Исследователи из школы медицины Маунт-Синай в Нью-Йорке задавались вопросом: «Когда микроглия впервые появляется при развитии эмбриона?» Как выяснилось, очень рано. Она возникает из того же семейства стволовых клеток, из которых формируются белые кровяные клетки иммунной системы и лимфа. Однако вместо того, чтобы оставаться в теле, как они[23], на девятый день после зачатия микроглия поднимается вверх по кровотоку и проникает в мозг эмбриона, где и остается на протяжении всей жизни человека.
Иными словами, микроглия и белые кровяные клетки имеют одинаковую историю происхождения. Они являются близкими родственниками, но «штаб-квартира» микроглии находится в том органе, который издавна считался неприкосновенным для иммунной системы[24]. Это правда, что белые кровяные клетки не имеют доступа в мозг, но им это и не нужно, поскольку их родственники, микроглиальные клетки, уже следят за порядком на районе.
Только теперь ученые начали понимать, что микроглия выполняет функцию белых кровяных клеток для мозга.
Бет Стивенс приступила к тщательному изучению микроглии. Эти крошечные клетки выглядели головокружительно при увеличении.
Под мощным микроскопом отдельные клетки микроглии напоминали изящные древесные ветви с многочисленными гибкими побегами. Эти ветви непрестанно кружили по мозгу, выискивая малейшие признаки расстройств и неполадок. Когда микроглиальные клетки двигались мимо нейронов, они вытягивали и втягивали крошечные отростки, легко прикасаясь к каждому нейрону и как бы спрашивая: Как вы себя чувствуете? Все в порядке, или не очень? – словно врач, пальпирующий живот пациента или проверяющий рефлексы, постукивая по локтям и коленям.
Эти клетки действовали быстро.
– Мне не приходилось видеть, чтобы другие клетки действовали так целенаправленно, – вспоминает Бет. – Они не только составляют 10 % от всех клеток мозга; прямо сейчас, пока мы говорим, они обследуют каждый уголок нашего мозга. Например, если человек заинтересован тем, что он читает, то их активность только усиливается! Их ежедневная работа состоит в проверке систем. Как ведет себя этот нейрон? Что происходит с этим синапсом? О, там что-то происходит, – скорей туда, посмотрим, что случилось!
Стивенс была зачарована этими крошечными танцорами.
– Ни одна другая клетка в нашем мозге не может двигаться, определять ничтожные изменения и реагировать на них; сам этот факт казался мне невероятно увлекательным. И, как выяснилось, микроглия была изначально предназначена для этого.
В лаборатории Бена Барреса Стивенс приступила к работе над новым проектом. Она стала изучать процесс сокращения синапсов для формирования здорового мозга в ходе нормального развития. А именно, они с Барресом старались выяснить, какую роль иммунная система под названием система комплемента[25] может играть в удалении лишних синапсов при развитии мозга.
В то время ученые знали, что система комплемента играет невероятно важную роль в организме. Когда в одном из органов умирает клетка или появляется патоген – инородное вещество или микроорганизм, – которому там не место, молекулы системы комплемента быстро помечают его для удаления. Потом иммунные клетки – в данном случае вид белых кровяных клеток, известный как макрофаги (от греческого «большие едоки»), – находят метку, окружают инородную клетку или патоген и уносят ее.
В человеческом теле макрофаги также играют большую роль при различных воспалениях и физических заболеваниях, особенно аутоиммунного типа. При активизации они могут вырабатывать массу воспалительных химических соединений, которые причиняют значительный ущерб. К примеру, при аутоиммунном заболевании они иногда заходят слишком далеко в своих усилиях по разрушению патогенов и начинают причинять вред соединительным тканям. Это наблюдается при таких болезнях, как ревматоидный артрит[26], когда макрофаговые иммунные клетки разрушают хрящевую ткань.
Однако ранее не считалось, что система комплемента играет какую-то роль в здоровье и нормальном развитии мозга. В медицине преобладало мнение, что мозг не является иммунным органом, а потому иммунные клетки вроде макрофагов в нем не действуют. Поэтому Стивенс и Баррес были не вполне уверены, по какой причине исчезают синапсы.
Тем не менее ученые предположили, что, возможно, каким-то неизвестным образом система комплемента играет роль в определении того, какие синапсы мозга подлежат устранению в ходе нормального развития, а какие должны остаться.
Когда плод созревает в утробе, в развивающемся мозге возникает гораздо большее количество синапсов, чем это необходимо. Затем мозг должен избавиться от лишних для достижения хорошей синаптической связности, обеспечивающей сложную работу человеческой психики. В ходе этого процесса некоторые разновидности синапсов устраняются, в то время как другие сохраняются и даже укрепляются. Как в садоводстве, такая «стрижка» является полезным делом; без нее мозг не мог бы правильно развиваться.
Представьте дерево, которое непрерывно пускает все новые и новые ветви, пока не оказывается настолько угнетенным собственным ростом, что больше не может поддерживать здоровое существование. Такое дерево вскоре упадет или засохнет. То же самое относится к триллионам синапсов, которые возникают еще до появления ребенка на свет.
Бет Стивенс и Бен Баррес задавались вопросом: что, если комплементы помечают лишние синапсы и посылают от них химические сигналы «съешь меня», и тогда они разрушаются? Подобно тому, как в теле человека помеченные ими же клетки разрушаются макрофагами иммунной системы. Что, если это способ подготовки мозга к нормальному и здоровому развитию?
Они решили доказать (и впоследствии доказали), что так оно и есть. Когда комплементы помечали синапсы[27] сигналами «съешь меня», то эти синапсы исчезали из мозга, как по мановению волшебной палочки. Подумайте о том, как вы отмечаете электронные письма, которые хотите удалить. Сервер электронной почты распознает такие метки, и когда вы нажимаете на иконку корзины, они исчезают. Именно это увидели Стивенс и Баррес, когда наблюдали, что происходит с мозговыми синапсами, которые были помечены комплементами.
Их фундаментальная статья, опубликованная в 2007 году, вызвала резонанс в научном мире. Однако для Бет Стивенс это открытие отвечало лишь на один из множества ее вопросов. Какая причинно-следственная связь работала в данном случае? Что именно уничтожало помеченные синапсы и заставляло их исчезать? Возможно ли, что микроглия принимает участие в процессе, который предопределяет функцию мозга на протяжении всей жизни? Может ли она быть аналогом макрофагов в головном мозге, который реагирует на сигналы «съешь меня» и формирует структуру синаптических связей еще в утробе?
И, что не менее важно, думала Стивенс, может ли такая «стрижка» когда-либо выходить из строя?
Отсюда начался путь к очередному судьбоносному прорыву. Бет Стивенс задавалась вопросом: что, если этот процесс происходит не только во время развития мозга, но и может повторно активзироваться на более позднем жизненном этапе, уничтожая нужные и необходимые нейронные соединения и синапсы, что приводит к расстройствам и болезням в зрелом возрасте? Могут ли эти докучливые и почти бесполезные микроглиальные клетки на самом деле уничтожать крайне важные синапсы в мозге взрослого человека? Может ли иммунная клетка мозга (та самая, которой медицина решительно пренебрегала до сих пор) решать, какие синаптические связи должны сохраняться, а от каких нужно избавиться, и таким образом заниматься тонкой настройкой здоровья нашего мозга?
Пока Бет Стивенс занималась исследованием этих вопросов и стояла на пороге открытий, которые привели к пересмотру учебных программ медицинских колледжей, пациенты, лечащие врачи и психиатры оставались в полном неведении относительно поразительного научного прогресса в понимании человеческого мозга.
Одним из таких пациентов была Кэти Харрисон. В 2008 году (когда Бет Стивенс заканчивала свою докторскую у Бена Барреса) она защитила кандидатскую диссертацию по социологии и боролась с тяжелейшими психиатрическими симптомами, которые в разной степени опустошали ее жизнь как женщины, как профессионала и как матери.
Глава 2Подняться на десять футов из сорокафутового колодца
В последний год обучения в аспирантуре, незадолго до получения кандидатской степени по социологии Кэти Харрисон достигла дна темного колодца, в который падала большую часть своей молодости.
Ее нервы были настолько измотаны стрессом из-за попыток угодить своему суровому научному консультанту, что Кэти начала время от времени видеть странные вещи.
Однажды она возвращалась из магазина в свою маленькую квартиру-студию и уронила на пол пакет с молодой морковью. Пакет порвался, и морковь рассыпалась по белому линолеуму. Когда Кэти посмотрела на пол, ей показалось, что она видит ползающих повсюду оранжевых тараканов.
Примерно в то же время ей стала постоянно слышаться неприятная музыка из соседней квартиры. Она подошла к двери, постучалась и попросила:
– Вы не могли бы сделать музыку потише?
– У меня нет никакой музыки, – ответил из-за двери ее сосед.
Когда она второй раз постучалась в его дверь, он закричал:
– Перестаньте стучать; вы что, сумасшедшая? Сходите к врачу!
Кэти, которой уже поставили диагноз «большое депрессивное расстройство» (БДР) в колледже, обратилась к своему терапевту. Врач объяснил, что если курс лечения от депрессии недостаточно эффективен, то пациенты могут испытывать зрительные и слуховые галлюцинации, вызванные неправильной работой мозга. Тогда Кэти пошла к психиатру, и он увеличил дозировку препаратов от депрессии, которые она уже принимала. Он также добавил в этот фармацевтический коктейль стабилизатор настроения.