Что же касается регенерации в ЦНС млекопитающих после повреждения, причины несостоятельности регенерации также неизвестны, несмотря на значительный успех в понимании молекулярных механизмов, способствующих или замедляющих рост отростков нейронов.
Другой важный вопрос касается роли практики для развития организма на ранних стадиях жизни. В частности, мы почти ничего не знаем о роли критических периодов в созревании высших функций, включая эмоциональные характеристики и личность.
Возможно, самой удивительной возможностью в будущем станет перенесение результатов подобного рода исследований на другие системы организма, помимо сенсорной. Психологи--зкспериментоторы и психиатры подчеркивают важность раннего опыта для формирования определенного поведения — возможно, что лишение социальных контактов или наличие других аномальных эмоциональных ситуаций в раннем возрасте может приводить к нарушениями или искажениям в связях в каких-то еще неизвестных нам областях мозга?
Обнаружить подобные физиологические механизмы для объяснения поведенческих феноменов является еще далекой, но не невозможной задачей.
Генетические подходы оценки функций нервной системы
Трудно даже предсказать, каковы будут последствия революции в методах генетики для понимания работы мозга. Уже используемые в настоящее время трансгенные животные, у которых были изменены или удалены определенные гены, являются мощным инструментом познания функций мозга. Однако в связи с избыточностью функций и непредвиденными побочными эффектами остается еще много трудностей в интерпретации результатов, полученных у этих животных. Завершение проекта «Геном человека» позволяет идентифицировать гены и молекулы, которые изменяются в ходе болезней. Проанализировать такую огромную массу информации и отделить важное от второстепенного является поистине необъятной задачей. Масштаб проблемы иллюстрирует наследственное заболевание — болезнь Хантингтона, при которой измененный ген можно распознать, анализируя генетический материал родственников1). Однако, несмотря на то, что измененные последовательности генов при болезни Хантингтона уже давно установлены, остается неизвестной функция связанных с ним белков. Аналогично, мутации некоторых генов, кодирующих потенциал-активируемые кальциевые каналы, приводят к наследственным гемиплегическим мигреням и мозжечковой атаксии2). Но и в этом случае не существует ясной связи, какой механизм связывает эти явления. Разработка терапии на уровне воздействия на генетический аппарат остается наиболее многообещающей перспективой для подобных состояний. Возможно, путь к разработке такого лечения станет проще после развития способов доставки реагентов к месту действия, а также после разработки методов временного и пространственного контроля процессов экспрессии белков.
Сенсорная и моторная интеграция
В вопросах, которые касаются невообразимого числа нейронов и их отростков с неясными функциями (в частности немиелинизированных волокон, которые численно значительно превосходят миелинизированные волокна), наши знания имеют серьезный пробел. Более конкретным примером является большое разнообразие амакриновых клеток (более 20), способствующих обработке информации в сетчатке. Другой пример — роль афферентов 11-й группы от мышечных веретен в функционировании спинного мозга.
Механизмы инициации и контроля координированных движений все еще остаются открытыми, хотя в их разрешении заметен прогресс. Сегодня есть надежда, что благодаря неинвазивным методам получения изображений мозга в сочетании со стимуляцией можно решить ряд вопросов, детально регистрируя мозговую активность. Например, еще более 50 лет назад Эдриан обнаружил, что, научившись писать свое имя, можно сделать это не только пальцами рук, но и держа карандаш пальцами ног. Однако до сих пор неизвестно, как объясняется наша способность к переносу таких двигательных программ от одной исполнительной системы к другой.
Подобным образом, при рассмотрении сенсорных систем, нейрональные механизмы процессов интеграции в единое целое одного образа, например, собаки (не говоря уже о более сложных картинах окружающего мира), остаются пока вне нашего понимания. При обсуждении вопросов такого типа представляется всемогущий гомункулус — клетка, или маленький человечек в нашем мозге, который фактически видит то, что видим мы. Хотя все высмеивают эту идею, гомункулус все же имеет полезное назначение: он постоянно напоминает нам о недостаточности наших знаний о высших функциях мозговой коры. Как только ответы будут найдены, он умрет естественной смертью, как флогистон. Однако пока мы не можем заменить его компьютером.
Вдобавок к этим явным пробелам в наших знаниях остаются «черными ящиками» механизмы точного контроля температуры тела, кровяного давления, функций кишечника. Взаимодействие мозга с иммунной системой представляет еще одну обширную область активных исследований, все еще находящихся на ранней стадии с большим количеством открытых вопросов.
Математическое моделирование и вычислительные нейронауки всецело зависят от данных, получаемых в экспериментах по регистрации активности ионных каналов, конкретных нейронов, синапсов и нейронных сетей. Однако до сих пор ни в одной другой области не был достигнут успех, сравнимый со значением уравнения Ходжкина— Хаксли для описания изменений ионной проницаемости во время генерации потенциала действия. Одной из главных причин этого является недостаток экспериментальных данных, необходимых для воспроизведения столь сложных процессов, как синаптическая пластичность и нейрональная интеграция. Например, как можно было надеяться построить модель пластичности нейронных сетей коры до открытия рецепторов NMDA или магниевого блока проводимости каналов, и сколько подобных механизмов еще ждут своего открытия?
Выводы
В течение 3 первых месяцев жизни животное проходит критический период, во время которого закрытие век одного глаза вызывает значительные изменения в структуре и функции коры.
Закрытие век одного глаза в критический период ведет к полной слепоте на этот глаз.
При депривации глаз теряет управление над кортикальными клетками, что приводит к уменьшению размеров колонок глазного доминирования этого глаза.
После критического периода закрытие век или удаление глаза не вызывают каких--либо изменений в коре.
Бинокулярное закрытие век и искусственное косоглазие во время критического периода не приводят к изменениям в глазодоминантных колонках, однако ведут к потере бинокулярности зрения.
Можно предположить, на основе приведенных данных, что между глазами существует конкуренция за управление клетками в зрительной коре.
У новорожденных совят обработка слуховых сигналов может быть изменена при помощи изменения восприятия ими окружающего пространства в критический период.
Обогащенный сенсорный опыт в раннем периоде развития увеличивает продолжительность критического периода.
Литература
1 Malach, R., Ebert, R., and Van Sluyters, R. C. 1984. / Neurophysiol. 51: 538-551.
2 Cynader, M., and Mitchell, D. E. 1980. /. Neurophysiol. 43: 1026-1040.
3 Daw, N.W., et al. 1995. Ciba Found. Symp. 193: 258-276.