Миелин, придающий белому веществу его цвет, всегда таил в себе много загадок. Более ста лет ученые смотрели на нейроны через свои микроскопы и видели длинные волокна - аксоны, выходящие из тела нейрона и направляющиеся к соседнему нейрону. Было обнаружено, что каждый аксон покрыт толстым слоем прозрачного геля. Анатомы предположили, что жироподобное вещество изолирует аксоны подобно резиновой оболочке на медном проводе. Странным, однако, было то, что многие из них, в особенности самые тонкие, не были ничем покрыты. И даже на изолированных волокнах примерно через каждый миллиметр были заметны разрывы в изоляции. Такие оголенные участки стали называть перехватами Ранвье в честь впервые описавшего их французского анатома Луи-Антуана Ранвье (Louis-Antoine Ranvier).

В результате современных исследований было обнаружено, что если аксон покрыт миелином, то нервные импульсы бегут по нему примерно в 100 раз быстрее. Миелин намотан на аксон подобно изоленте, обернутой до 150 раз вокруг участка волокна между перехватами. Плоские слои этого вещества синтезируются двумя типами глиальных клеток, которые не являются нейронами, однако численно преобладают в мозге и во всей нервной системе (см.: Филдз Д. Другая часть мозга // ВМН, № 7, 2004). Обертывание аксона выполняет глиальная клетка олигодендроцит, по форме напоминающая осьминога. Оболочка предотвращает утечку электрического сигнала и обеспечивает быстрое "перепрыгивание" импульсов по аксону от одного перехвата к другому. В нервах за пределами головного и спинного мозга миелин образуют другие глиальные клетки, называемые Шванновскими и имеющие форму сосиски.

При отсутствии миелина происходит утечка сигнала, и он затухает. Для того чтобы обеспечить максимальную скорость проведения, толщина изоляции должна находиться в строго определенной пропорции к диаметру волокна внутри нее. Оптимум достигается, когда отношение толщины аксона к суммарной толщине волокна (включая миелин) составляет 0,6. Мы не имеем представления о том, как олигодендроциты "узнают", когда требуется 10, а когда 100 слоев, чтобы достичь необходимой толщины волокна для аксонов различного диаметра. Однако недавно биолог Клаус-Армин Наве (Klaus-Armin Nave) из Института экспериментальной медицины Макса Планка в Геттингене, обнаружил, что Шванновские клетки реагируют на белок нейрорегулин, находящийся на поверхности аксона. Они, в зависимости от того, увеличивается или уменьшается количество этого белка, создают соответственно больше или меньше слоев миелина вокруг аксона. Интересно, что у многих людей, страдающих биполярным расстройством или шизофренией, существует дефект в гене, который регулирует синтез нейрорегулина.

У человека процесс миелинизации протекает постепенно. В момент рождения лишь в нескольких областях мозга содержится достаточно большое количество миелина, который затем к 25-30 годам неравномерно распространяется и откладывается в отдельных местах. Миелинизация обычно идет волной от затылочной коры больших полушарий к лобной по мере взросления. Соответственно, в лобных долях она происходит позже всего. Эти области ответственны за сложные рассуждения, планирование действий и суждения - а такие навыки приходят лишь с опытом. Исследователи предполагают, что недостаточная миелинизация является одной из причин того, что подростки не способны принимать ответственные решения так же, как взрослые.

Предположительно, в человеческом мозге миелинизация аксонов



не завершается до полового созревания, поскольку до этого времени волокна продолжают расти, обретают новые ветви и лишаются старых в зависимости от индивидуального опыта данного человека. После того как они покрываются миелином, в них могут происходить лишь более ограниченные изменения. Ученых волнует, действительно ли миелин обеспечивает познавательные способности, или же когнитивные процессы просто ограничены в тех областях, где он еще не сформировался?

Фредрик Уллен (Fredrik Ullеn), виртуозный пианист, а также доцент Стокгольмского Института мозга (Stockholm Brain Institute) в Швеции, решил это выяснить. Для исследования мозга профессиональных пианистов он в 2005 г. воспользовался новой технологией визуализации мозга - диффузионно-тензорной магниторезонансной томографией (ДТ-МРТ). ДТ-МРТ выполняется с помощью аппаратуры, сходной с обычными магниторезонансными томографами, которые устанавливают в больницах, однако в них используется другой тип магнитного поля и другие алгоритмы создания серии изображений - срезов мозга, на основе которых строится трехмерная картина. На срезах отображаются векторы (математически определенные как тензоры) диффузии воды сквозь ткани. В сером веществе сигнал ДТ-МРТ относительно слабый, поскольку вода диффундирует симметрично во всех направлениях. Однако она проникает в определенном направлении вдоль пучков аксонов, что позволяет увидеть белое вещество, выявляя основные пути передачи информации, текущей между областями мозга. Чем более плотно упакован миелин и чем он толще, тем сильнее сигнал ДТ-МРТ.

Уллен обнаружил, что у профессиональных пианистов определенные области белого вещества более развиты, чем у людей, не имеющих отношения к музыке. Это участки, соединяющие области коры больших полушарий, которые критически необходимы для координированных движений пальцев, с областями, занятыми другими когнитивными процессами, вовлеченными в исполнение музыки.

Уллен также установил, что чем больше часов в день музыкант тратит на упражнения, тем сильнее становится сигнал ДТ-МРТ. Разумеется, аксоны могут просто утолщаться, требуя больше миелина для поддержания оптимального соотношения 0,6, однако без проведения аутопсии данный вопрос разрешить невозможно. И все же данное открытие крайне важно, поскольку показывает, что при обучении сложному навыку происходят заметные изменения в белом веществе - области мозга, в которой нет тел нервных клеток или синапсов, а имеются лишь одни аксоны и глия. Исследования на животных показывают, что миелин может изменяться в ответ на индивидуальный опыт и условия среды, в которой развивается данная особь. Недавно нейробиолог Уильям Гриноу (William T. Greenough) из Иллинойского университета в гг. Эрбана и Шампейн подтвердил, что крысы, выращенные в "обогащенной" среде

Традиционный магниторезонансный томограф может лишь приблизительно обрисовать расположение белого вещества (внизу слева, белые области). Однако новый метод, названный ДТ-МРТ, показывает гораздо более детальную структуру (внизу справа); красным и желтым цветом обозначено более высокоорганизованное белое вещество

(с большим количеством игрушек и интенсивным социальным взаимодействием) имели больше миелинизированных волокон в мозолистом теле - массивном тяже аксонов, соединяющем два полушария мозга. Похоже, полученные данные согласуются с результатами исследований с применением ДТ-МРТ, выполненными нейробиологом Винсентом Шмитхорстом (Vincent J. Schmithorst) из Детского госпиталя Цинциннати, который сравнил белое вещество у детей в возрасте от 5 до 18 лет. Более выраженное развитие его структуры коррелировало с более высоким IQ. В других работах было показано, что у детей, страдающих тяжелым нарушением внимания, белого вещества в мозолистом теле содержится на 17% меньше.