Нейроны фон Экономо

В свежем номере «Троицкий вариант — Наука» №3(97) опубликована моя статья. Последний номер читайте полностью по адресу http://trv-science.ru/2012/02/14/
Тут выкладываю копию статьи.

Нейроны фон Экономо (von Economo neurons)

Веретенообразные нейроны — это относительно редкий тип нейронов. Обнаружили их еще в конце XIX века, а в первой четверти XX века австрийский ученый Константин фон Экономо (1876–1931) подробно описал крупные биполяр ные нервные клетки, находящиеся в V корковом слое, после чего о нейронах фон Экономо все благополучно забыли, ведь интерес эти клетки представляли в основном для анатомов и гистологов. Только с середины 1990-х годов появились новые данные: судя по всему, это очень специфичные для нас образования. И к нейронам фон Экономо (von Economo neurons, или просто VEN) стали присматриваться внимательнее.

Из всех приматов эти нейроны имеют только представители семейства гоминид — человек и человекообразные обезьяны. Человеческая линия нейронов фон Экономо, скорее всего, образовалась порядка 15 млн лет назад, непосредственно перед выделением понгинов. Так что филогенетически это очень молодое образование. У орангутанов есть какое-то количество этих клеток, но их нет ни у гиббоновых, ни у мартышковых, т.е. ни у каких до-гоминидных обезьян Старого Света.
Расположены VEN в Vb-слое коры микроколонками по 3-6 связанных нейронов, в основном в передней части поясной извилины (anterior cingulate cortex, далее АСС) и передней части островков Рейля, инсулы (fronto-insular cortex, далее FI).

изображены зоны мозга человека, где находятся VEN. а) латеральная проекция мозга, фронто-инсулярная кора (fronto-insular cortex FI) показана красным. б) медиальная проекция мозга, передняя поясная извилина (anterior cingulate cortex, АСС) показана красным

Что в них интересного? Скорее всего, именно эти клетки обеспечивают анатомический базис для существования сложного социального поведения человека. Это крупные нейроны (примерно в 4 раза больше остальных клеток слоя). Они отличаются от обычных пирамидальных нейронов, так как имеют только один большой базальный дендрит с низкой ветвистостью, в отличие от множества мелких ветвящихся дендритов пирамидальных клеток, и один очень большой аксон, уходящий за пределы слоя. Таким образом, их первичная функция — обеспечение прямой и быстрой связи между далеко лежащими отделами мозга.
Помимо высших приматов аналогичные нейроны имеются у слонов и китообразных. Поскольку это очень далеко стоящие ветви млекопитающих и ни у каких общих предков ничего подобного не обнаружено, можно сделать вывод о независимом возникновении этих структур в процессе эволюции. Высшие приматы, слоновые и китообразные — это самые крупные мозги животного мира. Предполагается, что в процессе увеличения головного мозга отдельные его структуры становятся всё более удалены друг от друга, и возникает потребность в дополнительных способах коммуникации и синхронизации работы разных отделов. Веретенообразные нейроны являются типовым эволюционным решением этой проблемы, что в свою очередь создает основу для сложного внутригруппового поведения. Характерно, что все обладатели VEN, и приматы, и слоны, и китообразные, — животные с самым развитым социальным поведением среди млекопитающих.

При этом человек очень сильно выделяется на общем фоне обладателей VEN. В фронто-инсулярном отделе FI у человека находится около 100 тыс. VEN против 6-10 тыс. у горилл и шимпанзе. В передних отделах опоясывающей извилины (АСС) насчитывают порядка 200 тыс. нейронов (у высших приматов — 20-40 тыс.). Отличия есть и в сложности группирования: отдельно стоящие нейроны у горилл, элементы кластеризации у шимпанзе и ярко выраженные нейрональные группы у человека. На уровне нейрохимии для VEN характерны специфические свойства.
Активность некоторых связанных с ними белков в человеческих VEN в 3-5 раз выше, чем у человекообразных обезьян. Они изначально играют важную роль в пищеварительной активности, аллергических реакциях и иммунном ответе, а в прочих отделах центральной нервной системы практически отсутствуют. В инсулярной же коре нейроны с активными белками этих типов являются связующим звеном между внутренним висцеральным мониторингом и высшими психическими процессами. Мониторинг внутренних ощущений, судя по всему, критично значим в формировании когнитивных процессов, например «самоосознания» и чувства «внутреннего я». Как итог у человека стали возможными уникальная функциональная активность и развитость социального интеллекта за счет возросшего мониторинга за собственным психофизиологическим состоянием.

Человеческие нейроны фон Экономо очень существенно выделяются по всем своим характеристикам: анатомическим, морфологическим и биохимическим.

срез зоны FI У 39-летнего шимпанзе, 27-летней гориллы и 1,6-годовалого ребенка (человека). Группы VEN отмечены красным (354 у шимпанзе, 919 у гориллы и 2415 у человека)

В общей сложности у взрослого человека имеется около полумиллиона VEN. Это совершенно ничтожное количество. Для сравнения, только в коре человека находится под 20 млрд нейронов, всего же головной мозг состоит более чем из 100 млрд таких клеток. 500 тыс. на этом фоне — капля в море. Даже в местах сосредоточения эти клетки составляют лишь 5-6 % от общей популяции. Это самые редкие, штучные нейроны человека. Они позже всех начинают формироваться, только с 35-й недели беременности, и к моменту родов успевает образоваться не более 10–15 % от конечного числа.

Сразу после рождения начинается их бурное образование и пролиферация, достигающие пика в районе 8 месяцев (момент, когда у младенца формируется первичное чувство «я», ребенок становится способен отличать себя от матери и начинает различать лица окружающих, в частности опознавать родственников и пугаться при виде незнакомцев). После этого общее число нейронов плавно снижается, в основном преобладают процессы миграции и кластеризации, и к четырехлетнему возрасту пул VEN формируется уже в конечном, «взрослом» виде.

Этот возраст связывают с окончательным формированием ядра личности и социального интеллекта; кроме того, именно на этот момент приходится большинство дебютов заболевания аутизмом у детей. При рождении число VEN примерно одинаково в обоих полушариях, но у взрослого человека в правой FI их на 30 % больше, чем в левой (что, возможно, связано с правосторонней специализацией социальных эмоций).
АСС и FI — основные места сосредоточения нейронов фон Экономо — возбуждаются на самые разнообразные просоциальные стимулы — и положительные, и отрицательные. У человека эти структуры активируются при переживании чувства вины, негодования, смущения, возмущения несправедливостью, также они активны в сопереживании чужому горю, формировании эмпатии, материнской заботе, романтической любви и потребности в социальной справедливости. В общем и целом можно сказать, что эти отделы занимаются мгновенным интуитивным эмоциональным реагированием.

Мы смотрим на человека, размышляем: что он чувствует и о чем думает. Это впечатление приходит сразу, гораздо раньше осознанного анализа и обдумывания. Мы называем это «интуиция», и по поводу непознаваемости этого человеческого умения сказаны тысячи слов. Быстрые эмоционально окрашенные оценки, основанные на вероятностной логике, которые мы называем «интуитивными решениями», встречаются гораздо чаще, чем на это принято обращать внимание. Мы повседневно и обыденно используем это в быту.
ACC и FI активируются в условиях необходимости быстро принимать решения в обстоятельствах неопределенности, а также, по умолчанию, при разнообразных социальных взаимодействиях. Например, как элемент чувства юмора, доверия или веры, эмпатии или негативно-пренебрежительной оценки душевного состояния собеседника. Работают как реле в комплексной оценке сложных социальных ситуаций и быстрого реагирования на меняющиеся условия. Эти функции критично значимы для человека в реализации его социального поведения.

Люди, лишенные интуиции и непосредственности эмоциональных реакций, очень заметно отличаются от окружающих. Даже незначительное снижение этой функции ведет к значительной социальной дезадаптации, хотя в биологическом смысле человек остается вполне жизнедеятелен. Например, больные с синдромом Аспергера пытаются восполнить дефицит интуитивного восприятия и недостаток спонтанных реакций следованием формальным правилам и ригидным социальным условностям.

VEN — это филогенетически и онтогенетически юные клетки. Число их крайне ограничено, каждый нейрон на счету, и при этом они несут критически важную функцию. Всё это делает их очень чувствительными к повреждающим и неблагоприятным внешним воздействиям.
Так, например, VEN повреждаются при различных возрастных деменциях, причем гибель этих нейронов коррелирует с выраженностью социальной деградации. Для болезни Альцгеймера данные неоднозначны. Есть свидетельства, что число этих нейронов сокращается в передней опоясывающей извилине. Вторая по частоте патология после синдрома Альцгеймера — это поведенческий вариант лобно-височной лобарной деменции (25% от всех возрастных деменций), и на ее счет твердо установлено избирательное и глубокое истощение пула VEN в инсулярной FI-зоне. При- чем поражение инсулярной популяции нейронов фон Экономо прямо коррелирует с глубиной социального дефекта. Больные утрачивают способность понимать нормы социального поведения и следовать им, становятся расторможены, у них огрубляются черты характера. Для таких людей характерна примитивность суждений, эмоциональная тупость и утрата эмпатии, прожорливость, сексуальная расторможенность и т.п.

Кроме того, выявлена четкая связь между нарастанием патологии у детей-аутистов и снижением активности правой АСС, в особенности правой передней инсулы (FI). Собственно число VEN может быть при аутизме как повышено, так и понижено, но в любом случае имеются нарушения в работе этих нейронов, клетки не завершают миграцию и не выходят на нормальный режим функционирования.
Есть мнение, что и при аутизме, и при шизофрении нарушается работа гена DISC1. Экспрессия этого гена высока в нейронах фон Экономо. DISC1 — это ген, предположительно формирующий характерный для нейронов VEN одиночный большой аксон. При блокировке этого гена у нейрона укорачиваются и начинают часто ветвиться дендриты, нейрон образует случайные связи с близко лежащими клетками, при этом теряется связность между удаленными структурами мозга. Возможно, эта патология ответственна за специфическое расщепление психических процессов, характерное для шизофрении.
В целом с этими нейронами многое еще неясно, нейронаука только приступила к их изучению. Первое современное исследование появилось в 2005 году, первые сводные обзоры — в 2010 и 2011 годах.
Сейчас сложно сказать, во что всё это выльется в дальнейшем и станут ли эти открытия столь же значимы, как, скажем, исследования зеркальных нейронов. Но уже очевидно, что работа в данном направлении очень важна для нашего понимания механизмов нейропсихологии человека.

1. Intuition and autism: a possible role for Von Economo neurons (2005) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16002323
2. The von Economo Neurons in Apes and Humans (2010) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21140464
3. Biochemical specificity of von Economo neurons in hominoids. (2011) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3004764/?tool=pubmed
4. The von Economo neurons in the frontoinsular and anterior cingulate cortex (2011) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21534993
5. Von Economo neurons Clinical and evolutionary perspectives (2011) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22130090