как заставить клетки мозга делиться

Как восстановить связи между структурами мозга при психических расстройствах?

Наши исследования в области структурной и функциональной нейровизуализации показывают, что при разных психических расстройствах поражаются разные пучки волокон (белое вещество), например, при слуховых галлюцинациях аркуатные (дугообразные) связи между центрами Брока и Вернике, а в тяжелых случаях и крючковидная или унциатная связка волокон. Довольно часто при психических расстройствах мы фиксировали изменения со стороны цингулярной связки, проходящей по внутренней части височной доли. Возникает вопрос: как нам восстановить разрушенные связи мозга?

Серое и белое

«Серое вещество» — только один из двух типов мозговой ткани; другое «белое вещество» упоминается в литературе гораздо реже. Несмотря на то, что белое вещество составляет половину человеческого мозга, многими авторами оно не считается важным для познания или обучения вне контекста патологии. Однако, эта точка зрения постепенно меняется. Визуализация, клеточные и молекулярные исследования выявляют пластичность белого вещества с возможными последствиями для нормальной когнитивной функции и психических расстройств.

Из чего состоит белое вещество мозга?

Белое вещество, которое находится под корой серого вещества, состоит из миллионов пучков аксонов (нервных волокон), которые соединяют нейроны в различных областях мозга в функциональные цепи. Белый цвет обусловлен своего рода «электрической изоляцией» (миелин), покрывающей аксоны. Он образован не нейрональными клетками — олигодендроцитами, которые как бы обертываются до 150 слоев плотно сжатой клеточной мембраной вокруг аксонов, как «изолентой провод». Миелин необходим для высокоскоростной передачи электрических импульсов, и его повреждение может ухудшить проводимость и, как следствие, сенсорные, моторные и когнитивные функции.

Процесс миелинизации

Мозг человека продолжает подвергаться миелинизации, по крайней мере, до возраста третьего десятилетия, а лобные области коры головного мозга, которые реализуют исполнительные функции (планирование, прогнозирование, решение проблемных ситуаций) более высокого уровня миелинизируются последними.

Как восстановить волокна?

Процесс обучения включает изменения силы синапсов, связей между нейронами серого вещества. Но визуализация мозга человека с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) выявила структурные изменения в белом веществе после решения сложных задач. Замечено, что у взрослых испытуемых через 6 недель после обучения жонглированию наблюдалась повышенная структурная организация белого вещества в области мозга, важной для зрительно-моторного контроля. А в исследовании взрослых, обучающихся чтению, были увеличены объем, анатомическая организация и функциональная связь трактов белого вещества, соединяющих корковые области, важные для чтения. Неясно, влияют ли эти изменения в структуре белого вещества напрямую на функцию нейрона, изменяя передачу информации, необходимой для приобретения навыка. Однако наблюдения показывают, что освоение нового навыка связано с измененной структурой белого вещества в зрелом мозге. Таким образом разработка специальных когнитивных тренингов, направленных на восстановление тех или иных навыков по сути способных восстановить поврежденные связи (пучки волокон) белого вещества мозга при многих психических расстройствах.

Источник

Как заставить клетки мозга делиться

Н а протяжении всей своей 100-летней истории нейрон аука придерживалась догмы: мозг взрослого человека не подвержен изменениям. Считалось, что человек может терять нервные клетки, но не обретать новые. Действительно, если бы мозг был способен к структурным изменениям, как бы сохранялась память?

Кожа, печень, сердце, почки, легкие и кровь могут образовывать новые клетки для замены поврежденных. Вплоть до недавнего времени специалисты считали, что такая способность к регенерации не распространяется на центральную нервную систему, состоящую из головного и спинного мозга.

Однако за последние пять лет нейробиологи открыли, что мозг все же меняется в течение жизни: происходит образование новых клеток, позволяющих справиться с возникающими трудностями. Такая пластичность помогает мозгу восстанавливаться после травмы или заболевания, увеличивая свои потенциал ьные возможности.

Нейробиологи на протяжении десятков лет ищут способы улучшить состояние мозга. Стратегия лечения основывалась на восполнении недостатка нейромедиаторов — химических веществ, передающих сообщения нервным клеткам ( нейрон ам). При болезни Паркинсона, например, мозг больного теряет способность вырабатывать нейромедиатор дофамин, поскольку производящие его клетки гибнут. Химический «родственник» дофамина, L-Допа, может временно облегчить состояние больного, но не излечить его. Для замены нейрон ов, погибающих при таких неврологических заболеваниях, как болезни Гентингтона и Паркинсона, и при травмах спинного мозга, нейробиологи пытаются имплантировать стволовые клетки, полученные из эмбрионов. В последнее время исследователи заинтересовались нейрон ами, полученными из эмбриональных стволовых клеток человека, которые при определенных условиях можно заставить образовывать в чашках Петри любые типы клеток человеческого организма.

Несмотря на то что у стволовых клеток много преимуществ, очевидно, следует развивать способности взрослой нервной системы к самовосстановлению. Для этого необходимо ввести вещества, стимулирующие мозг к образованию собственных клеток и восстановлению поврежденных нервных цепей.

Новорожденные нервные клетки

В 1960 — 70-х гг. исследователи пришли к выводу, что центральная нервная система млекопитающих способна к регенерации. Первые эксперименты показали, что основные ветви нейрон ов взрослого головного и спинного мозга — аксон ы могут восстанавливаться после повреждения. Вскоре было обнаружено рождение новых нейрон ов в мозге взрослых птиц, обезьян и людей, т.е. нейрогенез.

Возникает вопрос: если центральная нервная система может образовывать новые нейрон ы, способна ли она восстанавливаться в случае болезни или травмы? Для того чтобы ответить на него, необходимо понять, как происходит нейрогенез во взрослом мозге и каким образом можно его стимулировать.

Рождение новых клеток происходит постепенно. Так называемые мультипотентные стволовые клетки в мозге периодически начинают делиться, давая начало другим стволовым клеткам, которые могут вырасти в нейрон ы или опорные клетки, называемые глией. Но для созревания новорожденные клетки должны избегать влияния мультипотентных стволовых клеток, что удается лишь половине из них — остальные гибнут. Такое расточительство напоминает процесс, происходящий в организме до рождения и в раннем детстве, когда возникает больше нервных клеток, чем необходимо для образования мозга. Выживают только те из них, которые формируют действующие связи с другими.

Станет ли уцелевшая молодая клетка нейрон ом или глиальной клеткой, зависит от того, в каком участке мозга она окажется и какие процессы будут происходить в этот период. Новому нейрон у требуется более месяца, чтобы начать полноценно функционировать. посылать и принимать информацию. Таким образом. нейрогенез представляет собой не одномоментное событие. а процесс. который регулируется веществами. называемыми факторами роста. Например, фактор, названный «звуковой еж» (sonic hedgehog), обнаруженный впервые у насекомых, регулирует способность незрелых нейрон ов к пролиферации. Фактор notch и класс молекул. названных морфогенетическими протеинами кости, видимо, определяют, станет ли новая клетка глиальной или нервной. Как только это произойдет. другие факторы роста. такие как мозговой нейротрофический фактор (BDNF). нейротрофины и инсулинподобный фактор роста (IGF), начинают поддерживать жизнедеятельность клетки, стимулируя ее созревание.

Место действия

Новые нейрон ы возникают во взрослом мозге млекопитающих не случайно и. по всей видимости. образуются только в заполненных жидкостью пустотах в переднем мозге — в желудочках, а также в гиппокампе — структуре, спрятанной глубоко в мозге. имеющей форму морского конька. Нейробиологи доказали, что клетки, которым суждено стать нейрон ами. перемещаются из желудочков в обонятельные луковицы. которые получают информацию от клеток, расположенных в слизистой носа и чувствительных к запаху. Никто точно не знает, почему обонятельной луковице требуется столько новых нейрон ов. Легче предположить, зачем они нужны гиппокампу: поскольку эта структура важна для запоминания новой информации, дополнительные нейрон ы, вероятно. способствуют упрочению связей между нервными клетками, повышая способность мозга обрабатывать и хранить сведения.

Процессы нейрогенеза также обнаружены за пределами гиппокампа и обонятельной луковицы, например, в префронтальной коре — обители интеллекта и логики. а также в других областях взрослого головного и спинного мозга. Последнее время появляются все новые подробности о молекулярных механизмах, управляющих нейрогенезом, и о химических стимулах, регулирующих его. и мы вправе надеяться. что со временем можно будет искусственно стимулировать нейрогенез в любой части мозга. Зная, как факторы роста и локальное микроокружение управляют нейрогенезом, исследователи рассчитывают создать методы лечения, позволяющие восстановить больной или поврежденный мозг.

С помощью стимулирования нейрогенеза можно улучшить состояние пациента при некоторых неврологических заболеваниях. Например. причина инсульта — закупорка сосудов головного мозга, в результате чего из-за недостатка кислорода гибнут нейрон ы. После инсульта в гиппокампе начинает развиваться нейрогенез, стремящийся «вылечить» поврежденную ткань мозга с помощью новых нейрон ов. Большинство новорожденных клеток гибнет, однако некоторые успешно мигрируют к поврежденному участку и превращаются в полноценные нейрон ы. Несмотря на то что для компенсации повреждений при тяжелом инсульте этого недостаточно. нейрогенез может помочь мозгу после микроинсультов,которые часто проходят незамеченными. Сейчас нейробиологи пытаются применять васкуло-эпидермальный фактор роста (VEGF) и фактор роста фибробластов (FGF) для усиления естественного восстановления.

Оба вещества представляют собой крупные молекулы, которые с трудом преодолевают гематоэнцефалический барьер, т.е. сеть тесно переплетенных клеток, выстилающих кровеносные сосуды мозга. В 1999 г. биотехнологическая компания Wyeth-Ayerst Laboratories and Scios из Калифорнии приостановила клинические испытания FGF применяемого для лечения инсульта. поскольку его молекулы не попадали в мозг. Некоторые исследователи пытались решить эту задачу, соединяя молекулу FGF с другой, которая вводила клетку в заблуждение и заставляла ее захватывать весь комплекс молекул и переносить его в ткань мозга. Другие ученые методами генной инженерии создавали клетки, вырабатывающие FGF. и трансплантировали их в мозг. Пока подобные эксперименты проводились лишь на животных.

Стимулирование нейрогенеза может оказаться действенным при лечении депрессии. главной причиной которой (помимо генетической предрасположенности) считается хронический стресс. ограничивающий, как известно. количество нейрон ов в гиппокампе. Многие из выпускаемых лекарственных средств. показанных при депрессии. в том числе прозак. усиливают нейрогенез у животных. Интересно, что для снятия депрессивного синдрома с помощью этого препарата требуется один месяц — столько же. сколько и для осуществления нейрогенеза. Возможно. депрессия отчасти вызвана замедлением данного процесса в гиппокампе. Последние клинические исследования с применением методов визуализации нервной системы подтвердили. что у пациентов с хронической депрессией гиппокамп меньше, чем у здоровых людей. Длительное применение антидепрессантов. похоже. подстегивает нейрогенез: у грызунов. которым давали эти препараты на протяжении нескольких месяцев. в гиппокампе возникали новые нейрон ы.

Как мозг создает новые нейрон ы

Нейрональные стволовые клетки дают начало новым клеткам мозга. Они периодически делятся в двух основных областях: в желудочках (фиолетовый цвет), которые заполнены спинномозговой жидкостью, питающей центральную нервную систему, и в гиппокампе (голубой цвет) — структуре, необходимой для обучения и памяти. При пролиферации стволовых клеток (внизу) образуются новые ствоповые клетки и клетки-предшественники, которые могут превратиться либо в нейрон ы, либо в поддерживающие клетки, называемые глиальными (астроциты и дендроциты). Однако дифференцировка новорожденных нервных клеток может произойти только после того, как они уйдут прочь от своих предков (красные стрелки), что удается в среднем лишь половине из них, а остальные гибнут. Во взрослом мозге новые нейрон ы были обнаружены в гиппокампе и обонятельных луковицах, необходимых для восприятия запахов. Ученые надеются заставить взрослый мозг восстанавливаться, вызывая деление и развитие нейрон альных стволовых клеток или клеток-предшественников там и тогда, где и когда это необходимо.

Как мозг создает новые нейрон ы

Потенциальным средством для восстановления поврежденного мозга исследователи считают два типа стволовых клеток. Во-первых, нейрон альные стволовые клетки взрослого мозга: редкие первичные клетки, сохранившиеся от ранних стадий эмбрионального развития, обнаруженные как минимум в двух областях мозга. Они могут делиться на протяжении всей жизни, давая начало новым нейрон ам и поддерживающим клеткам, называемым глией. Ко второму типу относятся человеческие эмбриональные стволовые клетки, выделенные из зародышей на очень ранней стадии развития, когда весь эмбрион состоит примерно из ста клеток. Такие эмбриональные стволовые клетки могут давать начало любым клеткам организма.

В большинстве исследований производится наблюдение за ростом нейрон альных стволовых клеток в культур альных чашках. Они могут там делиться, их можно генетически пометить и затем трансплантировать назад в нервную систему взрослого индивидуума. В экспериментах, которые пока проводились только на животных, клетки хорошо приживаются и могут дифференцироваться в зрелые нейрон ы в двух областях мозга, где образование новых нейрон ов происходит и в норме, — в гиппокампе и в обонятельных луковицах. Однако в других областях нейрон альные стволовые клетки, взятые из взрослого мозга, не торопятся становиться нейрон ами, хотя могут стать глией.

Устанавливая важные связи

Поскольку проходит около месяца с момента деления нейрон альной стволовой клетки до тех пор, пока ее потомок не включится в функциональные цепи мозга, роль этих новых нейрон ов в поведении, вероятно, определяется не столько родословной клетки, сколько тем, как новые и уже существующие клетки соединяются друг с другом (образуя синапс ы) и с существующими нейрон ами, формируя нервные цепи. В процессе синаптогенеза так называемые шипики на боковых отростках, или дендрит ах, одного нейрон а соединяются с основной ветвью, или аксон ом, другого нейрон а.

Как показывают недавние исследования, дендрит ные шипики (внизу) могут менять свою форму в течение нескольких минут. Это свидетельствует о том, что синаптогенез может лежать в основе обучения и памяти. Одноцветные микро-фотографии мозга живой мыши (красная, желтая, зеленая и голубая) были сделаны с интервалом в одни сутки. Многоцветное изображение (крайнее справа) представляет собой те же фотографии, наложенные друг на друга. Участки, не претерпевшие изменений, выглядят практически белыми.

Микрофотографии мозга живой мыши

Помоги мозгу

Еще одно заболевание, провоцирующее нейрогенез, — болезнь Альцгеймера. Как показали недавние исследования, в органах мыши. которой были введены гены человека, пораженные болезнью Альцгеймера. обнаружены различные отклонения нейрогенеза от нормы. В результате такого вмешательства у животного в избытке вырабатывается мутантная форма предшественника человеческого амилоидного пептида, и уровень нейрон ов в гиппокампе падает. А гиппокамп мышей с мутантным геном человека. кодирующим белок пресенилин. обладал малым количеством делящихся клеток и. соответственно. меньшим числом выживших нейрон ов. Введение FGF непосредственно в мозг животных ослабляло тенденцию; следовательно. факторы роста могут стать хорошим средством лечения этого разрушительного заболевания.

Следующий этап исследований — факторы роста, управляющие различными стадиями нейрогенеза (т.е. рождением новых клеток, миграцией и созреванием молодых клеток), а также факторы, тормозящие каждый этап. Для лечения таких заболеваний, как депрессия, при которой снижается количество делящихся клеток, необходимо найти фармакологические вещества или другие методы воздействия. усиливающие пролиферацию клеток. При эпилепсии, видимо. новые клетки рождаются. но затем мигрируют в ложном направлении, и нужно понять. как направить «заблудшие» нейрон ы по правильному пути. При злокачественной глиоме мозга глиальные клетки пролиферируют и образуют смертельно опасные разрастающиеся опухоли. Хотя причины возникновения глиомы еще не ясны. некоторые полагают. что она возникает в результате неконтролируемого разрастания стволовых клеток мозга. Лечить глиому можно с помощью природных соединений. регулирующих деление таких стволовых клеток.

Для лечения инсульта важно выяснить. какие факторы роста обеспечивают выживание нейрон ов и стимулируют превращение незрелых клеток в здоровые нейрон ы. При таких заболеваниях. как болезнь Гентингтона. амиотрофический боковой склероз (АЛС) и болезнь Паркинсона (когда гибнут совершенно конкретные типы клеток, что ведет к развитию специфических когнитивных или моторных симптомов). данный процесс происходит наиболее часто, поскольку клетки. с которыми связаны эти болезни, располагаются в ограниченных областях.

Возникает вопрос: как управлять процессом нейрогенеза при том или ином типе воздействия, чтобы контролировать количество нейрон ов, поскольку их избыток также представляет опасность? Например, при некоторых формах эпилепсии нейрон альные стволовые клетки продолжают делиться даже после того, как новые нейрон ы уже утрачивают способность устанавливать полезные связи. Нейробиологи предполагают, что «неправильные» клетки остаются недозрелыми и оказываются в ненужном месте. формируя т.н. фикальные корковые дисплазии (ФКД), генерирующие эпилептиформные разряды и вызывая эпилептические припадки. Не исключено, что введение факторов роста при инсульте. болезни Паркинсона и других заболеваниях может заставить нейрон альные стволовые клетки делиться чересчур быстро и привести к сходным симптомам. Поэтому исследователи должны сначала изучить применение факторов роста для индукции рождения, миграции и созревания нейрон ов.

При лечении травм спинного мозга, АЛС или рассеянного склероза необходимо заставить стволовые клетки производить олигодендроциты, одну из разновидностей глиальных клеток. Они необходимы для коммуникации нейрон ов друг с другом. поскольку изолируют длинные аксон ы, проходящие от одного нейрон а к другому. предотвращая рассеяние проходящего по аксон у электрического сигнала. Известно, что стволовые клетки в спинном мозге обладают способностью время от времени производить олигодендроциты. Исследователи применили факторы роста для стимулирования данного процесса у животных с травмой спинного мозга и получили положительные результаты.

Зарядка для мозга

Одна из важных особенностей нейрогенеза в гиппокампе состоит в том, что персональный опыт индивидуума может влиять на скорость деления клеток, количество выживших молодых нейрон ов и их способность встраиваться в нервную сеть. Например. когда взрослых мышей переселяют из обычных и тесных клеток в более удобные и просторные. у них происходит значительное усиление нейрогенеза. Исследователи обнаружили, что тренировки мышей в колесе для бега достаточно для того, чтобы удвоить количество делящихся клеток в гиппокампе, что ведет к резкому увеличению числа новых нейрон ов. Интересно, что регулярная физическая нагрузка может снять депрессию у людей. Возможно. это происходит благодаря активации нейрогенеза.

Если ученые научатся управлять нейрогенезом, то наши представления о заболеваниях и травмах мозга кардинально изменятся. Для лечения можно будет использовать вещества, избирательно стимулирующие определенные этапы нейрогенеза. Фармакологическое воздействие будет сочетаться с физиотерапией, усиливающей нейрогенез и стимулирующей определенные области мозга к встраиванию в них новых клеток. Учет взаимосвязей между нейрогенезом и умственной и физической нагрузками позволит снизить риск возникновения неврологических заболеваний и усилить природные репаративные процессы в мозге.

Путем стимуляции роста нейрон ов в мозге здоровые люди получат возможность улучшить состояние своего организма. Однако вряд ли им понравятся инъекции факторов роста, с трудом проникающих сквозь гематоэнцефалический барьер после введения в кровоток. Поэтому специалисты ищут препараты. которые можно было бы выпускать в виде таблеток. Подобное лекарство позволит стимулировать работу генов, кодирующих факторы роста, непосредственно в мозге человека.

Улучшить деятельность мозга возможно также путем генной терапии и трансплантации клеток: искусственно выращенные клетки, производящие конкретные факторы роста. можно имплантировать в определенные области мозга человека. Также предлагается вводить в организм человека гены, кодирующие производство различных факторов роста, и вирусы. способные доставить эти гены до нужных клеток мозга.

Пока не ясно. какой из методов окажется наиболее перспективным. Исследования, проведенные на животных, показывают. что применение факторов роста может нарушить нормальное функционирование мозга. Процессы роста могут вызвать образование опухолей, а трансплантированные клетки — выйти из под контроля и спровоцировать развитие рака. Такой риск может быть оправдан только при тяжелых формах болезни Гентингтона. Альцгеймера или Паркинсона.

Оптимальный способ стимулирования деятельности мозга — интенсивная интеллектуальная деятельность в сочетании со здоровым образом жизни: физическая нагрузка. хорошее питание и полноценный отдых. Экспериментально подтверждается и то. что на связи в мозге влияет окружающая среда. Возможно. когда-нибудь в жилых домах и офисах люди будут создавать и поддерживать специально обогащенную среду для улучшения функционирования мозга.

Если науке удастся понять механизмы самовосстановления нервной системы, то в скором будущем исследователи овладеют методами. позволяющими использовать собственные ресурсы мозга для его восстановления и совершенствования.

Источник: Мозг, восстанови себя
Дата создания: 04.11.2014
Последнее редактирование: 04.11.2014

Источник

Нервничать можно! Но осторожно

«Незрелые клетки, способные самообновляться и превращаться в специализированные клетки организма, получили название стволовых». Цитата из материала «Нобелевка за стволовые клетки. Как Синъя Яманака повернул развитие вспять»

Чтобы жизнь продолжалась, клетки должны размножаться, что и происходит с большинством их разновидностей. Активнее всего процесс восстановления протекает в клетках эпителия и органах кроветворения (красный костный мозг).

Процесс регулярного «клеточного умирания»
запрограммирован в самих клетках

Иное дело нейроны (а также клетки сердечной мышцы). В них гены, ответственные за размножение делением, «выключены». Но тогда встаёт закономерный вопрос: если нейроны гибнут и не обновляются, то каким образом нам удаётся сохранять психические способности до достаточно почтенного возраста?

«Ты не один»: негимнастическая пластичность

Функции погибших нейронов берут
на себя выжившие «собратья»

Почему же способности нервной системы возвращаются? Ведь клетки погибли? Как оказалось, функции погибших нейронов берут на себя выжившие «собратья». Они становятся больше и образуют новые связи, компенсируя потерянные функции. В этом и заключается суть пластичности нервной системы.

Не пластичностью единой: развенчание мифа

В начале 60-х годов XX века в высокорейтинговом научном издании «Science» появилась статья, в которой было показано, что в головном мозге крысы могут образовываться новые клетки. В следующие нескольких лет автор исследования опубликовал ещё ряд работ, подтверждающих возможность нейрогенеза (появления новых нервных клеток в головном мозге взрослых млекопитающих).

Феноменальное по сути открытие почему-то не вызвало энтузиазма у специалистов по нейробиологии, так что развития работы не получили.

Применительно к человеку полагают, что нейрогенез может иметь место в более протяжённых областях мозга, в том числе в коре больших полушарий.

Феномен нейрогенеза довольно широко используется в терапии нейродегенеративных патологий.

Размножение стволовых клеток сопровождается
риском развития злокачественных новообразований

В США уже существуют «библиотеки» нейрональных стволовых клеток, взятых из зародышевой ткани. Их пересадки выполняются больным людям. Вместе с тем пока ещё существует серьёзная проблема: размножение стволовых клеток сопровождается риском развития злокачественных новообразований. Надёжно предотвращать такой побочный эффект пока не научились. Однако, несмотря на это, этот вид терапии без сомнения займёт одно из ведущих мест в лечении таких нейродегенеративных патологий, как болезни Альцгеймера и Паркинсона, ставших значимой социальной проблемой современной цивилизации.

Не только ждать, но и действовать

Исключаем вредности для нашего мозга. Это, среди прочего, хроническое переутомление, недосыпание, нерациональное питание, злоупотребление спиртными напитками, малая подвижность.

Лечимся. Депрессия, тревожные расстройства, стресс, синдром хронической усталости, травмы и другие недуги негативно отражаются на нервной системе. А потому своевременно получайте квалифицированную помощь, не игнорируя имеющиеся проявления.

«Интересно отметить, что стресс одинаковой интенсивности может вызвать как значимая угроза, так и творческая удача». Цитата из материала «Существует ли прививка от стресса?»

Учимся новому. Учёные доказали, что освоение новых видов деятельности позволяет сохранять и развивать «гибкость» нервных процессов до самой старости.

Меняем взгляды на жизнь. Психическому и нервному здоровью может помочь пересмотр жизненных ориентиров. Новые цели, вера в свои силы, принятие людей с их особенностями, умение справляться со стрессом, хорошие поступки. Не всегда легко, но точно имеет смысл попробовать.

Автор: Энвер Алиев

Источник