Главная | Обратная связь

УРОВНИ АНАЛИЗА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ДЕТЕРМИНАЦИИ ЦНС

При изучении строения и работы ЦНС как относительно самосто­ятельные выделяются следующие уровни анализа: клеточный, мор-фофункциональный и системный. Каждый уровень имеет собствен­ные объекты исследования и изучает присущие этим объектам законо­мерности функционирования. Соответственно вопрос о роли генотипа в формировании ЦНС также должен рассматриваться применительно к трем перечисленным уровням. Первый связан с генетической детерми­нацией функций клеточных элементов и нервной ткани, второй — мор­фологических и функциональных особенностей отдельных образований, из которых состоит головной мозг, третий — организации функцио­нальных систем, лежащих в основе поведения и психики.

^ НЕЙРОННЫЙ УРОВЕНЬ

«Строительные блоки» нервной системы — нервные клетки (ней­роны). Главной особенностью нейронов является способность наруж­ной мембраны генерировать нервные импульсы и через особое обра­зование — синапс — передавать информацию от одного нейрона к другому. Импульс передается через синапс с помощью особых биохи­мических веществ-посредников (медиаторов). Синапсы и медиаторы могут быть как возбуждающие, так и тормозные. Предположительно мозг человека содержит 10" нейронов, причем по своей организации и функциональному назначению нервные клетки обнаруживают чрез­вычайное разнообразие. Нейроны химически, морфологически и фун­кционально специализированы.

Как и любая живая клетка, каждый нейрон в ЦНС реализует гене­тически обусловленную программу жизнедеятельности, выполняя предназначенные ему задачи: обработку приходящих возбуждений и генерацию собственного ответа. Для выполнения данных задач он нуждается в ресурсах, а для пополнения ресурсов (запасов нейроактив-ных веществ, «расходующихся» в процессах жизнедеятельности) не­обходим определенный уровень их синтеза. Принято считать, что все эти процессы находятся под контролем генотипа.

По современным представлениям, функциональная специализа­ция нейронов складывается на молекулярно-генетическом уровне. Она проявляется: во-первых, в формировании особых молекулярных об­разований на поверхности нейрона (хеморецепторов), которые обла­дают избирательной чувствительностью к действующим на нейрон медиаторам и другим биологически активным веществам; во-вторых, в особенностях секреторного аппарата нейрона, который обеспечива­ет синтез медиаторов и соответствующих ферментов. Биохимическая специализация возникает в результате взаимодействия генетической программы нейрона и той информации, которая поступает из его внешнего окружения [7, 80, 119, 126].

Однако подобные представления в значительной степени априор­ны, потому что конкретные генетические механизмы, контролирую­щие жизнедятельность нейронов и нервной системы в целом, еще далеко не изучены. По некоторым данным, в мозге экспрессируется не менее 2500 генов, но так или иначе охарактеризованы около 5% от этого числа.

Каждый нейрон, имея, как и любая другая клетка, ядерный аппа­рат, несет в себе полную генетическую информацию о морфофунк-циональных особенностях организма, но в нейронах, как и в других клетках организма, активируется лишь часть генетической информа­ции. Однако число экспрессируемых в нейронах генов резко превыша­ет число генов, экспрессируемых в клетках других тканей организма. Мощность работы генетической информации в нейронах доказывает­ся методом ДНК-РНК-гибридизации и путем прямого анализа синте­зируемых белков [139].

Метод ДНК-РНК-гибридизации позволяет оценить число участков ДНК, с которых в клетках данной ткани считывается генетическая информация. Для этой цели из клеток выделяется полный набор молекул информационной РНК, которые списаны с функционирующих участков ДНК, т.е. со всего набо­ра экспрессированных генов. В смеси с полным набором ДНК из данных клеток выделенные молекулы информационной РНК вступают в комплемен­тарные сочетания (гибридизируются) с гомологичными им участками ДНК. Определяя объем набора участков ДНК, вступающих в гибридизацию, можно судить об активности генома.

Показано, что молекулы информационной РНК, выделенные из клеток соматических тканей (печень, почки), вступают в гибридиза­цию с относительно небольшим объемом ДНК (около 4-6%). Это свидетельствует о том, что сравнительно небольшая специализиро­ванная группа генов обеспечивает специфические особенности соматических тканей. В то же время для тканей мозга аналогичное число намного выше. По разным данным, оно колеблется в довольно широ­ких пределах, в среднем составляя около 30%, т.е. в несколько раз больше, чем в любом другом органе. Более того, в нервных тканях разных отделов мозга, по-видимому, экспрессируется различное чис­ло генов. Есть основания полагать, что наибольший объем экспресси-руемых генов характерен для филогенетически молодых отделов моз­га, в первую очередь для областей коры, связанных с обеспечением специфически человеческих функций. Так, установлено, что в клет­ках ассоциативных зон коры больших полушарий экспрессируется приблизительно 35,6% уникальных последовательностей ДНК, а в клетках проекционных зон — 30,8% [26, 139]. Не исключено, что имен­но различия в объеме экспрессируемой генетической информации лежат в основе функциональной специализации разных отделов мозга. Одной из наиболее поразительных особенностей нервной систе­мы является высокая точность связей нервных клеток друг с другом и с различными периферическими органами. Создается впечатление, что каждый нейрон «знает» предназначенное для него место. В процес­се формирования нервной системы отростки нейронов растут по на­правлению к своему органу — «мишени», игнорируя одни клетки, выбирая другие и образуя контакты (синапсы) не в любом участке нейрона, а, как правило, в его определенной области. Особенно зага­дочной выглядит картина того, как аксонам (главным отросткам ней­рона, через которые распространяются возникшие в нейроне импуль­сы) приходится протягиваться на значительные расстояния, изме­нять направление своего роста, образовывать ответвления прежде, чем они достигнут клетки-«мишени».

В основе столь высокой точности образования связей лежит прин­цип химического сродства, в соответствии с которым большинство нейронов или их малых популяций прибретают химические различия на ранних этапах развития в зависимости от занимаемого положения. Эта дифференцированность выражается в наличии своеобразных хи­мических меток, которые и позволяют аксонам «узнавать» либо ана­логичную, либо комплементарную метку на поверхности клетки-«ми-шени». Предполагается также, что в этом процессе важную роль игра­ют топографические взаимоотношения нейронов и временная последовательность созревания клеток и их связей [83].

Согласно современным представлениям, значительную роль в про­цессах развития нервной ткани играет временной режим экспрессии генов, тесно связанный в своих механизмах с процессами межткане­вых и межклеточных взаимодействий. Считается, что именно точные сроки экспрессии специфических генов детерминируют формирова­ние специфического соотношения определенных медиаторных или гормональных продуктов в конкретные периоды развития. Жесткая временная последовательность экспресии генов лежит и в основе формирования морфологических особенностей мозга — структур и связей между ними.

Методом ДНК-РНК-гибридизации было показано, что в онтоге­незе по мере формирования нейрона возрастает обьем активирован­ной генетической информации. Данные, полученные путем гибриди­зации общей ДНК с молекулами информационной РНК, показали, что по мере роста усиливается активность, сложность генных эффек­тов в нейронах. У эмбриона человека в возрасте 22 недель в нейронах активны около 8% генов, а в нейронах взрослых — 25% и более [139].

Еще одной важной особенностью ранних этапов развития ЦНС является генетически обусловленная избыточность в образовании ко­личества нейронов, их отростков и межнейронных контактов. Говоря другими словами, нейронов в ходе эмбриогенеза мозга возникает зна­чительно больше, чем это характерно для взрослого индивида. Более того, формирующиеся нейроны образуют заведомо большее, чем тре­буется, количество отростков и синапсов. По мере созревания ЦНС эта избыточность постепенно устраняется: нейроны, оказавшиеся не­нужными, их отростки и межклеточные контакты элиминируются. Гибель (выборочная элиминация) лишних нейронов, так называе­мый апоптоз, служит устранению избыточных отростков и синапсов и выступает как один из способов «уточнения» плана формирования нервной системы. Кроме того, гибель нейронов ограничивает и тем самым контролирует рост числа клеток. Она необходима для установле­ния соответствия количества клеток в популяциях нейронов, связан­ных друг с другом. Апоптоз — активный процесс, реализация которо­го требует активации специфических генов.

Избыточность и элиминация нейронов выступают как два сопря­женных фактора, взаимодействие которых способствует более точной координации и интеграции растущей нервной системы.

У человека интенсивный и избыточный синаптогенез (образование кон­тактов между нейронами) происходит в течение первых двух лет жизни. Ко­личество синапсов в раннем онтогенезе значительно больше, чем у взрос­лых. Постепенно уменьшаясь, их число доходит до типичного для взрослых уровня приблизительно к 7-10 годам. Сохраняются же (это существенно) именно те контакты, которые оказываются непосредственно включенными в обработку внешних воздействий, т.е. под влиянием опыта происходит про­цесс избирательной, или селективной, стабилизации синапсов. В силу того, что избыточная синаптическая плотность рассматривается как морфологи­ческая основа усвоения опыта, эти данные свидетельствуют о высокой по­тенциальной способности к усвоению опыта детей раннего возраста. Кроме того, можно полагать, что воспринимаемый благодаря этому на данном воз­растном этапе опыт, образно говоря, «встраивается» в морфологию мозговых связей, в известной мере определяя их богатство, широту и разнообразие.

С другой стороны, гипотеза генетического программирования пред­полагает, что специфическое химическое «сродство» между окончаниями аксонов и постсинаптической клеткой генетически запрограм­мировано и однозначно приводит к формированию стабильных меж­клеточных контактов и связей. Однако число синапсов ЦНС человека оценивается цифрой 10^й, в то время как геном содержит лишь 10⁶ ге­нов. Таким образом, маловероятно, что специфичность каждого от­дельного синапса программируется отдельным геном или его опреде­ленным участком. Более рациональным выглядит предположение, что одним или несколькими генами кодируется медиаторная специфич­ность нейронов, а их рост до органа-«мишени» контролируется одним общим регуляторным механизмом. Такой эпигенетический механизм мог бы производить тонкую настройку связей нейронной сети. Однако реальные механизмы этого процесса пока не известны.

В заключение можно сказать, что исследования функций генети­ческого аппарата нейрона и нервной системы в целом находятся в начальной стадии. Тем не менее с начала 90-х годов XX в. ведется систематическая работа по составлению всеобъемлющего каталога генов, активных в мозге человека.

Очевидно, на этом пути еще предстоят значительные открытия, которые, предположительно, будут связаны с решением следующих вопросов:

• 
  Какая часть генов из числа всех генов, экспрессирующихся в
  мозге, является «мозгоспецифической», т.е. активирующейся
  только в мозге?
• 
  Имеют ли «мозгоспецифические» гены общие черты, отличаю­
  щие их от генов, которые активны в других тканях?
• 
  Существуют ли особенности в составе мРНК нервных клеток

разных типов? О Как осуществляется регуляция экспрессии «мозгоспецифичес-

ких» генов?

□ Каковы структура и функции белков, кодируемых «мозгоспе-
цифическими» генами?

^ МОРФОФУНКЦПОНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ

Мозг современного человека высоко дифференцирован. Он состо­ит из множества относительно мелких и крупных структурных образо­ваний, объединенных в ряд морфофункциональных блоков. В соответ­ствии с данными многих экспериментальных и клинических исследо­ваний каждому из блоков приписываются разные функции.

Так, в стволе и подкорковых структурах мозга локализованы цен­тры, регулирующие витальные функции организма. Кроме того, к их функциям относятся: обеспечение тонизирующих и модулирующих влияний на разные уровни ЦНС, формирование биологических по­требностей и мотиваций, побуждающих организм к действию (голод, жажда и др.), а также эмоций, сигнализирующих об успехе или не
удаче в удовлетворении этих потребностей. Кора больших полушарий играет определяющую роль в обеспечении высших психических фун­кций человека. В самом общем виде она (1) осуществляет прием и окончательную переработку информации, а также (2) организует на этой основе сложные формы поведения, причем первая функция свя­зана преимущественно с деятельностью «задних» отделов коры, а вто­рая — с деятельностью «передних». Разные функции выполняют левое и правое полушария. Например, у «правшей» центры, управляющие ведущей правой рукой и речью, локализованы в левом полушарии.

Обобщенной морфологической характеристикой мозга служит его вес. Индивидуальные различия абсолютного веса мозга взрослых лю­дей очень велики. При средних значениях 1400—1500 г диапазон край­них индивидуальных значений (из изученных) колеблется в пределах: от 2012 г (у И.С. Тургенева) до 1017 г. (у А. Франса). Коэффициент вариативности, по обобщенным данным, составляет приблизительно 8%. У мужчин вес мозга в среднем на 200 г больше, чем у женщин. Вес мозга почти не зависит от размеров тела, но положительно коррели­рует с размерами черепа.

Различия по весу мозга, по-видимому, в определенной степени обуслов­лены генетическими факторами. Об этом свидетельствуют специально выве­денные линии мышей — с «высоким» и «низким» весом мозга. У первых мас­са мозга приблизительно в 1,5 больше, чем у вторых. Попытки установить связь между весом мозга и успешностью обучения мышей однозначных ре­зультатов не дали.

Вариабельность борозд и извилин на поверхности мозга чрезвы­чайно велика. Как подчеркивают морфологи, не обнаружено двух оди­наковых экземпляров мозга с полностью совпадающим рисунком по­верхности. Например, СМ. Блинков пишет: «Рисунок борозд и изви­лин на поверхности коры больших полушарий мозга у людей столь же различен, как их лица, и также отличается некоторым семейным сход­ством» [17, с. 24]. Одни борозды и извилины, в основном наиболее крупные, встречаются в каждом мозге, другие не столь постоянны. Вариабельность борозд и извилин проявляется в их длине, глубине, прерывистости и многих других более частных особенностях [17].

Индивидуальная специфичность характерна и для подкорковых об­разований, глубоких структур мозга, а также проводящих путей, соеди­няющих разные отделы мозга [139]. В то же время многообразие индиви­дуальных различий в строении коры и других образований мозга всегда находится в пределах общего плана строения, присущего человеку.

Индивидуальные различия в строении мозга дают основания для попыток связать их с индивидуально-психологическими различиями. Большое внимание уделялось поиску морфологических и цитоархи-тектонических (клеточных) оснований индивидуальных особеннос­тей умственного развития, в первую очередь одаренности. Было установлено, что вес мозга не связан с умственным развитием человека. Наряду с этим при анализе особенностей клеточного строения коры больших полушарий обнаружили, что индивидуальным особенностям психической деятельности соответствуют определенные соотношения в развитии проекционных и ассоциативных областей.

Так, постмортальные исследования мозга людей, которые обла­дали выдающимися способностями, демонстрируют связь между спе­цификой их одаренности и морфологическими особенностями мозга, в первую очередь — с размерами нейронов в так называемом рецеп­тивном слое коры. Например, анализ мозга выдающегося физика А. Эйнштейна показал, что именно в тех областях, где следовало ожи­дать максимальных изменений (передние ассоциативные зоны левого полушария, предположительно отвечающие за абстрактно-логичес­кое мышление), рецептивный слой коры был в два раза толще обыч­ного. Кроме того, там же было обнаружено значительно превосходя­щее статистическую норму число так называемых глиальных клеток, которые обслуживали метаболические нужды нейронов. Характерно, что в других отделах мозга Эйнштейна особых отличий не выявлено [418].

Предполагается, что столь неравномерное развитие мозга связано с перераспределением его ресурсов (медиаторов, нейропептидов и т.д.) в пользу наиболее интенсивно работающих отделов. Особую роль здесь играет перераспределение ресурсов медиатора ацетилхолина. Холинэр-гическая система мозга, в которой ацетилхолин служит посредником проведения нервных импульсов, по некоторым представлениям, обес­печивает информационную составляющую процессов обучения [82]. Эти данные свидетельствуют о том, что индивидуальные различия в умственной деятельности человека, по-видимому, связаны с особен­ностями обмена веществ в мозге.

Структурная индивидуализированность мозга, неповторимость топографических особенностей у каждого человека складывается в онтогенезе постепенно [171, 172]. Вопрос о том, как влияют генети­ческие особенности на формирование индивидуализированное™ моз­га, пока остается открытым. По-видимому, в формировании этих мор­фологических характеристик играют роль генетические факторы. На­пример, отмечается семейное сходство в рисунке борозд коры мозга. Кроме того, при сравнении мозга МЗ близнецов обнаружено доволь­но значительное сходство морфологических особенностей, причем в левом полушарии больше, чем в правом [427].

Наряду с этим существуют традиционные и разработанные мето­ды неинвазивного изучения функциональной активности мозга. Речь идет о методах регистрации биоэлектрической активности мозга, в первую очередь коры больших полушарий. Методы регистрации энце­фалограммы и вызванных потенциалов позволяют зарегистрировать активность отдельных зон коры больших полушарий, оценить инди­видуальную специфичность этой активности как качественно, так и количественно и применить к полученным результатам генетико-ста-тистический анализ. По совокупности таких данных можно судить о роли генетических факторов в происхождении индивидуальных осо­бенностей функциональной активности отдельных областей коры как в состоянии покоя, так и в процессе деятельности. Итоги конкретных исследований изложены в гл. XIII и XIV.

^ СИСТЕМНЫЙ УРОВЕНЬ

В широком понимании живая система представляет собой сово­купность взаимосвязанных элементов, которые обладают способнос­тью к совместному функционированию и приобретению свойств, не присущих отдельным входящим в ее состав элементам. В настоящее время принято считать, что мозг представляет собой «сверхсистему», состоящую из множества систем и сетей взаимосвязанных нервных клеток и структурных образований более высокого уровня.

Морфологически в строении мозга выделяются два типа систем: микро- и макросистемы. Первые представляет собой совокупность популяций нервных клеток, осуществляющих относительно элемен­тарные функции. Примером микросистем могут служить нейронный модуль (вертикально организованная колонка нейронов и их отрост­ков в коре больших полушарий) или гнезда взаимосвязанных нейро­нов и глиальных клеток в подкорковых структурах. Предполагается, что таким микроансамблям свойственна преимущественно жесткая ге­нетически детерминированная форма конструкции и активности [176].

Сходные по своим функциям микроансамбли, или микросисте­мы, объединяются в макросистемы, сопоставимые с отдельными струк­турными образованиями мозга. Например, отдельные зоны коры больших полушарий, имеющие разное клеточное строение (цитоар-хитектонику), представляют собой разные макросистемы. Сюда же от­носятся системы подкорковых и стволовых образований, корково-под-корковые системы мозга [139].

Современная наука располагает методами, позволяющими экспе­риментально изучать некоторые аспекты функционирования мозго­вых систем. Речь идет об уже упоминавшихся ранее электрофизиоло­гических методах: электроэнцефалограмме и вызванных потенциалах. Исходно энцефалограмма характеризует специфику функциональной активности той зоны мозга, где она регистрируется. Однако наряду с этим разработаны способы оценки взаимосвязанности локальных по­казателей биоэлектрической активности мозга при регистрации ее в разных отделах. В основе данного подхода лежит простая логика: если мозг работает как целое (система), то изменения в активности от­дельных элементов системы должны иметь взаимосвязанный характер. Подробнее речь о них пойдет в гл. XIII, здесь же подчеркнем, что электрофизиологические показатели взаимодействия разных зон коры
в покое и при реализации той или иной деятельности демонстрируют значительную межиндивидуальную вариативность. Последнее дает ос­нование ставить вопрос о роли факторов генотипа и среды в проис­хождении этой вариативности. Другими словами, используя генети-ко-статистический анализ, можно выявить причины межиндивиду­альной вариативности не только локальных электрофизиологических показателей, но и производных от них показателей, отражающих сте­пень взаимосвязанности последних, т.е. работу мозговых систем.

^ 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕРВНОЙ И ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМ В РЕГУЛЯЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Представления о взаимодействии нервной и эндокринной систем в регуляции генетических процессов на уровне целого организма сло­жились в 50—60-х годах в исследованиях видного отечественного ге­нетика М.Е. Лобашева и его последователей В.В. Пономаренко и Н.Г. Лопатиной [98]. Согласно данным представлениям, каждый ге­нетический процесс в организме, начиная с клетки, протекает не изолированно, а в тесной зависимости от других сопряженных с ним процессов. Иначе говоря, он всегда находится под контролем ряда соподчиненных систем, начиная от генной системы клетки, в кото­рой этот процесс происходит, и далее — систем клеток, ткани, орга­на и, наконец, организма.

Каждая из систем реагирует на внешние по отношению к ней факторы как целое. В результате такого контроля протекание различ­ных генетических процессов в разных клетках организма в пределах созданных в эволюции механизмов оказывается адаптивным по отно­шению к внешней среде и взаимосвязанным для разных клеток и си­стем организма.

Ведущую роль в установлении взаимосвязи генетических процес­сов на уровне целостного организма играет взаимодействие нервной и эндокринной систем. Это взаимодействие настолько согласованно, что иногда говорят о единой нейроэндокринной системе, подразуме­вая объединение нервной и эндокринной систем в процессах регуля­ции жизнедеятельности организма.

Нейроэндокринная регуляция есть результат взаимодействия нервной и эндокринной систем. Она осуществляется благодаря влиянию высшего веге­тативного центра мозга — гипоталамуса — на расположенную в мозге желе­зу — гипофиз, образно именуемую «дирижером эндокринного оркестра». Ней­роны гипоталамуса выделяют нейрогормоны (рилизинг-факторы), которые, поступая в гипофиз, усиливают (либерины) или тормозят (статины) биосин­тез и выделение тропных гормонов гипофиза. Тропные гормоны гипофиза, в свою очередь, регулируют активность периферических желез внутренней сек­реции (щитовидной, надпочечников, половых), которые в меру своей активно­сти изменяют состояние внутренней среды организма и оказывают влияние на поведение.

Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса реализации ге­нетической информации предполагает существование на молекуляр­ном уровне общих механизмов, обеспечивающих как регуляцию ак­тивности нервной системы, так и регуляторные воздействия на хро­мосомный аппарат. При этом одной из существенных функций нервной системы является регуляция активности генетического аппарата по принципу обратной связи в соответствии с текущими нуждами орга­низма, влиянием среды и индивидуальным опытом. Другими слова­ми, функциональная активность нервной системы может играть роль фактора, изменяющего активность генных систем.

Экспериментальные доказательства в пользу гипотезы были получены в опытах на мышах. В частности, было установлено, что изменение генной ак­тивности в клетках роговицы глаза может возникать по условно-рефлектор­ному принципу, т.е. в ответ на условный сенсорный стимул, ранее связанный с болевым раздражителем.

Схема эксперимента была такова. У мышей вырабатывали оборонитель­ный условный рефлекс на световой сигнал, подкрепляемый электрическим током. Под действием электрического тока в роговице глаза уменьшается частота делений ядра клетки (митозов) и вызванных рентгеновским излуче­нием структурных изменений (аберраций) хромосом. После выработки ус­ловного рефлекса изолированное действие условного раздражителя (свето­вого стимула) вызывало изменения показателей, характеризующих уровень митозов в клетке и частоту хромосомных аберраций, аналогичные действию тока. Предъявление дифференцировочного раздражителя (стимула, близкого по своим параметрам к условному) не оказывало влияния ни на частоту ми­тозов, ни на частоту хромосомных аберраций [98].

Регулирующую роль нервной активности в реализации генети­ческой информации подтвердили также исследования Л.В. Крушинс-кого с сотрудниками [87]. Они установили, что проявление ряда ге­нетически детерминированных поведенческих актов зависит от уров­ня возбуждения ЦНС. Экспериментально была выявлена отчетливая положительная связь между общей возбудимостью животного, про­явлением и степенью выраженности генетически обусловленных обо­ронительных рефлексов у собак. Иначе говоря, при низкой возбуди­мости нервной системы определенные генетически детерминирован­ные формы поведения могут и не обнаруживаться, но они проявляются по мере повышения нервной возбудимости.

О регулирующем влиянии уровня активности мозга на процессы реализации генетической информации свидетельствуют, кроме того, прямые корреляции между содержанием РНК в нейронах и уровнем возбуждения нервной системы. Во многих исследованиях было пока­зано, что сенсорная стимуляция, обучение, двигательная тренировка и другие воздействия, повышающие возбудимость нервной системы, сопровождаются увеличением содержания РНК в нервной ткани. Ус­тановлено также, что экспрессия генов у животных может меняться в зависимости от степени информационного разнообразия окружаю щей среды: она тем выше, чем более обогащенной в ходе развития является среда [28].

Таким образом, имеются основания полагать, что нервное воз­буждение, вызванное воздействиями среды, может существенно вли­ять на активность генов клеток, тканей, органов и организма в целом.

Главным, хотя, возможно и не единственным, звеном, осуществ­ляющим взаимодействие между ЦНС и генетической системой, явля­ются гормоны. Во-первых, уровень активности гормонов зависит от функционального состояния ЦНС. Как уже отмечалось, взаимодей­ствие гипоталамуса и гипофиза обеспечивает ЦНС возможность вли­ять на уровень гормонов, которые производятся железами внутренней секреции (надпочечниками, щитовидной, половыми). Во-вторых, гор­моны рассматриваются как специфические индукторы функциональ­ной активности генов [34, 105]. Экспериментально установлена воз­можность гормональной регуляции экспрессии и активности генов. Гормоны выступают в качестве посредников в регуляции транскрип­ции генов. Иначе говоря, гормоны, хотя, возможно, и не только они, служат материальным связующим звеном между ЦНС (мозгом) и ген­ной системой организма.

Особенно наглядно роль гормонов в регуляции генной активности выступает в исследованиях влияния эмоционального стресса на гене­тические процессы.

Стресс представляет собой неспецифическую реакцию, обусловливаю­щую привлечение энергетических ресурсов для адаптации организма к но­вым условиям. При действии стрессогенного стимула сигналы из анализа­торных отделов коры поступают в гипоталамус. Гипоталамус передает сиг­нал гипофизу, в результате чего возрастает синтез гормонов и их выброс в кровь. Существуют три основные «эндокринные оси», участвующие в реакци­ях такого типа: адрено-кортикальная, соматотропная и тироидная. Они связа­ны с активизацией надпочечников и щитовидной железы. Показано, что эти оси могут быть активизированы посредством многочисленных и разнообраз­ных психологических воздействий.

В работах видного генетика Д.К. Беляева и его сотрудников [11, 12] установлено, что у мышей под воздействием эмоционального иммо-билизационного стресса, т.е. стресса, вызванного ограничением дви­жения, существенно изменяется способность к воспроизведению по­томства. Причем, как оказалось, мыши различных генетических ли­ний по-разному реагируют на стресс. Об этом свидетельствует тот факт, что при сравнении показателей воспроизводства в обычных условиях и при стрессе меняются ранги животных разных генотипов в отноше­нии воспроизводительной функции. Иными словами, животные, бо­лее продуктивные в обычных условиях, становятся менее продуктив­ными при стрессе, и наоборот. Следовательно, стресс изменяет внут-рипопуляционную генетическую изменчивость, и селективная ценность
животных разных генотипов в нормальных условиях и при стрессе оказывается неодинаковой.

Установлено также, что эмоциональный стресс влияет на частоту рекомбинационного процесса, а также на индукцию доминантных аллелей. В прямых исследованиях продемонстрировано влияние гор­монов коры надпочечников (кортикостероидного комплекса) на экс­прессивность и проявляемость (пенетрантность) некоторых конкрет­ных генов у мышей. Имеются также доказательства влияния некото­рых гормонов, в первую очередь стероидов, на активность генома в мозге. Исследователи полагают, что возникшие при стрессе под влия­нием гормонов изменения генной активности могут наследоваться.

По мнению Д.К. Беляева, совокупность этих данных свидетель­ствует о наличии прямой и обратной связи между мозгом и генами. Ключевая роль здесь принадлежит стрессу, играющему роль внутрен­него механизма регуляции наследственной изменчивости и эволюци­онного процесса. По отношению к организму как к целому стресс выступает в качестве фактора, изменяющего активность генома. Стрес-сирование модифицирует и интегрирует деятельность четырех уров­ней: генного, эндокринного, нервного и психического. С точки зре­ния Д.К. Беляева, эмоциональный стресс является важнейшим регу­лятором активности генов не только в индивидуальном развитии, но и в эволюции.

^ 3.ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ МЕТАБОЛИЗМА ЦНС И ИНДИВИДУАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗЛИЧИЯ

По современным представлениям, генетическая изменчивость структур и функций мозга может влиять на межиндивидуальную из­менчивость психики человека. Учитывая множественность факторов, которые модулируют уровень функциональной активности нервной системы и множественность биохимических звеньев, опосредующих эти влияния, есть все основания полагать, что генетически обуслов­ленные различия в психике могут иметь свои истоки на разных уров­нях реализации индивидуальных особенностей генотипа.

В общем виде уровни проявления и изучения генетической измен­чивости мозга можно схематически представить так, как показано на рис. 12.1.

По-видимому, существует значительный полиморфизм по мно­гим структурным и регуляторным генам, в результате которого воз­никают генетически обусловленные различия в деятельности фер­ментных систем организма в целом и мозга в частности. Эти различия определяют индивидуальные особенности метаболизма в ЦНС. Так, например, установлена генетическая детерминированность индиви­дуальных различий по уровню активности для некоторых ферментов, связанных с обменом медиаторов (моноаминооксидазы, катехола-

Сплошной контур — уровень, на котором может наблюдаться генетическая из­менчивость; пунктирный контур — метод исследования.

минотрансферазы и др.). Причем есть указания, что биохимическая изменчивость ферментов определенным образом связана с -индивидуальными особенностями биоэлектрической активности мозга (см. гл. XIII).

Уже есть прямые экспериментальные доказательства того, что наследственный биохимический полиморфизм мозга может быть связан с индивидуальными особенностями психики и поведения. Так, в известных исследованиях М. Закермана [460] изучалась тен­денция человека к поиску или избеганию новых переживаний, а так­же стремление к физическому и социальному риску. Эту склонность определяют как «поиск ощущений». С помощью специального опрос­ника можно оценить потребности человека в новизне, сильных и острых ощущениях, толерантность к однообразной, монотонной де­ятельности и т.д.

При оценке внутрипарного сходства 233 пар МЗ и 138 пар ДЗ близнецов по шкале «поиска ощущений» были получены корреля­ции 0,60 для первых и 0,21 для вторых. Коэффициент наследуемости

составил 0,78.

Установлено, что индивидуальный уровень потребности в ощу­щениях имеет свои биохимические предпосылки или корреляты. Сте­пень потребности в ощущениях отрицательно связана с уровнем сле­дующих биохимических показателей: моноаминооксидазы (МАО), эндорфинов и половых гормонов.

Функция моноаминооксидазы заключается в контроле и ограничении уровня некоторых медиаторов, в частности норадреналина, дофамина. Эти медиаторы обеспечивают функционирование нейронов катехоламиноэрги-ческой системы, имеющей отношение к регуляции эмоциональных состоя­ний индивида. Если содержание МАО в нейронах оказывается сниженным (по сравнению с нормой), то ослабляется биохимический контроль за дей­ствием указанных медиаторов. Эндорфины - продуцируемые в мозге био­логически активные вещества (эндогенные пептиды) - снижают болевую чувствительность и успокаивающе влияют на психику человека. Половые гормоны (андрогены и эстрогены) связаны с процессами маскулинизации и феминизации.

Другими словами, индивиды, у которых имеет место наследственно обусловленное снижение МАО, эндорфинов и половых гормонов, с большей вероятностью будут склонны к формированию поведения риска. Есть некоторые свидетельства того, что помимо перечисленных имеются и другие биохимические различия между индивидами с раз­ным уровнем потребности в ощущениях. Этот пример позволяет наде­яться, что в дальнейшем будут обнаружены генетически обусловлен­ные биохимические различия, создающие условия для формирования других устойчивых индивидуально-психологических особенностей.

Основания для такого прогноза существуют, и они связаны, в первую очередь, с развитием новых научных направлений. К числу последних относится биохимическая генетика мозга, в задачу кото­рой входит изучение общих закономерностей метаболизма в ЦНС. Однако еще основоположник концепции биохимической индивиду­альности Р. Уильяме [153] подчеркивал исключительное разнообра­зие биохимической изменчивости человека, указывая, что в одном индивиде редко воплощаются все средние значения. Изучение инди­видуальных различий в метаболизме стало особенно актуальным в связи с появлением такой области исследований, как фармакогенетика.

Фармакогенетика —область изучения генетических и биохимических фак­торов, обусловливающих индивидуальные различия в чувствительности к ле­карственным препаратам. Например, через некоторое время после введения одинаковой дозы препарата его уровень в крови у разных людей может раз­личаться более чем в 20 раз, причем эти различия имеют весьма устойчивый характер [7, 348].

По представлениям Р. Пломина и Р. Дитриха [365], прогресс в изучении генетических предпосылок формирования индивидуально-психологических особенностей человека связан с дальнейшим син­тезом психогенетики и нейрофармакогенетики. Причем наряду с вы­явлением общих усредненных закономерностей необходимо изучать межиндивидуальную изменчивость на популяционном уровне. В ко­нечном счете это должно привести к созданию особого междисцип­линарного направления в исследовании человека — «психонейрофар-макогенетики».

Установление общих закономерностей в совокупности с межин­дивидуальной изменчивостью биохимических механизмов представ­ляет собой перспективу исследований в генетике мозга, поскольку ведет к раскрытию глубинных опосредующих механизмов (норматив­ных и индивидуализированных), наиболее тесно связанных с прямы­ми продуктами действия генов. Однако следует иметь в виду, что ус­пехи в изучении генетического полиморфизма, влияющего на мозг, вряд ли позволят исчерпывающим образом объяснить все стороны поведения человека, поскольку детерминанты поведения и психики не могут быть сведены к набору биохимических «ключей».

* * *

Роль генетических факторов в формировании ЦНС изучается на клеточном, морфофункциональном и системном уровнях. Первый свя­зан с генетической детерминацией функций клеточных элементов и нервной ткани, второй — морфологических и функциональных осо­бенностей отдельных образований, из которых состоит головной мозг, третий — организации функциональных систем, лежащих в основе поведения и психики. Каждый генетический процесс в организме про­текает не изолированно, а под контролем ряда соподчиненных сис­тем — генной системы клетки, систем ткани, органа и, наконец, организма.

Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса реализации генетической информации предполагает существование на моле­кулярном уровне общих механизмов, обеспечивающих как регуля­цию активности нервной системы, так и регуляторные воздействия на хромосомный аппарат. Важными посредниками, осуществляю­щими взаимодействие между ЦНС и генной системой, являются гормоны.

По-видимому, существуют генетически обусловленные биохими­ческие различия в метаболизме ЦНС, которые создают предпочти­тельные условия для формирования некоторых устойчивых индивиду­ально-психологических особенностей.