Нервные болезни — дурные привычки нейронов: как ученые планируют исправлять нежелательные нейронные связи

Многие нервные и психические расстройства — результат формирования дисфункциональных нейронных цепей. То есть мозг учится болеть — это примерно тот же процесс, что и усвоение навыков. Если данная теория подтвердится, скоро заболевания мозга можно будет лечить при помощи электрических импульсов; но даже и без этого некоторые нервные болезни поддаются контролю. Журнал Nautilus — о том, как симптомы закрепляются в мозгу, усугубляя болезнь, и что нужно делать, чтобы разорвать этот порочный круг.

Однажды к моему отцу-неврологу пришел пациент, которого мучило стихотворение. Этого человека звали Филипп. Ему было двенадцать лет, и он учился в престижной школе-интернате в Принстоне, штат Нью-Джерси. Однажды ему задали выучить наизусть «Ворона» Эдгара По. Дома он репетировал стихотворение десятки раз, и строки вспоминались ему легко. Но когда он встал перед классом, случилось нечто необъяснимое.

Каждый раз, когда Филипп произносил знаменитый рефрен — «Молвил Ворон: „Никогда“» — правый уголок его рта вздрагивал. Дрожь всё усиливалась, и в конце концов мальчик рухнул на пол и стал биться в судорогах. Он полностью утратил контроль над своим телом, в том числе над мочевым пузырем и кишечником.

Всё это происходило на глазах у пары десятков безжалостных подростков. Таким был его первый приступ.

Выслушав рассказ молодого человека, мой отец решил провести эксперимент. На первом же приеме он вручил Филиппу томик Эдгара По и попросил его прочитать стихотворение вслух. Натыкаясь на рефрен, Филипп каждый раз запинался. Его зубы сжимались, а губы растягивались в стороны, как будто прочитанное ему не нравилось. Мой отец забрал книгу, чтобы предотвратить повторение приступа. Затем он написал учителю Филиппа записку, освобождающую мальчика от чтения вслух любых произведений. Как объяснил мой отец, в мозгу молодого человека установилась связь между определенными словами и наступлением приступа.

Нервная система позволяет нам обучаться новому даже в зрелом возрасте. Коммуникация между нейронами осуществляется посредством импульсов; синхронизируя их, связываются друг с другом целые сети нейронов. В большинстве случаев это приносит пользу. Способность устанавливать связь между причиной и следствием — надвигающейся тенью и ястребом или кактусом и источником воды — является конкурентным преимуществом в животном мире.

Но иногда нейроны выполняют свои функции слишком хорошо. Благодаря своим широким возможностям мозг может научиться не только языку и логике, но и болезням.

Люди, которые однажды пережили эпилептический припадок, становятся эпилептиками в пятьдесят раз чаще, чем те, у кого их никогда не было. Стимул, который предшествовал первому приступу — например, тревога или определенный музыкальный отрывок, — часто провоцирует и повторные. А чем чаще случаются приступы, тем сильнее укрепляется связь в нейронной сети, тем самым вызывая еще более частые и сильные приступы.

Отец рассказывал мне об еще одном своем пациенте, пятидесятилетнем враче по имени Джеймс, страдавшем артритом. Его мучения были столь невыносимы, что хирургам пришлось удалить чувствительные нервы, передающие сигналы о боли в нижней части его тела. Тем не менее даже через много лет после процедуры, когда его спина и ноги больше не могли посылать сигналы в мозг, он по-прежнему испытывал боль. Просто надеть носки было для него мучением.

Последние исследования смогли объяснить, почему подобное происходит. Как это бывает со многими людьми, страдающими от хронических болей, давняя травма активировала болевые сети в мозгу Джеймса так часто и с такой силой, что эти нейронные пути стали чувствительны даже к такому незначительному стимулу, как легкое прикосновение. Частое повторение привело к возникновению «болевой памяти».

Точно так же, как мы можем вспомнить вкус первого поцелуя, мозг Джеймса вспоминал болевое ощущение еще долго после того, как тело перестало его испытывать.

Аналогичным образом могут быть усвоены и другие заболевания.

Обсессивно-компульсивное расстройство, посттравматическое стрессовое расстройство, разнообразные зависимости и даже некоторые расстройства пищеварения характеризуются чрезмерно крепкими связями между нейронами. Эта закономерность вселяет во врачей оптимизм. Раз болезни можно научиться, то почему нельзя разучиться?

Дэнни Гловер знал, что если он слышит постепенно нарастающий звон, значит, у него вот-вот случится приступ. Свой первый припадок американский актер пережил в возрасте пятнадцати лет. Он страдал от эпилепсии почти двадцать лет, пока в один прекрасный день не нашел способ ее побороть.

Гловер вот-вот должен был выйти на сцену театра в Сан-Франциско, чтобы сыграть свою первую большую роль, когда вдруг услышал тот самый звук. Нервно расхаживая взад и вперед за кулисами, он твердо решил подавить приступ. «У меня не случится припадок. У меня не случится припадок», — повторял он про себя. «Каждый раз, произнося эти слова, я был всё больше уверен, что припадка не будет, — позже вспоминал он. — Я становился всё сильнее, симптомы начали отступать, и в конце концов я смог выйти на сцену».

После четырех лет использования этого метода, который Гловер зовет самогипнозом, приступы загадочным образом прекратились. По его словам, с тех пор он больше никогда не слышал тот звук.

Французский художник, автор графических романов Пьер-Франсуа Бошар, известный под псевдонимом Давид Б., описывает схожий случай в своей автобиографии «Эпилептик». Книга рассказывает об ухудшающемся физическом и психическом состоянии его брата-эпилептика и растущей одержимости Бошара батальными сценами и чудовищами. Благодаря рисованию он погружается в состояние транса и избегает собственных приступов. В отличие от своего брата, который в итоге становится агрессивным и меняется до неузнаваемости, Бошар справляется с недугом. В одной из сцен он сражается с персонификацией эпилепсии брата, изображенной в виде дракона. Он рубит чудовище на куски и провозглашает: «Я одержал верх над болезнью, которая преследовала меня».

Неврологи считают, что самостоятельно излечившиеся эпилептики, вроде Гловера и Бошара, побеждают болезнь благодаря контролю над блуждающим нервом — именно он передает импульсы из органов в мозг, снижает частоту сердечных сокращений и кровяное давление, а также снимает стресс. Стимуляция блуждающего нерва помогает снизить активность коры головного мозга, где зарождается большинство припадков.

Будучи частью вегетативной нервной системы, блуждающий нерв обычно выполняет свои функции бессознательного контроля человека. Но его можно активировать, если знать, как. Вы когда-нибудь видели, как уставший младенец трет глаза перед отходом ко сну? Оказывается, давление на глазные яблоки и массаж каротидных телец (скопления нервов под нижней челюстью) активирует блуждающий нерв и успокаивает нервную систему.

Посредством медитации можно научиться управлять многими вегетативными функциями силой мысли. Некоторые глубоководные ныряльщики, например, умеют замедлять свой обмен веществ, что позволяет снизить потребление кислорода. Мастера йоги способны снижать частоту сердечных сокращений. А тибетские монахи — резко повышать температуру своего тела при помощи дыхательной техники под названием туммо, или «йога внутреннего огня».

Точно так же пациенты с эпилепсией, которым не помогают лекарства, могут научиться сознательно подавлять приступы, просматривая записи своей мозговой активности.

Однако чтобы выработать подобный волевой контроль, нужны время и усилия. К тому же это не всегда работает. Поэтому ученые разрабатывают импланты, которые будут при помощи электрических импульсов отлаживать нейронные сети, отвечающие за то или иное расстройство. Эти искусственные регуляторы, называемые

электроцевтами

, смогут ускорить процесс выздоровления.

На сегодняшний день электроцевты способны лишь временно облегчить симптомы болезни. Как только импланты удаляются из мозга пациента, приступы сразу же возвращаются. Например, стимулятор блуждающего нерва работает на базе такого же генератора, как в кардиостимуляторе — он посылает легкие импульсы в шейный отдел нерва. Поднеся магнитную палочку к генератору, пациент может самостоятельно остановить или сократить приступ.

Еще одна популярная технология — глубокая стимуляция мозга (ГСМ), которая позволяет вылечить несколько заболеваний, в том числе болезнь Паркинсона, эпилепсию и глубокую депрессию. Иглоподобные электроды вживляются в соответствующий участок мозга, и окружающая ткань непрерывно бомбардируется высокочастотными импульсами.

Процедура демонстрирует невероятную эффективность, особенно если учесть, что она применяется только после того, как лекарства не дали результата. В случае с пациентами, страдающими болезнью Паркинсона, ГСМ позволяет уменьшить дрожь на 90%.

В некоторых случаях электрические импульсы повышают или снижают порог нейронной активности путем подавления или возбуждения определенного участка мозга. В других случаях они восстанавливают полноценную связь между отделами мозга, которые обмениваются информацией посредством синхронизации своей нейронной активности на разных частотах. Эти ритмические колебания называются

осцилляциями

. Исследования показывают, что один участок мозга может «общаться» с другими, синхронизируя свои осцилляции, вроде того, как радиолюбители ловят разные станции.

Патологии возникают тогда, когда осцилляции препятствуют нормальной активности клеток. В случае с пациентами, страдающими болезнью Паркинсона, нейроны двигательной коры — мозгового центра, отвечающего за выполнение произвольных движений, — «зависают» в определенных осцилляциях, амплитуда которых растет, когда человек двигается, что и приводит к дрожи. Посылая импульсы в область двигательной коры в среднем мозге, ГСМ помогает отцепить клетки двигательной коры и вернуть им независимость. Однако эта технология не помогает при долгосрочных изменениях, возможно, потому, что возбуждает разные виды нейронов одновременно.

В будущем устройства станут более точными. Новое поколение электроцевтов, которое будет основано на принципах, позволяющих нейронам усваивать новые связи, сможет устранять болезни навсегда.

Обучение — это вопрос правильного выбора времени. Предположим, что нейрон А устанавливает связь с нейроном Б. Если нейрон А выстреливает прежде нейрона Б, связь укрепится. Если наоборот — ослабнет. По мнению нейробиологов, именно этот принцип лежит в основе кодирования причинности. Следовательно, путем искусственной стимуляции можно отладить сети, которые провоцируют возникновение болезни.

Исследователи уже продемонстрировали, что этот подход работает. В 2007 году ученым из Национального центра научных исследований во Франции и Калифорнийского университета в Сан-Диего удалось манипулировать активностью одного нейрона в бочкообразной коре мозга крысы, где обрабатываются сигналы, посылаемые усами. Обычно этот нейрон выстреливает после движения усов. Но ученые сменили последовательность на обратную. При помощи электричества они стимулировали нейрон на несколько миллисекунд раньше движения усов. Повторив этот процесс несколько раз, они ослабили связь усов с нейроном, в результате чего тот стал реже реагировать на движения усов.

Со временем этот принцип можно будет применять для ослабления сверхчувствительных связей, лежащих в основе хронических болей или ПТСР.

Наиболее передовые импланты позволят не только стимулировать мозг, но и слушать его. Эти устройства, которые будут оснащены сотнями записывающих электродов, расположенных всего на нескольких кубических миллиметрах, смогут идентифицировать нейронную сигнатуру болезни, что даст возможность с большей точностью отслеживать поврежденные сети. В случае с наркозависимостью, например, такой электроцевт сможет выявлять зарождение тяги и подавлять ее прежде, чем она приведет к нежелательным действиям.

Такой вид электротерапии будет предназначен для пациентов, которым не помогли традиционные методы. Но какие еще возможности он открывает? Что, если нам удастся стереть ужасы войны из нашей коллективной памяти? Или избавить солдата от чувства вины? Как и всякое лекарство, забвение — это одновременно и яд, и противоядие.