Джон Оллмен (биологическое отделение Калифорнийского технологического института в Пасадене) посвятил себя немодной отрасли биологической науки — гистологии. Основной её метод, как и сто лет назад, — разглядывание под микроскопом препаратов тканей животных и скрупулёзное описание увиденного. Фиксация и окрашивание, подсчёт и классификация клеток. По сравнению с генной инженерией или биоинформатикой гистология может показаться скучной и примитивной. Но то, что сумел увидеть Оллмен, оказалось настолько необычным, что даже привлекло внимание американского журнала „New Scientist“ (2004, 19 июня).

Область научных интересов Оллмена и его коллег — эволюция мозга. Нетрудно заметить, какие изменения происходят на макроуровне при переходе от млекопитающих к приматам и от обезьян к человеку — увеличивается общий объём мозга, растёт относительный и абсолютный размер коры — вместилища опыта, приобретаемого в течение жизни… Но есть и другой, не менее важный вопрос: что при этом происходит на уровне клеток? Собирает ли эволюция всё более сложные устройства из принципиально тех же деталей или детали эволюционируют вместе со „схемой“? Отличаются ли нейроны человека от нейронов животного и если да, то чем? На этот вопрос ответить может только гистолог.

Веретенообразные нейроны были впервые описаны более 100 лет назад и сегодня упоминаются в любом учебнике по анатомии мозга. А в конце 90-х годов XX века студентка-старшекурсница Эстер Нимчински, работавшая под руководством Патрика Хофа (специалиста по нейродегенерации из Медицинского центра Маунт-Синай в Нью-Йорке) исследовала поясную извилину коры мозга и обратила внимание на группы необычных клеток, которые отличались от более распространённых звёздчатых и пирамидальных нейронов. Тела их были примерно в четыре раза больше, чем у окружающих клеток, причём у каждой такой клетки было два отростка-дендрита, один в верхней, другой в нижней части, что и делало их похожими на веретена. Нимчински и Хоф обнаружили, что эти клетки появляются только во фронтальной (передней) части поясной извилины, в цитоархитектоническом слое 5b. (Читатели „Химии и жизни“ помнят, что нейроны коры располагаются слоями и это расположение отражает их функции. В частности, слой 5 выдаёт „итоговый“ сигнал, результат обработки поступившей информации.)

Дальше выяснились ещё более интересные подробности. У здоровых людей число таких клеток было невелико, однако у пациентов, умерших от болезни Альцгеймера, оно было ещё меньше — около четверти нормы. Всё это, а также то, что веретенообразные клетки объединялись в небольшие кластеры, наводило на мысль об их особой роли.

Лимбическая доля Брока (по имени знаменитого антрополога и хирурга П. Брока) впервые была описана ещё в XIX веке. Она включает в себя парагиппокампальную и поясную извилину и тесно связана с другими структурами лимбической системы — гиппокампом, миндалиной, ядрами таламуса и гипоталамуса и другими. Поясная извилина находится на внутренней поверхности полушария мозга (24 и 23-е поля Бродмана, веретенообразные клетки сосредоточены в 24-м). В 40-е годы XX века Дж. Папец высказал предположение, что лимбическая система участвует в формировании эмоциональных реакций у животных и человека. Предположение основывалось на экспериментальных данных: при электрическом раздражении различных структур лимбической системы у животных вызывали внешние проявления эмоций, при повреждении этих структур эмоциональные реакции нарушались. Например, крысы-самки с повреждённой поясной извилиной становились гиперсексуальными, переставали ухаживать за детёнышами и не стремились защищать их от опасности. Папец предположил, что поясная извилина принимает сигналы от источника эмоционального возбуждения — гипоталамуса, переданные через таламус. Физиологи любят говорить, что человек видит не одними глазами, но и мозгом: глаз — только датчик, регистрирующий форму и цвет, а зрительный образ создаётся в мозгу. Точно так же Папец называл поясную извилину специфическим рецептивным органом, ответственным за восприятие эмоций — за то, чтобы изменение уровня гормона в крови превратилось в чувство.

Нимчински обнаружила эти клетки в соответствующей области мозга у шимпанзе и горилл, однако у макак их не оказалось. Тогда студентка и её научный руководитель решили связаться с Оллменом — признанным экспертом по эволюции и анатомии мозга приматов. Совместная работа показала, что эти клетки впервые появляются у орангутана, есть они у всех остальных высших приматов — человека, шимпанзе, гориллы, бонобо, но не у гиббонов, нет их ни у более примитивных обезьян, ни у представителей других отрядов. (Учёные исследовали ткани мозга 23 видов приматов и 30 видов других млекопитающих и не нашли ни одного исключения!) Оказалось вдобавок, что у орангутана веретенообразных клеток считанные единицы, у человека — десятки тысяч, у горилл, шимпанзе и бонобо — больше, чем у орангутана, но меньше, чем у человека.

Ещё примечательный факт веретенообразные клетки (по крайней мере, в дифференцированном виде) не присутствуют у человека от рождения, а появляются примерно на четвёртом месяце жизни. То есть именно тогда, когда ребёнок начинает фокусировать внимание на предметах и улыбаться знакомым.

Эти результаты крайне заинтриговали Оллмена. Он вспомнил, что в гистологических трудах упоминается орбитофронтальная кора — участок коры позади глазных орбит. Оллмен и его коллеги Атия Хэким и Николь Тетро начали её исследование. Выяснилось, что так называемый фронтоинсупярный участок (FI) буквально начинён веретенообразными клетками, на этот раз только у человека и африканских обезьян (то есть у орангов их в этом участке нет). А больше эти клетки не встречались нигде. Какую же роль они могут играть в мозгу самых высокоорганизованных приматов?

Оллмен начал выяснять, за какие функции отвечают участки мозга, в которых присутствуют веретенообразные клетки. У поясной извилины таких функций оказалось немало обеспечение внимания, ощущение боли, констатация ошибки, передача сигналов от дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

Интересные результаты были получены в опытах с пациентами, страдающими болезнью Паркинсона. Когда здоровые люди выигрывали денежное вознаграждение, правильно решая задачу, позитронно-эмиссионная томография демонстрировала активацию передней части поясной извилины, тогда как у больных, даже когда они выигрывали, активация не происходила. Данные электроэнцефалографии подтверждают этот участок активируется, когда человек решает различные задачи, отклик становится тем сильнее, чем сложнее задачка, но снижается при возбуждении и тревоге.