, а не фармакология или электрофизиология, в итоге привела к принятию концепции синаптической передачи с помощью аминов[301] мозга» [25]. После того как в 1950-х годах были получены первые электронные микроскопические изображения синапса, Бернард Кац показал, что крошечные пузырьки (везикулы) в пресинаптическом нейроне высвобождают нейромедиатор в синапс, следуя за притоком кальция, который лежит в основе потенциала действия. Некоторые нейромедиаторы, такие как ГАМК, оказались ингибирующими[302], тем самым решился вопрос о природе торможения, который ставил ученых в тупик в течение столетия. Также стало очевидно, что некоторые нейроны вообще не используют нейромедиаторы, а вместо этого функционируют за счет электрических синапсов или щелевидных соединений. В 1970 году трое из главных участников революции в понимании химии мозга – Ульф фон Эйлер, Джулиус Аксельрод и Бернард Кац – получили Нобелевскую премию за свою работу.
Вскоре были идентифицированы многие рецепторы, участвующие в постсинаптическом ответе на нейромедиатор. Оказалось, что существует два класса: одни вещества приводят к немедленному распространению потенциала действия, в то время как другие вызывают гораздо более медленный ответ через каскад молекул вторичных мессенджеров[303] в постсинаптическом нейроне. Исследование Пола Грингарда[304] о медленной синаптической реакции, основанное на работах Эрла Сазерленда[305] и Эда Кребса[306] в 1960-х годах, было вознаграждено Нобелевской премией в 2000 году, которую он разделил с Карлссоном и Канделем. Эта работа еще не закончена – структура ГАМК-рецептора, мишени «Валиума», была описана совсем недавно [26].
Богатый химический мир мозга стал выглядеть еще более сложным, когда выяснилось, что мозговая деятельность включает в себя не только ритмическое действие нейромедиаторов, но также и эффекты нейрогормонов более медленного действия. Эти вещества, часто образующиеся из пептидов – коротких цепочек аминокислот, – высвобождаются в кровоток или внутриклеточные пространства и действуют как сигнальные молекулы в организме, в частности в головном мозге. Большая часть исследований в этой области была посвящена роли гипоталамуса, который эдинбургский нейрофизиолог Гарет Ленг назвал «сердцем мозга» [27]. В 1960-х и 1970-х годах было показано, что гипоталамус и гормоны, производимые им, участвуют в координации сложных физиологических и поведенческих реакций, в том числе связанных со стрессом и размножением. А в 1977 году половина Нобелевской премии была присуждена Роджеру Гиллемину и Эндрю Шалли за их открытия, связанные с производством нейропептидов в мозге (другую половину премии получила Розалин Ялоу, разработавшая радиоиммунологические методы определения пептидных гормонов). В 1990-х годах были открыты нейропептиды лептин и грелин, которые влияют на пищевое поведение и чувство сытости. Таким образом, нейрогормоны участвуют в долгосрочном контроле основных физиологических процессов, многие из которых имеют поведенческий компонент.
Нейрофизиолог Гарет Ленг назвал гипоталамус сердцем мозга.
Эти вещества воздействуют на нервные цепи, участвующие в поведении, либо временно – например, изменяя реакции самки крысы на детенышей, заставляя ее поднимать их и создавать для них гнездо, – либо постоянно, например, формируя мозг крысы для выработки более мужских моделей поведения. Способ, которым пептиды секретируются, сильно отличается от действия нейротрансмиттеров. Везикулы, содержащие нейрогормоны, могут появляться в любом месте тела нейрона, а не только в синапсе. Они особенно распространены на дендритах и могут способствовать функциональной реорганизации частей нервной системы при повторной стимуляции.
Этот аспект функции мозга чрезвычайно сложен. Считается, что существует более сотни различных нейропептидов, которые проходят через внутриклеточное пространство мозга, составляющее около 20 % его общего объема [28]. Пептидные молекулы высвобождаются в большом количестве – гораздо большем, чем количество молекул нейромедиаторов, – в виде импульсов, которые могут продолжаться в течение нескольких дней. Каждая из этих систем, на которые влияют внутренние и внешние условия, воздействующие на организм животного, имеет свои собственные петли обратной связи, управляющие изменениями мозговой деятельности. Сравнительные исследования показывают, что такие сети, уходящие корнями глубоко в недра эволюции, появились вскоре после кембрийского взрыва[307], около 530 миллионов лет назад.
Нейрогормоны – это вещества, которые действуют как сигнальные молекулы в мозге.
Хотя общие целевые области, на которых сосредоточена активность нейрогормонов, можно определить, остается неясным, как именно они изменяют работу мозга, вызывая наблюдаемые изменения в поведении. Например, нейроны в мозге крысы, чувствительные к окситоцину, влияют на питание, различные аспекты размножения, социальное поведение и водно-солевой баланс организма животного. Каким-то образом один и тот же нейрогормон координирует сложные и очень разные формы поведения. Эта сложность – признанная фон Нейманом в процессе его серьезных размышлений о связи между мозгом и компьютером, – показывает, что мозг является сложным органом, занимающимся параллельной обработкой данных. Он может делать несколько вещей одновременно, используя как почти цифровую, так и аналоговую передачу сигналов, а также непрерывную, аналоговую передачу через нейрогормоны.
Эндорфины вырабатываются после травмы и интенсивных физических нагрузок, из-за чего мы ощущаем «второе дыхание».
Одним из самых интригующих открытий, связанных с нейропептидами, стало описание опиоидных рецепторов в 1973 году Кэндис Перт, аспиранткой группы Снайдера [29]. Существование опиоидных рецепторов помогло объяснить, почему млекопитающие так заинтересованы в опиоидах – исследование финансировалось американской программой, разработанной для реагирования на растущее потребление героина жителями гетто и солдатами, воюющими во Вьетнаме. Также встал вопрос о том, почему вообще существуют такие рецепторы – должно быть, в мозге есть какое-то природное опиатоподобное вещество, способное связываться с ними. В 1975 году Джон Хьюз и Ганс Костерлиц из Абердинского университета обнаружили в мозге свиньи два нейропептида с мощной опиоидной активностью – эндорфины [30]. Несколько месяцев спустя группа Снайдера описала ту же пару эндорфинов у крысы. Они продолжали обнаруживать эти вещества в областях мозга, задействованных в эмоциональные реакциях, таким образом объяснив психоактивное действие опиоидов [31].
Теперь известно, что эндорфины вырабатываются после травмы, а также после интенсивных физических упражнений, из-за чего открывается «второе дыхание» и появляется чувство эйфории.
В 1978 году Снайдер, Хьюз и Костерлиц получили престижную Премию Ласкера[308] за работу над эндорфинами. Перт по понятным причинам чувствовала, что ею пренебрегли – открытие было ее в той же степени, что и Снайдера, – и публично протестовала. Кроме того, в прошлом году исследовательница не получила еще одну крупную награду – председатель комиссии впоследствии признал, что это было «значительным упущением», но никаких действий за словами не последовало [32]. Роль Перт так и не была официально признана.
Открытия в области химии мозга вместе с растущей осведомленностью общественности о таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, – одно из немногих долговременных последствий «Десятилетия мозга», объявленного в 1990-е годы американским президентом Джорджем Бушем-старшим, – позволили сформировать новые подходы к проблемам психического здоровья [33]. Одним из важных аспектов этих открытий было предположение, что аддиктивная сила некоторых наркотиков может быть основана на их способности высвобождать из нейронов дофамин. В 1990-х годах серия исследований Вольфрама Шульца из Кембриджского университета показала, что сети дофаминергических нейронов связаны с вознаграждением у животных. Теперь стало ясно, что все гораздо сложнее и что эти нейроны помогают измерять разницу между предсказанными и действительными условиями; они также могут модулировать кодирование аверсивных стимулов[309] [34]. Если ожидаемый стимул – включая аверсивный – не возникает, то дофаминовые нейроны сигнализируют об этом животному [35]. Они также обнаруживают временные связи между стимулом и вознаграждением или наказанием, которые лежат в основе обучения, распознают порядок событий и соответствующим образом усиливают или подавляют активность в своих синапсах [36].
В 1997 году Алан Лешнер из NIH написал статью в журнале Science под смелым названием «Зависимость – это болезнь мозга», в которой, исходя из представлений о дофаминовой системе, утверждал, что «практически все наркотики оказывают общее воздействие, прямо или косвенно, на один и тот же путь глубоко внутри мозга [37]. Переосмысливая природу зависимости таким образом, Лешнер подчеркивал важность нейробиологии в понимании психического здоровья и пытался создать более эффективную политику. Если зависимость вызвана болезнью мозга, утверждал он, нет смысла сажать людей за преступления, связанные с подпитыванием аддикции, не пытаясь их вылечить. Чтобы справиться с ключевой проблемой, утверждал Лешнер, необходимо биохимическое лечение.
Эта гипотеза постепенно усложнялась. Выяснилось, что, хотя уровень дофамина повышается при алкоголизме, это не относится ко всем зависимостям [38]. Многие вызывающие привыкание рекреационные