Он, она и мозг. Взгляд нейробиолога на наши сходства и различия - Маркус Хейлиг

информация от гиппокампа позволяет нам решить, вызывать ли воспоминание о страхе или нет. Но не было возможности уверенно это доказать. Сейчас ученые могут пометить нервные пути, идущие от гиппокампа в центр страха мозга, миндалину, и в другой центр в лобной доле мозга, контролирующий реакции страха. Если отключить с помощью лазера эти – и только эти нервные пути, мышь больше не сможет отличить ситуацию, в которой она должна бояться, от той, в которой причин для страха нет. Она не смогла бы смотреть со мной фильм, в котором начнется погоня и будут сигналить машины.

Рисунок 7. Многие нервные волокна такие тонкие, что их можно увидеть только под микроскопом. Другие волокна собираются в толстые пучки, которые можно увидеть невооруженным глазом при вскрытии. Здесь мозг разрезан пополам на уровне лобных долей. Белое вещество – пучки нервных волокон. Тот, что в середине, связывает два полушария. (Особая благодарность за эту фотографию Мартину Халлбеку из Университета Линчепинга.)

Эти исследования показывают важность дальних связей в системе нервных путей мозга. И речь не только о том, где начинается путь и куда он ведет, а о силе связей. Если можно отправить много информации одновременно, трафик становится более эффективным. Если информацию передать нельзя, например когда ученые обрубили путь лазерным лучом, информация не поступит на процессор, в который она отправлялась. Можно легко представить себе различные степени силы связи, или связности. Чем больше волокон соединяют два локальных процессора, то есть чем лучше структурная связность, тем вероятнее, что они будут эффективно работать вместе, то есть будут иметь высокую функциональную связность.

Мы пока не можем использовать оптогенетическую методику на людях, хотя Карл Дейссерот и его коллеги убеждены, что однажды такая возможность появится. Но другой технический прорыв сделал возможным изучение связности в живом мозге человека.

IV

Университетский госпиталь Сконе еще назывался Лундской больницей, когда мы только-только получили наш первый аппарат МРТ. Потом за развитие этой технологии была присуждена Нобелевская премия[131], и она перевернула науку и медицину. Тогда же у меня было очень слабое представление о том, как он работает, но я помню, как я был потрясен, впервые увидев снимки живого человеческого мозга. Ну и немного недоволен, конечно. Раньше, чтобы получить изображения мозга приемлемого качества, мне приходилось часами сидеть в лаборатории, разрезая замороженные ткани мозга на пластинки толщиной в микрон. Затем нужно было несколько дней обрабатывать срезы красителем и разными химикатами. И только тогда слайды со срезами мозга можно было положить под микроскоп, один за другим. Здесь же достаточно попросить живого человека засунуть голову в огромную железную бочку и через полчаса получить почти идентичные детальные изображения. Снимки «срезов» можно было даже перелистывать на компьютере. Это просто несправедливо. Первые снимки, те самые, вызвавшие мою зависть, были фотографиями структуры мозга. Они напоминали фотографии, которые мы делали с помощью микроскопа, только без необходимости изымать мозг. По мере совершенствования техники мы смогли с большими подробностями изучать опухоли, кровоизлияния, тромбы и другие причины болезней пациентов. Объединяя множество снимков срезов, можно было реконструировать 3D-модель мозга, а также появилась возможность измерять объем различных его частей. И порой это приносило неоценимую пользу. Злоупотребление алкоголем со временем приводит к тому, что пациенты теряют серое вещество в извилинах головного мозга, и нелишне иметь возможность измерить потери. То же относится и к людям, которые не лечат депрессию и теряют часть объема гиппокампа[132]. Эти измерения важны как с клинической, так и с научной точки зрения, а вот ценность некоторых других была сомнительна, поскольку тогда измеряли все, что только можно было измерить. Это неизбежное следствие появления новых технологий.

С тех пор произошел буквально взрывной рост исследований. Название «магнитная камера» может легко увести мысль в неправильном направлении.

Давайте уточним: если каждый прибор, который делает снимки, – это камера, то магнитно-резонансный томограф тоже можно назвать камерой. Но пусть название вас не обманывает. В таком случае телескоп «Хаббл» – тоже не что иное, как камера. Аппарат МРТ можно использовать как камеру, но он способен и на многое другое, а находчивые физики и исследователи мозга постоянно находят инновационные способы применения этого прибора для решения новых задач. При этом базовые принципы остаются неизменными. Аппарат посылает магнитные импульсы, заставляющие протоны в тканях тела выстраиваться друг за другом, как по команде. И это можно осуществить бесконечным множеством способов. А когда протоны возвращаются в свое нормальное состояние, можно в разные временные промежутки замерять эхо и по-разному обрабатывать его на компьютере. Эти вариации близки к бесконечности.

Один из таких способов, о котором вы могли слышать, функциональная МРТ, или фМРТ. Вы могли это видеть: человек шевелит пальцем, и часть коры головного мозга, отвечающая за это движение, начинает светиться. Или когда кто-то выигрывает в простой компьютерной игре, и становятся видны пятна активности в том месте, которое журналисты любят называть «центрами удовольствия». Активные нервные клетки используют чуть больше кислорода, чем отдыхающие, и потому забирают больше кислорода из ближайшего потока крови. Эту небольшую разницу можно измерить с помощью аппарата МРТ. Именно технология фМРТ виновна в том, что многие непрофессионалы (а может, и некоторые студенты-медики) считают, что в двигательной коре действительно зажигаются красные огоньки, когда человек шевелит пальцем[133].

Этот аппарат способен и на многое другое. И некоторые из этих методов не имеют отношения к камере, а в одном из важнейших нет никаких снимков. Вместо этого он позволяет измерять микроскопические уровни химических веществ в мозге. С помощью этой методики можно увидеть изменения в уровнях отдельных нейромедиаторов (сигнальных веществ), вызванных заболеванием или препаратами.

Но лучше всего аппарат МРТ показывает себя в контакте с водой, которой богаты наши ткани. Больше 70 % нашего мозга состоит из воды. Если мы хотим измерить микроскопическое количество сигнальных веществ, огромное количество воды становится раздражителем. Но бывают ситуации, когда вода становится носителем важной информации, и ее огромное количество становится преимуществом.

Молекулы воды не стоят на месте. В ванне молекулы свободно двигаются во все стороны, а их распространение ограничено только тем, что они сталкиваются друг с другом. Это явление называется свободной диффузией, и его можно сравнить с ванной, в которую бросили тысячу мячиков для настольного тенниса, которые стали отскакивать друг от друга. Вода стремится к этому и в тканях нашего тела. Но здесь ее диффузия ограничена. Внутренняя часть наших клеток отделена от внешнего мира буквально водостойкими стенками. При