Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге

Прежде чем рассуждать о количестве нейромедиаторов в мозге, нужно дать приемлемое (или, по крайней мере, рабочее) определение нейромедиатора. Нейробиологи спорят об этом уже почти сто лет, но до сих пор не пришли к общему заключению. В целом все согласны, что кандидат на звание нейромедиатора должен представлять собой химическое соединение, которое хранится в нейронах, выделяется при выработке биопотенциалов и воздействует на соседние нейроны или другие клетки (мышечные, глиальные), вызывая в них возбуждение или торможение. Разные ученые применяют эти критерии с разной строгостью. В этом эссе вещества, которые хранятся в нейронах, предположительно выделяются ими и оказывают некое воздействие на другие клетки, будут называться предполагаемыми нейромедиаторами.

Впервые я столкнулся с нейромедиаторами во время стажировки в качестве исследователя в NIH в Бетесде (Мэриленд), где я работал с Джулиусом Аксельродом. Он изучал, как некоторые вещества выступают в роли нейромедиаторов; в 1970 году за эту работу он вместе с Ульфом фон Эйлером и Бернардом Кацем получил Нобелевскую премию. Фон Эйлер установил, что молекула норэпинефрина является нейромедиатором симпатических нейронов — нервных клеток, которые в потенциально опасных ситуациях на уровне подсознания управляют реакцией «бей или беги»[125]. Бернард Кац использовал записи электрических сигналов от нервов и мышц, чтобы показать, что молекулы ацетилхолина хранятся в маленьких шарообразных структурах — синаптических везикулах, из которых они выделяются отдельными партиями, или квантами. Каждый квант равен содержимому одной везикулы[126]. Данные по норэпинефрину и ацетилхолину были вполне достоверными, а поведение другой молекулы, серотонина, оказалось настолько похожим на поведение норэпинефрина, что большинство исследователей относили это вещество к нейромедиаторам даже в отсутствие четких доказательств.

Многие нейробиологи считали, что эти несколько веществ, в состав которых входит азотсодержащее соединение группы аминов, — главные нейромедиаторы. Другие сомневались в этом, поскольку большинство вычислений показывало, что некоторые амины могут использоваться лишь в небольшой доле синапсов. В 1950 году Юджин Робертс выделил специфичную для нервной системы аминокислоту под названием ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), которая подавляла возбуждение нейронов и могла оказаться главным тормозным нейромедиатором[127]. Если перемолоть мозг и проанализировать его состав, можно увидеть, что концентрация ГАМК в нем приблизительно в тысячу раз выше концентрации нейромедиаторов на основе аминов. Это дало основания предположить, что ГАМК — один из главных нейромедиаторов, по крайней мере в количественном отношении. Обнаружение синтезирующего ГАМК фермента под названием глутаматдекарбоксилаза в специфических нервных окончаниях убедило большинство исследователей в том, что нервные окончания с ГАМК составляют большинство синапсов в мозге. Мы до сих пор точно не знаем, какой процент синапсов в мозге использует тот или иной нейромедиатор. Считается, что доля ГАМК составляет 30–40 %[128]. Доля каждого из аминов не превышает нескольких процентов — приблизительно по 1 % приходится на норэпинефрин, дофамин и серотонин и около 5 % на ацетилхолин.

Понимание того, что ГАМК используется большинством синапсов в мозге и оказывает тормозящее воздействие, приблизило решение вопроса о распределении синапсов в головном мозге по типам нейромедиаторов. Логично было бы предположить, что количество возбуждающих и тормозящих синапсов примерно одинаково. Тогда если на ГАМК приходится 40 % всех синапсов, то сравнимая доля должна приходиться на возбуждающий нейромедиатор (или нейромедиаторы). В 1950-е и в начале 1960-х годов исследователи обнаружили, что глутаминовая и аспарагиновая кислоты оказывают возбуждающее воздействие на нейроны (инициируют выработку электрических импульсов).

Тот факт, что глутаминовая кислота способна возбуждать нейроны, не означает, что так происходит в реальности. Во всех тканях мозга концентрация глутаминовой кислоты очень высока. Нейробиологи были уверены, что нейромедиаторы должны присутствовать в мозге в малых количествах, поэтому многие отказывались признавать глутаминовую кислоту нейромедиатором просто из-за ее изобилия. В идеале хорошо было бы понаблюдать за предполагаемым нейромедиатором и убедиться, что он хранится в везикулах, а затем посчитать количество терминалей, содержащих глутаминовую кислоту; но это чрезвычайно трудная задача. Тем не менее в настоящее время общепризнано, что аминокислоты, в частности глутаминовая кислота и ГАМК, — преобладающие нейромедиаторы в мозге, причем глутаминовая кислота — главный возбуждающий нейромедиатор.