Как бы ни были важны нейромедиаторы, в организме есть еще один класс мастер-молекул, изучение которых за последние годы кардинально изменило понимание связей в мозге, а особенно тех процессов, благодаря которым они развиваются и растут. Я имею в виду семейство белков, объединенных широким наименованием факторы, главным из которых считается нейротрофический фактор мозга (BDNF). Если нейромедиаторы служат для передачи сигналов между нейронами, то нейротрофины – это строительный материал для всей нейронной инфраструктуры мозга.

С начала 1990-х годов, когда ученые обнаружили свидетельства нейронного механизма памяти, они обратили самое пристальное внимание на нейротрофины, изучение которых превратилось в отдельную область нейрофизиологии. В 1990-х годах было опубликовано около десяти научных работ о нейротрофинах, когда были установлены их присутствие в мозге человека и их роль в качестве своеобразных «удобрений» для роста и развития нейронов. А потом, по словам нейрофизиолога Ээро Кастрена из шведского Каролинского университета, разразилось «цунами» из экспериментов, проведенных в университетах и исследовательских центрах фармацевтических компаний. Сегодня список библиографии по нейротрофинам насчитывает около 5,5 тысяч наименований. А когда стало понятно, что они присутствуют и в гиппокампе, том отделе мозга, который отвечает и за память, и за обучение, ученые стали уже прицельно рассматривать их роль в формировании памяти.

Процесс обучения требует усиления связанности между нейронами, которое обеспечивается динамическим механизмом – долговременной потенциацией. Когда мозг начинает воспринимать какую-то информацию, это естественным путем повышает активность в связях между нейронами. Чем выше эта активность, тем сильнее корреляция и тем легче соответствующему сигналу пройти между ними и установить некую цепочку. Активность нейрона заставляет имеющиеся в аксонах запасы глутамата пересечь синаптический разрыв и подготовить рецепторы близлежащего нейрона к принятию сигнала. Пока этот нейрон в покое, его электрический заряд увеличивается, и вследствие этого он, словно магнит, легко притягивает несущий сигнал глутамат. Если поступление таких сигналов в нейрон продолжается, генный механизм его ядра создает новый строительный материал для синапса и, таким образом, усиление нейронной инфраструктуры позволяет информации задерживаться в нейронах в виде памяти.

Предположим, вы заучиваете какое-то французское слово. Когда вы слышите его в первый раз, те нейроны, которые «выбраны» для создания новой цепочки, обмениваются друг с другом сигналами, переносимыми глутаматом. Если вы больше никогда не повторите это слово, взаимосвязь между синапсами соседних нейронов естественным образом ослабнет. Угаснет и сигнал между ними. Вы забудете это слово. Открытие, которое поразило исследователей человеческой памяти и в 2000 году принесло нейрофизиологу из Колумбийского университета Эрику Канделу Нобелевскую премию, состояло в том, что повторная активация (или повторение) заставляет синапсы самостоятельно увеличиваться и устанавливать более прочные связи между собой. Нейрон похож на дерево, в котором вместо листьев имеются своеобразные разветвления, оканчивающиеся синапсами. Эти «ветки» все время появляются, создавая все больше синаптических окончаний для установления множества связей. Этот механизм – разновидность клеточной адаптации, называемой синаптической пластичностью, в которой нейротрофины играют ключевую роль.

Вскоре ученые обнаружили: если выделенные в чашке Петри нейроны обработать нейротрофинами, мозговые нервные клетки автоматически выбрасывают новые ветки, осуществляя, таким образом, свой структурный рост для потребностей обучения. Это навело меня на мысль, что нейротрофины служат своеобразными «удобрениями» или «присадками» для развития мозга, подобно тому, как подкормки известной агрофирмы Miracle-Gro позволяют улучшать растения в саду.

Белки нейтротрофины также усиливают рецепторы нейронов в синаптических зонах, активизируя потоки ионов, что увеличивает электрический заряд и силу сигнала между нейронами. Внутри самого нейрона нейротрофины активизируют гены, чтобы те увеличивали синтез BNDF, а также серотонина и белков для более активного строительства синаптических окончаний у нейронов. Нейротрофины регулируют движение и создают дороги между нейронами. В целом же они улучшают работу нейронов, способствуют их росту и защищают от естественного старения и смерти клеток. Наконец – и я постараюсь показать это на протяжении всей книги, – нейротрофины оказываются важнейшим биологическим связующим звеном между нашими мыслями, чувствами и движениями.