Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

Начиная с 1980-х годов, с усовершенствованием молекулярных техник изучения и манипулирования генами этих и других видов, наши возможности в исследовании мозга существенно расширились. Новые инструменты позволили визуализировать нейроны и нейронные структуры такими способами, о которых в прошлом даже не мечтали. Были составлены новые карты мозга и нервной системы, последние из которых позволили идентифицировать ранее неизвестные типы нейронов на основе экспрессии генов[239], а не формы клеток. Объектом интенсивного изучения стали новые организмы, такие как крошечные рыбки данио-рерио, выбранные в качестве модели в биологии развития позвоночных. Стали доступны новые способы манипулирования нейронной активностью: от мышей, у которых был удален определенный ген, до системы у дрозофил для экспрессии любого гена из любого организма практически в любой ткани. Новейшее достижение – использование оптогенетики для буквального включения и выключения нейронов, а также инструмент редактирования генома CRISPR/Cas9, который, в принципе, позволяет манипулировать любым известным геном практически у любого животного[240].

* * *

В 1993 году, через семь лет после публикации полной функциональной карты червя-нематоды, Фрэнсис Крик и Эдвард Джонс выпустили статью в Nature, которая, начиная с ее названия, оплакивала «Отсталость человеческой нейроанатомии» [33]. Они были поражены исследованием основных путей в коре макаки, результаты которого двумя годами ранее представили Дэниел Феллман и Дэвид Ван Эссен [34].

Мы до сих пор не понимаем подробностей того, как устроен мозг, за исключением простейших организмов, таких как червь.

Эта статья включала чрезвычайно сложную и многократно воспроизводимую сводную диаграмму, показывающую 187 высокоуровневых связей между 32 выявленными зрительными областями. В отличие от детального понимания мозга макаки, Крик и Джонс описали «постыдную» скудность современных знаний о человеческом мозге:

«Условно можно предположить, что карта связей зрительных областей коры головного мозга человека будет аналогична карте макаки, но это предположение необходимо проверить. Для других кортикальных областей, таких как языковые, мы не можем использовать мозг макаки даже в качестве грубого ориентира, поскольку в нем, вероятно, нет сопоставимых областей.

Невыносимо, что мы не располагаем такой информацией о человеческом мозге. Без нее почти нет надежды на точное понимание функционирования человеческого мозга – разве что на самое приблизительное».

В то время не существовало специального понятия для того, что описывали Крик и Джонс. Но в 2005 году два исследователя придумали по отдельности термин, обозначающий «всеобъемлющее структурное описание сети элементов и связей, образующих человеческий мозг»[241] [35].

Это было слово «коннектом», одно из многочисленных слов на «-ом» и «-омика», наводнивших науку после появления генома и геномики в повседневном языке [36]. Проще говоря, слова, оканчивающиеся на «-ом», – это то, что группирует вместе каждый пример конкретного биологического явления, в то время как «-омика» – это научные области, занимающиеся изучением конкретных «-омов».

Отчасти в результате инициативы Крика была начата целая серия проектов, чтобы предоставить ученым базу для описания нейроанатомии мозга у разных животных: от мух до пиявок, от мышей до людей. В применении к более крупным животным, включая человека, термин «коннектом» часто используется довольно свободно. Под ним имеют в виду карту крупномасштабных связей между областями мозга, как у макаки, которая раздразнила Крика и Джонса, а не истинный коннектом, который был бы основан на отдельных клетках и их синапсах[242]. В таких картах есть четыре различных уровня связей: макросоединения между областями мозга, мезосоединения между типами нейронов, микросоединения между отдельными нейронами и наносоединения в синапсах [37]. Каждый из них говорит о разном, но не всегда ясно, какой тип коннектома ученые имеют в виду, когда описывают свои исследования.