Как мы видим? Нейробиология зрительного восприятия

Еще Денк проводит много времени в самолетах, потому что его приглашают выступать с лекциями по всему миру. Не сказать чтобы ему нравилась работа лектора; он принимает приглашения, потому что они дают ему возможность пообщаться с нужными людьми. Винфрид – гениальный, как сейчас модно говорить, «шмузер», у которого есть свой метод. Он находит людей, изучающих важные для него научные проблемы, и старается вывернуть их ум наизнанку. Я не раз слышал, как, прознав о новом интересном исследовании, он говорил, что поедет пообщаться с его автором, даже если это был совершенно незнакомый ему человек, проживавший где-нибудь на западном побережье США или в Китае.

Поскольку именно я подсказал Денку заняться нейронами сетчатки с избирательностью в отношении направления, он на протяжении нескольких лет удостаивал меня регулярными визитами. Завершив свое исследование и опубликовав большую статью в журнале Nature, он снова явился ко мне и сказал: «Я разгадал твою проблему. Что будем делать дальше?» К сожалению, на тот момент мне нечего было ему предложить – по крайней мере ни одна из имевшихся в моем поле зрения проблем не могла сравниться в важности с проблемой избирательности к направлению. После этого его визиты прекратились. Не примите это за упрек в его адрес! Визиты Винфрида невероятно полезны нам обоим. Я готов с ним «шмузить» – поболтать на научные темы – в любое время.

В год он получает несколько сотен приглашений: если бы он принимал их все, у него бы не осталось времени ни на что другое. Выступления Винфрида притягательны тем, что он к ним почти не готовится. Он бродит по сцене, периодически утыкается взглядом в пол, иногда забывает, каким будет следующий слайд, и, кажется, говорит все, что приходит в голову. Нет, он умеет формулировать свои мысли с кристальной четкостью – и делает это в письменных работах и профессиональном общении. Просто он не желает тратить время на подготовку столь модных сегодня презентаций. Винфриду всегда есть что сказать, но он предпочитает давать слушателям больше свободы. Я уважаю его за это.

Теперь о коннектоме (connectome). Окончание -ome означает «совокупность», в данном случае – это совокупность всех связей. Таким образом, коннектом есть полное описание всей структуры нейрональных связей в нервной системе организма. Составление коннектома человека – процесс, захватывающий дух своей дерзостью, объемом работы и перспективами, и он вряд ли будет завершен при нашей с вами жизни. Но Винфрид изобрел способ, как это можно сделать, а неодолимая сила научного прогресса позаботится обо всем остальном.

Как определить, связаны ли два нейрона? Для этого нужно найти синаптический контакт между ними, что очень непросто, учитывая крошечные размеры синапсов – примерно от 0,5 до 1,0 мкм. При таких размерах приходится использовать электронную микроскопию, и в этом вся загвоздка. Как вы уже знаете, традиционная электронная микроскопия требует разрезания тканевого образца на ультратонкие срезы толщиной примерно 50 нанометров. Это означает, что нужны сотни и даже тысячи последовательных срезов, чтобы охватить всего лишь один синапс, не говоря уже о расстоянии между двумя клетками. Используя традиционные методы, ни один человек не в состоянии нарезать достаточно срезов, чтобы охватить это расстояние, и, даже если это будет сделано, как затем правильно выровнять эти срезы относительно друг друга?

Денк придумал способ решить эти две проблемы одним махом. Разработанный им метод называется сканированием лицевой поверхности блока. В нем так же используется растровая электронная микроскопия, но, в отличие от традиционного подхода, нет необходимости разрезать образец ткани на тысячи тончайших частей: вы сканируете поверхностный слой тканевого блока, после чего срезаете (и выбрасываете) этот слой. В результате перед вами остается новая лицевая поверхность, которую вы снова сканируете электронным микроскопом. Весь процесс резки автоматизирован. Это также решает проблему совмещения изображений: поскольку тканевой блок остается стационарным, при каждом очередном срезе изображение практически не сдвигается.

Таким образом, метод Денка позволяет получить длинный ряд изображений, представляющих серийные срезы тканевого образца с высочайшим разрешением электронной микроскопии. Разумеется, после этого необходимо преодолеть еще множество технических трудностей, но главное, что это дает нам легко выравниваемые изображения, на которых можно проследить нейронные связи – на скромных пока расстояниях, которые, как мы надеемся, значительно увеличатся в будущем. Каждый срез содержит сотни и даже тысячи нейронов, поэтому их прослеживание – колоссально трудоемкая работа (сложная даже для компьютеров). Но в принципе, если мы проделаем эту черновую работу, в конечном итоге мы получим полную карту всех нейрональных связей.