Половые гормоны организуют репродуктивные зоны мозга в предродовой период

Мать-природа эгоистична. Она ставит перед нами единственную цель – заниматься сексом и приносить потомство. Чтобы мы гарантированно встречались и совокуплялись, те участки нашего мозга, которые управляют размножением, в особенности гипоталамус, становятся «маскулинизированными» или «феминизированными» – под стать нашим гонадам (то есть половым железам).

Гормоны влияют на развитие и реакции репродуктивных цепочек нашего мозга. Период внутриутробного развития – первый из двух жизненных этапов, когда наш мозг очень чувствителен к половым гормонам. «Мы называем этот ранний период гормонального воздействия организационным, ведь он упорядочивает или программирует мозг так, чтобы тот реагировал на гормоны во взрослом возрасте», – объясняет Маккарти. Многие межполовые различия, которые действительно существуют, предопределены развитием. Затем они активизируются или выявляются под действием гормонов во время второго этапа – пубертата.

В предродовой период главенствует тестостерон, вырабатываемый семенниками плода. Тестостерон обеспечивает «маскулинизацию» репродуктивных участков мозга у мальчиков. У девочек без тестостерона участки мозга, имеющие отношение к репродуктивному поведению, становятся «феминизированными».

Какую роль играет эстроген в развитии женского мозга?

Возможно, вы спросите: если тестостерон «маскулинизирует» еще не родившегося младенца-мальчика, влияет эстроген из яичников плода на «феминизирование» еще не родившейся девочки?

Хотите – верьте, хотите – нет, но фетальный^[25] эстроген не играет вообще никакой роли. Эмбрионам женского пола не требуются гормоны яичников, чтобы стать «феминизированными» (не забывайте: они и так предназначены для того, чтобы стать женщинами). Таким образом, на развитие женского мозга косвенно воздействует скорее отсутствие эстрогена, чем его присутствие.

Мозг неродившихся младенцев также защищен от влияния материнских эстрогенов (вырабатываемых матерью младенцев и плацентой) молекулой альфа-фетопротеина, образующейся в печени плода. Он вступает в связь с эстрогеном в крови и не дает материнскому эстрогену попасть в мозг ребенка^[26].

Любопытно, что эстроген участвует в организации архитектуры мужского мозга. Тестостерон легко проникает в мозг плода мужского пола, где его преобразует в эстрадиол фермент ароматаза. Уже доказано, что «женский» гормон эстрадиол отвечает за «маскулинизацию» мужского мозга во внутриутробный период.

Мать-природа эгоистична. И у нее есть чувство юмора.

От мозга к поведению: ищем связи

Межполовые различия в успеваемости по математике, интересе к технике или способности к точным и естественным наукам зачастую приписывают исключительно наличию (или отсутствию) тестостерона при внутриутробном развитии. В 2005 году президент Гарвардского университета Лоуренс Саммерс высказал спорное предположение: успехи мужчин в областях, связанных с математикой, объясняются врожденными биологическими различиями, а именно пренатальным тестостероном. Правда, вскоре он ушел в отставку. Один из программистов Google в августе 2017 года привел тот же довод, объясняя, почему женщины меньше преуспевают в естественных и точных науках, и выступил против межгрупповых тренингов. Его уволили.

Большинство ученых, изучающих межполовые различия, соглашаются, что пренатальный тестостерон напрямую не влияет на успехи в учебе у детей или выбор карьеры у взрослых. Тому есть убедительные доказательства. Корделия Файн указывает, что исследования межполовых различий, обусловленных гормонами, зачастую корреляционные. Они подразумевают, что уровень гормонов – основная причина, но не учитывают факт, что наша биология «переплетена» с нашим жизненным опытом и социальным контекстом^[27].

Пренатальные гормоны могут обеспечить «небольшой толчок в одном направлении»^[28]. Его результаты либо дополняются, либо уничтожаются средой. Вот мое мнение: еще 60 лет назад политики, юристы и доктора среди женщин встречались редко, так же как и ученые, инженеры или математики. (Что уж говорить о женщинах, пишущих книги по нейробиологии.) Очевидно, что колоссальное гендерное неравенство в обществе не объясняется небольшими межполовыми различиями, которые существуют в мозге детей до рождения. Отношение и культурные ожидания социума, связанные со способностями девочек и женщин, и наше положение на рабочем месте разительно изменились. А вот уровень пренатальных гормонов – нет.

Установить прямую связь между пренатальными гормонами, мозгом и поведением нейробиологам оказалось гораздо сложнее, чем можно подумать. Нам нелегко составить общую картину по тщательно контролируемым лабораторным исследованиям даже на грызунах, не то что на людях. Все это можно в самом упрощенном виде приписать тому факту, что обширные сети нейронов контролируют, кто мы такие и как себя ведем. Одна из ролей этих сетей – объединять информацию из множества источников. На протяжении всей жизни социальные, культурные и психологические влияния в сложном сочетании с биологией определяют наше мышление, чувства и поведение.

Модель «снизу вверх, снаружи внутрь, сверху вниз» я разработала для своих студентов. Это структура, в которой рассматривается влияние на мозг биологических, психологических и социальных факторов на протяжении жизни.

• Элементы группы «снизу вверх» – биологические или физиологические факторы, определяющие здоровье мозга, развитие и старение. К ним относятся гены, гормоны, иммунная система, питание, физическая активность, сон и другие особенности образа жизни, которые мы выбираем.

• Элементам группы «снаружи внутрь» – круг общения, среда обитания, жизненные события, образование, нынешние обстоятельства, внешние стрессовые факторы и семейное происхождение.

• Элементы группы «сверху вниз» – мысли, эмоции, личностные качества, мировоззрение и система убеждений.

Эти многочисленные элементы не только определяют развитие, функционирование и здоровье мозга. Каждый из них динамически влияет на остальные.

Например:

• От мыслей и чувств может зависеть наше физическое восприятие боли. Вот почему стресс из группы «снаружи внутрь» способен усугублять ощущение («сверху вниз») боли («снизу вверх»).

• Социальные контакты непосредственно связаны со здоровьем мозга, вот почему у людей, живущих изолированно, выше риск деменции.

• Физическое здоровье влияет на настроение. Именно поэтому двигательная активность («снизу вверх») регулирует эмоции («сверху вниз») и может использоваться для лечения депрессии.

Как выстроить мозг

Если вы присутствовали на нейрохирургической операции или смотрели ее запись на YouTube, вы могли заметить, что живой человеческий мозг не розовый и не голубой. Он пульсирующий, сиреневато-серый. Самый наружный складчатый слой коры, серое вещество, получило свое название за внешний вид. Оно содержит тело нейронов, их разветвленные отростки, которые называются дендритами, а также клетки других типов – глии. На глубине сантиметра под поверхностью находится белое вещество, состоящее из нервных пучков, соединяющих вместе разные области серого вещества.

Как правило, в каждом полушарии коры головного мозга выделяют четыре доли: лобную, височную, теменную и затылочную. Если не вдаваться в подробности, то у каждого вида – свои задачи. Затылочные доли обрабатывают зрительные образы. Височные отвечают за звуковую информацию, речь и память. В теменные поступают данные от органов чувств, связанные с движением. А лобные доли, которые у людей крупнее и гораздо более развиты, чем у любых других млекопитающих, управляют движениями, языком, абстрактным мышлением и вниманием.

Откуда мы знаем, какая часть мозга чем занимается? Подсказка – в первых строках шедевра Оливера Сакса «Человек, который принял жену за шляпу»: «Дефицит, излюбленное слово неврологов…» Функциональный дефицит, вызванный, например, инсультом или опухолью мозга, дал неврологам первое представление о том, что называется «локализацией функции»^[29].

Как рассказывает Сакс, исследовать взаимосвязь мозга и разума начали в 1861 году. Тогда французский невролог Поль Брока обнаружил, что речь неизменно нарушается из-за поражения конкретного участка левой височной доли. Так был открыт путь к составлению карт человеческого мозга. Отдельным его участкам стали приписывать конкретные способности – лингвистические, интеллектуальные, эмоциональные, зрительные и т. д. Во время работы над диссертацией я провела сотни часов, вводя вольфрамовые микроэлектроды на глубину 4 мм в ту часть затылочной коры головного мозга, где, как я точно знала, смогу записать входящий сигнал от одного или другого глаза. Аналогично нейрохирурги используют стимулирующие электроды, чтобы провести тщательное картирование головного мозга, и лишь потом берутся за скальпель. Это помогает не задеть жизненно важные области. Современная фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) выдает карту мозгового кровообращения, по ней можно судить об активности разных участков и локализации функций.

Конкретная задача или черта никогда не «привязывается» к определенному месту в коре головного мозга на всю жизнь. Не забывайте, что мозг пластичен и меняется в течение жизни. В опытах с вольфрамовыми микроэлектродами мне удалось управлять предпочтением левого или правого глаза для отдельно взятого нейрона, в зависимости от того, какой глаз закрывала повязка. Другие исследователи доказали, что зрительные нейроны можно научить реагировать на звуки, если перенаправить поступающие от уха сигналы. На нейропластичности основана наша способность усваивать и запоминать информацию, а также восстанавливаться после таких поражений головного мозга, как инсульт.

Если копнуть чуть глубже, мы увидим, что специфичность участков мозга поддерживается многообразием. Даже, казалось бы, у простейших структур набор клеток удивительно богат. В сетчатке глаза – десятки видов нервных клеток, в спинном мозге – более сотни типов специализированных нейронов, управляющих мышцами. На ранней стадии развития эмбриона разнообразие достигается благодаря химическим градиентам и сигнальным молекулам. Например, ориентация «голова-хвост» или «право-лево» зависит от того, насколько близко или далеко находится клетка к источнику вещества, которое влияет на включение или выключение генов и тем самым определяет развитие клетки определенного типа.

Разнообразие и точность связей, сформированных многими миллиардами нейронов за время внутриутробного развития, – основа поразительных способностей нашего мозга и разума. Мозга, который позволяет нам любить, чувствовать, существовать в мире, создавать произведения искусства, запускать спутники в космос даже при таких нарушениях, как у пациента Сакса, который «протянул руку, схватил свою жену за голову и… попытался приподнять ее, чтобы надеть на себя»^[30].

Рождение новых клеток мозга

От нескольких сотен клеток, свернувшихся в нервную трубку, до 86 миллиардов на редкость разнообразных нейронов в мозге новорожденного – колоссальный рост. С помощью простых вычислений можно определить, что за одну минуту внутриутробного развития появляется от четверти до половины миллиона нейронов. Пролиферация мозга (то есть разрастание ткани за счет деления клеток) сводится к клеткам всего одного типа – стволовым.

Этот термин напоминает о сумасшедших ученых, перспективных средствах для лечения рака и болезни Паркинсона, спорах об этичности использования тканей абортированного человеческого плода. Однако в естественной среде стволовые клетки существуют без всяких драм.

У них два уникальных свойства: бесконечно делиться, создавая многочисленные копии самих себя, и видоизменяться в клетки любого типа, содержащиеся в организме. Нервные стволовые клетки, как понятно из названия, производят клетки всех типов, какие только есть в мозге и нервной системе, в том числе нейроны и глия. Нейроны образуются из стволовых клеток в процессе нейрогенеза, а глия – глиогенеза.

Половина клеток мозга – это глия. Среди них различают три основных подтипа: астроциты, олигодендроциты и микроглия. Сам термин «глия» происходит от древнегреческого слова, означающего «клей»: некогда считалось, что такие клетки предназначены исключительно для того, чтобы скреплять нейроны. Но глия не просто удерживает структуру мозга. Разные виды глии обеспечивают питание нейронам, вычищают токсины во время сна (астроциты), изолируют аксоны нейронов миелином (олигодендроциты, или шванновские клетки периферийной нервной системы) и действуют как внутренняя иммунная система мозга (микроглия). Глиогенез происходит на протяжении всей жизни человека. На снимках головного мозга по изменению объема или плотности белого вещества можно видеть, как увеличивается или сокращается число олигодендроцитов.

Нейрогенез в мозге взрослого человека изучен не так хорошо. Этот процесс у людей среднего возраста был впервые описан в знаковом исследовании о содержании в атмосфере углерода-14. Этот радиоактивный изотоп углерода активно образовывался при ядерных взрывах и попадал в ДНК. В 1955–1963 годах его концентрация в атмосфере выросла из-за надземных ядерных испытаний во время холодной войны. В воздухе углерод-14 вступает в реакцию с кислородом. Образуется углекислый газ – диоксид углерода СО₂