как эволюционировал мозг человека
Лекции о мозге, часть 1. Эволюция головного мозга человека. Функции мозга на каждом этапе его развития
Приветствие
Приветствую всё сообщество Хабра. Меня зовут Александр Морозов. Я практикующий врач, работал терапевтом, в настоящее время специализируюсь в лучевой диагностике (работая в на КТ и МРТ), подрабатываю в ультразвуковой диагностике.
Я веду блог Коллекционер Будущего, в рамках которого через разные активности рассказываю о различных прогрессивных биоинженерных, медицинских и других прорывных технологиях. Постепенно буду вас знакомить со своими проектами.
В цикле видео лекций я расскажу о головном мозге человека от его эволюционного развития до возможностей, которые нам обещают подарить нейрокомпьютерные интерфейсы в ближайшее десятилетие, от макростроения частей коры, до микростроения нейронов и передающих сигналы нейротрансмиттеров.
Не зная истории эволюционного развития мозга, сложно будет понять замыслы исследователей, которые будут улучшать работу главного органа нашей нервной системы. Потому встречайте первую лекцию: «Эволюция головного мозга»!
Расшифровка
Приветствую всех. Я Александр и я объясняю сложные, но интересные вещи простыми словами.
А сейчас мы как раз-таки будем обсуждать самый необычный и сложный объект, который знает человечество. Поговорим о головном мозге. Что это такое, как оно работает, как его уже удаётся усовершенствовать и «чинить». И, самое интересное, какие методы улучшения нашего мозга предлагают известные компании, исследователи, гении, миллиардеры, плейбои, филантропы.
Чтобы разобраться с тем, как наш мозг работает сейчас, надо немного заглянуть назад. Лет этак на 600 миллионов.
Самое крутое, что тогда можно было увидеть, это губки. Водные многоклеточные животные. Без нервов. Без нервов нельзя двигаться или думать, обрабатывать всевозможную информацию. Они просто существовали и ждали смерти.
Но затем прошло каких-то 20 миллионов лет и появились они… медузы! Появилась первая нервная система – просто сеть нервов. Теперь, когда медуза ударится о камень, об этом будет знать всё тело. Нервная сеть медуз позволила им собирать важную информацию об окружающем мире – где объекты, где хищники, где пища – и словно через большую социальную сеть информация поступала во все части тела. Уже есть качественная жизнь, а не бесцельное бултыхание.
Ещё через 30 миллионов лет появились более крутые существа. Плоские черви. Плоский червь выяснил, что можно было бы сделать намного больше, если бы кто-то в нервной системе отвечал за всё. Появился этакий крестный отец нервной системы. Он расположен в голове плоского червя и заправляет всей нервной системой тела, чтобы она передавала новую информацию напрямую ему. Поэтому вместо того, чтобы организовать себя в форму сети, нервная система плоского червя сгрудилась в виде центрального канала нервов, которые посылали информацию туда и обратно между боссом и всем остальным. Головные нервные узлы плоского червя и заправляют всем остальным.
Идею босса в нервной системе быстро подхватили прочие организмы, и вскоре на Земле появились тысячи видов с мозгами.
Шло время, и животные получали сложные и новые тела, поэтому мозги становились всё более занятными. И 265 миллионов лет назад уже появились существа, на нервной системе которых базируется наш головной мозг. Более того их нервная система нередко управляет нашими действиями (но об этом позже). Лягушки. А точнее земноводные. Их мозг уже был способен к этакому автоматическому анализу действий.
Мозг прекрасно согласовывал импульсы, поступающие с органов чувств с действиями, которые необходимо предпринять. Он полностью отвечал за необходимые живому организму непростые функции – дыхание, сердцебиение, пищеварение, выделение и прочее.
Немногим позже прибыли млекопитающие. Для царства животных жизнь уже была сложной. Да, их сердца должны были биться, а лёгкие дышать, но млекопитающие хотели большего, чем просто выживать – они обзавелись сложными чувствами, такими как любовь, гнев и страх.
Поэтому у млекопитающих появилось второй босс, который начал работать в паре с мозгом рептилий и позаботился обо всех этих новых потребностях. Так 225 миллионов лет назад появилась первая в мире лимбическая система, ответственная за чувства.
На протяжении следующих 100 миллионов лет жизнь млекопитающих становилась всё более сложной и насыщенной, и в один прекрасный день, 80 млн лет назад, появилась ранняя версия неокортекса (нового отдела мозга, который мы знаем, как кора). Вместе с появлением приматов, а затем больших обезьян и первых гоминид начинает появляться стратегическое мышление.
Идеи нового отдела оказались очень полезными, появились орудия труда, стратегии охоты и кооперации с другими гоминидами.
В течение следующих нескольких миллионов лет неокортекс становился старше и мудрее, и его идеи постоянно улучшались. Он понял, как избавиться от наготы. Он понял, как управлять огнём. Он научился делать копья.
Но самым крутым его трюком было мышление. Он превратил голову каждого человека в маленький мир-в-себе, сделав людей первыми животными, которые могут осмысливать сложные мысли, рассуждать и приходить к решениям, строить долгосрочные планы.
И тогда, где-то 100 000 лет назад, случился прорыв. Люди начали говорить. Человеческий мозг развился до точки, когда начал понимать, что набор звуков, например «палка», не был палкой сам по себе, а его можно было использовать как символ палки – под этим звуком стала подразумеваться палка.
Очень скоро появились слова для всевозможных вещей, и к 50 000 году до нашей эры люди уже общались на полноценном, сложном языке.
Неокортекс превратил людей в магов. Мало того, что он сделал человеческую голову чудесным внутренним океаном комплексных мыслей, его последний прорыв нашёл способ воплощать эти мысли в звуки и посылать их вибрировать по воздуху в головы других людей, которые могли расшифровать эти звуки и впитать облечённые в них идеи в собственный океан мыслей. Неокортекс человека размышлял о вещах долгое время – и теперь, наконец, ему было с кем их обсудить.
Можно сказать, что собралась вечеринка неокортексов. Неокортексы начали делиться друг с другом всем, чем только можно: рассказами из прошлого, сформированными мнениями, планами на будущее.
Но самым полезным было делиться с соплеменниками всем, что сам узнал. Если один человек понял методом проб и ошибок, что ягоды определённого вида превращают жизнь на 48 часов в кошмар, он мог уже при помощи языка рассказать о своём трудном уроке жизни остальной части своего племени. Члены племени могут использовать язык, чтобы передать этот урок своим детям, а их дети – своим детям. Вместо того чтобы разные люди повторяли одну и ту же ошибку из раза в раз, один из них может сказать «не ешьте этих ягод», и с тех пор его мудрость будет пронзать пространство и время, защищая всех от неприятных моментов.
Язык позволяет лучшим прозрениям самых умных людей передаваться через поколения, накапливаясь в маленькое собрание знаний племени, состоящее из лучших идей их предков. Теперь каждое новое поколение получит эти знания в качестве отправной точки для жизни, и она приведёт их к ещё более крутым открытиям, основанным на знаниях предков. Мудрость племени будет расти и шириться.
Каждое поколение может узнать гораздо больше нового, когда все говорят друг с другом, сравнивают заметки и комбинируют свои индивидуальные знания. И каждое поколение может успешно передавать высокий процент своих знаний следующему поколению, поэтому знания лучше сохраняются со временем.
Разделённое знание становится похожим на великое, коллективное сотрудничество между поколениями. Благодаря языку инновация с копьём пройдёт через сотни изменений за десятки тысяч лет и станет луком и стрелой.
Язык даёт группе людей коллективный разум, намного превышающий индивидуальный человеческий интеллект и позволяет каждому человеку извлекать выгоду из коллективного разума, как если бы он сам всё это придумал.
Можно подумать, что мы отклонились от темы мозга, но эти аспекты формирования и функций языка нам понадобятся, чтобы понять замыслы исследователей, которые хотят прокачать наш мозг.
5-6 тысяч лет назад произошёл ещё один гигантский прорыв – письмо. И если язык позволяет людям посылать мысли из одного мозга в другой, письменность позволяет им помещать мысли на физические объекты. Далее печатный станок сделал знания более доступными. Не будем уже заострять внимание на том, что Гутенберг не изобретал такой станок, а просто слегка модифицировал изобретение китайцев, сделанное пару столетий до него.
Но всё равно, это был прорыв! Теперь уже не надо вручную переписывать книги! Хотя эта работа по преставлению металлических букв на плитке, намазыванию их чернилами и нажатию этой плиткой на лист бумаги, с выходной способностью 25 страниц в час сейчас кажется кхм… отстоем.
Ну да ладно. В течение следующих столетий технология печати быстро улучшалась, и число страниц, которые машина могла напечатать за час, к началу XIX века – уже 2400. Неплохо.
Впрочем, и это не сравнится с нашим временем. Хотя, по правде, бумага вообще выходит из моды. Дальше больше. Мысли одного человека могли уже достичь миллионов человек. Началась эпоха массовой коммуникации. И в XX-XXI веке научные открытия сыпятся, как из рога изобилия. Так вот. Всё это позволило появиться всем чудесам техники, которые мы знаем. В наше время люди изобретают вещи, которые показались бы абсурдной научной фантастикой людям позапрошлого поколения. Но хватит истории, пора перейти к чему-то по-настоящему интересному!
Далее нас ждут знания о строении и функционировании головного мозга, о методах его изучения, о существующих нейрокомпьютерных интерфейсах, и о будущих возможностях технического развития нашего мозга.
За помощь в оформлении статьи отдельная благодарность arielf
Эволюция мозга человека
Эволюция мозга человека
Человеку со средним интеллектом непросто усваивать огромные объёмы информации, ежедневно обрушивающиеся на него. А ведь одно из важных условий выживания в наши дни — уметь отфильтровывать нужные сведения, которые помогут нам решить насущные проблемы и занять подобающее место под солнцем. Чтобы делать это успешно, нужны мозги. А если мозгов, грубо говоря, не хватает? Тогда остаётся одно — стимулировать интеллектуальные способности!
Мутации неизбежны!
Не так давно учёные совершили сенсационное открытие — наш мозг продолжает эволюционировать!
У наших отдалённых предков — австралопитеков — головной мозг весил всего полкило. А вот у питекантропов размеры мозга увеличились в два, а потом и в три раза, хотя к тому времени условия жизни на планете Земля не слишком изменились. Почему же мозг вырос?
В сентябре 2005 года группа американских генетиков из Чикагского университета во главе с доктором биологии Брюсом Ланом опубликовала результаты своей научно-исследовательской работы. Согласно им, за размеры мозга «ответственны» 20 различных генов. Пока исследованы всего два из них — микроцефалин и ASPM. Учёные обнаружили, что эти гены подвержены мутациям. Но это не случайные изменения, а последствие естественного отбора!
Ген под названием микроцефалин начал активно менять свою структуру около 37 тысяч лет назад. Именно в это время на Земле появились кроманьонцы — вид, наиболее близкий к современному человеку. Археологи утверждают, что представители этого вида уже обладали развитой речью, а также первыми начали делать наскальные рисунки и «производить орудия труда из камня и кости.
Ген ASPM мутирует примерно пять с половиной тысяч лет, с момента появления на нашей планете первых символов развитой цивилизации — городов и письменности.
В ходе опытов команда Лана обследовала 90 человек, принадлежащих к разным этническим группам. Оказалось, что один вариант каждого из упомянутых генов встречается гораздо чаще, чем сулит фактор случайности. Но ведь существуют другие гены, ещё не идентифицированные, которые могут влиять на эволюцию мозга!
«Человек-конструктор»
Выходит, все достижения человечества — результат мозговых мутаций? А если наоборот? Вот, например, британский археолог Ричард Клейн полагает, что наш мозг мутирует благодаря любознательности: именно интерес к окружающему миру превратил обезьяну в человека!
Не исключено, что Клейн абсолютно прав. Стремясь облегчить свою жизнь, человечество активно шевелило мозгами. Так были совершены все фундаментальные открытия — люди научились высекать огонь, изобрели колесо, занялись земледелием, придумали письменность… И активная работа мозга стимулировала изменения в его генетическом строении.
Ну а что может «спровоцировать» их сейчас? Сотрудник Института экологии РАН доктор биологии Александр Мерковский считает, что таким «катализатором» могло стать… изобретение атомной бомбы! Правда, за полвека, прошедшие с момента её создания, изменения ещё трудно заметить — срок слишком мал… Второй фактор, способный привести к мутациям, — развитие компьютерных баз данных и сетей. Значительное увеличение скорости получения информации и обмена ею не могло не отразиться на нашем мыслительном органе… И, наконец, наш мозг может измениться под напором биотехнологий. Пожалуй, открытия в этой области приведут к самым масштабным последствиям — создание различных форм живых организмов на основе модифицированных ДНК станет реальностью. С одной стороны, мы сможем конструировать сами себя, а соответственно, и свою мозговую структуру. С другой, подобного рода деятельность изменит процессы мышления и заставит мутировать клетки серого вещества естественным образом. Это неизбежно приведёт к появлению новой биологической расы, которую Мерковский условно называет Homo Cyberus — «человек организованный», «человек-конструктор». Однако новая раса не имеет ничего общего с ‘киборгами», сотворёнными благодаря вживлению в организм компьютерных микрочипов. Homo Cyberus — это продукт биологических, и только биологических изменений.
Изменённые состояния
Но не исключено, что человечество всё же захочет ускорить процесс совершенствования интеллекта, стимулируя его различными искусственными способами.
Один из них, относительно безобидный, — медитация. Почему людей, занимающихся духовными практиками, часто называют «просветлёнными»? Считается, что они нередко творят чудеса, вступают в контакт с Высшими силами, обретают способность к ясновидению… Нейрофизиолог из университета Висконсина (США) Ричард Дэвидсон и его коллеги провели сканирование мозга буддийских монахов из Индии, имевших большой опыт занятий медитацией, и одновременно добровольцев, прежде медитацией не занимавшихся. Оказалось, что у монахов во время медитации резко возрастает деятельность мозговых волн (так называемых гамма-волн). У тех, кто никогда не медитировал, этого не наблюдалось.
Таким образом, заявил Дэвидсон, под воздействием медитаций мозг способен менять свою структуру и функции!
А группе учёных из медицинского колледжа Вейла университета Корнел-ла удалось доказать, что гипнотическое внушение способно регулировать деятельность участков мозга, ответственных за разрешение так называемых когнитивных конфликтов, связанных с недостатком внимания. Так, если человеку показывают листок, на котором красными чернилами написано слово «синий», а потом просят назвать цвет чернил, то в большинстве случаев испытуемый колеблется, прежде чем дать верный ответ. Но после сеанса гипноза люди, как правило, сразу, без колебаний отвечали правильно. Сканирование мозга показало, что у загипнотизированных подавлялась деятельность в области мозговой коры, связанная с визуальным восприятием. Таким образом, гипноз помогает корректировать процессы мышления.
«Допинг» для интеллекта
Ещё один способ резко поумнеть — принять «лекарство от глупости». Согласно прогнозам экспертов британского национального центра «Предвидение», в ближайшие 20 лет будут разработаны биохимические препараты, стимулирующие интеллектуальную деятельность человека. Проблема в том, что они могут попасть в разряд допингов, и тогда их применение, например, студентами и школьниками на экзаменах будет запрещено. Либо — интеллектуальные витамины — в обязательном порядке заставят принимать всех сдающих экзамены и зачёты, чтобы поставить их в равное положение. Но как бы то ни было, не стоит забывать, что речь идёт о лекарствах! Наверняка у них имеются и побочные эффекты…
И, наконец, самый «крутой» метод — стимуляция мозга различными импульсами. Наш соотечественник профессор Иркутского института травматологии и ортопедии Владимир Бутуханов считает, что нейроны, которые помогают нам мыслить, могут находиться в спящем состоянии, и «разбудить» их способны… музыка и цвет!
С помощью специальной компьютерной программы профессор перевёл записи мозговых волн в ноты и цвета. Оказалось, чем выше интеллект человека, тем шире и разнообразнее звуковой и цветовой диапазон его энцефалограммы! У умственно отсталых пациентов «мелодия» мозга звучит монотонно, а в «радуге» преобладают красно-оранжевые тона. Однако если воздействовать на определённые участки мозга комбинированным лазерным излучением (оно состоит из магнитных, инфракрасных и электрических волн, микроволновых излучений), то вид энцефалограммы меняется. У детей с различными психическими отклонениями, к которым применяли данную методику, повышался уровень IQ, снижались перепады настроения, школьники лучше усваивали учебные предметы…
Насколько безопасны такие методики? Вспомним, что в психиатрических лечебницах до недавнего времени было принято «исцелять» пациентов электрошоком. После нескольких сеансов подобной терапии у больного отшибает память, а в особо тяжёлых случаях он и вовсе превращается в «овощ»… Представьте, что ваш мозг всё время дёргают и теребят, причём весьма грубыми способами. Конечно, стимуляция по методу Бутуханова — не электрошок, но все же… Разве можно тут предугадать все последствия? Впрочем, поживём — увидим…Источник: «Тайны ХХ века» №35, 2010 г.
Опубликовано 26 августа 2019 | Комментариев 0 | Прочтений 184
Ученые выяснили, как человек приобрел столь большой мозг
МОСКВА, 24 мая – РИА Новости. Человеческий мозг увеличился в размерах примерно в три раза за последние два миллиона лет по двум причинам – из-за необходимости более эффективно добывать пищу и активнее сотрудничать с соплеменниками, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Nature.
Нужен ли мозг эволюции?
Одной из главных загадок в истории эволюции человека считается вопрос о том, как наши предки смогли обзавестись столь большим и «прожорливым» мозгом, потребляющим примерно четверть энергии, вырабатываемой нашим организмом.
Большинство ученых считает, что в этом были «виноваты» орудия труда, позволившие нашим предкам перейти на мясную диету, и переход к прямохождению, а другие считают, что это случилось благодаря тому, что они жили рядом с вулканами и гейзерами, позволявшими им «варить» пищу и извлекать из нее максимум энергии.
Проблема заключается в том, что наши ближайшие родичи, в том числе шимпанзе и гориллы, проводят по 8-10 часов в поисках пищи и ее поедании для того, чтобы прокормить свой мозг, чей объем в разы уступает человеческому. Так как ни один из этих видов приматов так и не изобрел орудий труда, возникает вопрос – как это удалось сделать человеку, и были ли орудия труда и умение варить пищу главными факторами в нашей эволюции.
Как отмечает Гарднер, существует три возможных объяснения этого парадокса, которые затрагивают экологию, социальные и культурные факторы. Сторонники первой идеи считают, что наш мозг «вырос» благодаря тому, что нашим предкам становилось все сложнее добывать еду, а апологеты второй теории полагают, что в этом были виноваты различные социальные факторы, в том числе конкуренция за внимание самок и необходимость совместно добывать пищу.
Война с природой
Третья идея предполагает комбинацию первых двух – ее авторы считают, что коллективный характер жизни человека не позволяет отделить экологические факторы от социальных. Авторы статьи проверили, так ли это на самом деле, создав компьютерную модель «колыбели человечества», в которой эволюционировали первые люди.
Эту «колыбель» населяло большое число виртуальных обезьяно-людей, каждый из которых обладал большим набором характеристик, в том числе массой тела и мозга, определенными способностями и энергетическими потребностями, которые вытекали из всех остальных параметров.
Каждая такая группа виртуальных предков человека жила по тем законам, которые были предложены авторами всех трех теорий, и развивалась, оставляя потомство с наиболее удачной комбинацией индивидуальных признаков. Ученые следили за этой «эволюцией», сравнивая ее с тем, как менялся облик реальных предков людей.
Как показали эти расчеты, рост мозга человека нельзя объяснить только одной из этих теорий. Необходимо сочетание как минимум двух из них, экологической и кооперативной. На долю первой приходится примерно 60% роста мозга, второй – около 30%, и еще 10% — на конкуренцию между племенами древних людей.
Все это, как отмечают исследователи, говорит в пользу третьей теории, культурной эволюции человечества, и хорошо объясняет то, почему другие виды приматов так и не приобрели разум, так как в их эволюции социальные связи и жизнь в обществе себе подобных играла гораздо большее значение.
Эволюция мозга от обезьяны к человеку – интереснейшая и сложнейшая часть антропогенеза. Обычно нам говорят: «У предков человека произошли мутации, из-за которых мозг увеличился, и это дало селективное преимущество нашему виду». Въедливый читатель сразу спросит: «А какие именно мутации произошли? А как мутация в ДНК отразилась на конкретной структуре и размерах мозга? А почему эта мутация сделала нас умнее?»
Долгое время на эти вопросы ответа не было. К сожалению, полной картины мы не знаем и сейчас. Однако исследования последних лет уже позволяют приблизительно понять молекулярный и клеточный механизмы увеличения мозга приматов после их отделения от общего с грызунами предка. Кроме того, учёные примерно представляют, как рос мозг человека по сравнению с мозгом шимпанзе после того, как наши эволюционные линии разошлись.
Что находится на ресничках
Чем грызуны отличаются от людей
Значит, чтобы сделать из «мышиного» мозга «человеческий», нужно, прежде всего, переключить апикальные клетки на производство базальных и «научить» базальные жить независимо от факторов роста спинномозговой жидкости, к которой они больше не имеют прямого доступа.
И тут наступает самый тяжёлый момент. У нас есть мозг общего предка приматов и грызунов, и мы хотим получить большой, сложный, умный мозг человека. При этом всё, что дозволяется менять – последовательность нуклеотидов в ДНК, причём мутировать мы можем исключительно случайно. В нашем распоряжении несколько десятков миллионов лет на эволюцию. Наш геном состоит примерно из 25 тыс. генов. Эти гены путём альтернативного сплайсинга (процесса, который позволяет одному гену производить несколько мРНК и, соответственно, белков) дают около 100 тыс. транскриптов, то есть, вариантов мРНК. Белковые продукты этих транскриптов по-всякому модифицируются и синтезируют небелковые молекулы, повышая разнообразие «деталей» до миллионов. Как разобраться в этом чудовищно сложном механизме?
Какие гены за что отвечают
На помощь приходят методы молекулярной генетики, в том числе анализа целых геномов, ставшие возможными после полного секвенирования ДНК человека, мыши, шимпанзе и других животных. Полной картины мы пока не знаем, но некоторые важные этапы развития мозга удалось ассоциировать с функциями конкретных генов.
Какими генами регулируется ориентация плоскости деления апикального нейроэпителия? Иными словами, как переключить апикальные стволовые клетки на производство базальных предшественников, наращивая тем самым толщину коры? Подсказка пришла из изучения генетики микроцефалии – заболевания нервной системы, при котором ребёнок рождается с сильно уменьшенным мозгом.
К микроцефалии приводят мутации в нескольких генах, например, в микроцефалине и ASPM. Продукты этих генов так или иначе связаны с регуляцией клеточного цикла и центросомами – внутриклеточными органеллами, откуда растут микротрубочки, по которым, как по рельсам, расходятся хромосомы при делении клетки (1,2). Детальный механизм того, как продукты генов микроцефалии меняют ориентацию микротрубочек при делении апикальных клеток, точно неизвестен, но интенсивно изучается (3).
Итак, базальная клетка отделилась от материнской апикальной. Для того чтобы в человеческом мозге их было много, им нужно продолжать делиться большее число раз, чем в мышином. Но они находятся далеко от желудочка и не могут макать в него свою цилию, ловя факторы роста, необходимые для деления. Как базальные клетки-предшественники приобретают независимость от факторов роста спинномозговой жидкости? Исследования, проведенные группами учёных под руководством Кригстайна и Олдхэма (4,5), показывают, что в базальных клетках человека экспрессируется набор генов, отличный от того, что есть в мышиных. Человеческие базальные клетки сами продуцируют тромбоцитарный фактор роста и рецепторы к нему. Авторы полагают, что это должно приводить к экспансии базальных клеток у человека и росту коры в целом.
Попытки «приматизации» мышиного мозга
Более интересная история, чем с Pax6, получилась с геном ARHGAP11B (8). Основные исследования снова проводились группой Хуттнера в институте Макса Планка, однако на сей раз к работе подключился известный шведский биолог Сванте Паабо.
В мозгу появляются извилины
Что это за новая функция – не очень понятно, но из структуры видно, что она не такая, как у предкового белка ARHGAP11. Видимо, ARHGAP11В делает что-то другое. Его экспрессировали в нейроэпителии эмбриона мыши и получили неожиданный результат: базальный слой не только стал гораздо более развитым, но в коре мыши появились складки, иначе говоря, кора головного мозга стала извилистой (Figure 2). По мнению авторов работы, это свидетельствует о том, что приобретение предками людей гена ARHGAP11В послужило причиной взрывного роста коры головного мозга.
После внимательного изучения статьи Хуттнера и Паабо возникают вопросы методологического характера. Авторы внедрили гены ARHGAP11В и GFP (зеленый флюоресцентный белок) эмбриону мыши прямо в матке с помощью электропорации, то есть пропустив через мозг эмбриона разряд электрического тока, что позволило ДНК войти в «продырявленные» таким образом клетки. К сожалению, они не сравнили складчатость коры при электропорации смеси ARHGAP11В + GFP и просто одного GFP. Поэтому пока авторы не проведут такой контрольный эксперимент, получившиеся складки в коре можно воспринимать как артефакт электропорации – просто шрамы.
Лучшим экспериментом с ARHGAP11В, на мой взгляд, было бы создание трансгенной мыши, экспрессирующей копию этого гена в нейроэпителии. Трансгенную мышь можно подвергнуть тестам на когнитивные способности. И если у неё появятся складки в мозгу, это будет явно не артефакт метода. Но по какой-то причине авторы такой опыт не провели.
O важности ARHGAP11B для работы человеческого мозга свидетельствуют результаты недавнего исследования группы Лю из Альбукерке (9). Авторы обнаружили аномальное количество копий этого нового гена у некоторых больных шизофренией. Как ARHGAP11B может вызывать психическое расстройство – ещё одна загадка.
После шимпанзе, но до денисовцев
Судя по тому, что неандертальцы и денисовцы тоже имеют две копии ARHGAP11, удвоение произошло после разделения нашей линии и шимпанзе, но до отделения нашей ветви от неандертальско-денисовской.
Кроме истории с ARHGAP11В, в статье Хуттена и Паабо есть ещё один интересный момент. Пожалуй, даже более важный, чем влияние ARHGAP11В на складчатость коры. Сравнив геномы мыши и человека, авторы нашли у последних 56 генов, аналогов которых нет у мыши, и которые экспрессируются в апикальных и базальных предшественниках. ARHGAP11В был один из них. Осталось изучить 55 остальных.
Что же делают все эти новые копии SRGAP2 у человека, с чем не справлялась одна у нашего общего предка с шимпанзе? Обе копии экспрессируются в нейронах и обозначаются буквами. Судя по работам последних трёх лет, функциональное значение имеют родительский «древний» вариант SRGAP2A и новая копия SRGAP2С, появившаяся 2,4 млн лет назад (11–13). Функция SRGAP2А оказалась сходна с ARHGAP11А. А вот продукт SRGAP2С – неполная копия родительского гена, так же как и ARHGAP11B. Предполагается, что SRGAP2С подавляет работу SRGAP2A путём прямого связывания с ним. Вместе они как-то регулируют образование и созревание синапсов, миграцию нейронов и, возможно, появление извилин в головном мозге. Учёные высказали это предположение, обнаружив хромосомные перестройки SRGAP2 у пациента с синдромом Ван дер Вуда, характеризующимся, кроме всего прочего, слабоумием, неразвитостью основной части коры головного мозга и слабой выраженностью извилин.
Подведём итоги. Как мы видим, с одной стороны, понятно, с чего и как начать изучение механизмов гипертрофированности коры головного мозга у человека. С другой стороны, сделано ещё крайне мало. А из того, что сделано, часть может оказаться артефактом. Гены и их продукты – шестерёнки этого чудовищно сложного механизма – в принципе, известны хотя бы по именам. Однако понять, как это всё друг с другом взаимодействует – задача не из лёгких.
Константин Лесков, Ph. D., Case Western Reserve University, Cleveland, OH
1. Matsuzaki F, Shitamukai A. Cell Division Modes and Cleavage Planes of Neural Progenitors during Mammalian Cortical Development. Cold Spring Harb Perspect Biol [Internet]. 2015 Sep [cited 2016 Nov 12];7(9):a015719. Available from: cshperspectives.cshlp.org/lookup/doi/10.1101/cshperspect.a015719
2. Lancaster MA, Knoblich JA. Spindle orientation in mammalian cerebral cortical development. Curr Opin Neurobiol. 2012;22(5):737–46.