Общий принцип развития мозга состоит в том, что нервные клетки формируются и отправляются по своим местам в количествах, значительно превышающих необходимые. Затем эту клумбу, грубо говоря, пропалывают, и в результате гибнет большинство нервных клеток, а кое-где – почти все. Все из-за встроенной программы самоуничтожения, заложенной во всех клетках организма. Она называется апоптозом, или запрограммированной смертью клеток. Ее активация запускает биохимические механизмы, разрывающие ДНК клетки на куски. Без ДНК, чертежа производства белков, клетка долго не проживет. Покойся с миром, клетка.
Именно этот процесс, в ходе которого формируется много клеток, но выживают лишь единицы, приводит к тому, что развитие мозга не является строго предопределенным. Сам по себе он является эволюцией в миниатюре. Множество клеток соревнуются между собой за право попасть на свое место и подключиться к нужному контуру. Победители получают молекулярные сигналы, помогающие им выжить. У тех, кому повезло меньше, включается запрограммированная смерть клеток. Так происходит, например, в коре головного мозга. Оказывая влияние на этот процесс отбора, среда внутри материнской утробы или внешняя среда сразу после рождения могут определить, как именно в конкретном случае будет реализован чертеж мозга, закодированный в последовательности ДНК. Эти факторы и определяют наши различия. Многие ученые считают, что такие заболевания, как шизофрения и аутизм, могут быть результатом того, что это развитие где-то пошло не так.
Для клеток SDN вопрос жизни и смерти определяется генетикой[81]. SDN у самцов в два раза больше, чем у самок, так как эстроген, образовавшийся из тестостерона мужского плода, защищает нервные клетки от запрограммированной смерти. Поначалу самки и самцы производят равное количество нервных клеток, которые начинают двигаться в сторону будущего SDN, и это движение происходит с одинаковой скоростью. Но у женского плода многие клетки SDN быстро погибают, попав на нужное место. Больше всего нам известно о временных рамках этого процесса у мышей, поскольку их проще всего изучать. В отсутствие тестрогена SDN-клетки у мышки-девочки начинают гибнуть через три дня после рождения. Еще через неделю с ними покончено навсегда. Количество клеток сокращается в среднем вдвое по сравнению с тем, что сохраняется под защитой тестрогена. Количество клеток у разных полов не пересекается – это бинарная дифференциация.
SDN (sexually dimorphic nucleus, или диморфное половое ядро) – область во внутренней части мозга, которая под влиянием половых гормонов развивается у плода в двух разных вариантах, мужском и женском. Она может иметь решающее значение для сексуального поведения, связанного с гендером.
Число клеток никак не влияет на обработку информации. Например, у меня в селезенке много клеток, но их мыслительные способности довольно ограниченны. Нервные клетки могут творить чудеса благодаря количеству связей. Во всяком случае, они позволяют мне почти всегда приносить домой нужные овощи и помнить строки поэмы Томаса Элиота «Бесплодная земля». Связи позволяют множеству клеток мгновенно менять модель своей активности и объединяться в ансамбли, комбинации клеток в разных частях мозга, отвечающих за самые разные впечатления. Из-за влияния тестрогена SDN получает не только в два раза больше нервных клеток, но благодаря другому молекулярному сигналу и поддержке со стороны вспомогательных клеток ткани мозга, клетки SDN в мозге мальчика начинают выбрасывать отростки, которые встречаются с отростками других клеток. Так формируются синапсы. Этим мы тоже обязаны тестрогену[82]. У SDN мужского плода не только в два раза больше клеток, но и больше синапсов на одну клетку[83].Пора рассказать, как эти более крупные и лучше связанные SDN взаимодействуют с другими областями мозга и влияют на чувства, мысли и движения. Но беда в том, что мы пока еще слишком мало об этом знаем. У нас есть несколько схем, демонстрирующих, как проходят эти связи, но мы мало знаем о том, что они делают. Все дело в том, что до недавнего времени было технически невозможно ответить на эти вопросы. Но в последние годы появились методики, делающие эту задачу осуществимой. И если вы ищете интересную и важную область исследований, лучше этой вам не найти.
Можем ли мы с уверенностью сказать, что все эти сложные процессы в развитии SDN вызывает лишь одна молекула? Можем. Вся эта маскулинизирующая дифференциация обусловлена ею так полно, насколько причинная связь вообще может проявляться в ходе исследования. Чтобы доказать, что это действительно так, необходим всего один эксперимент. Когда ученые отключили ген энзима, который в процессе развития превращает тестостерон в эстроген в мозге плода, различие в количестве клеток у мышек-мальчиков и мышек-девочек никак не изменилось. Количество синапсов в расчете на одну клетку также не отличалось. Если же в критическую фазу развития плод женского пола был подвергнут воздействию тестрогена, ученые наблюдали такое же удвоение числа клеток, что и у мышек-мальчиков, а вместе с этим и рост числа связей.
Критично настроенный наблюдатель может сказать, что в этой логике все еще можно найти изъяны. Эта причинно-следственная связь выявлена в отношении лабораторных животных. Как мы можем быть уверены, что она верна и для людей? И мы действительно не можем, не с той же степенью уверенности. По этическим соображениям мы не можем повторить самые важные эксперименты на самих себе. Мы во многом продолжаем ссылаться на доказательства, которые любой суд признал бы цепочкой косвенных улик. Факт того, что большее количество клеток и синапсов вызвано маскулинизирующим влиянием тестрогена, вне всякого сомнения доказан для мышей и крыс. Удвоение числа клеток SDN у самцов в сравнении с самками наблюдается у всех млекопитающих, от мыши до человека. И последний факт – это, конечно же, корреляция. Но если сопоставить всю цепочку улик, вывод может быть только один.
Музыка связана с поиском любви уже более 250 миллионов лет, с тех пор как эволюция разделилась на ветви, давшие начало и птицам, и нам.
У нас еще нет данных о влиянии маскулинизации на взаимодействие SDN с другими центрами мозга, но благодаря исследованиям Маргарет Маккарти и других ученых мы знаем, как это взаимодействие влияет на поведение. И в выявлении закономерностей нам вновь помогут животные модели. Большой, маскулинизированный SDN является причиной специфического мужского полового поведения при спаривании. Если ученые отключат SDN, самец мыши или крысы будет вести себя совершенно нормально. Но он потеряет мотивацию к поиску и спариванию с готовой к этому самкой, а мы уже знаем, что именно это поведение составляет основу репродуктивной стратегии самцов с самого возникновения полового размножения в эволюции. Верно также и обратное. Если в определенную фазу развития мозг женского плода подвергается воздействию тестрогена и маскулинизуруется по размеру и количеству синапсов, мы получим самку, использующую мужскую модель брачного поведения. В науке редко можно встретить более убедительные доказательства.
Несмотря на то, что SDN размером с маленькое зернышко, мы можем разделить функции этой структуры на составляющие части. Ученые способны с большой точностью отключать все мелкие группы нервных клеток или временно приостанавливать их активность. Если они воспользуются этими методиками, чтобы отключить весь SDN у самца, он потеряет как мотивацию к поиску готовой для спаривания самки, так и мотивацию к самому спариванию. Если же отключить только верхний участок этого маленького зернышка, способность к спариванию может сохраниться, если ученые сведут животных вместе, но мотивация к поискам самки пропадает, если самец должен заняться ими сам.
Не надо думать, что есть общее правило, согласно которому «тестроген = больше нервных клеток и синапсов». Нервная система похожа на рынок недвижимости. Здесь имеют значение только три вещи: расположение, расположение и расположение. О трансмиттере или гормоне редко можно сказать, что они оказывают тот или иной эффект сами по себе. Все зависит от места. В SDN тестроген спасает клетки от апоптоза, заложенной программы самоубийства. В то же время совсем рядом тот же гормон будет оказывать прямо противоположный эффект. Антеровентральное перивентрикулярное ядро (anterioventral periventricular nucleus, AVPV) является еще одной частью гормонального центра управления в гипоталамусе. Оно значительно больше у самок, чем у самцов. Потому что в данном случае мужской тестроген не затрагивает клетки. Это тоже бинарная дифференциация, которая не должна нас удивлять. AVPV – это центральный узел в сети мозговых структур, которые через двенадцать-тринадцать лет запустят у будущего человека циклы гормональной активности и таким образом начнут овуляцию у девочки.
AVPV (anterioventral periventicular nucleus, или антеровентральное перивентикулярное ядро) – область во внутренней части мозга, которая у плода развивается по одному из двух вариантов, мужскому или женскому. Во время пубертата она определяет наличие циклического или ациклического паттерна выделения лютеинизирующего и фолликулостимулирующих гормонов.
У истории того, как тестроген навсегда определяет SDN или AVPV, есть красивый и увлекательный эпилог. «Эволюция – мастерица»[84]. Иногда кубики этого конструктора используются иначе у разных видов. Подумайте об этом, когда услышите пение птиц за окном погожим весенним утром. У самцов птиц тестроген тоже оказывает организующее влияние, но в их случае оно продолжается не всю жизнь. Их структура, предположительно соответствующая SDN мышей и крыс, каждый год формируется заново и разрушается по завершении брачного сезона. Самая важная задача этого центра – заставить птиц петь, привлекая готовых к спариванию самок. Музыка связана с поиском любви уже более 250 миллионов лет, с тех пор как эволюция разделилась на ветви, давшие начало и птицам, и нам[85], [86].
Кстати, Маргарет Макгарти уже много лет замужем за коллегой-ученым, Грегори Боллом. Он изучает работу центра песен в мозге птиц. Мне кажется, в этом есть что-то очень романтичное. Интересно, поет ли он ей песни по весне?