Природные биологические часы имеют над челове­ком огромную власть. По отсчету времени, который они ведут, закладываются еще задолго до рождения все органы и ткани в их взаимодействии. В указанные ими моменты наступают подъемы и спады в деятель­ности важнейших систем организма; по их сигналам детство сменяется юностью, наступает зрелость, а потом старость…

Самый сложный из биохронометров руководит строительством мозга. Ученые уже знают основные эта­пы развития этого органа. Известно и то, что в основе его заложено воплощение единой генетической програм­мы, иначе говоря, последовательного включения и вы­ключения из работы (для синтеза белка) многих тысяч генов нервной системы.

Время закладывать фундамент

Оплодотворенная яйцеклетка начинает дробиться. Зарождается новая жизнь человека или животного. Сначала эмбрион похож на бесформенное скопление шариков, потом на ягоду малины. Через некоторое время внутри «ягоды» образуется полость, и она превращается в нечто вроде резино­вого мячика со стенкой из одного слоя клеток. Вскоре словно невидимая рука вжимает эту стенку внутрь, мяч становится двухслойным и сплющенным, а затем по­степенно вытягивается в трубку. В ходе непрерывных клеточных делений ее стенки разделяются на три заро­дышевых листка: внутренний — в дальнейшем он даст начало органам желудочно-кишечного тракта; из сред­него возникнут мышцы, кровь, костная и соединитель­ная ткани; наружный есть зачаток нервной ткани, а заодно и эпителия — слоя кожи и слизистых оболочек.

Вот в этот момент и начинают свой ход генетические часы мозга. Сигнал к их запуску дает взаимное влия­ние соседних тканей, которое вызывает дифференци­ровку клеток. Клетки среднего зародышевого листка, расположенные вдоль спинной стороны зародыша, вы­деляют некие вещества, которые, попадая в ближай­шие к ним клетки наружного листка, включают в них определенные гены. Благодаря этому и строение, и химические процессы, и работа этих клеток начинают развиваться по «нервному» типу. Так закладывается нервная пластинка — праматерь головного и спинного мозга. А остальные клетки наружного зародышевого листка, не испытавшие на себе такого влияния, стано­вятся эпителием.

Однако если срезать верхний клеточный слой сред­него зародышевого листка, но обязательно в самом на­чале времени закладки «фундамента», нервная система вовсе не образуется и зародыш скоро погибает. За­то если этот кусочек эмбриональной ткани подсадить под наружный зародышевый листок на боку или живо­те другого зародыша, то там появится вторая нервная пластинка. В результате такой операции в 1921 г. X. Мангольд, ученица немецкого эмбриолога Г. Шпее­мана, и открыла нейрональную индукцию (начальный процесс зарождения нервной системы).

В начале 30-х гг. установили, что экстракты клеток среднего зародышевого листка действительно содержат какие-то индуцирующие вещества, и их пытались вы­делить в чистом виде. Но затем оказалось, что такие же эффекты вызывают и многие другие соединения, в том числе неорганические (скажем, кремний, каолин, мети­леновый синий), и воздействия некоторых внешних фак­торов — перегревание, повышение кислотности среды. По-видимому, когда пружины генетических часов моз­га уже взведены, весь механизм находится в неустойчи­вом состоянии. Стоит лишь встряхнуть его, и стрелки побегут по циферблату.

Но исследователей не оставляла мысль о существо­вании специальных молекул-нейроиндукторов. Выяс­нилось, что в организме появляются индукторы дру­гих тканей (соединительной, мышечной) и что в процессе индукции они активно взаимодействуют с генами, вме­шиваясь в их работу; что эти вещества умеют находить белки-рецепторы, которые специально для них ненадол­го появляются на поверхности клеток-мишеней, и опо­средуют действие индукторов на процессы, происхо­дящие в клетке, прежде всего — на работу генов. По­этому ученые считают, что у природы есть химический «заводной ключик» к генетическим часам мозга и спе­циальный замок к ним. Биологи упорно ищут вещества нейрональной индукции и рецепторы к ним на поверх­ностях клеток. Первое же расшифрованное вещество нейрональной индукции дало бы мощный стимул для исследования и лечения опухолей мозга. Ведь основу наиболее опасных опухолей нервной ткани как раз и составляют незрелые клетки, которые никак не могут дифференцироваться в нейроны. Вполне возможно, что толчок к их созреванию, а следовательно, и к пере­ходу из злокачественных в обычные и могли бы дать факторы нейрональной индукции.

Недавно из куриных эмбрионов были получены высокоочищенные вещества, которые в ничтожных ко­личествах индуцируют развитие нервной пластинки у амфибий. Одни ученые считают действующим нача­лом в этом процессе белки, другие — комплексы бел­ков с РНК. Спор разрешит, видимо, только окончатель­ная расшифровка строения молекул индукции.

Нейроны выбирают профессии

По мере того как мо­лекулярный хронометр мозга отмеряет свои первые дни, в клетках-предшественницах нейронов наступает пора включения новых и новых генов, активность кото­рых все более специфична именно для нервной ткани. Остальные гены навсегда прекращают синтез белка. Из­меняется и внешний вид нервной пластинки — она за­мыкается в трубку.

На этой стадии развития с клетками, которые необратимо стали на путь превращения в нейроны, про­исходят важные перемены. Ограничивается свобода вы­бора ими будущей профессии и даже адреса в мозге. К концу этого этапа распределение клеток по основным мозговым структурам уже предопределено. Например, из переднего конца нервной трубки позже разовьются нервные структуры глаза и часть мозга. Если на бо­лее раннем этапе удалить отсюда участок ткани, то дефект будет восполнен благодаря усиленному размно­жению соседних клеток. Но если такую операцию про­делать позже, когда за клетками уже закреплены их профессии, формирование глаза или мозга нарушится. Прародители нервных клеток начинают приобретать определенные свойства, характерные для так называ­емых нейробластов — непосредственных предшест­венников нейронов. Силы, направляющие этот про­цесс, пока неизвестны. Ясно лишь, что для первичной дифференцировки нервных клеток существует эффект «минимальной массы», напоминающий тот, что при­сутствует при ядерном взрыве. Для дифференцировки нервных клеток необходимо, чтобы их было не меньше некоего определенного количества.

Немецкие исследователи Ц. Гробстейн и Г. Цвил­линг поставили оригинальный опыт. Они разделили зародыш мышиного мозга на 8 и 16 частей и подержали их некоторое время по отдельности. Затем соединили вновь 8 и 16 частей и выращивали их на питательной среде. Только первая смесь клеток в конце концов со­зрела в нормальные нейроны. Выходит, 1/16 часть моз­гового зародыша составляет слишком маленькую груп­пу клеток, чтобы в ней началась дифференцировка. Зато для этого уже хватает большей клеточной груп­пы — 1/8 зародыша мозга.

Обработка эмбриональных нервных клеток спе­циальными веществами, вымывающими природный материал, скрепляющий их друг с другом, не только приостанавливает их созревание, но и грубо нарушает его. В отдельных клетках появлялись пигмент, ха­рактерный для кожи, в других — мышечные белки. Оче­видно, клетки на этой стадии, выделяя некие вещества, как бы стимулируют друг друга к созреванию в ней­робласты, а дальше — в зрелые нейроны. Но природа этих соединений пока неясна.

Пора странствий

На протяжении всего времени от закладки нервной пластинки до замыкания ее в труб­ку число клеток в ней постоянно у всех особей данного вида. Например, у лягушек их около 125 тыс. Но пос­ле образования нервной трубки стрелки генетических часов мозга вдруг словно ускоряют бег. Клетки усилен­но печатают новые гены, быстро делятся. На этом этапе происходит и миграция клеток, которая предопреде­ляет и архитектуру всего здания мозга, и специализа­цию его будущих жильцов.

Причина «демографического взрыва» среди кле­ток нервной трубки пока непонятна. Но о стимулах, зовущих нейробласты в дорогу, уже кое-что известно. Час странствий им, видимо, объявляют вещества, поступающие из глии. Клетки глии — это соседи нейро­нов по мозгу, составляющие почти половину его объ­ема. Раньше считалось, что они всего лишь опорный ске­лет мозга и «кормильцы» нейронов. Однако сейчас яс­но, что роль глиальных клеток в мозге сложнее. Ви­димо, именно глиальные клетки указывают нейроблас­там маршруты их переселений.

Деление незрелых нейронов происходит лишь во внутренних слоях нервной трубки. Затем клетки пере­мещаются к ее наружной поверхности и там либо окон­чательно обосновываются, либо снова возвращаются вниз для новых делений. Вверх они поднимаются, как акробаты по канату, по отросткам глиальных клеток. Возможно, эти клетки выделяют какие-то вещества, ру­ководящие движением нейробласта и определяющие его конечный пункт, от чего и зависит будущее место­положение нейрона в мозге.

Первые встречи

Определив приблизительно свое местоположение в нервной трубке, нейробласты вступа­ют в новую фазу развития. Клетки, несущие опреде­ленные черты сходства, собираются вместе, образуя будущие структуры мозга. Одновременно клетки при­обретают ту ориентацию, которую сохранят и в зрелом организме. Например, в коре головного мозга крупные нейроны пирамидной формы согласованно выстраива­ются в ряд, позже они возьмут на себя управление дви­жениями. Одни их отростки обращаются к поверхности, а другие — внутрь зачатка мозга.

На нервной трубке выделяются спинной мозг и пять пузырей, дающих начало основным отделам головного мозга. Если на пятом этапе механически разделить клет­ки разных областей, затем смешать их и поместить в питательную среду, то бывшие соседи снова найдут друг друга и прежние союзы восстановятся.

Такое взаимораспознавание клеток и их слипание (адгезия) происходят благодаря выделяемым ими ве­ществам, находящимся в их оболочках.

Группе Дж. М. Эйдельмана из Рокфеллеровского Университета (США) удалось получить антитела к мо­лекулам адгезии в зачатке мозга куриных эмбрионов. Оказалось, что одни такие молекулы собирают вместе нервные клетки, а другие — нервные и глиальные. Кроме того, американские ученые начали исследовать молекулы адгезии печеночных клеток. Пока удалось выделить в чистом виде три типа молекул адгезии: со­бирающие нейроны, нейроны вместе с глией, печеноч­ные клетки. Вещества эти расшифрованы еще не до кон­ца. Но уже ясно, что, например, нейрональные молеку­лы адгезии — это гликопротеины, т. е. белки, соединен­ные с остатками сахара (сиаловой кислоты).

Интересно, что если в самом начале эмбрионального развития молекулы адгезии нейронов еще можно найти на оболочках самых разных клеток, даже тех, которые дадут начало мышцам, печени, почкам, то по мере за­мыкания нервной трубки они выделяются уже только нейробластами и исчезают на других клетках.

Хотя пока в мозге нашли лишь 2 вида молекул ад­гезии, Дж. М. Эйдельман считает, что здесь их гораздо больше и что изучение их химического строения помо­жет понять принципы, по которым встречаются и уста­навливают своими отростками связи клетки в будущих структурах мозга.

Клетки мужают

На циферблате мозговых часов по­являются новые фигуры — нейроростовые факторы. Они стимулируют развитие и окончательную дифференцировку нейробластов в зрелые нейроны, рост и вет­вление их тел и отростков. Один из них — фактор роста нервов (ФРН), широко распространенный в животном царстве белок, состоящий из двух цепочек по 118 ами­нокислот. Его открыл в 1948 г. англичанин Э. Д. Бью­кер, а строение его расшифровали 23 годами позже Р. Леви-Монтальчини, В. Хамбургер и их американ­ские и итальянские коллеги.

Тем не менее он оказался едва ли не самым загадоч­ным из всех соединений, регулирующих развитие моз­га. По своему строению он близок к инсулину и некото­рым другим белкам, тоже ускоряющим рост клеток. Их общим эволюционным предком считают один ген. Но если все инсулиновое семейство синтезируется под контролем гипофизарного гормона роста, то на образо­вание ФРН влияет почему-то мужской половой гормон тестостерон: у самок мышей ФРН в 10 раз меньше, чем у самцов (хотя нервная система развивается у них ничуть не хуже).

Непонятен и прихотливый выбор мишеней для стимулирующего действия ФРН. Это нейробласты симпа­тической нервной системы, выделяющие медиатор ад­реналин, и чувствительные нервные клетки, располо­женные вдоль спинного мозга. И те и другие отклика­ются на животворное действие ФРН в короткие интер­валы до и после рождения.

ФРН поглощается клеткой, доходит до ее ядра и за­пускает в работу гены, ответственные за образование адреналинпроизводящих ферментов.

Кроме ФРН сейчас выделяются вещества, стимули­рующие рост глиальных клеток. Из скопления нейро­нов, иннервирующих мускулатуру глаза, очищается вещество, ускоряющее дифференцировку перифериче­ских нервных клеток.

Медицинское значение таких экспериментов очень велико, и на них брошены огромные средства. Хотя во взрослом организме нейроны не делятся, здесь есть резерв незрелых клеток. За счет их созревания мозг вра­чует свои раны при болезнях и травмах, и биологи дав­но ищут вещества, которые бы мобилизовали такой ре­зерв. Однако никакие ростостимулирующие вещества нервной ткани пока непригодны для клиники. Не в том ли причина, что действие их в мозге четко ограничено в пространстве и времени, а как — еще предстоит раз­гадать.

Таинственные самоубийства

Итак, часть незрелых нейробластов мозг оставляет в виде запчастей на случай будущих поломок. А остальные? Они погибают. По приблизительным оценкам, гибнет до 85% первоначаль­ного числа нервных клеток.

Когда-то считали, что причиной гибели лишних ней­ронов становятся ядовитые вещества, выделяемые дру­гими же клетками мозга. Но опыты этого не подтверди­ли. По другому мнению, на гибель обрекаются нейроны, не нашедшие «своих» в период образования агрегатов или допустившие «ошибку» при посылке своих отрост­ков к надлежащим клеткам-мишеням, в общем, остав­шиеся не у дел. Но опыты с простыми нервными систе­мами, где можно проследить за судьбой отдельных ней­ронов, показали, что так бывает не всегда.

Появилась теория, связывающая гибель нейронов с изменением содержания в разных частях нервной сис­темы факторов мужания, подобных ФРН. Там, где их больше, нейроны выживают, где меньше или совсем нет — гибнут. Эксперименты подтвердили, что введе­ние животным на определенных стадиях развития ан­тител, нейтрализующих ФРН, и в самом деле убивает многие нервные клетки.

Поразительные закономерности гибели нейронов обнаружили английские физиологи С. Бреннер, Дж. Э. Салстон и их сотрудники, исследуя развитие круглого почвенного червя Caenorhabditis elegans — единственного в мире животного, чья нервная система (из трехсот с лишним нейронов) изучена досконально. Оказывается, у этого червя происходят не убийства, а строжайше запрограммированные по генетическому хронометру самоубийства нейронов: внешне совершенно здоровые «братья» созревающих нервных клеток по­гибают у всех червей точно в одно и то же время. Иссле­дователи даже научились управлять этим процессом. С помощью лазера они вызывали мутации в генах жи­вотного, и одна из них приводила к тому, что у таких му­тантов все обреченные на гибель нейроны выживали. Выживали и сами черви. Но их поведение значитель­но изменялось. Особенно же это касалось половых ре­акций. Почему так — станет понятно из нашего даль­нейшего рассказа.

Как нервные клетки узнают друг друга?

Далее на­чинают складываться те ансамбли нервных клеток, которые постепенно берут на себя управление мышца­ми и вегетативными органами, а в будущем станут фундаментом передаваемого по наследству, так называемого инстинктивного поведения. Для этого нервные клетки уже не просто растут, а посылают свои нерв­ные окончания по точным адресам, устанавливая на­следственные запрограммированные связи.

Наблюдения над крупными нервными клетками насекомых показали, что жестко предопределено на­правление только их стволов и наиболее крупных от­ростков. Однако даже всемогущие гены не могут зако­дировать во всех подробностях архитектуру всего ог­ромного древа нейрона. Между тем контакты с дру­гими нейронами, создающие единую нервную систему, образуют только крайние, самые мелкие веточки это­го древа. Как же они находят друг друга?

Еще в 60-е гг. было высказано предположение, что на поверхности нейронов-мишеней существуют мо­лекулярные метки — их и разыскивают в соответ­ствии с генетической установкой нейроны — отправи­тели отростков. Это подтвердили и эксперименты. Ис­следователи даже ухитрились проследить, как расту­щие окончания нервных клеток пробираются через хитросплетения отростков других нейронов в поисках своих молекулярных мишеней. На таких окончаниях образуются специальные нитевидные придатки, кото­рые буквально ощупывают каждую встречную клет­ку — не та ли? Один из таких странников проверил по пути около 25 пучков нервных волокон, свернул на нескольких нервных перекрестках и в конце концов, отыскав нужное окончание, образовал с ним синаптический контакт.

С помощью антител удалось обнаружить одну мо­лекулу распознавания, характерную всего для четы­рех из тысячи нейронов плодовой мушки-дрозофилы. Она появляется на поверхности их отростков лишь в краткий миг встречи и больше никогда и нигде в орга­низме насекомого не встречается.

Выходит, лишь однажды за все время жизни организма на какие-то несколько часов из всего огромно­го множества генов, которые содержат нейроны, в счи­танных клетках активируется один-единственный ген!

Советские ученые с большим интересом исследу­ют эту стадию развития мозга. По их мнению, роль нейронов — «получателей» отростков сводится не только к тому, чтобы на некоторое время выставить на своей оболочке молекулу распознавания и ждать, не появится ли какой-либо отросток. Познакомимся с на­блюдениями группы московских нейробиологов под руководством Т. А. Аджимолаева.

Нейроны энергично протягивают друг другу свои отростки, но далеко не все они образуют на телах ней­ронов специальные зоны контактов, называемые синап­сами (застежками), где электрические импульсы или информационные молекулы сильнее всего действуют на нервные клетки.

Многие из обращенных к нейрону отростков он об­волакивает своей оболочкой и… «откусывает», исполь­зуя для этого лизосомы, содержащие специальные фер­менты. Однако как же нейрон узнает, какой отросток ему нужен, а какой нет? Отростки выделяют особые вещества, которые либо усиливают, либо ослабляют выброс лизосомами их разрушительных ферментов.

Итак, если генетическая программа нейрона преду­сматривает контакт с отростками, несущими какое-то опознавательное вещество, оно же и закрывает ли­зосомы, не допуская выделения опасных ферментов. Только тогда отросток образует с нейроном синаптиче-ский контакт. Но если врожденная инструкция запре­щает нейрону контакт с кем-то из соседей, то их окон­чания, опять же сами, обрекают себя на уничтожение.

Не правда ли, хитроумный автоматический меха­низм изобрела природа для установления контактов между нейронами! В отличие от молекул распозна­вания, которые ищут в нервной системе дрозофил, эти вещества были давно известны ученым. Ими оказа­лись медиаторы: ацетилхолин, адреналин и норадрена­лин (медиаторами называют молекулы относительно несложной структуры, которые используются для пе­редачи информации между нейронами в зрелом мозге).

Выходит, в эмбриональной и сложившейся нервной системе природа задействовала с близкими целями одни и те же соединения. По-видимому, одинаковые или похожие молекулы, которые в начале жизни моз­га собирают его клетки в разные ансамбли, уже в зре­лом мозге в этих же ансамблях становятся связующи­ми, информационными веществами. Например, моле­кулы, которые в развивающемся мозге объединяли клетки, призванные в будущем контролировать пище­вое поведение, во взрослом организме будут его же хи­мическими регуляторами.

Эта гипотеза стала одним из продолжений теории функциональных систем, сформулированной акаде­миком П. К. Анохиным (1898—1974). Ее главное до­стоинство в том, что вместо рассмотрения деятельно­сти отдельных органов или структур мозга анализиру­ется их включение в специальные саморегулирующие­ся организации. Теория функциональных систем ут­верждает: движущий стимул поведения человека и животных — полезный приспособительный резуль­тат. Им могут быть необходимые организму мета­болические реакции; показатели внутренней среды — оптимальное давление крови, достаточное содержание в ней кислорода и питательных веществ; внешние фак­торы, скажем пища, вода; итоги социальной деятель­ности человека. Во имя достижения полезных приспо­собительных результатов в организме создаются объ­единения клеток, и в частности — нейронов мозга. Они и представляют собой динамические и функциональ­ные системы.

Некоторые из функциональных систем временные, рабочие. Они распадаются, как только достигается результат, ради которого создавалась эта система, ска­жем написано сочинение, сделана утренняя зарядка. Зато другие, следящие за деятельностью сердца, лег­ких, спаяны очень прочно. Их «мозговые представи­тельства» создаются задолго до рождения и распада­ются лишь со смертью живого существа.

По мысли П. К. Анохина, функциональные систе­мы начинают созревать еще в эмбриональный период, причем прежде всего — обеспечивающие те функции, которые необходимы организму сразу после рожде­ния. Например, у новорожденного ребенка уже готовы к действию мозговые центры, управляющие хвататель­ными движениями рук, и мышцы, обеспечивающие эти действия. Зато все близлежащие двигательные нервные центры и мышцы еще далеки до работоспо­собности.

В одной из книг П. К. Анохина есть фотография новорожденного малыша, который уверенно висит, ухватившись за пальцы врача. Раннюю «боеготов­ность» этой системы мы унаследовали от обезьян. Их детеныши должны были с первых же часов жизни крепко держаться за шерсть на животе матери, как бы резво она ни бегала. На секунду выпустишь шерсть — упадешь и погибнешь!

П. К. Анохин писал об ускоренном и избиратель­ном образовании и других систем, скажем обеспечи­вающих сосание у малышей или узнавание грачатами материнского крика «кар-р!». Эти примеры доказыва­ют, что в мозге и других органах некие ансамбли кле­ток могут становиться зрелыми независимо от темпов созревания частей тела в целом. И все ради того, чтобы точно в срок, слаженно и четко заработал механизм, обеспечивающий организму тончайшее приспособ­ление к условиям среды.

Эти процессы впервые начинаются во время «профессиональной» специализации нейронов, тем самым придавая этому этапу необычайную важность во всем эмбриональном развитии мозга. Молекулы распозна­вания нейронов, как и автоматический механизм установления контактов между ними, очевидно, и сплачивает их в разные функциональные системы. Зна­чит, главная общность клеток, объединяющихся в со­зревающем мозге для выполнения различных «работ», состоит во включении в этих нейронах каких-то генов, синтезирующих вещества-сборщики функциональных систем.

Вместо мамы — синий шар

И вот эмбрион превра­тился в новорожденного. Теперь деятельность нерв­ной системы все в большей степени формируют и на­правляют не генетические программы, а стимулы внеш­него мира. Но в «достройке» наиболее сложно органи­зованных и эволюционно молодых структур мозга воз­действия наследственности и среды еще некоторое вре­мя участвуют наравне друг с другом.

Речь идет об импринтинге — своеобразном виде обучения в первые сутки после рождения. Доказано, например, что цыпленок примет за мать любой движу­щийся объект, который встретит в первые 32—36 часов жизни, и будет неотступно за ним следовать. Лишь бы объект в поле зрения птенца двигался с небольшой ско­ростью и был бы не очень велик. Так запечатлевают­ся и многие другие навыки, важные для первого при­способления малыша к внешнему миру.

Нейрохимические механизмы импринтинга у цып­лят изучают А. Хорн и его коллеги из Великобритании и группа грузинских исследователей из Института фи­зиологии АН ГССР под руководством Р. С. Рижинаш­вили. По их мнению, при импринтинге в мозге появля­ются белки, которые не только замыкают некие приго­товленные для этого нервные цепи, но и несут информацию о встреченном объекте. Об этом свидетельствуют некоторые экспериментальные факты, полученные гру­зинскими учеными. Например, новорожденных цыплят обучали следовать вместо курицы за синим или крас­ным шаром, а потом приготовляли из их мозга экстракт и вводили другим цыплятам. И те из них, кто получал экстракт от «потомков» красного шара, начинали бегать за ним, игнорируя синий, и наоборот…

Начало независимости

И после периода импринтин­га продолжает достраиваться мозг молодых животных. Еще долго по врожденным эскизам образуются сети межклеточных связей, дозревает часть нейробластов, а готовые к действию нейроны «разучивают» электро­импульсные и медиаторно-химические языки мозга. Но для его эволюционно самых молодых структур — коры больших полушарий — уже наступает время относительной независимости от наследственных про­грамм. Судить об этом можно по тому, что главным образом в коре происходит теперь ветвление отростков нервных клеток, и чем богаче информацией среда, в которую попал организм, тем интенсивнее они разрастаются. Паутиной новообразованных отростков мозг как будто улавливает приобретаемый опыт.

Окончательная отделка мозга может продолжаться у человека до 30—35 лет, а возможно, и до конца жизни. Но это происходит лишь в одном уникальном отделе мозга (причем только человеческого) — в эволюционно самых молодых областях лобной, теменной и височной коры. Это так называемые ассоциативные зоны, отведен­ные для самых сложных форм интеллектуальной дея­тельности: речи, мышления, принятия решений. Кстати, именно здесь больше всего генов по сравнению с осталь­ными частями нервной системы включено для синтеза белка.

В остальном же развитие мозга идет на уровне перестроек, которые подчиняются не только командам внутренних генетических часов, но и могучим стимулам, приходящим из огромного и бесконечно разнообраз­ного внешнего мира…

Между развитием мозга разных полов, в том числе и у человека, есть значительные генетически запро­граммированные отличия. На них затем накладываются последствия социальных влияний, образуя во многом непохожие индивидуальные типы мужского и женского организмов.

У развилки двух дорог

Половую дифференцировку мозга можно сравнить с развилкой двух дорог, одна из которых приводит к становлению женского, а дру­гая — мужского мозга. Начинается такая дифферен­цировка тогда, когда в эмбриональном мозге появля­ются молекулы адгезии (слипания). Завершается же она у человека уже в подростковом возрасте, во время по­лового созревания.

Первые научные сведения о механизмах половой дифференцировки мозга получил американский уче­ный К. А. Пфейфер. В 1936 г. он доказал, что различия в работе женского и мужского мозга зависят не только от разницы в гормональной секреции яичников и семен­ников, но и от половой специфики одного из отделов мозга — гипофиза. Эта небольшая железа внутренней секреции, расположенная у основания черепа, выде­ляет гормоны, управляющие другими эндокринными железами нашего тела.

Однако в 1959 г. после опытов с обменными пере­садками гипофизов между самцами и самками разных животных стало ясно, что гипофиз — лишь бесполый химический инструмент в руках мозговой структуры гипоталамуса. Так называют область мозга, располо­женную как раз над гипофизом. Ее основное назна­чение — координировать поведение живого существа с работой его внутренних органов. Для этого гипота­ламические нервные клетки выделяют в кровяное русло и рассылают через свои отростки соседним нейронам физиологически активные вещества — гормоны и ме­диаторы, объединяющие разные клетки в функцио­нальные системы, которые обеспечивают поиск пищи, воды, полового партнера, поддерживают на оптимальном уровне кровяное давление и уровень жидкости в организме.

Основные закономерности половой дифференци­ровки мозга изучены на крысах. Установлено, что семенники у будущих самцов крыс начинают выделять тестостерон раньше, чем яичники у самок эстроген. У новорожденного крысенка уровень тестостерона в крови даже выше, чем у взрослых животных, а эст­рогены в крови впервые можно определить на 8-й день жизни крысят. Из-за этих «гормональных нож­ниц» первая неделя их жизни становится тем критиче­ским периодом, когда власть в мозге получает либо мужское, либо женское начало.

Борьба между ними разворачивается на двух кро­шечных аренах, называемых преоптическим и аркуат­ным ядрами гипоталамуса. В отличие от большинства других структур мозга нейроны этих ядер из-за особенностей их генетической программы высокочув­ствительны к мужским и женским половым гормонам. Но, как мы уже говорили, у новорожденных самцов есть только тестостерон. Он и действует на оба ядрышка, однако в первую очередь — на преоптическое, посколь­ку его восприимчивость к действию гормона несколько выше.

Тут-то и происходит ключевой процесс половой диф­ференцировки. У самцов тестостерон проникает в пре­оптические нейроны и выключает работу генов, что ко­дируют белки-рецепторы для женских половых гормо­нов. Рецепторы эти узнают молекулы гормонов, свя­зываются с ними и передают их эффекты на внутриней­рональные биохимические процессы. Лишившись та­ких рецепторов, нейроны преоптических ядер у самцов становятся глухими к голосам гормонов. Зато арку­атное ядро у самцов, а также преоптическое и аркуат­ное — у самок, где тестостерон не успевает «оглу­шить» нервные клетки, сохраняют рецепторы к гормонам, а следовательно, и отзывчивость к этим химиче­ским сигналам.

В итоге у самцов половые функции регулирует только аркуатное ядро, а у самок — еще и преоптиче-ское. Таково основное отличие мозга разных полов, поскольку только у особей женского пола преоптиче­ское ядро оказывается способным к так называемой циклической регуляции гипофиза. Иначе говоря, полу­чив через свои рецепторы сигналы о повышении в крови уровня эстрогенов, преоптические нервные клетки сти­мулируют усиленное выделение гипофизом его гор­монов, которые запускают звено за звеном великую Цепь Жизни в организме женщин — циклы развития яйцеклеток в яичниках. Нейроны же аркуатного ядра, наоборот, тормозят выделение гипофизарных гормонов в ответ на повышение в крови тестостерона и эстрогена. Таким образом, преоптическое ядро, доминирующее у самок крыс, работает по принципу положительной, а аркуатное, «мужское» ядро — отрицательной обрат­ной связи с гипофизом.

Позже аркуатное ядро у самцов крыс становится важнейшим мозговым центром мужского полового поведения, а преоптическое у самок — и женского полового, и материнского. Примерно такими же способа­ми утверждают свою власть мужское и женское на­чало в человеческом мозге. Критический период поло­вой дифференцировки приходится на 3—6-й месяцы внутриутробного развития плода. Однако если бы все отличия в устройстве женского и мужского мозга состояли лишь в разной отзывчивости нейронов к гор­монам, непонятно было бы, откуда берутся половые отличия и в строении мозга, правда, относящиеся в основном к тем же нервным клеткам, которые роз­нятся по гормоночувствительности. Иначе ветвятся от­ростки этих клеток у самок и самцов животных. Не­одинаковые размеры имеют нейроны и их ядра. По-разному расположены клетки относительно друг друга.

Выходит, половая дифференцировка мозга затра­гивает не только химические особенности нейронов, но и архитектуру их ансамблей. Происходит это, как выяснилось совсем недавно, потому, что в мужском и женском мозге по-разному осуществляется важнейший процесс их развития — программированная гибель нервных клеток.

Вернемся ненадолго к почвенному червю, о котором мы рассказывали раньше. В результате одной из мута­ций у него нарушалась генетически запрограммиро­ванная гибель нейронов. Все клетки, которым суждено было погибнуть, оставались жить, и особенно заметные изменения после этого у червей отмечались в половом поведении. Причина этого стала понятна, когда уче­ные установили, что программированная гибель двух определенных нервных клеток заставляет нервную си­стему червя развиваться по мужскому типу. Если же эти клетки выживают, развивается червь-гермафродит (самок у этих червей вообще не существует).

Опыты с крысами не только подтвердили, что про­граммированная гибель нервных клеток — один из общебиологических механизмов половой дифференци­ровки мозга, но и выявили вещества, контролирующие этот процесс. Ими оказались половые гормоны. В роли клеточного спасителя еще на стадии внутриутробного развития выступает тестостерон. Поступая в нервные клетки мужского мозга, гормон не только сохраняет жизнь многим из них, но, каким-то образом дейст­вуя на него, стимулирует спраутинг — разрастание нервных отростков. За счет этого нейрон объединяется с соседями для выполнения разных задач. Спасительная роль эстрогенов на стадии программированной гибели нейронов еще не доказана. Но известно, что и они ре­гулируют спраутинг нервных клеток и объединение их в ансамбли различной специализации.

А поскольку гормоночувствительные нейроны най­дены не только в гипоталамусе, но и в других отделах мозга, можно предположить, что его половая дифферен-цировка распространяется на самые разные особенности нервной деятельности, а значит, и поведение. Это под­твердилось в опытах на животных и при работе с добро­вольцами. Наибольшие половые отличия в поведении доказаны в отношении трех видов активности: мате­ринства, агрессивности, половых реакций.

Ум женский и мужской

По наблюдениям психо­логов, у большинства мужчин чадолюбие менее развито, чем у женщин. Но в какой мере это зависит от генети­ческих, а в какой — от социальных причин? Датский психолог Г. Ниборг наблюдал мужчин, у которых из-за генетических нарушений или употребления их матерями во время беременности половых гормонов феминизировались (т. е. приобретали женские отличи­тельные качества) внешние половые признаки и пове­дение. Несмотря на это, материнский интерес у таких мужчин нисколько не увеличился. С другой стороны, и у представителей сильного пола, у которых в резуль­тате нарушенных функций желез в крови обнаружи­вался излишне высокий уровень половых гормонов, бы­ло вовсе не характерно безразличие к своим детям.

Зато маскулинизированные (приобретшие мужские отличительные качества) в итоге эндокринных рас­стройств женщины относились к своему потомству весьма прохладно, а гормональная «сверхфеминизация» заметно увеличивала материнские наклонности. Это значит, что материнство женщин основано преимуще­ственно на нейробиологических, инстинктивных факто­рах, а отцовство мужчин — на морально-этических, обусловленных воспитанием. Выходит, женский мозг генетически приспособлен для чадолюбия больше, чем мужской.

Зато мужчинам более свойственны решительность, целеустремленность, уверенность в себе и, конечно, раз­личные проявления агрессивности. Гормональная или генетическая сверхмаскулинизация, как и феминизация мужчин, безусловно, отражается на всех этих призна­ках. Даже у спортсменов — борцов и теннисистов, одержавших победу в поединке с равными по физиче­ским возможностям соперниками, находили в крови больше, чем обычно, тестостерона. Авторы этих иссле­дований, наверное, не так уж вольно допускали зави­симость между упорством, волей к победе мужчин и работой каких-то отделов мозга, чувствительных к гор­мональным воздействиям. Следовательно, большая твердость мужского характера и все проистекающие из нее качества сильнее опираются на врожденно генетические, нейрогормональные особенности мозга, чем на другие факторы.

Итак, мы столкнулись с важными отличиями в работе женского и мужского мозга, а соответственно и с особенностями женского и мужского характеров. Поло­вые гормоны устанавливают их через два мощных ры­чага: переналадку генетической программы нейронов еще в начале человеческой жизни и неодинаковое действие этих веществ на разные части мозга взрослых организмов.

Но роль такой переналадки, как и самих половых гормонов, в работе нервной системы настолько велика, что не только половое, материнское и агрессивное по­ведение, но и многие другие сферы деятельности мозга отличаются у женщин и мужчин.

Как отмечают психологи, у женщин более развито предметное, конкретное, основанное на речевых способ­ностях (вербальное) мышление, зато у мужчин — аб­страктное, «внесловесное», отвлеченное. Девочки рань­ше учатся говорить и читать. Обычно у них большой запас слов. Они чаще пользуются сложными граммати­ческими конструкциями.

И совершенно прав был Редьярд Киплинг, когда говорил, что женская догадка иногда значит больше, чем мужская уверенность. Решая умственные задачи, женщины чаще пользуются интуицией, а мужчины — логикой, абстрактными построениями. Отставание жен­щин в абстрактном мышлении наиболее заметно про­является в математических способностях. Камилла и Роберт Бенбой из Университета Джона Гопкинса (США) сравнили математическую одаренность около 65 тыс. школьников разных возрастов. В группах, где мальчишеские способности были лишь ненамного выше, чем у девочек, соотношение полов (мужской: женский) было 2:1. При высоком отличии в способно­стях — 4:1. А уникальные математические таланты, которые встречаются примерно у одного из 10 тыс. школьников, природа распределила между сильным и слабым полом в отношении 13:1!

Но почему же природа, а не факторы среды? Изве­стно же, что мальчики больше тяготеют к технике и точным наукам, где математика незаменима, и разве не социальное поощрение играет здесь главную роль?

Действительно, не стоит преуменьшать значение со­циальных факторов в дифференцировке мужского и женского склада мышления. Но все же и здесь биология мозга стоит как главный стрелочник у развилки пси­хологических отличий полов.

Обратимся снова к наблюдениям датского ученого Г. Ниборга. Мощные гормональные перестройки, вы­званные генетическими или эндокринными дефектами, очень сильно влияли на психологические способности людей. Феминизированные мужчины, как и нормальные женщины, лучше решали вербальные задачи, а у маску­линизированных женщин заметно повысились способ­ности к абстрактному мышлению. Лишь один, но самый важный психологический показатель оказался неподвластным всем этим гормональным пертурбациям. Судя по специальным психологическим тестам, общий уровень умственных способностей среди этих мужчин и женщин оставался одинаковым и таким же, как и у здоровых людей.

Способ, которым половые гормоны предопределяют особенности мужского или женского типов мышления — это неравномерное распределение функций между пра­вым и левым полушарием. Установлено, что вербальное мышление и письмо — обычно профессия левого полушария. На правом же полушарии чаще «дер­жится» абстрактное, отвлеченное мышление. Такое рас­пределение профессий между половинами мозга — об­щечеловеческое свойство. Но вот какое тонкое различие существует между женщинами и мужчинами.

По мнению канадских нейропсихологов Д. Ки­муры и Р. Харшмана, основанному на их собственных наблюдениях над больными, перенесшими инсульты в правой или левой половине мозга, вербальное мыш­ление у женщин сильнее привязано к работе левого полушария, чем у мужчин, где эта функция распреде­лена между правым и левым мозгом более равномерно. Зато абстрактное мышление мужчин сильнее привязано к правому полушарию. Может быть, из-за такой не­равномерной концентрации нагрузки на какое-то одно полушарие его клеткам легче решать вербальные задачи у женщин и абстрактные — у мужчин? Точно отве­тить на этот вопрос, к сожалению, пока нельзя.

Кроме того, видимо, от собственно генетических от­личий нервной ткани зависит меньшая надежность, прочность мужского мозга как биологического органа. Судя по результатам американского исследователя Р. К. Гура и его коллег, кровоток в разных отделах женского мозга в среднем на 15% полнее, чем в муж­ском. Возможно, с этим как-то связана большая час­тота кровоизлияний в мозг у мужчин. То же относится и ко многим другим нервно-психическим заболеваниям, и порокам развития нервной системы.

Итак, мы узнали, что развитием мозга управляет единая врожденная программа, где включение в работу каждой новой группы генов происходит по строгому графику. Мы познакомились с половой дифференцировкой мозга, увидели, какой глубокий прочный след в развитии нашего тела и сознания оставляет пере­наладка генетической программы всего в двух крошеч­ных ядрышках мозга, где собрана не более чем мил­лионная часть его нейронов.

Однако наш рассказ о развитии мозга был бы неза­конченным, если бы мы не разрешили некоторые сом­нения. Что заставляет гены — создатели нервной ткани чередой появляться на циферблате мозгового развития? Чья таинственная рука включает сначала те из них, что синтезируют белки — нейроиндукторы, затем — ростовые факторы, дальше — неразгаданные еще веще­ства, участвующие в половой дифференцировке?

Ученые предполагают существование в организме генов, которые «печатают» белки лишь для внутреннего пользования в самом генетическом аппарате. Эти «гены-начальники» управляют работой своих соседей по хро­мосомам, чтобы те в свою очередь направляли разви­тие клеток организма. О существовании таких «генов-начальников» ученым впервые рассказали мухи дрозо­филы, фантастические уродства которых, должно быть, ужасали их сородичей. У одних мух-химер были до­бавочные пары крыльев. У других мух на голове росли ноги вместо антенны. У третьих было на несколько сегментов больше, т. е. особенно грубо нарушена анато­мия тела, и в том числе нервной системы.

Уродства этих мух были результатом мутаций. Ученые вызвали их в группе генов, называемой «гомео­тической системой». В начале 80-х гг. ее обнаружили американские и японские ученые в третьей хромосоме дрозофилы. Гомеотические гены включаются на очень короткий период эмбрионального развития мухи и несут информацию не о каких-то отдельных белках, а о цело­стном развитии сегментов тела мухи, например того, где находится головное скопление нервных клеток, прообраз нашего мозга. Иначе говоря, гомеотические гены диктуют, Что, скажем, «мозг» мухи должен по­явиться именно в такой-то час развития зародыша и непременно в головном сегменте; общий план его строения — такой-то; связь с периферической нервной системой и взаиморасположение относительно органов-соседей — такие-то.

У лягушки и человека уже найдена своя гомеотическая система. Строение некоторых ее генов оказалось очень похожим на то, что впервые нашли у дрозофилы. Поэтому биологи допускают, что принципы конт­роля гомеотической системы над развитием органов, и в том числе мозга, сходны для разных животных и человека. Не исключено, что в будущем мы узнаем именно гомеотические гены в таинственном механизме, который в предназначенные сроки выводит на цифер­блат морфогенетических часов мозга фигурки его моле­кулярных строителей, управляет половой дифференцировкой, своевременно обеспечивает закладку разных функциональных систем.

Мысль о том, что все становление мозга направ­ляется сплоченной «бригадой» поочередно включаемых генов, которыми, в свою очередь, руководят гомеоти­ческие гены, еще окончательно не утвердилась, хотя в целом поддерживается большинством нейробиологов. Но уже сегодня эти представления приносят большую пользу. Они сплачивают исследователей, занимающихся особенностями развития мозга, и к тому же служат как бы мостиком между этой областью нейробиологических исследований и той, к которой относится врож­денное или инстинктивное поведение.

• ← До читача
• Фундамент поведінки →