Мозг (сборник) - неизвестен Автор

Когда растущий аксон достигает своего адресата, будь то другая группа нейронов или ткань эффектора, например совокупность мышечных или железистых клеток, он образует с ними специализированные функциональные контакты синапсы. Именно в этих местах информация передается от одной клетки к другой обычно с помощью малых количеств соответствующих медиаторов (см. Л. Иверсен "Химия мозга"). Многочисленные феноменологические данные позволяют предположить, что в синаптической области осуществляется двусторонний перенос веществ, необходимых для выживания и нормального функционирования как пресинаптической, так и постсинаптической клеток. Эти вещества, в комплексе отнесенные к трофическим факторам, являются в значительной мере гипотетическими; только одно (фактор роста нервов) было выявлено и охарактеризовано химически. Это вещество, впервые идентифицированное В. Хамбургером (V. Hamburger) и Р. Леви-Монтальчини из Вашингтонского университета еще в 50-х годах, оказалось белком, существующим в норме в виде двух идентичных аминокислотных цепей, каждая из которых имеет молекулярный вес несколько больше 13000.

Хотя способ действия фактора роста нервов пока неясен, известно, что он необходим для роста и выживания клеток симпатического ганглия и что в период развития он специфически содействует росту отростков этих клеток, а также некоторых клеток спинальных ганглиев. Кроме того, как я уже отмечал, он может в некоторых случаях оказывать влияние на направленный рост волокон симпатического нерва. Если ввести новорожденным мышатам антитела к фактору роста нервов, это приведет к поражению всей симпатической нервной системы. Даже у взрослых животных фактор роста нервов, по-видимому, постоянно доставляется симпатическим нейронам их тканями-мишенями; при этом белок, попавший в окончания аксонов, переносится в направлении тела клетки. Если доставку фактора прекратить посредством перерезки аксонов симпатических нейронов, их функциональная целостность в значительной мере нарушается и синапсы, которые оканчивались на клетках, быстро удаляются. Возможно, в ближайшие годы будут выделены другие аналогичные вещества и тогда можно будет утверждать, что большинство классов нейронов нуждается в специфическом агенте для обеспечения выживания и для направленного роста их отростков.

В настоящее время получены доказательства того, что развитие многих структур и тканей сопровождается строго запрограммированными фазами гибели клеток. Это справедливо и в отношении развивающегося мозга. Во многих его областях образуется значительно больше нейронов, чем выживает в последующий период развития. В каждой области, для которой были возможны количественные оценки, обнаружено, что число нейронов регулируется избирательной гибелью клеток, происходящей в предсказуемый период развития (обычно тогда, когда популяция нейронов как целое формирует синаптические связи с тканями-мишенями). Неизвестно, проявляется ли этот феномен в любой части мозга (он был изучен главным образом в небольших группах клеток), но там, где он был обнаружен, он затрагивает от 15 до 85% исходной популяции нейронов.

Поэтому кажется, что окончательные размеры популяции нейронов во многих частях мозга устанавливаются в две фазы: на ранней стадии, когда образуется сравнительно много клеток, и на более поздней, когда происходит регуляция числа нейронов в соответствии с размерами иннервируемого ими поля. Вообще же можно предположить, что лимитирующим фактором, определяющим окончательное число клеток, является количество функциональных контактов, имеющихся в распоряжении аксонов развивающихся нейронов. Ясно, что если в эксперименте уменьшить размеры проекционной зоны, то естественная гибель клеток усиливается в такой же степени. Для спинальных мотонейронов куриного зародыша, иннервирующих мускулатуру задних конечностей, удалось снизить гибель клеток экспериментально трансплантацией дополнительной конечности. По современным данным, однако, более вероятным кажется, что критическим является не столько само образование связей, сколько количество трофического фактора, достигающего клеток.

На более поздней стадии развития осуществляется дополнительная регуляция, но не столько численности популяции нейронов в целом, сколько количества сохраняемых клетками отростков. Феномен элиминации отростков (и синапсов) впервые наблюдали в иннервируемой мускулатуре конечностей у крысят. Можно показать, что в то время как у взрослых животных большинство мышечных клеток иннервируется единичным аксоном, на первой неделе постнатального периода с каждым мышечным волокном образуют синапсы 5-6 аксонов. На протяжении следующих двух-трех недель развития лишние аксоны последовательно исчезают и в результате остается только один. Аналогичная стадия процесса элиминации выявлена при образовании межнейронных связей в периферической нервной системе и в головном мозгу. Приведем только один пример: в мозжечке взрослого животного на каждую клетку Пуркинье приходится по одному нервному волокну, которое известно под названием лиановидного; в раннем же постнатальном периоде с каждой клеткой Пуркинье может контактировать несколько таких волокон. За исключением случаев отдельных генетических мутаций, затрагивающих мозжечок, все, кроме одного из этих волокон, впоследствии элиминируются.

Последовательное исчезновение возникших отростков заставляет задуматься над тем, чем определяется, какой отросток выживет, а какой будет элиминирован. В настоящее время можно лишь догадываться, что развивающиеся волокна каким-то образом конкурируют друг с другом. Имеются косвенные доказательства того, что одним из факторов, обеспечивающих подобное преимущество, может служить их функциональная активность. Во всяком случае, ясно, что для многих систем итоговая картина распределения той или иной популяции нейронов формируется постепенно из довольно аморфной структуры, и при этом часто оказывается возможным заметно изменить окончательный вид структуры и ее связей, воздействуя во время определенного критического периода развития на ее функцию. Для объяснения этого высказывания приведем два примера, касающихся соматосенсорной области коры большого мозга.

Вибриссы и бочонки соматосенсорной коры молодых мышей служат примером одной из многих систем, в которых обнаружена определяющая их зависимость топографии развивающейся нервной системы от ее входов. Вибриссы - это чувствительные волоски на мордочке мыши, а бочонки - это специализированные скопления нейронов в слое IV коры головного мозга. Входом для каждого бочонка служит одиночная вибрисса с контралатеральной стороны мордочки (А). Если вскоре после рождения животного разрушить один из рядов вибрисс, то позднее будет обнаружено, что соответствующий ряд бочонков в коре большого мозга отсутствует, а соседние бочонки увеличены (Б, В). Если разрушить все вибриссы, то бочонки вовсе исчезнут (Г). Должна иметь место значительная пластичность в развивающейся коре, поскольку волокна, иннервирующие вибриссы, не прямо контактируют с корой, а связаны с ней посредством по крайней мере двух синаптических переключений. Рисунок основан на работе Т. Вулси из Медицинской школы Вашингтонского университета.

У макака информация из сетчатки достигает четвертого слоя зрительной коры через посредство структуры, названной латеральным коленчатым телом. На этом уровне входы в кору от каждого глаза совершенно раздельны, что было прямыми методами показано на подопытных животных с помощью инъекций большого количества меченых аминокислот в одно глазное яблоко. Ганглиозные клетки сетчатки поглощают аминокислоту, включают ее в белок и транспортируют в латеральное коленчатое тело. Здесь некоторая часть метки освобождается и становится доступной для включения в клетки коленчатого тела, которые транспортируют ее по своим аксонам далее в зрительную кору. На соответствующим образом приготовленных радиоавтографах (которые позволяют выявить распределение меченых волокон, достигающих коры) видно, что первичная зрительная область организована в виде перемежающихся так называемых глазодоминантных полосок, причем каждая полоса имеет ширину около 400 мкм и получает входные сигналы либо от правого, либо от левого глаза. Д. Хьюбел, Т. Визель и С. Ле Вэй (D. Hubel, Т. Wiesel, S. Le Vay) из Гарвардской медицинской школы показали, что если сшить веки одного глаза у подопытного новорожденного животного (так чтобы сетчатка глаза не подвергалась воздействию структурированных зрительных стимулов), глазодоминантные полоски, связанные с закрытым глазом, будут заметно уже, чем в норме. В то же время полоски проекции открытого глаза соответственно расширятся (общая ширина двух соседних полосок, различающихся стороной стимуляции, при этом постоянна).

Результат этот частично вызван сжатием глазо-доминантных полосок "выключенного" глаза, сопровождающимся вторичным расширением полосок нормального глаза, и отчасти - сохранением неплотной группировки волокон из нормального глаза, имевшей место на более ранней стадии. Если исследовать входы от обоих глаз на различных стадиях развития, можно показать, что когда волокна из латерального коленчатого тела только достигают зрительной коры, входы обоих глаз существенно перекрываются в зоне проекции. Лишь к концу первого месяца жизни животного полоски четко разделяются. В свете этого факта (и результатов экспериментов, в которых затем закрывали другой глаз, и открывали первый) представляется вероятным, что эффект зрительной депривации состоит в том, чтобы привести геникуло-кортикальные клетки, связанные с нестимулируемым глазом, в некоторое для них невыгодное положение, в котором они проявляют недостаточную эффективность в конкуренции за синаптические участки на клетках в четвертом слое зрительной коры.