Хотя люди явно отличаются от других приматов по поведению и когнитивным способностям, вопрос о том, какими свойствами мозга обусловлены эти отличия, далек от разрешения. Понятно, что наш мозг крупнее, чем у других обезьян (рис. 9.6), и у нас больше нейронов в неокортексе. Но этого, пожалуй, недостаточно для объяснения уникальных черт нашего разума. Положительные корреляции, прослеживающиеся между размером мозга, числом нейронов и когнитивными способностями как у приматов, так и у других млекопитающих, не настолько просты и однозначны, чтобы сводить уникальность нашего мышления исключительно к массе мозга или количеству нейронов в коре.

Рис. 9.6. Мозг человека резко отличается от мозга других обезьян по размеру, но не по анатомии. По рисунку из Sousa et al., 2017a.

Как писал Гилберт Честертон, легко найти изображение оленя, сделанное человеком. Но вот изображения человека, сделанного оленем, не найти. “…Это – потрясающая тайна”. Что же такого уникального в мозге человека помимо размера, какие его особенности позволяют нам делать вещи, абсолютно недоступные другим животным?

Уже более полутора веков – начиная с выхода в свет дарвиновского “Происхождения видов” – ученые пытаются найти в мозге человека хоть какие-то уникальные черты, кроме размера. Поначалу этому вопросу придавали преувеличенное значение, так что дебаты протекали весьма бурно. Противники Дарвина думали, что наличие в мозге человека анатомических деталей, отсутствующих у обезьян, доказало бы независимое сотворение видов и несостоятельность дарвиновской теории. Ричард Оуэн, блестящий анатом (придумавший, кстати, термин “динозавры”) и при этом один из самых авторитетных антидарвинистов, утверждал, что такой уникальной деталью является “малый гиппокамп” (hippocampus minor). Теперь эта часть мозга известна как “птичья шпора” (calcar avis) – выпуклость на медиальной стенке заднего рога бокового желудочка. Но дарвинистам удалось показать, что и малый гиппокамп, и другие найденные Оуэном структуры мозга, якобы уникальные для человека, у обезьян тоже имеются. Этот громкий диспут способствовал росту популярности дарвиновской теории, хотя сегодня нам уже нелегко понять логику тогдашних ученых, полагавших, будто наличие или отсутствие пустяковой выпуклости на стенке мозгового желудочка может быть аргументом за или против эволюционного происхождения видов. У каждого вида есть какие-то уникальные черты, иначе его не считали бы отдельным видом. Впрочем, и сегодня еще можно встретить креационистов, придерживающихся очень старой идеи о том, что в мозговых желудочках находится душа (Schiller, 1997).

За прошедшие полтора века между мозгом человека и шимпанзе так и не удалось найти серьезных анатомических различий. Правда, нашлись более тонкие различия, затрагивающие структуру связей между отделами (например, между речевыми зонами коры), а также детали строения нейронов (например, пирамидальные нейроны коры у людей несколько крупнее и имеют более разветвленную систему дендритов с большим числом дендритных шипиков). Кроме того, было показано, что у человека и других приматов различаются уровни экспрессии некоторых генов в мозге (Sousa et al., 2017a).

В 2017 году журнал Science сообщил о результатах масштабного исследования транскриптомов 16 отделов мозга у взрослых людей, шимпанзе и макак-резусов, выполненного большим международным коллективом биологов (Sousa et al., 2017b). Ученые измерили уровни экспрессии белок-кодирующих генов и некодирующих РНК в 247 образцах мозговой ткани шести людей, пяти шимпанзе и пяти макак. Образцы были взяты из гиппокампа, миндалевидного тела, полосатого тела, медиодорсального ядра таламуса, коры мозжечка и 11 отделов неокортекса.

Оказалось, что уровни экспрессии множества генов в мозге у этих приматов значимо различаются. Результат ожидаемый – было бы странно, если бы у всех все было одинаково. Цифры такие: хотя бы в одном отделе мозга и хотя бы у одной пары видов по-разному экспрессируются 25,9 % матричных РНК (мРНК, кодируют белки) и 40,6 % микроРНК (регулируют экспрессию). У человека по сравнению с обоими видами обезьян значимо сдвинута (понижена или повышена) экспрессия 11,9 % мРНК и 13,6 % микроРНК. Специфичные для человека изменения экспрессии мРНК за редкими исключениями приурочены лишь к некоторым отделам мозга, в частности к полосатому телу, а не ко всем сразу. Напротив, среди дифференциально экспрессирующихся микроРНК много таких, чья экспрессия у человека повышена или понижена во всех или многих отделах сразу. При этом генов микроРНК с повышенной экспрессией у человека втрое больше, чем с пониженной (155 против 47).

Многие гены, экспрессия которых изменилась у людей по сравнению с шимпанзе и макаками, связаны с передачей сигналов при помощи нейромедиаторов ацетилхолина, серотонина и дофамина. Например, в полосатом теле у человека понижена экспрессия трех из пяти типов дофаминовых рецепторов (DRD1, DRD2, DRD3). Эти нейромедиаторы оказывают модулирующее влияние на нейроны мозга и играют важную роль в обучении, рассудочной деятельности и эмоциональной регуляции поведения (см. раздел “Нейрохимическая гипотеза происхождения человека” ниже). Напротив, профили экспрессии генов, связанных с главными “рабочими лошадками” мозга – возбуждающим медиатором глутаматом и тормозным медиатором ГАМК, оказались у трех видов сходными. Нуклеотидные последовательности этих генов тоже отличаются высокой консервативностью у приматов.

Особое внимание исследователи уделили генам, связанным с биосинтезом дофамина: TH (тирозингидроксилаза) и DDC (дофадекарбоксилаза). Экспрессия TH и DDC резко повышена у человека в полосатом теле по сравнению с шимпанзе и макакой. При этом в неокортексе у шимпанзе экспрессия TH ниже, чем у макаки и человека.

Заинтересовавшись этой необычной картиной, исследователи изучили образцы мозговой ткани шести других видов обезьян.

Различия в экспрессии TH, как выяснилось, зависят от числа вставочных нейронов, экспрессирующих TH (такие нейроны обозначаются TH⁺). Чем больше таких вставочных нейронов, тем выше суммарный уровень экспрессии TH. У человека в двух отделах полосатого тела (в хвостатом ядре и скорлупе) вставочных нейронов TH⁺ оказалось намного больше, чем у всех остальных обезьян. В неокортексе нейроны TH⁺ есть у человека, орангутана и всех нечеловекообразных обезьян, однако они полностью отсутствуют у наших ближайших родственников – больших африканских человекообразных обезьян (шимпанзе, бонобо и горилл).

О присутствии в человеческом неокортексе немногочисленных нейронов TH⁺ было известно и раньше, но теперь удалось выяснить о них новые важные подробности. Судя по набору экспрессирующихся генов, нейроны TH⁺, расположенные в неокортексе, могут синтезировать дофамин, и дополнительные эксперименты с клеточными культурами это подтвердили.

Изучение проб человеческой мозговой ткани на разных стадиях развития показало, что кортикальные вставочные нейроны TH⁺ формируются в ганглионарных бугорках (временной структуре эмбрионального мозга, производящей нейроны для некоторых отделов взрослого мозга) и начинают мигрировать в полосатое тело и неокортекс незадолго до или вскоре после рождения. У шимпанзе и горилл они, по-видимому, до неокортекса не добираются.

Скорее всего, исходно у обезьян вставочные нейроны TH⁺ присутствовали в небольшом количестве и в полосатом теле, и в неокортексе. У общего предка больших африканских человекообразных обезьян они пропали из неокортекса. Или, может быть, сами нейроны не пропали, но перестали экспрессировать TH – а значит, и синтезировать дофамин. Наконец, у предков людей после их отделения от предков шимпанзе произошло два изменения: во-первых, восстановилось присутствие нейронов TH⁺ в неокортексе, во-вторых, резко выросло их количество в полосатом теле.

Поскольку дофаминовая система влияет на многие аспекты нашей психики (включая память, интеллект, обучаемость, мотивацию поступков и социальное поведение), эти эволюционные изменения могли сыграть важную роль в антропогенезе. Так ли это – покажут дальнейшие исследования. На сегодня известно, что число нейронов TH⁺ в неокортексе снижается при болезни Паркинсона и некоторых видах деменции (Marui et al., 2003). Поэтому вполне вероятно, что эти нейроны действительно важны для нормальной работы человеческого разума (а про возможную роль повышенного уровня дофамина в полосатом теле мы поговорим в следующем разделе).

Значимость этого исследования не сводится к расшифровке эволюционной истории вставочных нейронов TH⁺. Ученые получили внушительный список генов, активность которых в тех или иных отделах мозга существенно изменилась у людей по сравнению с другими обезьянами. Наверняка многие из этих генов повлияли на становление наших уникальных особенностей. Разбираясь последовательно с пунктами списка (то есть долго и нудно изучая их один за другим), можно будет, скорее всего, найти еще немало интересного вдобавок к истории с нейронами TH⁺.