Мозг долгожителя. 7 шагов к ясности ума, крепкой памяти и устойчивому вниманию

С внешней стороны капилляры оплетены отростками астроцитов, которые способствуют формированию барьерных свойств эндотелия и регулируют работу транспортных систем. Также в состав ГЭБ входит базальная мембрана из ВКМ, которая служит дополнительным фильтром.

Проницаемость ГЭБ избирательна. Низкомолекулярные, не имеющие заряда, жирорастворимые вещества (H₂, О₂, СО₂, этанол, никотин и др.) могут проходить через липидный бислой оболочки клетки. Транспорт заряженных, водорастворимых соединений ограничен и требует специальных механизмов – избирательных белков-переносчиков и рецепторопосредованного транспорта через эндотелиальные клетки. Глюкоза, аминокислоты, нуклеозиды (кирпичики ДНК и РНК), некоторые регуляторные пептиды (инсулин, трансферрин) переносятся в мозг с помощью специализированных белков-транспортеров. Более крупные белки, такие как антитела (инактивирующие инфекционный агент) и липопротеины (несущие клеткам мозга необходимые жиры и холестерин), могут проходить через ГЭБ путем эндоцитоза – попадания в барьерные клетки внутри пузырьков, отпочковывающихся от оболочки клетки.

В то же время ГЭБ (если он не поврежден, конечно) надежно блокирует проникновение в мозг токсинов, патогенов и компонентов иммунной системы. Он также выделяет белки, которые активно выкачивают из мозга обратно в кровь многие ксенобиотики (лекарства, пестициды и др.)

Кора головного мозга считается «средоточием» интеллекта и разума у млекопитающих.

ГЭБ помогает поддерживать ионный гомеостаз (постоянство состава) мозга, препятствуя резким колебаниям концентрации ионов (таких как K⁺, Na⁺, Cl^—, Ca²⁺, Mg²⁺ и другие), которые могут нарушить генерацию и проведение нервных импульсов. Также он удерживает в мозге нейромедиаторы и нейротрофические факторы (пептиды-регуляторы клеточного роста).

Проницаемость ГЭБ может меняться при различных патологических состояниях. При нейровоспалении активированная микроглия и астроциты выделяют цитокины (сигнальные молекулы, влияющие на клетки иммунной системы) и активные формы кислорода (свободные радикалы), которые повреждают плотные контакты между клетками ГЭБ и увеличивают внутриклеточный транспорт, что приводит к отеку мозга, нарушению работы нейронов. Хроническая дисфункция ГЭБ вносит вклад в развитие нейродегенеративных заболеваний, эпилепсии, рассеянного склероза.

С другой стороны, ГЭБ является серьезным препятствием для доставки в мозг лекарственных препаратов. Поэтому активно разрабатываются методы обратимого раскрытия барьера, соединения лекарств с носителями, узнаваемыми транспортными системами ГЭБ, липосомальными формами доставки.

Таким образом, мозг – это не просто совокупность нейронов, а сложнейшая многокомпонентная система, все элементы которой находятся в постоянном структурном и функциональном взаимодействии. Нейроны, глиальные клетки, внеклеточный матрикс и гематоэнцефалический барьер образуют единый комплекс, который обеспечивает развитие и работу центральной нервной системы.

Мозг человека в аспекте эволюции

Удивительно, но факт – люди не имеют ни абсолютного, ни относительного превосходства в размерах головного мозга среди млекопитающих. У китов, дельфинов и слонов самый большой мозг – до 10 кг; мозг человека имеет среднюю массу 1,35 кг. Если предположить, что абсолютный размер мозга имеет решающее значение для интеллекта, тогда киты или слоны должны быть умнее людей, а лошади умнее шимпанзе, что определенно не так.

Размер мозга по отношению к размеру тела имеет тенденцию уменьшаться с увеличением размера тела, в результате чего у мелких животных относительно большой, а у крупных – относительно небольшой мозг. У землероек мозг составляет 10 % или более от объема тела, в то время как у самого крупного млекопитающего (и современного животного), синего кита, мозг занимает менее 0,01 % тела. Кстати говоря, в этом контексте 2 % для человеческого мозга очень высоки, учитывая тот факт, что Homo sapiens принадлежит к довольно крупным млекопитающим. Если бы разум диктовался относительным размером мозга, то землеройки были бы самыми умными млекопитающими, что звучит довольно невероятно.

Тогда что же определяет степень ума?

В ходе эволюции наших предков произошло резкое увеличение площади поверхности коры головного мозга. Кроме того, среди млекопитающих с большим мозгом у приматов самая толстая кора – 3–5 мм, а у китообразных и слонов – удивительно тонкая (1–1,8 мм).

С увеличением объема коры плотность упаковки нейронов нередко уменьшается, но у приматов необычно высокая, а у китообразных и слонов – необычно низкая плотность упаковки. Все это подводит к тому факту, что человеческий мозг имеет наибольшее количество корковых нейронов (действительно, их около 15 миллиардов), несмотря на то, что человеческий мозг и кора намного меньше по размеру, чем у китообразных и слонов (10–12 миллиардов).

Таким образом, наилучшее соответствие между характеристиками мозга и степенью интеллекта у млекопитающих достигается за счет сочетания числа нейронов коры или мантии полушарий головного мозга, плотности упаковки нейронов, межнейронного расстояния и скорости проводимости в аксонах – факторов, обусловливающих способность к обработке информации. Эта способность совпадает с понятием «общий интеллект», который в значительной степени определяется эффективностью рабочей памяти и, соответственно, способностями к умственным манипуляциям.

Самый высокий общий интеллект среди известных живых существ обнаружен у людей, за которыми следуют человекообразные обезьяны, потом обезьяны Старого и Нового Света. У китообразных (самые умные из них – касатки) и слонов общая способность обработки информации намного ниже из-за более тонкой коры полушарий, низкой плотности упаковки нейронов и меньшей скорости аксональной проводимости.

Тогда зачем китам и слонам такой большой мозг, ведь его содержание очень энергозатратное? Как известно, на 90 % размер головного мозга определяется размерами тела животного. Поэтому одна из гипотез – это для того, чтобы координировать движения своего гигантского тела. Вторая более экзотическая – чтобы избежать переохлаждения мозга, ведь тенденция к его увеличению в эволюции совпала с наступлением ледникового периода.

Напротив, у врановых и попугаеобразных птиц очень маленькие и плотно упакованные нейроны в мантии больших полушарий и поэтому относительно много нейронов, что, несмотря на довольно малые объемы мозга, может объяснять их высокий интеллект. Развитие обменов коммуникативными сигналами между особями, скорее всего, послужило дополнительным драйвером развития интеллекта, тот же процесс, возможно, произошел у певчих и попугаеобразных птиц.

Только приматы (включая человека) имеют префронтальную кору полушарий в строгом смысле слова вместе с ее специфическими функциями, такими как контроль внимания, планирование действий, выбор действий и принятие решений. Соответственно, поражения гранулярной (зернистой) префронтальной области у приматов и человека имеют драматические последствия для упомянутых функций, чего не происходит у крыс, когда поражается лобная кора.

Особенностью лобной коры приматов является наличие гранулированной префронтальной области, которая характеризуется дополнительным четвертым слоем, содержащим множество мелких нейронов. Фронтальная кора других млекопитающих (например, грызунов) не имеет такой зернистой области. Кроме того, нейроны префронтальной коры головного мозга человека обладают более сложным ветвлением, увеличенным количеством аксонов и дендритных шипов на нейрон, что приводит к большему числу синапсов и более широким кортикальным колонкам (группа нейронов, расположенная в коре головного мозга перпендикулярно его поверхности) по сравнению с другими приматами. Нейробиологи интерпретируют эти показатели как причину резкого увеличения общей способности обработки информации префронтальной коры головного мозга человека.

Мозг человека потребляет около 20 % всей энергии организма, хотя составляет лишь 2 % от массы тела.

В настоящее время взаимно дополняют друг друга две концепции относительно эволюции высших когнитивных способностей у людей в сравнении с другими млекопитающими. Одна из этих концепций может быть названа «теорией непрерывности» в том смысле, что более высокие когнитивные способности людей и их нейробиологическая основа являются результатом общих эволюционных тенденций, обнаруженных у позвоночных, млекопитающих и в частности приматов. Эти тенденции привели к увеличению абсолютного и относительного размера мозга и к пропорциональному увеличению кортикального и, в итоге, лобного коркового объема. Таким образом, наибольшее количество кортикальных нейронов (особенно в лобной доле), наиболее эффективная их связность, обнаруживаются у людей.