количество нейронов в мозге кита
Большой мозг нужен китам для обогрева?
Рис. 1. Головной мозг дельфина (слева) и человека (справа). Рисунок с сайта steemit.com
Китообразные — киты, дельфины и морские свиньи — уникальная группа млекопитающих, выделяющаяся, среди прочего, необычно крупным мозгом. Ученые выяснили, что в митохондриях клеток мозга этих животных присутствуют белки-разобщители, которые обеспечивают превращение энергии окисления органических веществ непосредственно в тепло — вместо того, чтобы использовать эту энергию на синтез АТФ. Особенно много клеток с белками-разобщителями оказалось в сером веществе коры головного мозга. Эти же белки работают в бурой жировой ткани у многих животных, особенно у обитающих в холодных регионах. Известно, что выделение тепла активируется в буром жире под действием норадреналина. И опять-таки в коре головного мозга китов (а особенно — в сером веществе коры) обнаружилось повышенное количество норадренергических синапсов. Эти данные авторы используют в качестве аргумента в защиту любопытной гипотезы: возможно, большой мозг развился у этих животных не для того, чтобы решать сложные задачи, а для того, чтобы генерировать тепло и сохранять постоянство собственной температуры.
Китообразные (группа животных, включающая в себя китов, морских свиней и дельфинов) сильно выделяются среди всех млекопитающих, во-первых, своей необычной адаптацией к полностью водному образу жизни (история их перехода с суши в воду подробно описана в статье Михаила Гельфанда Молекулярная эволюция: как киты уходили под воду), а во-вторых, удивительно большим мозгом, причем как в абсолютном выражении, так и в относительном (по отношению массы мозга к массе тела). Единственным видом, у которого относительная масса мозга выше, чем у китов и дельфинов, является человек.
Следует понимать, что большой мозг — это роскошь, которую не все могут себе позволить. Нейроны головного мозга — самые дорогостоящие клетки в смысле энергетических потребностей. Так что эволюционный рост мозга должен быть оправдан какими-то серьезными адаптивными преимуществами, которые бы перекрывали собой ущерб, связанный с необходимостью кормить эту прожорливую клеточную массу.
Вот уже более 20 лет двое ученых — исследовательница из США Лори Марино (Lori Marino) и ученый из Витватерсрандского университета в ЮАР Пол Мейнджер (Paul Manger), каждый из которых связал свою жизнь с нейробиологией (и оба руководят большими исследовательскими группами), — публично дискутируют друг с другом, отстаивая альтернативные интерпретации адаптивного значения эволюции размеров мозга. Особенно острым в этой дискуссии является вопрос эволюции и функционального значения большого мозга китообразных.
Принято связывать увеличение мозга с совершенствованием интеллекта и способностей эффективно решать более сложные и разнообразные задачи в контексте взаимодействия животных с внешней средой и друг с другом. Предполагается, что в эволюции размера мозга действует положительная обратная связь: рост мозга способствует усложнению поведения, в том числе социального и орудийного, возникновению «культуры» (формированию и распространению новых выученных форм поведения в социальной группе), что, в свою очередь, создает предпосылку для отбора на дальнейшее увеличение размеров мозга.
Именно так интерпретируется ход эволюции человека и это же объяснение вполне может быть применимо к другим группам животных, выделяющихся необычно высокими размерами мозга — таким как киты и дельфины. И как раз такую позицию последовательно отстаивает Лори Марино — авторитетная исследовательница в области эволюции, мозга, поведения и когнитивных способностей китообразных. Кстати, именно она в 2001 году впервые продемонстрировала способность дельфинов узнавать себя в зеркале. Лори Марино также является основателем и директором центра защиты животных (The Kimmela center for animal advocacy).
Видеозапись лекции Лори Марино, в которой она увлеченно и доступно рассказывает об эволюции, строении мозга и поведении китов. Об этом же в более сжатой форме можно узнать из короткого научно-популярного ролика (в котором, к тому же, есть русские субтитры)
Пол Мейнджер, специалист по анатомии мозга, руководитель лаборатории в Витватерсрандском университете (Йоханнесбург, ЮАР), еще в 2006 году предложил рассмотреть альтернативную гипотезу, предположив, что рост мозга в эволюции китообразных был связан с потребностями терморегуляции, необходимой для адаптации к жизни в холодной воде, а вовсе не в связи с развитием когнитивных способностей (P. Manger, 2006. An examination of cetacean brain structure with a novel hypothesis correlating thermogenesis to the evolution of a big brain).
В этой новости мы поговорим о новой работе Пола Мейнджера и его коллег, в которой приводятся новые данные в пользу обозначенной выше гипотезы. Кроме Мейнджера в списке авторов представлены ученые из очень разных и далеких друг от друга стран: США, Дании, Швеции, Исландии, Саудовской Аравии и Японии.
Итак, проследуем за учеными в их рассуждениях.
Часть аргументов были собраны в упомянутой выше публикации Мейнджера 2006 года — авторы напоминают их во введении к своей статье. Они касаются анатомических характеристик мозга китов, особенностей поведения, данных палеонтологии, палеоклиматологии и зоогеографии.
Начнем с анатомии. Мейнджер указывает на большое число специфических особенностей анатомии мозга китообразных в сравнении с другими млекопитающими (в частности, с приматами). Первым делом бросается в глаза очень высокая складчатость коры головного мозга, и, как следствие, необычайно большая площадь ее поверхности (это хорошо видно на рис. 1). И вместе с тем кора головного мозга китообразных довольно тонкая, а также характеризуется сниженной плотностью нейронов и сниженным отношением количества серого вещества к белому веществу в сравнении со многими другими млекопитающими. Серое вещество образовано телами нейронов, а белое — нервными волокнами и клетками глии (вспомогательными не нейрональными клетками).
Мейнджер также указывает на более простое строение коры головного мозга китов: у большинства млекопитающих кора образована преимущественно шестью клеточными слоями, каждый из которых имеет специфические структурные особенности, у китов же слой IV (слой гранулярных клеток) отсутствует, снижено общее количество нейрональных морфотипов, в ней слабо выражена организация в колонки. Выделяется меньшее число специализированных зон коры головного мозга, относительно малы размеры префронтальной и височной коры. Есть особенности и в других отделах мозга. Так, у китов относительно небольшой размер гиппокампа (это структура, которая считается ключевой для формирования долговременной памяти). В гиппокампе взрослых китообразных не выявлен нейрогенез, который у других млекопитающих, как предполагается, важен для эффективной работы механизмов памяти и обучения в течение жизни. Также пропорционально малы размеры мозолистого тела — той области, где проходят нейрональные связи между левым и правым полушариями мозга. Мейнджер заключает, что при действительно наблюдаемом росте количества мозговой ткани, в эволюции китов не наблюдалось качественного совершенствования структуры мозга, в отличие от того, что имело место в ходе эволюции главных наземных интеллектуалов — приматов.
Что касается поведения, Мейнджер считает принятые оценки интеллекта китов и дельфинов сильно завышенными. В своих рассуждениях он указывает на то, что так или иначе любой компонент «интеллекта» дельфинов, оцениваемый при помощи разнообразных специально разработанных тестов, можно обнаружить у других видов животных, имеющих при этом вовсе не такие выдающиеся размерные показатели мозга (Лори Марино, однако, с этим утверждением категорически не согласна, см., например, ее статью L. Marino, 2002. Convergence of complex cognitive abilities in cetaceans and primates). С другой стороны, уникальной особенностью поведения китообразных является их сон — «спит» почти всегда только одно полушарие мозга, в то время как второе «бодрствует». К тому же исследования, проводившиеся на дельфинах, привели к выводу, что у этих животных нет фазы быстрого сна. Также было установлено, что температура спящего полушария мозга постепенно снижается, тогда как бодрствующее полушарие сохраняет постоянную высокую температуру. Все эти необычные свойства сна китообразных подробно описаны в статье O. Lyamin et al., 2008. Cetacean sleep: An unusual form of mammalian sleep, в число соавторов которой входит Мейнджер. Впрочем, однополушарный сон китов и дельфинов часто объясняют необходимостью постоянного контроля за процессом дыхания, ведь, чтобы сделать выдох и вдох, этим животным требуется всплыть к поверхности воды.
Все указанные особенности анатомии и сна китообразных, как полагает Мейнджер, хорошо объясняются именно с позиции предположения о важнейшем значении терморегуляторной функции, выполняемой мозгом китов.
Следующая группа аргументов опирается на данные палеонтологии и палеоклиматологии. Палеонтологическая история китообразных изучена весьма подробно (см. обзор А. Лопатина Эволюционная история китообразных: морское путешествие продолжительностью 55 миллионов лет). Возрастом 55 миллионов лет датируется пакицет — самое раннее известное переходное звено между наземными парнокопытными и собственно водоплавающими китообразными (на происхождение китообразных от древних парнокопытных указывает молекулярная филогенетика). Ряд черт анатомии этого вида указывает на начало адаптации к полуводному образу жизни. Далее следует череда ископаемых видов, все более и более адаптированных к постоянному водному образу жизни. Весь этот переход занял около 8 миллионов лет.
Однако мозг археоцетов, древних китов, очень долго, в течение 20 миллионов лет, оставался на удивление маленьким — площадь его поверхности не превосходила 50 см 2 (сравните с 1500–14000 см 2 у современных представителей). Стремительный рост мозга китов начался около 34–30 миллионов лет назад, и продолжался вплоть до конца миоцена. По времени это совпадает с началом значительного похолодания климата и снижения температуры вод мирового океана (именно в этот промежуток времени произошло замерзание Антарктиды, а затем и Арктики). По крайней мере, абсолютный размер мозга увеличивался почти у всех китообразных, хотя у некоторых из них, начавших стремительно увеличивать общий размер тела, относительный размер мозга мог и уменьшаться.
На рис. 2 наглядно показан ход истории изменения размерных параметров тела и мозга в разных ветвях китообразных. По мнению Лори Марино похолодание могло изменить экосистемы так, что древним китам стало сложнее добывать привычную им добычу (S. Montgomery et al., 2013. The evolutionary history of cetacean brain and body size). Необходимость решить эту задачу подтолкнуло к выработке новых стратегий охоты, в том числе таких, которые задействовали координированные действия нескольких особей. То есть киты начали превращаться в социальных животных, а социальность, как мы видим на примере многих групп животных, создает вектор отбора на увеличение мозга в связи с совершенствованием когнитивных способностей, важных для эффективного социального взаимодействия. В этом сценарии мозг и поведение начинают эволюционировать в режиме положительной обратной связи: усложнение поведения создает вектор эволюции на усложнение мозга, а усложнение мозга в свою очередь позволяет появляться еще более сложным формам поведения. Пол Мейнджер, однако, полагает, что в случае с китами увеличение мозга в ответ на похолодание имеет куда более прозаическое объяснение — это просто то решение, которое нашла эволюция, чтобы сохранить необходимое тепло в голове животных.
Рис. 2. История эволюции китообразных. Показаны тренды изменения размеров тела (голубые стрелки), абсолютного размера мозга (оранжевые стрелки) и относительного размера мозга (коэффициента энцефализации, зеленые стрелки). Рисунок из статьи S. Montgomery et al., 2013. The evolutionary history of cetacean brain and body size
Сравнивая размеры мозга у современных китообразных между собой, Мейнджер опять-таки выявил корреляцию относительного размера мозга с температурой вод в зоне обитания каждого вида (P. Manger, 2006. An examination of cetacean brain structure with a novel hypothesis correlating thermogenesis to the evolution of a big brain). Это уже аргументация с точки зрения зоогеографии.
В новом исследовании авторы изучали биохимические характеристики тканей мозга китов, добавив, как они считают, новые аргументы в пользу «температурной» гипотезы Мейнджера.
Мозг млекопитающих очень чувствителен к охлаждению. К примеру, эксперименты на морских свинках показали, что при охлаждении мозга до 25–26°C с оптимальной для этих животных температуры 37°C нейроны почти полностью теряли способность генерировать нервные импульсы (Y. Mednikova et al., 2004. Effects of temperature on the spike activity of cortical neurons in guinea pigs). Так что наличие механизмов, препятствующих переохлаждению мозга при обитании в холодной воде, действительно критически необходимо.
Известно, что в геномах млекопитающих существует группа генов UCP (от англ. uncoupling protein — разобщающий белок). Эти гены кодируют белки, которые могут встраиваться во внутреннюю мембрану митохондрий и работать в качестве протонных каналов.
Митохондрии по большей части занимаются продукцией АТФ (аденозинтрифосфата) — молекул, которые обеспечивают энергетическое снабжение для большинства энергозатратных биохимических реакций в живых клетках. На внутренней мембране митохондрий работает электрон-транспортная цепь, создающая градиент протонов (H + ) с двух сторон от этой мембраны — снаружи больше, изнутри меньше. Кроме того, в мембране есть особый белковый комплекс, образующий протонный канал. В этом же комплексе присутствует и фермент АТФ-синтаза, который синтезирует АТФ, — для такого синтеза используется энергия, выделяющаяся при транспортировке протонов через протонный канал с внешней стороны мембраны к внутренней ее стороне. То есть транспорт протонов оказывается сопряжен с синтезом АТФ.
Однако, когда в мембране митохондрии присутствуют белки UCP, транспортировка протонов не сопровождается синтезом АТФ, — вот потому-то их и называют разобщителями. Но выделяемая энергия должна перейти в какую-то форму. Раз не в синтез АТФ, то, очевидно, в тепло. В этом и состоит функция белков-разобщителей. Клеткам нужны молекулы АТФ — они расходуются во многих важных внутриклеточных процессах. Поэтому в большинстве митохондрий белков UCP нет. В наибольшем количестве эти белки обнаруживаются в митохондриях особой разновидности жировой ткани — буром жире. Эта ткань есть у млекопитающих, которые обитают в холодном климате, у млекопитающих, которые легко теряют тепло из-за мелких размеров тела, а, к примеру, у человека немного бурого жира можно найти у младенцев, с возрастом же эта ткань атрофируется полностью или почти полностью. У взрослых тепло в основном генерируют мышцы. Но в черепной коробке нет мышц, а поддерживать температуру все же надо — значит должен быть какой-то автономный механизм. И действительно, в мозге человека, как выяснилось, тоже присутствуют белки UCP.
Кодируются эти белки у млекопитающих пятью паралогичными генами. Продукты по крайней мере трех из них (UCP1, UCP4 и UCP5) были выявлены в тканях мозга. Ученые решили проверить, как обстоит дело с экспрессией этих генов в тканях мозга китообразных и у их ближайших родственников — парнокопытных.
Материалом исследования послужили ткани мозга 11 парнокопытных (по одной особи одиннадцати разных видов) и 5 китообразных (трех разных видов: морской свиньи Phocoena phocoena, малого полосатика Balaenoptera acutorostrata и горбатого кита Megaptera novaeangliae).
Для начала провели подсчет количества клеток — нейронов и клеток глии. В коре головного мозга всех трех видов китообразных оказалась более низкая плотность по количеству нейронов на единицу объема и более высокая доля клеток глии по сравнению с теми же показателями у парнокопытных.
Рис. 3. Фотографии препаратов коры головного мозга, окрашенных по Нисслю (фиолетовое окрашивание, эта окраска позволяет четко увидеть тела нейронов) и окрашенных антителами к UCP1 (эти препараты окрашены в оранжево-коричневые тона) — нейроны с этим белком окрашены в темно-коричневый цвет. Слева представлены препараты из парнокопытных: кабана (Sus scrofa) и антилопы гну (Connochaetes taurinus), справа — препарат мозга дельфина. Длина масштабного отрезка: на левых фото — 500 мкм, на правых фото — 250 мкм. Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports
Анализ РНК показал экспрессию всех генов UCP в мозге как у парнокопытных, так и у китообразных. Но присутствие РНК не всегда обозначает наличие конечного продукта — собственно белка. Для выявления белков в митохондриях клеток мозга использовали иммуноокрашивание с использованием специфичных антител. В нейронах коры головного мозга у всех проверенных видов обнаружился белок UCP1. Но у парнокопытных он был только в нейронах слоев III, IV и V, а у китообразных — по всей толщине коры. Количественно у парнокопытных белок UCP1 содержали в среднем 35,4% клеток (с разбросом от 11 до 58%), а у китообразных — 74,6% (причем у дельфина и горбатого кита окрашивались все 100% клеток). Пример фотографии окрашенных тканей приведен на рис. 3, а результаты количественного учета — на рис. 4.
Рис. 4. Результаты оценки количества нейронов коры головного мозга, в которых присутствует белок UCP1 (показана их доля в процентах). Проводились отдельные измерения для коры затылочной доли мозга (occipital cortex) и коры поясной извилины (anterior cingulate cortex). Также показаны усредненные значения (average) для каждого вида и по группам парнокопытных (Artiodactyls) и китообразных (Cetaceans). Во врезке демонстрируется электрофорез очищенного белка UCP1. Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports
В клетках глии (но не в нейронах) обнаружились белки UCP4 и UCP5. Причем, иммуноокрашивание на эти белки (более яркое для UCP4) наблюдалось исключительно в тканях китообразных. В сером веществе коры головного мозга окрашивалось в среднем 36% клеток глии, а в белом веществе мозга — 56% глиальных клеток. У парнокопытных, несмотря на то, что присутствие мРНК и самих белков UCP в тканях их мозга было показано другими методами, количество этих молекул оказалось настолько низким, что при иммуноокрашивании их совсем не было видно.
Ранее уже было установлено, что количество и активность белков UCP в буром жире стимулируется норадреналином (G. Mory et al., 1984. Noradrenaline controls the concentration of the uncoupling protein in brown adipose tissue). Предположив, что таким же образом норадреналин вероятнее всего действует и в тканях мозга, авторы измерили плотность норадренергических синапсов в изучаемых тканях мозга животных. Чтобы пометить и подсчитать такие синапсы, использовали антитела к ферменту (коротко обозначаемому DBH), который превращает дофамин в норадреналин и присутствует в нервных окончаниях клеток, выделяющих норадреналин в качестве нейромедиатора. Как и ожидали авторы, плотность таких синапсов в тканях китообразных оказалась в среднем выше, чем у парнокопытных. Статистически достоверным это различие оказалось только в сером веществе коры головного мозга (рис. 5).
Рис. 5. Результаты оценки плотности (в штуках на мм 3 ) синапсов, содержащих фермент DBH в сером веществе (grey matter) коры головного мозга. Проводились отдельные измерения для коры затылочной доли мозга (occipital cortex) и коры поясной извилины (anterior cingulate cortex). Также показаны усредненные значения (average) для каждого вида и по группам парнокопытных (Artiodactyls) и китообразных (Cetaceans). Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports
Так кто же из ученых прав: защитники гипотезы эволюции социального интеллекта китов или Пол Мейнджер с его гипотезой о гомеостатической функции как фактора, определившего вектор эволюции большого мозга?
Попробую высказать предположение, что Мейнджер может быть прав одновременно с Лори Марино. Мне кажется логичным и весьма вероятным, что, действительно, первоначальным пусковым фактором для увеличения размера мозга стало именно то, что при большем размере этот орган мог лучше сохранять постоянство температуры. И что оптимизация именно этой функции сохранения температуры действительно стимулировала формирование множества особенностей биохимии, физиологии (в том числе особенностей сна) и анатомии (включая большие размеры) мозга китов. Но вполне укладывается в современное понимание хода эволюции и предположение, что эти же особенности могли, в свою очередь, стать преадаптациями для развития — как ни крути — действительно незаурядных интеллектуальных способностей китообразных (вполне доказанных по крайней мере для некоторых из них).
Подобным же образом перья птиц, которые традиционно рассматриваются с точки зрения их функции для полета, первоначально возникли еще у нелетающих динозавров и, кстати, все с тем же назначением — поддержание температурного гомеостаза. То есть перья стали преадаптацией, сделавшей возможным последующее развитие полета у некоторых потомков оперенных динозавров.
После всего сказанного хочется сделать одну маленькую, но важную ремарку. На сегодняшний день, в сущности, нет данных о том, какую именно функцию выполняют белки UCP в мозге. Эта функция может вовсе не иметь отношения к генерированию тепла, а участвовать, к примеру, в каких-то метаболических процессах (M. J. Gaudry, M. Jastroch, 2019. Molecular evolution of uncoupling proteins and implications for brain function). Так что при всей своей занятности и привлекательности, тезисы авторов пока остаются в значительной мере гипотетическими и требуют дальнейшей работы по сбору доказательств.
Источник: Paul R. Manger, Nina Patzke, Muhammad A. Spocter, Adhil Bhagwandin, Karl Æ. Karlsson, Mads F. Bertelsen, Abdulaziz N. Alagaili, Nigel C. Bennett, Osama B. Mohammed, Suzana Herculano-Houzel, Patrick R. Hof & Kjell Fuxe. Amplification of potential thermogenetic mechanisms in cetacean brains compared to artiodactyl brains // Scientific Reports. 2021. DOI: 10.1038/s41598-021-84762-0.
Почему у слонов мозг больше, но они не летают в космос?
Начнем с того, что рассмотрим название статьи. Мозг у слона действительно больше, чем у человека, 5 кг против 1,4 кг. Однако у слонов нет компьютеров, ракет и интернета. Мы попытаемся выяснить какое условие определяет наличие интеллекта у живого организма.
Чем больше мозг, тем умнее (размер)
Соотношение мозга к размеру тела
Мы видим, что согласно приведенному списку ближе всего к нам находится дельфин. Конечно дельфин животное умное, однако. Сюда так же можно отнести муравья и колибри, но опять так однако.
Перед нейронами должен был стоять пункт про извилины, но о них много не скажешь, как говориться если кинуть «спойлер», то их количество также ни на что не влияет. Было много исследований на эту тему, брали человеческий мозг различных категорий людей, умных и не очень, разной расовой принадлежности, мужской и женский наконец, но увы. В мозгах некоторых мозгах животных извилин оказалось даже больше чем у человека.
Итак, нейроны. Ну вот скажите вы, тут уж последний довод остался, уж точно это оно. И тут все относительно. Вернувшись к нашим слонам заметим, что у слона нейронов больше. Согласно исследованиям, проведенными нейробиологом из Бразилии Сюзаной Геркулано-Хаузел (Suzana Herculano-Houzel) в пяти килограммах мозга слона содержится 257 миллиардов против наших 86. Однако тут есть одно, но, большинство нейронов — это нейроны мозжечка. По мнению ученых кора больших полушарий мозга отвечает за высшие нервные функции, так вот у слона их 5,6 миллиардов, а у человека 16.
По числу нейронов млекопитающих можно выстроить такой ряд:
Ну вот и ответ скажите вы, все сошлось, берем нейронов больше концентрируем или равномерно распределяем по коре головного мозга и вуаля рецепт готов. И опять маячит наше любимое НО. Есть примеры людей живущих полной жизнью с половиной мозга, а некоторые умудряются и с 90% его отсутствия, причем без каких-либо отклонений.
Так во Франции мужчина обратился к врачам за помощью (он кстати работающий, является отцом двух детей), были жалобы на боли в ногах. После все возможных обследований его положили на МРТ и после полученных снимков, врачи уже сами хотели обратиться за медицинской помощью. У мужчины отсутствовало 90% мозга.
Происхождение сознания в нашей голове, загадка по хлеще, возникновения вселенной. Из того, что мы с вами рассмотрели можно сделать выводы, что все же нейроны играют большую роль. С огромным количеством, «НО» (их количество, их расположение, «концентрация» в различных участках мозга), но все же играют. Учёные даже не уверены в том, что дело исключительно в коре — возможно, разум возникает там, где есть слаженная работа между нейронами разных отделов мозга. Здесь же можно вспомнить распространённое мнение, что наш мозг работает на 10%. Работает он как раз на все 100, а вот «качество» его использования находится на куда меньших показателях ))).
И еще одна мысль напоследок. Ведь это что же получается, мозг пытается разгадать загадку самого себя, сам у себя задавая вопросы и сам же на них отвечая?
А о самом главном так и не написали/не скопипастили? Это кол-во нейронных связей, они все решают: не размер, не кол-во нейронов, а кол-во связей между ними. Статья ни о чем вообще.
Т.е. средняя масса 70 кг (7000 грамм) делиться на 1400 грамм вес мозга и получаем 5.
а с каких пор 70кг это 7000 грамм?
слоны познали жизнь, и им эта наша требуха в йух не впилась.
70 кг это 70 000 грамм
Любое упрощение дает ошибки. Второе
лучше соответствует истине. Нашел парадоксы: Получается слон значительно глупее овцы, Крупный кит глупее более мелкого кита и еще глупее дельфина. Дельфин касатка глупее черноморского дельфина и тому подобная хрень. Я полагаю, М мозга / м тела справедливо только для животных сопоставимых размеров, так как во первых разум не единственная функция мозга и с ростом тела мозг растет. Во вторых, у больших животных больше место для мозга, продолжительность поколения больше, поэтому влияние естественного отбора на сжатие мозга при том же интеллекте меньше. У птиц мозг при том же размере умнее. У китов соответственно «глупее». Однако степень «сжатия» мозга ученые не определяют. Поэтому продолжают гадать
Ключ в том, что человек, прошел больший этап эволюции и все достижения накапливаются в чаше, которая на уровне тонкий материй взаимодействует с мозгом.
Может, потому и нет у них всего этого, что они умнее? У них нет Дома-2, ВК, Геннадия Малахова и тд. А у нас всё это есть. И кто умнее?:)
средняя масса 70 кг (7000 грамм)
А с каких пор, позвольте узнать, в 1 килограмме 100 грамм?
Хотелось бы узнать отношении массы мозга к телу у автора статьи.
Исследуем срез спинного мозга по новой методике
По просьбе пикабушников
фото увеличенных фрагментов я буду размещать здесь
Пятничный спецвыпуск: правда ли, что алкоголь убивает клетки мозга?
Существует мнение, что спиртное уничтожает нейроны. Некоторые буквально утверждают, что «тот, кто пьёт, наутро мочится собственными мозгами». Мы решили проверить, способен ли алкоголь на самом деле нанести такой значительный вред мозгу употребляющего его человека.
(Спойлер для ЛЛ: нет, напрямик клетки мозга алкоголь не убивает. Но вот регулярное злоупотребление может привести к поражениям мозга, иногда — необратимым. Нет, тут нет противоречия.)
Сторонники идеи того, что алкоголь жестоко расправляется с клетками нашего мозга, приводят в пример ставшие предметом первой необходимости антисептики. Однако мало кто смотрит на процентное содержание спирта в антисептике и алкогольных напитках. Роспотребнадзор указывает, что в спиртовых антисептиках «содержание этилового спирта должно быть не менее 70%, а изопропилового спирта — не менее 60%». Список алкогольных напитков, содержащих такую долю алкоголя, довольно короткий: абсент, самогон, некоторые виды чачи, американский ликёр Everclear, а также польская водка Spiritus. (не является рекламой или рекомендацией))
То, что алкоголь не убивает клетки мозга, доказали в 1993 году датские учёные. Исследователи получили в своё распоряжение препараты мозга 22 людей, половина из которых регулярно злоупотребляла алкоголем, а другая половина вела более здоровый образ жизни. Кора мозга человека состоит из четырёх частей: неокортекса (занимает 95,6% и отвечает за высшие нервные функции — мышление и речь), архикортекса (занимает 2,2%, эмоции, память, внимание), палеокортекса (0,6%, обоняние) и мезокортекса (1,6%, паралимбическая система).
В неокортексе, самой значительной по объёму части коры мозга, количество нервных клеток (нейронов) у обеих групп граждан было примерно одинаковым в разных отделах. Одно это наблюдение сразу опровергло идею о том, что употребляемый алкоголь убивает клетки мозга.
Однако различия в мозге у пьяниц и трезвенников всё-таки были. У пьющих структуры архикортекса имели на 30% меньшую плотность (соотношение вес / объём), также плотность их белого вещества была на 10% ниже, чем у непьющей контрольной группы. Белое вещество не имеет в своём составе нейронов, а состоит лишь из их отростков — аксонов и глиальных клеток.
Именно аксоны и оказались повреждены прижизненным употреблением алкоголя. Основная функция аксона — передача информации между соседними нейронами, а в архикортексе расположен гиппокамп, который отвечает за запись воспоминаний «на жёсткий диск» и извлечение их оттуда при необходимости.
Это наблюдение согласуется с клинической картиной алкогольного Корсаковского синдрома, когда на фоне алкоголизма и дефицита витамина B1 у больного развивается характерная фиксационная амнезия (неспособность запоминать новое при хорошей сохранности прежних воспоминаний) и конфабуляции (ложные воспоминания). Однако алкогольные поражения касаются только упомянутых зон мозга. Ни затылочная доля (зрительный центр), ни вестибулярный аппарат (находящийся вообще не в мозге, а во внутреннем ухе), ни нравственный центр (неизвестная учёным, но найденная блогерами зона мозга) не страдают. Тем более из-за злоупотребления алкоголем не происходит гниения. Частый синдром похмелья — утренняя головная боль — объясняется обезвоживанием и интоксикацией.
При этом датские учёные пришли к обнадёживающим для уже пьющих людей выводам: прекращение злоупотребления алкоголем может дать нейронам возможность восстановить утраченные связи, скомпенсировав потери. Однако восстановление возможно не в любой стадии — Корсаковский синдром, возникающий обычно на третьей стадии алкоголизма, плохо поддаётся лечению, и полное выздоровление таких пациентов маловероятно. Важно помнить, что речь идёт именно о хроническом и систематическом злоупотреблении алкоголем, а не о бокале вина или даже нескольких, принятых в выходные и в праздник.
Для доказательства этой гипотезы тесты проводились не в лаборатории со строго ограниченной дозой употребления. Участники забирали карточки для запоминания домой и пили тот напиток и в том количестве, которое сами считали нужным. Наиболее эффективной для улучшения памяти оказалась доза, приблизительно равная по содержанию спирта двум стопкам водки (82,59 г), а вот значительной разницы между разными напитками выявлено не было. Контрольная группа, употреблявшая безалкогольные напитки, показала более слабые результаты. Но, даже выпивая алкоголь с целью улучшения памяти, стоит учитывать состояние своей печени, а также других органов, которым он теоретически может повредить.
Таким образом, алкоголь не способен разрушить сами нейроны, а тем более способствовать их прохождению из мозга до мочевыводящих путей. При этом систематическое злоупотребление спиртным может привести к поражениям мозга, некоторые из которых почти необратимые.
В головном мозге обнаружили новые глиальные клетки
Ученые нашли два новых типа глиальных клеток в мозге, выведя взрослые стволовые клетки из состояния покоя. Они могут играть важную роль в пластичности и восстановлении мозга во время нейродегенеративных заболеваний и после травм.
Новый тип глиальных клеток (зеленый) контактирует с нервными клетками (розовый) / ©Базельский университет
Мозг податлив во взрослой жизни: его пластичность обусловлена не только образованием новых нервных связей. Стволовые клетки, которые есть в этом органе у взрослого человека, превращаются в новые нейроны или в еще один тип клеток — глиальные. Они нужны для нормального функционирования мозга. Однако то, как эти клетки развиваются и какую роль играют, оставалось до конца не ясным.
Биологи из Базельского университета в Швейцарии исследовали стволовые клетки в желудочково-субвентрикулярной зоне мозга взрослых мышей. Там они находятся в состоянии покоя, пока не получат сигнал, который заставит «проснуться» и превратиться в нервную клетку.
Ученые обнаружили переключатель «спящих» стволовых клеток. Им оказался бета-рецептор тромбоцитарного фактора роста (PDGFRβ), который поддерживает стволовые клетки в состоянии покоя. Биологи смогли отключить его и активировать стволовые клетки, а также визуализировать их развитие. Подробности работы опубликованы в журнале Science.
Команда заметила, что некоторые стволовые клетки развились в глиальные клетки двух новых типов. При этом один из них — необычный тип глиальных клеток-предшественников, внутрижелудочковые олигодендроциты-предшественники, расположенные между ресничками эпендимальных клеток.
«Внезапно глиальные клетки одного из типов оказались прикреплены к поверхности стенки желудочка мозга, а не в мозговой ткани. Так, клетки постоянно омываются спинномозговой жидкостью и взаимодействуют с аксонами из других областей мозга, а потому способны воспринимать сигналы дальнего действия», — объяснила Фиона Деч, автор работы.
Исследовательская группа обнаружила, что оба типа активировались в модели демиелинизации (избирательное повреждение миелиновой оболочки, проходящей вокруг нервных волокон центральной или периферической нервной системы). А также после травм. То есть новые типы глиальных клеток могут быть источником клеток для восстановления мозга при нейродегенеративных заболеваниях и повреждениях.
В следующей работе команда намерена подробнее исследовать новые типы глиальных клеток: проверить их роль в нормальной работе мозга и то, как они реагируют на разные физиологические стимулы. Это поможет лучше понять, что такое пластичность и как происходит обновление и восстановление нервной ткани.
Туман в голове. Ощущение пелены на глазах
Началось все в начале 2018, как раз когда меня поглотила мощная волна стресса из-за диплома, работы, распределения, магистратуры и шумных соседей. Все это сопровождало меня на протяжении 6-8 месяцев и вылилось в конечном итоге в хроническую повышенную тревожность. С тревожностью славу богу я попрощался еще 2 года назад, а вот с синдромом неясной головы мучаюсь по сей день. Буду говорить вкратце обо всех моментах, которые могли повлиять на мою жалобу.
Попробую описать свое состояние:
Особенно сильно накрывает в холодную погоду, когда идет снег либо дождь и в магнитные бури.
Из пройденных обследований и специалистов, которые не дали никаких результатов (период сентябрь 2020-март 2021):
Сдал все возможные анализы на витамины, гормоны, обследовал щитовидку, узи брюшной полости, экг, узи сосудов шеи, МРТ головного мозга и сосудов. Абсолютно все в норме.
Теперь расскажу о том, что помогло прояснить мою голову частично, но не полностью (по личным ощущениям с 20-30% до 60-70% осознания происходящего).
Оказалось что у меня забита шейного-воротниковая зона (ШВЗ) и у меня с 2018 каждый день в фоновом режиме ноет спина, особенно зона поясницы, шеи и в правой лопатке.
Невролог уверен что ноющая боль в спине служит триггером, который за полгода и стянул весь ресурс мозга на себя, оставив ему немного для выживания. И нужно снять эту боль, вернув снова весь мой потенциал мозгу.
Мне в этом плане здорово помогли (это было пройдено за апрель-май 2021):
1. Мануальщик (вправив ключевой шейный отдел позвоночника, врачи его называют Атлант)
2. Кинезиолог (сняв мышечные спазмы спины)
3. 10 сеансов иглоукалывания (здорово поднимает уровень дофамина, серотонина и расслабляет до конца все спазмированные мышцы)
4. Ударно-волновая терапия спины у невролога. После этого массажера я на 1 вечера снова почувствовал себя на полной мощности, как 4 года назад. Ночью спина даже будто здорово выспалась и отдохнула как никогда раньше. Но эффект был недолгий и спустя еще 2 сеанса терапии никаких улучшений не наблюдалось. Спина все также ноет как и раньше, а голова не проясняется.
5. И гимнастика Шишонина, каждый день по 20 минут разминаю шею.
6. 10 сеансов у отличного массажиста (спину прекрасно расслабило, но мою проблему не решило ни капельки)
Из того что планирую:
Через неделю невролог назначил прием антидепрессантов, американские исследования показали, что антидепрессанты способны увеличивать в размерах гиппокамп до прежних размеров и стимулировать установление новых нейронных связей.
Плюс на днях начал прием L-аргинина, научные публикации говорят о его способности к восстановлению после стресса и снятию сосудистых спазмов, особенно актуально для сосудов моего головного мозга.
Я уже заметил очень значительные сдвиги за последний месяц, но в свою персональную пиковую форму все еще не вернулся. Возможно это вопрос времени, а возможно я что-то упускаю из виду или где-то недожимаю и нужно приложить больше усилий.
Буду благодарен за ваши отзывы, советы и любую помощь.
Цифровое бессмертие: сознание как программное обеспечение
Несмотря на ежегодные прорывы в науке, человеческий мозг остается малоизученным. Идея о переносе сознания из мозга в новое искусственное тело представляется чем-то пусть и далеким, но осуществимым. На что могла бы быть похожа жизнь с сознанием, обитающим в микрочипах?
Если вы когда-то запускали видеоигру с давно канувшей в Лету игровой консоли, то сама концепция загрузки сознания в новое тело вам понятна: разум — всего лишь программное обеспечение, а мозг — «железо», на котором все работает. Представьте, что однажды нейроны — ткань, формирующая ваш разум — можно будет перенести в машину, а от их «оригиналов», оставшихся в вашем черепе, — просто избавиться раз и навсегда.
Будете ли вы все еще собой? Давайте вообразим будущее, в котором полная симуляция мозга, загрузка разума и исчерпывающее понимание того, что такое коннектом, — обыденные, привычные вещи. В таком мире нейробиологи даже смогли найти способ воскрешения мертвых посредством загрузки сознания почивших в машины или новые тела — наших предков, великих ученых и философов. Каким бы был этот мир?
В статье, опубликованной в декабре 2016 года в журнале Plos One, ученые Николя Роло, Нироша Дж. Муруган, Лукас Тессаро, Джастин Коста и Майкл Персингер описали, как им удалось получить паттерн, похожий на условия живого мозга, в результате воздействия на мертвую мозговую ткань химическими и электрическими зондами. В своем материале ученые пишут об этом так:
«Это было осуществлено при помощи надежной модуляции частотно зависимых колебаний микровольт. Эти слабые микровольтовые колебания усиливались специфическими для рецепторов агонистами и их прекурсорами. Вместе эти результаты предполагают, что части человеческого мозга после смерти могут сохранять скрытые способности отвечать с потенциально жизненными и виртуальными свойствами».
Неужели это знак того, что не так долго осталось ждать, прежде чем лучшие умы человечества найдут «лекарство» от смерти и люди смогут жить вечно? Но будет ли человек все еще собой после загрузки сознания в новое синтетическое или органическое тело?
Становление человеком или потеря человечности?
Представим, что у вас есть чип микроскопических размеров, который обладает в тысячу раз большей когнитивной мощью, чем ваш мозг. Останетесь ли вы собой после того, как имплантируете его в свою ЦНС?
Предположим, вы поместите в мозг маленький чип, чтобы улучшить память, аналитическое мышление, креативность и так далее. Причем этот самый чип будет в сотни или даже тысячи раз мощнее вашего биологического мозга. Но это не означает, что вы заменили себя: это всего лишь небольшой чип — все равно что технически продвинутый протез, позволяющий инвалиду бегать, не ощущая никаких недостатков.
Схематическое сравнение между биологическим и искусственным нейроном / © Texas Tech University
Давайте посмотрим на это с другой стороны. Вы замещаете один нейрон мозга искусственным. Но искусственный нейрон работает в тысячи раз быстрее, чем биологический оригинал. По идее, вы все еще останетесь собой с одним замененным нейроном, который вряд ли заметит ваше сознание, несмотря на значительные улучшения в когнитивных способностях.
Теперь заменим еще один нейрон. Вы все еще продолжаете чувствовать себя самим собой. Ваш опыт остается тем же и накапливается так же, как и раньше, типичным образом определяя индивидуальность. Скорее всего, вы все еще ничего не замечаете, и ваше сознание — тоже: парочка сверхпроизводительных нейронов несильно что-то изменят — по крайней мере, на первый взгляд.
Тогда несколько ускорим процесс. В вашем мозге — около 100 миллиардов нейронов. На протяжении нескольких месяцев мы будем постепенно заменять всего один миллион нейронов новыми, высокопроизводительными версиями — микроскопическими совершенными машинами. Кажется, это уже не так мало. Однако вы ошибаетесь: даже по самым смелым подсчетам, вы заменили не более одной стотысячной от всех естественных нейронов.
Вы замечаете, что стали читать книги быстрее, лучше их понимаете. Абстрактные математические концепции (например, парадокс Монти Холла), которые раньше вас вводили в ступор, теперь кажутся вполне понятными. Тем не менее вы все еще вполне себе человек.
Поутру вы стукнулись мизинцем о тумбочку из-за недосыпа. Может, на пару секунд почувствовали себя одиноким. А та кассирша из магазина по соседству показалась вам весьма привлекательной.
Все еще человек или уже немного машина?
Итак, зачем останавливаться на миллионе — особых изменений с вами не произошло, чувствуете вы себя здоровым. Но вам любопытно, каково это — улучшить свой интеллект. И вы решаетесь на серьезный шаг: ежемесячно заменять по два миллиарда нейронов в течение года. К концу этой процедуры в вашей голове будет уже 24 миллиарда искусственных нейронов — почти четверть мозга.
Схема искусственного нейрона / © MPLSVPN
Ваши чувства и эмоции чудом остались нетронутыми: новые нейроны их не стерли, а просто стали обрабатывать быстрее. Но если вам это не нужно, они вполне могут обрабатывать их с той же скоростью, что и раньше. Примерно в середине этого года — когда искусственных нейронов уже около 12 миллиардов — вы начинаете замечать ощутимые изменения.
Вы развили частично эйдетическую память. Ваш разум полон любопытства и жажды познания мира, на прочтение статей из «Википедии» уходит несколько мгновений. За несколько недель вы обрели знания уровня доктора наук — по крайней мере по двадцати дисциплинам, — и это не стоило никаких усилий. Вы заново открыли для себя музыку — не только классику, а все жанры. Все искусство становится для вас опытом, связанным с трансцендентной сетью ассоциаций с другими, совсем далекими понятиями.
То, что вы испытываете, даже частично невозможно описать синестезией. Но вот в чем дело: вас это не потрясает и не удивляет — для вашего усиленного композитного мозга и усовершенствованного разума это обыденность. Подобное люди испытывают при приеме псилоцибина или диметилтриптамина. Только в вашем случае все происходит мягко и естественно — это как протрезветь после долгой вечеринки.
Вы приходите к выводу (и делаете это невероятно быстро), что, так как вы не утеряли внутренний опыт, вам следует спуститься в кроличью нору и заменить все остальное. В конце концов, все вокруг так делают.
Человеку с незавершенным апгрейдом становится сложнее найти работу. На протяжении последующих трех лет вы постепенно добавляете новые цифровые нейроны, оставляя биологические в прошлом.
Итак, это все еще вы? По завершении процедуры вы становитесь гением по всем традиционным меркам. Только самые продвинутые концепции в математике и философии заставляют вас на секунду задуматься. Вы мгновенно можете получить доступ ко всему, что когда-либо испытывали, к каждой когда-либо записанной в вашем мозге мысли (биологически или нет).
Полное схематическое описание искусственного нейрона / © Ahmed Mancy Mosa
Вы овладели каждым существующим музыкальным инструментом — просто ради забавы. Да, поначалу вам надо было освоиться — примерно по десять минут на каждый инструмент. Тем не менее вы все еще социальное существо и продолжаете испытывать грусть, любовь, ностальгию и другие человеческие эмоции. Но подобно тому, как нота, сыгранная на скрипке Страдивари, отличается от простого электронного генератора функций, ваши эмоции тоже невообразимо глубоки. Ваша прежняя, неулучшенная личность не смогла бы их осознать в полной мере. Даже близко. Вы бог, эволюционировавший человек с любопытством ребенка. Возможно, вы никогда не были религиозным человеком, но ощущение связи, духовного единения наполняет ваш сложный разум. Это одновременно и отсутствие тела, и понимание Вселенной, и повторное принятие идей, всегда открытых к пересмотру.
Сознание на цифровом носителе: будущее или рок?
Проходят годы. Благодаря той же технологии, которая позволила легко заменить нейроны и которую со временем улучшила целая планета суперсавантов, можно заменить и большую часть биологического тела. Вы практически бессмертны. Но именно практически, ведь к Земле с неистовой скоростью несется комета размером с небольшой континент. В воздухе витает досада от того, что Земля вот-вот будет уничтожена (и это сразу после того, как мы поумнели и наконец-то привели ее в порядок), но в обществе отсутствует явный экзистенциальный ужас.
Все будут в порядке, потому что люди покинут планету. Но каким образом цивилизация, даже очень разумная, может эвакуировать с планеты миллиарды людей всего за несколько лет? Для этого придется построить огромные машины, вращающиеся вокруг Солнца, а затем буквально загрузить всех в них.
Загрузить? Людей? Ну конечно, к этому моменту у всего населения (или почти) уже будет стопроцентно электронное сознание, попросту программное обеспечение. По сути, сознание всегда им и было. Только теперь оно всегда доступно, но что еще важнее — его можно дублировать.
Миллиарды битов разумов людей передаются через просторы Солнечной системы — туда, где парят компьютеры и их исполинские солнечные панели в ожидании гостей. Конечно, это постепенный процесс, чем-то похожий на то, как вы заменяли нейроны мозга много лет назад. При замене нейронов их «оригиналы» удаляются из черепа. Единственное, что вы ощущаете, — серьезную задержку в мыслях, порой дольше нескольких минут, из-за расстояния в миллионы километров между двумя половинами сознания. В итоге перенос завершен, и, когда вы очнетесь, вы обнаруживаете себя в знакомом месте.
Виртуальные миры, имитирующие Землю до нанометровых разрешений, заранее подготовлены для населения планеты. В реальном мире невообразимые полчища роботов мегаскопических и микроскопических размеров готовы строить новые компьютеры, космические аппараты, а также новых роботов, в то время как человечество готовится к рассеиванию интеллекта по космосу. Мы еще не разработали технологий для передвижения со сверхсветовой скоростью (равно как и со световой), но наши сознания и безграничные виртуальные реальности создают достаточно места для развития и никоим образом не зависят от времени. Но остались ли вы собой?
Правда ли, что нервные клетки человека не восстанавливаются?
«Нервные клетки погибают от стресса и не восстанавливаются», можно услышать, когда нам советуют не нервничать по пустякам. Мы решили проверить, подтверждается ли связь стресса с гибелью нервных клеток и восстанавливаются ли они.
(Спойлер для ЛЛ: одни восстанавливаются, другие нет. При необратимых повреждениях существуют сложные и, увы, не идеальные механизмы для решения этой проблемы)
Контекст. В художественных произведениях часто можно встретить утверждение, что не стоит нервничать, а то нервные клетки не восстанавливаются. Причём эта мысль встречается не только в художественной прозе второй половины XX века, когда нейробиология только становилась как наука, но и во вполне современной литературе. Этот же тезис используется в популярных мемах:
— Не нервничай, нервные клетки не восстанавливаются!
— Не умничай. Зубы тоже))0)
Все клетки человеческого организма имеют схожий жизненный цикл. Обычно он состоит из образования клетки, деления и гибели. Но в двух типах клеток процесс деления генетически отключён — в зрелых нейронах и в клетках сердечной мышцы. К гибели клетки могут приводить физиологические (обеспечивающие его целостность и приспособительные реакции) и патологические (направленные на компенсацию воздействия и/или последствий воздействия повреждающего фактора) процессы. Патологическое влияние (например, гипоксия) может быть необратимым и обратимым. В случае необратимого влияния клетка погибает, в случае обратимого — имеет шанс на восстановление. Это касается и нервных клеток.
Нервная система человека подразделяется на центральную и периферическую. Клетки периферической системы способны к относительно неплохой регенерации — за счёт этого, например, может восстановиться чувствительность в отрезанной и заново пришитой конечности. Клетки центральной нервной системы восстанавливаются дольше и сложнее, этим обуславливается долгая реабилитация после инсульта или спинальных травм.
Обе наши нервные системы состоят из нервных клеток двух типов: нейронов и клеток глии. Клетки глии осуществляют вспомогательные функции. Они, словно изолента, покрывают собой нейроны. При некоторых болезнях эта оболочка разрушается — например, при рассеянном склерозе. Однако она способна и к восстановлению. К сожалению, этот процесс протекает не быстро и ещё больше замедляется по мере прогрессирования заболевания. На сегодняшний день проходят клинические испытания нескольких препаратов, способных, как предполагают их разработчики, восстанавливать повреждённую оболочку.
Теперь перейдём к главным нервным клеткам — нейронам. Нейрон — это электрически возбудимая клетка, которая принимает извне, обрабатывает, хранит, передаёт и выводит вовне информацию. Она состоит из ядра, тела и отростков, похожих на щупальца: аксона и одного или нескольких дендритов.
В случае повреждения не только оболочки, но и их самих, нейроны всё ещё имеют потенциал восстановления. Недавно группа учёных из Кембриджского университета открыла особый белок, который позволяет им восстанавливаться. Введение этого белка потенциально способно лечить глаукому у человека (так как при глаукоме атрофируется зрительный нерв).
Учёные подсчитали, что у человека около 86 млрд нейронов, 16 млрд из которых находятся в коре больших полушарий. Для сравнения, в коре полушарий чёрного дельфина (или гринды) 37,2 млрд нейронов, а у африканского слона суммарно 257 млрд — правда, 98% его нейронов расположены в мозжечке, а не в коре мозга. В день в организме человека может погибать до десятка тысяч нервных клеток. Тогда как же человек сохраняет память и интеллект до весьма преклонных лет? Этому есть несколько объяснений.
Во-первых, гибель нейронов — абсолютно естественный процесс для человеческого организма. И во многом благодаря этому процессу наша нервная система настолько пластична. Например, у круглых червей на протяжении всей жизни ровно 162 нейрона. Они не погибают. Подобным же образом устроена нервная система моллюсков и насекомых. Именно из-за фиксированного количества нейронов эти животные не способны значительно изменять своё поведение и обучаться.
Так как нейроны — одни из самых ресурсозатратных клеток в нашем теле, организм сам избавляется от наименее активных нейронов, которые имеют мало связей с другими клетками. Функции «убитого» нейрона тут же берут на себя соседние, укрупняясь в размерах и формируя новые связи.
Во-вторых, нейрогенез (формирование новых нейронов взамен утраченных) всё-таки существует. Впервые о нём сообщил Джозеф Альтман в 1962 году. Он опубликовал в журнале Science статью «Формируются ли новые нейроны в мозге млекопитающих?», в которой рассказал о своём эксперименте. Электрическим током он разрушил участок в мозге крысы и ввёл туда радиоактивное вещество, способное проникать в новые клетки. Через несколько месяцев в других участках мозга животного появились новые радиоактивные нейроны. Однако тогда его открытие не вызвало широкого научного интереса. Во второй раз нейрогенез «открыли» почти через 20 лет. Профессор Фернандо Ноттебом из Рокфеллеровского университета доказал, что брачные песни самцов канареек изменяются от сезона к сезону именно из-за значительного обновления клеток в вокальном центре мозга. Параллельно с ними советский профессор А. Л. Поленов обнаружил нейрогенез у амфибий. В 1998 году Питер Эрикссон и Фред Гейдж доказали нейрогенез и у человека. На сегодняшний день известно, что существует как минимум три места образования новых нейронов: гиппокамп, обонятельные луковицы и миндалевидное тело.
Однако нейрогенез представляет собой не классическое деление, а скорее процесс трансформации. Клеткой-предшественником в случае нейрогенеза выступают не нейроны, а другие типы клеток — например, клетки глии или стволовые клетки.
❗️ Согласно новейшему исследованию есть даже немедикаментозные способы улучшать нейрогенез — в частности, активные занятия спортом и прогулки, а также 3D-видеоигры.
Сейчас исследование нейрогенеза — одна из самых перспективных областей медицины. Ведь если получится контролируемым образом запускать образование новых нейронов у человека, то можно значительно продвинуться в терапии болезней Паркинсона и Альцгеймера, а также дать возможность реабилитации пациентов со спинальными травмами.
Между прочим, самое большое количество нервных клеток человек теряет не в последние годы жизни, а ещё во внутриутробный период — порядка 70% от заложенных изначально. Существует множество причин гибели нейрона, одна из которых, конечно же, стресс. Однако речь идёт не о банальных переживаниях по поводу проблем на работе или сложностей в личной жизни. Если бы организм на каждый стресс реагировал уничтожением части нервной ткани, то мы бы очень быстро теряли дееспособность и умирали. Речь идёт о действительно серьёзных внешних воздействиях. Например, в эксперименте с крысами в качестве источника стресса использовали периодические удары током, включение резких и громких звуков, а также помещение животных в узкие клетки. Более того, после того как источник стресса убрали, органические повреждения их мозга остались. Учёные считают, что у людей, как и у всех других млекопитающих, подобные процессы происходят под воздействием стресса.
Таким образом, по совокупности имеющихся на сегодня научных данных мы можем говорить, что стресс действительно выступает одним из факторов гибели клетки наряду со многими другими. При этом при обратимых повреждениях нервные клетки могут восстанавливаться, а при необратимых человеческий мозг имеет достаточно возможностей «поставки» новых нейронов.
Наш вердикт: большей частью неправда (если не читали статью и сразу пролистали сюда — прочитайте развернутый вывод в последнем абзаце))
Новости науки за неделю: Рой нанороботов; Причина зубной боли; Частоты атомных часов; Сравнение мозга приматов
Продолжаем отбирать и подробно рассказывать о самых интересных новостях науки за прошедшую неделю.
01:00 Ученые обнаружили генетическую причину разницы в размере мозга человека и обезьян
03:10 Ученые сравнили частоты сверхточных атомных часов
06:08 Ученые пронаблюдали рой нанороботов внутри организма
09:11 Ученые выяснили, почему зубы болят от холода
11:56 Мышиные эмбрионы в биореакторах
(все ссылки на пруфы и исследования под роликом на ютубе. Короткая текстовая версия ниже)
Прежде, чем мы перейдем к рассказу о самых интересных новостях науки предыдущей недели, предлагаем вам самую интересную астрономическую новость узнать из ролика пулковского астронома Кирилла Масленникова, опубликованного в прошлый четверг по самым горячим следам https://youtu.be/_HzrSPQY35I (первое в мире изображение тени черной дыры в поляризованном свете).
Ученые обнаружили генетическую причину разницы в размере мозга человека и обезьян
Ученые сравнили частоты сверхточных атомных часов
Ученые потихоньку подбираются к переопределению секунды, которая еще в 1967 году была зафиксирована как время, равное вот такому (9192631770) количеству периодов излучения,
соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. То есть с этого времени секунду определяли по атомным часам с атомами цезия, которые испускают и поглощают свет определенной частоты. Но за последнее время в архитектуре атомных часов произошли качественные улучшения, позволяющие определить секунду еще точнее. От широко используемых микроволновых атомных часов, которые могут измерять время в секундах с точностью до 16 знака после запятой, мы переходим к оптическим атомным часам, которые лучше в 100 раз, т.е. могут дать точность в 18 знаков после запятой. Это происходит за счет возможности измерения частоты в оптическом диапазоне с большей точностью, чем в микроволновом.
Но для того, чтобы внедрить эти улучшения, необходимо убедиться, что мы умеем сравнивать между собой частоту разных часов, использующих разные атомы. С одинаковыми атомами ученые умеют справляться. Более того, сравнение частот в оптическом диапазоне нужно делать через оптоволоконный кабель, а хочется проводить калибровку в беспроводном режиме, как это можно делать с микроволновыми часами.
Ученые из коллаборации Боулдеровская оптическая сеть атомных часов (BACON (Boulder Atomic Clock Optical Network)) решили обе проблемы. Они смогли измерить отношения резонансных частот трех оптических атомных часов, причем часы на основе иттербия-171 и алюминия-27 были в одном институте, а на основе стронция-87 в другом. Их соединили при помощи четырехкилометрового оптоволокна, а часы с иттербием и стронцием еще и оптической лазерной связью по воздуху на расстоянии 1,5 километров. Вот более точная схема. Измерения проводили при помощи так называемых оптических частотных гребенок, высокоточных инструментов работающих с лазером и в волокне, и в воздухе. Их влияние на измерение было минимальным, на порядок меньше измеряемой частоты. В итоге отношения частот в атомах всех трех часов были измерены с точностью от 6 до 8 на 10 в минус 18 степени, и это на данный момент рекордная величина. Эти исследования могут внести вклад в более точную систему хронометража и, соответственно геопозиционирования, геодезии и даже, неожиданно, в поиск отклонения фундаментальных констант, что ведет за пределы Стандартной физики в области Новой физики. Эксперимент коллаборации BACON как раз наложил ограничение на взаимодействие бозонов темной материи с обычной материей.
Ученые пронаблюдали рой нанороботов внутри организма
Рой нанороботов самоорганизовался в организме мыши. Пусть нанороботы в ближайшей перспективе не сильно впечатляют, они должны лишь перемещаться и переносить грузы вроде лекарств к опухолям или пораженным органам. Ни самовоспроизводства, ни мысленного управления, но это пока. Основная проблема с ними сейчас в том, что их очень сложно отслеживать в организме. Для начала разберемся с перемещением. Нанороботы, участвующие в новом эксперименте, работают на ферментной тяге, они используют вещества в
организме, например, мочевину, которые взаимодействуют с заложенными в робота ферментами, в случае с мочевиной это уреаза. В результате химической реакции возникает реактивный поток ионов карбоната и аммония, позволяющий разогнать робота до скоростей в несколько сантиметров в час.
Ученые выяснили, почему зубы болят от холода
Если вдруг кто-то из вас, дорогие зрители, никогда не испытывал острую, челюстеломную, ни с чем не сравнимую зубную боль от холодного напитка или укуса мороженого, я вам искренне завидую. Все еще впереди.
Около десяти лет назад ученые обнаружили, что клетки, производящие белок TRPC5, чувствительны к холоду. Когда становится морозно, в клетках периферической нервной системы этот белок открывает канал, позволяющий ионам преодолевать клеточную мембрану, фактически он позволяет передачу нервного импульса.
Под защитной нечувствительной эмалью в зубе расположен слой дентина, испещренный каналами. Под твердым дентином расположена пульпа, содержащая в себе одонтобласты, клетки, формирующие дентин, и нервы. Кстати, именно нервное сплетение Рашкова дарит нам те самые незабываемые ощущения. Ранее основная теория зубной боли от холода заявляла, что температурные колебания создавали давление на жидкость в каналах дентина, и она уже передавала сигнал в нервы зуба.
В последовавших экспериментах ученые использовали генетически модифицированных мышей с отключенным ионным каналом TRPC5. Они хотели узнать, будут ли их поврежденные зубы также реагировать на холод, как у обычных мышей. Все правильно, такие мыши будто не чувствовали боли, как будто сидели на сильных обезболах.
Кстати, ученые порылись в человеческих зубах и подтвердили, что в них тоже есть этот ионный канал, из чего последовал вывод, что у людей именно он отвечает за болевые ощущения от холода. Сюрприз заключался в том, что TRPC5 активен в одонтобластах, тех клетках, которые производят дентин, и не отвечают вообще-то за передачу ощущений. Но что есть, то есть, холод, проникающий по каналам в дентине, заставляет одонтобласты открывать ионный канал и передавать сигнал в пучки нервов.
Кстати, есть лекарство, эвгенол, применяемое в стоматологии и воздействующее на TRPC5 канал.