Поделиться
О последних достижениях в исследованиях мозга корреспондент "РГ" беседует с одним из известных российских нейрофизиологов, членом-корреспондентом РАН и РАМН Константином Анохиным.
Российская газета: По последним данным, Европа тратит на изучение мозга 10 миллиардов долларов в год. Цифра фантастическая. Скажем, знаменитый Большой адронный коллайдер обошелся "всего" в 8 миллиардов. Чем объяснить такие колоссальные вложения в исследования мозга?
Константин Анохин: В мире осталось не так много великих загадок. Строение материи - одна из них. Мозг и его высшие функции - другая. И ею начинает заниматься все больше ученых различных специальностей. Скажем, один американский коллега говорил мне, что значительная часть выпускников их физических факультетов направляется сегодня именно в нейронауку. А в целом общество нейронаук США насчитывает более 40 тысяч ученых.
Помимо интереса многих разных ученых к этой проблеме есть и другой признак, что наука о мозге вступает в фазу важных открытий. Познание работы мозга привлекло внимание частных научных фондов и богатых меценатов. Например, фонд норвежского промышленника Фреда Кавли создал сеть частных институтов нейронаук в США и Европе и учредил премию за выдающиеся исследования мозга, аналогичную по размеру Нобелевской и вручаемую королем Норвегии.
А один из основателей Майкрософта Пол Аллен выделил несколько лет назад 100 миллионов долларов на создание Института мозга, носящего теперь его имя. А тему исследований - как гены определяют строение мозга - ему подсказал один из "авторов" двойной спирали ДНК Джеймс Уотсон.
Ученые этого института, каталогизировав работу всех генов мозга мыши, выявили удивительный факт: обеспечением работы мозга занимаются более 80 процентов всех генов генома. На все остальные органы эволюция потратила в разы меньше усилий. Это, кстати, говорит о том, что с помощью лобовой атаки нам не раскрыть тайну мозга, она слишком сложна. На его исследования можно направить научные деньги всего мира, посадить за работу всех ученых Земли, но без правильной стратегии, и главное - теории, толку будет мало.
РГ: А говорят, что деньги и кадры решают все. Ведь сейчас как из рога изобилия сыпятся сообщения, что ученые разобрались с той или иной зоной мозга. Поняли, за что она отвечает. По логике, картируем все зоны - и приблизимся к главной тайне, как мозг работает, что такое сознание.
Анохин: Не приблизимся, потому что из тысячи кроликов не получится слон. Приведу лишь один пример. В 60-х годах появилась гипотеза, которую нейрофизиологи условно назвали "нейроном бабушки". В мозге якобы есть специализированные клетки, которые избирательно активируются, когда вы видите свою бабушку, и позволяют вам узнать ее. Другие клетки становятся активными - когда вы узнаете какого-то другого знакомого человека и так далее. Идея проверялась много раз. Скажем, испытуемому показывали множество фото и регистрировали активность всего одного, случайно выбранного нейрона. На большинство изображений этот нейрон никак не реагировал, но вдруг "включался" на актрису Холли Берри. Причем откликался даже на ее карикатуру, на фото, где ее лицо вообще закрыто маской, только костюм ее киноперсонажа. Более того, нейрон активируется, если на экране просто написано "Холли Берри". Потом ученые переключились на соседнюю нервную клетку у этого же человека. Она реагировала только на мать Терезу.
А теперь представьте масштаб проблемы, если мы зададимся целью прокартировать все такие клетки мозга, одну за одной. В мозге человека около 100 миллиардов нейронов, у каждого них по 5-10 тысяч связей. Если мы начнем просто подсчитывать все их со скоростью одной в секунду, мы закончим пересчет через 32 миллиона лет. А число возможных вариантов объединений клеток, когда мозг решает задачи, величина вообще гиперастрономическая. Она в миллиарды раз больше числа всех элементарных частиц в известной нам Вселенной. И тем не менее мозг способен в доли секунды, решая задачу, создать из этого гигантского числа клеток вполне конкретный и действенный ансамбль. Как нам проникнуть в тайну этого сложнейшего из известных человечеству объектов? Ответ - вначале понять общие принципы работы любой нервной системы. Например, у почвенной нематоды всего 302 нейрона. Сложность неизмеримо ниже, но фундаментальный принцип тот же. И мы его пока не знаем. Вот его-то и надо раскрыть.
РГ: То есть для этой глобальной задачи выявление функций различных зон мозга мало что дает?
Анохин: Эти исследования, несомненно, необходимы для решения конкретных, важных задач. Скажем, чтобы понять, какие области мозга страдают при тех или иных заболеваниях, как на мозг воздействует тот или иной фармакологический препарат. Но нас ведь интересует теория того, как из согласованной работы миллиардов отдельных нейронов рождаются процессы мышления, сознания. Кстати, может, вы удивитесь, но за Западе эта проблема стала "законным" предметом нейрофизиологии совсем недавно. И во многом благодаря огромному авторитету нобелевского лауреата Фрэнсиса Крика, который занялся этим вопросом в последние 25 лет своей жизни. Он писал в автобиографии, что, когда он пришел в эту область, в среде нейрофизиологов любые разговоры о природе сознания воспринимались как признак приближающегося старческого слабоумия. Это было обусловлено тем, что, изучая мозг, западная наука занималась преимущественно конкретными аналитическими задачами, скажем, механизмами передачи сигнала между нервными клетками, ионными каналами. А общие вопросы - что такое сознание, мышление - считались слишком сложными. С другой стороны, российская нейрофизиология в первую очередь интересовалась именно подобными вопросами. Здесь у нас есть великие традиции Сеченова, Павлова, Бехтерева. Но эти их устремления на Западе долго не признавались. Например, один из ведущих нейрофизиологов Великобритании Чарлз Шеррингтон, посетив в начале XX века лабораторию Павлова и ознакомившись с его исследованиями, сказал, что его учение о высшей нервной деятельности в Англии не приживется, слишком материалистично. Так вот одним из тех, кто изменил отношение исследователей мозга к проблеме сознания на Западе, был Фрэнсис Крик. Свои лекции он заканчивал слайдом, на котором большими буквами написано "Сознание - сейчас!". И он мечтал расшифровать "двойную спираль" мозга, о чем незадолго до смерти сказал своему соавтору Уотсону. Конечно, речь шла об аналогии с двойной спиралью ДНК, расшифровка которой стала одним из самых выдающихся достижений науки XX века.
РГ: Крик хотя бы дал направление, где искать?
Анохин: Он упорно пытался обнаружить некую критическую структуру, которая отвечает за сознание. Считал, что это либо поясная извилина коры головного мозга, либо определенный слой нейронов коры, либо небольшая подкорковая структура, так называемый клауструм, который получает входы из большинства зон коры. Я думаю, что все это тупиковый путь. Хотя бы потому, что и среди птиц есть свои "приматы", обладающие высокоразвитым разумом и интеллектом, например, вороны. Но в их птичьем мозге нет ни поясной извилины, ни коры больших полушарий, ни клауструма. Поэтому надежды объяснить с помощью отдельной анатомической зоны феномен сознания, на мой взгляд, бесперспективны.
Сегодня многие ученые сходятся в том, что феномен разума, сознания, памяти - это одновременная работа огромных ансамблей клеток. Мы называем их функциональными системами. В их основе - два принципа. Первый: такую систему составляет группа клеток, объединившаяся под конкретную задачу и работающая синхронно. Второй: эти клетки не локализованы в какой-то одной или нескольких структурах мозга - они расположены в самых разных областях мозга. Причем в каждой из этих зон данную конкретную задачу решают всего несколько процентов клеток, остальные занимаются другим делом или вообще молчат. Эта теория долгое время не имела прямой экспериментальной поддержки, потому что такой рассеянный по мозгу и живущий всего секунды ансамбль невозможно было зафиксировать, не существовало таких приборов.
РГ: Такой ансамбль клеток чем-то напоминает елку с мигающими лампочками.
Анохин: Да и многие ученые давно мечтали о том, чтобы в прозрачном мозге можно было бы наблюдать группы клеток, которые загорались бы как лампочки. Мы в нашем институте в 2002 году поставили цель воплотить эту мечту в жизнь. В основу нового метода мы положили три технологии. Прежде всего надо было сделать мозг прозрачным. Принцип решения известен из школьного курса физики. Кстати, он описан еще в романе Уэллса "Человек-невидимка". Оптическое преломление разных сред должно быть равным. Мы сумели найти составы, которые замещают воду в мозге мыши на другие вещества, имеющие такие же показатели преломления, как и нер вные ткани. Это делает мозг в таком растворе прозрачным.
РГ: Но он же мертвый! Какая же там может быть мысль?
Анохин: И тем не менее может. Здесь помогло открытие, сделанное нами еще в 80-х годах. Тогда мы искали гены, ответственные за фиксацию в клетках долговременной памяти. Оказалось, что, когда мозгу надо закрепить в памяти какую-то мысль или действие, в нервных клетках запускается определенный генетический сигнал. Вот, к примеру, мышка впервые увидела кошку. Именно в этот момент в ее мозге синхронно активируется большая группа разных клеток. Причем это совершенно новый ансамбль, в таком составе они еще никогда собирались. Чтобы мозгу запомнить его, во всех этих клетках включается определенный ген, и мы можем увидеть образ хищника в мозге мыши.
РГ: Но ведь это многие тысячи клеток. Как их разглядеть, да еще в объеме? Они же сольются друг с другом...
Анохин: Это и есть третья наша технология, основанная на идее немецкого физика Ричарда Зигмонди, который в начале XX века разработал новый метод микроскопии. Кстати, за него он получил в 1926 году Нобелевскую премию, но потом об этом методе забыли. Мы вернулись к его дальнейшему развитию. Чем-то метод напоминает томографию, когда объект сканируется послойно, а затем компьютер рисует объемный образ. Но в современных магнитно-резонансных томографах разрешение составляет один миллиметр, а в человеческом мозге содержатся десятки тысяч клеток. Так мы ничего не увидим. Наш прибор позволяет разглядеть и одну нервную клетку, и весь мозг животного в полном объеме. То есть мы имеем инструмент, который позволит приблизиться к разгадке "двойной спирали" мозга.
РГ: Как вы относитесь к таким спорным явлениям, как ясновидение, телепатия, творчество в состоянии транса? Скажем, академик Бехтерева, описывая визит к Ванге, по сути, признает, что феномен ясновидения существует. Даниил Гранин тоже рассказывает, как был поражен этой болгарской женщиной.
Анохин: Чтобы наука могла изучать такие случаи, нужны, во-первых, объективные методы, а во-вторых, воспроизводимость заявляемых феноменов. По моему мнению, пока у нас нет адекватного аппарата для изучения подобных явлений, и то, что сегодня происходит вокруг них, далеко от науки. Но темпы прогресса в исследованиях мозга сегодня удивительны. Например, чтение мыслей уже не выглядит так фантастично, как казалось еще недавно. В ряде работ удалось даже зарегистрировать, что думают животные. Да, оказывается, они действительно думают! Скажем, крыса, после того как она нашла где-то вкусную пищу, потом мысленно возвращается к этой ситуации. Она умывается и вроде бы ничего не делает, а на самом деле "проигрывает" в нейронах своего мозга тот путь, который привел ее к лакомству.
Досье "РГ"
Исследования мозга в России всегда были одним из самых приоритетных научных направлений. И сегодня работы ведутся широким фронтом. Об этом говорит, например, число институтов, занимающихся изучением мозга. Это, в частности, Институт мозга человека РАН, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Институт биохимической физики РАН, Институт эволюционной физиологии и биохимии РАН, Институт биологии развития РАН, Институт биоорганической химии РАН, Институт биохимии РАН, Институт нормальной физиологии РАМН, РНЦ "Курчатовский институт", Институт нейрохирургии им. Бурденко РАМН, Институт общей генетики РАН, Вычислительный центр РАН.