Выразить сложность мозга наглядными цифрами и в самом деле очень и очень трудно. Самым очевидным было бы пересчитать клетки, но эти стандартные методы анализа тканей не позволяют установить точное число клеток во всем мозге. Поэтому бразильский нейрофизиолог Сузана Эркулану-Озель, поставив перед собой эту задачу, была вынуждена изобрести особую процедуру[133]. Ее лаборатория получает мозг недавно умерших испытуемых и при помощи сочетания едких химикатов и механического дробления превращает его в слизистую вязкую жидкость. После такого разрушения, как ни странно, сохраняется важная часть каждого мозга – ядра клеток, содержащие ДНК всех клеток; кроме того, по ядру можно определить, какая это была клетка – нейрон или глиальная. Затем исследователи вычисляют плотность ядер в заданном объеме слизистого вещества, полученного из мозга, и по ней определяют количество клеток, составлявших растворенный орган. Эркулану-Озель и ее коллеги при помощи этого метода установили, что в среднем человеческий мозг состоит из 171 миллиарда клеток, из которых примерно половина – нейроны[134].
Чтобы оценить количество синапсов, требуется гораздо более трудоемкая процедура. Ученые тщательно окрашивают образцы взятой посмертно ткани мозга металлическим красителем, который особенно хорошо пристает к синапсам. Затем ткань мозга рассекают на тонкие слои, каждый меньше тысячной доли миллиметра в толщину, и изучают срезы при увеличении в 50 тысяч раз под электронным микроскопом. Подсчитав таким образом синапсы в большом количестве репрезентативных срезов, ученые экстраполируют результат и получают среднее количество синапсов в отделах мозга, откуда были взяты срезы[135]. Такой процесс показывает, что в коре человеческого головного мозга может быть до 10 тысяч синапсов на каждый нейрон[136].
Что говорят такие количества клеток и синапсов о способностях мозга? Если мы ненадолго позволим себе согласиться с упрощенческой аналогией «мозг-компьютер» и представим себе, что каждый синапс сравним с компьютерным битом – переключателем, у которого есть две позиции, 1 и 0, в зависимости от того, активен синапс или неактивен, – получится, что мозг может хранить 100 тысяч гигабайт памяти, примерно столько, сколько нужно на 20 тысяч полнометражных фильмов в современном высоком разрешении (чтобы осознать масштабы, представьте себе, что к вам в голову целиком помещается «Netflix»). Но мозг – не жесткий диск, его обширный запас синапсов применяется в основном для передачи данных между клетками, а этот процесс меняет еще и силу каждого синапса. Многие синапсы задействуются и «обновляются» несколько раз в секунду. Так что держать в голове «Netflix» все-таки невозможно, но триллионы синапсов у вас в мозге способны обеспечивать куда более динамичные и разнообразные функции, чем устройство, способное хранить столько фильмов.
На уровне клеток и синапсов сложность мозга значительно нарастает из-за микроскопической Вселенной хитроумных элементов, составляющих каждую клетку. Каждая клетка несет 35 000 генов, которыми природа снабдила нас, людей. В разных структурах мозга профиль экспрессии генов (какие гены включены, а какие выключены) существенно разнится; у мышей одни лишь паттерны экспрессии генов позволяют нам идентифицировать более 50 смежных областей и подобластей мозга[137]. Каждая клетка мозга содержит также многочисленные органеллы, субклеточные структуры, которые выполняют задачи вроде хранения генетического материала и утилизации отходов. Среди органелл в мозге особенно распространены митохондрии, «клеточные энергоустановки»; они потребляют около 20 % всего запаса энергии, расходуемой организмом[138]. Если перейти на масштаб еще меньше, окажется, что в мозге содержится бесчисленное множество биоактивных молекул. Среди важных разновидностей этих молекул и около сотни нейромедиаторов и нейромодуляторов, о которых мы говорили в предыдущей главе, и крупные биологические молекулы, например, белки и ДНК, играющие в пределах каждой клетки весьма специфические роли. В сумме молекул в мозге больше, чем звезд во Вселенной, – их буквально миллиарды миллиардов миллиардов.
133
S. Herculano-Houzel and R. Lent, «Isotropic fractionator: A simple, rapid method for the quantification of total cell and neuron numbers in the brain»,
134
F. A. Azevedo et al., «Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain»,
135
J. DeFelipe, P. Marco, I. Busturia, and A. Merchan-Perez, «Estimation of the number of synapses in the cerebral cortex: Methodological considerations»,
136
Опубликованные оценки количества синапсов на нейрон значительно разнятся, но большинство источников указывают результаты в диапазоне от тысячи до 10 тысяч, а некоторые даже больше.
137
Y. Ko et al., «Cell type-specific genes show striking and distinct patterns of spatial expression in the mouse brain»,
138
D. Attwell and S. B. Laughlin, «An energy budget for signaling in the grey matter of the brain»,