Почему мы такие умные?

В Лектории Политехнического музея с лекцией о загадках человеческого мозга выступил Филипп Хайтович, российский биолог, ведущий в данный момент исследовательский проект в Институте вычислительной биологии в Шанхае.

Давайте знакомиться. Меня зовут Хайтович. В 1995-м я окончил в МГУ кафедру молекулярной биологии и почти сразу уехал в Америку учиться дальше. Потом я поехал в Германию и работал в институте Макса Планка около семи лет. Потом оказался в Китае, где сейчас у меня лаборатория. То, о чем я буду рассказывать, — это не совсем моя сегодняшняя работа. Пусть это будет просто обзор вещей, которые нужно, как мне кажется, всем знать.

Мозг — это очень сложный орган. В нем около ста миллиардов нейронов и еще больше — порядка ста тысяч миллиардов — синапсов. Что такое синапсы? Это соединения между нейронами. Нейроны сами по себе — это клетки, которые с помощью отростков соединяются с другими нейронами. Для чего они нужны?

Вот мозг мыши. Смотрите на картинку — сейчас он сделается полностью прозрачным, и мы увидим все нейроны, из которых он состоит. Разными цветами показаны разные типы нейронов и нейронные сети. Мышь бежит через лабиринт, и видно, какие нейроны в ее мозге активизируются. С человеком все сложнее. Когда вы слушаете эту лекцию или, к примеру, смотрите на светофор, это не значит, что в действии участвуют какие-то конкретные десять нейронов. Действием управляет целая толпа нейронов, и они сплетены в громадные нейронные сети. Помните, я говорил, что у нас помимо нейронов есть еще сто тысяч миллиардов контактов между ними? Естественно будет предположить, что наш мозг уникальный как раз из-за этого колоссального количества нейронов. Но — действительно ли это так? Действительно ли можно объяснить разницу между мозгом человека и мозгом мыши одним только размером? Одни люди говорят, что мозг слона или дельфина такой же, как мозг человека, или чуть побольше. Другие — что нужно смотреть не на мозг, а на количество нейронов и на размер лобных долей.

Вот череп человека, вот череп неандертальца. Примерно полмиллиона лет назад наши пути разошлись. А вот — шимпанзе. И с шимпанзе мы разошлись около восьми миллионов лет назад. А это — макаки, с которыми мы разошлись тридцать миллионов лет назад. Вы можете спросить: почему древо истории выглядит именно так? Отчего у нас есть родство с неандертальцами? И как можно доказать наше родство с шимпанзе? Отвечать можно начать так: посмотрите на черепа. В принципе, они похожи, да? Особенно с неандертальцами. Но это не очень хороший аргумент, потому что дельфины, например, и рыбы тоже похожи, но большого родства между ними нет. Дельфины — это млекопитающие, и ближайший их родственник — корова. Как мы можем утверждать, что человек действительно имеет более близкое родство с неандертальцами, чем с шимпанзе или макаками? Конечно, это выясняется не на основании похожести костей, а на основании ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота — та самая, которую в 1953 году расшифровали Уотсон и Крик. Двойная спираль, содержащая генетическую информацию каждого из нас. У каждого человека своя собственная ДНК, и она очень-очень похожа на ДНК других людей. Но примерно один из тысячи нуклеотидов у каждого свой, неповторимый. ДНК — это биологическая молекула, и когда она воспроизводится, то есть когда сплетается, случаются ошибки. То есть, когда производился на свет я, генетическая информация от моих мамы и папы совместилась, но от них мне досталась ДНК, которая была не совсем точной копией, там были кое-какие исправления маленькие. Когда говорят, что можно установить отцовство по ДНК, имеют в виду, что если у ребенка одна из хромосом — папина, то они и вправду родственники. И с тем же успехом можно равнять ДНК человека с ДНК другого вида. Например, мою ДНК с ДНК обезьяны. Или с ДНК мыши. В принципе, можно и просто посмотреть на меня, потом на обезьяну и сказать: «Ну, он, конечно, немного на нее похож, но все-таки не совсем». Однако если мы сравним наши ДНК, то окажется, что они на 98% одинаковые.

«Но как же так? — спросите вы. — 98% — это почти одно и то же». На самом деле нет. ДНК содержит позиции, которые ни на что не влияют, но есть и такие позиции, которые влияют на многое. Например, каждый из вас знает о существовании генетических болезней. Скажем, мышечная дистрофия. Ее причина — в мутации одного-единственного нуклеотида. А в нашей ДНК нуклеотидов — около шести миллиардов. Но если хоть один нуклеотид изменить, у меня будет болезнь. То есть даже два процента от шести миллиардов — это громадное количество.

Все люди планеты — из Африки, из Азии, из Австралии, отовсюду — на самом деле очень-очень похожи генетически. А если мы возьмем горилл из Африки? У них может быть гораздо больше различий, чем между африканцем и европейцем. Поэтому, когда мы говорим про кого-то «понаехали», нужно помнить, что с точки зрения генетики мы все настолько одинаковые, что даже смешно говорить о каких-то различиях. Они, естественно, существуют, эти различия, культурные или социальные. Но ведь это мало что значит — вырос человек в Москве или в Хабаровске, с черной кожей он или с белой. Мы все очень похожи. И с генетической точки зрения это легко объяснимо.

Вот, например, гориллы. Или шимпанзе, или орангутаны. Нам кажется, что они все одинаковые. Например, бонобо — для шимпанзе такие же родственники, как для нас неандертальцы. Внешне различаются только тем, что у шимпанзе морда коричневая, а у бонобо черная. И очень интересно, что, несмотря на генетическую похожесть, они совершенно различны по поведению. У шимпанзе есть племена во главе с сильным вожаком — почти как у первобытных людей. А у бонобо главное место в группе занимает самка — и очень развита сексуальная жизнь. То есть они как хиппи, которые говорили: «Давайте заниматься любовью, а не войной». У бонобо вся агрессия уходит в сексуальную активность. То есть если два племени бонобо встречаются, то вместо того, чтобы драться и убивать друг друга, они просто устраивают громадную оргию. Причем все со всеми: мужчины с мужчинами, женщины с женщинами, дети с детьми. И поэтому, когда вы говорите, что генетически разница очень маленькая — «всего два процента», — знайте, что между шимпанзе и бонобо разница еще меньше: всего 0,2%! А как по-разному себя ведут, да? И если они встретятся, то шимпанзе будут думать: «О, эти сумасшедшие, что у них за жизнь! Только друг с другом сексом занимаются и совсем не дерутся». А бонобо будут думать: «Странные эти шимпанзе, любовью вообще не занимаются, а только убивают друг друга». На самом деле совсем незначительная разница в ДНК может вести к радикальным различиям в поведении. Но это что касается дальних родственников.

Два миллиона лет назад на планете существовало бесчисленное множество видов. Мы обо всех них знаем лишь по найденным черепам (ДНК двухмиллионолетней выдержки мы пока не умеем восстанавливать). Homo Sapiens, наш предшественник, который жил около полумиллиона лет назад. Знаменитый Homo Erectus, заселивший всю планету. Мы смотрим на них и видим, что никого похожего на нас здесь нет. Какие-то там обезьяны бегают по лесу. Но не надо заблуждаться. Как показывает наука, наши предшественники постоянно друг с другом скрещивались, у них были дети, и эти дети, в общем-то, мы и есть. То есть в каждом из нас есть какое-то количество ДНК неандертальца. И смысл лишь в том, что все эти ребята вымерли, а мы остались. Мы — победивший вид. И так как мы всех истребили и больше истреблять как бы некого, мы принялись друг за друга. Но это уже политика, поэтому вернемся к размерам мозга.

Черепа вымерших видов — это совсем древние племена. Мозг еще маленький, но со временем, как видите, постепенно увеличивался. Сравните наш череп и череп Homo Heidelbergensis. А вот неандерталец — смотрите, какие у него надбровные дуги. Как у Николая Валуева. На самом деле очень интересно исследовать ДНК Валуева. Вот вы смеетесь, а ведь, хоть у нас у каждого есть ДНК неандертальца, у Валуева, возможно, оказался именно тот нуклеотид, который отвечает за форму черепа.

То, что вы видите на этой достаточно сложной картинке, — это как раз соотношение времени с размером мозга. Два миллиона лет назад мозг был маленький, всего около четырехсот кубических сантиметров, а потом вдруг мозг начал увеличиваться, и здесь он уже размером литр. И дальше он только увеличивался. Но что интересно: объем мозга современного человека — от литра до полутора (точнее, в среднем 1300—1350 мл), а среди древних людей были ребята, размер мозга которых был почти два литра. Но можно ли сказать, что, раз у них мозг был больше, они были умнее нас? Что у них были различные технологии, цивилизация и тому подобные вещи? Нет, к сожалению. Об этом можно судить, исследуя орудия труда, которыми пользовались древние люди на протяжении тысячелетий: какие-то скребки, топоры. За полтора миллиона лет не случилось практически никаких изменений — они даже не улучшали никак свои скребки. И вдруг где-то сто тысяч лет назад начинается удивительная культурная революция. Появляются крючки для рыбной ловли, изделия из кости, первые предметы искусства, и это, как мы видим, никак не связано с увеличением мозга. Наоборот, за последние сто пятьдесят тысяч лет мозг человеческий даже немного уменьшился. Может, это из-за того, что лобные доли стали больше? Иногда отмечают, что у неандертальца были большие затылочные доли, у нас — лобные. А может быть, у нас больше нейронов? Нет, у неандертальцев их было столько же. А теперь внимание: фрагмент новостей.

Дело не в размере мозга и даже не в лобных долях — и уж точно не в количестве нейронов. И я не знаю — в чем. Никто не знает.

Девочка из Голландии говорит по-английски, по-голландски и еще на каком-то языке. А эта девочка из Америки. У обеих довольно редкая болезнь. Вот скан их мозга, на котором видно, что одна часть мозга пустая, просто заполнена жидкостью. Когда им было примерно по два-три года, у них были возрастающие эпилептические припадки, и, чтобы их спасти, врачам пришлось удалить полушарие целиком. У одной девочки удалили левое полушарие, у другой — правое. То есть в очень раннем возрасте им просто взяли и вырезали полмозга. И вот сейчас им сколько-то лет, они учатся в обычной школе, учат разные языки и, в принципе, развиваются нормально. Понятно, что если мне сейчас удалят половину мозга, эффект будет куда более ярким, потому что мне не три года и мой мозг уже не такой пластичный. При этом хочу отметить, что девочке из Голландии удалили левое полушарие, в котором находятся зоны Брока и Вернике, отвечающие за способность разговаривать. И тем не менее вот эта девочка прекрасно говорит на нескольких языках. Значит, дело вообще не в размере и даже не в лобных долях — и уж точно не в количестве нейронов. И я не знаю — в чем. Никто не знает. Последние исследования намекают, что разгадка не в самом мозге, а в его развитии.

Когда ребенок рождается, он еще ничего не умеет — ни разговаривать, ни пользоваться мобильным телефоном. Он вообще еще не человек. Позднее он всему научится, общаясь с родителями и сверстниками. Ученые довольно давно задались вопросом: а может, детенышам шимпанзе просто не хватает человеческого общества? Ведь если взять ребенка и поместить его в собачью стаю, то он, как Маугли, вообще не станет человеком. Будет вести себя как собака или неизвестно как кто, но точно не как человек. Может, если детенышу шимпанзе дать вырасти среди людей, то он научится всем тем вещам, которые умеем и мы? Ведь учат же в цирке их курить и выпивать, что они впоследствии делают с большим удовольствием. Пытались воспитывать вместе ребенка и шимпанзенка, но через некоторое время бросили это дело. Шимпанзенок так ничему и не научился, зато человеческий детеныш стал все больше и больше копировать поведение шимпанзенка, что, естественно, расстроило его родителей, которые не хотели, чтобы их сын в результате оказался в зоопарке. На что это указывает? На нашу важную особенность — мы любим копировать и копируем поведение сверстников, поведение родителей. Для нас это является важным аспектом. А вот шимпанзята копируют меньше. Вообще это очень интересные эксперименты — с детьми и шимпанзятами. Например, был такой: нужно нажать на кнопку, чтобы получить какую-то игрушку или конфеты. Приходит экспериментатор и вдруг нажимает кнопку не рукой, а головой. Дети тут же начинают головой тыкаться в кнопку, а шимпанзята голову в ход не пускают и жмут на кнопку лапкой. Им как-то понятнее было, что копировать не обязательно — нужно просто нажать.

Когда человек или обезьяна рождается, зрелых синаптических контактов в их мозге практически нет. Все клетки на своих местах, готовы к работе, но еще не знают, как им работать. Конечно, есть отделы мозга, отвечающие за дыхание и контроль внутренних функций, — они формируются в первую очередь. Но мы говорим про кору и лобные доли, которые отвечают за то, как мозг реагирует на окружающую среду. Например, к вам кто-то подходит и бьет. Ударим мы в ответ или убежим? Или, если это начальник, просто заулыбаемся? За решение этой задачи отвечают лобные доли, и мы видим, что при рождении никаких синаптических контактов в лобных долях нет. Ни обезьянка, ни ребенок еще не знают, как отвечать на удар. Например, когда они видят горячий утюг, они еще не знают, что с ним делать: есть его или хватать. И только со временем, посредством взаимодействия с тем же самым утюгом, обезьянка и человек понимают, что лучше его не трогать. Так формируются синаптические контакты. У человека их количество приближается к максимальному где-то в районе первых десяти лет жизни, а потом мы видим, что оно постепенно снижается. У двадцатипятилетнего человека меньше синаптических контактов, чем у пятилетнего ребенка, потому что он уже оптимизировал свою систему принятия решений. В определенной ситуации мы выбираем что-то из какого-то определенного количества сценариев. Потому что, если сценариев много, затруднительно сделать выбор. Например: что вы хотите на завтрак, если знаете, что доступно вообще все? Вы, наверное, будете думать целый час. Но если вы знаете, что вам доступна каша или яичница, то решение вы, скорее всего, быстро примете. То же самое и наш мозг: он отбирает большое количество вариантов, но оставляет только те, которые более-менее доступны.

Но что интересно. Если мы посмотрим на зеленую кривую макаки, то видим, что, в принципе, у обезьяны формирование нейронных контактов заканчивается уже через несколько первых месяцев жизни. В год это уже взрослая, умная обезьяна. Окно пластичности, то есть период, в течение которого макаку можно чему-то еще обучить, значительно меньше, чем у человека, — всего несколько месяцев, после чего оно плотно захлопывается навсегда. У нас это окно открыто гораздо дольше и, в принципе, полностью никогда не закрывается. Потому-то мы и в 80 лет еще способны выучить иностранный язык, и впервые сесть на велосипед в 70. Это очень интересно, потому что это доказывает, что не только синапсы, но и более глубинные молекулярные образования ведут себя по-другому в человеческом мозгу. Конечно, вы можете спросить: как вообще этот процесс связан с нашими мозговыми функциями? Может, дело все-таки в размере? У нас больше мозг, нам нужно больше синаптических контактов, на это уходит больше времени? Конечно, если бы мы имели дело с мышами, мы бы могли произвести некоторые мутации и посмотреть, станет ли человек глупым. Или, наоборот, станут ли мыши умными, как люди. В первом случае это невозможно, во втором сложно. Короче, наука не сумасшедшая, чтобы этим заниматься. Но что можно все-таки сделать, так это посмотреть на болезни. Например, аутизм: хороший пример для ученых и очень плохой — для родителей. Аутизм — это когда вместе с развитием мозга нарушаются все наши человеческие функции: возможность общаться, способность принимать нестандартные решения, менять рутину.

Перед вами результаты исследования, которое наша лаборатория провела совместно с одной американской компанией. Это совсем новые результаты — они еще даже не опубликованы. На графике абсолютно точно видно, что у детей с аутизмом формирование синаптических контактов нарушено. Оно, конечно, не такое, как у макак или шимпанзе, но оно возвращается к архаичной структуре. У аутистов разрушена программа формирования, когнитивная функция. И это подтверждает, что длительное формирование синаптических контактов — даже в зрелом возрасте — является, конечно, не единственным, но важным механизмом, который помогает нашему сознанию и нашим когнитивным способностям сформироваться. Что это значит практически? Звоночек для родителей. От года до пяти лет — это время, когда у вашего ребенка формируются нейронные сети. И если это время, как в моем случае, проведено с бабушкой и дедушкой, то мозг будет сформирован именно под их воздействием. Я это в себе постоянно замечаю — я реагирую на какие-то события так, как реагировали бы на них мои бабушка и дедушка, а не как мои родители. И если вы хотите воспитать ребенка каким-то определенным образом, то занимайтесь им в первые пять-десять лет жизни. После, конечно, тоже много всего будет происходить, и пластичность какая-то даже остается, но привить какие-то привычки, умения, старания будет куда сложнее. То есть все дело не в размере мозга и не в количестве синапсов, а в развитии. Понятно, что это частичный ответ на вопрос, поставленный в названии лекции, но — не нужно думать, что все загадки уже раскрыты.

Записала Наталья Кострова