Помоги проекту - поделись книгой:
Форзац:
Нахзац:
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
I. Эмбриогенез
II. Плодный период
III. Подготовка к рождению
IV. Созревание видового поведения
V. Формирование коры
VI. Созревание памяти
VII. Когнитивные запечатления
Предметно-сюжетный указатель
Литература
ПРЕДИСЛОВИЕ
Книга рассказывает об основных этапах формирования индивидуального сознания человека. Наш мозг начинает свой тернистый путь через две с половиной недели после сексуальных развлечений неосмотрительных родителей. Его дальнейшая судьба обусловлена множеством случайностей и коварством создателей. Зародыш зависит от океана разнообразных инфекций ядов, лекарств и странных материнских наклонностей. Вместе с телом человеческий мозг должен как-то пройти путь от хвостатого зародыша с зачатками жабр до бесхвостого плода, а затем выбраться из личного океана, который мать таскает в своём организме. За это время с мозгом происходит множество событий, которые повторяют наш непростой эволюционный путь.
В этой, скрытой от глаз любопытных наблюдателей истории наш мозг умудряется побывать в самых разных ипостасях. Он позволил выжить длинной цепочке хордовых, которые, совершенствуя свой мозг, тут же начинали поедать ближайших родственников и предков. Пройдя через ужасы отбора в полуводных лабиринтах на суше, мозг стал командовать неказистым тельцем и лапками. В конце концов, нервная система усовершенствовалась жестокими крысовидными мерзавцами которые полезли на деревья в поисках пищи и биологических преимуществ. Безобразия глобальных структурных перестроек мозга перешли в когнитивную фазу когда архаичные приматы слезли с привычных и уютных деревьев. Их соблазнили бесконечное разнообразие и изобилие легкодоступной пищи в полуводной райской среде. На миллионы лет они погрузились в прелести чревоугодия и разнообразие сексуальных развлечений которые заложили основы конструкции нашего мозга и сегодняшних предпочтений (Савельев, 2010).
Этот экскурс в биологическую историю человечества нужен для того, чтобы читатель смог немного осознать различия поведенческих задач, которые мозг был вынужден решать во время своего долгого биологического становления. Было бы странно ожидать, что достижения эволюции мозга, успешно сохранявшие жизнь нашим далёким предкам, будут безвозвратно утрачены или полностью заменены более поздними приобретениями. Самые ценные формы поведения современного человека продолжают базироваться на неврологических конструкциях прошлого. Архаичные принципы принятия решений влияют на нас больше, чем хотелось бы, но это плата за выживание их родственников в далёком прошлом.
Именно постепенность формирования сознания человека отражена в нашем индивидуальном развитии. Мозг созревает не весь и не сразу. Он активно формируется во время внутриутробного периода, а завершает свой морфогенез после половой дифференцировки. Настоящая книга охватывает довольно обширный период созревания головного мозга, который начинается на 18-й день после оплодотворения и заканчивается начальной школой. В ней сделана попытка показать основные события, приводящие к структурному формированию мозга, и закономерности его функционального созревания. Дополнительные детали и примеры созревания разных отделов мозга очень познавательны, но увеличили бы размер книги в несколько раз. Моя задача была намного скромнее.
Мне очень хотелось показать, что головной мозг плода и ребёнка довольно ограничен в своих возможностях. Его развитие и становление зависят от родителей больше, чем можно было бы ожидать. Если после прочтения этой книги у читателя возникнет понимание особенностей детского мозга, а бережное отношение к его развитию войдёт в наши традиции, то моя задача будет полностью выполнена.
Эта книга не смогла бы увидеть свет, если бы не добросердечие директора Современного музея каллиграфии Алексея Юрьевича Шабурова, который поддержал издание этого труда.
I. ЭМБРИОГЕНЕЗ
Головной мозг человека формируется очень медленно и с большими эмбриологическими затруднениями. Если обобщить весь имеющийся научный опыт, то можно сказать, что развитие продолжается довольно долго и уносит океан незрелых человеческих жизней. За каждую 30-летнюю особь наш вид заплатит примерно сотней нерождённых, даже если не считать аборты и смертность беременных женщин (Савельев, 2002, 2007). При этом самая значительная гибель будущих людей приходится на ранние стадии развития (Shiota et al., 1987). Из этого замечания понятно, что речь идёт не о предумышленном уничтожении оплодотворённых зародышей, а только о биологических ошибках индивидуального развития. На самом деле расходы человечества на формирование взрослого мозга намного больше. В каждой сотне относительно нормальных представителей нашего вида спрятано примерно 5—7 особей с весьма заметными и 10—15 — с незаметными, но необратимыми отклонениями в строении нервной системы. Так что каждый взрослый и психически нормальный человек уже является редким биологическим достижением гоминидной эволюции.
Следовательно, в процессе индивидуального развития решается несколько параллельных задач. Первая и наиболее трудная задача — просто дожить до рождения и перейти к самостоятельному дыханию и пищеварению вне тела матери. Это получается далеко не у всех начинающих столь сложное испытание. Эмбриональная смертность лишь частично связана с размерами человеческого мозга и другими особенностями строения приматов. Похожие явления хорошо известны для большинства млекопитающих. Так, у самых обычных свиней эмбриональная смертность составляет около 30% (Soede et al., 1993). При этом существуют познавательные способы её снижения. Оказалось, что надо стараться использовать сперму хряков с повышенной фертильностью, тщательно выбирать время оплодотворения и получше кормить плодовитых свиноматок.
Скрытой причиной таких неприятностей обычно становятся многочисленные патологии развития, аномалиии нарушения дифференцировки систем органов эмбриона. По мере сил беременность искусственно прерывают по семейным, романтическим и психиатрическим причинам. Будущие мамы часто одержимы непреодолимыми религиозными, пищеварительными или культурологическими страстями, которые сказываются на развитии плода.
Среди навязчивых материнских идей особенно опасны для развития мозга плода увлечения сыроедением, постами и вегетарианством. Развитие плода в условиях недостатка белков, липидов и углеводов всегда сказывается на формировании мозга. Это хорошо известно из наблюдений за представителями некоторых этносов, где женщины питаются объедками с мужского стола. Во многих культурах кормить беременных женщин не принято до появления большого живота. Тогда им начинают давать мясо, что уже немного поздновато. Мозг плода, развивавшегося 3—4 мес. при белковом голодании матери, уже никогда не реализует свой потенциал. В конечном счете, это приведёт к заметному торможению обучения и любой рассудочной деятельности, правда, уже во взрослом состоянии. Если предполагается, что основным инструментом творческой работы будущего человека станет лопата, кирка или автомат Калашникова, то заморачиваться откармливанием матерей не стоит. Переизбыток мыслей только вредит приобретению несложных навыков. Если планы по использованию плодов любви более сложные, то надо позаботиться о нормальном развитии мозга.
В этом отношении наиболее критичны первые месяцы развития нервной системы. Большинство метаболических задержек и аномалий возникают в течение первых 3—4 нед после зачатия. Наше счастье, что они обычно несовместимы с жизнью, а гибель плода воспринимается как небольшая задержка в женских циклах. Более поздние отклонения развития, которые происходят между 22-м и 62-м днём онтогенеза человека, как правило, связаны с нервной системой и патологией брюшной полости (Thoulon, Trouillas, 1983). После прохождения критического 2-го месяца развития количество летальных патологий снижается. Иначе говоря, в ранний период формирования человек и его мозг наиболее уязвимы со стороны как внутренних, так и внешних факторов (Савельев, 2007). Тот, кому повезло пережить собственный эмбриогенез, вступает на опасный путь плодного периода, где метаболизм матери становится залогом успешного развития.
Эти факты и так очевидны для внимательного наблюдателя, но занудные учёные увлеклись объективными исследованиями подобных явлений около 50 лет назад. Сравнивая развитие плодов различных млекопитающих, они показали, как меняется обмен зародышей при видовых особенностях питания или голодании матери (Patrick et al., 1974; Girard, 1975). Суть таких работ отражает простейший вывод о том, что мозг плода требует большей концентрации метаболитов, чем в организме матери. Если этот процесс нарушается, то плоды начинают меньше снабжаться глюкозой, что ограничивает развитие мозга. При голодании матери зародыш вынужден использовать другие источники энергии или продуцировать собственную глюкозу. Замедление развития мозга дорого обходится плоду, хотя и начинает сказываться на поведении лишь через много лет. Однако если заботливым мамам важны только отличное пищеварение, дефекация, сон, половая и социальная активность ребёнка, то рассудочными способностями легко пренебречь, или можно списать их отсутствие на сложности жизни.
Таким образом, возникает забавная, но парадоксальная ситуация. Развитием собственного мозга может заинтересоваться только тот, у кого на это занятие хватит собственных возможностей. Наши способности в конечном счёте зависят от чистого везения с местом рождения, здравомыслием родителей и лотереи индивидуальной изменчивости. О фатальной естественной несправедливости свидетельствует соотношение полов в развитии человека. Так, в момент оплодотворения образуется значительно больше мужских генотипов, чем женских. Однако они более чувствительны к токсическим воздействиям, заболеваниям матери и другим эмбриологическим рискам. По этой причине мальчиков обычно рождается меньше, чем девочек (Derby et al., 1985). С развитием методов внутриутробной оценки пола зародышей эта несправедливость легко исправляется. Примером может служить Индия, где достижения медицинской науки и ультразвуковых технологий диагностики плодов стали применять для искусственного отбора. В этой стране до 70% развивающихся девочек обычно абортируется, а выросшие мальчики безуспешно пытаются оплодотворить друг друга.
Если читатель знакомится с этим текстом, то он уже редкий везунчик и прошёл один из важнейших циклов церебрального сортинга. Компенсировать проблемы, возникшие во время внутриутробного развития, после рождения невозможно (Patrick et al., 1974). К сожалению, именно морфофункциональное созревание в эмбриональный и плодный периоды определяет как жизнеспособность новорождённого ребенка, так и его будущий рассудочный потенциал.
Вполне понятно, что никакие властители не хотят иметь в своём подчинении умных, образованных, самостоятельных и решительных граждан. Структура любого сообщества цементируется покладистыми и трудолюбивыми обывателями с ограниченным набором незатейливых инстинктов и желаний. Этот самовоспроизводящийся социальный монолит по мере нужды иногда дополняют способными и творческими людьми, но в очень ограниченном и безопасном количестве. По этой причине существует вынужденный интерес к развитию человека со стороны политиков, психологов, натурфилософов, служителей различных культов и других представителей доходного социального паразитизма. Эти интуитивные эволюционисты, беспощадно проводящие в жизнь наиболее жестокие принципы искусственного отбора, упорно решают неосознаваемые биологические задачи.
С одной стороны, они успешно придумывают новые способы заработка на бедном человеческом мозге при помощи размножения слов, верований, изобретения новых понятий и торговли старинными заблуждениями. Для поддержки процветания этого прибыльного бизнеса во многих странах запрещено вести какие-либо вменяемые работы на эмбриональном человеческом материале. По этой причине наши знания как о механизмах развития мозга, так и об особенностях его созревания крайне ограниченны и со временем становятся всё более умозрительными. Достаточно упомянуть лучшие учебные пособия по эмбриологии человека, наполненные мышиными зародышами, весьма отдалённо напоминающими человеческие (Sadler, 1995; Larsen, 2001).
С другой стороны, под видом всеобщей гуманизации интенсивно развивается пещерное мракобесие, которое умело спрятано в молекулярно-генетической терминологии современной биологии и медицины. Эта деятельность направлена на осуществление неспецифического искусственного отбора при помощи снижения воспроизводства человечества. По самым общим оценкам, в ближайшие полвека численность населения планеты должна уменьшиться примерно на 5 млрд человек. Это будет достигнуто как традиционными способами избирательного искусственного отбора, так и скрытыми методами в сочетании с прививочной стерилизацией населения. Пока эти прекрасные перспективы только воплощаются в жизнь, мы можем попытаться понять самые общие принципы индивидуального развития мозга человека и возникновения нашего странного сознания.
В этом деле нам поможет недавнее прошлое науки, которое стыдливо замалчивается или умышленно прячется в самые пыльные уголки естественной истории. Дело в том, что людоедски-гуманистические законы и правила развивались на планете медленно и с большими трудностями. Это позволило на протяжении XX столетия собрать некоторые сведения об эмбриональном и плодном развитии человека. Для понимания масштабов увлекательных исследований раннего развития человека достаточно упомянуть дискуссии 70-х годов прошлого века о моральности широкой торговли плодами всех возрастов в Англии (Nature, 1972, № 5353).
До этого времени такая околонаучная торговля сочеталась с творческим изготовлением самих объектов исследований и была обычным делом. В конечном итоге эта увлекательная, но ныне запрещённая деятельность позволила собрать самые объективные данные о нашем эмбриональном и плодном развитии.
Вполне понятно, что в соответствии с текущей традицией социальной мифологии причины гибели эмбрионов и плодов принято списывать на трансцендентные духовные влияния, ужасные инфекции, молекулярные или генетические нарушения, экологические и радиационные катастрофы. К таким наимоднейшим причинам можно отнести только около 10—15% случаев гибели развивающихся зародышей. Большая часть эмбрионов и плодов человека прекращают своё развитие из-за структурных отклонений, возникающих при формировании мозга. Головной мозг человека является настолько сложной и многокомпонентной системой, что сам факт его регулярного воспроизводства следует отнести к блестящим успехам биологического прогресса. Гоми-нидный мозг, как любое естественное достижение, стал драгоценным венцом эволюции и дорогим капризным устройством. Он не хочет эффективно работать, плохо управляется, нестабилен в развитии и ломается при неумелой эксплуатации.
Порробуем разобраться с теми событиями, которые позволяют нервной системе возникнуть и избежать основных катастроф раннего эмбрионального периода. Детали морфологических событий описаны в научной литературе, интересной только для специалистов (Савельев, 2002, 2005а, 2007). В своём скромном обзоре я буду уделять основное внимание проблемам связи между структурным созреванием отделов мозга и появлением тех или иных проверяемых функций. При этом всегда полезно опираться как на суровые и аморальные эксперименты недалёкого прошлого, так и на современные инструментальные методы обследования плодов ещё в материнском организме. Сочетание этих данных предоставляет много ценной информации о становлении головного мозга. Начнём с эмбриологического экскурса, который необходим для понимания первичных источников структурного развития мозга, лежащих в основе нашего сознания.
Нервная система начинает обособляться у человека на 18-й день развития. Это событие называется нейру-ляцией и начинается с того, что на поверхности почти шарообразного зародыша появляются тканевые складки. Складки постепенно поднимаются и замыкаются, образуя нервную трубку. Нейруляция завершается на 27-й день эмбрионального развития, когда зародыш , имеет длину около 4—5 мм. В дальнейшем центральная нервная система начинает усложняться автономно, продолжая индукционные взаимодействия с окружающими тканями и иннервируя возникающие закладки других органов (Савельев, 2002). В это время появляются основные отделы и формируется общий архетип мозга млекопитающих. Основным последствием нейруляции является закладка головного и спинного мозга в виде общей трубчатой структуры. Затем эта трубка полностью замыкается, а в её головной части закладываются пять мозговых пузырей, соответствующих переднему, промежуточному, среднему, заднему и продолговатому мозгу. В результате некритичных нарушений замыкания нервной трубки у человека часто формируются синеватые пигментные пятна на спине или ягодицах. Они состоят из нейромезенхимы нервного гребня, которая определяет пигментацию кожи. Такие пигментные зоны на копчике часто называют монгольским пятном, поскольку связывают с этой этнической группой. Пигментация возникает почти у 90% людей, но макроскопически она становится заметна в основном у монголоидов (Kikuchi, 1989).
Эмбрионы человека, достигшие размера 5—7 мм (см. форзац), активно меняют форму своего мозга, который ещё не может начать функционировать из-за проблем с метаболизмом. Дело в том, что активная работа нейронов должна обеспечиваться кровеносной системой, а её сеть пока недостаточно развита. У эмбрионов 2-го месяца развития венозная система представлена крупными магистральными сосудистыми стволами, но с тончайшими эндотелиальными стенками и только в стволе мозга. Из них формируются венозные синусы твёрдой мозговой оболочки. Артериальная система возникает только к концу 8-й недели развития. Следовательно, даже зачатков сосудистой системы для метаболической активности мозга в эмбриональный период обнаружить не удаётся.
В это время человеческий зародыш мало напоминает царя природы. Ранняя дифференцировка нервной системы сопровождается появлением закладок жаберного аппарата, характерного для зародышей рыб. С 4-й недели развития у него прекрасно заметны подозрительно длинный хвост и другие свидетельства сомнительного происхождения (см. форзац). Анатомическое наследство низших позвоночных сохраняется несколько недель, а затем начинается сложный процесс инволюции хвоста. Это непростое событие сопровождается клеточной гибелью и структурной перестройкой как хорды, так и спинного мозга в каудальной части тела (Савельев, 2002; Saraga-Babia et al., 1994).
Примерно через 8 нед после оплодотворения наступает раннефетальный период, который обозначен заметными внешними и внутренними изменениями анатомии головного мозга. Основной хорошо заметной структурой головного мозга становится кора, которая закрывает большую часть мозгового ствола. Однако большой размер переднего мозга является морфологической иллюзией, поскольку он состоит из тонкой стенки, наполненной спинномозговой жидкостью (см. нах-зац). Именно в раннефетальный период появляются признаки функционального созревания мозга. Оно начинается опережающими темпами в стволе мозга, уже обладающем дифференцированными нейронами. Вместе с появлением первых межнейрональных и нервно-мышечных связей нейронов можно наблюдать и рефлекторную активность.
В развитии человека раньше всего проявляются простейшая двигательная активность и кожные рефлексы. У эмбрионов в возрасте 6-7 нед (темя-копчиковая длина 1,8-2,6 см) только в 20% случаев удавалось обнаружить зародышевые движения в ответ на стимуляцию различных участков кожи (Fitzgerald, Windle, 1942). Отдельные рефлекторные реакции выявлены в ответ на покалывание иглой живого, но уже абортированного эмбриона. Отмечены быстрые движения руки, ноги, головы и туловища. Однако системной комбинации различных стимулированных движений не наблюдали. Это говорит о существовании раздельных сенсомоторных цепочек, которые не интегрированы на уровне спинного и головного мозга.
Спонтанные движения правой руки и тактильную чувствительность отмечали у эмбрионов длиной 20—22 мм от темени до копчика. Этих линейных размеров эмбрионы достигают примерно к 50-му дню после оплодотворения (см. форзац). Тут необходимо дать некоторые пояснения, поскольку акушерский возраст эмбрионов отличается от привычного биологического. Дело в том, что до появления высокоразрешающих методов ультразвуковой диагностики и томографии сроки беременности определяли в зависимости от времени прекращения женских половых циклов. При этом биологический возраст эмбриона обычно был больше на 10—14 дней. По этой простой причине приходится уточнять, что речь идёт о реальном биологическом (от оплодотворения), а не акушерском возрасте.
Следовательно, первые движения правой руки и кожную рецепцию удаётся выявить только ближе к середине 2-го месяца развития. Это впервые установили в 30-е годы XX столетия склонные к гуманизму и католицизму просвещённые итальянцы. После прерывания беременности они извлекали эмбрионы разного возраста из плодных оболочек и стимулировали их острой иглой. Если подопытный проявлял какие-либо реакции, то их фиксировали в виде описаний и сводили в познавательные таблицы развития рефлексов человека.
Спустя полвека такие смелые опыты многократно повторяли более гуманными методами наблюдения за плодами при помощи ультразвуковой диагностики (Colette, Nirhy-Lanto, 1985). В этой работе показано, что так называемые архаические движения фиксируются с 6-й акушерской (8-й биологической) недели развития. Сюда входят вибрация за счёт дискоординации метамеров, толчковые спазмы туловища и ножницеобразные движения рук и ног.
Что же означают эти асинхронные движения рук, активность метамеров и слабые кожные реакции, которые приводят к подёргиванию тела зародыша? Любой религиозный неофит легко объяснит читателю, что обретший душу эмбрион таким образом взывает к тайным высшим силам и защищается от гнусных естествоиспытателей, уже погубленных искусителем. К сожалению, это не совсем так. На 50-й день развития эмбрион не может ни сформулировать жалобу, ни отчаянно взывать, поскольку кора полушарий ещё даже не начала формироваться (см. форзац), а из сенсорных систем появились только признаки кожной чувствительности.
Таким образом, мы можем опираться на факт движения рук при творческой стимуляции кожи иголочкой. Эти занятные сведения подтверждены и морфологической базой изучения строения нервной системы эмбрионов. К моменту появления двигательной реакции на раздражение формируются первые эффекторные нервно-мышечные синапсы, заставляющие скелетные мышцы сокращаться. Однако эти реакции не спонтанные, а спровоцированные, что означает и появление свободных нервных окончаний в коже.
Действительно, в спинном мозге впервые появляются отдельные отростки нервных клеток, которые связывают вставочные нейроны спинного мозга как с рецепторными, так и с эффекторными волокнами. Реакции конечностей на покалывание иглой являются простейшими рефлексами по принципу стимул — реакция. Они возникают как эмбриологический инструмент для последующей дифференцировки связей между сенсорными, моторными и вставочными нейронами. Для того чтобы такие взаимодействия между нейронами быстро формировались, необходимо осуществление простых моторных реакций спинного мозга. Точно так же двигается внутри икринки эмбрион любой аквариумной рыбки или лягушки ещё задолго до вылупления.
Надо отметить, что иннервация скелетной мускулатуры происходит намного быстрее, чем внутренних органов. Так, первые нервные волокна, проникающие из спинного мозга в полость малого таза, появляются только на 6-й неделе развития, что совпадает с началом дифференцировки гонад по мужскому или женскому типу. Однако нервные волокна достигают мочевого пузыря лишь на 9-й неделе. Только у 4—5-месячных плодов человека нервные волокна проникают в эпителий мочевого пузыря, иннервируют матку и прямую кишку (Kato, Motegi, 1971). Эти события замедлены как из-за неврологических причин, так и в результате интенсивного роста самого плода. Дело в том, что спинной мозг растёт намного медленнее, чем позвоночный столб. При этом позвоночный столб увеличивается пропорционально в каждом сегменте, а спинной мозг — неравномерно. В итоге это приводит к укорачиванию спинного мозга в позвоночном канале и несовпадению расположения первичных нейральных сегментов и отдельных позвонков.
Существует ещё одна важная причина столь быстрого созревания нервных сетей спинного мозга и периферических центров иннервации мускулатуры и внутренних органов. Эмбриональное развитие спинного мозга представляет собой печальную историю, в которой торжествуют феноменальная глупость и беспечность, а не гениальный трансцендентный промысел. Дело в том, что большинство нейронов, оказавшихся в нервной трубке спинномозгового отдела, просто погибают. По приблизительным оценкам, у человека остаётся менее 20% от общего числа первичных нейробластов. Массовая гибель этих клеток обставлена как бои гладиаторов, сдобренные дружеским каннибализмом. При начале дифференцировки нейроны агрессивно конкурируют за органы-мишени и зоны иннервации.
Гибель мотонейронов в нормальном развитии спинного мозга хорошо изучена почти во всех группах позвоночных, в том числе и у человека. У амфибий гибель мотонейронов достигает 85%, а иннервация левой и правой конечности может осуществляться различными сегментарными нервами (Bennett, Lavidis, 1981).
Специальные исследования не только подтверждают массовую гибель нейронов спинного мозга человека на ранних стадиях развития, но и доказывают продолжение этого процесса в плодный период. Так, у 11-не-дельного плода общее число мотонейронов спинного мозга составляет немногим более 180 тыс., но через неделю снижается на 10 тыс. К 16-й неделе развития их число уменьшается до 140 тыс., а к 25-й неделе — до 117 тыс. (Forger, Breedlove, 1987). В это время массовая гибель мотонейронов спинного мозга заканчивается, хотя отдельные клетки погибают и после рождения.
Во время этой вакханалии наиболее проворные клетки создают необходимые контакты и приобретают шанс сохраниться на всю человеческую жизнь, а в качестве бонуса получают возможность закусить менее расторопными соседями. В результате склонные к каннибализму нейроны-победители оказываются гигантских размеров, а спинной мозг взрослого человека не может компенсировать никакую травму. Запасных клеток нет, их просто съели более удачливые родственники (Bennett, 1983). Даже если бы они были, то для регенерации пришлось бы где-то изыскивать тысячи глиальных клеток и обеспечивать многолетний направленный рост отростков. К сожалению, рост нервов в эмбриональный период происходит совершенно иначе, нежели при регенерации во взрослом организме.
Более или менее целостное представление о значении клеточной гибели в развитии нервной системы сложилось только к концу XX столетия (Oppenheim, 1991). Причина такой интеллектуальной задержки осознания очевидных событий индивидуального развития связана с тем, что избирательность гибели нейронов ставила под сомнение строгие фантазии о генетическом контроле онтогенеза. Примитивная парадигма генетической детерминации всего развития мозга так глубоко захватила исследователей и научные фонды, что смена взглядов произошла лишь после вымирания целого поколения учёных.
В процессе онтогенеза отростки нейронов спинного мозга очень рано образуют связи с органами-мишенями и мускулатурой. Затем эмбрион растёт, а нервные отростки растягиваются, наращивая свои размеры. Тела нейронов оказываются закреплены в спинном мозге или ганглиях около него, а их отростки — на иннервируе-мых органах. Размеры отростков увеличиваются вместе с ростом эмбриона и плода. Надо отметить, что у взрослого человека длина таких аксонов моторных нейронов может превышать 1 метр. Продолжительность роста нейронов и их размер препятствуют регенерации спинного мозга у взрослого человека после травмы. Заставить отростки нейронов целенаправленно ползти на огромное расстояние практически невозможно. Эта особенность развития и строения мотонейронов снижает возможности для посттравматической и физиологической компенсации.
Дифференцировка первых нейронов спинного мозга сочетается с появлением наиболее общей соматической чувствительности — кожной. Иннервация покровов человека начинается очень рано, ещё в эмбриональный период. Первые нервные волокна в тканях-мишенях удаётся обнаружить уже на 4-й неделе развития (Bossy, 1982). Свободные нервные окончания проникают во все зоны дермы к концу 8-й недели онтогенеза, за исключением последней фаланги пальцев конечностей. Этот процесс развития кожной иннервации происходит у человека неравномерно. Существует хорошо заметная гетерохрония развития подкожных нервов. Иннервация рук появляется примерно на неделю раньше, чем ног, а вентральная поверхность конечностей опережает а этом отношении дорсальную.
Появление рецепторного аппарата соматической чувствительности крайне важно для становления центральной нервной системы. По сути дела, кожа эмбриона в данный период развития является единственным сенсорным входом в нервную систему. На этом этапе лишь движение околоплодной жидкости и механические воздействия на плод могут быть источниками меняющейся информации. Она необходима для создания связей и формирования нейронных сетей со специализированными функциями.
Эти сведения говорят о том, что в раннем онтогенезе человека можно выделить период афферентно-зависимого развития головного мозга. Следовательно, без связи с органами-мишенями и притока простейшей сенсорной информации дифференцировка нейронов должна задерживаться. В экспериментах на эмбрионах амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих это явление было многократно исследовано и подтверждено. Способы проверок были не очень гуманными, но показательными. У куриных эмбрионов просто удаляли зачаток крыла, а затем наблюдали уменьшение числа клеток в моторном столбе спинного мозга на 50—90%. Если сделать обратную операцию — подсадить зачаток ещё одного крыла, — то число клеток в спинном мозге увеличится. В эксперименте это обеспечивает снижение клеточного каннибализма при расширении контактов незрелых нейронов с новыми органами-мишенями.
Вполне понятно, что проводить эксперименты по отрезанию конечностей млекопитающим во внутриутробный период крайне затруднительно. По этой причине смелые опыты, доказывающие избыточность закладок и конкуренцию нейронов, проводят на наиболее примитивных млекопитающих — сумчатых. Дело в том, что их эмбриональное развитие крайне архаично, а переход зародыша в сумку матери происходит до формирования массовых связей нейронов с периферическими органами. Экспериментальная ампутация зачатка задней конечности у австралийского сумчатого тамнара приводила к повышению гибели развивающихся мотонейронов. Более того, при полном удалении зачатков мускулатуры соответствующие моторные ядра просто не возникали (Comans et al., 1988). Справедливо и обратное утверждение о том, что большое тело говорит об увеличении числа нейронов.
Примером может служить исследование спинномозговых ганглиев, иннервирующих заднюю конечность лягушки-быка (St. Wecker, Farel, 1994). В этой изящной работе сравнивали лягушек разного размера и возраста. Оказалось, что у крупных лягушек нейронов в ганглиях в два раза больше, чем у мелких того же возраста.
Использование радиоизотопной метки не показало никакой пролиферации в ганглиях. Это позволило авторам сделать вывод о дополнительной дифференциации нейронов из уже существовавших в ганглиях клеток-предшественников. Таким образом, быстро растущая и крупная особь имеет больше шансов сохранить максимальное число нейронов как в центральной, так и в периферической нервной системе. Размер плода важен не сам по себе, а как результат опережающего увеличения массы мускулатуры, которая нуждается в дополнительной иннервации. В конечном счёте гибнет меньше нейронов, а ганглии становятся больше за счёт нефагоцитированных клеток.
Следует отметить, что независимо от индивидуальных размеров нервной системы гибель клеток и дружеский каннибализм всегда являются тривиальным событием. Так, в нормальном эмбриональном развитии головного и спинного мозга на 1000 пролиферативных циклов (делений клеток) приходится от 4 до 7 смертей нейробластов, останки которых поедаются соседними клетками. Даже в переднем мозге уже взрослых мышей, обычно некурящих и не злоупотребляющих алкоголем, нейроны гибнут с завидной регулярностью (Gui-do, 1973). Аналогичная гибель клеток обнаружена при развитии глаза млекопитающих, где она играет важную морфогенетическую роль при прогнозировании изменений формы сетчатки (Silver, Hughes, 1973).
Неизгладимое впечатление оставляют количественные данные естественного разрушения зрительной системы человека в плодном периоде развития. Учитывая возрастное снижение функций зрения, как-то обидно узнавать о «нормальной» дегенерации аксонов зрительного нерва человека. Ужас состоит в масштабах гибели клеток сетчатки, которая не бывает меньше 30%. Пик разрушения приходится на период между 12-й и 15-й неделей развития. До этого времени число аксонов в зрительном нерве стабильно увеличивается. Так, на 8-й неделе их 2,67 млн, на 14-й — 5,86 млн и на 18-й — только 3,58 млн. Это говорит о том, что около половины аксонов зрительного нерва человека дегенерируют в борьбе за контакты со вставочными нейронами-мишенями в латеральном коленчатом теле (Sturrock, 1987).
Вполне понятно, что гибель волокон зрительного нерва — показатель более печальных событий. Волокна являются лишь отростками ганглиозных клеток сетчатки глаза, которые формируют связи с нейронами головного мозга. Следовательно, при нормальных условиях развития мы теряем гигантское число ганглиозных клеток сетчатки вместе с их волокнами. Этот ресурс мог бы пригодиться плоду через 50—60 лет, но мы не знаем, как его сохранить.
Ситуация ещё драматичнее, чем кажется. Дело в том, что часть волокон, идущих от сетчатки, оканчиваются в ядрах, расположенных рядом с хиазмой или перекрестом зрительных нервов. Супрахиазматические ядра плотно связаны с половой функцией, суточными ритмами поведения и входят в состав лимбической системы. Именно она отвечает за инстинктивно-гормональные способы регуляции поведения. Разрушение сенсорных входов этой системы очень значимо сказывается на базовых основах врождённых форм поведения и формировании сознания. Иначе говоря, мы теряем значительную часть сенсорных нейронов, предназначенных как для осмысленного восприятия окружающего мира, так и для компонентов инстинктивно-гормональной регуляции поведения.
Как говорилось выше, гибель эмбриональных клеток во время развития человека является обычным событием не только в сетчатке глаза. Она происходит в центральной нервной системе, между пальцами рук и в других частях организма. Даже в средний плодный период, при закручивании и созревании хрящевой слуховой капсулы, резорбируется значительная часть ушной мезенхимной сети. Таким реверсивным способом формируется обширная полость будущего рецепторного аппарата. Именно туда проникают предшественники слуховой, вестибулярной, гравитационной систем и обслуживающие их нейроны.
Нейробласты гибнут не только во время ранних эмбриональных делений, но и после их миграции в области дифференцировки. Было обнаружено, что на 7-й и между 11-й и 13-й неделей развития среднее количество погибших нейробластов в коре составляет 1—2 клетки на 1 мм2 (Kostovic-Knezevic, 1984). Эти занимательные данные говорят о том, что гибель нейронов в развитии может быть не связана ни с пролиферацией, ни с формированием рецепторных систем, ни с конкуренцией за иннервацию мускулатуры. Гибель нейронов в коре предполагает существование морфогенетических препятствий для образования внутрикорковых связей, природа которых пока не ясна.
Необходимо отметить, что морфогенетическая гибель нейробластов и созревающих нейронов усугубляется непрерывным нарастанием неврологического субстрата индивидуальной изменчивости. Дело касается не только головного мозга, но и периферических нервов. Так, только у 60% плодов можно обнаружить известный нерв Кунца, который связывает второй межрёберный и первый грудной нервы. В грудном отделе пограничного симпатического ствола вариабельность не менее масштабна. Каждый сегмент грудного отдела принимает участие в образовании 4—5 нервных ветвей, которые формируют три типа пучков волокон. Эти пучки различаются у разных плодов как по размерам, так и по направлениям ветвлений (Groen et al., 1987).
Подробный анализ данных о развитии нервной ткани и дифференцировке нейронов позволяет представить основные механизмы причин гибели столь ценных клеток организма. Примером могут быть нейроны, синтезирующие нейромедиатор ацетилхолин, отчего они и называются холинергическими. Этих клеток в мозге около 5%, но они играют огромную роль в работе периферической нервной системы. Ещё до начала дифференцировки будущие нейроны этого типа могут синтезировать ацетилхолин во время миграции и даже высвобождать медиатор до контакта с клеткой-мишенью. По загадочным причинам эти нейроны массово гибнут ещё до установления механизма синаптической передачи. Всего через несколько дней после её формирования гибель холинергических нейронов сокращается вдвое. Однако взрослый нейрон почти полностью зависит от трофических взаимодействий с клеткой-мишенью. Если удалить ткани-мишени, то почти все холинергические нейроны быстро погибают (Ken, 1988).
Из этих наблюдений следует, что никакой жёсткой генетической детерминации избыточной пролиферации, направленной дифференцировки, случайной конкурентной гибели клеток рецепторных органов или нейронов коры представить себе невозможно. При таких масштабах естественной гибели клеток любое программирование развития стало бы причиной исчезновения больших фрагментов сенсорных систем и отделов мозга. В этом случае человечество давно бы вымерло, noскольку ни один человек не смог бы появиться на свет с полноценной нервной системой и адекватными органами чувств.
О существовании регуляционной природы раннего морфогенеза говорит и феномен местозаместительных функций, выполняемых эмбриональной мезенхимой (Platzhalterf unktionen). Речь идёт о временном замещении мезенхимой пространства, которое в дальнейшем займёт какой-либо орган или его часть. Такой запас клеток расположен у 5-недельного эмбриона в зоне будущих лёгких, подчелюстной железы и во многих других местах (Menkes et al., 1985). В зависимости от морфргенетических задач эти мезенхимные клетки используются для формирующихся органов и тканей. Есть и ещё более яркий пример с резорбцией хвоста (см. форзац). Довольно длинный человеческий хвост к концу эмбрионального периода исчезает, а клетки его хрящей, зачаточной мускулатуры и сосудов используются в формировании органов малого таза и пояса нижних конечностей.
Продолжая рассказ о развитии человека, необходимо отметить, что вызываемые стимуляцией первичные сокращения рук через неделю заменяются регулярными и спонтанными движениями всех конечностей. Эта двигательная активность может быть легко спровоцирована покалыванием иглой почти любого участка кожи. Надо отметить, что такие движения начинаются не одновременно у всех эмбрионов. Индивидуальный разброс появления спонтанных движений рук и ног охватывает период примерно в 18 дней. Однако все нормально развивающиеся эмбрионы начинают спонтанно двигать конечностями в начале 3-го месяца развития, когда достигают длины около 35 мм, что совпадает с первым появлением мионевральных синапсов (Juntunen, Teravainen, 1972). При этом кора полушарий большого мозга ещё очень далека от начала дифференцировки (см. форзац).
Одним из первых созревающих сенсорных органов эмбриона является среднее и внутреннее ухо, включая вестибулярный аппарат. Именно он принимает значительное участие в формировании самого первого рефлекса «положения кормления», который появляется сразу после рождения. Вестибулярные рецепторные зоны в полукружных каналах и гравитационном аппарате начинают дифференцироваться после 7-й недели развития, а к концу 8-й недели они организованы так же, как у взрослого человека (Dechesne, Sans, 1985). При этом вестибулярные полости уха развиваются немного быстрее, чем слуховые отделы. Это происходит из-за того, что в процессе эволюции вестибулярный аппарат сформировался намного раньше слуховой системы.
Слуховые плакоды закладываются у эмбриона человека длиной 4—6 мм. Морфологическое обособление улитки происходит после 6-й недели развития довольно быстрыми темпами. Уже у 7-недельного эмбриона она имеет 1 виток, на 8 1/2 неделе — 1 3/4 витка, а к концу 11-й недели формируются все 23/4 витка улитки — как у взрослого человека (Bredberg, 1985). Дифференцировка слуховых волосковых клеток в кортиевом органе начинается от базального конца улитки. Кортиев орган достигает дефинитивного состояния и размера к 4-му месяцу развития, но его жидкостные пространства ещё не сформированы. У 25-недельного плода улитка достигает взрослых размеров и полностью заключена в костную капсулу. Окончательная анатомическая дифференцировка и иннервация кортиева органа заканчиваются к моменту рождения.
Примерно в это время (20-22 нед) в слуховой системе на поверхности слуховых волосковых клеток исчезают архаичные чувствительные киноции, которыепереводят колебания эндолимфы в рецепторный градуальный сигнал. В этот период зрелость слуховых волосковых клеток ещё не завершена (Lavigne-Rebillard, Pujol, 1986). По этой причине до 24-26 нед развития плода слуховая чувствительность крайне сомнительна, а реакции могут вызываться колебаниями околоплодной жидкости через другие механорецепторы.
На такие ограничения чувствительности указывает и последовательность созревания слуховых косточек, предназначенных для передачи слухового сигнала. Только на 8-й неделе развития наружный слуховой проход, заполненный мезенхимной пробкой, демонстрирует первые признаки дифференцировки. Эпителиальная пробка канала приобретает туфлеобразную форму. Позади подошвы этой закладки появляется рукоятка молоточка, мысок туфли упирается в отросток будущей барабанной полости. К 13-й неделе мезенхимальная туфля окончательно распадается, но извитый узкий слуховой канал появляется только к 17-й неделе, а барабанная перепонка окончательно формируется на 21-й неделе (Nishimura, Kumoi, 1992).
Следовательно, у эмбрионов в возрасте 8—12 нед молоточек и наковальня возникают в виде хрящевых закладок самостоятельно, но окружены перихондрием. Затем, между 16-й и 24-й неделей развития, они начинают окостеневать, но выполняют не слуховые, а опорные функции. Более того, обе слуховые косточки поначалу участвуют в кроветворении. Эта функция постепенно снижается с увеличением возраста эмбрионов (Guiller-mo, Licon, 1988). Однако, несмотря на все препятствия, существует опосредованная реакция на звуковые колебания. Эти данные подтверждают: существует передача колебаний тела матери через скелет и околоплодную жидкость к свободным нервным окончаниям и кожным механорецепторам плода.
К концу эмбрионального периода начинается сенсомоторная дифференцировка, формируются аксоглиальные синапсы и появляются признаки нейрогормональной специализации клеток. В важнейшем для выживания новорождённого шейном отделе спинного мозга человека первые моторные синапсы появляются не ранее 6-й, а сенсорные — не ранее 7-й недели развития (Okado, 1981). Образование полноценных слуховых сенсорных Связей требует ещё 10—12 нед интенсивных дифференцировок после окончания эмбрионального периода. Даже в гипофизе аксоглиальные синапсы появляются у человека только после 7 нед развития, хотя гормональная регуляция играет не меньшую роль, чем формирование первичной системы нервных связей. При этом время появления первых синаптических контактов в гипофизе сдвинуто на 2 нед к началу развития, поскольку возраст плода определялся по женским циклам (Okado, Yokota,1982).
Первичная гипофизарная дифференцировка основных нейрогормональных центров плода начинается на 8-й неделе с синтеза адренокортикотропного гормона бэтта-эндорфина и гормона роста (Asa et al., 1986). При этом гипофизы женских плодов с 15-й по 25-ю неделю развития содержат больше гонадотропных гормонов, чем мужские. В дальнейшем онтогенезе эта разница постепенно исчезает.
Не менее занимательно формирование рецепторного аппарата языка человека. Именно вкусовая система языка и обоняние сразу после рождения запускают пищевой комплекс рефлексов. Это позволяет ребёнку ценой нечеловеческих усилий находить и сосать грудь матери, а затем и глотать добытое молоко.
Исследование языка плодов человека показало, что вкусовые примордии появляются у человека в конце 6-й недели эмбрионального периода, ещё до начала его иннервации. Листовидные и желобоватые вкусовые сосочки языка формируются на 9-й неделе развития и обладают вкусовыми луковицами. Пролиферативная активность во вкусовых сосочках и эпителии языка сохраняется с 6-й по 15-ю неделю развития. После 18-й недели размножение сохраняется только в клетках вкусовых луковиц и прилежащем эпителии. Динамика проникновения волокон V, VII, IX и XII нервов начинается на 30—32-й день, а язычный нерв, состоящий из волокон V и VII нервов, формируется на 33—35-й день развития (Куртова, Савельев, 2013а; Куртова и др., 20136). Однако только к 27-й неделе вкусовые сосочки языка достигают размеров, характерных для взрослого человека, и могут обладать рецепторной функцией (Dourov et al., 1981). В эмбриональной истории формирования вкусовой системы языка человека есть и следы давно минувших эволюционных событий. Так, в эпителии ротовой полости эмбрионов и плодов человека были обнаружены реснитчатые клетки, сходные с мерцательными клетками древнейших рыб. Эти клетки возникают на 7-й и исчезают на 21-й неделе развития как напоминание о нашем происхождении из водной среды (Куртова и др., 20136).
В конце эмбрионального периода развития человека начинается формирование гигантского блуждающего нерва, который иннервирует большую часть внутренних органов и систем организма. Поскольку всю человеческую жизнь блуждающий нерв активно регулирует автономные процессы, его роль трудно переоценить. Занимательно, что на протяжении первых двух месяцев он выходит из мозга свободно, а не через ярёмное отверстие. Более того, он иннервирует органы-мишени раньше волокон симпатической нервной системы, но почти не входит в сердце до начала 9-й недели.
Таким образом, конец эмбрионального периода приходится на границу между 8-й и 9-й неделей развития. Однако существуют индивидуальные особенности матери и плода, которые могут замедлять или ускорять онтогенез на 10—15%. В первую очередь имеют значение здоровье материнского организма и его полноценное питание. Затем идут особенности предлежания плаценты и случайности развития зародыша, которые могут быть обусловлены как внешними, так и внутренними причинами.
II. ПЛОДНЫЙ ПЕРИОД
Исследование плодного периода развития человека было начато ещё любознательными Гиппократом и Аристотелем. Первый считал, что двигательная активность Мальчиков начинается в 3 мес., а девочек — только после 4-го месяца развития. Второй тоже был склонен к половой дискриминации и простодушно считал внутриутробную активность мальчиков большей, чем у деочек. Всего пару тысячелетий спустя зловредные выдумки древних натуралистов были с позором опровергнуты. Девочки и мальчики в животе матери начинают бодаться, рукосуйствовать и сучить ножками в одно и то же время.
Случайные, но уже научные наблюдения за плодами возродились в 30-е годы XIX века, но до В. Прейера они особого внимания не привлекали (Ргеуег, 1885). Этот автор, систематически изучая абортированные, но ещё живые плоды, убедился в появлении спонтанных движений до 12-й недели развития. Ценность этих старых работ в том, что В. Прейер исследовал не только случаи нормального развития, но и многочисленные врождённые аномалии, которые в те времена называли уродствами. Анализ живых плодов-уродов показал, что они обладают такой же двигательной активностью, как и в норме. Эти наблюдения пролили свет на природу спонтанной двигательной активности. Многие уродцы не имели коры полушарий переднего мозга, что не мешало им активно двигать конечностями и телом, как и абсолютно нормальные плоды. Так была впервые показана независимость двигательной активности плодов от медленно развивающейся коры мозга.
Ещё больший вклад в понимание развития нервной Системы и двигательной активности плодов внёс М. Минковский, который уже упоминался мною ранее (Minkowski, 1926, 1938). Он первым показал, что в ранний период превалируют рефлекторные реакции, обусловленные созреванием нервно-мышечного аппарата эмбриона. Ответы на раздражение носят местный характер и обычно разобщены. Только с 3-го месяца развития реакции на раздражения приобретают общую генерализованную форму. Раздражение почти любой области конечности зародыша вызывает не только сгибание и разгибание стимулируемой половины тела, но и движения противоположной конечности, рук, головы и туловища. Такая генерализация двигательных ответов нужна для создания системы нервных связей, которая продолжается около 3 мес. плодного периода. После 6 мес. развития генерализация ответов на раздражения постепенно исчезает и формируется тенденция к локализации рефлекторных реакций. Ценность наблюдений М. Минковского состоит в том, что он работал с эмбрионами и плодами, которые извлекались из матерей и продолжали жить в подогретом физрастворе ещё около 30—60 мин. В это время он совершенно негуманными методами проверял их рефлекторные реакции на разные раздражения. Эти опыты остаются источником наиболее детальных и достоверных сведений о развитии нервной чувствительности.
Достаточно упомянуть динамику развития подошвенного рефлекса плодов, который у нас более известен как феномен Бабинского. Суть этих познавательных опытов над плодами довольно проста. Ещё живому плоду щетинкой раздражают подошву стопы и фиксируют реакции пальцев. Они могут быть направлены в сторону подошвы или в тыльном направлении. Оказалось, что у 2-месячных плодов первоначально происходит подошвенное сгибание пальцев, а через несколько минут — медленное тыльное. У 3-4-месячных плодов стимуляция вызывает тыльное сгибание пальцев, которое сочетается с подтягиванием ноги и веерообразным расширением пальцев. В возрасте 4—6 мес. проявляется тыльная реакция, затем веерное движение пальцев, переходящее в подошвенное сгибание. У 7-8-месячных плодов и новорождённых можно вызвать как тыльное, так и подошвенное сгибание пальцев с превалированием последнего. Вполне понятно, что этот рефлекс первоначально отражает сенсомоторную реакцию созревших нейронов одного сегмента спинного мозга. По мере развития плода и дифференцировки нейронов реакция распространяется на несколько сегментов спинного мозга, а к рождению включаются и созревшие центры продолговатого и заднего мозга.
Следует уточнить, что нормальный сгибательный рефлекс, свойственный взрослому человеку, развивается только после того, как ребёнок начинает ходить. Это показывает необходимость включения в развитие подошвенного рефлекса и пирамидных путей управления движением. Под этим названием понимают прямые связи моторных отделов коры с двигательными нейронами спинного мозга. Существует ещё и экстрапирамидный путь, который начинается в подкорковых центрах переднего мозга.
Поделиться книгой: