Себастьян Сеунг - Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть

В ходе работы над этой книгой мне предоставили ценнейшую информацию: Скотт Эммонс и Дэвид Холл – о C. elegans , Аксель Борст – о мушином мозге, Кевин О’Хара – о калифорнийской секвойе, Миша Цодикс и Хаим Сомполински – о моделях ассоциативной памяти, Эрик Кнудсен и Стивен Смит – о рекомбинации связей и переподключении, Карлос Лоис и Фатих Янык – о регенерации, Митя Шкловский и Алекс Кулаков – о принципе «экономии провода», Кристен Харрис – о серийной электронной микроскопии, Гайон Вэй – о полупроводниковой электронике, Дик Масленд и Джош Сейнс – о типах нейронов, Кэти Рокленд и Алмут Шуц – о кортикальной анатомии, Харви Картен и Джерри Шнайдер – об эволюции мозга, Майкл Фи – о птичьем пении, Лу Хуэйцай и Павел Остен – о заболеваниях мозга, Вамси Мута – о биологии, Нико Шифф – о неврологии, Дрейзен и Даника Прелек – о философии и психологии, а Майкл Хауссер и Арнд Рот – о биофизике дендритов. Всем им выражаю свою живейшую благодарность.

Майк Сах и Джон Шон помогали мне написать заявку на эту книгу. Вместе с Джанет Чой и Джулией Кул они комментировали ее финальный вариант. Скотт Нефтлер предложил некоторые забавные сравнения. Мои собратья по перу Сью Коркин, Майк Газзанига, Аллан Хобсон и Лайза Рэндалл давали мне советы в критические моменты. Тщательная редактура и безупречная логика Кати Райс замечательным образом отшлифовали слог книги.

Публичные выступления помогали мне чувствовать дух времени. Так, Ют Мета Бауэр пригласила меня прочесть лекцию для курса визуальных искусств в Массачусетском технологическом институте; Сьюзен Хокфилд привезла меня на Всемирный экономический форум, а Сара Кэддик поспособствовала моему участию в конференции TED-2010 [22].

И наконец, я выражаю признательность Благотворительному фонду Гэтсби, Медицинскому институту Говарда Хьюза и программе «На переднем крае науки о человеке», финансирующим мои исследования в области коннектомики.

Пусть человек созерцает Природу … «Мысли», 72.

« вечное безмолвие …» «Мысли», 206.

… не сосредоточены в отдельном органе . Большинство нейронов и синапсов у этого червя расположены в так называемом нервном кольце. (Собственно, это утверждение верно лишь для червей-гермафродитов, так как нервное кольцо играет меньшую роль у куда более редких червей-самцов.) Нервное кольцо окружает «глотку» червя и является наиболее похожей на мозг структурой. Человеческий же головной мозг содержит подавляющее большинство нейронов нашей нервной системы. Прочие находятся в спинном мозге или рассеяны по другим частям тела.

Рис. 2. Изображение получено с помощью микроскопа методом дифференциального интерференционного контраста (ДИК). Оно представлено на Wormatlas.org, где собрана великолепная база данных об этом черве. Цена деления шкалы – 0,1 мм. Два эллипсоида – черви-эмбрионы.

Рис. 3. Первая карта всей нервной системы C. elegans опубликована Уайтом (White, 1986). Обычно ее считают исчерпывающей, однако она всё же неполна. В 2011 году ее дополнили (Varshney et al.) данными из других источников, однако, по оценкам ученых, около 10 % нервных связей червя всё же пока не картированы. Диаграмму с рис. 3, где отражен итог этой работы, также можно увидеть на Wormatlas.org.

Полный ее объем – миллион страниц . Чтобы бегло ознакомиться с человеческим геномом, можете отправиться на NCBI Map Viewer – www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/ mapview, а затем перейти на страницу, где показаны все хромосомы нашего генома (ищите Homo sapiens , официальное название нашего с вами вида). Кликнув по любой из хромосом, вы увидите более подробную карту, где показано месторасположение отдельных генов. Дальнейшее кликанье покажет вам цепочки ДНК. На рис. 4 показано начало хромосомы 11. Чтобы отыскать ДНК-последовательности для отдельных генов, можно провести поиск по названиям белков, которые они кодируют.

Такого рода уникальностью черви не обладают … Коннектомы червей больше похожи друг на друга, нежели человеческие, однако всё же не идентичны. Эта тема подробнее рассматривается в главе 12.

…« зафиксирован » начиная с момента зачатия … Если мы будем говорить, что наш геном «зафиксирован», то неизбежно допустим некоторое упрощение. Каждая из наших клеток содержит копию нашего генома. (Имеются исключения – к примеру, красные кровяные тельца, они теряют ДНК по мере своего развития.) Эти копии почти идентичны, однако небольшие различия всё же есть. Некоторые из них вызваны ошибками при копировании в процессе деления клеток и могут приводить к возникновению онкологических заболеваний. Другие важны для функционирования организма – например, различия между определенными клетками иммунной системы. Кроме того, ДНК может модифицироваться без изменения своей цепочки. Эти явления относятся к более широкой группе – эпигенетике.

… в миллион раз больше связей, чем букв в вашем геноме . В основе этого сравнения – один квадриллион (10 15) синапсов, результат умножения ста миллиардов нейронов мозга на примерно 10 тысяч синапсов, приходящихся на каждый нейрон. Возможно, это слишком смелая прикидка, не следует принимать ее чересчур всерьез: точного значения она, конечно, не дает. Более надежную числовую оценку дал анализ неокортекса (основной части коры больших полушарий головного мозга): как выяснилось, в нем содержится примерно 0,16 квадриллиона синапсов (Tang et al., 2001).

… и повсюду – фаллические граффити. Beard, 2008.

В мозгу 100 миллиардов нейронов … Одно из недавних исследований дает среднюю величину в 86 миллиардов (Azevedo et al., 2009).

Артур Кит … Keith, 1927. К несчастью для Кита и его репутации, помнят его не по научным открытиям, а по его вере в пилтдаунского человека. Эти останки черепа, якобы принадлежавшего существу, которое являлось недостающим звеном в нашей эволюции, в конце концов были признаны фальшивкой. Пилтдаунский человек стал одной из самых знаменитых мистификаций в истории науки.

… французский физик-теоретик … Кит разрешил это противоречие таким же образом – написав, что «детальное исследование известных нам подробностей жизни Анатоля Франса показывает, что он был во многих отношениях примитивным человеком». Он завершает статью, вновь высказывая свою идею о том, что размеры мозга и степень интеллектуального развития связаны: «Полагаю, в дальнейшем выяснится, что существует тесная взаимозависимость между массой мозга и успешностью его функционирования».

… у людей с более крупным мозгом IQ выше . McDaniel, 2005.

…с высокой точностью можете предсказать… Пусть r – коэффициент корреляции между двумя переменными. Тогда знание одной переменной снижает типичную погрешность предсказания другой на √(1- r ²).