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

Благодаря проекту Питера была установлена корреляция между воздействием домоевой кислоты и повреждением гиппокампа у морских львов, но многое еще оставалось неизвестным. В самых тяжелых случаях у морских львов наблюдалось очевидное усыхание гиппокампа, но нужно было понять, ограничиваются ли нарушения только этим. Гиппокамп связан со многими частями мозга. Как сказывается его повреждение на этих связях? Возможно, одним из первых последствий воздействия домоевой кислоты, еще до удара по гиппокампу, оказывается разрыв сообщения между областями мозга.

И хотя Питер проводил своим морским львам МРТ, простое структурное сканирование ответа на эти вопросы не давало. Здесь начиналась область коннектомики – связей и соединений. Требовался другой тип томографии. Тогда-то и пришла пора подключиться мне.

На второй год работы в моей лаборатории в Эмори Питер договорился с Центром реабилитации морских млекопитающих, чтобы они присылали нам мозг морских львов, которых не удастся спасти. Первый экземпляр прибыл запакованным в два слоя полиэтилена, бултыхаясь в паре ложек бурой жидкости, налитой для защиты от пересыхания. Размером он был примерно с приплюснутый грейпфрут. На пакете кто-то надписал кличку морского льва – Совенок (Little Hoot).

Я попытался представить, каким он был. Некрупный. Невероятно обаятельный. Наверное, слегка дурашливый.

Мне стало грустно. Конечно, это был не первый мозг, который мне довелось держать в руках, – я их уже навидался, и человеческих, и звериных, нередко зная и имя бывшего обладателя. Но если человеческое имя мало что сообщает о личных особенностях носителя, то у животных клички обычно говорящие. По крайней мере, так нам кажется.

– Небольшой, – констатировал я.

– Наверное, детеныш, – предположил Питер.

Оплакивать гибель Совенка смысла не было. Я его даже не знал. Лучше попытаться сделать его смерть не столь напрасной, узнав немного больше об устройстве и функционировании мозга морских львов. Мы с Питером намеревались картировать связи гиппокампа при помощи методики, которая к тому времени уже широко применялась в нейровизуализации человеческого мозга. Называется она диффузионно-тензорная визуализация, или ДТВ.

ДТВ является разновидностью МРТ и построена на том, что движение молекул воды в мозге происходит неравномерно. Будь мозг однородной массой, молекулы воды перемещались бы внутри него беспорядочно, им было бы безразлично, в каком направлении двигаться. Однако мозг – это высокоорганизованная структура. Белое вещество, заключающее в себе аксоны нейронов, образует шоссе и автострады мозга. Молекуле воды, попавшей в белое вещество, двигаться поперек волокон затруднительно, поскольку это вещество состоит в основном из жира и холестерина – субстанций, которые не смешиваются с водой. Поэтому молекула воды выбирает путь наименьшего сопротивления и движется вдоль аксонов. Определяя преимущественное направление движения воды в том или ином участке мозга, диффузионная МРТ позволяет картировать белое вещество.

Чтобы оценить воздействие нарушения работы гиппокампа на остальные отделы мозга, нам требовалось сперва составить карту всех соединений в белом веществе. Для мозга морского льва этого еще никто не делал, поэтому у нас не было даже отправных точек.

План Питера состоял в том, чтобы собрать максимальное количество образцов мозга, как попавшего под токсическое воздействие домоевой кислоты, так и не попавшего. Тогда мы сможем посмотреть, как домоевая кислота разрушает нормальную схему соединений. Выполнить картирование такого типа на мертвом мозге – задача непростая. Без циркуляции крови по сосудам мозг при сканировании не выдаст и малую долю того сигнала, который выдает живой. С другой стороны, шевелиться испытуемый уж точно не будет.

Несмотря на достаточно узкую специализацию подобных исследований, посмертную ДТВ человеческого мозга успешно проводили уже несколько научных групп. Времени на это уходило много – от двенадцати часов и больше, и сигналы поступали слабые, что сказывалось на качестве реконструкции путей в белом веществе. В надежде улучшить качество получаемого изображения специалист по физике МРТ из Оксфордского университета Карла Миллер принялась экспериментировать с альтернативными способами настройки программного обеспечения МРТ. К 2012 году она уже достаточно преуспела и продемонстрировала возможность получить с помощью своего метода высококачественные изображения диффузионной МРТ мертвого мозга вдвое быстрее, чем при обычной процедуре. Как ни странно, ее достижения остались почти незамеченными, поскольку очень немногих интересовало сканирование мертвого мозга в принципе. Однако меня эти новости привели в восторг, и я связался с Карлой, чтобы узнать, не поможет ли она нам в работе с мозгом морских львов. Обрадовавшись, что ее программы все-таки кому-то нужны, она немедленно выслала инструкции по установке их на наш томограф.