В 70-е годы XX века вслед за Альтманом нейрогенез взрослых пытался изучать еще один ученый, к которому больше никто не примкнул; в смысле принятия тезисов его постигла примерно та же судьба, что и Альтмана. Майкл Каплан использовал в своих работах электронную микроскопию, чтобы хотя бы ответить на полудискуссионный вопрос о том, действительно ли новые клетки были нейронами. В электронном микроскопе вместо луча света используется электронный луч. Разрешение (то есть способность действительно отображать две соседние, но различные точки как отдельные) в случае оптического микроскопа ограничено длиной волны света. Сегодня эти ограничения, которые нам диктует физика, удалось практически до невозможного расширить при помощи разнообразных трюков с электроникой и оптикой, но первоначально именно переход от светового луча к электронному позволил получить разрешение другого порядка. Стало возможно заглянуть внутрь клетки.

На электронно-микроскопическом уровне уже в 1977 году можно было более надежно отличить нейроны, чем с помощью оптического микроскопа. Каплан подтвердил работы Альтмана на гиппокампе, но самое главное, что он провел новаторские исследования нейрогенеза взрослых в обонятельной луковице – первым это явление также описал Альтман, но только благодаря Каплану оно оказалось в центре внимания и вызвало больший интерес.

Несомненно, Каплан был одним из пионеров в исследовании нейрогенеза взрослых, но так и остался номером два, и в конечном итоге результаты, которых он добился, были недостаточно велики, чтобы существенно изменить восприятие данной темы и обеспечить ему блестящую карьеру. Каплан, как и Альтман, остался обижен тем, что ни его усилия, ни сам нейрогенез взрослых не оценили по заслугам. Уже в 2001 году он опубликовал в именитом научном журнале по нейробиологии статью, где осветил свой вклад и выразил разочарование. Сегодня его достижения неоспоримы, но представляют скорее исторический, чем научный интерес. Ему также не пошло на пользу то, что он увлекся попытками подтвердить нейрогенез взрослых в зрительной коре, где, как мы теперь знаем, его нет.

Следующим после Каплана был Фернандо Ноттебом с канарейками, с которых я начал свой рассказ. Благодаря этому ученому о нейрогенезе взрослых узнала широкая общественность. Но не все увидели связь между его данными и сообщениями, сделанными Альтманом в 60-х, поэтому более существенная взаимозависимость, о которой на тот момент можно было только догадываться, осталась скрытой от широких кругов.

Однако Ноттебом и его коллеги не ограничивались полумерами. Они осветили явление нейрогенеза взрослых уже очень широко и подробно. Возник целый маленький мир, и едва ли какие-то вопросы остались в нем без ответа. Несколько неясно было, откуда, собственно, берутся новые нейроны. Ноттебом тоже мог лишь предполагать, что в мозге взрослых особей должно существовать нечто похожее на стволовые клетки, из которых они могли бы формироваться на протяжении жизни. Но, что касается регуляции всего процесса в целом, тут он и его коллеги выдавали результат за результатом. Мы еще вернемся к этому позже.

Часто говорят, что работы Ноттебома всколыхнули интерес к нейрогенезу взрослых и у млекопитающих тоже, но это не так. Во-первых, была опубликована лишь еще одна совершенно необыкновенная статья, вышедшая в 1988 году, – изумительный шедевр двух ученых, которые ни до, ни после того, по-видимому, активно нейрогенезом не занимались (по крайней мере, в открытую). Во-вторых, неизвестно, вдохновили ли их на это певчие птицы Ноттебома. Они вновь обратились к нейрогенезу в гиппокампе взрослых крыс и поставили важный вопрос: образуют ли новые клетки систематически сеть с другими нейронами. Насколько этот вопрос лежит на поверхности, настолько же трудно на него ответить. Но гиппокамп – это особый случай, поскольку отростки нервных клеток зубчатой извилины – той его области, где находятся новые нейроны, – идут в один-единственный соседний участок (который носит несколько загадочное название CA3). Конечно, это облегчает поиск связей, и вопрос, таким образом, можно было свести к тому, идут ли в этот же участок отростки (аксоны) вновь образованных клеток.

Если сильно упростить, ученые Стэнфилд и Трайс ввели в область CA3 крошечное количество красящего вещества. У красителей этого вида есть очень удобное свойство: отростки нейронов поглощают его и транспортируют в «ретроградном» направлении, то есть назад к телу клетки. Через некоторое время тело клетки, аксон которой простирается в область, насыщенную красителем, тоже окрасилось бы, несмотря на то что оно находится в зубчатой извилине, а краситель был введен в CA3.

Теперь осталось «всего лишь» доказать, что это тело новой нервной клетки, а не старой. Для этого ученые использовали меченный радиоактивным изотопом водорода тимидин. И подумать только: доказательство удалось получить. В гиппокампе взрослых особей аксоны новых нейронов, как и всех остальных зернистых клеток (так называют этот особый тип нейронов) в зубчатой извилине, шли в область CA3. Многочисленные нарекания, согласно которым нейрогенез взрослых представляет собой аномалию, утратили часть силы. Вновь образованные зернистые клетки выглядели совершенно нормально. Это еще немного приблизило ученых к тому, чтобы считать нейрогенез взрослых некоей обычной функцией. Публикации наводили на мысль, что развитие в гиппокампе просто не прекращается. Если задуматься, благодаря работе, которую провели Стэнфилд и Трайс, тема гиппокампального нейрогенеза взрослых должна была занять центральное положение в исследованиях мозговой деятельности. Тем не менее даже их удивительная статья сначала не вызвала никакого резонанса.

Ситуация изменилась в начале 90-х годов, когда Рейнольдс и Вейс впервые описали стволовые клетки в мозге взрослой особи (см. рис. 9 на вклейке). Они лишь немного опередили Гейджа и его коллег с их описанием клеток-предшественниц в гиппокампе. Это был решающий шаг к признанию исследований нейрогенеза взрослых, хотя у открытия были еще более фундаментальные, далеко идущие следствия. Эффект был ошеломительным, и описание стволовых клеток в мозге взрослой особи сыграло главную роль в «революции», которую стволовые клетки произвели в 90-е годы.

Третье и в известном смысле окончательное переоткрытие нейрогенеза взрослых в гиппокампе (после тех, которые уже совершили Каплан, Стэнфилд и Трайс), надо сказать, пришло с абсолютно иной и неожиданной стороны. По времени оно совпало с работами Рейнольдса и Вейса, но было никак не связано с ними.

В Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке, там же, где работал Фернандо Ноттебом, известнейший ученый по имени Брюс Мак-Ивен уже много лет исследовал влияние стресса на мозг. Одним из главных выводов его новаторских работ по этой теме было то, что гормон стресса кортизол (или кортикостерон у мышей и крыс) непосредственно повреждает нервные клетки гиппокампа, а именно клетки в области CA1. Распространено мнение, что область CA1 имеет особое значение для формирования воспоминаний; два других участка скорее служат поставщиками информации и предварительно обрабатывают ее. В связи с этим постдокторант из группы Брюса Мак-Ивена, Элизабет (или Лиз) Гульд, и аспирантка Хизер Кэмерон заинтересовались, какое отношение данное явление имеет к нейрогенезу взрослых, описанному Альтманом и Капланом. Может быть, новые нейроны способны компенсировать гибель клеток в результате слишком высокого уровня гормона стресса? Для начала они опубликовали статью, в которой подтвердили классический результат современными методами. К тому времени появились способы специфической окраски нейронов, что позволяло однозначно отличить их от других клеток. Потенциальное возражение о том, что, возможно, мы имеем дело вовсе не с нейронами, которое, собственно, уже ослабили Каплан, Стэнфилд и Трайс, удалось опровергнуть окончательно. Теперь был доступен значительно более простой метод, чем электронная микроскопия и «ретроградная маркировка», – ведь и то и другое очень сложно. Сегодня антитела к выявляемым молекулам с целью маркировать клетки и идентифицировать их (это называется иммуногистохимия) используют уже в повседневной практике. В сочетании с тимидиновой меткой это трудно, но не слишком (см. рис. 9 на вклейке).

Однако самыми важными оказались последующие работы, где вышеупомянутые ученые продемонстрировали, что стресс препятствует нейрогенезу взрослых или снижает его. Таким образом, здесь не могло быть речи о восполнении потерь. Даже наоборот. Благодаря этим данным идея нейрогенеза взрослых стала еще ближе к жизни. Аргументация была выстроена нетривиальным образом, но, по-видимому, подействовала сильно: исследователи впервые показали пример регуляции нейрогенеза взрослых, пусть и отрицательной. Позже эта взаимосвязь между стрессом и нейрогенезом оказалась чрезвычайно сложной. Но если упрощать, то отрицательные стимулы тормозят нейрогенез взрослых, а положительные его усиливают.

Тогда же, когда проводила свои исследования Гульд, один из сотрудников Фернандо Ноттебома, Артуро Альварес-Буйлья, который к тому времени уже успел опубликовать множество важных статей о нейрогенезе у певчих птиц, а теперь работает в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, заинтересовался нейрогенезом у млекопитающих. Альварес-Буйлья применил колоссальные данные, полученные рабочей группой Ноттебома на птицах, к мозгу млекопитающих, но при этом рассматривал не гиппокамп, а другую область, в которой описывал нейрогенез взрослых Альтман, а затем и Каплан: обонятельную луковицу. С этим отделом центральной нервной системы соединены обонятельные рецепторы слизистой оболочки носа.

Первое описание нейрогенеза взрослых такого рода Альтман опубликовал в 1969 году, и вначале оно не вызвало особого резонанса. Майкл Каплан впоследствии получил известность главным образом благодаря своим подробнейшим исследованиям нейрогенеза взрослых в обонятельной луковице. Здесь он тоже использовал электронную микроскопию.

Эта форма нейрогенеза взрослых отличается тем, что клетки-предшественницы, из которых формируются новые нейроны, располагаются очень далеко от обонятельной луковицы. Они находятся в стенках наполненных жидкостью полостей мозга – желудочков, именно здесь их впервые и описали Рейнольдс и Вейс. Дочерним клеткам таких стволовых клеток приходится пройти большое расстояние до обонятельной луковицы, где они затем окончательно превращаются в нейроны. В одной из своих первых работ Карлос Лоис и Артуро Альварес-Буйлья выяснили, что при этом миграция новых клеток протекает совершенно иначе, чем продолжительные перемещения нейронов, которые мы наблюдаем в процессе развития мозга. Ее можно изобразить как игру в чехарду, где клетки по очереди помогают друг другу делать каждый следующий шаг. При этом мигрирующие нейроны образуют маленькие цепочки, будто крошечные караванчики на пути к носу.

Илл. 11. Артуро Альварес-Буйлья провел очень широкие исследования и невероятно подробно описал нейрогенез взрослых в субвентрикулярной зоне и обонятельной луковице. В 2011 году за свои работы он вместе с Джозефом Альтманом (и Джакомо Риццолатти, который открыл зеркальные нейроны) получил престижную премию принца Астурийского

Изучая новую тему, Альварес-Буйлья проявил то же внимание к деталям, что и в своих ранних трудах о птичьем мозге, и его работы последующих лет сложились в исследование, которое по сей день остается чрезвычайно масштабным и в котором уделено внимание практически всем аспектам описания, в том числе и «цепной миграции» нейронов.

К сожалению, из работ Альвареса-Буйльи мы также знаем, что эта форма нейрогенеза почти или даже совсем не встречается у человека, хотя в стенках желудочков мозга у нас тоже до старости сохраняются клетки-предшественницы. Позже Йонас Фрисен подтвердил это своим сенсационным радиоуглеродным методом. Конечно, ситуация вызывает вопросы. Зачем нам стволовые клетки, если из них вообще не формируются новые нейроны? Может быть, у них есть еще какие-то функции?

Хотя нейрогенез в обонятельной луковице человека не слишком бередил фантазию ученых, – ведь у нас очень слабый нюх, в отличие от грызунов и собак, которые постоянно работают носом и наверняка иначе расставили бы приоритеты в программе исследований, – само по себе открытие стволовых клеток в стенках желудочков имело большой эффект. Дело в том, что в материнской утробе именно из них развивается весь мозг. А по окончании развития, во взрослом возрасте, со стенкой желудочка граничат такие области мозга, где «новые нервные клетки» были бы очень кстати в случае разнообразных болезней, например при определенных видах инсульта. Группа ученых во главе с Олле Линдвалем и Заалом Кокайя из Лундского университета на юге Швеции посвятила свою работу этой форме «восстановительного нейрогенеза». Мы вернемся к этому в последней главе.

Однако совершенно независимо от медицинского применения, для науки нейрогенез в стенках желудочков представляет большой интерес. Дело в том, что там, где их возможности ограничены, ученые охотно используют в качестве модели доступные для исследования явления. Активное поведение стволовых клеток в стенках желудочков позволяет делать выводы о важных механизмах развития. В этой зоне, которую ученые называют субвентрикулярной или обозначают сокращением SVZ, стволовые клетки намного более активны, чем в гиппокампе, и, кроме того, их деятельность принципиально иная. Иногда больше всего информации кроется в различиях.