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

Одним из методов, способных дать некоторое представление о данном вопросе, является транскриптомика одиночных клеток (еще одно слово на «-омика», относящееся к активности генов в клетке). Исследователи недавно описали идентичность 30 000 нейронов мозга мыши, идентифицировав их частичный транскриптом на основе активности 1000 генов [80]. С точки зрения техники это высший пилотаж, но он тем не менее лишь подтвердил верность принципа: геном мыши содержит более 20 000 генов, кодирующих белок (немного больше, чем у человека[252]), в то же время в мозге мыши находится около 70 миллионов нейронов, поэтому в исследовании рассматривалось 4 % генов мыши и, возможно, 0,04 % нейронов ее мозга. Однако данное исследование подтверждает, что в итоге будут доступны новые способы классификации всех нейронов в мозге, не только на основе их строения и расположения, но и генов, которые в них экспрессируются.

«Многие ученые считают, что мы тонем в потоке данных о структуре мозга, в то время как на самом деле нам нужны более четкие теории и идеи о том, как все это сочетается».

Одна группа исследователей уже смогла определить профиль активности генов отдельных нейронов в зоне мозга мыши, известной как преоптическая область гипоталамуса, и связать выявленные различия с поведением. А другие ученые установили, что в двух областях коры мыши находятся 133 различных типа клеток, идентифицируемых по генам, а не по своему строению [81]. В некотором смысле эти 133 типа отражают различные функции, поскольку указывают на то, что клетки определенного типа реагировали на окружающую среду сходным образом, активируя и деактивируя заложенные в них гены. Это показало, например, что некоторые нейроны, использующие нейромедиатор глутамат, имеют особый профиль активности генов, который связан с их дальнодействующими связями в мозге. А транскриптомное профилирование позволило исследователям выявить два новых типа нейронов, участвующих в контроле движения [82].

Неясно, приведет ли такое детальное изучение к углубленному пониманию или просто позволит собрать больше информации. Многие ученые считают, что мы тонем в потоке данных о структуре мозга, в то время как на самом деле нам нужны более четкие теории и идеи о том, как все это сочетается. Как отмечал в 1998 году пионер нейробиологии Вернон Маунткасл: «Само по себе знание структуры не дает прямого понимания динамической функции. Вопросы “где?” и “как?” не тождественны» [83].

Хотя утверждение Маунткасла, безусловно, верно, новейшие функциональные карты благодаря современным методам представляют собой уже не просто схемы – они также могут быть инструментами для исследования функции. Так, например, в мозге личинки дрозофилы одновременно пытаются найти ответы на вопросы «где?» и «как?». На момент написания книги коннектом из 10 000 нейронов, составляющих мозг личинки, был завершен на 70 %. Существующий проект описывает поразительные два метра нейронов и 1,36 миллиона синапсов. Окончательный проект, вероятно, будет содержать информацию примерно о 2 миллионах синапсов – все они упакованы в структуру размером с точку над буквой i. Из-за того, что клетки нашли с помощью генетических методов, эта предварительная карта «где?» была использована группой Марты Златик в исследовательском кампусе «Джанелия» для поиска ответа на вопрос «как?». Нейронные основы важнейших поведенческих реакций, контролируемых мозгом личинки (например, отскакивание от острого укола или питание), – помогли элегантно описать функции каждого компонента системы [84]. Также значительную пользу может принести изучение изменения активности отдельных нейронов. Собираются данные о транскриптомике одиночных клеток, иллюстрирующие, как трансформируется работа нейронных сетей в мозге личинки под влиянием различных стимулов.

Несмотря на впечатляющий прогресс и многообещающие гипотезы, мне кажется, что, наверное, пройдет не менее полувека, прежде чем мы наконец поймем мозг личинки. То есть сможем полностью смоделировать его работу и точно предсказать, как изменение активности одного нейрона повлияет на всю систему в самых разнообразных условиях. Фактически, мы можем быть все так же далеко от понимания человеческого мозга. Не все так пессимистичны. В 2008 году Джерри Рубин, создатель исследовательского кампуса «Джанелия», где координируется большая часть работы над коннектомом дрозофилы, предположил, что понимание мозга взрослой мухи – значительно более крупного и сложного, чем мозг личинки, – займет около двадцати лет. А что потом? «После того, как мы решим эту проблему, я бы сказал, что мы прошли одну пятую часть пути к пониманию человеческого разума», – сказал он [85].