Ученые составили карту зон мозга, связанных со склонностью к курению

Все извилины и борозды человеческого мозга давно поименованы и описаны. В нейроанатомических атласах одинаковое серое вещество коры больших полушарий раскрашено в разные цвета. Этой цветной карте уже более ста лет. А сама идея, что психические функции локализованы в разных местах на поверхности коры мозга человека, возникла и вовсе на рубеже XVIII и XIX веков. Немецкий врач Франц Галль (1758–1828) создал так называемые френологические карты мозга, где разместил свойства психики, которые назвал «способностями души». С точки зрения современной науки поразительные карты Галля — плод умозаключений, основанных не на экспериментальных данных, а только на собственных наблюдениях. Однако над реализацией его идеи учёные бьются в течение двух столетий.

В конце XIX века немецкие физиологи нашли в коре мозга собак и кошек зону, электрическая стимуляция которой вызывала непроизвольное сокращение мышц противоположной стороны тела. Им удалось точно определить, в каких участках этой зоны представлены разные группы мышц. Позднее эту зону (её назвали моторной) описали и в человеческом мозгу, она находится спереди от центральной (роландовой) борозды, наиболее глубоко разделяющей кору полушарий в поперечном направлении. Здесь последовательно расположены представительства мышц гортани, рта, лица, руки, туловища, ноги, причём площадь участков коры вовсе не соответствует размеру частей тела. Канадский невролог Уайлдер Грейвс Пенфилд и Е. Болдри, сопоставив то и другое, нарисовали в этом месте забавного человечка — гомункулуса. У него огромный язык, губы, большие пальцы на руках, а ручки-ножки и туловище совсем маленькие. Симметричный гомункулус живёт и позади центральной борозды, только он не моторный, а сенсорный. Участки этой зоны коры мозга связаны с кожной чувствительностью различных частей тела. Моторная и сенсорная зоны тесно взаимодействуют между собой, так что обычно их рассматривают как единую сенсомоторную кору. Позднее выяснилось, что всё устроено немного сложнее: физиологи нашли ещё одно полное двигательное представительство тела меньшего размера, отвечающее за поддержание позы и некоторые другие сложные медленные движения.

Своё полномочное представительство в коре больших полушарий имеют и все органы чувств. Например, в затылочной области мозга человека находится зрительная кора, в височной доле — слуховая, обонятельное же представительство разбросано по нескольким частям мозга. В коре есть и так называемые ассоциативные поля, где происходят анализ и синтез информации, поступающей из первичных полей органов чувств. Ассоциативные поля наиболее сильно развиты у человека, особенно те из них, которые расположены в лобной доле, с ними физиологи связывают высшие проявления психики — мышление, интеллект. Ещё в середине XIX века французский учёный Поль Брока и немецкий психиатр Карл Вернике обнаружили в левом полушарии мозга человека две области, которые имеют отношение к речи При повреждении зоны Брока — в задней трети нижней лобной извилины, у больного нарушается речь, если же затронута зона Вернике — в задней трети верхней височной извилины, больной может говорить, но его речь становится бессодержательной.

Так что на сегодня физиологам немало известно о строении и функциях мозга. Но чём больше они узнают, тем больше загадок остаётся. И никто из современных исследователей не может утверждать, что знает, как работает мозг. Существующие на сегодня карты мозга по степени информативности, вероятно, можно сравнить с географическими картами средних веков, когда очертания материков лишь отдалённо напоминали реально существующие, а белые пятна по площади превышали всё остальное. «И самое главное, зная приблизительно географию, мы не имеем представления, что происходит в разных «странах». Чем они занимаются, как живут«, — комментирует директор Института мозга человека РАН член-корреспондент РАН Святослав Всеволодович Медведев.

Задача убрать белые пятна с карты мозга и увеличить её разрешение гораздо более сложна, чем заполнение белых пятен в географии. Особенно если речь идёт о человеческом мозге и высших проявлениях человеческой психики. Возможно ли действительно спроецировать на поверхность мозга человеческие чувства, напряжение мысли, муки творчества? Можно ли будет когда-нибудь сказать: эта зона отвечает за принятие решения, эта группа клеток — за чувство прекрасного, вот здесь гнездится зависть, а тут начинается зона любви?

«Правильнее говорить не о картировании мозга, а о картировании мозговых функций, — объясняет С.В. Медведев. — Задача состоит в том, чтобы определить, где расположены нейроны, которые принимают участие в решении той или иной задачи, и понять, как эти части мозга взаимодействуют между собой. Наконец, сверхзадача для нейрофизиолога — цель, от которой мы пока ещё очень далеки, — соотнести происходящие в мозгу события с тем, что человек думает, расшифровать коды высшей нервной деятельности».

Мозг говорит на электрическом языке

Первые данные о локализации высших мозговых функций были получены в эпоху «клинико-анатомических сопоставлений», то есть наблюдений за больными, у которых были повреждены какие-то участки мозга. Затем, в конце 20-х годов прошлого века, наступила эпоха господства электрофизиологических исследований. Физиологи научились регистрировать электрическую активность мозга — электроэнцефалограмму (ЭЭГ) человека через электроды, наложенные на кожу головы (впервые это сделал австрийский психиатр Ганс Бергер в 1929 году). Этот метод стал основным в изучении работы мозга и его заболеваний — первые электрофизиологи верили, что при помощи ЭЭГ можно познать всё. Действительно, ЭЭГ отражает разнообразные процессы, происходящие в мозгу, но сложность в том, что она регистрирует суммарную электрическую активность, суммирует и усредняет работу огромного количества нервных клеток — нейронов. И в этом состоит её методическое ограничение.

Затем появились другие способы изучения электрической активности мозга, например метод вызванных потенциалов — это электрические волны, возникающие в тех или иных областях коры мозга в ответ на специфическую стимуляцию. В зрительной коре они появляются на вспышку света, в слуховой — на звук и т. д. Этот метод много дал для изучения локализации функций в зонах коры больших полушарий, и с его помощью мозговая карта была существенно уточнена. Но и у него есть ограничения, прежде всего при изучении мозга человека.

С развитием микроэлектродной техники стало возможным регистрировать электрические разряды отдельных нейронов. В основном это делается, естественно, в экспериментах на лабораторных животных. Прорыв в исследованиях мозга человека появился тогда, когда возникла возможность регистрировать электрическую активность человеческих нейронов непосредственно из мозга с помощью имплантированных подкорковых электродов. Этот метод в начале 60-х стала применять академик Наталья Петровна Бехтерева. Тонкие электроды вводили в мозг пациента в лечебных целях — с их помощью можно было прицельно воздействовать на участки мозга. Но коль скоро в мозг пациента вживлён электрод, то надо использовать эту возможность и получить от него максимум информации. Такой электрод регистрирует активность окружающих нейронов, и это уже совсем другой уровень разрешения, чем можно получить с электрода, расположенного на поверхности головы.

Новая ступень в изучении мозга и нейрокомпьютеры

Открытия О’Кифа и супругов Мозер несомненно являются одними из самых значимых в нейробиологии последний десятилетий. Благородя их исследованиям ученые познакомились с совершенно новым типом работы нейронов, при котором клетки образуют многокомпонентную сеть, позволяющую осуществлять сложные когнитивные процессы.

Кроме фундаментального значения, изучение ориентационной системы мозга играет важную роль и для клинической практики. Некоторые заболевания нервной системы, например, болезнь Альцгеймера, сопровождаются нарушением пространственного ориентирования и пространственной памяти.

Изучение работы сложных нейронных структур имеет важное значение для активно развивающейся области нейрокомпьютеров и робототехники, позволяя использовать элегантные природные решения в качестве технологических находок.

Написано с использованием материалов Нобелевского комитета.

Нейроны «грамотные» и «креативные»

С помощью имплантированных подкорковых электродов физиологам из Института мозга человека РАН удалось узнать много нового о том, как мозг справляется с речью. Как уже упоминалось, области Брока и Вернике, имеющие отношение к речи, были известны давно. «Правильнее ограничиться определением «имеющие отношение к речи», а не употреблять выражение «зона речи», — подчеркивает С.В. Медведев. — Помните анекдот про таракана, у которого, оказывается, «уши на ногах»? Нужно осознавать, что и зоны Брока и Вернике, возможно, не центр речи, а некий интерфейс».

В совершенно другом месте коры мозга исследователи нашли детектор грамматической правильности осмысленной фразы. Группа нейронов усиливает свою электрическую активность, если фраза, которую слышит испытуемый, грамматически правильная, и ослабляет её, когда она грамматически неправильна. Если испытуемому предложить фразы «голубая лента» и «голубой лента», эти «грамотные» нейроны сразу заметят разницу. Другая группа нейронов различает слова родного языка, слова, похожие на них фонетически, и иностранные слова. «Это означает, что нейронная популяция практически мгновенно анализирует фонетическую структуру слова и относит её к типам: «понимаю», «не понимаю, но что-то знакомое» и «совсем не понимаю», — говорит С.В. Медведев. В связи с этим возникает вопрос, одинаково или по-разному работают эти нейроны у людей, одарённых врождённой грамотностью, и у тех, у кого с этим проблемы. Скорее всего, отличия есть, но, для того чтобы дать точный ответ, нужно набрать достаточно много испытуемых.

«Мы нашли группы нейронов, различающих конкретные и абстрактные слова, нейроны, которые, по-видимому, отвечают за счёт, — рассказывает дальше Святослав Всеволодович. — Мы выявили области мозга, которые связаны с обобщением, с принятием решения. Для всех систем нейронов характерна полифункциональность: это означает, что в разных функциях могут участвовать одни и те же клетки. Специализация нейронов относительна — в зависимости от ситуации они могут принимать на себя разные обязанности. Например, когда погибает капитан корабля, на его место становится штурман или кто-то другой. Поэтому мозг — очень гибкая система». Свойство взаимозаменяемости нейроны со временем теряют и приобретают большую специализацию. Маленький ребёнок не может одновременно идти и разговаривать, если его окликнуть, он споткнётся и упадёт. Дело в том, что у него вся кора занята либо одним, либо другим. Школьник не должен отвлекаться на уроке, иначе он не усвоит материал. Со временем происходит всё большее и большее разделение мозговых территорий, поэтому взрослый человек может одновременно вести машину и поддерживать беседу, разговаривать по телефону и просматривать документы и т. д.

Н.П. Бехтерева и её сотрудники нашли в мозге нейроны, которые работают как детектор ошибок. Какова их роль? Они реагируют на любое нарушение стереотипной последовательности действий. «Вы уходите из дома и на улице чувствуете: «Что-то не так…» — объясняет С.В. Медведев. — Так и есть — забыли выключить свет в ванной». Нейроны-детекторы ошибок расположены в разных частях мозга — в теменной коре правого полушария, в роландовой борозде, в верхнетеменной и теменно-височной областях коры, в поясной извилине.

Но и метод имплантированных электродов имеет ограничения. Электроды, само собой разумеется, вживлены не везде, где этого бы хотелось физиологам, а только там, где нужно по клиническим показаниям. Не значит ли это, что мы ищем там, где светлее, а не там, где потеряли?

Немного об истории

Построением карты поверхности головного мозга занималось много ученых: Бейли, Бец, Экономо и прочие. Их карты значительно отличались друг от друга по форме полей, их размерам, количеству. В современной нейроанатомии наибольшее признание получили поля головного мозга по Бродману. Всего насчитывается 52 поля.

Павлов, в свою очередь, подразделил все поля на две большие группы:

• центры первой сигнальной системы;
• центры второй сигнальной системы.

Каждый центр состоит из ядра, играющего ключевую роль в осуществлении функции определенного центра, и анализаторов, окружающих ядро. Примечательно то, что центры в коре головного мозга регулируют функционирование органов на противоположной стороне тела. Это связано с тем, что проводящие пути нервных волокон делают перекрест на своем пути от центра к периферии.

Поля мозга по Бродману обозначены арабскими цифрами, у некоторых также есть обозначение, из которого можно понять функцию конкретного поля.

Сканер для мозга работает на позитронах

Традиционно используемый в медицине рентген для получения картины мозга — не лучший метод. Совсем другие возможности возникли с появлением магниторезонансной томографии (МРТ). В Институте мозга человека РАН активно используется метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). И тот и другой метод даёт изображение мозга. В чём разница между ними?

МРТ основана на свойствах некоторых атомных ядер, прежде всего ядер атомов водорода, при помещении их в магнитное поле поглощать энергию в радиочастотном диапазоне и излучать её после прекращения воздействия радиочастотного сигнала. В зависимости от «окружения», то есть от свойств биологической ткани, в которой находятся эти ядра, меняется интенсивность их излучения. Поэтому удаётся видеть изображения различных структур мозга. Суть же метода ПЭТ — в слежении за исчезающе малыми количествами вещества, помеченного радиоактивным ультракороткоживущим (период полураспада — минуты) изотопом. Изотоп излучает позитроны, которые аннигилируют с электронами, испуская два гамма-кванта, и разлетаются в противоположные стороны. Если зарегистрировать детектором эти гамма-кванты, то можно определить местонахождение атомов меченого вещества. Вещество выбирают такое, чтобы его концентрация отражала активность клеток мозга. Например, если где-то увеличивается концентрация глюкозы с радиоактивной меткой, это значит, что нейроны активно её потребляют, а следовательно, активно работают. Если в это время испытуемый выполняет какое-либо задание, то мы видим, какие области мозга участвуют в его выполнении. Метод ПЭТ позволяет применять короткоживущие изотопы (О, N, С, F), не очень вредные для пациента.

С помощью ПЭТ можно также наблюдать изменение мозгового кровотока при том или ином поведении. При активации какой-либо области мозга кровь активно к ней приливает. Если ввести в вену меченную радиоактивным кислородом воду, она поступает в сосуды мозга, и её можно зарегистрировать. Туда, где оказывается больше меченого кислорода, поступает больше крови, значит, именно там усиливается активность.

Вторая сигнальная система: расположение

Присутствие второй сигнальной системы характерно только для человека. Именно эти центры обеспечивают высшее мышление, которое включает в себя обобщение информации, мечты, логику. По сути, для нормального мышления и речи необходима активация всех полей Бродмана, но можно выделить центры, которые имеют свои специфические функции:

• 44 — расположено в задней части нижней лобной извилины;
• 45 — находится кпереди от 44 поля, в переднем участке лобной извилины;
• 47 — размещено ниже двух предыдущих полей, ближе к базальной части лобной доли;
• 22 — одна из наиболее передних ;
• 39 — находится в задней части верхней височной извилины.

От грамматических форпостов к лабиринтам творчества

С помощью ПЭТ исследователи продолжили изучение человеческой речи уже на целом мозге. Они увидели, где происходит обработка речевой информации: отдельных слов, смысла текста, где происходит его запоминание. Они показали, что медиальная экстрастриарная кора вовлечена в обработку орфографической структуры слов, значительная часть левой верхневисочной коры (зона Вернике), вероятно, участвует в семантическом анализе. Порядок слов анализируется передней частью верхневисочной коры. Когда человеку показывают связный текст, даже не предлагая его читать (нужно было просто считать количество появлений какой-либо буквы), мозговой кровоток усиливается, а значит, мозг вовлекается в лингвистическую работу. (Если предъявлять слова, перемешанные в случайном порядке, мозг так не реагирует.)

Даже «божественный» процесс творчества оказался подвластен расшифровке, по крайней мере, физиологи в лаборатории Н.П. Бехтеревой к этому приблизились. Человеку предлагают некое творческое задание, например составить рассказ из набора слов, и в реальном времени видят, какие области мозга начинают активно работать. Оказалось, творческая деятельность сопровождается главным образом изменением связей между разными зонами мозга. Больше всего новых связей появляется у левой передневисочной зоны с передними зонами коры, а с задними, наоборот, связь ослабляется. Теряются связи теменных и затылочных структур между собой. И всё это происходит именно при выполнении творческого задания, если же задача лишена творческих элементов, таких изменений нет. Локальный мозговой кровоток при выполнении более творческого задания по сравнению с менее творческим усиливается в правой префронтальной коре. Отсюда учёные делают вывод, что именно эта область непосредственно связана с «креативностью».

Интересует исследователей и феномен непроизвольного внимания: например, человек ведёт машину, слушает радио, беседует и вдруг мгновенно реагирует на стук мотора, говорящий о том, что с двигателем что-то не в порядке. В двух лабораториях с помощью двух разных методов: С.В. Медведев методом ПЭТ и Ю.Д. Кропотов методом имплантированных электродов, обнаружили одни и те же зоны, где в такие моменты происходит активация, — в височной и в лобной коре. Активация возникает в ответ на рассогласование ожидаемого и реального стимулов, например когда звук от мотора не такой, каким должен быть. Другой феномен — селективное внимание, помогающее человеку в сплошном гуле голосов на коктейль-приёме следить за речью одного собеседника, того, который ему интересен. По-видимому, за фокусировку пространственного внимания в этом случае отвечает префронтальная кора. Она настраивает либо правую, либо левую слуховую кору, в зависимости от того, в какое ухо подаётся важная информация.

Говоря о картировании мозга, важно понимать, что мозг, строго говоря, не поделен на чётко разграниченные участки, каждый из которых отвечает только за свою функцию. Всё гораздо сложнее, поскольку в процессе выполнения любой функции нейроны разных областей взаимодействуют между собой, составляя нейронную сеть. Исследование того, как отдельные нейроны объединяются в структуру, а структура в систему и целостный мозг, — задача будущего.

«ПЭТ — мощный инструмент для изучения практически любой функции, но его одного недостаточно, — говорит С.В. Медведев. — Задача ПЭТ — ответить на вопрос «где?«, а чтобы ответить на вопрос «что происходит?», следует сочетать ПЭТ с электрофизиологическими методами. Совместно с британскими физиологами мы создали систему для параллельного анализа ПЭТ и ЭЭГ, которые дополняют друг друга. Вероятно, именно за таким подходом — будущее».

Год назад (статья опубликована в 2004 г. — П. З.) группа учёных из шести стран мира объявила о создании трёхмерной компьютерной карты человеческого мозга, по которой можно определить предрасположенность человека к некоторым заболеваниям. Создатели карты полагают, что уже могут связать те или иные болезни, например болезнь Альцгеймера или аутизм, с разными участками коры мозга. Сейчас они заняты уточнением деталей своего изобретения.

Поля Бродмана

• Поля 1 и 2, 3 — соматосенсорная область, первичная зона . Находятся в постцентральной извилине . В связи с общностью функций используется термин «поля 1 и 2, 3
  » (спереди назад)
• Поле 4 — первичная моторная кора . Располагается в пределах прецентральной извилины
• Поле 5 — вторичная соматосенсорная зона. Располагается в пределах верхней теменной дольки
• Поле 6 — премоторная кора и дополнительная моторная кора (вторичная моторная зона). Располагается в передних отделах прецентральной и задних отделах верхней и средней лобной извилин.
• Поле 7 — третичная зона. Расположена в верхних отделах теменной доли между постцентральной извилиной и затылочной долей
• Поле 8 — располагается в задних отделах верхней и средней лобной извилин. Включает в себя центр произвольных движений глаз
• Поле 9 — дорсолатеральная префронтальная кора
• Поле 10 — передняя префронтальная кора
• Поле 11 — обонятельная область
• Поле 12 —
• Поле 13 —
• Поле 14 —
• Поле 15 —
• Поле 16 —
• Поле 17 — ядерная зона зрительного анализатора — зрительная область, первичная зона
• Поле 18 — ядерная зона зрительного анализатора — центр восприятия письменной речи, вторичная зона
• Поле 19 — ядерная зона зрительного анализатора, вторичная зона (оценка значения увиденного)
• Поле 20 — нижняя височная извилина (центр вестибулярного анализатора, распознавание сложных образов)
• Поле 21 — средняя височная извилина (центр вестибулярного анализатора)
• Поле 22 — ядерная зона звукового анализатора
• Поле 23 —
• Поле 24 — передняя поясная кора
• Поле 25 —
• Поле 26 —
• Поле 27 —
• Поле 28 — проекционные поля и ассоциативная зона

Головной мозг — сложнейший орган в человеческом организме. Наиболее высокоорганизованная его часть — это кора. Благодаря ее наличию человек способен читать, писать, думать, помнить и прочее. Изучению особенностей строения коры уделяли внимание многие ученые. Существует множество работ о делении коры на так называемые поля Бродмана. Именно о них и пойдет речь далее в статье.

Вторая ипостась гена

В начале 50-х годов прошлого века возникла идея, что память не может ограничиваться только электрическими процессами — для долговременного хранения информации в мозгу она должна быть законсервирована в химическом виде. Хотя в ту пору существовали ещё весьма общие представления о геноме клетки, появилась мысль, что он не только хранит наследственную информацию, но и участвует в хранении информации, приобретённой в течение жизни.

Чтобы это проверить, нужно было посмотреть, вызывает ли обучение синтез нуклеиновых кислот и белков в мозге. После того как стал известен принцип работы генома — ДНК → РНК → белок, эксперименты стали более целенаправленными. И вот что выяснилось. Сразу после того, как животных обучали какому-либо навыку, в их мозге усиливается синтез РНК. (Для того чтобы это обнаружить, им вводили вещества-предшественники РНК с радиоактивной меткой). Это происходило и с мышами, которых обучали избегать электрического тока в ответ на звуковой сигнал, и с цыплятами, у которых вырабатывали запечатление на объект, и с золотыми рыбками, которых обучали плавать с прикреплённым к брюшку плотиком. А если синтез РНК затормозить, то животные совершают много ошибок или вообще не способны усвоить навык.

В это же время в мозгу синтезируются и новые белки — это также удалось определить по включению радиоактивных изотопов. Блокаторы синтеза белка нарушают долговременную память, не затрагивая память краткосрочную. Из этого становится понятно, как работают гены: при обучении на матрице ДНК синтезируется РНК, которая, в свою очередь, порождает новые белки. Эти белки вступают в действие через несколько часов после приобретения информации, и они-то обеспечивают её хранение. А инициаторы всех этих событий — электрические процессы, происходящие на мембране нервной клетки.

Группа исследователей из отдела системогенеза Института нормальной физиологии РАМН под руководством доктора медицинских наук члена-корреспондента РАМН К.В. Анохина поставила перед собой задачу найти такие методы исследования, которые бы позволяли одновременно исследовать активность нервных клеток во всём мозгу в связи с каким-либо поведением или познавательной (когнитивной) деятельностью. «Начиная работу, мы были убеждены, что информация от синапсов передаётся на другой, более глубокий уровень — проникает в ядро клетки и каким-то образом изменяет работу генов, — говорит Константин Владимирович — Осталось найти эти гены».

Надо сказать, что в клетках мозга работает несметное множество генов — у человека половина из всех изученных генов экспрессируется только там. Задача была в том, чтобы из всего их множества найти ключевые, участвующие в сохранении новой информации. Поиск увенчался успехом в середине 1980-х годов, когда К.В. Анохин и его коллеги обратили внимание на так называемые «непосредственные ранние гены». Такое название они получили за способность первыми откликаться на внеклеточные стимулы. Роль же «ранних» генов заключается в том, чтобы «разбудить» другие — поздние гены. Их продукты — регуляторные белки — транскрипционные факторы, воздействуют на участки молекулы ДНК и запускают процесс транскрипции — переписывания информации с ДНК на РНК. В конце концов «поздние» гены синтезируют свои белки, которые вызывают в клетке необходимые изменения, например образуют новые связи нейрона.

Первая сигнальная система: расположение

Центры первой сигнальной системы расположены в полях Бродмана, которые присутствуют и у животного, и у человека. Они отвечают за простую реакцию на внешний раздражитель, формирование ощущений, представлений. Эти центры присутствуют и в правом, и в левом полушарии коры головного мозга. Поля Бродмана первой сигнальной системы есть у человека с рождения и в норме не подвергаются изменениям в течение жизни.

К этим полям относятся:

• 1 — 3 — находятся в теменной доле коры головного мозга позади от центральной извилины;
• 4, 6 — расположены в лобной доле кпереди от центральной извилины, имеют в своем составе пирамидные клетки Беца;
• 8 — это поле находится кпереди от 6-го, ближе к фронтальной части лобной коры;
• 46 — расположено на наружной поверхности лобной доли;
• 41, 42, 52 — размещены на так называемых извилинах Гешле, на базальной части височной доли головного мозга;
• 40 — находится в теменной доли позади 1 — 3 полей, ближе к височной части;
• 17 и 19 — расположены в затылочной части головного мозга, наиболее дорсально от остальных полей;
• 11 — одна из наиболее древних структур, находится в гиппокампе.

Самый любознательный ген

Из всей группы «ранних» генов исследователей более всего заинтересовал ген c-fos К.В. Анохин и его коллеги с 1987 года занимаются изучением роли этого гена в обучении — по их мнению, именно он подходит на роль универсального зонда для картирования мозга. «Этот ген обладает несколькими уникальными свойствами, — объясняет К.В. Анохин — Во-первых, в спокойном состоянии клетки он молчит, у него практически нет «фонового уровня» активности. Во-вторых, если в клетке начинаются какие-либо новые информационные процессы, он очень быстро откликается на них, нарабатывая РНК и белки. В-третьих, он универсален, то есть активируется в самых разных частях центральной нервной системы — от спинного мозга до коры. В-четвёртых, его активация связана с обучением, то есть с формированием индивидуального опыта». Чтобы доказать последнее утверждение, учёные провели десятки экспериментов, проверяя, при каких именно воздействиях c-fos выйдет из подполья и начнёт действовать. Оказалось, ген не реагирует на очень сильную стимуляцию, например световую, звуковую или болевую, в тех случаях, когда воздействие не несёт в себе элементов новизны. Но как только ситуация обогащается новой информацией, ген тут же «просыпается».

Например, в эксперименте мышей помещали в камеру, где им пришлось перенести серию слабых, но неприятных электрокожных раздражений. В ответ на это в нескольких областях их мозга — в коре, гиппокампе и мозжечке бурно экспрессировался c-fos. Однако если эту процедуру проводить ежедневно, то на шестой день ген уже не отвечает. Мыши по-прежнему реагируют на удар током, но он для них стал уже не новым, а ожидаемым событием. Можно вновь вызвать активацию c-fos, если в очередной раз поместить мышей в камеру — и не подвергать их уже привычной процедуре. И в том и в другом случае ген отмечает событие, когда внешние стимулы не согласуются с матрицей индивидуальной памяти. Такое рассогласование происходит при любом усвоении новой информации, и поэтому c-fos — неизбежный спутник познавательных процессов в мозге.

В другом опыте участвовали новорождённые цыплята, которых разделили на четыре группы. Цыплята первой группы вылуплялись в темноте и ни разу не видели света, второй группе повезло больше — её содержали при обычном 12-часовом световом цикле, цыплят из третьей группы сразу после рождения переносили в условия обогащённой зрительной среды, а цыплят четвёртой группы сначала держали в обычных условиях, а на второй день переносили в обогащённую среду. У всех подопытных цыплят оценивали экспрессию гена c-fos на второй день после вылупления. Что оказалось? У первых трёх групп, несмотря на такие разные условия, в которых они провели два дня своей короткой жизни, c-fos не проявил себя. Зато у четвёртой группы, которым сменили среду на зрительно обогащённую, c-fos активизировался. Для них она была внове, в то время как цыплята третьей группы уже успели к ней привыкнуть.

Экспрессия c-fos увеличивалась и у цыплят, которые клевали заинтересовавшую их бусинку, она оказывалась горькой, и птенцы с одного раза обучались избегать её в дальнейшем. Но вообще выяснилось, что активация гена вовсе не зависит от успешности обучения и точно так же сопровождает ошибочные действия. Ген c-fos реагирует и просто на новый объект — для его активации достаточно однократного предъявления животному нового объекта всего на 10 секунд.

Исследователи предположили, что c-fos и другие ранние гены — тот самый мостик, через который индивидуальный опыт животного вступает во взаимодействие с его генетическим аппаратом.

Вторая сигнальная система: функции

Как уже было отмечено выше, цитоархитектонические поля Бродмана второй сигнальной системы необходимы для осуществления высшей нервной деятельности. А основное отличие человека от животного — способность к речи.

В 45 поле находится центр Брока. Он необходим для нормальной моторики речи. Именно благодаря наличию этого центра человек способен произносить слова. При его повреждении развивается состояние под названием «моторная афазия».

В 44 поле находится центр письменной речи. Импульсы из этого участка коры поступают к скелетным мышцам пальцев и кисти. При его разрушении человек теряет способность писать, что получило название «аграфия».

47 поле отвечает за пение. Именно при нормальной работе этого центра человек может произносить слова нараспев.

В 22 поле находится центр Вернике. Здесь происходит анализ слуховой речи. Благодаря нормальной работе 22 поля человек воспринимает слова на слух.

39 поле — центр зрительной речи. Функционирование этого поля позволяет человеку различать символы, написанные на бумаге. При его повреждении человек теряет способность читать, что называется сенсорной алексией.

Примечания

1. Brodmann Korbinian.
   Vergleichende Lokalisationslehre der Grosshirnrinde : in ihren Principien dargestellt auf Grund des Zellenbaues. — Leipzig: Johann Ambrosius Barth Verlag, 1909.
2. Сапин М. Р., Билич Г. Л.
   Анатомия человека. — М.:: «Высшая школа», 1989. — С. 417. — 544 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-06-001145-3.
3. Gerhardt von Bonin & Percival Bailey.
   The Neocortex of Macaca Mulatta. — Urbana, Illinois: The University of Illinois Press, 1925.
4. Е. Д. Хомская.
   Нейропсихология, 4-е издание. — Питер, 2008.