Уикипедия на мозъка" срещу деменцията, психичните заболявания и мозъчните "катастрофи"
Професор Владимир Лазаревич Зелман, чуждестранен член на Руската академия на медицинските науки и Руската академия на науките, един от пионерите на невроанестезиологията, член на Международния академичен съвет на Новосибирския държавен университет, възпитаник на Новосибирския медицински институт, днес е един от тримата най-добри американски анестезиолози.
Университет на Южна Калифорния (Лос Анджелис, САЩ), където V.L. Зелман е ръководител на Катедрата по анестезиология и реанимация и е един от лидерите в областта на невронауките в САЩ, като участва в едни от най-мащабните проекти за изследване на мозъка като ENIGMA. В своята лекция в NSMU и в интервю за НАУКАТА от първа ръка, професор Зелман говори за най-интересните резултати, получени от университетски персонал в партньорство с колеги от други организации в една от най-горещите точки на пресечната точка на съвременната биология и медицина. Сред тях е генетичната база данни на развиващия се мозък, която ще ни позволи да оценим генетичните рискове от заболявания; карта на местоположението в мозъка на всички неврони и „окабеляването“, което ги свързва; неврокомпютърни технологии, които позволяват на „силата на мисълта“ да контролира бионичните протези
През последните 25 години науката за мозъка е напреднала повече, отколкото през цялата история на нейното изследване Професор Владимир Зелман
Като начало малко статистика: според експерти до 2050 г. броят на хората, страдащи от деменция, придобита деменция, може почти да се утрои в света и да достигне 132 млн. Най-често срещаната форма на деменция е свързана с болестта на Алцхаймер, невродегенеративно заболяване, което се развива главно в напреднала възраст. И забавянето на началото на заболяването само с 5 години (от 76 години на 81 години) ще позволинамалете наполовина броя на пациентите!
И това е само един красноречив пример за значението на невронауките, които изучават мозъка – физическата основа на нашето съзнание, подсъзнание и умствена дейност, един от най-сложните и най-мистериозни органи на човешкото тяло. Механизмите на функциониране на мозъка не са напълно разбрани, въпреки че през последния четвърт век, благодарение на появата на нови изследователски технологии, като магнитен резонанс, електроенцефалография и др., стана известно повече за биологията на здравия и болен мозък, отколкото в цялата предишна история на неговото изследване. През последните десет години обаче стана ясно, че поне 80% от известните в момента гени се експресират до известна степен в централната и периферната нервна система.
Днес инвестициите в неврологията се оценяват на милиарди долари. Така през последното десетилетие на 20 век, обявено за „десетилетие на мозъка“, Конгресът на САЩ отдели около 3 милиарда долара за изследвания в тази област. За сравнение: за изследване на човешкия геном едновременно са отделени около 3,7 милиарда долара; символично е, че тези два най-важни научни проекта вървяха паралелно.
Университетът на Южна Калифорния, където професор V.L. През последните години Zelman зае водеща позиция в изследването на мозъка не само в Съединените щати, но и в целия свят, благодарение на използването на уникален мултидисциплинарен подход, който позволява съвместно решаване на мистериите на мозъчните заболявания по начини, недостъпни за изолирани лаборатории.
Университетът на Южна Калифорния инициира глобалния проект за изследване на мозъка ENIGMA, който се ръководи от университетския професор П. Томпсън и се финансира от Националния институт по здравеопазване на САЩ. В този най-голям международен проект днес работят около 200 душиматематици, генетици, невробиолози и лекари от повече от 35 страни по света, включително България (от Новосибирския държавен университет, редица институти на Сибирския клон на Руската академия на науките, Института по неврохирургия „Н. Н. Бурденко“, Института по проблеми на предаването на информация „А. А. Харкевич“ и др.). В рамките на проекта се провеждат изследвания на структурите и функциите на мозъка и предразположението към заболявания като шизофрения, болест на Алцхаймер, депресия, наркомания и др. Основното внимание се обръща на идентифицирането на факторите, които причиняват или, обратно, предотвратяват дадено заболяване, като начин на живот, хранителни навици и, разбира се, наследственост. Например, наскоро беше открит ген, който участва в развитието на затлъстяването чрез нарушения във функционирането на мозъчните структури.
В човешкия мозък има около 100 милиарда специализирани нервни клетки - неврони, всяка от които има около 10 хиляди синапса, които служат за предаване на нервни импулси между клетките. Различните части на нашия мозък, отговорни за мисленето, възприятието и чувствата, са свързани с нервни влакна с обща дължина от 100 000 мили (161 000 км).
Най-важната част от проекта ENIGMA е Connectome, проект за изследване на проводната система на мозъка. Самото понятие "конектом" е въведено по аналогия с понятието "ген", за да опише напълно структурата на връзките в нервната система. Проектът Connectome ще създаде четириизмерна (четвърто измерение - време) карта на местоположението в мозъка на всички неврони и "окабеляването", което ги свързва, описвайки всичките 100 трилиона възможни взаимодействия между клетките. Този проект, който ще комбинира всички резултати от изображения на мозъка в една карта, с право може да бъде наречен "Уикипедия на мозъка". В резултат на това ще бъде възможно да се установи изменчивост и генетична предопределеностневрони, проследяване на техните взаимодействия в реално време и идентифициране на наличието на невронни патологии.
Като всяка клетка, всеки тип неврон използва специфичен набор от гени, за да създаде своята молекулярна машина; последователно взаимодействащите неврони образуват така наречените невронни вериги (най-простият пример е рефлексна дъга). Разбирането на всички нюанси на работата на невронните вериги също трябва да помогне за разбирането на патогенезата на мозъчните заболявания, което ще направи тяхната диагностика по-ефективна. В края на краищата тогава ще стане възможно да се разпознават патологичните процеси не само въз основа на симптомите, но и да се търсят болести буквално на нивото на отделните синапси.
Към днешна дата са описани около една и половина разновидности на психични заболявания. Възможно е в следващото десетилетие, когато стане известно на какъв етап и на кое място се включват или изключват гените, които пренасочват синаптичната активност в „грешната“ посока, броят на тези заболявания да се увеличи с един или два порядъка. В същото време лечението ще стане по-персонализирано и в случай на ранна диагностика ще бъде възможно да се коригират такива „грешни“ процеси с пълна рехабилитация на пациента.
Проектът ENIGMA вече е събрал огромно количество генетични данни и данни за изображения на мозъка - около 50 хиляди изображения на мозък от 33 хиляди души от повече от три дузини страни по света! Събирането на такъв материал днес не е толкова трудно, но за да се дешифрират и интерпретират тези огромни информационни потоци, са необходими суперкомпютри и биоинформатици - специалисти по работа с "големи" данни. По принцип такива задачи вече са по силите на съвременната наука, така че е възможно в близко бъдеще всеки от нас да стане собственик на „флашка“, на която ще бъде записан преписътне само нашия геном, но и самата ни личност.
Още днес изследванията на проводната система на мозъка дават надежда да улеснят живота на пациенти със сериозни мозъчни увреждания в резултат на травма. Говорим за неврокомпютърна технология (т.нар. интерфейс „мозък-компютър“), която позволява на парализиран човек да контролира „силата на мисълта“ на бионични протези, например механична ръка.
Един от проблемите на такива неврокомпютърни технологии е изборът на мозъчни сигнали, които трябва да се използват за управление на бионични протези. Според редица изследователи е необходимо да се разчете дейността на нервните клетки на моторната кора на главния мозък, която е пряко отговорна за движенията - в този случай обратната връзка се формира на ниво реално действие. Но има и друг подход, при който предпочитание се дава не на самото действие, а на намерението за извършването му! Идеята за инсталиране на чипове в областта на средната кора, участваща в планирането на действията, принадлежи на колегата на Зелман, професор Р. Андерсън от Калифорнийския технологичен институт.
В.Л. Зелман: „Ричард Андерсън е прекарал последните 25 години в изследване на мозъка, търсейки клъстери от неврони, чиято активност може да се използва за контролиране на движението на изкуствен крайник. Той беше сигурен, че това не изисква информация за самото движение, тъй като всяко от тях е осигурено в конектома от стотици хиляди невронни връзки, които са трудни за проследяване. В този смисъл самото намерение да се направи това или онова действие е много по-обещаващо и Андерсън в крайна сметка открива в задната черепна ямка, до зрителните анализатори, областта, където се образува.
И наистина, при останалите пет пациенти, при които чипът е имплантиран в областта на моторакора, координацията беше значително по-лоша, те пропускаха по-често при движение, например, когато взеха кутия сок. Но още по-голям проблем е, че досега всички подобни бионични крайници се използват само в рамките на експерименти, които рано или късно приключват. Чиповете, имплантирани в мозъка, се възприемат от последния като чуждо тяло и в крайна сметка се капсулират и губят контакт с невроните. Но същността на тези работи е, че те показват фундаменталната възможност за улесняване на живота на напълно парализирани пациенти, използвайки интерфейса мозък-компютър.
Този пациент с мозъчен чип може да управлява изкуствена ръка. С негова помощ той може да вземе не само топка или кутия кока-кола, но и такива крехки предмети като яйце. В същото време мозъкът на пациента може дори да контролира натиска, който изкуствената ръка упражнява върху предмет. С негова помощ пациент, който се нуждае от непрекъснати грижи през деня, може дори да се научи да се бръсне сам!
... Връщайки се към болестта на Алцхаймер, нека припомним, че мозъкът на здравите хора губи по-малко от 1% от теглото си годишно, като тази загуба се компенсира поради регенерацията на тъканите под въздействието на умствената дейност. Симптомите на болестта на Алцхаймер започват да се проявяват при загуба на 10% от мозъчната тъкан, а при нормални условия това е необратим процес. Към днешна дата обаче учените вече са открили 9 гена, които могат да ускорят и забавят развитието на това заболяване, включително Apoe4, който е водещият рисков фактор за тази най-често срещана форма на сенилна деменция (вещества, които могат да трансформират „агресивния“ ApoE4 протеин, кодиран от този ген, в по-безопасна изоформа, вече се тестват върху животни).
Освен това днес ученитеУниверситетът на Южна Калифорния, заедно с колегите си от университета Уейк Форест в Северна Каролина, работят за „записване“ на информация, съхранявана в мозъка, благодарение на което мозъкът на човек, страдащ от болестта на Алцхаймер, може да бъде „рестартиран“, връщайки, поне временно, изгубени спомени. Този резултат, който дори днес изглежда фантастичен, е само ясно доказателство за напредъка, който съвременната наука е постигнала в изучаването на мозъка, орган, който векове наред е смятан за подходящ да изпълнява само функцията за охлаждане на кръвта!
Подготвени от Лариса Овчинникова и Маша Перепечаева