Адам Пиорей - Человек 2.0. Перезагрузка. Реальные истории о невероятных возможностях науки и человеческого организма

Однажды днем в доме Пэт Флетчер (она по-прежнему жила в Баффало) раздался телефонный звонок. С тех пор она постоянно рассказывает об этом всем знакомым с огромным удовольствием. «В Гарвардском университете захотели, чтобы я к ним приехала! — восклицает она. — Не верится, правда?»

* * *

Чтобы разобраться, почему утверждения Пэт показались ученым такими необычными, полезно сначала попробовать понять те работы, которые убедили многих нейрофизиологов, что подобные вещи невозможны.

Главные свидетельства в пользу такого мнения дала серия экспериментов, которые Дэвид Хьюбел и Торстен Визель в 60-е-70-е годы проводили на зрительной коре головного мозга кошек и обезьян. Эти опыты стали настоящим прорывом в науке и чрезвычайно расширили наше понимание того, каким именно образом мозг позволяет нам воспринимать окружающий мир (в конце концов экспериментаторов наградят за них Нобелевской премией). Если вы внимательно изучали эти работы (как, несомненно, делал Паскаль-Леоне и все нейрофизиологи его поколения), вы вряд ли сумели бы с легкостью объяснить необычайные способности Пэт Флетчер.

Канадский ученый Дэвид Хьюбел познакомился со шведом Торстеном Визелем в конце 50-х в Университете Джонса Хопкинса. Два молодых исследователя были всего на десяток лет старше, чем Пэт Флетчер в момент потери зрения. Эти постдоки находились на старте своей карьеры. И у них имелись немалые амбиции.

Вместе они обосновались в тесной грязноватой комнатушке без окон, расположенной в подвале знаменитого глазного института при университете. Они решили разгадать тайну, которая так долго терзала ученых. Что, собственно, происходит в мозгу, когда мы «видим» предметы, формы и очертания? Тогда как раз настало очень благоприятное время для того, чтобы задаться таким вопросом. Специалисты по изучению головного мозга как раз начали использовать новую методику под названием «регистрация отдельных единиц», которая породила настоящую революцию в науке. Да и сам Хьюбел, упражняясь на токарном станке с различными материалами, успел придумать новый способ изготовления вольфрамовых электродов, оказавшихся настолько эффективными для записи мозговых сигналов, что многие другие ученые с готовностью переняли его методику. Именно магия «регистрации отдельных единиц» позволила ученым впервые в истории получить возможность в реальном времени отслеживать деятельность наиболее фундаментальной единицы мозга — индивидуальных нервных клеток (нейронов).

У каждого из нас около 100 млрд нейронов. Они отделены друг от друга миниатюрными структурами, которые называются синапсами. Нейроны общаются друг с другом, передавая по синапсам электрохимические сигналы. Ответвления нейрона, которые идут от ядра этой клетки к синапсу и передают эти сигналы, называются аксонами. Те отростки, которые принимают сигналы от синапса и доставляют их в тело нервной клетки, называются дендритами. Если сигналы, передаваемые аксонами одного нейрона дендритам второго нейрона, окажутся достаточно сильными, они заставят второй нейрон давать электрические импульсы. При этом второй нейрон по собственным аксонам передает собственные электрохимические послания — тем нейронам, с которыми он соединен. А это, в свою очередь, повышает вероятность того, что эти нейроны тоже будут активизироваться. Но есть и другие типы синапсов, которые выступают в роли «ингибиторов», мешая связанным с ним нейронам посылать импульсы.

Такая активизация нейронов, одновременная или последовательная, часто именуется «симфонией»: замечательно согласованная игра множества инструментов создает целое, которое гораздо значительнее, чем просто сумма частей. (Впервые я встретил эту метафору в книге Мигеля Николелиса, работающего в Университете Дьюка.) Именно эта симфония позволяет нам думать, ощущать, двигаться.

И видеть. Сидя в своем безоконном балтиморском подвале, Хьюбел и Визель надеялись вслушаться в эту симфонию и ее отдельные партии так, как никто до них не вслушивался. Для этого они подвергли подопытную кошку общему наркозу и ввели длинные тонкие микроэлектроды непосредственно в серое вещество ее мозга. Эти электроды улавливали звук активизации индивидуальных кошачьих нейронов и затем передавали его вовне — на усилитель, из которого раздавался отчетливый щелчок всякий раз, когда нейрон испускал электрический импульс. Эти звуковые сигналы можно было представлять и визуально — в виде вспышек на экране или графиков. Такой метод позволил молодым ученым отслеживать частоту и продолжительность каждого импульса.

Территория, которую Хьюбел и Визель планировали исследовать, располагалась в самом верхнем слое нейронов, непосредственно под черепной коробкой и тонкой защитной пленкой: в областях, где, как уже было известно, в мозгу располагаются центры, ведающие первичной обработкой зрительной информации. Они находятся в задней части головы, в коре головного мозга — ткани толщиной 2–4 мм, богатой нейронами и играющей ключевую роль не только для нашей способности двигаться, ощущать и реагировать на окружающее, но и почти для каждого типа высокоуровневой обработки информации — процессов, которые отличают нас от наших эволюционных предков-рептилий.

Нейрофизиологи успешно выясняли крупномасштабную структуру коры на протяжении сотни лет — в частности, изучая повреждения-лезии у жертв инсульта и искусственно создавая такие повреждения в мозгу подопытных животных. (Если инсульт убивает клетки в определенной области коры и их гибель явно ассоциируется с потерей определенной функции, например речи, можно заключить, что погибшие клетки мозга играли какую-то роль в выполнении данной функции.)

Но подробности происходящего на микроуровне (то, как отдельные нейроны взаимодействуют друг с другом, и то, какова в реальности функциональная организация этой многомиллиардной армии рабочих клеток мозга) по большей части оставались тайной. Это была совершенно неизведанная страна, открытая для изысканий двух амбициозных молодых ученых.

В ту пору Хьюбелу и Визелю казалось, что дни слишком длинны. Изнурительная работа часто приносила им одни разочарования. Нередко они так уставали, что Визель начинал обращаться к Хьюбелу по-шведски (для них это служило сигналом, что пора бы закругляться). По меньшей мере один раз Хьюбел вернулся домой, когда его семья уже садилась завтракать. Но примерно через месяц после начала исследований эти усилия начали приносить свои плоды. Двое ученых зажимали голову подопытной кошки в прочном каркасе-держателе, который не повредило бы и землетрясение. Целая паутина проводов вела к электродам, измеряющим активность нейронов. Эта проводка, удерживаемая каркасом, позволяла записывать, как определенные нейроны зрительной коры животного реагируют, когда ученые с помощью специального устройства проецируют различные узоры и формы непосредственно на поверхность сетчатки анестезированного зверя.