30 марта на «Винзаводе» в рамках фестиваля популярной науки Фонда «Династия» можно было получить знания о том, как устроена человеческая память. Об этом рассказал Константин Анохин, профессор, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией нейробиологии памяти Института нормальной физиологии РАМН. (См. также репортаж о лекции его коллеги Стива Поттера «Нейронаука как искусство»).
Он опросил ведущих ученых, какие самые крупные из нерешенных вопросов стоят перед наукой. Были выделены два вопроса: какова материя, из которой состоит Вселенная, и как устроено сознание.
В истории человеческой цивилизации были разные эпохи, когда ищущие умы стремились осваивать новые проблемы и пространства. По мнению Анохина, в ближайшее десятилетия все великие ученые займутся изучением самой большой загадки — головного мозга.
С этим есть сложности. Лектор показал слайд с изображением мозга лабораторной мыши, в котором содержится около 75 млн. нервных клеток. Одна из областей — гиппокамп. Многие воспоминания образуются именно здесь. Константин продемонстрировал красивое видео: у нервной клетки есть тело и отростки, по которым она получает и передает информацию. Причем у одной клетки может быть до 20 000 контактов. Она постоянно движется, отростки находятся в поиске — это связано с сигналами, которые посылают другие нервные клетки. И в ситуации, например, обучения и формирования памяти, клетки способны образовывать новые контакты или соединяться с другими нейронами. Эта «Вселенная», этот сгусток материи, способен генерировать мысли, чувства и поведение.
Причем это происходит универсально. Одна из великих ошибок одного из великих умов — Рене Декарта — остановившая прогресс, заключалась в его предположении, что мозг животных преставляет из себя чисто механическое устройство, что у них нет души, воли и сознания.
Как писал Дарвин в записных книжках, только тот, кто понимает, как устроен мозг бабуина, может сделать больший вклад в метафизику, чем Локк.
Константин Анохин. Фото Маши Федоренко
Лабораторная мышка обладает способностью не только запоминать и чувствовать, испытывать эмоции, но и думать, продумывать свои действия вперед — это очевидно из анализа поведения нейронов. Но как устроено сознание, как частицы сознания расположены в мозге?
Чем отличается мозг человека? Конечно, в нем больше нейронов — целых 68 млрд. плюс—минус 8 млрд. Но в мозге слона — 200 млрд. нервных клеток. Размеры тоже больше, чем у мыши. Человеческий мозг весит 1300—1500 граммов, столько же весит мозг дельфина. Мозг слона весит 5 кг, а кашалота — 8 кг. Головная кора стала увеличиваться с развитием языка. У мыши в головной коре и мозжечке нервных клеток поровну. А у человека в коре — 16 млрд, а в мозжечке — около 42 млрд. При этом нарушения в мозжечке не приводит к драматическим нарушениям в личности. Почему? Непонятно.
Анохин показал два слайда: на одном был томографический снимок здорового человека, а на другом — снимок человека, у которого почти весь мозг был заполнен спинномозговой жидкостью. Этот человек, чей снимок был на экране, работал клерком и никаких проблем не испытывал, и после общения с изумленными врачами вернулся к обычному образу жизни.
— Так нужны ли нам... — начал Константин.
— Эти клерки! — засмеялась одна из посетительниц лекции.
Он привел еще пару примеров и описал несколько грандиозных образов, иллюстрирующих величие и сложность устройства мозга.
Но в последние 20 лет наука достигла новых вершин: теперь можно исследовать, что происходит в мозге при появлении мыслей и приобретении нового опыта.
Константин продемонстрировал еще один видеоролик: на нем можно было видеть картинки, которые показывали испытуемому, и кривую импульсов, которые посылают его нервные клетки. Оказалось, что на Мэрилин Монро или американских футболистов — никакой реакции. А вот на Симпсонов — целый всплеск активности. Потом его попросили вспомнить картинки, параллельно записывая импульсы его нервных клеток — они снова отреагировали на воспоминание о Симпсонах.
— Это значит, что наш поток сознания связан с нашим когнитивным опытом и работой определенных клеток, — заключил Константин.
Фото Маши Федоренко
Затем Анохин показал видео про кролика, в мозг которому вживили устройство, регистрирующее деятельность нервных клеток. Для того, чтобы получить пищу, он должен был тянуть за кольцо или нажать на педаль. И выяснилось, что за разные действия отвечают разные нейроны.
— Значит, кролик с помощью этого нейрона знает, как нажать на педаль, — сказал Константин.
Следующим героем стала мышь, которая залезала в крышку. Перевернутая крышка была ее гнездом, а когда крышку ставили «на попа», мышь не пыталась в нее залезть и гнездом не считала. Когда она залезала в крышку, действие определенного нейрона прекращалось. Так вот, у животных миллионы таких специализированных в результате индивидуального опыта клеток.
И снова не обошлось без проблем. При регистрации деятельности нейронов, мы получаем только узенькую щелочку, можно сказать, смотрим через дверной глазок на нее. Но щелочку можно расширить.
На примере очередной крысы Анохин доказал, что при обучении у нас активируются нервные клетки в разных областях мозга, которые объединяются в ансамбли — это и есть наши воспоминания. А с помощью цыпленка ученый объяснил, что «след памяти», позволяющий птенцу узнавать свою маму, содержится у него в определенных нейронах.
Но больше всего, судя по всему, Анохина увлекают флюоресцентные белки (ударение на первый слог, как ни странно). Они позволяют подглядывать за работой генов. Белки синтезируются и накапливаются в той клетке, которая накапливает память. Их можно увидеть, если осветить волной определенной длины. Перед учеными встала новая проблема — свет рассеянный, белки плохо видно. И тогда, побеседовав со старыми анатомами, они изготовили мозг-невидимку. Сложность была в том, что коэффициент преломления света разный при прохождении его через те или иные ткани. Ученые взяли и выровняли этот самый коэффициент.
Судя по слайдам, Анохин говорил правду: изумленные посетители лекции впервые увидели перед собой мозг-невидимку.
Осталось только понять, какое устройство использовать, чтобы изучать это чудо. Обычный микроскоп работает так: объект внизу, а мы смотрим на него сверху. По методу Рихарда Зигмонди, за который он получил в 1925 году Нобелевскую премию, все происходит по-другому: на пути пучка света, который установлен сбоку от исследуемого объекта, находится тонкая линза. Она позволяет увидеть объект в разных плоскостях и видеть те гены, которые надо.
И тогда Константину и коллегам удалось увидеть «Вселенную» мозга мыши в клеточном разрешении. Он показал зрителям слайд, где можно было увидеть гиппокамп мыши, столкнувшейся с «пугающим для нее опытом». Он выглядел очень радужным — клетки, которые запомнили неприятный опыт, светились. Ученым удалось понять, сколько клеток нужно, чтобы сохранить один опыт.
Все это — инструменты, которые позволяют «осветить» и человеческую память. Можно расшифровать молекулярный алфавит памяти, если понять, какие белки ее хранят.
Но вскоре ученые столкнулись с фактами, которые заставили их усомниться, что память работает именно так. На мысли об этом их натолкнуло исследование о том, как люди в разных ситуациях формируют память. Психоаналитики обладают богатым материалом, и они считают, что память не является чем- то неизменным. Она может трансформироваться и разрушаться. Воспоминание — всегда творческая работа, на нее можно влиять. Неужели так и у животного?
Ученые еще немного помучали мышей и выяснили, что наша память, действительно, постоянно меняется. Новые события могут замещать старые. Но как это происходит — неизвестно, ведутся исследования. Возможно, старые «следы памяти» все же хранятся в мозге и могут быть возвращены.
В заключение Константин выразил надежду, что загадок осталось еще много — хватит всем. Кое о чем, кстати, можно почитать в публичной беседе «Языки мозга» с Татьяной Черниговской и Константином Анохиным.
