Гормоны и развитие мозга - взаимосвязь

Определение пола происходит в первую очередь на генетическом уровне. У млекопитающих Y-хромосома самцов контролирует процесс развития недифференцированных зародышевых гонад в семенниках (рис. 1). Половые органы начинают формироваться на седьмой неделе после зачатия, но на этой ранней стадии они кажутся идентичными (не имеют различий) у обоих полов.

Рисунок 1. Половая дифференцировка у зародыша человека. На ранней индифферентной стадии человеческие эмбрионы мужского и женского пола идентичны (вверху). В отсутствие тестостерона происходит развитие по женскому типу (слева). Примерно через 60 дней после зачатия в ответ на выработку тестостерона начинают формироваться мужские половые органы (справа). Параллельные изменения происходят и в эмбриональном мозге в ответ на отсутствие или присутствие тестостерона

Никакого полового диморфизма и структурных различий пока нет. Позднее яички начинают вырабатывать половой гормон тестостерон, который стимулирует развитие мужских репродуктивных органов, а затем, в период полового созревания, происходит появление вторичных мужских половых признаков, таких как растительность на лице и низкий голос.

Под влиянием половых гормонов меняется активность генов в определенных клетках и наиболее выражено в тех, из которых образуются гениталии, но в нервных клетках тоже происходят изменения. Таким образом, некоторые области эмбрионального мозга начинают проявлять половой диморфизм, когда начинается секреция тестостерона, то есть примерно через 60 дней после зачатия.

Какое отношение имеет половая дифференциация к развитию мозга? Хотя основной причиной является влияние гормонов, генетические факторы также вносят свой вклад.

Тестостерон стимулирует половую дифференциацию у мужских эмбрионов. В его отсутствие эмбрионы развиваются по женскому типу. Пренатальное воздействие половых гормонов по-разному формирует мужской и женский мозг, потому что эти гормоны активируют разные гены у обоих полов. Таким образом, опыт по-разному влияет на мужской и женский мозг. Ясно, что гены и опыт очень рано начинают формировать развивающийся мозг.

а) Половые гормоны и развитие мозга. Тестостерон, который является известным андрогеном (класс гормонов, которые стимулируют или контролируют мужские признаки), высвобождается в течение короткого периода внутриутробного развития мозга. Впоследствии это приводит к выраженным изменениям в мозге и в строении половых органов. Этот процесс называется маскулинизация.

Тестостерон не воздействует на все органы тела одинаково, но он по-разному влияет и на определенные области мозга. Он модулирует число нейронов, образующихся в определенных областях мозга, снижает число гибнущих нейронов, увеличивает рост нейрональных клеток, уменьшает или увеличивает аксональный и синаптический рост, ветвление дендритов, а также регулирует синаптическую активность.

Эстрогены, половые гормоны, отвечающие за отличительные женские признаки, также влияют на постнатальное развитие мозга. Джилл Голдштейн и коллеги обнаружили половые различия в объеме областей коры головного мозга, которые, как известно, имеют разное число рецепторов к тестостерону (рецепторы к андрогенам) и эстрогену, соответственно, как это показано на рис. 2 (Goldstein et al., 2001).

Рисунок 2. Половые различия в объеме мозга. Области в развивающемся головном мозге, имеющие половые различия в распределении рецепторов к эстрогенам (оранжевый) и андрогенам (зеленый), коррелируют с областями с относительно большим объемом у взрослых женщин и мужчин соответственно.

Оранжевые области на рисунке по объему больше у женщин, а зеленые -у мужчин. Очевидно, что мужской и женский мозг различаются. Гормоны меняют свойства мозга, и в процессе развития в организмах проявляются четкие половые различия (см. рис. ниже).

Сеть по умолчанию. Области мозга, для которых показаны тесные связи, отвечающие за интеллект, получили название «сеть по умолчанию».

Ранее считалось, что тестостерон не оказывает значительного влияния на развитие мозга, поскольку полагали, что этот гормон воздействует в первую очередь на области мозга, связанные с сексуальным поведением, а не с высшими психическими функциями. Но это убеждение оказалось ошибочным.

Тестостерон меняет структуру клеток во многих областях коры головного мозга, что приводит к различным поведенческим проявлениям, включая когнитивные процессы. Хотя послеродовой опыт и влияет на половые различия в головном мозге, проведенное Дугласом Дином и коллегами (2018) MPT-исследование мозга новорожденных показало, что половые различия в структуре мозга обнаруживаются уже в первый месяц жизни, что указывает на их появление не только в этот период, но и во время внутриутробного развития.

Джоселин Бачевалье представила свой метод, описанный в отдельной статье на сайте (просим пользоваться формой поиска выше). Она обучала детенышей обезьян мужского и женского пола выполнению задачи на различение объектов, предъявляемых одновременно, а также задачи с переменными объектами, в которой один объект всегда подразумевает пищевое вознаграждение, а другой нет.

После того как животное усваивало этот паттерн, менялись условия подкрепления объектов, так что тот объект, который ранее всегда подкреплялся, теперь не подкрепляется, а ранее не награждаемый объект теперь имеет пищевое подкрепление. Когда животное усваивает и этот новый паттерн, условия подкрепления опять меняют на противоположные, и так в течение пяти серий.

Бачевалье обнаружила, что 2,5-месячные обезьяны-самцы превосходили обезьян-самок в решении задачи с переменными объектами, но самки в этом возрасте лучше справлялись с задачей на различие объектов, предъявляемых одновременно. Очевидно, разные области мозга, необходимые для выполнения этих двух задач, созревают с разной скоростью у самцов и самок обезьян.

Бачевалье и ее коллега Уильям Оверман (Overman et al., 1996) повторили этот эксперимент с детьми в возрасте 15-30 месяцев. Результаты оказались похожими: в задаче с переменными объектами мальчики справлялись лучше, а девочки лучше выполняли задачу на различие объектов, предъявляемых одновременно. В возрасте 32-55 месяцев эта разница нивелировалась.

Предположительно, к этому моменту области мозга, необходимые для выполнения обеих задач, созревали как у мальчиков, так и у девочек. Однако в более раннем возрасте половые гормоны, по-видимому, оказывали заметное влияние на скорость созревания определенных областей мозга, как, к примеру, это происходит у детенышей обезьян.

б) Пожизненные эффекты половых гормонов. Несмотря на то что половые гормоны оказывают наибольшее влияние на мозг на раннем этапе развития, их роль не заканчивается в младенчестве. И тестостерон, и эстрогены (которые яичники самок вырабатывают в большом количестве) продолжают влиять на строение и функции мозга на протяжении всей жизни животного.

Так, удаление яичников у лабораторных крыс среднего возраста приводит к заметному росту дендритов и глиальных клеток в коре головного мозга. Открытие таких выраженных изменений в коре, связанных с потерей эстрогена, имеет значение для лечения женщин в постменопаузе с помощью заместительной гормональной терапии, способной обратить вспять возникшие пластические изменения.

Половые гормоны влияют и на то, как мозг реагирует на события окружающей среды. Например, среди крыс, содержащихся в обогащенных условиях, самцы демонстрируют более выраженные рост и развитие дендритов нейронов зрительной коры (Juraska, 1990). Напротив, у самок, содержащих ся в аналогичных условиях, наблюдается больший рост дендритов в гиппокампе. Получается, что один и тот же опыт может по-разному влиять на мужской и женский мозг, в большей степени из-за опосредованного влияния половых гормонов.

По мере развития самок и самцов их мозг все больше и больше различается, как расходятся две дороги после развилки: после того как вы вступили на один путь, направление вашего движения меняется навсегда, поскольку дороги все больше и больше расходятся.

Итак, резюмируя вышесказанное, можно утверждать, что половые гормоны меняют базовое нейронное развитие, формируют зависимые от опыта изменения в мозге и влияют на структуру нейронов на протяжении всей нашей жизни. Те, кто считает, что различие в поведении мужчин и женщин является исключительно результатом опыта, должны учитывать эффекты действия половых гормонов на строение и функционирование мозга для каждого отдельно взятого пола.

Несомненно, факторы окружающей среды оказывают на мозг огромное влияние. Но одной из причин, как они это делают, является то, что мужской и женский мозг изначально различаются. Даже одинаковые события, переживаемые структурно разным мозгом, могут по-разному на него воздействовать. Экспериментальные данные показывают, что значимый опыт, например стресс в пренатальном периоде развития, вызывает различные изменения в экспрессии генов фронтальной коры головного мозга у самцов и самок крыс (Mychasiuk et al., 2011).

Другой ключевой вопрос связан с влиянием половых гормонов на развитие мозга: могут ли какие-либо половые различия в строении и функционировании мозга быть независимыми от гормонального воздействия? Другими словами, есть ли различия, обусловленные действием генов в половых хромосомах, а не половыми гормонами? Хотя о таких чисто генетических эффектах у людей известно мало, но исследования, проведенные на птицах, ясно демонстрируют, что влияние генов на клетки мозга действительно способствует формированию половых различий.

Особый интерес в связи с этим представляет наличие диморфизма мозга у певчих птиц: у большинства видов птиц поют самцы, а самки нет. Такая разница в поведении напрямую связана с наличием только у самцов особой нейронной сети, ответственной за пение. Роберт Агат и коллеги (2003) изучали мозг редко встречающегося гинандроморфа зебровой амадины (рис. 3). У этой птицы присутствуют фенотипические признаки, характерные как для самок, так и для самцов.

Рисунок 3. Гинандроморф. Этот редкий представитель вида зебровых амадин имеет тусклое женское оперение с одной стороны тела и яркое мужское оперение — с другой

Анализ генотипа гинандроморфа показал, что клетки одной половины мозга и тела этой птицы являются генетически женскими, а другой половины — мужскими. Во время внутриутробного развития на обе части тела и мозга гинандроморфа влияют одни и те же гормоны. Таким образом, чтобы понять, как взаимодействуют между собой гены и гормоны, нужно по-отдельности изучать влияние мужского и женского генотипов на формирование нейронной сети, ответственной за пение.

Если половые различия, обусловленные наличием нейронной сети, ответственной за пение, полностью связаны с влиянием гормонов в пренатальном периоде, тогда обе стороны мозга должны быть одинаково мужскими и женскими. Но результаты Агата подтверждают обратное: нейронная сеть, ответственная за пение птиц, присутствует только на мужской половине мозга. Таким образом, именно различиями в генотипе, при отсутствии зависимости от влияния гормонов, можно объяснить наблюдаемое структурное различие в мозге.

- Читать далее "Кишечная флора и развитие мозга - взаимосвязь"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 10.9.2023