Гены большого мозга

Головной мозг человека является сложнейшим органом тела. Это центральная структура нервной системы, контролирующая практически все аспекты жизнедеятельности, восприятия окружающего мира, поведения.

Большие полушария (лобная, теменная, височная, затылочная доли) содержат кору, отвечающую за высшие функции: мышление, речь, движение, восприятие. Ниже расположен ствол мозга (средний, продолговатый, варолиев мост), контролирующий базовые рефлексы, дыхание, кровообращение, и мозжечок, ответственный за координацию движений, баланс. Отделы тесно взаимосвязаны, функционируют совместно, обеспечивая жизнедеятельность и сознательную активность человека.

Мозг отличается разнообразием тканевых структур. Серое вещество представлено телами и дендритами (короткими ветвящимися отростками) нервных клеток (нейронов). Оно расположено преимущественно на периферии полушарий, образуя кору, базальные ядра, глубинные структуры. Белое вещество представлено аксонами (длинными отростками) нейронов, покрытыми изолирующими миелиновыми оболочками, обеспечивающими быструю передачу сигналов различным областям центрального отдела нервной системы.

Голова приматов значительно варьирует в размерах: оказывают влияние видовые особенности, эволюционная история, экологические условия обитания, отражая адаптацию к разным диетическим стратегиям, социальным структурам, когнитивным потребностям.

Головной мозг формируется под влиянием последовательности множества генов, участвующих в процессах эмбрионального развития, роста нервных клеток, образования синаптических соединений, поддержания нормальной активности нейронных сетей. Процесс закладки, дифференцировки клеток начинается еще в утробе матери, продолжаясь в первые годы жизни ребенка. Последовательность нуклеотидов генов определяют форму, размеры, организацию структур, управляет миграцией, специализацией нейронов.

Человека отличает от других приматов большой размер центрального отдела нервной системы и способность к высокому уровню когнитивной деятельности. Средний объем человеческого мозга составляет 1350–1450 см³, тогда как у шимпанзе, ближайших наших филогенетических родственников, этот показатель равен 300–500 см³. Кора больших полушарий человека имеет большую площадь поверхности благодаря интенсивному развитию извилин, борозд. Также наблюдается значительное развитие лобных долей, связанных с высшими когнитивными функциями: абстрактным мышлением, планированием, принятием решений, самоконтролем.

Отличиям мозга человека и приматов способствуют уникальные гены, появившиеся в результате эволюционных изменений. Некоторые участки генома присутствуют исключительно у человека либо претерпели существенные изменения последовательности нуклеотидов, структуры и функций. Такие гены называют «человеческими вариантами». Например, ген FOXP2 важен для речи и коммуникации: версия человека отличается от версии, встречающейся у других приматов.

Ряд генов появился недавно в эволюционной истории нашего вида благодаря процессу дупликации (удвоения последовательности нуклеотидов) существующих генов. Новые копии приобрели собственные функции, способствуя усложнению работы центрального отдела нервной системы. Например, ген SRGAP2C, возникший путём удвоения исходного гена SRGAP2A, участвует в организации нейронных связей.

Какие гены привели к тому, что мозг человека стал такой большой? Ответ дало недавнее исследование китайских ученых.

В новом исследовании китайские ученые выявили участки генома, сделавшие мозг человека большим. Открытие дает возможность углубленно изучить генетический механизм развития центральной нервной системы и причины уникального разума вида Homo sapiens.

Для подтверждения функции обнаруженных областей, ученые ввели гены лабораторным животным ― мышам. Один ген сделал головной мозг больше, привел к увеличению коры полушарий. Именно она у людей отвечает за функции высокого уровня, такие как мышление, речь. Второй ген оказал аналогичное действие, также заставив мозг мышей развить более похожие на человеческие образования: гребни, бороздки. Складчатая структура помогает существенно увеличить площадь поверхности коры, усилив мощность для обработки сложной информации. Эти мыши показали выше результаты тестов на когнитивные функции, память.

Похожие последовательности нуклеотидов молекулы ДНК есть у макак, однако они нефункциональны — белки не кодируют. Это подчёркивает значительные отличия генетических особенностей и мозгового развития человека и остальных приматов, включая человекообразных.