Женщина без обонятельных луковиц не потеряла обоняние: как и почему люди умудряются нормально жить без важных участков мозга

Слева — МРТ нормального мозга; справа — МРТ мозга девушки без обонятельных луковиц / © Weiss et al., Neuron, 2019
 

Исследователи обнаружили у девушки удивительную аномалию — отсутствие обонятельных луковиц при сохранном обонянии. Попробуем разобраться, почему это возможно и как мозг справляется с необходимостью «заменять» проблемные участки.

Мы привыкли думать, что «нервные клетки не восстанавливаются». Конечно, многие слышали о компенсаторных возможностях мозга, постинсультной реабилитации, а может, даже о том, что, на самом деле, новые нейроны появляются у нас всю жизнь. Но человеческий мозг — шкатулка с такими сюрпризами, которые иногда невозможно себе представить, а можно только увидеть и искать им объяснение.

Пациентка с изюминкой — вернее, без

В статье израильских ученых из Института Вейцмана, недавно опубликованной в журнале Neuron, рассказывается об исследовании своего рода научной загадки.

Авторы работы вначале изучали совершенно другую область: они хотели узнать, как обоняние участвует в межполовых отношениях и какова его роль в поиске партнера. Мозг каждого участника эксперимента сканировали с помощью МРТ.

Внезапно на одном из снимков исследователи не обнаружили обонятельных луковиц. Но поразительно было не это: в мире каждый десятитысячный человек страдает аносмией. Однако люди с аносмией напрочь или практически полностью лишены обоняния. А вот 29-летняя участница эксперимента, данные которой поставили ученых в тупик, оказалась отличным «нюхачом». Она прошла все тесты, показала обычную картину активности нужных участков коры мозга и вообще замечательно жила, нисколько не подозревая о том, что ее обонятельная система хоть в чем-то аномальна.

Авторы на всякий случай обратились к коллегам-инженерам из Мельбурнского университета. Они предположили, что виной всему мог быть дефект или неточность МРТ. Однако и новые способы уверенно показали: луковиц нет.

В чем загвоздка

Обонятельные луковицы — обязательная (как до сих пор считалось) часть нашей обонятельной системы головного мозга. Это парный орган: две такие состоящие из нейронов луковицы расположены в районе внутричерепных полостей носа. Хеморецепторы, находящиеся в носу, улавливают молекулы летучих веществ, отправляют сигнал через обонятельный нерв в луковицы, где он обрабатывается, а после передается в подкорковые центры и, наконец, в височный отдел, где находится корковый центр обоняния мозга.

Отсутствие луковиц фактически перерубает этот многоступенчатый путь. Однако факт налицо: девушка есть, обоняние есть, луковиц — нет. Чтобы проверить, уникальный ли это случай, ученые обследовали еще несколько женщин того же возраста, как дополнительный фактор определив леворукость («нулевая пациентка» была левшой). На девятой попытке они нашли еще одну такую же девушку. Впоследствии, обследовав еще 1113 человек, ученые обнаружили трех женщин с аналогичной аномалией. Ни один из полутысячи обследованных мужчин при этом такой проблемы не имел. Возможно, каким-то образом такая суперспособность связана с полом, возможно, учитывая ее редкость, на большей выборке обнаружится хотя бы один такой мужчина.

Как вообще такое может быть? Этот случай невероятен, ученые в шоке разводят руками — или нет?

Железного объяснения механизму феномена, как и причин его появления, исследователи пока не нашли, только зафиксировали его существование. Но наиболее вероятный вариант — нейропластичность, которая способна буквально творить чудеса.

Мозг-Протей: что такое нейропластичность

В течение долгого времени предполагалось, что мозг человека формируется внутриутробно, заканчивает свое развитие в детстве, а во взрослом состоянии остается структурно неизменным. Современные исследования показали, что это не так. На протяжении всей жизни мозг остается изменчивым и пластичным.

Нейропластичность, то есть возможность мозга человека меняться под воздействием нового опыта, включает не только способность чинить нейронные связи, пострадавшие при повреждении, образовывать новые либо усиливать существующие при обучении. 

Исследования последних лет показывают, что мозг способен вырастить значительные объемы новых нейронов в различных своих отделах, а при невозможности полностью заместить утраченное может «переназначить» одну группу нейронов выполнять функции другой. Причем примеры возможностей таких «заместителей» иногда поражают воображение.

«Человек не использует 90% своего мозга»

Эта фраза была невероятно популярна лет 10-20 назад, во времена расцвета различных псевдонаучных техник, обещавших раскрыть интеллектуальные способности каждого и вырастить гения из любого менеджера по раскладыванию пасьянса на рабочем месте. Однако наука знает случаи, в которых это выражение близко к истине. Иной раз — прямо-таки «не какой-нибудь факт, а чистая правда»!

Наиболее часто встречающиеся примеры — постинсультная реабилитация. Дети, перенесшие инсульт, не отличались по своим умственным способностям от сверстников, а функции пострадавших участков левого полушария, которые отвечают за речь, полноценно смогли выполнять симметричные участки правого. Но бывают и более яркие примеры.

Так, летом врачи в Подмосковье обнаружили мужчину без левого полушария головного мозга. Совсем. На снимках МРТ можно видеть пустое пространство на этом месте. По словам медиков, к которым пациент поступил с ишемией, он прожил так всю жизнь, до 60 лет, но не подозревал о своей особенности. Развитие пошло не так еще внутриутробно, однако остальные отделы мозга смогли компенсировать недостающую часть. Мужчина не демонстрировал никаких проблем ни с моторикой, ни со зрением или психикой; более того, вполне успешно учился и много лет работал инженером.

Но минус одно полушарие — не предел для нейропластичности. Это доказывает француз, у которого в 2007 году диагностировали разрушение 90% коры головного мозга. Мужчина с детства страдал от гидроцефалии, которая и привела к таким разрушительным последствиям. Однако о происходящих изменениях ни он сам, ни его родные не знали, и пациента к 44 годам беспокоила только небольшая слабость в одной из конечностей.

Даже его IQ не был снижен до уровня умственной отсталости, несмотря на то, что вся высшая психологическая деятельность человека связана с функционированием коры. Тем не менее обычный госслужащий (да, он вполне справлялся со своими обязанностями) успешно обошелся остатками коры, стволом мозга и мозжечком.

Совладать мозг способен не только с потерей участков коры. Так, китаянка, жившая нормальной жизнью, родившая двух детей и испытывавшая только небольшие моторные нарушения, стала ценным пациентом для ученых. Оказалось, всю жизнь она прожила вообще без мозжечка.

Все эти случаи показывают, что хотя травмы мозга или аномалии в его развитии опасны и часто приводят к печальным последствиям, незаменимых отделов мозга нет. Буквально для любой части мозга, если человеку повезет, можно найти своего рода «исполняющего обязанности».

Как это вообще работает

То, что умеет делать нейропластичность, звучит как магия. Но это не большая магия, чем любой другой процесс, происходящий в нашем теле, если подробно в него вглядываться с точки зрения науки.

В целом мозг — достаточно устойчивая система с определенным запасом прочности. Без этого мы не смогли бы выжить. Мозг картирует нас полностью: все, что мы делаем, каждое умение или часть тела имеют свое «представительство» в виде нервных путей и связанных друг с другом нейронов. Чем выше активность, тем больше это представительство, а чем меньше времени мы уделяем, например, тренировке какого-то навыка, тем слабее становятся связи. 

В течение жизни нейроны, входящие в такие структуры, частично обновляются, при этом сама схема сохраняется. В детстве мы отращиваем до тысячи новых нейронных связей в секунду. После этого периода высочайшей восприимчивости наступает время для нейронального (синаптического) прунинга. Мозг стремится делать схемы взаимодействия нейронов в сетях-представительствах максимально простыми. Количество синапсов и нейронов в этих связках стремится к оптимальному минимуму, отсекая излишки через элиминацию синапсов. Этот процесс противостоит постоянно возникающим в процессе обучения новым связям между нейронами и их группами. Проще говоря, без прунинга наш мозг превратился бы в огромный беспорядочный клубок связей, малоэффективный как для обработки информации, так и с точки зрения энергетического баланса. Благодаря постоянному поддержанию равновесия между созданием связей и их разрушением, мозг имеет способность в случае необходимости искать новые пути для функционирования внезапно сломавшихся частей. 

На этих свойствах мозга основаны, например, техники постинсультной реабилитации. Если пациент вынужден пытаться пользоваться конечностью, управляющий центр которой в мозгу пострадал, он активирует уцелевшие участки этой системы, которые ищут «обходные пути». 

Связываясь с подходящими по своим функциям нейронами, структура пытается заново принять привычную форму, насколько это возможно. Чем больше уцелело оригинальных нейронов и чем больше вокруг них «учителей на замену», тем проще и полнее восстановится функция. 

Кроме того, чем младше человек в тот момент, когда мозгу надо изобрести новый способ функционирования какой-то его части, тем больше шансов на успех. При врожденных дефектах такая перестройка подготавливается еще внутриутробно. В случае с французским пациентом разрушения в его мозгу хоть и были невероятно обширными и наступили, по всей видимости, уже после 14 лет, но зато происходили они медленно, что дало время мозгу перестраиваться не спеша.

Вернемся к загадке женщин, которые могут чувствовать запахи, хотя теоретически им нечем. Попробуем подытожить: точно ли дело в нейропластичности?

Что могло дать такой эффект? Один из вариантов — генетические аномалии, возможно, сцепленные с полом, при которых обонятельные луковицы редуцированы так, что обонятельная информация идет обходным путем.

Другой — старая, добрая нейропластичность. Возможно, другие системы в связанных с обонянием отделах и структурах мозга смогли создать ансамбли, которые заменили все функции луковиц без потери качества жизни. Как мы видели, история знает и не такие случаи.

В-третьих, есть шанс, что мы неполно или принципиально неверно представляем себе весь аппарат обонятельной системы человека. Если этому найдутся подтверждения, авторы изначальной статьи, конечно, приобретут лавры ученых, изменивших целую отрасль науки. Этот (несомненно, лестный для них) сценарий, впрочем, вряд ли возможен. Не все исследования обонятельной системы, проводившиеся на животных, можно повторить на людях — прежде всего с этической точки зрения. Но все же она неплохо картирована, и, скорее всего, речь идет о двух других вероятностях.

Ну и не стоит сбрасывать со счетов то, что все же остается вероятность (хоть и очень небольшая) простой ошибки. Луковицы могут быть просто или очень маленькие, или крайне нетипично расположенные. Транспозиция органов — не редкий случай, а порой бывает так, что у пациента, скажем, зуб растет в носу. Так что, возможно, пока научный мир пытается придумать красивое объяснение уникальному феномену, луковицы мирно живут своей жизнью где-то на задворках соседнего отдела мозга и ни о чем не переживают.

Источник: Naked Science