Чем различается экспрессия генов в нейронах и клетках других типов? Существует ли наследственная память? Излечимы ли болезни Паркинсона и Альцгеймера? Об этом рассказывает доктор биологических наук Павел Милославович Балабан.
Оказалось, что молекулярная биология и генетика достигли таких высот в своем развитии и, самое главное, удешевления методов, которыми они пользуются, что на сегодняшний день у нас есть возможность за сравнительно нормальную сумму получить полный геномный анализ одной клетки или десятка нервных клеток. А это означает, что мы можем уже адресованно смотреть, чем десять нервных клеток в этой области отличаются от десяти нервных клеток в соседней области, особенно если мы знаем, что при обучении эти реагировали.
Нейродегенеративные заболевания связаны с разрушением нервных клеток в мозге. Первое, что страдает, — это когнитивная сфера, память — вы знаете болезнь Альцгеймера. При Паркинсоне на поздних стадиях тоже есть поражение когнитивной сферы. Эти болезни на сегодняшний день неизлечимы. Несмотря на то, что суммы потрачены в развитых государствах на исследования болезни Альцгеймера и Паркинсона — они просто фантастические, это сотни миллиардов долларов, — ни одного больного ни в одной стране мира еще пока что не вылечено. Связано это прежде всего с огромной сложностью нервной системы, со сложностью процессов формирования памяти и вообще с развитием нервной системы, с огромной спецификой работы нервной системы.
В клетке кожи, печени, костной ткани экспрессируется, то есть работает, примерно 20–25% генов, которые есть в геноме, а в нервных клетках — до 70%. То есть гораздо больше генов участвует. Хотя они, для человека по крайней мере, формально описаны структурно все — вот есть такие гены, но функцию пока что мы знаем всего 30% генов — с чем они связаны и как они работают. Это отдельная задача физиологии, и для тех, кто работает с памятью, это, конечно, задача для нейрогенетики памяти.
Павел Милославович Балабан – доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, профессор, заведующий лабораторией клеточной нейробиологии обучения Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, директор ИВНДиНФ РАН.
Одна из самых главных загадок нейрофизиологии — это вопрос, что происходит при обучении. Мы все знаем, что каждое животное и человек может обучиться чему-то. И какие-то материальные следы этого должны остаться в нашем мозгу. Психологи, к сожалению, описывают эти процессы несколько иначе, чем физиологи, и пытаются описать разум как какую-то самостоятельную сущность. Физиологи же, раскрыв мозг, находятся в положении тех физиков, которые открывают радиоприемник, видят все детали, могут зарегистрировать звук, но собственно музыку они там не увидят никогда, потому что ее там нет. Так и наш мозг воспроизводит мысль, но в самом мозгу ее нет.
Где и как хранится память в мозге? Какой объём информации может вместить человеческий мозг? О материальных носителях памяти и о механизмах памяти и забвения доктор медицинских наук Константин Анохин и доктор биологических наук Павел Балабан.
Почему одни события в нашей жизни сохраняются в памяти надолго, а другие исчезают без следа? Исследования процессов, которые формируют развивающийся мозг, позволят ответить на этот вопрос.
Известно, что во время фазы медленного сна происходит закрепление усвоенной накануне информации. Германские нейробиологи установили, что если во время медленного сна человек ощущает тот же запах, который он обонял в процессе обучения, то запоминание происходит эффективнее. Обонятельный сигнал, получаемый во сне, приводит к активизации нейронов гиппокампа — отдела мозга, ответственного за формирование долговременной памяти. Эти результаты показывают, что закрепление новых знаний во время медленного сна — активный процесс, требующий работы гиппокампа, а не побочный эффект общего снижения мозговой активности.
Что мы узнали о мозге за последние полтора века? Как сказал один учёный, изучение мозга похоже на изучение вселенной. По хорошему, мозг и есть полтора килограмма Вселенной — так же сложно и так же запутанно. Тем не менее, мы постепенно распутываем этот безумно сложный клубок загадок. Что же мы успели узнать о мозге? Синапсы, зеркальные нейроны, внутренняя система GPS, промывка мозга каждую ночь, принцип «всё или ничего»… Можно ли изучать мозг при помощи телефона или антивещества? О важнейших открытиях в нашей собственной Вселенной расскажет научный журналист, один из главных популяризаторов нейротематики в России, главный редактор портала Нейроновости Алексей Паевский.
Считалось, чтобы вызвать инфекцию просто белков недостаточно. Проблема в том, что они не могут хранить информацию — только реализовать её. Для передачи наследственной информации даже самые маленькие вирусы используют ДНК или РНК. Но в 1980-х стало ясно, что болезнь куру, фатальную семейную бессонницу, почесуху, коровье бешенство и некоторые другие серьёзные болезни нервной системы вызваны именно белками. За открытие белков-прионов, вызывающих их, в 1997 была присвоена Нобелевская премия по физиологии. У обычных белков бывает только одна стабильная структура, а повреждённые молекулы, с неправильной структурой, разрушаются в протеасомах клетки. Прионы же имеют несколько стабильных структур, и ничем хорошим это не заканчивается.
Прокрастинация — склонность откладывать дел на потом, несмотря на очевидные негативные последствия такого бездействия. Нейрофизиологи сравнили активность различных областей мозга у людей с разной склонностью прокрастинировать. Это позволило обнаружить нейронные основы этого тяжелого расстройства: ослабление сигналов, поступающих от высших «волевых» центров префронтальной коры, и усиление эмоциональных команд лимбической системы.
Прионы по определению — это белковая инфекция. Это значит, что это инфекционный агент, который не имеет генома в виде РНК или ДНК. На самом деле это очень серьезно, потому что если мы возьмем какой-нибудь вирус, то эти вирусы миллиарды лет тренировались в том, чтобы проникать в организм хозяина, накопили всяческие приспособления, которые старательно записали в своем геноме. У приона ничего этого нет, и в этом его маленькое чудо.