Мозг материален - Ася Казанцева

Вот смотрите. По нейрону распространяется возбуждение. Доходит до пресинаптической мембраны. Вызывает там выброс нейромедиаторов. Они действуют на рецепторы, расположенные на постсинаптической мембране. Например – классическая ситуация из учебника – у нас есть нейромедиатор глутамат и AMPA-рецепторы, с которыми он связывается. В ответ на это AMPA-рецепторы открывают свои ионные каналы, пропускают в клетку положительно заряженные ионы, происходит деполяризация мембраны, и возбуждение благополучно переходит с первого нейрона на второй. Чем больше в мембрану встроено AMPA-рецепторов, тем выше вероятность, что это произойдет. Их число может довольно быстро меняться, и это ключевой механизм, лежащий в основе кратковременной памяти.

Но что должно произойти для того, чтобы AMPA-рецепторов в синапсе стало больше? Тут на сцену выходит самая главная молекула во всей книжке, во всей памяти и вообще во всей нейробиологии – NMDA-рецептор.

Все нормальные ионные каналы открываются либо в том случае, если с ними связалась какая-нибудь сигнальная молекула (тогда они называются лиганд-зависимыми), либо в том случае, если изменился потенциал мембраны, на которой они находятся (тогда они называются потенциал-зависимыми). Но не таков NMDA-рецептор. Он соглашается работать только при соблюдении обоих этих условий одновременно. Это значит, что он работает тогда, когда возбуждены одновременно два нейрона: и тот, с которого пришел сигнал (и поступили нейромедиаторы), и тот, на мембране которого NMDA-рецепторы находятся (и при этом она уже деполяризована). То есть это молекула-детектор совпадений, он регистрирует одновременную активность двух нейронов. Тогда и только тогда он открывает свой ионный канал и начинает пропускать внутрь клетки ионы кальция. Эти ионы кальция, в свою очередь, могут влиять на огромное количество событий, происходящих в клетке, причем здесь важно, сколько именно ионов кальция поступило в клетку и с какой скоростью.

Мы еще очень много будем говорить о том, как это работает применительно к настоящему обучению и памяти, а вот как это (предположительно) работает в случае ТМС. Вот у нас есть синапс, место контакта двух нейронов. Первый из них должен выделить нейромедиаторы, и он это сделает благодаря высокочастотной ТМС. На втором нейроне находятся NMDA-рецепторы, которые пока что еще не собираются работать. Но транскраниальная стимуляция действует и на второй нейрон тоже. У него происходит деполяризация мембраны. NMDA-рецепторы становятся готовы к труду и обороне. А тут как раз до них доплыли нейромедиаторы из первого нейрона. Бинго! Каналы открываются, во второй нейрон поступает много кальция. Столько, сколько нужно, чтобы запустить процесс встраивания в мембрану дополнительных AMPA-рецепторов. Соответственно, сигналы через синапс временно начинают проходить лучше. Примерно то же самое происходит и тогда, когда мы просто берем какую-нибудь информацию в кратковременную память. Вот сейчас слово “NMDA-рецептор” вызывает у вас радость узнавания ровно потому, что у вас временно увеличилось количество AMPA-рецепторов в тех нейронах, которые взяли на себя знакомство с этим термином. Привет, я изменила физиологию вашего мозга. Всегда так делаю.

А вот при низкочастотной ТМС это так не работает. Предположительно, она тоже активирует NMDA-рецепторы, но совсем чуть‐чуть. И ионов кальция в клетку поступает совсем немножко. И это приводит к тому, что они запускают другие биохимические каскады, приводящие, наоборот, к снижению количества AMPA-рецепторов на мембране.

Вы прочли ознакомительный фрагмент под названием “самая понятная часть из всей истории про действие транскраниальной магнитной стимуляции”. В подводной части айсберга, например, остается тот факт, что синапсы у нас вообще‐то бывают двух типов: одни отправляют активирующий сигнал, а другие, наоборот, тормозят работу того нейрона, на который подействовали. Они одинаково важны для работы мозга; они отвечают на транскраниальную магнитную стимуляцию; соответственно, регулярно возникают ситуации, когда активность коры вы вроде бы усилили, а поведенческая реакция при этом как раз стала проявляться слабее. Или наоборот. Или по‐разному у разных испытуемых. Еще есть много разных молекул, дополнительно задействованных в изменении проводимости синапсов, а также много разных протоколов стимуляции, в которых промежутки между импульсами делают то длиннее, то короче. Эксперименты на животных показывают, что мозг можно стимулировать так долго и упорно, чтобы добиться изменений в активности генов, а вслед за этим – долгосрочной перестройки нейронных связей. В общем, если вы хотите исследовать какую‐то одну тему всю свою жизнь и при этом даже в момент получения Нобелевки понимать в этой теме примерно так же мало, как на студенческой скамье, то выбирайте механизмы действия ТМС, не прогадаете.

Для вдохновляющей демонстрации эффектов ТМС (в учебной аудитории или перед телекамерой) можно заставить испытуемого двигать рукой, а можно заблокировать его способность произносить слова. Такой опыт тоже удается проделать без предварительного картирования и калибровки: человек у вас просто разговаривает, а вы просто водите работающей катушкой вдоль его головы (примерно над ухом, на стыке лобной, теменной и височной долей, там, где находится моторная кора, отвечающая за управление артикуляционными мышцами), и как только попадаете в правильную точку – человек у вас разговаривать перестает, как бы ни старался, и это резко повышает его восхищение как вами лично, так и возможностями современной науки.

Такие эксперименты важны не только в демонстрационных, но и в исследовательских целях, потому что позволяют пересматривать и уточнять представления о том, как мозг вообще порождает речь. Если вы спросите об этом любого нейробиолога, получившего хорошее образование, но никогда специально не интересовавшегося данными ТМС-исследований, то он вам скажет так: в мозге есть зона Брока, отвечающая собственно за связывание слов в грамматически правильные предложения, и она расположена у большинства людей в левом полушарии; в мозге также есть моторная кора, отвечающая за движения челюстей, губ, щек и языка, и она симметрична[110]. Транскраниальная стимуляция демонстрирует, что все более запутанно. Во-первых, выясняется, что асимметрия есть и в моторной коре тоже: если вы пытаетесь заблокировать движение артикуляционных мышц, то, воздействуя на левое полушарие, вы добьетесь гораздо более выраженных успехов, чем воздействуя на правое[111]. Во-вторых, похоже, что моторная кора, управляющая артикуляционными мышцами, нужна не только для того, чтобы говорить вслух, – но и для того, чтобы думать, произносить слова внутри своей головы. Во всяком случае, если ее активность подавить у испытуемых, которые должны мысленно подсчитывать количество слогов в словах, то они будут справляться с этим заданием медленнее[112]. Маленькие дети, когда размышляют над какой‐то задачей, тихонько проговаривают то, что они делают: можно предположить, что и мы так делаем, просто “проговариваем” на уровне моторной коры, управляющей движениями губ, и не отправляем при этом оттуда достаточно сильных сигналов, чтобы губы шевелились.