Особливості розвитку мозку у тварин та у людини

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Мозок, як відомо, будує моделі. У цій справі він так досяг успіху, що для пояснення власного устрою пропонує нам достатню кількість варіантів. Знаючи його винахідливість, ще Рене Декарт радив спиратися тільки на досвід. Тому успіхи наук, що починаються зі слова «нейрон», тісно пов’язані з ювелірними досягненнями сучасної експериментальної майстерності. Прооперувати зародок, ввести в нервову клітину найтонший електрод – це будні сьогоднішньої нейрофізіологічної лабораторії. Починаючи вивчати радіотехніку, ніхто не стане копатися в схемі останнього супергетеродина, а, швидше за все, збере найпростіший детекторний приймач, на зразок тих, якими захоплювалися ентузіасти тридцятих років минулого ХХ століття. Так само роблять часто і дослідники функцій мозку. Бажаючи спростити модель, вони розчленовують мозок хірургічним шляхом, вимикають деякі його відділи наркозом, проводять дослідження на примітивних організмах.

На цьому шляху досягнуті великі успіхи, і все ж в цьому випадку ми маємо справу з психікою-інвалідом. Вельми перспективним може виявитися інший шлях, висунутий Петром Кузьмичем Анохіним, – коли використовується спрощена схема, виготовлена самою природою. Адже в процесі індивідуального розвитку, або, як кажуть вчені, онтогенезу, нервова система не відразу досягає кінцевої складності. Десь спочатку вона проходить «детекторну» стадію.

Перевага такого підходу в тому, що сама природа демонструє свої керівні мотиви. При цьому вивчаються витоки вищої нервової діяльності, а головне — динаміка її еволюції. У натуральних умовах найважливіші функції мозку проходять всі стадії, починаючи від найпримітивніших. Особливість онтогенетичного розвитку та, що природа ніколи не руйнує своїх первинних будівель. І окрема нервова клітина, і цілі структури, і весь мозок з самого виникнення працюють за тими ж фундаментальними принципами, що і в зрілому організмі. З віком у нервової системи просто з’являється інший набір засобів і можливостей. Ця обставина допомагає визначити, без чого мозок ще може обійтися і що для нього життєво необхідно.

В Інституті вищої нервової діяльності та нейрофізіології лабораторія онтогенезу функцій мозку, керована доктором біологічних наук Кірою Василівною Шулейкіною, вивчає найбільш ранні, найзагальніші для всіх ссавців функції. Вони виникли на дуже ранніх стадіях розвитку живого і успадковані нами від далеких предків. Ледь з’явившись на світ, дитинча повинне вміти харчуватися, оборонятися і знаходити дорогу до дому.

Здається, як може захищатися безпорадне людське немовля? Відомо, що оборонна реакція з’являється у ембріона людини ще на восьмому тижні розвитку. Якщо доторкнутися до нього, він відводить голову. Так проявляється найдавніша форма захисної поведінки – спроба відсторонитися від небезпеки. І ось що цікаво. Рух голови регулюють спеціальні мотонейрони, розташовані в спинному мозку. Наталії Григорівні Гладкович вдалося показати, що ця реакція з’являється тільки тоді, коли, що забезпечують її нервові і м’язові структури з’єднаються з головним мозком. Це дивовижний факт, тому що необхідні зв’язки на рівні спинного мозку вже існують, і, здавалося б, навіщо їм чекати сигналів «зверху».

Потихеньку, крок за кроком укомплектовується нервова мережа, досягає нормальної морфологічної повноти. І тут нейрофізіологи виявили такий парадокс. Якась структура вже готова для роботи, але чомусь не діє, немов в підготовлену до пуску електросистему ще не дали струм. Професор Е. Н. Соколов, працюючи на молюсках, висунув гіпотезу, що в організмі існує особлива мережа так званих командних нейронів. Саме вона розігрує партитуру налаштування організму на нормальну діяльність, визначає порядок підключення тих чи інших систем, тобто реалізує вроджену генетичну програму. Можливо, що робота лабораторії дає якесь підтвердження цій ідеї на прикладі розвитку вищих організмів.

Але як все це відбувається? Які інструменти, налаштувавшись, виконують величну програму життя? Одну з відповідей на це питання може дати вивчення нейрохімічних механізмів.

Володимир В’ячеславович Раєвський спробував встановити, яким чином включається «рубильник» нервових комунікацій. На цей раз експерименти проводилися на кішках. У кошеняти ще не відкрилися очі, не функціонує слух, але приймати їжу необхідно починати з першого ж дня. Тому смакові відчуття, відчуття дотику і управління мускулатурою язика повинні розвиватися найпершими.

Морфологи вже давно встановили, що інформація про солодке, гірке, кисле і солоне надходить в кору великих півкуль через відділ мозку, названий таламусом. Тут же відбувається і рання обробка отриманих сигналів. Але мозок ще не народженого кошеня не реагує ні на солодке, ні на гірке. Чого ж не вистачає?

До нейрона підвели набір найтонших електродів – п’ять капілярів, загальна товщина яких не перевищує шести мікрон. Один капіляр заповнений електролітичним розчином, і через нього здійснювалася реєстрація активності нервової клітини, а інші містили різні біологічно активні речовини. Нейрохімікам було вже відомо, що кожна з цих речовин є медіатором, тобто дозволяє окремим нейронам зливатися в єдиний нервовий ланцюг, встановлюючи контакт на стиках нервових клітин — синапсах.

Тут з’ясувалося, що нейрон, «відчув смак» медіатора норадреналіну, відразу приступає до роботи. Норадреналін немов пробуджує нейрони від сну. З великої кількості медіаторних систем в умовах переджиття одна з них (адренергічна) здійснює консолідуючий вплив на нейрони мозку, змушуючи їх об’єднуватися в системи, покликані забезпечити виживання новонародженого.

Але ось жива істота з’явилася на світ. І життя починає вносити свої корективи. Йшли і досі йдуть серед вчених гарячі суперечки про те, що в поведінці тварин вроджене, а що — набуте. Як життєвий досвід фіксується і яким чином впливає на функції конкретних мозкових структур?

Намагаючись знайти розгадку, вчені давно вже стали вивчати «музичні» здібності птахів. З’ясувалося, що вихований на самоті зяблик, хоча ніколи і не чув своєї видової пісні, все одно затягне саме цю мелодію. Є птахи, схильні до наслідування — потрапивши в чужий хор, вони підспівують. Існує і середина. Навіть для птахів все досить складно. Тому і тут є сенс застосувати методи онтогенезу.

Навесні Сергій Наумович Хаютін і його співробітники виїжджають в експедицію в заповідники — вони досліджують поведінку птахів, чиї пташенята з’являються сліпими. Адже на них дуже зручно вивчати харчові реакції. Батько прилетів з гусеницею. Пташеня, як і належить, широко відкриває рот. Як воно дізналося, що його збираються годувати? Звичайно, на слух. Свист крил, характерні звуки, що видаються батьком або матір’ю, попереджають його. А якщо записати всі ці шуми на диктофон і прокрутити їх біля гнізда? Пташенята піднімуть писк, розкриваючи роти. Змінюючи частотні і енергетичні параметри запису, можна встановити, що є певний діапазон, в якому гарантується харчова реакція.

На п’ятий або шостий день у пташенят відкриваються очі. Тепер музичне запрошення до обіду не дає ніякого ефекту. У хід пущений зовсім інший механізм – зоровий. Правда, малюки ще підсліпуваті. Тому досить змінити освітленість, затінивши гніздо, як відразу почнеться обідня суєта. Проходить ще пара днів, і потрібно набагато більш тонкий підхід. Харчова реакція настає тільки тоді, коли перед пташенятами з’являється птах або вчені переміщують його контур. Ще кілька днів – і ніяким викрутасам не створити ілюзії, що «ваша мама прийшла, молока принесла». Занадто зрячими стають пташенята.

Власне кажучи, всі ці спостереження відносяться поки не до нейрофізіології, а до етології, науки про поведінку тварин. Але те, що для етолога є результатом роботи, для нейрофізіолога служить тільки початком досліджень. Тепер починається етап, який дозволить з’ясувати, що конкретно змінюється в мозку птахів при цій зміні програм.

Немає ніякого сумніву в тому, що підсумки вивчення неоперених пташенят зможуть багато розповісти нам і про самих себе. Ось, наприклад, цікавий факт. Вилуплюються пташенята з розкидом в кілька днів, а через три тижні, практично одночасно, вилітають з гнізда. Як же вдається молодшим ліквідувати настільки велике відставання в розвитку? Тим більше, що і їжі їм дістається менше, і батьківської уваги теж.

Нейрофізіологи вважають, що акселерація пояснюється тільки середовищем. Запізнілі пташенята відразу потрапляють в дорослу компанію, вступають в контакт зі своїми більш розвиненими братами і сестрами, і цей факт є вирішальним. Може бути, і двигуном людської акселерації є не стільки зміна в харчуванні, скільки збільшений потік інформації в дитинстві.

Автор: Н. С. Філіппова.

P. S. Изучение принципов формирования мозга несомненно в будущем позволит и глубже проникнуть в то как он работает, как человек принимает те или иные решения в разных бытовых вопросах, например приобрести ли металлопрофиль на citybud.in.ua или в каком-то другом месте и много другого в таком роде.