Е. Л. Григоренко психогенетика под редакцией И. В. Равич-Щербо Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебник

Вид материала

Содержание

Морфофункциональный уровень
Системный уровень
2. Взаимодействие нервной и эндокринной

Подобный материал:

1 ... 25 26 27 28 29 30 31 32 ... 48

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ

Мозг современного человека высоко дифференцирован. Он состо-

ит из множества относительно мелких и крупных структурных образо-

ваний, объединенных в ряд морфофункциональных блоков. В соответ-

ствии с данными многих экспериментальных и клинических исследо-

ваний каждому из блоков приписываются разные функции.

Так, в стволе и подкорковых структурах мозга локализованы цен-

тры, регулирующие витальные функции организма. Кроме того, к их

функциям относятся: обеспечение тонизирующих и модулирующих

влияний на разные уровни ЦНС, формирование биологических по-

требностей и мотиваций, побуждающих организм к действию (голод,

жажда и др.), а также эмоций, сигнализирующих об успехе или не-

272

удаче в удовлетворении этих потребностей. Кора больших полушарий

играет определяющую роль в обеспечении высших психических фун-

кций 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 свя-

зана преимущественно с деятельностью «задних» отделов коры, а вто-

рая—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 лю-

дей очень велики. При средних значениях 1400—1500 г диапазон край-

них 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 коррели-

рует с размерами черепа.

Различия по весу мозга, по-видимому, в определенной степени обуслов-

лены генетическими факторами. Об этом свидетельствуют специально выве-

денные линии мышей — с «высоким» и «низким» весом мозга. У первых мас-

са мозга приблизительно в 1,5 больше, чем у вторых. Попытки установить

связь между весом мозга и успешностью обучения мышей однозначных ре-

зультатов не дали.

Вариабельность борозд и извилин на поверхности мозга чрезвы-

чайно велика. Как подчеркивают морфологи, не обнаружено двух оди-

наковых экземпляров мозга с полностью совпадающим рисунком по-

верхности. Например, С.М. Блинков пишет: «Рисунок борозд и изви-

лин на поверхности коры больших полушарий мозга у людей столь же

различен, как их лица, и также отличается некоторым семейным сход-

ством» [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 об-

разований, глубоких структур мозга, а также проводящих путей, соеди-

няющих разные отделы мозга [139]. В то же время многообразие индиви-

дуальных 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 особеннос-

тей умственного развития, в первую очередь одаренности. Было уста-

18-1432 273

новлено, 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 обла-

дали выдающимися способностями, демонстрируют связь между спе-

цификой их одаренности и морфологическими особенностями мозга,

в первую очередь — с размерами нейронов в так называемом рецеп-

тивном слое коры. Например, анализ мозга выдающегося физика

А. Эйнштейна показал, что именно в тех областях, где следовало ожи-

дать максимальных изменений (передние ассоциативные зоны левого

полушария, предположительно отвечающие за абстрактно-логичес-

кое мышление), рецептивный слой коры был в два раза толще обыч-

ного. Кроме того, там же было обнаружено значительно превосходя-

щее 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, обес-

печивает информационную составляющую процессов обучения [82].

Эти данные свидетельствуют о том, что индивидуальные различия в

умственной деятельности человека, по-видимому, связаны с особен-

ностями обмена веществ в мозге.

Структурная индивидуализированность мозга, неповторимость

топографических особенностей у каждого человека складывается в

онтогенезе постепенно [171, 172]. Вопрос о том, как влияют генети-

ческие особенности на формирование индивидуализированности моз-

га, пока остается открытым. По-видимому, в формировании этих мор-

фологических характеристик играют роль генетические факторы. На-

пример, отмечается семейное сходство в рисунке борозд коры мозга.

Кроме того, при сравнении мозга МЗ близнецов обнаружено доволь-

но значительное сходство морфологических особенностей, причем в

левом полушарии больше, чем в правом [427].

Наряду с этим существуют традиционные и разработанные мето-

ды неинвазивного изучения функциональной активности мозга. Речь

идет о методах регистрации биоэлектрической активности мозга, в

первую очередь коры больших полушарий. Методы регистрации энце-

фалограммы и вызванных потенциалов позволяют зарегистрировать

активность отдельных зон коры больших полушарий, оценить инди-

видуальную специфичность этой активности как качественно, так и

274

количественно и применить к полученным результатам генетико-ста-

тистический анализ. По совокупности таких данных можно судить о

роли генетических факторов в происхождении индивидуальных осо-

бенностей 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 сово-

купность взаимосвязанных элементов, которые обладают способнос-

тью 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 элемен-

тарные функции. Примером микросистем могут служить нейронный

модуль (вертикально организованная колонка нейронов и их отрост-

ков в коре больших полушарий) или гнезда взаимосвязанных нейро-

нов и глиальных клеток в подкорковых структурах. Предполагается,

что таким микроансамблям свойственна преимущественно жесткая ге-

нетически детерминированная форма конструкции и активности [176].

Сходные по своим функциям микроансамбли, или микросисте-

мы, объединяются в макросистемы, сопоставимые с отдельными струк-

турными образованиями мозга. Например, отдельные зоны коры

больших полушарий, имеющие разное клеточное строение (цитоар-

хитектонику), представляют собой разные макросистемы. Сюда же от-

носятся системы подкорковых и стволовых образований, корково-под-

корковые системы мозга [139].

Современная наука располагает методами, позволяющими экспе-

риментально изучать некоторые аспекты функционирования мозго-

вых систем. Речь идет об уже упоминавшихся ранее электрофизиоло-

гических 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 по-

казателей 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 от-

дельных элементов системы должны иметь взаимосвязанный характер.

Подробнее речь о них пойдет в гл. XIII, здесь же подчеркнем, что

электрофизиологические показатели взаимодействия разных зон коры

18* 275

в покое и при реализации той или иной деятельности демонстрируют

значительную межиндивидуальную вариативность. Последнее дает ос-

нование ставить вопрос о роли факторов генотипа и среды в проис-

хождении этой вариативности. Другими словами, используя генети-

ко-статистический анализ, можно выявить причины межиндивиду-

альной вариативности не только локальных электрофизиологических

показателей, но и производных от них показателей, отражающих сте-

пень 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 сло-

жились в 50-60-х годах в исследованиях видного отечественного ге-

нетика М.Е. Лобашева и его последователей В.В. Пономаренко и

Н.Г. Лопатиной [98]. Согласно данным представлениям, каждый ге-

нетический 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 кото-

рой этот процесс происходит, и далее — систем клеток, ткани, орга-

на и, наконец, организма.

Каждая из систем реагирует на внешние по отношению к ней

факторы как целое. В результате такого контроля протекание различ-

ных генетических процессов в разных клетках организма в пределах

созданных в эволюции механизмов оказывается адаптивным по отно-

шению к внешней среде и взаимосвязанным для разных клеток и си-

стем организма.

Ведущую роль в установлении взаимосвязи генетических процес-

сов на уровне целостного организма играет взаимодействие нервной

и эндокринной систем. Это взаимодействие настолько согласованно,

что иногда говорят о единой нейроэндокринной системе, подразуме-

вая объединение нервной и эндокринной систем в процессах регуля-

ции жизнедеятельности организма.

Нейроэндокринная регуляция есть результат взаимодействия нервной и

эндокринной систем. Она осуществляется благодаря влиянию высшего веге-

тативного центра мозга — гипоталамуса — на расположенную в мозге желе-

зу — гипофиз, образно именуемую «дирижером эндокринного оркестра». Ней-

роны гипоталамуса выделяют нейрогормоны (рилизинг-факторы), которые,

поступая в гипофиз, усиливают (либерины) или тормозят (статины) биосин-

тез и выделение тройных гормонов гипофиза. Тройные гормоны гипофиза, в

свою очередь, регулируют активность периферических желез внутренней сек-

реции (щитовидной, надпочечников, половых), которые в меру своей активно-

сти изменяют состояние внутренней среды организма и оказывают влияние

на поведение.

276

Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса реализации ге-

нетической информации предполагает существование на молекуляр-

ном уровне общих механизмов, обеспечивающих как регуляцию ак-

тивности нервной системы, так и регуляторные воздействия на хро-

мосомный аппарат. При этом одной из существенных функций нервной

системы является регуляция активности генетического аппарата по

принципу обратной связи в соответствии с текущими нуждами орга-

низма, влиянием среды и индивидуальным опытом. Другими слова-

ми, 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 ак-

тивности в клетках роговицы глаза может возникать по условно-рефлектор-

ному принципу, т.е. в ответ на условный сенсорный стимул, ранее связанный

с болевым раздражителем.

Схема эксперимента была такова. У мышей вырабатывали оборонитель-

ный условный рефлекс на световой сигнал, подкрепляемый электрическим

током. Под действием электрического тока в роговице глаза уменьшается

частота делений ядра клетки (митозов) и вызванных рентгеновским излуче-

нием структурных изменений (аберраций) хромосом. После выработки ус-

ловного рефлекса изолированное действие условного раздражителя (свето-

вого 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 ми-

тозов, ни на частоту хромосомных аберраций [98].

Регулирующую роль нервной активности в реализации генети-

ческой информации подтвердили также исследования Л.В. Крушинс-

кого с сотрудниками [87]. Они установили, что проявление ряда ге-

нетически детерминированных поведенческих актов зависит от уров-

ня возбуждения ЦНС. Экспериментально была выявлена отчетливая

положительная связь между общей возбудимостью животного, про-

явлением и степенью выраженности генетически обусловленных обо-

ронительных рефлексов у собак. Иначе говоря, при низкой возбуди-

мости нервной системы определенные генетически детерминирован-

ные 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 пока-

зано, что сенсорная стимуляция, обучение, двигательная тренировка

и другие воздействия, повышающие возбудимость нервной системы,

сопровождаются увеличением содержания РНК в нервной ткани. Ус-

тановлено также, что экспрессия генов у животных может меняться в

зависимости от степени информационного разнообразия окружаю-

277

щей среды: она тем выше, чем более обогащенной в ходе развития

является среда (28].

Таким образом, имеются основания полагать, что нервное воз-

буждение, вызванное воздействиями среды, может существенно вли-

ять на активность генов клеток, тканей, органов и организма в целом.

Главным, хотя, возможно и не единственным, звеном, осуществ-

ляющим взаимодействие между ЦНС и генетической системой, явля-

ются гормоны. Во-первых, уровень активности гормонов зависит от

функционального состояния ЦНС. Как уже отмечалось, взаимодей-

ствие гипоталамуса и гипофиза обеспечивает ЦНС возможность вли-

ять на уровень гормонов, которые производятся железами внутренней

секреции (надпочечниками, щитовидной, половыми). Во-вторых, гор-

моны рассматриваются как специфические индукторы функциональ-

ной активности генов [34, 105]. Экспериментально установлена воз-

можность гормональной регуляции экспрессии и активности генов.

Гормоны выступают в качестве посредников в регуляции транскрип-

ции генов. Иначе говоря, гормоны, хотя, возможно, и не только они,

служат материальным связующим звеном между ЦНС (мозгом) и ген-

ной системой организма.

Особенно наглядно роль гормонов в регуляции генной активности

выступает в исследованиях влияния эмоционального стресса на гене-

тические процессы.

Стресс представляет собой неспецифическую реакцию, обусловливаю-

щую привлечение энергетических ресурсов для адаптации организма к но-

вым условиям. При действии стрессогенного стимула сигналы из анализа-

торных отделов коры поступают в гипоталамус. Гипоталамус передает сиг-

нал гипофизу, в результате чего возрастает синтез гормонов и их выброс в

кровь. Существуют три основные «эндокринные оси», участвующие в реакци-

ях такого типа: адрено-кортикальная, соматотропная и тироидная. Они связа-

ны с активизацией надпочечников и щитовидной железы. Показано, что эти

оси могут быть активизированы посредством многочисленных и разнообраз-

ных 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 дви-

жения, существенно изменяется способность к воспроизведению по-

томства. Причем, как оказалось, мыши различных генетических ли-

ний 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 отноше-

нии воспроизводительной функции. Иными словами, животные, бо-

лее продуктивные в обычных условиях, становятся менее продуктив-

ными при стрессе, и наоборот. Следовательно, стресс изменяет внут-

рипопуляционную генетическую изменчивость, и селективная ценность

278

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 гор-

монов коры надпочечников (кортикостероидного комплекса) на экс-

прессивность и проявляемость (пенетрантность) некоторых конкрет-

ных генов у мышей. Имеются также доказательства влияния некото-

рых гормонов, в первую очередь стероидов, на активность генома в

мозге. Исследователи полагают, что возникшие при стрессе под влия-

нием гормонов изменения генной активности могут наследоваться.

По мнению Д. К. Беляева, совокупность этих данных свидетель-

ствует о наличии прямой и обратной связи между мозгом и генами.

Ключевая роль здесь принадлежит стрессу, играющему роль внутрен-

него механизма регуляции наследственной изменчивости и эволюци-

онного процесса. По отношению к организму как к целому стресс

выступает в качестве фактора, изменяющего активность генома. Стрес-

сирование модифицирует и интегрирует деятельность четырех уров-

ней: генного, эндокринного, нервного и психического. С точки зре-

ния Д.К. Беляева, эмоциональный стресс является важнейшим регу-

лятором активности генов не только в индивидуальном развитии, но

и в эволюции.

Blog

Содержание