Грегори Бернс - Что значит быть собакой. И другие открытия в области нейробиологии животных

Слуховые пути достаточно хорошо картированы у человека и крысы, однако у дельфинов к тому моменту, как мы с Питером ими занялись, в этом направлении сделано было мало. Федеральный Закон об охране морских млекопитающих жестко ограничивает научную работу с дельфинами и другими китообразными, и инвазивное исследование мозга дельфинов под эти ограничения тоже подпадало. В начале 1970-х годов советские ученые попытались картировать мозг дельфина, внедряя в него электроды и наблюдая, какие области реагируют на звук. Кроме того, они сделали попытку разметить связи между корой и таламусом у дельфинов, вводя им радиоактивные вещества и прослеживая путь этой радиоактивной метки вдоль аксонов [67] V. V. Popov, T. F. Ladygina, and A. Y. Supin, “Evoked Potentials of the Auditory Cortex of the Porpoise, Phocoena Phocoena,” Journal of Comparative Physiology A 158 (1986): 705–711; V. E. Sokolov, T. F. Ladygina, and A. Y. Supin, “Localization of Sensory Zones in the Dolphin’s Cerebral Cortex,” Doklady Akademy Nauk SSSR 202 (1972): 490–493; A. V. Revishchin and L. J. Garey, “The Thalamic Projection to the Sensory Neocortex of the Porpoise, Phocoena Phocoena,” Journal of Anatomy 169 (1990): 85–102. .

В результате этих обрывочных исследований дельфиньих слуховых путей складывалась довольно странная картина. У всех сухопутных млекопитающих слуховая информация передается от медиального коленчатого тела в латеральном направлении, к височным долям. У человека, например, в верхней части височной доли имеется область под названием «извилина Гешля», которая эту информацию принимает. Существует даже карта волокон, несущих импульсы различных частот. Но, как свидетельствовали данные советских исследований, у дельфинов слуховая информация поступает в ту область коры, которая расположена ближе к макушке головы, почти в самой дальней части мозга, и у остальных обычно принимает поток зрительной информации. Согласно одной из теорий, поскольку слуховые данные имеют для дельфина первостепенное значение, в ходе эволюции слуховая кора его мозга значительно разрослась и сместилась в те области, которые у сухопутных млекопитающих отданы под обработку зрительных данных [68] Oelschlager and Oelschlager, “Brain.” .

Мы с Питером не знали, где у дельфинов располагается слуховая кора, однако нижнее двухолмие распознали без труда. Его трудно было не заметить. Оно находилось непосредственно над стволом и представляло собой две четко выделяющиеся сферические структуры диаметром около сантиметра. Как и при работе с мозгом морских львов, мы прибегли к помощи цифровых меток, только теперь поместили их не в гиппокампе, а в нижнем двухолмии и дали программе задание воспроизвести отслеживаемые ими тракты.

Тракты шли в двух направлениях. Симулятор превосходно отследил нисходящие пути, устремляющиеся вниз по стволу обратно к слуховому нерву, тем самым подтвердив правильность нашего подхода. В противоположном направлении тянулся толстый пучок волокон, связывающий нижнее двухолмие с таламусом, – тоже в полном соответствии с нашими прогнозами. Но дальше тракты, повернув вбок, вели в латеральном направлении – к височным долям. В точности как у сухопутных млекопитающих.

Когда Питер показал мне снимки, я обрадовался: «Это же замечательно! Слуховые пути совсем как у остальных».

Однако Лори, которой мы отослали сканы, перезвонила мне в недоумении.

– Так не должно быть. У вас все не по учебнику.

– То есть?

– Слуховые тракты должны вести к темени, – объяснила она. – А не к височным долям.

Но я был уверен в правильности полученных результатов.

– Может, это учебники ошибаются?

Вопрос был принципиальный. «По учебникам» у дельфинов идет крупная нервная магистраль от слуховой системы в зрительную часть коры, что кардинальным образом отличается от устройства человеческого мозга. Однако результаты нашей ДТВ говорили о том, что разница не так велика. Мы обнаружили слуховой проводящий путь, идущий к височной доле, а это значит, что дельфины не «видят» звук, а слышат точно так же, как мы. Между тем эхолокация не сводится к одному лишь слуху. Эхолокация – это активный процесс, включающий и порождение, и восприятие сигнала. Дельфины звуком не видят, а «рисуют».

Пока мы просканировали только один мозг. И хотя результаты оказались сенсационными, нам требовалось убедиться, что это не случайность. Необходимо было исследовать еще один образец.

Единственный оставшийся в нашем распоряжении прилично сохранившийся мозг представлял собой экземпляр размером примерно с грейпфрут, принадлежавший пантропическому пятнистому продельфину. Как следует из названия, пантропические продельфины обитают в теплых водах по обе стороны экватора. В восточной части США они, следуя за Гольфстримом, иногда забираются достаточно далеко на север – к штату Мэн. Наряду с белобочкой пятнистый продельфин – самый многочисленный из обитающих здесь китообразных. Его популяция пережила даже массовое истребление в восточной части Тихого океана. С 1950-х до конца 1980-х годов миллионы дельфинов гибли при промышленном вылове тунца сетями. До применения этого способа популяция дельфинов исчислялась тремя или четырьмя миллионами. Сейчас она насчитывает пятьсот тысяч особей.

За время нашей работы с мозгом морских львов и дельфинов Питер достаточно поднаторел в заливке образцов желатином и запуске сканирования на всю ночь. На обработку мозга пятнистого продельфина ушло несколько дней. Сигнал получился не таким четким, как у белобочки, то есть диффузионные показатели сильнее искажались тепловым движением. И тем не менее, когда мы поместили виртуальные метки в нижнее двухолмие, симулятор выдал точно такой же путь к таламусу и височным долям, как у белобочки. Если рассматривать левую и правую стороны мозга по отдельности, то височный слуховой путь обнаруживался в четырех полушариях из четырех. Наше открытие подтверждалось.

Результаты ДТВ дали нам дорожную карту воспринимающей стороны слуха дельфинов. В обоих просканированных образцах мозга основной путь от таламуса шел к височным долям, а не к теменной части. В целом этот тракт достаточно типичен для мозга млекопитающих, и, соответственно, там, где он заканчивается, располагается слуховая кора.

Но куда поступает информация оттуда?

Чтобы это выяснить, мы попросту поместили очередную виртуальную метку в обнаруженную нами область слуховой коры и принялись отслеживать идущие оттуда тракты. Теперь они вели назад и вверх.

Получившаяся карта указывала на две слуховые области – одна в височных долях, как у сухопутных млекопитающих, а другая ближе к темени, рядом со зрительной корой. Среди млекопитающих схожая организация наблюдается только у летучих мышей. Поскольку летучие мыши пользуются эхолокацией на суше, механизм ее вполне понятен. У летучих мышей имеется первичная слуховая зона в височных долях, точно такая же, как у дельфинов, но кроме нее есть еще вторичная и третичная слуховая кора непосредственно над височными долями и позади. У некоторых видов летучих мышей содержащиеся в этих вспомогательных слуховых областях нейроны специфически активируются на разные интервалы возвращения эха, формируя в итоге когнитивную карту расстояний до окружающих объектов [69] M. Kossl, J. C. Hechavarria, C. Voss, S. Macias, E. C. Mora, and M. Vater, “Neural Maps for Target Range in the Auditory Cortex of Echolating Bats,” Current Opinion in Neurobiology 24 (2014): 68–75. . У некоторых летучих мышей присутствует еще одна прилегающая область, которая реагирует на изменение звука эха. Эти мыши умеют регулировать издаваемый ими звук, подстраиваясь под объект эхолокации. Это называется «частотная модуляция», как в радиовещании в диапазоне УКВ (FM).