402 НАУЧНАЯ СЕССИЯ ОБЩЕГО СОБРАНИЯ РАН
АКТУАЛЬНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ О МОЗГЕ
ДОКЛАД АКАДЕМИКА М.А. ОСТРОВСКОГО
Я назвал свой доклад "Актуальные направления современной науки о мозге". Не наук, а именно науки, чтобы подчеркнуть, что наука о мозге едина. Она включает не только физиологию, но практически все биологические и ряд медицинских дисциплин, а также физику с её выдающимися техническими достижениями, химию с её безграничными возможностями синтеза новых препаратов (важно только знать, что синтезировать). Она включает математику и информатику, ибо настало время попытаться систематизировать огромный массив накопленных данных и построить, хотя бы в первом приближении, информационную теорию мозга. И, несомненно, наука о мозге включает психологию и философию. Историческая спираль познания мозга идёт от философии — от философии древних греков, рассуждений Платона о "духе и теле". Долгий путь философии привёл к психологии, которая как научная дисциплина оформилась лишь к середине XIX в. Психология стимулировала становление физиологии мозга. Современная же физиология мозга на очередном витке спирали вновь привела к психологии и философии. И снова возникает извечный философский вопрос о том, материальна или идеальна мысль как продукт деятельности мозга — во всяком случае, в её высшей творческой форме.
Что касается физиологии, то одними из первых, кто начал перекидывать мост от физиологии к психологии, были наши великие учёные И.М. Сеченов и И.П. Павлов. Сеченов это сделал в середине XIX в. своими "Рефлексами головного мозга", которые Павлов назвал "гениальным взмахом сеченовской мысли". Сам Павлов — своими условными рефлексами, которые вошли теперь в школьные учебники. Именно Сеченов и Павлов дали мощный толчок развитию российской физиологической школы, которая, к счастью, сохранилась.
Достижения современной науки о мозге поразительны. Сейчас они вызывают к жизни грандиозные национальные проекты масштаба ядерного или космического. Америка и Китай уже начинают реализовывать такого рода проекты, которые направлены на здоровье человека и на создание новых информационных технологий. На этот вызов времени должна ответить и Россия. Научный потенциал у нас пока для этого имеется, нужна только мощная поддержка. Нынешняя научная сессия, посвящённая мозгу, организована Президиумом академии очень и очень вовремя.
Я постараюсь обозначить актуальные, по моему разумению, направления в изучении мозга, а
также назвать некоторых учёных и лаборатории, которые активно и на хорошем уровне работают по этим направлениям. Начну с двух новых методических подходов, никоим образом не отрицая, конечно, необходимости применения и развития других — традиционных и совсем новых методов.
Как мне представляется, можно выделить следующие наиболее перспективные направления современной науки о мозге:
♦ эволюция и индивидуальное развитие;
♦ молекулярная физиология;
♦ физиология сенсорных систем;
♦ физиология движения;
♦ физиологические основы психических функций — обучения, памяти, поведения, сознания;
♦ нейроинформатика: информационные и вычислительные подходы, теоретическая математика.
МЕТОДЫ, РЕВОЛЮЦИОНИЗИРУЮЩИЕ СОВРЕМЕННУЮ НЕЙРОБИОЛОГИЮ
Первый из них — визуализация нервных клеток и мозга в целом, регистрация их функциональной активности. По существу, речь идёт о трёх уровнях визуализации: внутриклеточной, клеточной и макроструктур мозга человека и позвоночных животных.
На внутриклеточном уровне открывается возможность оптического наблюдения работы молекулярной "машинерии" клетки, например с помощью ион-зависимых и потенциал-зависимых зондов. Реальным стало молекулярно-генетиче-ское картирование экспрессии определённых генов. На клеточном уровне, в частности на срезах мозга in vitro и у генетически изменённых линий животных, возможна регистрация активности отдельных нейронов или групп нейронов мозга позвоночных и беспозвоночных животных. Наконец, стала доступной визуализация локальной активности макроструктур мозга человека и позвоночных животных с помощью обширного комплекса методов оптического картирования, позитронно-эмиссионной и функциональной магнитно-резонансной томографии, электро- и магнитоэнце-фалографии и картирования по суммарным вызванным потенциалам.
Важно подчеркнуть, что перечисленные методы, несомненно, дополняют друг друга. Идеальным было бы использование их в комплексе. Действительно, если различные виды функциональной томографии в основном отвечают на вопрос "где", то электро- и магнитно-физиологические методы, непосредственно регистрирующие ак-
тивность корковых и подкорковых структур мозга, позволяют отвечать на вопрос "как". В настоящее время эти методы крайне важны для изучения функций мозга, в том числе механизмов восприятия, хранения и извлечения информации, а более широко — механизмов двигательного поведения, памяти, мышления и сознания. Следует подчеркнуть, что в большинстве своём эти методы очень дороги. При планировании фундаментальных нейробиологических исследований это надо иметь в виду.
Вторую группу методов, принципиально изменяющих возможности исследователя, составляют генетические изменения нервных клеток и организма в целом (трансгенные и нокаутные животные).
Суть современных генно-инженерных технологий состоит в том, что они позволяют создавать животных (мышей), у которых активность избранных генов повышена или, наоборот, отключена. Речь идёт о трансгенной и нокаутной технологиях, когда, с одной стороны, возможен перенос в геном дополнительного гена, а с другой — инактивация обеих копий генов.
Новейшее достижение подобных технологий — это возможность отключить ген только в избранном виде клеток (например, в нейронах). Одна из немногих лабораторий, которая владеет этими технологиями — лаборатория члена-корреспондента РАН С.А. Недоспасова в Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН. В этой лаборатории получены мыши, у которых часть программ апоптоза отменена. Мыши эти жизнеспособны (что принципиально важно!), но у них есть тонкие структурные и функциональные аномалии, в том числе в поведении. Подробное нейробиологическое изучение таких животных представляет огромный интерес.
ЭВОЛЮЦИЯ И ИНДИВИДУАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ
Понять природу мозга, мозга человека с его высшими психическими способностями, без осознания природы эволюционного процесса невозможно. В России эволюционное учение имеет глубокие и давние традиции. Я имею в виду и зоологов (достаточно назвать А.Н. Северцова, И.И. Шмальгаузена, В.А. Догеля), и физиологов. Кстати, сам термин "эволюционная физиология" был предложен в 1914 г. А.Н. Северцовым.
Формирование и развитие эволюционной и сравнительной физиологии как фундаментального научного направления связано с российской наукой, с именами физиологов Л.А. Орбели и Х.С. Коштоянца. В 1956 г. Л.А. Орбели создал в Ленинграде Институт эволюционной физиологии, присвоив ему имя И.М. Сеченова. Вот уже более полувека в этом институте активно ведутся работы по эволюционной физиологии, причём на
всех уровнях организации — от молекулярного до организменного и экосистемного. Важные исследования по эволюции и позвоночных, и беспозвоночных животных ведутся в лабораториях академиков Ю.В. Наточина и В.Л. Свидерского, членов-корреспондентов РАН Н.П. Весёлкина и Л.Г. Магазаника и ряде других.
Особенно следует обратить внимание на беспозвоночных животных, на изучение эволюции их нервной и сенсорных систем. Помимо фундаментальной значимости, работы в этом направлении приобретают и практический интерес. Так, на последней конференции по зрению беспозвоночных (International Conference on Invertebrate Vision, Sweden, 2008) обсуждалась возможность создания новых систем аэронавигации, в основе которых лежат нейрофизиологические механизмы зрения и поведения насекомых.
Что касается эволюции нервной системы животного мира, то, согласно представлению, развиваемому Ю.В. Наточиным и Н.П. Весёлкиным, возникшая на самых ранних этапах эволюционного процесса и у самых примитивных одноклеточных организмов система химической регуляции и сигнализации никуда не исчезла, а оказалась полностью востребованной в появившейся позже нервной системе. Самое, пожалуй, поразительное то, что древняя система химической коммуникации сохранилась в синаптической передаче нервного сигнала.
Химическая регуляция и сигнализация у одноклеточных были необходимы для поддержания постоянства (гомеостаза) внутриклеточной среды и организации поведения. Возникновение многоклеточных организмов потребовало более совершенной системы сигнализации, способной доставлять информацию быстро, целенаправленно и на сравнительно большие расстояния. Этим объясняется возникновение нервной системы, эволюция которой дошла до мозга приматов и человека. Сохранившаяся при этом химическая система регуляции и сигнализации эволюционировала в гормональную и специализированную нейроэндокринную системы. Нейроэндокрин-ная регуляция необходима для интеграции целостного организма, поддержания гомеостаза и регуляции важнейших функций мозга и висцеральных систем. Ключевой структурой, обеспечивающей такую регуляцию, является гипоталамус, включающий многие виды нейросекретор-ных нейронов.
Важно подчеркнуть, что нейроэндокринная система играет решающую роль в индивидуальном развитии организма. Изучение механизмов онтогенеза — актуальнейшее направление в современной науке о мозге. Е нас этой проблемой давно и успешно занимается академик М.В. Егрю-мов и его лаборатория в Институте биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН.
Следует ещё раз подчеркнуть, что понять механизмы работы мозга без понимания принципов эволюционного развития химической и нервной сигнализации и регуляции просто невозможно.
Остановимся теперь на самом позднем этапе развития нервной системы - эволюции мозга приматов. Конкретно, речь идёт о происхождении и эволюции языка. Язык — и это принципиально важно - средство и коммуникации, и мышления. Язык — важнейшая составная часть человеческого сознания. Первичным сознанием, то есть элементарной рассудочной деятельностью, обладают и животные. Важны
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.