Помоги проекту - поделись книгой:
У меня есть две уникальные вещи, которыми я очень дорожу. Мне крупно посчастливилось – их сделали для меня специалисты Би-би-си во время съемок фильмов об анатомии человека и ее эволюции. Одна вещица – это реконструкция моего собственного черепа, а вторая – реконструкция моего головного мозга. Обе модели созданы на основании данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) и изготовлены по компьютерным изображениям посредством 3D-печати.
Меня обычно вдохновляет лицезрение моих личных анатомических структур. В процессе съемок или преподавания, а не в медицинских целях мне, вероятно, пришлось видеть свои внутренние органы чаще, чем многим другим людям. При ультразвуковом исследовании я наблюдала, как мое сердце, сокращаясь, перекачивает кровь; с помощью видеокамеры, вмонтированной в пластиковую пилюлю, я изнутри наблюдала работу собственных кишок, а благодаря МРТ я наблюдала свою матку и яичники, голову и гортань. Но, когда этими сканами воспользовались для того, чтобы реконструировать мой череп, я пришла в необычайное волнение. Доставая белый, как алебастр, череп из коробки, я смотрю на саму себя. Я привыкла к созерцанию реальных черепов, но эта модель по-настоящему тревожит и волнует меня. Подобно тому как костницы (оссуарии) XV века создавались для того, чтобы напоминать о бренности бытия, а не для прославления смерти, или как фигурки, используемые в мексиканском культе дня мертвецов, модель моего черепа стала для меня напоминанием о смерти – моим личным и очень сильным
Другую трехмерную модель – мой мозг – я нахожу менее чарующей, но тем не менее в высшей степени интригующей. Сейчас, когда я пишу эти строки, модель моего мозга стоит передо мной на письменном столе. Как странно думать, что все мысли, которые возникают как нервные импульсы, перескакивающие с нейрона на нейрон через бесчисленные синапсы, происходят в реальном двойнике этой модели, уютно расположившемся внутри моего черепа.
Трехмерная модель моего мозга – очень хорошая реконструкция. На наружной ее поверхности я прекрасно вижу извилины и борозды – складки и углубления между ними, – которые делают мозг похожим на грецкий орех. Я отчетливо вижу центральную борозду, которая проходит в поперечном направлении по обеим сторонам мозга, от самого низа до самого верха, до щели, которая разделяет полушария большого мозга. Извилина серого вещества, расположенная кпереди от этой борозды, называется прецентральной извилиной, которая содержит тела двигательных нейронов, посылающих аксоны в ствол мозга и спинной мозг, где эти аксоны образуют синапсы со вторичными двигательными нейронами (мотонейронами), которые своими длинными волокнами дотягиваются до скелетных мышц моего тела, вплоть до мышц, управляющих движениями пальцев ног. За центральной бороздой находится постцентральная извилина; она получает входящие сенсорные сигналы от всей поверхности тела. Расположение нейронов в этих извилинах далеко не случайно относительно тех частей тела, которыми они управляют или от которых получают информацию. Связи этих нейронов с остальными частями тела можно картировать на поверхности коры, и часто эти карты рисуют в виде человечков, «гомункулусов» (мы снова встретились с этим словом, хотя на этот раз оно отображает реальные соотношения, а не маленького человечка, свернувшегося внутри сперматозоида).
Центральная борозда отделяет друг от друга две доли каждого полушария – лобную и теменную. На каждой стороне мозга есть еще по две доли – височная доля (представляющая собой клин, расположенный под теменной и лобной долями, под защитой височной кости) и затылочная доля сзади, расположенная под одноименной костью свода черепа.
Просто невероятной кажется сама мысль о том, что реальная версия этого органа, комок живой нервной ткани внутри моего черепа, стоит за всем, что я знаю, что делаю именно сейчас. Подумайте и вы о том, что делаете сейчас, в данный момент: участки лобной коры, управляющие движениями пальцев, активизируются, когда вы переворачиваете страницы или прокручиваете вниз текст на экране компьютера. Помимо того что лобная кора управляет произвольными движениями, она участвует также в концентрации внимания, запоминании, распознавании образов и формировании эмоций. Теменные доли заняты обработкой стимулов, включая и зрительные – в режиме реального времени, воспринимая то, что находится на странице или на экране. Височные доли играют важнейшую роль в речевой функции, позволяя распознавать слова – как произнесенные, так и написанные. Затылочные доли воспринимают информацию от рецепторов сетчатки и строят изображение: вы, наверное, думаете, что видите глазами, но на самом деле в глазах происходит лишь преобразование света в электрические сигналы; эти сигналы обретают смысл и значение, только достигнув затылочной коры, где эти стимулы, собственно, и превращаются в картины и образы.
Кроме этого, имеет место разделение функций между правым и левым полушариями головного мозга. Перекрещивание нервных путей в спинном мозге приводит к тому, что правая половина головного мозга контролирует движения левой половины тела и наоборот. Что касается других функций, то они распределены по полушариям асимметрично: «творческая» правая сторона (у большинства людей) отвечает за пространственное восприятие, восприятие живописных произведений и музыки. Левая половина мозга отвечает за более «рациональные» действия – за владение языком и за логическое мышление. Надо, однако, заметить, что обе половины головного мозга непрерывно обмениваются информацией между собой в обоих направлениях. Действительно, сигналы из одних участков коры непрерывно поступают в другие участки, причем эти сигналы не обязательно пересекают срединную щель. В то время как кора является частью серого вещества мозга, выполненного из тел нервных клеток, сигналы передаются по белому веществу, которое представляет собой совокупность «кабелей», связывающих между собой разные участки мозга, то есть нервные клетки. Эти кабели представляют собой длинные отростки нервных клеток, называемые аксонами. Каждый аксон покрыт слоем изоляционного материала, в точности так же, как обычные электрические провода, если не считать того, что в мозге изоляция сделана не из пластика, а из жироподобного вещества – миелина. Пучки миелинизированных нервных волокон, образующие связи между областями коры, между двумя полушариями мозга и между корой и глубинными скоплениями серого вещества, составляют массу белого вещества головного мозга. В мозге новорожденного младенца миелина еще очень мало. Рост мозга в детстве, увеличение его массы обусловлены миелинизацией нервных волокон, а не возникновением новых нервных клеток.
Я снова бросаю взгляд на трехмерную модель моего мозга, на его заднюю часть, и вижу мозжечок, расположенный под затылочными долями. Именно здесь, в мозжечке, сенсорная информация от разных участков тела сливается с направленными мышцам командами из полушарий головного мозга. Взаимодействие сенсорной информации и двигательных команд в мозжечке позволяет осуществлять тонкую координацию движений и поддерживать равновесие. Вот почему люди, страдающие заболеваниями и повреждениями мозжечка, теряют способность к плавным и согласованным движениям. Тем не менее функциональная визуализация головного мозга, выполненная на фоне тех или иных видов деятельности, позволяет утверждать, что мозжечок выполняет не только чисто двигательные, но и когнитивные функции. Если же я переверну трехмерную модель моего мозга, то увижу структуры его ствола: средний мозг, мост и продолговатый мозг. Я даже могу рассмотреть то место, где находится моя древняя (в эволюционном плане) обонятельная кора и где расположен гиппокамп.
Наши современные знания о том, что и в каких участках мозга происходит во время его активности – то есть о том, какие «модули» мозга отвечают за те или иные функции, – были получены в результате появления новых технологий, таких, например, как аппараты для функциональной магнитно-резонансной томографии головного мозга (фМРТ), позволяющие изучать процессы, происходящие в живом мозге в режиме реального времени. Однако первые сведения о том, что различные участки головного мозга отвечают за разные функции, были получены задолго до изобретения магнитно-резонансных и компьютерных томографов; эти данные были результатом наблюдений за больными, страдавшими какими-либо локальными поражениями мозга – при травмах и инсультах. Самым известным из этих документированных случаев является случай американского железнодорожного рабочего Финеаса Гейджа. 13 сентября 1848 года 25-летний Гейдж был травмирован в результате взрыва, выбросившего из шурфа металлический стержень диаметром 3 см и длиной около метра. Этот стержень пробил череп Гейджа. Свершилось настоящее чудо, ибо Гейдж выжил и был обследован врачом по имени Джон Харлоу. История болезни Финеаса Гейджа, которую вел Харлоу, была опубликована им в 1868 году в журнале Publications of the Massachusetts Medical Society.
Харлоу описал, каким именно образом железный стержень пробил голову Гейджа: «Ранящий снаряд ударил своим заостренным концом в левую сторону лица, непосредственно кпереди от угла нижней челюсти, прошел косо вверх и назад и вышел наружу по срединной линии через задний отдел лобной кости вблизи венечного шва».
Далее Харлоу пишет о том, что Гейдж очень быстро пришел в сознание и был способен говорить уже через считаные минуты после получения травмы, о том, что, после того как Гейджа привезли на телеге в гостиницу, он самостоятельно спустился на землю, а затем поднялся по лестнице на второй этаж. Харлоу произвел ревизию ран: отверстие в щеке, где железный стержень вошел в голову, и большое продолговатое отверстие размерами 5 × 9 см, расположенное на своде черепа. Харлоу прощупал раны. В отверстие на своде черепа он смог целиком ввести правый указательный палец, а в отверстие в щеке – целиком левый указательный палец, но прикоснуться пальцами друг к другу Харлоу не смог. После осмотра Харлоу выполнил хирургическую обработку ран.
Харлоу наблюдал Гейджа на протяжении нескольких следующих месяцев. В ноябре того же 1848 года он отмечает, что «пациент быстро идет на поправку» и находится в хорошей физической форме. Гейдж наверняка очень хотел вернуться на работу, но железнодорожная компания отказала ему.
Харлоу писал, что до получения травмы Гейдж обладал «уравновешенным характером, а все знакомые считали его сообразительным и работящим парнем, очень энергичным и целеустремленным». Руководители считали Гейджа одним из лучших бригадиров – но травма изменила личность Гейджа. Теперь он стал «импульсивным, грубым, временами допускал сквернословие… проявлял нетерпение… невероятное упрямство и при этом стал капризным и нерешительным… Характер и ум его разительно изменились, причем настолько, что его друзья и знакомые в один голос говорили, что он “перестал быть Гейджем”».
Следующие четыре года Финеас Гейдж провел в скитаниях по штату Нью-Йорк и Новой Англии, некоторое время провел в цирке Барнума, демонстрируя во время представлений ранивший его стержень для трамбовки пороха и рассказывая свою печальную историю. После этого Гейдж некоторое время жил в Чили, а потом вернулся в Сан-Франциско, где жили его мать и сестра. Все это время Гейдж часто менял работу, будучи не в состоянии подолгу удерживаться на одном месте. В 1861 году, через двенадцать лет после травмы, у Гейджа начались припадки, и в мае того же года, на фоне сильных судорог он скончался.
Вскрытие произведено не было, но мать Гейджа разрешила доктору Харлоу вскрыть могилу и изъять из нее череп – «в интересах науки». На черепе была ясно видна траектория стержня, пробившего голову Гейджа: снаряд прошел сквозь левую верхнюю челюсть, через задний отдел левой глазницы и вышел наружу через лобную кость в ее задней части. Несомненно, что стержень прошел через левую сторону лобной доли, и Харлоу был уверен, что была повреждена также левая височная доля и вскрыт боковой желудочек – наполненная жидкостью полость внутри височной доли.
Более чем через 150 лет после того, как Финеас Гейдж пережил тяжелое ранение головы, группа анатомов и рентгенологов медицинского факультета Гарвардского университета провела еще одно исследование черепа Гейджа. На этот раз была выполнена компьютерная томография. Этот скан использовали для воссоздания трехмерной реконструкции черепа, что позволило смоделировать траекторию ранящего снаряда – железного стержня диаметром 3 см. Стало ясно, что височная доля не пострадала, так как стержень пробил только левую лобную долю. Согласно траектории, стержень не задел также двигательную область лобной доли, что объясняет, почему у Гейджа не развился паралич. Стержень прошел близко от внутренней сонной артерии у основания черепа и от верхнего сагиттального синуса (вены, заключенной между листками твердой мозговой оболочки) в вершине свода черепа. Если бы стержень задел хотя бы один из этих крупных кровеносных сосудов, то возникло бы массивное внутричерепное кровотечение, которое, скорее всего, оказалось бы смертельным.
Мы прошли долгий путь с тех пор, как Финеас Гейдж и его лом открыли врачам, что лобная доля мозга имеет какое-то отношение к мышлению, процессу принятия решений и социально адаптированному поведению. Намного более свежие исследования функции мозга показали, что эти «высшие» когнитивные функции локализованы в передней части лобной доли – в так называемой префронтальной коре, непосредственно кпереди от двигательной коры. В середине позапрошлого века ученые не обратили должного внимания на травму Гейджа и не извлекли из нее полезных уроков, не сделали вывода о том, что для разных областей мозга характерна функциональная специализация и они отвечают за разные функции. Сейчас представляется просто невероятным, что никто не обратил внимания на данные доктора Харлоу, теперь, в свете наших современных знаний, такое отношение представляется нам противоречащим здравому смыслу.
До начала XIX века мозг считали гомогенным шариком, функции которого, по мнению ученых, мало отличались от функции, скажем, печени. Френологи первыми предположили, что разные участки мозга отвечают за разные когнитивные функции, но их учение о шишках черепа было вопиюще лженаучным.
Первые признанные научным сообществом свидетельства функциональной специализации мозга были опубликованы французским врачом, анатомом и антропологом Полем Брока. Исследуя мозг пациентов, страдавших поражениями мозга и расстройствами речи, Брока обнаружил и описал область в лобной доле, которая, судя по всему, отвечала за продукцию речи. В 1861 году он опубликовал результаты своих наблюдений в статье, озаглавленной «О принципе мозговых локализаций» (Sur le principe des localisations cérébrales). По знаменательному совпадению, статья была напечатана в год смерти Финеаса Гейджа.
В 1874 году немецкий невролог Карл Вернике предположил, что верхняя часть височной области отвечает за понимание речи. Свои выводы Вернике тоже основывал на наблюдениях больных, страдавших поражениями этой области. Несмотря на то что новейшие исследования внесли некоторые коррективы в наши представления об анатомической локализации различных функций мозга, его области, открытые этими первопроходцами, по-прежнему называются «зоной Брока» и «зоной Вернике».
Карта коры головного мозга рождалась на свет в таких же муках, как и карта земной поверхности, в результате многочисленных повторных исследований и наблюдений. В конечном счете мозг, как и земной шар, был досконально описан со всеми своими континентами, странами и островами. Можете открыть любой учебник по анатомии центральной нервной системы, и вы найдете там точные описания и аккуратные обозначения всех областей мозга, но на самом деле не все так просто, ведь мы говорим о
В 2007 году группа ученых медицинского факультета Гарвардского университета, во главе с профессорами Джеффом Лихтманом и Джошуа Сейнсом, изобрела новую методику визуализации: многоцветную систему картирования нейронов, призванную отобразить все сложные взаимосвязи нейронов в головном мозге. Пользуясь достижениями генной инженерии, они внедрили несколько избыточных генов в геном мыши. Эти гены запрограммированы на синтез флуоресцирующих разными цветами белков, которые заставляют светиться нейроны подопытной мыши. Случайные комбинации цветов могут создать более сотни оттенков, которые можно использовать для идентификации отдельных нейронов. Когда мы глядим в микроскоп на срезы мышиного мозга, эти цвета помогают нам точно проследить длинные волокна нервных клеток и выявить клетки, образующие друг с другом синапсы. Авторы достаточно остроумно окрестили свою методику «Brainbow» (от
Пару лет назад мне посчастливилось лично познакомиться в Гарварде с профессором Джеффом Лихтманом. Естественно, мы заговорили об уникальности человеческого мозга. Наш мозг чрезвычайно велик, он содержит огромное число нейронов, но Джефф твердо убежден в том, что нас, людей, уникальными делает не размер мозга и не число нейронов: самое главное заключается в строении нейронных цепей, в связях между ними. У примитивных животных, по крайней мере, примитивных в этом отношении, как, например, изученный вдоль и поперек круглый червь
У человека самое длинное детство из всех млекопитающих, и этот отрезок времени используется на удаление лишних связей. Но на самом деле мы – постоянно обучаясь – продолжаем оптимизировать число синаптических связей всю нашу жизнь. Наш мозг не является исключительно продуктом генетического программирования, он является результатом воздействия, как природы, так и окружающей среды. Гены задают диапазон возможностей, а взаимодействие с окружающей средой (включая конечно же и культурную среду) создает реальные связи нейронов мозга взрослого человека.
По мнению Джеффа, невероятная сложность строения человеческого мозга оставляет место свободе воли. «Существует так много факторов, столько сложностей, что точно предсказать исход невозможно – а значит, свобода воли существует, или, другими словами, сложность системы такова, что свобода воли может и должна существовать».
Я спросила Джеффа о задаче картирования человеческого мозга и особенностях использования сети нейронов для визуализации и попытки понять строение и функции нейронных сетей. «Это любопытный замкнутый круг, – согласился Джефф. – Дело в том, что мы используем очень сложную машину для того, чтобы рассмотреть еще более сложную машину, принцип работы которой мы хотим понять. Это особенно актуально, когда мы изучаем зрительные связи таламуса. Мы используем эти связи в нашем мозге для того, чтобы интерпретировать картину связей…»
Очевидно, Джефф понял, что рискует запутаться, и умолк, а затем пустился в философские рассуждения о возможности разобрать человеческий мозг на части, понять его устройство, а потом снова собрать. «Мне кажется, что наше сознание и разум – это всего лишь такая физическая машина. И это несмотря на то, что в основе исследуемой нами структуры лежит динамический процесс – функции нервных клеток, электрические импульсы, проходящие через межнейронные связи. Но даже я, нейробиолог, испытываю тревогу, когда думаю, что единственное, что есть в человеческом мозге, – это его связи».
Да, мы визуализируем мозг, пытаемся понять его, создавая трехмерные модели на основе магнитно-резонансных изображений или картируя нейроны и их связи, но мне кажется, что все это едва ли поможет понять истинную суть того, что происходит в нашей черепной коробке. Возможно, настанет день, когда мы узнаем об этих связях все, и точно поймем, как функционирует наш мозг – во всех мельчайших деталях и подробностях, но я не уверена, что даже тогда положение сильно изменится. Похоже, что разум хочет и дальше оставаться загадочным, капризным и непознаваемым.
Джефф Лихтман занимается исключительно анатомией – на электронно-микроскопическом уровне. Но что в реальности делают эти миллиарды связей? Одним из способов исследования этого вопроса является возвращение к истокам – изучение больных с определенными поражениями мозга и с соответствующими неврологическими дефицитами, как, например, доктор Харлоу изучал Финеаса Гейджа. Правда, теперь мы располагаем технологиями, позволяющими увидеть в режиме реального времени работу живого мозга. Это, конечно, звучит отвратительно и цинично, но теперь у нас есть несколько неинвазивных способов заглянуть человеку в голову.
Одним из способов неинвазивного исследования функции головного мозга является регистрация его электрической активности с помощью электродов, помещенных на кожу головы. Этот метод исследования называется электроэнцефалографией (ЭЭГ). Однако таким методом трудно точно локализовать источник регистрируемой электрической активности. Другие методы функциональной визуализации мозга основаны на косвенных данных. Например, при позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) используют скорость метаболизма глюкозы или интенсивность кровотока, как маркеры интенсивности обмена веществ в тканях головного мозга. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) может использоваться для выявления активных участков мозга, так как помогает регистрировать усиление кровотока в более активных областях головного мозга. Методы функциональной визуализации показали следующее: несмотря на то что они позволяют картировать функции областей и участков коры, края этих областей остаются весьма размытыми и нечеткими, а кроме того, одна функция может быть представлена в нескольких разных участках мозга. Важно, таким образом, знать особенности связей между областями мозга.
Пока мы видим огромную пропасть между тонкими методами нейроанатомического анализа Джеффа Лихтмана, которые позволяют наблюдать отдельные нейроны, аксоны, дендриты и синапсы, и написанной широкими мазками картиной, возникающей на экранах приборов функциональной визуализации нервной системы. Есть, правда, надежда, что в будущем эти две области исследований удастся сблизить и мы получим возможность детально, с высоким разрешением увидеть функциональную анатомию головного мозга.
Мне два раза делали фМРТ головного мозга, и каждый раз эта картина вызывала мое неподдельное удивление. Во время первого исследования, несколько лет назад, я была страшно заинтригована областями двигательной коры мозга, которые вспыхивали ярким светом, стоило мне пошевелить пальцами. Но этого следовало ожидать. В конце концов, я знала, где находится двигательная кора. Однако во время второго исследования, в 2011 году, я была удивлена по-настоящему. Мне предстояло увидеть в мозге то, что было открыто совсем незадолго до исследования: это был секрет, который я не могла узнать в университете, изучая нейроанатомию в начале 1990-х.
Зеркальные нейроны
Холодным январским утром 2011 года я села в лондонский поезд и направилась в Бирбекский колледж, испытывая по дороге нарастающий трепет. Исследование, которое мне предстояло, не было назначено по медицинским показаниям, но всегда испытываешь беспокойство: вдруг обнаружится что-нибудь неожиданное или даже ужасное. И, хотя умом я понимала, что если бы со мной было что-то неладное, то я бы это чувствовала, и шансов найти патологию практически не было, я все же немного нервничала.
У входа в здание колледжа я столкнулась с тележурналистом Майклом Мосли, специализирующимся на медицинской тематике. Майкл должен был пройти МРТ-исследование – для того, чтобы показать его по телевидению, а не по медицинским показаниям. Особенностью исследования было то обстоятельство, что по ходу процедуры Майклу должны были временно отключить зону Брока, тем самым лишив его способности говорить. Продюсер фильма сначала предложил эту честь мне, но я отказалась. Не говоря о том, что я была откровенно испугана этим предложением подвергнуться риску ради телевизионной передачи, хотя я понимала, что риск минимальный, но кто знает, вдруг я не оправлюсь от этого эксперимента? Я сказала Майклу, что он храбрее меня. (Я встретила его через несколько месяцев после передачи и рада сообщить, что его способность говорить восстановилась полностью.)
Войдя в колледж, я спустилась в подвал, где меня отвели в конец коридора – там меня уже ждал доктор Джефф Берд. Джефф исследовал с помощью функциональной МРТ способность людей общаться друг с другом, но его интересовали и такие более абстрактные когнитивные функции мозга, как внимание, эмоции и эмпатия.
Переодевшись в одежду, не содержащую ничего металлического, я сняла с себя все ювелирные украшения, присела на край похожей на полку тележки, на которой меня должны были вдвинуть в раструб огромного магнита, и стала ждать, когда Джефф приготовит все для выполнения процедуры. Потом мне дали затычки, которые я вставила в уши (аппарат МРТ во время работы издает достаточно громкие звуки), и я улеглась на кушетку. Джефф надел мне на голову похожую на маску клетку с индукционной катушкой. Излучаемые катушкой радиоволны должны будут проникать в мою голову, и протокол предусматривал перерывы в излучении – чтобы мой мозг не слишком сильно нагревался в процессе исследования. Теперь пути к отступлению не было. Джефф вышел из комнаты, закрыв за собой дверь, но мне была оставлена возможность связаться с ним – и участниками съемочной группы – по внутренней двусторонней связи.
Машину включили, кушетка подо мной пришла в движение – сначала она приподняла меня, а потом установилась в такое положение, когда моя голова оказалась внутри гигантского «пончика» сканера. Маленькое зеркальце, под углом прикрепленное к клетке, надетой мне на голову, позволяло мне смутно видеть силуэт Джеффа за пультом управления. Кроме того, он закрепил на входе в сканер темный экран, на который проецировались команды. Исследование началось, и на экране появились слова: «указать», «сжать кулак», «вытянуть» и «поднять большой палец». Каждая инструкция подлежала выполнению – я должна была сделать соответствующее движение правой рукой. «Вытянуть» означало растопырить пальцы, «указать» – вытянуть вперед указательный палец, остальные команды были понятны без разъяснений. После выполнения каждой команды надо было расслабить руку и вернуть ее в исходное положение. Слова на экране сменялись быстро, я едва поспевала за ними. Иногда я пыталась предвосхитить команду, но часто ошибалась, например, растопыривая пальцы вместо того, чтобы сжать их в кулак. Я поняла, что мне надо по-настоящему сосредоточиться, но даже после этого я продолжала делать ошибки, страшно ругала себя за это и боялась, что испорчу все исследование. За инструкциями последовали видеоизображения с рукой, выполнявшей такие же движения. Мне надо было просто смотреть на эти движения, ничего не делая самой. После нескольких циклов мне стала казаться трудной даже и эта задача. Мне наскучили эти картины, и я начала задумываться о более интересных вещах, например о предстоящем обеде. Потом я снова брала себя в руки и принималась следить за экраном.
Позже Джефф показал мне результаты сканирования в визуальной форме: активные области моего мозга светились красным цветом на фоне серого изображения всего мозга. Результаты оказались захватывающими: в лобной доле, в префронтальной коре были области, отвечавшие за планирование движений. Эти области начинали светиться, когда я двигала рукой, но что самое интересное, те же области снова вспыхивали красным, когда я наблюдала те же движения, совершаемые другими людьми.
Итак, здесь, в моем собственном мозге, существуют нейроны, которые разряжались не только когда я двигала рукой, выполняя определенные действия, но и когда я наблюдала, как кто-то выполняет те же движения. У вас тоже есть такие нейроны. Они есть у всех. Это «зеркальные» нейроны, и их существование делает когнитивную нейрофизиологию еще более сложной – и более интересной. В самом деле, вам не надо даже
Просто подумайте обо всех вещах, которые вы когда-либо усвоили, наблюдая или копируя чьи-либо действия. На самом деле это трудно сознательно обдумать, и такое обучение происходит быстрее, чем вы успеваете его обдумать. Люди в высшей степени способны копировать действия друг друга, и поэтому зеркальные нейроны очень важны для нас (хотя они присутствуют и у представителей других биологических видов). Эти нейроны определяют нашу способность подражать и учиться у других.
Нейробиолог Вилейянур С. Рамачандран утверждает, что зеркальные нейроны дают нам врожденную способность к имитации, и поэтому новорожденный способен копировать мать, высовывая изо рта язык. Я сама, помнится, показывала язык обоим моим детям, когда они были еще совсем маленькими, и была поражена их способностью копировать мои действия. Вы только подумайте, о чем говорит эта способность: ребенку не надо практиковаться перед зеркалом для того, чтобы повторить увиденное чужое действие (высовывание языка, тем более что ребенок не узнает себя в отражении). Представляется, что мозг ребенка уже настроен на формирование связи между чужим и своим лицом.
Зеркальные нейроны активизируются, когда мы видим или слышим, как другие люди выполняют какие-либо действия или произносят определенные слова, но думается, что функции зеркальных нейронов простираются намного дальше. Когда мы видим, что кто-то сильно ушибся, мы проникаемся эмпатией: мы не только умом понимаем, что человеку больно, мы
Я принялась расспрашивать Джеффа о зеркальных нейронах. В то время он как раз занимался исследованием возможной связи между зеркальными нейронами и эмпатией, а также высказал весьма смелое предположение о том, что аутизм может быть связан с недостаточной активностью зеркальных нейронов. Это было логичное утверждение, но сам Джефф пока не был уверен в действительном существовании такой связи; проведенные ранее исследования дали противоречивые результаты. Кроме того, Джефф довольно скептически отнесся к мнению о том, что зеркальные нейроны и связанные с ними функции являются врожденными свойствами головного мозга человека. Джефф считал, что эта зеркальность есть результат обучения, что положительная обратная связь от копирования чужих действий может способствовать возникновению и развитию таких нейронов. Неужели я побуждала ребенка копировать мои действия, когда улыбалась ему в ответ на его улыбку?
Зеркальные нейроны присущи не только человеку, они открыты также у обезьян. Но откуда они взялись? Возможно ли, что они, эти нейроны, сами являются приспособительным признаком, которому благоприятствовал естественный отбор? Согласно такому взгляду, зеркальные нейроны являются врожденной структурой, и любые индивиды (будь то обезьяны или люди), обладающие ею, а следовательно, врожденной способностью понимать действия других, получают эволюционное преимущество. Но что, если зеркальные нейроны суть результат обучения? Возможно ли, что они могут формироваться под влиянием обучения, по мере того как индивид наблюдает некие действия и пытается их повторить, в результате чего формируется связь между «моим действием» и «действием другого»? При таком сценарии зеркальными нейронами становятся двигательные нейроны, способные в процессе обучения воспроизводить какое-либо действие, выполняемое другим. Естественный отбор может благоприятствовать такому типу обучения в еще большей степени, нежели возникновению самих зеркальных нейронов. Есть небольшие различия в функционировании зеркальных нейронов у нечеловекообразных обезьян и у человека, и это различие проще всего объяснить, если система таких нейронов возникла в результате ассоциативного обучения, а не как врожденная структура.
Но как быть с детьми, которые показывали язык после того, как это делала я? Несомненно, это говорит в пользу врожденного существования зеркальных нейронов, не так ли? У новорожденных детей отсутствует опыт формирования ассоциаций между тем, что делают они сами, и тем, что делают другие. К сожалению, высовывание языка представляется изолированным примером поведения, когда ребенок копирует поведение взрослого, и некоторые ученые считают, что это вовсе не имитация или подражание, а всего лишь неспецифический ответ на некий стимул. Представляется, что в настоящее время отсутствуют доказательства существования зеркальных нейронов в мозге новорожденных. Может быть, мой ребенок высовывал язык в ответ на все раздражители, но я замечала это, только когда сама высовывала язык, а ребенок повторял мое действие.
Есть также данные о том, что приобретенный опыт модифицирует систему зеркальных нейронов. Например, у пианистов при наблюдении за игрой на фортепиано мозг активизируется сильнее, нежели у людей, не умеющих играть на этом инструменте. Мозг балетных танцоров активизируется при просмотре балета сильнее, нежели у танцоров диско. Эти наблюдения делают более вероятным мнение о том, что зеркальные нейроны развиваются в процессе обучения, а степень их развития зависит от прошлого опыта наблюдения и выполнения определенных действий.
Таким образом, то, что мой ребенок высовывал язык, возможно, и в самом деле не имело ничего общего с зеркальными нейронами; возможно, он сам работал над созданием собственной системы этих нейронов. Он проводит много времени, глядя на свои руки, шевелит пальцами и внимательно на них смотрит, и это, вероятно, есть наклонность – может быть, возникшая как некий побочный эффект, – которая появляется как реакция на практически полную беспомощность при рождении и помогает ему развить точный контроль над движениями рук, связывая зрение и мышечное действие. Сноровистость кисти жизненно необходима для способности изготавливать орудия труда – то есть создавать технологии. Может быть, зеркальные нейроны и способность соотносить собственные действия с наблюдаемыми действиями других является лишь побочным продуктом обучения координации зрения и движения.
Представляется, что зеркальные нейроны, скорее всего, – это проявление способности обучаться связывать задания, которые выполняем мы, с заданиями, которые выполняют другие. Однако эти нейроны есть не только у людей, поэтому, какими бы замечательными они ни были, не они определяют нашу уникальность. Вероятно, они очень важны для социальных взаимодействий – так же, как и для интерпретации каких-то базовых действий, – но тем не менее они, скорее всего, являются результатом, а не причиной нашей в высшей степени социальной природы.
Зеркальные нейроны так сильно интригуют ученых, потому что не соответствуют тому, что ожидали найти в них нейрофизиологи. Может быть, это очень наивно с нашей стороны – пытаться обозначить те или иные участки коры как «двигательные» или «чувствительные». Зеркальные нейроны не захотели подчиниться жесткой классификации; однако они, по крайней мере, заставили нас шире взглянуть на сущность и функции головного мозга.
Попытаться понять, чем именно наш мозг отличается от мозга других приматов, – задача не из легких. Наш мозг огромен, он гораздо больше мозга даже наших ближайших родственников – человекообразных обезьян, но проблема заключается в том, что надо как-то объяснить, что делает в нашем организме такое непомерное количество мозговой ткани, и именно поэтому такими обескураживающими оказываются дебаты по поводу зеркальных нейронов. В какой-то момент сложилось впечатление, что мы наконец натолкнулись на нечто совершенно уникальное в человеческом мозге, нечто фундаментально человеческое, что могло бы объяснить эволюционный успех нашего вида. Но зеркальные нейроны, как выяснилось, не являются специфической особенностью человеческого мозга.
Этот огромный человеческий мозг
Такие человекообразные обезьяны, как, например, шимпанзе, обладают более крупным мозгом по сравнению с другими млекопитающими и даже с многими другими обезьянами, например мартышковыми. Но мозг шимпанзе по размеру составляет лишь малую долю от человеческого мозга. Сравнивая размеры мозга, очень важно принимать во внимание и размеры тела. Мозг кашалота весит 8 кг, что приблизительно в 6 раз больше веса человеческого мозга. Но такой вес не кажется чрезмерным, если учесть, что кашалот весит около 20 т, а человек – 70 кг. Другими словами, вес мозга кашалота составляет 0,04 % от веса его тела, в то время как доля мозга человека – около 2 %.
Но что это означает? Крупные животные – это не просто увеличенные копии животных более мелких, – законы физики и физиологии предполагают, что пропорции тела неизбежно изменяются при изменении размеров тела и даже без участия естественного отбора различные части тела могут развиваться по-разному. Не стоит ожидать, что вес мозга будет составлять неизменную долю от веса тела, независимо от размера животного. Многие специалисты утверждают, что наилучший способ оценки размеров мозга – это использование КЭ, «коэффициента энцефализации» [5]. Если млекопитающее имеет ожидаемый размер мозга, то, согласно формуле, коэффициент энцефализации будет равен 1. Коэффициент энцефализации шимпанзе равен 2; мозг этих обезьян весит в два раза больше, чем можно ожидать от мозга млекопитающего с таким же весом тела. У человека коэффициент энцефализации больше 5, то есть он в 5 раз больше, чем можно ожидать, исходя из веса нашего тела. В ходе эволюции человека вес тела определенно увеличивался: средняя масса тела австралопитека, жившего около трех миллионов лет назад, составляла около 40 кг, что приблизительно в два раза меньше массы тела современного человека. Можно было бы ожидать, что вес мозга несколько увеличится по мере увеличения массы тела, но в течение эволюции человека рост массы мозга происходил непропорционально в сравнении с ростом массы тела. Именно поэтому коэффициент энцефализации у человека так велик в сравнении с другими человекообразными обезьянами.
И в самом деле, человеческий мозг на удивление велик. У некоторых людей объем мозга не превышает одного литра, в то время как у других он может достигать 1,7 л (в большинстве случаев такой вес соответствует бо́льшему размеру тела). В среднем объем мозга человека составляет около 1,4 л.
Разумеется, мне очень захотелось узнать, насколько велик мой собственный мозг. У меня есть весьма точная его трехмерная модель, и с помощью мерного кухонного кувшина я выяснила, что объем моего мозга равен 1,4 л. Это средний, очень средний мозг, но его объем впечатляет при сравнении с объемом мозга других млекопитающих.
Для сравнения: объем мозга шимпанзе в среднем равен 380 мл, что едва ли больше объема мозга новорожденного ребенка. Мой, очень средний, мозг более чем в 3,5 раза крупнее мозга шимпанзе, а в его коре приблизительно в два раза больше нейронов, чем в коре мозга этой обезьяны.
Человеческий мозг не только больше мозга наших ближайших современных родственников, он и организован по-другому, особенно в том, что касается мозговой коры, и эта новая организация возникла в ходе эволюции человека. Изменились пропорции долей мозга. Несмотря на то что мозг человека в какой-то степени напоминает увеличенную копию мозга шимпанзе, некоторые его области относительно больше, а некоторые, наоборот, меньше. Так, затылочная доля, отвечающая за зрение, относительно меньше у человека. Первичная зрительная кора занимает у шимпанзе около 5 % поверхности всей коры, а у человека – всего 2,3 %. Относительно мал также и человеческий мозжечок. Он приблизительно на 20 % меньше, чем у шимпанзе. И в то же время теменные доли, височные доли и префронтальная кора относительно больше у человека. Трудно понять, как эта разница в строении отражается на функциях мозга, но представляется, что естественный отбор потрудился как над абсолютным размером мозга, так и над размерами отдельных «модулей» внутри мозга.
Можно (хотя и осторожно) предположить, что относительное увеличение определенных отделов мозга в ходе эволюции человека произошло в результате воздействия естественного отбора. Наши предки, у которых были хоть немного увеличены префронтальная кора и височные доли, должно быть, имели какие-то адаптивные преимущества, что и привело к непропорционально мощному дальнейшему их развитию. Но в чем могло заключаться подобное адаптивное преимущество? Для того чтобы ответить на этот вопрос, надо рассмотреть функцию увеличившихся областей головного мозга. Здесь, конечно, надо соблюдать осмотрительность, потому что исследования мозговых функций показывают, что решение конкретных задач требует участия не одной, а нескольких областей мозга, и между индивидами существуют значительные отличия в участии тех или иных участков мозга в решении одних и тех же задач. Однако мы наверняка знаем, что височная доля – которая у людей на 25 % больше (относительно), чем у человекообразных обезьян, – отвечает за память и язык. Это увеличение височной доли, как представляется, произошло в нашей эволюционной истории очень поздно – об этом мы знаем на основании изучения ископаемых черепов. Височная доля расположена в средней мозговой ямке, над каменистой частью височной кости. Средняя мозговая ямка приблизительно на одну пятую больше у ископаемых черепов
Префронтальная кора отвечает за «высшие» когнитивные навыки, такие как речь, мышление, планирование и социальное поведение, – то есть за те навыки, которые бедняга Финеас Гейдж утратил после травмы. Вполне возможно, что увеличенная префронтальная кора человека – это физическое проявление многого из того, что мы считаем современным человеческим поведением, способностью к абстрактному мышлению и его выражению с помощью устной или письменной речи, способностью к коллективному созиданию культуры и к образованию сложных общественных систем.
Этот тип свойственных человеку сложных социальных взаимодействий, как представляется, зависит от одной особенной способности, названной умением строить «внутреннюю модель сознания “другого”» (теорией сознания), каковое считается краеугольным камнем человеческой психологии. Эта способность заключается в приписывании определенных ментальных состояний себе и окружающим и в понимании того, что убеждения, верования и цели других людей могут не совпадать с нашими собственными. Мы понимаем, что поведение других людей зависит от их ментального состояния, и в некоторых ситуациях мы способны предсказать их поведение, потому что можем вообразить, что эти люди думают и чувствуют. Эта способность развивается в очень раннем детстве. Дети начинают оценивать, куда направлено внимание других, следя за взглядами родителей, в возрасте 7–9 месяцев. К двух- или трехлетнему возрасту дети начинают понимать, что действия других людей целенаправленны.
Между тем шимпанзе в высшей степени социальные животные – они не только конкурируют, но и сотрудничают между собой – и может показаться, что способность приписывать другим определенные ментальные состояния была бы очень полезна для таких животных. Но есть ли у шимпанзе способность прогнозировать чужие мысли?
Проведенные на эту тему исследования дали неоднозначные результаты. В 1996 году в одном из исследований шимпанзе просили у экспериментатора еду, независимо от того, видели ли они его лицо, или оно было закрыто надетым на голову ведром. Таким образом, в ходе эксперимента было показано, что шимпанзе, скорее всего, не понимают, что кто-то может воспринимать текущую ситуацию не так, как они сами. Эти и другие исследования позволяют предположить, что шимпанзе понимают лишь «поверхностное поведение». Они могут предсказать, как поведут себя другие, но эти предсказания основаны исключительно на их предыдущем опыте наблюдения за поведением других. При этом шимпанзе не делает попыток проникнуть в то, что думают другие, чтобы предсказать их поведение.
Экспериментаторы поставили опыт с целью выяснить, понимают ли шимпанзе, что чужое поведение может быть целенаправленным: то есть если индивид что-то делает, то он преследует какую-то определенную цель. Шимпанзе в состоянии понять, что цель достигается с помощью определенного действия, но это не значит, что они осознают, что тот, кто его совершает, намеревался достичь именно этой цели. Однако если шимпанзе, очевидно, понимает наличие цели, когда экспериментатор производит безуспешную попытку ее достичь или с ним что-то происходит в процессе, то можно все же предположить, что в сознании шимпанзе происходит нечто более глубокое. Если вместо того, чтобы имитировать неудачную попытку экспериментатора достичь некой цели шимпанзе понимает истинную цель и делает что-то для успешного ее достижения, то это будет убедительным свидетельством того, что шимпанзе в состоянии интерпретировать ментальный статус другого существа.
Майкл Томаселло, который изучает детей и шимпанзе, считает, что большинство данных свидетельствует о том, что шимпанзе все же обладают способностью к созданию моделей чужой психики. Набор поведенческих и контекстуальных правил, которые надо использовать для того, чтобы достичь того же результата, который был продемонстрирован в экспериментах, означает, что для шимпанзе все же не свойственно только поверхностное понимание чужого целенаправленного поведения.
Еще одно свидетельство в пользу того, что шимпанзе способны создавать модели чужой психики, – это их способность распознавать, куда направлено чужое внимание. Шимпанзе следят за направлением взгляда (чаще все же за направлением поворота головы, ибо слежение за взглядом – это чисто человеческая черта, чему способствует анатомическая особенность: белки глаз очень хорошо видны на лице и за ними удобно следить). Они пытаются определить объект внимания других точно так же, как это делают маленькие дети. В опытах, по ходу которых шимпанзе конкурируют за еду, их поведение трудно поддается объяснению, если считать, что у шимпанзе отсутствует способность к моделированию чужого ментального состояния. Например, если в поле зрения или в пределах слышимости одного животного находятся другие шимпанзе, то оно будет пытаться скрыть свое приближение к источнику пищи.
Огромное число исследований, проведенных в течение последнего десятилетия, приводят к вполне обоснованному выводу: шимпанзе, как и люди, обладают способностью моделировать ментальное состояние других особей, или, как формулирует это Майкл Томаселло, «они понимают, что и другие видят, слышат и знают многие вещи». Тем не менее те части нашего мозга, которые, как считается, отвечают за социальные взаимодействия, являются непропорционально большими в сравнении с другими приматами.
Мы можем проследить эволюционное увеличение человеческого мозга и в какой-то степени – его отдельных областей, изучая ископаемые черепа древних гоминид. Мозг нашего очень раннего предка был по своим размерам приблизительно равен мозгу шимпанзе. Живший 6–7 миллионов лет назад представитель гоминид (трибы
Конечно, образование такого большого мозга не могло соответственно не сказаться на черепной коробке: человеческому черепу пришлось расшириться, чтобы вместить увеличившийся мозг. Мозговой отдел черепа у человека значительно превосходит размерами лицевой, чего нет ни у одного другого вида млекопитающих, даже у шимпанзе, у которых, в сравнении с другими приматами, достаточно крупный мозг. Мало того, черепу пришлось также изменить и форму, чтобы вместить увеличенные височные доли. Одним из следствий такого положения явилось образование базального угла между передней и задней частью основания черепа. Этот угол есть только у человека, именно он помогает нашему черепу вмещать столь большой мозг.
Эту ситуацию можно для наглядности проиллюстрировать следующей двухмерной моделью. Представьте себе полностью раскрытый испанский веер, наружные планки которого развернуты под углом 180 °, составляя прямую линию. Для того чтобы сделать веер больше, можно добавить к нему несколько дополнительных пластин и раскрыть его, скажем, еще на 40 °. Такой веер, конечно, будет не очень удобно держать в руке, но зато увеличение угла позволяет вместить лишнюю площадь. То же самое происходит и с основанием черепа. Появление в нем изгиба приводит к втягиванию лицевой части черепа, которая оказывается в положении под передней частью мозгового отдела черепа.
Притом что появление большого мозга оказало мощное влияние на форму нашего черепа, все же сам череп – это совсем недавнее приобретение в ходе эволюции, впервые появившееся у самых первых позвоночных животных. И эта древняя история тесно вплетена в картину эмбрионального развития нашего с вами черепа.
Череп и ощущения
Закладка фундамента для черепа и развитие органов чувств, воспринимающих окружающий мир
(Как лицо есть изображение души, так глаза – ее выражение)
Нервный гребень и происхождение черепа
На третьей неделе эмбрионального развития плода начинается формирование нервной трубки, которой со временем суждено превратиться в головной и спинной мозг. По мере того, как нервные валики по бокам нервной полоски приподнимаются, растут, а затем смыкаются, образуя нервную трубку, некоторые клетки на вершине каждой складки становятся весьма подвижными, готовясь сорваться с места. Как только валики смыкаются, эти клетки гребня снимаются с якоря и поднимают паруса, отправляясь в путь по небольшому телу эмбриона к местам своего назначения. Это настолько важная популяция клеток, что их иногда называют «четвертым зародышевым слоем»: есть эктодерма, мезодерма и энтодерма и, кроме того, нервный гребень. Его мигрирующие клетки распространяются по всему телу и формируют целый набор тканей, включая части надпочечных желез, мозговые оболочки и части черепа – точнее, кости лицевого отдела черепа. Все позвоночные – все рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы или млекопитающие – обладают этим нервным гребнем в период эмбрионального развития. Череп – это такая же обязательная принадлежность позвоночных, как сам позвоночник, а клетки нервного гребня необходимы для формирования черепа.
Итак, вопрос заключается в следующем: откуда вдруг возникли нервные гребни – и черепа – при появлении первых позвоночных животных? Мы говорим об эволюции, а не о божественном творении, и, как справедливо замечают некоторые специалисты по биологии развития, «анатомические структуры возникают не из праха земного». Здесь на помощь приходит генетика. Маленькое животное – ланцетник – является хордовым, но не позвоночным. У ланцетника нет ни нервного гребня, ни черепа, и нет никаких оснований полагать, что эти образования были у таких древних предков позвоночных, как хайкоуэлла. Мы не можем проанализировать ДНК хайкоуэллы – это животное давно вымерло, но мы можем взглянуть на гены живых ее сородичей – ланцетников. Несмотря на то что ныне живущих ланцетников и хайкоуэллу разделяют 530 миллионов лет, ланцетник на самом деле выглядит как «живое ископаемое», и маловероятно, что у кого-то из предков ланцетника сначала появились, а затем пропали такие признаки позвоночного животного, как нервный гребень и череп. Гораздо более вероятно, что ни нервный гребень, ни череп никогда и не служили характерными чертами представителей огромной череды поколений, отделяющих кембрийских предков позвоночных от ланцетника. Это означает, что гены нервного гребня должны начисто отсутствовать в геноме ланцетника. Если мы хотим найти гены, делающие позвоночных позвоночными, то истинная ценность ланцетника заключается именно в их отсутствии.
Для того чтобы выяснить, какие генетические изменения привели к включению программы образования нервного гребня или черепа, лучше всего было сравнить ланцетника с относительно простым позвоночным животным. (Нам совершенно не нужны генетические изменения, которые привели, например, к образованию конечностей в ходе эволюции позвоночных; это лишь усложняло бы картину.) Первыми позвоночными животными были бесчелюстные (
Миноги приобрели сомнительную известность, так как стали последним, фатальным блюдом короля Генриха I, если верить средневековому историку Генри Хантингдонскому. Генрих I был сыном Вильгельма Завоевателя и стал королем в 1100 году, после того как его старший брат случайно погиб на охоте. Генрих I правил 35 лет, и в 68-летнем возрасте, очевидно вопреки советам своего лейб-медика, однажды съел слишком много миног, на следующий день заболел, а через неделю умер. Нам такие пищевые пристрастия могут показаться странными, но миноги считались деликатесом у древних римлян, а потом и у средневековых аристократов. В Твиттере я вежливо осведомилась у друзей, ел ли кто-нибудь из них миног и каковы они на вкус. Я получила множество ответов: «похоже на угря», «пахнет илом», «на вкус как курятина», «не лучше мыла» – и поэтому, видимо, так никогда и не смогу узнать вкус миноги, потому что речная минога считается в Великобритании видом, которому грозит исчезновение. Но в Японии минога таким видом не считается. Мой друг, историк Нил Оливер, ответил мне блестящим твитом: «Можешь мне не поверить, но миногу подавали на банкете у господина Сацумы, сёгуна, в его доме в Кагосиме».
Некоторые виды миног обитают в реках, другие в морях, и с виду они похожи на угрей: тело их длинное (до 1 м) и гибкое, и у них нет чешуи. В отличие от угрей у миног отсутствуют челюсти. Рот миноги напоминает миниатюрную версию пасти сарлакка на дне ямы Каркуна в VI эпизоде «Звездных войн. Возвращение джедая». (Они действительно так похожи, что мне показалось, будто художник фильма, увидев миногу, подумал, что ее рот выглядит достаточно кошмарно, чтобы наградить таким же страшного инопланетянина.)
Так как у этих животных нет челюстей, то они достаточно привередливы в выборе пищи. Ранние бесчелюстные фильтровали планктон, но у современных миног сформировались весьма отталкивающие пищевые привычки. Миноги – паразитические кровососущие животные: они вцепляются в жертву своими круглыми ртами, усаженными острыми зубами. Кузины миног, миксины, тоже достаточно мерзкие твари: от зубов охотящихся за ними хищников они ускользают, выделяя огромное количество вязкой слизи из расположенных на боках тела желез, а на своих жертв – рыб нападают ночью, прогрызают в их теле дырку и, проникнув внутрь, поедают сначала внутренности, а потом и мышцы.
Пусть современные бесчелюстные обладают весьма отвратительными чертами, но они тем не менее позвоночные, а значит, у них есть череп. Во всяком случае, у взрослых особей; у личинки миноги черепа нет, и вообще эта личинка очень похожа на ланцетника. Так, у личинок миноги есть (так же, как и у ланцетника) жаберные щели, полая нервная трубка, тянущаяся вдоль спины, и хвост, расположенный позади заднего прохода – то есть имеют место все признаки хордового животного. Однако после превращения личинки во взрослую особь у миноги развивается внутренний хрящевой скелет, включая и позвонки, а также мозговой череп – признаки позвоночного животного.
При сравнении геномов ланцетника и миноги была выявлена разница между ними. Решение этой задачи похоже на головоломку с рисунками: «Найди десять отличий». Разница в составе геномов позволяет миноге претерпеть невероятную трансформацию, превращение типично хордового в существо с позвоночником и черепом.
Так же как анатомические структуры не появляются ниоткуда, не появляются ниоткуда и новые гены. Они должны
При появлении в геноме дубликата каких-то генов могут произойти несколько вещей. Иногда одна копия оказывается просто лишней, дегенерирует, а иногда и просто исчезает. Но существует и другая, более интересная возможность: один ген продолжает выполнять свою старую функцию, а дубликат может начать делать что-то новенькое. Правда, гены могут выполнять больше одной функции; например, они могут включаться в разные периоды развития организма и каждый раз меняют свою функцию. Поэтому третья возможная судьба – это образование двух вариантов одного гена, которые тем не менее начинают исполнять разные функции, превращаясь таким образом в разные и независимые друг от друга гены. Оба они становятся необходимыми, и ни один из них не дегенерирует – они просто развиваются в разных направлениях, беря на себя новые функции.
Когда у развивающегося эмбриона ланцетника возникает нервная трубка, на ней обособляется группа клеток,
Миллионы лет назад несколько активных удвоенных генов, взвалив на себя дополнительную роль в развитии эмбриона, привели к эволюции позвоночных, завершившейся возникновением нервного гребня и черепа. Сравнительно недавно эти же гены здорово постарались, чтобы из некоего эмбриона в результате получились именно вы. Клетки гребня нервного желобка отвечают на генетические сигналы, неотличимые от сигналов, которыми пользовались эмбрионы наших самых отдаленных предков – первых позвоночных. У каждой из этих клеток из тела выпячивается отросток (псевдоподия), похожий на псевдоподии амебы, а затем клетка гребня медленно начинает ползти, разделяя на своем пути скопления клеток промежуточного слоя зародышевого диска.
Некоторые клетки мигрируют на совсем короткое расстояние, оставаясь вблизи спинного мозга, – из них формируются нервные узлы – ганглии – чувствительных нервных клеток. Другие клетки уползают на шею, а затем на время становятся неактивными, ожидая момента, когда они превратятся в секретирующие гормоны клетки щитовидной железы. Третьи оказываются в месте образования будущего рта, где они участвуют в формировании зубов. Четвертые клетки нервного гребня оказываются в перегородке, разделяющей крупные сосуды грудной клетки. Есть клетки нервного гребня, трансформирующиеся в клетки мозгового слоя надпочечников, из которых впоследствии образуются клетки, секретирующие гормон адреналин. Некоторые клетки нервного гребня нагружаются жиром и становятся листками, обертывающими и изолирующими нервные волокна. Некоторые клетки совершают очень дальнее путешествие и оседают в коже, давая начало пигментным клеткам. Очень много клеток нервного гребня оказываются в голове, где откладываются в основании формирующегося черепа. Без нервного гребня у нас не было бы лица.
Поделиться книгой: