Фон Экономо и его нейроны

Что общего у первых самолётов, летаргического энцефалита и веретенообразных клеток человеческого мозга? Всё это связано с одним человеком — Константином фон Экономо. Сегодня, 21 августа 2026 года, исполняется 150 лет со дня его рождения. Это повод вспомнить об удивительном ученом и присмотреться к необычным нервным клеткам, которые фон Экономо впервые подробно описал сто лет назад. Сегодня эти клетки носят его имя, и именно их вы видите на картинке (нарисованные рукой первооткрывателя). И хотя за прошедшее столетие о нейронах фон Экономо накопилось немало данных, ученые всё еще спорят о том, откуда они взялись, как их распознать и зачем они нужны.

Константин фон Экономо был очень разносторонним человеком. Он мог бы стать инженером: по настоянию отца он начал изучать машиностроение. Однако книга итальянского психиатра Чезаре Ломброзо о связи гениальности и безумия настолько его впечатлила, что фон Экономо решил оставить инженерное дело и заняться медициной. Но медицина была далеко не единственным его увлечением. В начале XX века фон Экономо всерьез заинтересовался воздухоплаванием. Сначала он летал на воздушном шаре: в 1909 году его шар, который он ласково назвал Соня (Sonia), преодолел путь от Парижа до Линца почти за 14 часов, а несколько лет спустя Экономо совершил перелет из Парижа в Вену за 19 часов! Затем он освоил самолет и стал первым гражданским пилотом в Австрии, владевшим собственным аэропланом. Первая мировая война заставила его соединить обе стороны своей жизни: сначала фон Экономо служил военным летчиком, а затем вернулся к медицине и работал с пациентами с черепно-мозговыми травмами. Именно в этот период он столкнулся с загадочной болезнью — летаргическим энцефалитом, изучение которого впоследствии принесло ему мировую известность. За его описание он был дважды номинирован на Нобелевскую премию.

Фон Экономо со своим монопланом Etrich Taube, приветствуемый императором Францем Иосифом I на аэродроме Винер-Нойштадт. Фото из статьи L. Triarhou, 2016. Contrasting notions of Ramón y Cajal and Constantin von Economo on forced propulsion

Другой важнейшей частью его научного наследия было изучение строения коры головного мозга. В 1925 году фон Экономо совместно с неврологом Георгом Коскинасом (Georg Koskinas) опубликовал атлас цитоархитектоники (см. Cytoarchitecture) коры головного мозга человека. При его создании исследователи использовали необычный для того времени подход к подготовке срезов мозга. В то время мозг обычно нарезали слоями в одной плоскости, независимо от направления извилин. Из-за этого срезы проходили через разные участки коры под разными углами. Фон Экономо и Коскинас предложили ориентировать каждый срез относительно конкретной извилины: ткань разрезали перпендикулярно ее продольной оси. Благодаря этому слои коры можно было видеть в более правильной для конкретной области ориентации и точнее сравнивать клеточное строение разных участков мозга. Однако созданный атлас не получил широкого распространения и должного признания. Среди причин называют ограниченное количество выпущенных экземпляров и сложную систему обозначений.

Традиционный способ получения срезов полушария (слева) и метод фон Экономо и Коскинаса (справа). В отличие от традиционного подхода, при котором мозг разрезали в одной плоскости, фон Экономо и Коскинас разделяли каждое полушарие на 250–350 блоков толщиной 4 мм и ориентировали срезы перпендикулярно оси каждой извилины или борозды. Рисунок из статьи L. C. Triarhou, 2013. The cytoarchitectonic map of Constantin von Economo and Georg N. Koskinas

Именно во время работы над атласом фон Экономо и Коскинас подробно описали необычный тип нейронов V слоя коры больших полушарий, поэтому более точно было бы их называть нейроны фон Экономо — Коскинаса. Однако отдельную работу, посвященную этим клеткам, опубликовал именно фон Экономо. Его статья Eine neue Art Spezialzellen des Lobus cinguli und Lobus insulae («Новый тип специализированных клеток поясной и островковой доли») вышла ровно 100 лет назад, в 1926 году. Из этой исторической публикации и взята сегодняшняя заглавная картинка: рисунок был выполнен самим фон Экономо. Ученый впервые обнаружил эти клетки в передней части поясной извилины (Gyrus cinguli) и ошибочно принял их за патологические образования. Однако в дальнейшем, наблюдая их в здоровом мозге, он пришел к выводу, что это особый тип нервных клеток, характерный для двух определенных участков коры: поясной и островковой.

Что же именно увидел фон Экономо под микроскопом? Прежде всего, ученого поразила форма этих клеток. Они были необычайно вытянутыми и напоминали тонкие палочки или веретена. Особенная форма дала им еще одно название — веретенообразные нейроны. Их продольная ось была ориентирована почти перпендикулярно поверхности коры, а расположены они были небольшими группами. От тела клетки отходили два длинных дендритных отростка, которые лишь немного уступали ему в толщине и практически сливались с ним: один шел в направлении поверхности коры, другой — к белому веществу. Боковых отростков почти не было, поэтому клетка казалась гладкой. Иногда оба длинных отростка изгибались и закручивались, приобретая форму спирали или штопора. Фон Экономо предложил называть такие клетки «клетками-штопорами» (Korkzieherzellen), а более прямые варианты — «клетками-палочками» (Stäbchenzellen). Оба варианта можно увидеть на заглавном изображении. Оценить размеры этих клеток было непросто, поскольку тело и отростки было трудно отличить друг от друга. Тем не менее фон Экономо указывал, что длина тела составляла примерно 60–100 мкм при ширине всего 7–10 мкм, а вместе с отростками клетка могла достигать 160–200 мкм и более. Статья фон Экономо была прежде всего морфологическим описанием: где находятся эти клетки и как они выглядят, а о конкретных функциях этих клеток в своей работе 1926 года ученый не писал.

Позднее исследователи стали рассматривать строение веретенообразных нейронов более детально и пытались через строение понять их функции, обращая внимание прежде всего на организацию дендритов — разветвленных отростков, через которые нейрон получает сигналы от других клеток. В отличие от пирамидальных нейронов, у которых базальные дендриты (см. Basal dendrite) образуют разветвленное «дерево», у нейронов фон Экономо апикальные (см. Apical dendrite) и базальные дендриты имеют примерно одинаковую длину и низкую степень ветвления, их дендритное «дерево» содержит меньше шипиков и точек ветвления.

Слева — микрофотографии пирамидального (a) и веретенообразного (b) нейронов. Справа — реконструкции дендритов пирамидального нейрона и нейрона фон Экономо. У пирамидального нейрона дендритное «дерево» разветвленное, а у нейрона фон Экономо — относительно редкое и вытянутое. Изображение из статьи K. K. Watson, T. K. Jones, J. M. Allman, 2006. Dendritic architecture of the von Economo neurons

Такое строение означает, что эти клетки получают и интегрируют меньшее число входящих сигналов, чем пирамидальные нейроны, и могут выполнять относительно простую вычислительную функцию. При этом их крупное тело (тела веретенообразных нейронов могут быть почти в пять раз больше, чем у пирамидальных клеток!) предполагает наличие большого аксона, способного быстро проводить сигнал на другие участки мозга. Поэтому нейроны фон Экономо могут работать как своего рода «быстрый информационный канал», передающий дальше уже интегрированную оценку сложных социальных ситуаций, обрабатываемых в областях, содержащих эти клетки.

Интересно, что после публикации фон Экономо наступил длительный период молчания, когда веретенообразные нейроны практически исчезли из поля зрения нейробиологов. Повторное открытие произошло только в 1995 году. С этого момента выяснилось, что нейроны фон Экономо встречаются и в других областях мозга, помимо уже описанных: например, в дорсолатеральной префронтальной коре.

Области мозга человека, в которых были обнаружены нейроны фон Экономо. Слева — передняя островковая доля обозначена красным цветом, дорсолатеральная префронтальная кора (DLPFC) — розовым, передняя поясная кора (ACC) — коричневым (на нижних изображениях). Насыщенность цвета отражает различия в плотности: например, для DLPFC и ACC характерна большая плотность этих нейронов в правом полушарии (оно на рисунке слева). Справа показана медиальная поверхность лобной доли человека, и выделена еще одна область, содержащая нейроны фон Экономо, — медиальная фронтополярная кора (обозначена красным квадратом). Верхний желтый квадрат указывает на DLPFC, нижний — на ACC. Изображение из статьи O. J. Bruton, 2021. Is there a «g-neuron»? Establishing a systematic link between general intelligence (g) and the von Economo neuron

Впоследствии веретенообразные нейроны были обнаружены не только у человека, но и в аналогичных областях коры у человекообразных обезьян, а также у некоторых китообразных и слонов. Исследования показывают, что у человека нейроны фон Экономо встречаются в большем количестве и имеют более высокую плотность, чем у других видов. Но, по-видимому, их количество связано и с размером мозга: так, по некоторым оценкам, число веретенообразных нейронов у слона оценивается примерно в 20 тысяч, что меньше, чем у взрослого человека (около 200 тысяч), но больше, чем у человекообразных обезьян (в среднем около 7 тысяч).

Схематическое изображение пирамидальных нейронов и нейронов фон Экономо (VENs) в коре головного мозга человека и слона. Пирамидальные нейроны, расположенные в слоях III и V коры, обозначены черными треугольниками. Нейроны фон Экономо, имеющие гораздо меньшую плотность, показаны голубым цветом. Изображение из статьи B. L. Hart, 2011. Behavioural defences in animals against pathogens and parasites: parallels with the pillars of medicine in humans

Первоначально ученые обратили внимание, что необычная морфология нейронов фон Экономо независимо возникла у предков человекообразных обезьян, китообразных и слонов — видов со сложным социальным поведением. Примечательно, что у всех этих групп появление таких клеток совпало с эволюцией очень крупного мозга. Поэтому одна из гипотез связала эти события: по мере увеличения размеров мозга могла возрастать необходимость в быстрой передаче важной информации на большие расстояния, что могло способствовать независимому появлению таких нейронов. Однако последующие исследования показали, что нейроны фон Экономо встречаются у более широкого круга млекопитающих, включая макак, домашних овец, коров, карликового бегемота (см. картинку дня Карликовый бегемот) и белохвостого оленя. Эти находки поставили под сомнение идею о том, что появление нейронов фон Экономо связано прежде всего с увеличением размера мозга и сложным социальным поведением. Так появилось более общее предположение, что клетки такого типа могут представлять собой особый вариант строения пирамидальных нейронов, независимо возникающий в разных эволюционных линиях в ответ на определенные функциональные требования. В более поздних работах, однако, сама идентификация подобных клеток у других видов в качестве нейронов фон Экономо была поставлена под сомнение. Удивительно, но поиск надежных критериев их идентификации продолжается и сегодня.

Прямых ответов о функциях нейронов фон Экономо пока немного. Тем не менее важные подсказки дают исследования некоторых неврологических и психических расстройств, при которых количество этих клеток заметно изменяется. При поведенческом варианте лобно-височной деменции, который сопровождается утратой эмпатии, нарушением социального поведения и самоконтроля, число этих нейронов может сокращаться почти на 70%.

Нейроны фон Экономо у контрольных субъектов без неврологических заболеваний (NNC) и пациентов с болезнью Альцгеймера (AD) почти не отличались по плотности и имели типичную веретенообразную форму. Нейроны фон Экономо при обоих вариантах лобно-височной деменции — болезни Пика (Pick’s) и лобно-височной деменции неясной этиологии (FTLD-U) — часто были одиночными и «набухшими» (особенно заметно при болезни Пика). Фото из статьи W. W. Seeley et al., 2006. Early frontotemporal dementia targets neurons unique to apes and humans

Изменения нейронов фон Экономо иногда обнаруживали и при других заболеваниях, связанных с проблемами в социальном взаимодействии, включая аутизм и шизофрению. При врожденном недоразвитии мозолистого тела, при котором также наблюдаются проблемы с социальным поведением, количество этих клеток также резко уменьшается, вплоть до почти полного исчезновения при полном отсутствии мозолистого тела. Интересно, что у пациента с инсультом, разрушившим уже сформированное мозолистое тело, такого уменьшения числа клеток не обнаружили. Это позволяет предположить, что в первом случае дело может быть не в повреждении самих нейронов, а в нарушении их развития. В совокупности такие наблюдения поддерживают гипотезу о том, что нейроны фон Экономо могут играть важную роль в работе систем, которые помогают нам понимать других людей, оценивать социальные ситуации, осознавать собственные эмоции и регулировать свое поведение.

На возможные функции нейронов фон Экономо указывает и их молекулярное устройство. Эти клетки содержат рецепторы к дофамину, серотонину и вазопрессину, а также молекулы, связанные с передачей сигналов от внутренних органов. В островковой и передней поясной коре это позволяет им, предположительно, связывать информацию о состоянии организма с более сложными процессами: например, мотивацией, принятием решений и восприятием боли. Некоторые молекулярные особенности этих нейронов также указывают на их возможное участие в регуляции реакции на стресс. Таким образом, нейроны фон Экономо теоретически могут быть одним из звеньев, связывающих состояние организма с эмоциями и поведением. Может быть, к одному из будущих юбилеев фон Экономо ученые узнают об их функциях достаточно, чтобы превратить гипотезы в ответы.

Рисунок из статьи C. v. Economo, 1926. Eine neue Art Spezialzellen des Lobus cinguli und Lobus insulae.

Екатерина Ларионова