Инна Воробей - Язык и мозг. Нейробиология раскрывает главную тайну человека

Тело нейрона в разрезе напоминает овал, звёздочку, многоугольник или пирамиду. Его размер может быть от 3 до 130 микрометров. Для сравнения толщина человеческого волоса – от 40 до 120 мкм. Обычно нейрон имеет два вида отростков – много коротких и один длинный. Сантьяго Рамон-и-Кахаль в юности мечтал стать художником. Он зарисовывал то, что видел под микроскопом. Возможно, как раз это и помогло ему разглядеть отдельные нейроны, а также их отростки там, где никто их не увидел. Он также заметил, что отростки смотрят в разные стороны. Короткие – наружу и в стороны, а длинные – внутрь мозга. Короткие – это дендриты. Их название происходит от греческого слова dendron – дерево . Их длина всего 1 мм. Как антенны они принимают информацию. Длинные отростки – аксоны – передают её на дальние расстояния. Они могут вырастать до одного метра.

Информация в мозге передаётся электрохимическим путём. Как это работает? Дендриты принимают электрический заряд и отправляют его в вычислительный центр – тело нейрона. Оно решает, какой именно из принятых сигналов пойдёт дальше, а какой нет.

Электрические импульсы бывают как возбуждающими – вызывающие действие, так и тормозными – останавливающие действие. Сигнал от одной клетки слишком слаб, чтобы вызвать какую-то реакцию в нейроне. Например, одновременно должны загореться 50 или более синапсов. Тело клетки высчитывает, сколько тормозных и возбуждающих сигналов пришли одновременно и откуда. Если количество возбуждающих сигналов превышает количество тормозных, то через аксон проходит команда: Сделай это! Если наоборот: Остановись! Заряд, поступив в аксон, освобождает нейромедиатор [9] Нейромедиаторы – химические вещества одной из трёх химических групп – аминокислоты, моноамины и пептиды. Аминокислоты и монамины – маленькие органические молекулы, они хранятся в синаптических пузырьках – везикулах. Пептиды – большие молекулы, они хранятся в секреторных пузырьках. Они часто встречаются в одних и тех же аксонах. При разных условиях освобождаются разные медиаторы. Разные нейроны в мозге выделяют разные трансмиттеры. Глутаминовая кислота – возбуждающий медиатор, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) – тормозный медиатор, и глицин – в спинном мозге тормозит, в головном – возбуждает сигналы. в синапс, его размер всего 20–50 нанометров. Рецептор второго нейрона ловит этот нейромедиатор, и в нём запускается химическая реакция, которая вызывает электрический импульс. На жаргоне нейроучёных это называется спайк.

В коре преобладают два основных вида нервных клеток – звёздочки без шипиков и пирамидки с шипиками. Шипики – крошечные мешочки, наросшие на дендритах. Информация зашифрована в спайках. Звёздочки загораются с постоянной частотой. Пирамидки сначала дают быстрый всплеск, потом он замедляется. Ещё возможен ответ быстрыми всплесками, потом пауза, затем снова всплеск [10] Bear M.F., Connors B.W., Paradiso M.A. (2009). Neurowissenschaften: ein grundlegendes Lehrbuch für Biologie, Medizin und Psychologie. Heidelberg: Spektrum Akad. Verl. 980 S. – S. 107–110. .

Рис. 6 Различные виды спайков нейронов. (Автор: А.Петрова)

Поиск ответа на этот вопрос в учебниках по нейробиологии даёт разные цифры. Обычная цифра – 100 миллиардов нейронов, и в 10 раз больше глиальных клеток – обслуживающего персонала нейронов. 1:10. Бразильская исследовательница Сюзанна Геркулано-Гаузель (Suzana Herculano‐Houzel) не поверила и решила узнать точное число. Она перечитала массу учебников, встретилась с известными нейробиологами. Все повторяли как мантру число 100 миллиардов, но никто не мог сказать, откуда взялась эта цифра. Тогда Геркулано-Гаузель решила посчитать нейроны сама. Она разработала новый метод и назвала его brain soup – суп из мозга. Но прежде чем перейти к опытам с мозгом человека, она потренировалась на крысиных мозгах.

В 2009 году Геркулано-Гаузель взяла мозг четырех умерших людей. Она разделила его на части – кора, мозжечок и другие, затем нарезала их кружочками. Потом растёрла их в порошок и развела в специальном растворе, чтобы удалить жиры. В растворе остались только ядра нейронов и глиальных клеток. Затем исследовательница пометила их флуоресцентным протеином. В ультрафиолетовых лучах они светились голубым. Одно ядро – одна клетка. Чтобы определить, сколько из них нейронов, Сюзанна использовала два антитела, которые приклеиваются только к нейронным ядрам и окрашивают их в красный цвет. С помощью микроскопа она посчитала сначала голубые ядра, а затем красные. Результат – в мозге 170 миллиардов клеток, из них 86 миллиардов нейронов и 86 миллиардов глиальных клеток. Соотношение один к одному. Но не для всех частей мозга. В коре – верхнем слое мозга, самом богатом нейронами, – почти 61 миллиард глиальных клеток и 16 миллиардов нейронов – 3,76: 1 [11] Azevedo F.A.C., Carvalho L.R.B., Grinberg L.T., Farfel J.M., Ferretti R.E.L., Leite R.E.P… Herculano-Houzel S. (2009). Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain. Journal of Comparative Neurology, 513(5), 532–541. https://doi.org/10.1002/cne.21974 .