Два сценария изменения пирамидального нейрона А. При содержании в обогащенной среде он превращается в варианты B и C с высокой плотностью дендритных отростков. При содержании в обедненной среде он превращается в варианты D, E и даже F. Численность отростков резко сокращается вплоть до полного отмирания дендритного дерева. Рисунок выполнен на основании данных, полученных методом Гольджи[6].
У грызунов, что вели активную жизнь и упражняли свою нервную систему, в мозге было больше вспомогательных глиальных клеток. Глиальные клетки защищают нейроны, снабжают их энергией и необходимы для обмена веществ в них. Что особенно важно, наблюдалось повышенное число отростков нервных клеток (дендритов), с помощью которых нейроны связываются друг с другом и получают информацию.
Мозг крыс из обогащенной среды отличался и по ряду иных показателей. Он содержал повышенный объем и плотность нервной ткани в целом. Например, затылочная доля весила на 6,4 % больше, чем у их товарищей из клеток, бедных на стимулы.
Сперва экспериментальные результаты доктора Даймонд были приняты с крайним скептицизмом, поскольку шли вразрез с господствующими представлениями. Однако вскоре многие другие подхватили ее эстафету.
Так, в 1980-х Брюс МакИв подошел к проблеме с несколько иной стороны[7]. Он поместил в общую клетку две тупайи: одна была доминантным, напористым и пышущим силами грызуном, а другая – низкоранговой и слабой особью. Чтобы лучше понять мизансцену, представьте, что в детстве вас заперли в комнате с самым отвратительным и при этом совершенно непобедимым школьным хулиганом и это соседство продолжалось 24 часа в сутки в течение 28 дней. Слово «стресс» едва ли способно описать всю остроту неприятных переживаний второй тупайи.
Брюс МакИв обнаружил, что месячное пребывание в подобном «психосоциальном аду» вызвало значительное снижение объема нервной ткани в гиппокампе за счет уменьшения числа дендритов. Поскольку гиппокамп ответствен за хранение кратковременной памяти и ее перезапись в долговременную, нужно полагать, это плохо сказалось на умственных возможностях бедного грызуна.
Как стало ясно в следующие десятилетия, провоцирующие сильный стресс или обедненные обстоятельства снижают и количество нервных клеток в гиппокампе, в то время как стимулирующие условия имеют обратный эффект.
Конечно, в работе МакИва речь шла лишь об атрофии дендритов гиппокампа. Тем не менее в сочетании с данными Мэриан Даймонд и в свете множества новых экспериментов, где исследовались изменения в других зонах мозга и в других условиях, к 1990-м годам у нас вырисовалась общая картина.
Пластичность нервных систем стала непреложным научным фактом. Стало ясно и то, что ее масштабы намного больше, чем прежде считалось возможным. К настоящему времени существует уже несколько сотен тысяч работ на эту тему, и каждый год приносит все новые и новые ее примеры изо всех уголков и ниш царства жизни.
Одним из потрясающих открытий последнего времени является феномен обратимой нейропластичности у индийских прыгающих муравьев[8]. Когда их королева умирает, муравьи-рабочие устраивают между собой состязание за освободившийся трон. Ставки здесь высоки – победительница не просто становится новой маткой, производящей коллективное потомство всей колонии. Ее ждет жизнь в покое, неге, изобилии и под постоянным присмотром сотен муравьиных нянек.
Когда одна из самок одерживает триумфальную победу над соперницами, в ее организме наблюдаются глубокие метаморфозы. Размер ее яичников увеличивается, а вот мозг, напротив, уменьшается на четверть. Новый образ жизни уже не будет ставить перед ней столь сложных задач, как в пору ее бедной рабочей жизни.
Муравьиный мозг также претерпевает сильную реконфигурацию. Старые программы поведения в нервной системе переводятся в режим глубокого сна, а на их место заступают совсем иные навыки и сценарии поведения, соразмерные ждущим ее материнским задачам.
Нечто поразительное происходит в том случае, если в колонии случается дворцовый переворот и самка оказывается низвергнута со своего пьедестала. Не тратя времени на сожаления и с полным принятием столь драматического поворота колеса фортуны, она отращивает себе назад утраченную четверть мозга. После этого она возвращается к исполнению своих былых пролетарских обязанностей. Кто знает, может быть жизнь новоявленной королевы окажется скоротечна, и на следующем состязании поверженной владычице вновь улыбнется удача?
6
Diamond MC. Response of the brain to enrichment. An Acad Bras Cienc. 2001 Jun; 73(2):211-20.
7
Magarinos AM, McEwen BS et al. Chronic psychosocial stress causes apical dendritic atrophy of hippocampal CA3 pyramidal neurons in subordinate tree shrews. J Neurosci 16. 1996: 3534–3540.
8
Penick Clint A et al. Reversible plasticity in brain size, behaviour and physiology characterizes caste transitions in a socially flexible ant (Harpegnathos saltator). Proc Biol Sci. 2021 Apr 14;288(1948):20210141.