Нейронауки изучают устройство мозга, его развитие, каким образом работает здоровая нервная система и что с ней происходит при заболеваниях. Едва ли не каждая научная статья в этой области начинается с того, что ученые еще очень мало знают о мозге. Тем не менее в последние десятилетия они сильно продвинулись.

В этой статье мы собрали несколько исследований, которые изменили представления о том, как работает самый главный орган человеческого организма. Учитывая сложность устройства мозга, эти работы не дают однозначных ответов, а только дают возможность задать новые вопросы. 

Долгое время считалось, что формирование новых нейронов и в целом развитие мозга происходят в раннем детстве, а затем прекращаются. Затем ученые открыли нейропластичность — способность мозга адаптироваться, то есть изменять или организовывать нейронные связи и даже выращивать новые. 

Нейропластичность бывает структурной и функциональной. Структурная нейропластичность — способность мозга создавать новые структуры или менять существующие в ответ на обучение. Другой вариант: если зона мозга повреждена, например в результате травмы или инсульта, здоровая часть может взять на себя часть функций, которые выполняла поврежденная область. Такую способность называют функциональной нейропластичностью.

В течение многих лет отдельные исследования показывали, что адаптироваться может как детский, так и взрослый мозг. Одно из первых таких исследований было опубликовано в журнале Nature Medicine в 1998 году. На основе исследований мозга недавно умерших пациентов было показано, что в гиппокампе продолжают зарождаться новые клетки. 

Современные возможности визуализации позволили в полной мере оценить способность мозга адаптироваться во взрослом возрасте. Исследование 2019 года показало, что нейрогенез — производство нейронов — продолжается и в старшем возрасте. В работе сравнивали неврологически здоровых пациентов и людей с болезнью Альцгеймера. 

Выяснилось, что новые нейроны появляются всегда, хотя их количество у здоровых людей постепенно снижается с возрастом. У пациентов с болезнью Альцгеймера в любом возрасте количество новых клеток значительно ниже, чем у здоровых.

В 2003 году филантроп и сооснователь Microsoft Пол Аллен открыл в Сиэтле Институт исследований мозга. Его целью было создание карты мозга, на которой будут отмечены зоны активности всех известных генов. 

Сначала ученые создали атласы мозга мыши — он меньше и проще, поэтому задача была более реалистичной. Тем не менее проект был важен не только для освоения методологии, но и для практических исследований: мышей активно используют в научных исследованиях, в том числе в изучении мозга.

Замороженный мозг нарезали на тонкие слои, и погружали каждый из них в специальный раствор. Он окрашивал зоны мозга в фиолетовый цвет, если там был активен определенный ген. Затем они сфотографировали один миллион таких срезов и получили информацию о зонах активности всех 20 000 генов.

Для создания карты человеческого мозга использовали схожий подход, хотя из-за его размеров пришлось внести некоторые изменения. Сейчас генетические карты человеческого мозга, как и мозга мыши, находятся в открытом доступе. Ими пользуются ученые для различных исследований. Например, можно проанализировать, какие гены задействованы в зоне мозга, которая затронута определенным заболеванием, таким как шизофрения или деменция. Это может помочь в понимании механизма болезни и ее лечении.

В мозге есть не только нейроны и синапсы. Основная часть клеток этого органа — глиальные клетки. Их название происходит от греческого «глиа», что означает клей. Со времен их открытия в 19-м веке считалось, что они не несут никакой другой функции, кроме заполнения пространства между нейронами.   

Основная причина пренебрежительного отношения к глиальным клеткам — они не участвуют в передаче электрических сигналов в мозге. Тем не менее последние исследования показали, что эти клетки могут участвовать в работе мозга по-другому. Их делят на три вида: астроциты, олигодендроциты и клетки микроглии. 

Астроциты на сегодня изучены лучше всего, и ученые обнаружили множество функций этих клеток. Так, хотя электрические сигналы их не касаются, они участвуют в химической передаче информации через синапсы, обеспечивают ионный и водный гомеостаз. 

Ученые активно изучают связь между астроцитами и течением неврологических заболеваний. Недавнее исследование в Nature Neuroscience показало, что именно астроциты производят протеины, которые не дают нормально развиваться нейронам при синдромах Ретта и Дауна. Авторы исследования предполагают, что глиальные клетки могут быть мишенью при создании лекарств от этих болезней.

В отличие от глиальных клеток, нейроны всегда были в центре внимания нейронаук. Однако и их изучение далеко не завершено. В 2018 году ученые обнаружили новый вид нейронов, которые назвали нейронами шиповника, потому что по форме они напоминают куст этого растения.

Особый интерес эти нейроны представляют по двум причинам. Во-первых, аналогичные клетки раньше не находили у мышей, мозг которых подробно изучен, поэтому предполагается, что они могут быть специфичными для приматов. Во-вторых, они обнаружены во внешнем слое коры головного мозга — части, которая у человека развита сильнее других животных и отвечает в том числе за сознание.

Пока о работе этих клеток известно очень мало, ученые лишь предполагают, что это тормозные нейроны. 

Принято считать, что мозг управляет всем организмом, и это действительно так. Но последние исследования говорят о том, что кишечник, в свою очередь, может влиять на работу мозга. Это происходит за счет активации так называемой оси мозг — кишечник. Этот термин означает, что два органа имеют много нервных связей и способны влиять друг на друга.

Влияние может происходить через нервные волокна, а также через выброс гормонов. Например, известно, что стресс и депрессия часто сопровождаются запорами или диареей. Считается, что так действуют гормоны стресса, часть из которых попадает в желудочно-кишечный тракт: они нарушают нормальную деятельность микрофлоры кишечника.

Обратное воздействие микрофлоры кишечника на мозг попало в поле зрения ученых только недавно. Несколько исследований показали возможное влияние бактерий в кишечнике на мозг через общие нервные связи.

В 2022 году в Nature вышла статья, в которой авторы утверждают, что изменение состава микробиома кишечника может играть ключевую роль в развитии депрессии. Они проанализировали образцы кала людей с депрессией и сравнили их с контрольными образцами здоровых людей. Состав микроорганизмов значительно различался. 

Во-первых, в кишечнике людей с депрессией обнаружили бактерии, которые могут приводить к развитию депрессии. С другой стороны, количество микроорганизмов, которые могут уменьшить проявления этого заболевания, было значительно ниже, чем у контрольной группы. Эти бактерии могут влиять на развитие депрессии прежде всего за счет производства нейромедиаторов — химических веществ, которые передают информацию между нейронами. В данном случае речь идет о нейромедиаторах, задействованных в механизмах депрессии: серотонине, глютамате, бутирате и гамма-аминомасляной кислоте.

Если версия о влиянии микробиома на развитие депрессии подтвердится, могут появиться методы ранней диагностики заболевания по составу бактерий в кишечнике, а также лекарства, мишенью которых будет микробиота. Но пока идти сдавать анализы на состав микробиоты рано: нужно провести еще множество исследований.