Если представить нейромедиатор в виде простой геометрической формы, скажем квадрата или круга, то конкретный рецептор для этого типа нейромедиатора будет иметь взаимодополняющую форму – чтобы идеально ему подойти. Так же, как квадратный колышек входит только в квадратное отверстие, и «ключи» нейромедиаторов соответствуют только идеально принимающим рецепторам-«замкам». Это помогает синапсам не путать сообщения. В дополнение к почти идеальной стыковке нейромедиаторов и рецепторов сигнал очищается и еще одним способом – астроциты сразу очищают все оставшиеся нейромедиаторы после их выделения. Это происходит за миллисекунды, поскольку продолжительность сигналов между клетками мозга должна быть быстрой, как резкая вспышка.
РИСУНОК 7В. Возбуждающие и тормозные синапсы: возбуждающие нейроны испускают возбуждающие нейромедиаторы (например, глутаминовую кислоту), которые связываются с возбуждающими рецепторами и «включают» нейроны. Тормозные нейроны испускают тормозные нейромедиаторы (например, ГАМК), которые связываются с тормозными рецепторами и «отключают» нейрон.
После того как нейромедиатор прикрепился к рецептору принимающего нейрона, это соединение вызывает цепную реакцию. В дендритах принимающей клетки есть много белков, которые активизируются, когда синапс возбуждается или тормозится. В зависимости от своего типа, принимающий нейрон получает сообщение либо остановиться, либо включиться.
Если сообщение является «возбуждающим», принимающий нейрон отправляет информацию по собственному аксону через другую синаптическую щель и так далее. Нейрон может иметь до десяти тысяч синапсов и отправлять тысячи импульсов каждую секунду. За время, необходимое вам, чтобы моргнуть, нейрон может одновременно послать сигнал сотням тысяч других нейронов.
Некоторые из наиболее распространенных возбуждающих нейромедиаторов – это адреналин, норадреналин и глутаминовая кислота. Тормозные нейромедиаторы, такие как гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и серотонин, выступают в качестве расслабляющих веществ, успокаивающих тело и приказывающих ему замедлиться. Снижение уровня серотонина может привести к агрессии и депрессии.
Дофамин – это особый нейромедиатор, потому что он одновременно возбуждает и тормозит. Кроме того, наряду с адреналином и некоторыми другими веществами, он является гормоном. Когда он действует на надпочечники, он работает как гормон; когда он действует на мозг – это нейромедиатор. Будучи химическим посланником мозга, дофамин помогает мотивировать, настраивать и фокусировать ум, поскольку он является неотъемлемой частью системы вознаграждения мозга. Это нейрохимикат из разряда «я должен иметь это», который не только усиливает целенаправленную деятельность, но также может, при определенных обстоятельствах, привести к зависимости. Чем больше дофамина выделяется в мозг, тем сильнее активируются системы вознаграждения, и чем сильнее активируются эти системы, тем сильнее желание.
Не важно, какое это желание – поесть или сыграть в карты, выступить в зале заседаний или проявить себя в спальне. Например, ученым известно, что высококалорийные продукты стимулируют выброс большего количества дофамина в мозге. Почему? Потому что запас калорий увеличивает наши шансы на выживание. Когда мы страстно хотим съесть мороженого, или сыграть в азартную игру, или заняться сексом, нам, возможно, нужно не сладкое, деньги или оргазм. Мы жаждем дофамина.
Торможение нейронной реакции является столь же важным, как и ее возбуждение, когда дело доходит до «исполнительных» функций мозга. Примерами средств, которые связываются с тормозными синапсами, являются седативные средства, такие как барбитураты, алкоголь и антигистаминные препараты.
Синапсы будут иметь важное значение в нашей дискуссии о подростковом мозге, так как их количество и тип меняются с возрастом. Они также меняются в зависимости от объема стимуляции, которой подвергается мозг. Важная тема – это влияние наркотиков и алкоголя на эти синапсы. Мы рассмотрим ее в главе о наркомании.
Популярным инструментом, используемым исследователями для тестирования функции торможения является тест «Да/Нет», в ходе которого испытуемых просят нажать кнопку (ответ «Да»), когда появляется определенная буква или картинка, и не нажимать на эту кнопку (ответ «Нет»), когда появляется буква Х. Несколько исследований показали, что скорость, с которой испытуемый успешно тормозит реакцию, резко уменьшается в возрасте от восьми до двадцати лет. Иначе говоря, детям и подросткам требуется больше времени, чтобы понять, когда не нужно что-то делать.
Сигналы перемещаются из одной области мозга в другую по проводящим путям, и некоторые из этих путей идут вниз через основные отделы мозга, чтобы передавать сигналы к спинному мозгу и от него. Головной мозг и спинной мозг неразрывно связаны между собой этими волокнами. Сейчас все чаще проводятся исследования, которые изучают эти связи. Поскольку через аксоны к синапсам должны проходить быстрые электрические импульсы, они действуют как провода, проводящие электрический сигнал.
И так же, как электрическому проводу необходима изоляция, чтобы электричество не рассеивалось по всей его длине, то же самое нужно и аксонам. Поскольку в нашем мозге нет резины, наши аксоны покрыты жирной субстанцией под названием миелин (смотрите рисунок 6). Миелин нужен мозгу, чтобы нормально функционировать и передавать сигнал от одного участка к другому, а также к спинному мозгу. Как мы сказали ранее, миелин производится олигодендроцитами и имеет белый оттенок из-за содержания в нем жира: отсюда и термин «белое вещество». По существу, «смазывая провода», миелин позволяет сигналам проходить по аксонам быстрее, в сотни раз увеличивая скорость нейронной передачи.
Миелин также увеличивает частоту передачи в тридцать раз, помогая сократить время восстановления синапсов между активацией нейронов. Комбинация повышенной скорости и снижения времени восстановления оценивается исследователями как примерный эквивалент увеличения пропускной способности компьютера в три тысячи раз. (Миелин также является объектом атаки при рассеянном склерозе. У пациентов с рассеянным склерозом в белом веществе имеются участки воспаления, и именно по этой причине они могут утрачивать некоторые функции, например перестать ходить. Иногда только временно, до тех пор пока не уйдет воспаление.)
При рождении кора ребенка содержит мало миелина. Это объясняет, почему передача электрических импульсов у младенцев замедленна, а их реакция столь нетороплива. Тем не менее, ствол мозга ребенка почти полностью покрыт миелином, как у взрослого, так что он может контролировать автоматические функции, такие как дыхание, сердцебиение и деятельность желудочно-кишечного тракта, необходимые для поддержания жизни.
Связи во многих других областях мозга возникают после рождения, начиная с моторных и сенсорных областей в нижней и задней частях мозга. Когда эти области покрываются миелином, младенцы могут лучше обрабатывать основную информацию от своих органов чувств – глаз, ушей, рта, носа и кожи. В первый год формируются нервные участки, которые поддерживают области мозга, вовлеченные в зрение и другие первичные чувства, а также те, которые участвует в общей двигательной активности. Вот, в частности, почему требуется около года, чтобы ребенок стал достаточно скоординированным, чтобы ходить. Большая часть мозга миелинизируется в возрасте двух лет, а высокоуровневые области, участвующие в реализации функций речи и мелкой моторики, – в течение ближайших нескольких лет. К этому времени дети готовы учиться говорить и улучшать свою мелкую моторику.
Более сложные участки мозга, особенно лобные доли, формируются гораздо дольше и заканчивают созревание, когда человеку уже за двадцать.
