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

В будущем такие исследования, возможно, позволят составить функциональные карты ограниченных областей мозга млекопитающих. В недавней реконструкции крошечной части мозга мыши, проведенной исследователями из Института Макса Планка в Германии, использовали искусственный интеллект и сто студентов-аннотаторов для выявления подтипов тормозящих и возбуждающих нейронов по данным коннектомики. Сложность, которая была обнаружена, была ошеломляющей. Маленькая часть мозга, которую они изучали, составляла чуть меньше 1/10 миллиметра с каждой стороны. Было всего 89 нейронов, клеточные тела которых располагались в этом пространстве, что составляло менее 3 % от общей наблюдаемой «проводки» около 70 мм длиной. Но рядом с данными клетками было втиснуто 2,7 м связующих «проводов» от других нейронов, тела которых были расположены вне исследуемой области. В общей сложности исследуемая крошечная область мозга мыши имела 6979 пресинаптических и 3719 постсинаптических участков, в каждом из которых было по крайней мере 10 синапсов, что составляло в общей сложности 153 171 синапс.

Вспомните, что во всем мозге мыши насчитывается около 70 миллионов нейронов [76].

Проблема понимания принципов функционирования даже простых нервных систем огромна. Группа Мардер показала, что генераторы центральных паттернов упорядоченной активности у разных крабов одного и того же вида, с точно такой же функциональной картой, могут по-разному реагировать на изменения кислотности. А отдельные черви-нематоды, с одним и тем же коннектомом, на одном и том же уровне развития, производят отличающиеся изменения активности электрических синапсов в ответ на голодание, что приводит к поведенческой пластичности и различным реакциям [77]. Не все черви, несмотря на их идентичную на первый взгляд роботоподобную структуру, ведут себя одинаково, в отличие от набора машин с одинаковыми электрическими схемами.

В мозге мыши насчитывается около 70 миллионов нейронов.

В 2015 году многонациональная группа под руководством Мануэля Циммера в Вене измерила активность около 130 сенсорных и моторных клеток в области головы червя [78]. Исследователи не обнаружили мозга у животного, но выяснили, что волны активности передаются по нервной системе, активируя различные группы нейронов – цепи, которые участвуют в определении скорости движения, например, даже если животное обездвижено. Как выразились в отчете, «внутреннее представление о поведении сохраняется, даже когда оно непосредственно не выполняется». Другими словами, червь думал о движении. Интересно, что, несмотря на результаты, полученные в ходе экспериментов на более сложных животных, группа не обнаружила каких-либо одноклеточных представлений сенсорных стимулов (осязание, запах) за пределами непосредственной рецепторной клетки. На данный момент у червя нет «бабушкиных клеток».

* * *

На момент написания этой книги единственным полноценным коннектомом мозга на уровне синапсов (за исключением червя-нематоды) был коннектом личинки асцидии. Она является представителем класса хордовых, поэтому, несмотря на внешность, более тесно связана с вами и мной, чем с беспозвоночным [79]. В ее крошечном мозге всего 177 нейронов и 6618 синапсов, и все же даже в столь маленькой структуре есть левосторонняя асимметрия, хотя количество клеток по обе стороны ее мозга одинаково. Следующим шагом в усложнении коннектома, вероятно, будет завершение изучения мозга на клеточном уровне у насекомого, исследованиям которого я посвятил большую часть своей карьеры, – личинок дрозофилы. В течение многих лет команда ученых из двадцати девяти лабораторий по всему миру под руководством Альберта Кардоны из Исследовательского кампуса «Джанелия» и Кембриджского университета медленно описывала карту синаптических связей мозга личинки.

Анализ изображений срезов с помощью электронного микроскопа – очень кропотливый процесс, даже с использованием современных компьютеров, так что на данный момент мы располагаем информацией только об одной личинке. Исследователи уже знают, что даже среди личинок наблюдаются различия между особями, поэтому выявленная связь, как и геном, не будет давать полной и достоверной информации о каждом представителе вида. Как и в случае с геномом, межиндивидуальные вариации не являются помехой, это захватывающий источник и объяснение различий в поведении, а также они могут раскрыть эволюционную историю вида. Нам нужно понять, как и почему у разных людей формируются различные связи и каковы последствия этого процесса с точки зрения функции мозга.