Как мы видим? Нейробиология зрительного восприятия

Мало кто может сравниться с Винфридом Денком, директором Института нейробиологии Общества Макса Планка в Мартинсриде, Германия, в креативности научного мышления. Вот его секрет: самые плодотворные творческие идеи приходят ему в голову между полуночью и четырьмя часами утра.

Денк – высокий, крепкого телосложения человек с взъерошенной шевелюрой и аккуратной бородкой. Его редко увидишь без улыбки. Поиск в Google выдает всего одну фотографию. На ней Винфрид предельно серьезен, одет в белую рубашку, пиджак и галстук, притом что обычно он предпочитает джинсы и рубашки в стиле кэжуал. Строгий официальный портрет был сделан по случаю присуждения исследователю премии Кавли, одной из самых престижных наград в области нейронаук, – вероятно, учредители премии потребовали, чтобы Денк предстал в образе «настоящего» серьезного ученого.

Эту и другие награды Денк получил за замечательную серию научных разработок, в основном в области физики и оптики. Его первым достижением стало усовершенствование конфокального микроскопа. Конфокальный микроскоп, о котором уже упоминалось выше, представляет собой разновидность светового микроскопа, но с гораздо более высоким разрешением. Конфокальная микроскопия соединяет оптическую микроскопию и компьютерный анализ – в ней нет изображения в традиционном смысле; вместо этого производится точечное сканирование образца, и эти серии отсканированных точек собираются вновь и дают цифровое изображение. Технология быстро завоевала сердца исследователей и в настоящее время стала отраслевым стандартом.

Эту работу Денк проделал, будучи постдоком в Корнеллском университете, под руководством наставника Уотта Уэбба. Конфокальная микроскопия существовала и раньше, но скорее в виде полутеоретических разработок; Винфрид превратил ее в удобный, полезный инструмент для биологов. Следующее изобретение – двухфотонный лазерный микроскоп – он разработал и запатентовал вместе с Дэвидом Танком во время короткого периода работы в знаменитом исследовательском центре Bell Labs, который сегодня, к сожалению, лишился своего статуса мировой фабрики идей и инноваций, пав жертвой интересов большого бизнеса. Двухфотонная микроскопия обладает гораздо большей проникающей способностью, чем конфокальная: она позволяет глубже заглянуть внутрь толстых образцов, с меньшим повреждением тканей.

Затем Денк вернулся в Германию и возглавил Институт медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге. Получив в свое распоряжение значительные ресурсы, он нанял команду инженеров, программистов и техников и расширил масштабы своей научной деятельности, занявшись не одним, а сразу двумя крупными проектами.

В первом Денк объединил силы с младшим сотрудником Томасом Эйлером, чтобы с помощью двухфотонной микроскопии попытаться разрешить полувековую загадку такого свойства сетчатки, как избирательность в отношении направления. Для этой цели Денк и его коллеги выбрали так называемый звездчатый тип амакриновых клеток. Стимулируя сетчатку движущимся раздражителем, они наблюдали за одной из таких клеток через микроскоп. (Это можно было сделать только с помощью двухфотонного микроскопа, поскольку тот использует свет с такой длиной волны, которая почти не возбуждает палочки и колбочки. Излучение обычного светового микроскопа засвечивало бы фоторецепторы, и те бы не реагировали на тестовый стимул.) Благодаря предварительно введенному в сетчатку индикатору активности исследователи могли видеть, когда звездчатая клетка реагировала на тестовый раздражитель. К своему удивлению, они обнаружили, что те амакриновые клетки, которые синаптируют с избирательными к направлению ганглионарными клетками, сами являются избирательными в отношении направления: если не вдаваться в подробности, именно эти звездчатые клетки заставляют ганглионарные клетки быть чувствительными к направлению.

Одновременно Денк занимался разработкой инновационной технологии – на этот раз не микроскопа, а устройства, позволяющего обойти некоторые сопряженные с использованием микроскопов проблемы. Его изобретение может внести поистине огромный вклад в развитие нейронауки.

Но прежде, чем углубиться в эту область, которая получила название коннектомика, давайте поближе познакомимся с modus operandi Денка. Как я уже сказал, он работает по ночам – хороший способ выкроить несколько часов тишины и покоя. Но что он делает в своем кабинете в два часа ночи? Нет, он не тратит это драгоценное время на стандартную профессорскую рутину вроде подготовки к лекциям, рецензирования рукописей и т. п. Что касается руководства институтом, то он поручает всю трудоемкую или нетворческую работу своим сотрудникам. По ночам он читает и размышляет – то, чем большинство из нас занимается лишь урывками, Денк делает обстоятельно и глубоко.