Одним из важных направлений с использованием ПЭТ стало микрокартирование мозга, позволяющее определить «местожительство» наиболее сложных проявлений человеческих возможностей, отвечающих, например, за грамматику, смысл речи или математические вычисления. Приток глюкозы с радиоактивной меткой точно указывает центр усиленной работы нервных клеток.

Методом магнитного резонанса, передающего информацию на специальный сканер, можно воочию наблюдать, какие участки мозга активизируются, когда человек испытывает те или иные эмоции. Так, исследования, проведенные в лаборатории неврологии эмоций в Висконсинском университете в Мадисоне, показали, что префронтальная (расположенная за лобной долей) кора левого полушария вовлечена в формирование положительных эмоций, а соответствующий ей участок «правой» коры, наоборот, связан с отрицательными эмоциями, а также функцией запрещения. Изучение этих процессов открывает хорошие перспективы реабилитации людей с психическими заболеваниями.

Другой мощный источник информации о работе мозга дали успехи молекулярной биологии. Физиологи давно догадывались, что долгосрочные изменения в нервной системе, такие как память, каким-то образом связаны с работой генов. В 60-е годы прошлого века, под влиянием ряда открытий, связанных с расшифровкой генетического кода, возникли даже гипотезы, что запоминаемая информация, подобно генетической, записывается в виде больших линейных молекул. Вскоре выяснилось, что в нейронах, вовлеченных в обучение, действительно начинается бурный синтез каких-то белков. Однако на роль «молекул памяти» они явно не годились: чему бы ни учили животное, белки у него вырабатывались одни и те же.

Однако в 90-е годы исследователи получили возможность быстро определять и белки, и гены, с которых они были считаны. И вскоре «белки обучения» были опознаны как факторы транскрипции — сигнальные вещества, запускающие синтез других белков (такие цепочки сигналов, работающие как каскадные усилители, — обычное дело в биохимических системах). В этих многоступенчатых реакциях еще многое неясно, но предполагается, что их конечным продуктом могут быть белки-рецепторы к нейромедиаторам — веществам, передающим нервный импульс с одного нейрона на другой (или, наоборот, подавляющим активность нейрона-адресата). Если это так, то увеличение числа рецепторов может облегчать передачу сигнала, а это прямо соответствует тому, что давно ищут нейрофизиологи.

Еще в 1949 году канадский психолог Дональд Хебб предположил, как мог бы быть устроен механизм памяти. По мнению ученого, главные события памяти разворачиваются в зоне контакта двух нейронов — синапсе. Если через данный синапс импульсы какое-то время идут чаще обычного, то в нем происходят перестройки, облегчающие прохождение сигнала, и в дальнейшем нейрон будет срабатывать и на те импульсы, которые прежде не могли подвигнуть его на импульс. Формирование такого «облегченного запуска» и есть элементарный акт запоминания. В то время эта схема была чисто бумажной, у физиологов не было возможности проследить процессы, происходящие в синапсе. Сегодня они появились. И известно уже множество генов, активизирующихся в ходе работы нейрона.

Если в теле нейрона сигнал существует в форме электрического потенциала, то при контакте между нейронами в дело вступают химические посредники — медиаторы. В местах контакта мембраны соприкасающихся нейронов не сливаются, а образуют особую структуру — синапс. В этом месте цитоплазма одного из нейронов содержит крохотные пузырьки с веществом-медиатором. С приходом нервного импульса часть этих пузырьков изливает содержимое в пространство между мембранами — синаптическую щель. Достигнув противоположной мембраны, молекулы медиатора связываются с расположенными в ней белками-рецепторами. Те изменяют свое состояние, открывая в мембране каналы для ионов калия, натрия и кальция. Чем больше молекул медиатора достигнет рецепторов, тем вероятнее возникновение нервного импульса, который затем охватит все тело нейрона-адресата. Бывают, впрочем, и тормозные синапсы, выброс медиатора в которых усиливает поляризацию мембраны, снижая вероятность возникновения импульса. Каждый синапс может проводить сигналы только в одном направлении. Сегодня известно несколько десятков различных медиаторов. Почти все они представляют собой относительно простые органические вещества — как правило, аминокислоты, производные аминокислот или цепочки из небольшого числа аминокислот (пептиды). Есть, впрочем, и медиаторы неаминокислотной природы, как, например, ацетилхолин, имеющий широчайшее распространение. Многие медиаторы химически сходны с гормонами или внутриклеточными сигнальными веществами. Во всех синапсах одного нейрона, как правило, выделяется один и тот же медиатор, но при этом в одних синапсах он может передавать возбуждение, а в других — торможение. (Недавно выяснилось, что аминокислота глютамат в синапсах ведет себя как обычный медиатор, а связываясь с рецепторами вне синапса, может запускать апоптоз — самоуничтожение нейрона-адресата.) Разнообразие медиаторов не удается связать и с функциональной специализацией выделяющих их нейронов. Наиболее убедительное объяснение этого феномена принадлежит российскому нейрохимику Дмитрию Сахарову, предположившему, что оно отражает историю становления нервной ткани: клетки-связники, эволюционно возникая в разных тканях, использовали разные сигнальные вещества. Слившись позднее в единую нервную систему, они сохранили свои «фамильные» медиаторы. На фото: Синапс — зона контакта двух нейронов. В цитоплазме одного содержатся молекулы медиатора (красные шарики), которые через синаптическую щель достигают рецепторов (розового цвета) на мембране другого нейрона и открывают каналы (оранжевые) для ионов К, Са и Nа, участвующих в проведении нервного импульса

«Все эти исследования очень убедительно показывают УЧАСТИЕ данного гена в той или иной деятельности, но показать его РОЛЬ они, конечно, не могут. И получается, что один ген заставляет организм совершить сложное целенаправленное действие», — иронизирует сотрудник лаборатории нейрофизиологических основ психики Института психологии РАН кандидат психологических наук Александр Горкин. По его мнению, сегодня физиология столкнулась на молекулярно-генетическом уровне с тем же, с чем на уровне морфологическом она уже сталкивалась во времена опытов начала прошлого века. Дело в том, что любая деятельность не только мозга в целом, но и всех его частных механизмов всегда системна, целостна и нацелена на достижение определенного результата, а потому заведомо пластична. Если обычный путь достижения результата почему-то невозможен, система ищет и находит другие пути. Это и позволяет мозгу всякий раз обманывать исследователей, пытающихся «привязать» его функции к определенным структурам, будь то участки коры, клетки или гены. Предположив, что такая-то структура играет ключевую роль в неком процессе, исследователь удаляет или блокирует ее, а мозг тут же находит ей замену.

И тем не менее, по мнению Александра Горкина и его коллег, массированная атака на мозг с применением новых методов все-таки приносит свои плоды — в последние десятилетия мы узнали немало нового. Оказалось, например, что вопреки известной фразе «нервные клетки не восстанавливаются» у взрослых людей и животных идет созревание нейронов из клеток-предшественников. Этот процесс доказан для обонятельных луковиц и гиппокампа (неприметной, но очень популярной у ученых складочки древней коры, играющей важную роль в процессах памяти), и есть подозрения, что он происходит и в новой коре. Другим открытием последних лет стала долговременная потенциация — то самое постулированное Хеббом улучшение проводимости постоянно работающего синапса. Правда, в лаборатории этот эффект зарегистрирован при таких условиях, которые вряд ли происходят в организме, но умозрительная модель Хебба все больше обретает реальные очертания. Наконец, возможность регистрировать активность большого числа нейронов одновременно и изощренные способы обработки результатов позволяют подступиться к анализу согласованной работы нейронных ансамблей. Таким путем, например, немецкий физиолог Морис Ингер обнаружил своеобразный тип синхронизации активности нейронов, возникающей лишь тогда, когда совокупность движущихся точек складывается для животного в целостный образ. А в конце прошлого года группа американских ученых во главе с Роберто Фернандесом нашла в мозгу пчелы нечто очень похожее на еще одно теоретическое построение Дональда Хебба — модель кратковременной памяти. Когда экспериментаторам удается обнаружить и опознать явления, предсказанные теоретически, это считается показателем хорошего понимания изучаемого предмета. Но обольщаться не следует: человеческий мозг гораздо сложнее и неожиданнее самых логичных и обоснованных теорий, какие только можно придумать. Однако комплексный подход к изучению процессов, происходящих в мозгу, с использованием аппаратов, позволяющих получать «карту» метаболической активности различных отделов мозга, в сочетании с молекулярно-генетическим анализом позволяет по-новому взглянуть на проблему лечения самых сложных заболеваний.