Поиск - новости науки и техники

Шансы для двоечников

Нейрофизиологи знают, как поправить память

Изучать мозг член-корреспондент РАН Павел БАЛАБАН, научный руководитель Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Академии наук, начал на втором курсе биофака МГУ.
– Я попал в лабораторию Евгения Николаевича Соколова – светила, первооткрывателя психофизиологии, и на его вопрос, чем хотел бы заниматься, ответил, не задумываясь: «Хочу понять, как самая разная информация хранится в нервной системе», вспоминает Павел Милославович. – Прошло 50 лет, а я так и не представляю, почему с ходу запомнил имя и отчество своего профессора. И все же теперь мы приближаемся к пониманию устройства нервной системы, появилась возможность на молекулярном уровне воздействовать на память. Остановка – за деталями: как, скажем, мозг определяет запахи, как кодирует информацию? Понятно, что для этого он задействует гигантские ансамбли нейронов, но как ему это удается?..
За последние годы наша лаборатория продвинулась довольно далеко. Мы, например, научились стирать память. Причем, избирательно (совсем уничтожить ее просто – достаточно, скажем, нарушить метаболизм). Второй важнейший момент – перспектива регуляции работы генов с использованием не только химии, но и природных регуляторов.
– Простите, но зачем мозгу «головная боль» – решать, что нам нужно помнить, а без чего можем обойтись?
– Ответ простой. Память – свидетельство пластичности мозга, его способности адаптировать организм к условиям существования, иначе он нежизнеспособен. Нельзя же каждый день учить все заново! Жаль людей, страдающих жестоким недугом отсутствия памяти. Она помогает нам накапливать знания, опыт. Мозг, работая на нас, заботится о наших интересах.

– Есть короткая память, есть долгосрочная, как вы их определяете?
– Поведение человека и животного постоянно меняется, адаптируясь к изменениям окружающей среды. Или не адаптируясь. А зависит это от синтеза новых белков: если он не происходит, то знания не удерживаются – такова краткосрочная память. Если же синтез включается, то формируется долговременная память. Однако непонятно, как белки, а срок их жизни в среднем – всего 3-5 дней, сохраняют информацию на годы и десятилетия. В последнее время произошел скачок в изучении памяти: были открыты необычные ферментные системы – они и не дают пропасть всему благоприобретенному.
– Выходит, умирая, белки оставляют «наследников»?
– Верно. Перед смертью такой белок, используя принцип обратной связи, запускает синтез самого себя. И возрождается, как птица Феникс. Каждый такой белок воспроизводит «наследников», надолго сохраняющих в себе изменения. Мы научились, как уже говорилось, стирать память, просто заблокировав несколько ее молекул в нужном месте нервной системы.
– А вставлять такие молекулы можно, чтобы больше и лучше запоминать?
– Теоретически это осуществимо. Но есть определенные пределы. У нас более 80 миллиардов нейронов, они совершают сотни триллионов контактов, а вставить молекулу памяти нужно, скажем, всего в тысячу нервных клеток. Сегодня это сделать практически невозможно – нет точного адреса. Ведь нервная система сама его не знает: память мобильна и свободно перетекает из одних нейронных сетей в другие. Так, благодаря пластичности мозга и сложнейшим молекулярным процессам происходит пусть и небольшая, но перезапись.
– И все же вы научились управлять процессами, связанными с памятью?
– Потому что знаем, как регулируются контакты в нейронных сетях. Оказалось, это очень просто. Все равно как в жизни общества. Скажем, Министерство финансов само ничего не производит, зато распределяет и перенаправляет средства. И если деньги не поступят в какое-либо ведомство, то работа в нем замрет. То же самое происходит и в нервных клетках. Их центр (ядро) может перекрыть производство белков – все контакты тогда нарушатся, и человек потеряет память. Известно, что в генетическом аппарате клетки только часть генов очень чувствительна к изменениям внешней среды. Благодаря, повторю, необыкновенной пластичности нейронов можно изменять свойства их адаптации. И для увеличения памяти тоже. И хотя контактов гигантское количество, регулировать не поддаются только тысячи нейронов одновременно.
– Это как же?
– Сама природа использует этот механизм, называемый эпигенетической регуляцией. Он включается в работу еще при запрограммированном развитии эмбриона человека: у плода растут руки и ноги, развивается нервная система. И останавливается, когда организм сформирован. Но ученые, в том числе и мы, пришли к выводу, что эффективность работы части генов можно регулировать с помощью известных молекул. Правда, не всех генов, а менее 2% от их общего количества.
– И как это выглядит на практике?
– Выяснилось, что натриевая соль масляной кислоты, которую вырабатывают микроорганизмы в кишечнике человека, проникая в мозг, способна улучшить экспрессию генов. Эксперименты проводили на животных. Известно, что из сотни особей 10-15 учиться не могут, – они не в состоянии что-либо запомнить (хотя бы по причине нарушения метаболизма). Но им можно помочь, если добавить в организм бутират натрия (не путать с наркотиком). И оказалось, что «двоечников» не надо дополнительно ничему учить: будто получив мощную подсказку, они тут же догоняют отличников. Эффект был настолько явный, что мы решили запатентовать метод. Но не тут-то было. Патент уже существует, и хотя памяти он не касается, но тема схожая. Так что наша лаборатория была одной из первых, кто обнаружил этот потрясающий механизм.
– Речь, значит, не о том, чтобы сделать всех нас отличниками и умниками?
– Вопрос правильный. Мы ввели бутират и тем, кто «хорошо учится». Но их память не только не улучшилась, а даже слегка ухудшилась (по принципу «лучшее – враг хорошего»). У организма, как показал эксперимент, есть пределы, и экстрапамять ему не нужна. С плохими учениками все ясно: им не хватало активности генов, и когда мы этому поспособствовали, мозг принял подпитку как должное, а вот «отличников» решил не трогать и дал нам это понять. Теперь физиологи знают, по какому пути идти, чтобы помочь медицине, в частности, корректировать патологии.

Epigenetic regulation of effectivity of learning

– Имеются в виду нейродегенеративные заболевания?
– Пока речь идет о старческой деменции: когда память ослаблена, наш метод будет очень эффективен. (Патенты США на это и направлены.) Даже необязательно создавать новое лекарство – достаточно пищевых добавок.
– Из чего они будут состоять?
– Из обычных и доступных продуктов, например, сливочного масла. Обязательно нужны клетчатка и грубые волокна, содержащиеся в различных кашах. Все они перерабатываются микроорганизмами, вырабатывающими вещества, необходимые для полноценной работы мозга. Если их не хватает, то память становится хуже, снижается возможность человека к обучению. Поэтому вегетарианство иногда даже вредит мозгу.
– К системе редактирования генов ученые относятся настороженно. Ваш метод может ее в чем-то заменить?
– Редактирование генома – это изменение последовательности генов: один убираем, другой вставляем. Но гены часто сцеплены друг с другом, и неизвестно, как нарушение этого единства отразится на всей цепочке. Эпигенетика, так называется наш подход, не меняет последовательность генома, ее цель – регуляция эффективности работы генов. И если нам удастся понять ее механизмы и отработать эту прорывную технологию, то она поможет больным, страдающим тяжкими недугами
– Как к вашим исследованиям относятся коллеги за рубежом?
– Сужу об этом по нашей первой статье по эпигенетике в журнале Scientific Reports издательства Nature. Она была принята почти сразу (март 2019 года) и опубликована. Это отчет о наших исследованиях, которые мы провели на культуре клеток, и заявка на будущее. Теперь от нас ждут продолжения – экспериментов на животных. Но это совсем другой уровень работ и, естественно, финансирования. Средства нужны на приобретение животных и оборудования. За границей чуть ли не в каждой лаборатории стоят двухфотонные микроскопы, а у нас их несколько штук на всю страну. Да, сегодня мы в числе лидеров, а завтра? Российский научный фонд помог разработать метод эпигенетической регуляции, однако сегодня РНФ, как и другие фонды, гранты нам почти не представляет. В этом году наш институт подал 27 заявок – безрезультатно. И это касается не только нас, но и множества организаций Питера, Казани, Нижнего Новгорода. Возможно, мы «вырвались вперед»: всего несколько лет как развивается это перспективное направление в области нейрофизиологии, и эксперты фондов просто не «въехали» в тему.
– И все же если через какое-то время, вряд ли короткое, на медицинском рынке появятся препараты и пищевые добавки, какого эффекта вы ждете?
– Рассчитываем на кардинальные изменения в лечении больных, перенесших инсульт, страдающих от старческой деменции и черепно-мозговых травм. Их реабилитация ускорится, поскольку здоровые участки мозга можно эпигенетически «включить», и они придут на помощь поврежденным.
– А познанию мозга это поможет?
– По моему мнению, в его изучении происходят мощные подвижки. И не в последнюю очередь благодаря эпигенетике. Она помогает понять, как память образуется, как сохраняет работоспособность десятки лет. Всегда считалось, что нейроны сильны своей массой, но оказалось, что и один нейрон «в поле воин» и важен сам по себе. Десяток нейронов способен переиначить работу всей нейронной сети и вызвать адаптационные изменения. А закрепит произошедшие перемены всесильный эпигенетический регулятор, редактирующий эффективность и баланс работающих генов.

Юрий Дризе

 

Нет комментариев