Расстроенная психика. Что рассказывает о нас необычный мозг

Материнскую и отцовскую копии каждого гена называют аллелями. Два аллеля одного гена обычно незначительно отличаются друг от друга: каждый из них представлен определенной последовательностью нуклеотидов – четырех молекул, из которых составляется код ДНК. Так, последовательность нуклеотидов в генах, которые вы унаследовали от матери, не обязательно полностью совпадает с последовательностью нуклеотидов в генах, унаследованных от отца. Более того, унаследованные вами нуклеотидные последовательности – это не идеальные копии родительских последовательностей: при копировании генов в ходе их передачи потомству возникают случайные различия. А они ведут к вариациям во внешнем виде и поведении.

Несмотря на множество вариаций, которые дают нам ощущение индивидуальности, генетическая составляющая, или гено?м, двух любых людей совпадает более чем на 99 %. Различия между людьми обусловлены случайной вариабельностью одного или нескольких генов, которые они наследуют от родителей (хотя бывают и редкие исключения, о которых мы поговорим в главе 2).

Если почти каждая клетка нашего тела содержит инструкции для всех остальных, то как одна клетка становится клеткой почки, а другая – клеткой сердца? Или, если говорить о мозге, как одна клетка становится нейроном гиппокампа, вовлеченным в процессы памяти, а другая – мотонейроном спинного мозга, участвующим в контроле движения? В каждом из примеров в клетке-предшественнице активируется определенный набор генов, запускающий механизмы, которые наделяют эту клетку особой судьбой. Какой именно набор генов активируется, зависит от молекулярных взаимодействий внутри клетки и взаимодействий клетки с соседними клетками и внешней средой организма. Число наших генов конечно, но возможность включения и выключения разных генов в разное время становится источником практически бесконечной сложности.

Чтобы полностью разобраться в болезни мозга, ученые пытаются определить, какие гены лежат в ее основе, а затем понять, как их вариабельность в совокупности с факторами окружающей среды вызывает болезнь. Получив базовые сведения о том, что пошло не так, мы можем найти способы вовремя вмешаться, чтобы предотвратить болезнь или смягчить ее течение.

Генетические исследования семей, начатые в 1940-х годах Каллманном, показывают, насколько широко влияние генетики на психические заболевания (табл. 1). Мы даже скорее говорим о генетических “влияниях”, поскольку наследование психических расстройств – событие сложное: нет единственного гена, который вызывал бы шизофрению или биполярное расстройство. Каллманн обнаружил, что шизофреники имеют родителя или сиблинга[13 - Cиблинги, или сибсы – дети одних и тех же родителей; термин особенно удобен тем, что не указывает на пол, в отличие от “братьев” и “сестер”.] с таким же диагнозом намного чаще, чем люди без шизофрении. Более того, он установил, что по сравнению с разнояйцевым однояйцевый близнец человека, страдающего шизофренией или биполярным расстройством, с гораздо большей вероятностью заболевает тем же. Поскольку гены однояйцевых близнецов одинаковы, а разнояйцевых – совпадают лишь наполовину, эта находка четко показала, что гены однояйцевых близнецов в большей степени, чем их общая среда, ответственны за развитие этих психических расстройств.

Исследования близнецов выявили мощную генетическую составляющую и у аутизма: если один из однояйцевых близнецов страдает этим расстройством, в 90 % случаев оно проявляется и у второго. У разнояйцевого близнеца или другого сиблинга из той же семьи шансы на развитие аутизма гораздо ниже, а у индивида из общей популяции и вовсе мизерны (табл. 1).

Мы многое узнали о роли генов в медицинских расстройствах, изучая семейные истории. Полученные данные позволили разделить генетические заболевания на две группы: простые и сложные (рис. 1.6).

Табл. 1. Частота возникновения аутизма и психических расстройств у однояйцевых близнецов и прочих сиблингов пациента с тем же диагнозом.

Простое генетическое заболевание, например болезнь Хантингтона, вызывается мутацией одного гена. У человека с такой мутацией разовьется болезнь, и то же самое касается его однояйцевого близнеца. Предрасположенность к сложным заболеваниям вроде биполярного расстройства и депрессии, напротив, обусловлена взаимодействием нескольких генов друг с другом и окружающей средой. Мы можем сказать, что биполярное расстройство – это сложная болезнь, поскольку знаем, что она далеко не всегда поражает двух однояйцевых близнецов. Это значит, что ключевую роль в ее развитии играют средовые факторы. Когда в развитии болезни задействованы и гены, и среда, обычно проще первым делом найти гены-кандидаты – в ходе масштабных исследований установить, какие гены соотносятся, например, с депрессией, а какие с манией, – а уж потом разбираться со вкладом окружающей среды.

Рис. 1.6. Простое генетическое заболевание обусловлено мутацией одного гена (А), а сложное – изменениями нескольких генов в совокупности с факторами внешней среды (Б).

Нейровизуализация

До 1970-х клиницисты располагали сильно ограниченным набором инструментов для изучения живого мозга: рентген показывал им костную структуру черепа, но не сам мозг, ангиография отображала кровоснабжение мозга, а пневмоэнцефалография демонстрировала желудочки мозга – заполненные спинномозговой жидкостью полости. Вооруженные этими грубыми радиологическими методами вкупе с аутопсией[14 - Аутопсия, или некропсия – патологоанатомическое исследование, посмертное вскрытие и детальное изучение тела.], исследователи мозга годами изучали страдающих депрессией и шизофренией, но не находили у них никаких повреждений мозга. В 1970-х наконец начали развиваться две группы методов нейровизуализации – структурной и функциональной, – которые революционно расширили наши представления о мозге.

Структурная нейровизуализация отображает анатомию мозга. Компьютерная томография (КТ) совмещает серии рентгеновских снимков, сделанных под разными углами, в послойное изображение мозга. Такие сканы позволяют различать плотность разных структур мозга: пучков аксонов, из которых состоит белое вещество, а также тел и дендритов нейронов, из которых состоит серое вещество – кора головного мозга.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) использует совершенно другой принцип: она различает структуру по реакции разных тканей на магнитное поле, в котором они оказываются. Полученные изображения дают более детальную информацию, чем компьютерные томограммы. Например, МРТ помогла установить, что у страдающих шизофренией увеличены боковые желудочки мозга, тоньше кора и меньше гиппокамп.

Функциональная нейровизуализация продвинулась еще дальше, включив в анализ и временну?ю шкалу. Она позволяет ученым наблюдать мозговую активность человека, который выполняет какую-то когнитивную задачу: смотрит на предмет искусства, слушает, думает или вспоминает о чем-то. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) основывается на регистрации изменений концентрации кислорода в эритроцитах. Когда какая-то область мозга активизируется, она начинает потреблять больше кислорода, а растущая потребность в кислороде обеспечивается увеличением притока крови в нуждающуюся область. Поэтому с помощью фМРТ ученые могут картировать области мозга, активные при выполнении разных умственных задач.

Фундамент функциональной нейровизуализации заложили исследования Сеймура Кети и его коллег, в 1945 году разработавших первый эффективный способ измерения кровотока в живом мозге. В серии классических опытов они измеряли кровоток в мозге бодрствующих и спящих людей, закладывая тем самым основу для последующих работ по функциональной визуализации. Пионер нейровизуализации Маркус Райкле отметил, что невозможно переоценить влияние исследований Кети на наше понимание кровоснабжения и метаболизма человеческого мозга.

После этого Кети занялся изучением работы нормального и больного мозга. Он обнаружил, что суммарный кровоток мозга не изменяется при удивительно широком диапазоне состояний – от глубокого сна до бодрствования, от занятия арифметикой в уме до психической дезорганизации вследствие шизофрении. Это навело его на мысль, что измерение кровотока во всем мозге не улавливает важные изменения, которые могут происходить в отдельных областях мозга. Тогда он решил найти способы измерения регионального кровотока.

В 1955 году Сеймур Кети, Луис Соколофф, Льюис Роуленд, Уолтер Фрейганг и Уильям Ландау разработали метод визуализации локального кровотока в 28 различных областях мозга кошки

. Та же группа ученых совершила важное открытие, обнаружив, что визуальная стимуляция увеличивает приток крови только к элементам зрительной системы, включая зрительную кору – область коры головного мозга, ответственную за обработку зрительной информации. Это стало первым свидетельством того, что изменения кровотока напрямую связаны с активностью и, вероятно, метаболизмом мозга. В 1977 году Соколофф предложил технику измерения региональной метаболической активности и использовал ее, чтобы картировать конкретные функции мозга. Так он обеспечил исследователей альтернативным способом локализации мозговых функций

.

Открытие Соколоффа заложило фундамент позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) – методов визуализации, которые дали возможность изучать мыслительную деятельность человека. ПЭТ расширила представления ученых о химии мозговых процессов, позволив им работать с мечеными нейромедиаторами, используемыми разными классами нервных клеток, и их рецепторами на клетках-мишенях.

Методы структурной и функциональной нейровизуализации подарили ученым возможность по-новому взглянуть на мозг. Теперь они видят, какие области мозга – а порой и какие нейронные сети в этих областях – работают неправильно.

Эта информация крайне важна, поскольку сегодня и психические расстройства считаются заболеваниями нейронных сетей.

Животные модели

Животную модель болезни можно конструировать двумя способами. Первый, как мы видели, предполагает выявление у животного генов, эквивалентных человеческим, которые предположительно вовлечены в развитие болезни, а затем – изменение этих генов в животном и наблюдение последствий. Второй способ предполагает внедрение человеческого гена в геном животного и проверку его эффектов – будут ли они такими же, как у человека?

Такие животные модели, как черви, мухи и мыши, крайне важны для изучения болезней мозга. Они показали нам, как устроена нейронная сеть страха, лежащего в основе стресса – важнейшего фактора ряда психических расстройств. Животные модели аутизма позволили наблюдать, как экспрессия человеческих генов, ассоциированных с болезнью, меняет социальное поведение животных в разных ситуациях.

Для моделирования болезней мозга лучше всего подходят мыши. Мышиные модели продемонстрировали, как редкие мутации генов ведут к атипичной активности мозга при аутизме и шизофрении. Более того, генетически модифицированные мыши крайне ценны для изучения когнитивных дефектов при шизофрении. Их можно использовать и для моделирования средовых факторов риска: ученые подвергают мышей в утробе таким рискам, как материнский стресс или активация материнской иммунной системы (так происходит, когда мать подхватывает инфекцию), чтобы установить, как эти факторы влияют на развитие и работу мозга. Животные модели позволяют проводить контролируемые эксперименты, в ходе которых выявляются связи между генами, мозгом, средой и поведением.

Сокращение разрыва между психическими и неврологическими болезнями

Определение биологической основы неврологических болезней значительно обогатило наши представления о нормальной работе мозга – о том, как мозг рождает психику. Мы узнали о речи благодаря афазиям[15 - Афазия – нарушение восприятия или производства речи (и не только устной), обусловленное повреждением специфических зон коры головного мозга.] Брока и Вернике, о памяти – благодаря болезни Альцгеймера, о творчестве – благодаря лобно-височной деменции, о движении – благодаря болезни Паркинсона, а о связи мысли и действия – благодаря травмам спинного мозга.

Исследования показывают, что некоторые болезни с разными симптомами развиваются одинаково: у них единый молекулярный механизм. Например, болезнь Альцгеймера, в основном поражающая память, болезнь Паркинсона, в основном поражающая двигательную систему, и болезнь Хантингтона, поражающая двигательную систему, регуляцию настроения и когнитивные функции, предположительно развиваются из-за неправильного фолдинга белков[16 - Фолдинг (сворачивание, укладка) белка – процесс обретения свежесинтезированной полипептидной цепочкой правильной, характерной для конкретного белка, пространственной структуры (конформации).], о чем мы поговорим в следующих главах. Симптомы этих болезней сильно различаются, поскольку связаны с неправильным фолдингом разных белков в разных областях мозга. Несомненно, мы выявим общие механизмы развития и у других болезней.

Предполагается, что все психические заболевания развиваются, когда определенные участки нейронной схемы мозга – отдельные нейроны и цепи, в состав которых они входят, – гиперактивны, неактивны или неспособны к эффективной коммуникации. Мы не знаем, обусловлены ли эти функциональные нарушения микроскопическими травмами, которые мы не видим при изучении мозга, критическими изменениями синаптических связей или некорректным формированием нейронной “проводки” в ходе развития мозга. Однако мы знаем, что все психические нарушения возникают в результате специфических изменений работы нейронов и синапсов, а также что психотерапия действует – в пределах своих возможностей – на мозговые функции, вызывая физические изменения мозга.

Таким образом, теперь нам ясно, что психические расстройства, как и неврологические, развиваются из-за аномалий мозга.

Так чем же психические заболевания отличаются от неврологических? Сейчас самым очевидным различием считают симптомы. Неврологические болезни, как правило, выражаются в нетипичном поведении или фрагментации поведения: для них характерны, например, необычные движения головы или рук или вообще потеря двигательного контроля. Серьезные психические расстройства, напротив, часто характеризуются утрированием обычного поведения. Мы все время от времени бываем подавлены, но при депрессии это чувство многократно усиливается. Мы все испытываем эйфорию, когда дела идут хорошо, но в маниакальной фазе биполярного расстройства это чувство обостряется до предела. Нормальный страх и жажда удовольствий могут перерастать в тяжелые тревожные состояния и зависимости. Да даже некоторые шизофренические галлюцинации и бредовые идеи напоминают происходящее в обычных снах.

Как неврологические, так и психические болезни могут ограничивать функции мозга. Например, болезнь Паркинсона приводит к потере контроля над движением, болезнь Альцгеймера – к потере памяти, аутизм – к потере способности обрабатывать социальные сигналы, а шизофрения – к ограничению когнитивных способностей.

Второе очевидное различие – степень физических повреждений мозга, а точнее – сложность обнаружения этих повреждений. Как мы узнали, повреждения от неврологических болезней часто отчетливо видны при вскрытии или структурной визуализации мозга. Повреждения от психических расстройств обычно не столь очевидны, однако по мере повышения разрешающей способности нейровизуализации мы начинаем замечать и такие изменения. Например, как уже упоминалось, мы выявили три структурных изменения в мозге шизофреников: расширенные желудочки, более тонкую кору и уменьшенный гиппокамп. Благодаря успехам функциональной нейровизуализации мы уже можем отслеживать изменения активности мозга, характерные для депрессии и других психических расстройств. А поскольку появились методы выявления даже минимальных повреждений нервных клеток, мы должны в конце концов научиться находить такие повреждения в мозге людей с любым заболеванием психики.

Ну и третье явное различие – локализация. Поскольку неврология традиционно делала упор на анатомию, мы знаем гораздо больше о нейронных сетях неврологических болезней, чем психических. Кроме того, нейронные сети психических расстройств сложнее, чем неврологических. Ученые лишь недавно приступили к изучению областей мозга, участвующих в мышлении, планировании и мотивировании – психических процессах, которые нарушаются при шизофрении и эмоционально-настроенческих расстройствах вроде депрессии.

По крайней мере некоторые психические болезни, судя по всему, не сопряжены со стабильными структурными изменениями мозга, а следовательно, с большей вероятностью обратимы, чем болезни, обусловленные очевидным физическим повреждением. Например, ученые обнаружили, что повышенная активность одной из областей мозга угасает при успешном лечении депрессии. Более того, новые виды терапии могут постепенно устранять даже физические повреждения, связанные с неврологическими болезнями, как это уже происходит у некоторых страдающих рассеянным склерозом.

По мере углубления исследований мозга и психики все менее вероятным кажется существование глубоких различий между неврологическими и психическими заболеваниями. Узнавая их все лучше, мы наверняка будем находить все больше сходств. Размывание границы между двумя группами болезней поспособствует утверждению нового, научного гуманизма, который позволит нам осознать, что наши личные переживания и поведение определяются взаимодействием генов и окружающей среды, формирующим наш мозг.

Глава 2

Наша глубоко социальная природа: расстройства аутистического спектра

По природе своей мы существа глубоко социальные. Успешной адаптацией к окружающему миру в ходе эволюции мы во многом обязаны способности формировать социальные сети. Мы больше прочих видов нуждаемся друг в друге для решения задач выживания, а потому не можем нормально развиваться в изоляции. Дети наделены врожденной готовностью анализировать мир, где им предстоит жить взрослыми, но необходимые для этого навыки, такие как речь, они перенимают исключительно от других людей. Сенсорная или социальная депривация[17 - Депривация – ограничение или лишение возможности удовлетворять важные потребности.] на ранних этапах жизни может нарушать структуру мозга. Так же и в старости: здоровье мозга поддерживается именно социальным взаимодействием.

Мы многое узнали о природе и роли “социального мозга” – процессов и областей мозга, отвечающих за взаимодействие с другими людьми, – изучая аутизм, сложное расстройство, при котором социальный мозг не развивается должным образом. Аутизм проявляется в ключевой период развития – до достижения ребенком трехлетнего возраста. Поскольку аутичные дети не способны спонтанно приобрести социальные и коммуникативные навыки, они замыкаются в себе и не взаимодействуют с окружающими.

Аутизм объединяет целый спектр расстройств разной степени тяжести, которые характеризуются трудностями во взаимодействии с другими людьми. Аутистам сложно вступать в социальные контакты – как вербальные, так и невербальные, – а их интересы ограничены. От таких коммуникативных барьеров сильно страдает социальное поведение.

В этой главе мы разберем, что же аутизм поведал нам о социальном мозге, включая способность считывать психические и эмоциональные состояния окружающих. Речь, в частности, пойдет о том, какой вклад в понимание аутизма внесла когнитивная психология и какие знания о нейронной сети социального мозга мы почерпнули из исследований аутизма. Ученым только предстоит выяснить причины аутизма, но, судя по всему, главными виновниками окажутся гены. Недавние прорывы в генетике показали, как мутации определенных генов нарушают ключевые биологические процессы в ходе развития, приводя к возникновению расстройств аутистического спектра. Наконец, здесь же мы скажем несколько слов о том, что удалось извлечь из исследований социального поведения животных.

Аутизм и социальный мозг

В 1978 году сотрудники Пенсильванского университета Дэвид Примэк и Гай Вудрафф, изучавшие поведение шимпанзе, выдвинули гипотезу, что каждый человек обладает теорией психики[18 - Термин theory of mind (англ.) в зависимости от контекста переводится и как “теория психики” (или “модель психического состояния”), и как “теория разума” – понимание чужого сознания, приписывание людям каких-то убеждений и желаний. В любом случае эта теория нужна для лучшего понимания поведения окружающих.], то есть приписывает себе и другим какие-то психические состояния

. Каждый из нас наделен способностью понимать, что другие обладают своей психикой, своими убеждениями, стремлениями, желаниями и намерениями. Это естественное понимание отличается от умения разделять эмоции. Маленький ребенок улыбнется в ответ на вашу улыбку и нахмурится, если нахмуритесь вы. Однако умение понять, что человек, на которого вы смотрите, может думать вовсе не о том, о чем думаете вы, приобретается несколько позднее, в норме годам к трем-четырем.

Способность приписывать другим людям психические состояния позволяет нам прогнозировать их поведение, а это ключевой навык для социального обучения и взаимодействия. Например, когда мы с вами разговариваем, я понимаю, к чему вы клоните, а вы понимаете, к чему клоню я. Если вы шутите, я не стану интерпретировать ваши слова буквально и буду ожидать от вас другого поведения, чем если бы мне показалось, что вы говорите серьезно. В 1985 году Ута Фрит, Саймон Барон-Коэн и Алан Лесли из Лондонского университетского колледжа применили концепцию теории психики к страдающим аутизмом

. Фрит (рис. 2.1) описывает, как родилась эта идея:

Как работает психика? Что мы имеем в виду, говоря, что психика порождается мозгом? Подобные вопросы ужасно заинтересовали меня еще в студенческие годы, когда я занялась экспериментальной психологией. Самым очевидным способом получить ответы были патологические исследования, поэтому я пошла учиться клинической психологии в Институт психиатрии в Лондоне. Здесь я впервые встретилась с аутичными детьми. Они были удивительными. Я захотела понять, что заставляет их так странно вести себя с другими людьми и делает их такими отстраненными от повседневного общения, которое мы воспринимаем как должное. И я все еще хочу это понять! Потому что и целой жизни мало, чтобы докопаться до разгадки аутизма…