніж «чужим», коли вони відчувають біль – і все це після окситоцинового «нюху». Крім того, під його впливом ми з більшою ймовірністю будемо брехати, якщо це лишень виявиться корисним для членів нашої групи.

Роль окситоцину стає зрозумілою також і при дослідженні конфліктів між членами різних груп. Ми будемо під його впливом обороняти й захищати вразливих членів групи. І навіть змінювати свої суб'єктивні преференції аби пристосуватися до ідеалів свого кола, а не до ідеалів чужого колективу. Дослідження, проведене в Нідерландах, також показало, що окситоцин посилює сприйняття переваги власного етносу серед населення, водночас зменшуючи визнання інших етнічних груп та іноземців. Люди також виявляють більшу прихильність до прапора своєї країни, залишаючись байдужими до інших культурних об’єктів, коли на них впливає окситоцин. Чи заслуговує він, таким чином, на найменування, якого б хотіли одні – «гормон патріотизму», або як прагнули б інші – «гормон ксенофобії»?

Він має зміцнюючий вплив дію на всі суспільні емоції, так як інтраназальне його введення підсилює заздрість і Schadenfreude (укр. зловтіха – О.У.). Люди «під окситоцином» ідентифікують вирази огиди на чужому обличчі швидше, ніж люди, не стимульовані цим нейрогормоном. Його роль також була помічена в одній із найсильніших адаптивних реакцій хребетних – страху-втечі. Введення окситоцину зменшує страх у гризунів, скоріш за все, пригнічуючи мигдалину в мозку, яка відповідає за ці реакції. Інакше кажучи, саме ця речовина, цілком можливо, робить нас героями в ситуації небезпеки.

Також окситоцин по-різному впливає на чоловіків і жінок. Жінки після його прийому швидше, ніж чоловіки, реагують на соціально значущі подразники, що не дивно, тому що естрогени стимулюють його появу. Тоді як тестостерон безпосередньо гамує окситоцин у мишей. Це може мати еволюційне значення, оскільки це психологічно полегшує такі дії, як полювання та напад на загарбників, оскільки окситоцин тісно пов’язаний із емпатією та довірою до інших у групі.

Тому сьогодні техаським нейробіологам дослідами вдається показати ймовірне джерело впливу окситоцину, що модулює реакції, і, можливо, навіть будує зв’язки та соціальну адаптацію. Хоча очевидно, що створення нових синапсів – це не така дія, що здійснюється за «пару секунд». Однак фактом є те, що рецептори окситоцину утворюються в нових нейронах дорослої мишачої нюхової цибулини, а пік цих «народжень» відбувається під час побудови нервових зв’язків, коли нервовий ланцюг працює – хоча б сприймаючи відчуття запахів. І знову: якщо він працює, то окситоцину в мозку більшає, а коли його стає більше, то більшає й синапсів, а отже знову більше стає активності ланцюгів і так далі. Як прямо пишуть автори дослідження, «окситоцин стимулює розвиток й інтеграцію нових нейронів у дорослому мозку, безпосередньо сприяючи адаптивності й нейропластичності».

Чи є вже в нас у руках чудодійний препарат, який буде виправляти «загрубіння» з віком мережі нервових зв’язків або відновлювати пошкодження, викликані хворобами або ж нещасними випадками? «Окситоцин зазвичай присутній у нашому мозку, тому, якщо ми знаємо, як його вмикати, вимикати або мобілізувати, ми можемо допомогти підтримувати здорові ланцюги, через підтримку зростання слаборозвинених з’єднань або зміцнюючи нові», – зазначив професор Аренкієль. Звичайно, цей гормон є хорошим варіантом для таких тестів, і ми побачимо, чи сприятиме він утворенню нових синапсів для відновлення пошкодженої тканини за межами нюхової цибулини. Таких досліджень поки немає, хоча й оксиктоциновий препарат вже зареєстровано задля використання його при виклику родових перейм шляхом внутрішньовенного або внутрішньом’язового введення.

Однак ідеї соціальної інженерії шляхом використання окситоцину або можливого контролю пластичності мізків у масовому масштабі можуть призвести до виникнення серйозних загроз. Передозування цим препаратом або надмірна чутливість до нього (або ж одночасне порушення роботи нирок й надниркових залоз) можуть призвести навіть до смертельної небезпеки для життя. Це називається водним отруєнням – виникає, коли ми маємо в організмі стільки води, що буквально пухне мозок. Після прийому препарату може з’явитися ще кілька побічних ефектів, від сонливості й порушень мови до втрати свідомості.

Однак велика таємниця пластичності мозку починає розкриватися перед нами. І ми не були б собою, якби, у зв’язку з цим, не мріяли про те аби по-своєму його налагодити і контролювати цей процес самим.

– Магдалена Кавалец-Сегонд  

TVP ТИЖНЕВИК.  Редактори та автори

– Переклад Оксана Усатенко Джерело: http://genesdev.cshlp.org/content/early/2022/12/07/gad.349930.122