Конечно, одного этого эффекта недостаточно. Нужны большие целенаправленные исследования, чтобы глубже разобраться в открытиях, сделанных «по ошибке», и объяснить их. Но и наше наблюдение, согласно которому физическая активность стимулирует нейрогенез взрослых, было из числа совершенно неожиданных. С тех пор мы пытаемся осмыслить эти поразительные данные. Вырастить из серендипити нечто устойчивое – это зачастую каторжный труд.
Ричард Моррис и его лабиринт
Уже первые из наших опытов с обогащенной средой позволили предположить, что обучение стимулирует нейрогенез взрослых. Отсюда возникли два вопроса: во-первых, верно ли это предположение, во-вторых, оказывает ли и нейрогенез взрослых положительное действие на обучение, в обратном направлении? Вторым вопросом мы займемся в следующей главе. Исторически ответ на него тоже был получен позже, чем на первый. В 1997 году мы провели классический поведенческий тест, чтобы показать, что животные, которые живут в обогащенной среде и демонстрируют более высокий уровень нейрогенеза, также более обучаемы. Результат был убедительным, но, конечно, связь могла быть и косвенной. Оставалось показать, что животные лучше обучались именно потому, что у них были новые нейроны.
Для поведенческого теста мы использовали водный лабиринт, который изобрел исследователь мозга Ричард Моррис, теперь работающий в Эдинбурге, и который назвали его именем. В науке «водный лабиринт Морриса» (the Morris Water Maze) – это устойчивое выражение. В свободное время Моррис увлеченно занимается парусным спортом; может быть, поэтому он и придумал тест, который проводят на воде. Многие думают, что в поведенческих тестах с грызунами всегда используется классический лабиринт с ходами. Это милый стереотип, такой же неверный, как и почти все стереотипы. Дело в том, что для задач на пространственное ориентирование использовать настоящий лабиринт, как правило, довольно непрактично. Чтобы проложить путь по вольеру, мыши и крысы оставляют, как нить Ариадны, пахучие метки, которые человек не распознает. В процессе теста грызуны находили бы дорогу назад, как Гензель и Гретель по камушкам, которые они разбросали по дороге. При этом мы бы понятия не имели, как они это сделали. Однако, как известно, во второй части сказки трюк не удался, потому что Гретель взяла вместо камушков хлебные крошки, а их склевали птицы, и след исчез. Моррис придумал нечто подобное. Его водный лабиринт представляет собой сложную пространственную задачу и исключает всякие вспомогательные средства, которые животные могли бы использовать наряду с памятью, оставляя невидимые устойчивые следы. Секрет прост: вместо того чтобы бегать, животным приходится плавать. В воде невозможно оставить устойчивую пахучую метку. Но кроме того, так называемый водный лабиринт Морриса – это уже вовсе не лабиринт, а круглый бассейн, на водной поверхности которого животные ориентируются по знакам, находящимся снаружи. Мыши плавают хорошо, но без удовольствия. Когда их сажают в бассейн, они сильно мотивированы, чтобы найти выход. Но выход спрятан. В бассейне есть маленькая платформа, покрытая водой так, что животные не могут видеть ее, когда плывут. Используя удаленные ориентиры, они должны отметить место платформы на своеобразной мысленной карте и затем снова найти его. Упражнения длятся от полуминуты до полутора минут. Сначала мыши плавают хаотично, но после некоторой тренировки они направляются к платформе по прямой, независимо от того, в какое место бассейна их поместили. Чем быстрее и лучше животное учится, тем меньше раз ему приходится выполнить упражнение и тем в среднем короче оказываются расстояние и время до цели. Это хорошо получается, когда мыши живут в обогащенной среде (см. рис. 23 на вклейке).
На самом деле этот тест можно провести и на человеке. Обычно организуют виртуальную версию, где человек плавает на компьютере. Но мы с коллегами Питером Райтом и Генри Шульцем из Хемницкого технического университета однажды запустили группу студентов-физкультурников поплавать в настоящем водном лабиринте в озере. Оказалось, что, по существу, человек ведет себя в этом тесте так же, как и мышь.
Неожиданный результат в контрольной группе
Мы с Генриеттой ван Прааг использовали водный лабиринт Морриса в первых опытах, с помощью которых пытались установить, правда ли, что не только обогащенная среда в целом, но и узконаправленное обучение может стимулировать нейрогенез взрослых. При этом возник вопрос, как в случае положительного результата мы собирались заключить, что соответствующий эффект вызывает не само по себе плавание в бассейне водного лабиринта. Ведь в конечном счете это уже обогащенная среда.
Чтобы решить эту проблему, проще всего выделить группу животных, которые будут плавать в другом бассейне, причем в течение того же времени, которое остальным мышам в этот день понадобилось, чтобы научиться выполнять задание. Но в этом другом бассейне учиться совершенно нечему, потому что в нем нет платформы, которую можно было бы найти. Для полной уверенности мы даже выделили третью группу, которая просто вела физически активную жизнь. Так мы хотели дополнительно проконтролировать, не оказывает ли сама по себе подвижность в любой среде соответствующего эффекта на нейрогенез взрослых. Сделать это очень легко, потому что мыши будут чрезвычайно активными, если дать им такую возможность. Как и хомяки, которых держат дома, они интенсивно пользуются установленным в клетке колесом. И, как и хомяки, мыши бегают практически всю ночь (а днем спят, к большому разочарованию детей, которым тех или других дарят в качестве домашних животных), в общей сложности часто пробегая по нескольку километров. В наших опытах получалось от трех до пяти километров, как показал небольшой счетчик на колесе. В более поздних экспериментах нам удавалось замерять ночные дистанции длиной до 12 километров, тот же результат получали в своих опытах и другие исследователи. Трудно поверить, но эти данные хорошо отражают активность мышей в дикой природе. Это имеет некоторое значение, потому что в такой клетке заняться больше особо нечем, и можно было бы предположить, что от скуки мыши бегают слишком много или, как большинство людей, слишком мало.
Илл. 23. Колесо, установленное в британском парке, показало: мышам нравится бегать в нем даже на лоне природы. Люди тоже порой предпочитают беговую дорожку в фитнес-центре пробежке по лесу. По-видимому, мышь и в этом похожа на человека. Иллюстрация из статьи Джоанны Мейджер и Юри Робберса «Бег в колесе на природе» (Johanna H. Meijer, Yuri Robbers. Wheel running in the wild. doi: 10.1098/rspb.2014.0210)
Несмотря на это, порой возникают упреки в искусственности таких экспериментов. Якобы дикая мышь не стала бы бегать в колесе, если бы у нее был выбор. В связи с этим был поставлен восхитительный опыт, который послужил прекрасным примером науки творческой, науки с удовольствием, на какую способны только британские ученые: колесо для диких мышей поставили на природе. И смотрите-ка: хотя в их распоряжении был весь мир, дикие мыши, можно сказать, тоже отправились в фитнес-центр. Исследователи установили, что колесо для бега и в этих условиях активно использовалось {40}. Для нас это означало, что наша модель еще ближе к реальности, чем мы думали.
Мы также должны были проследить за тем, чтобы обучающий стимул воздействовал на меченные БДУ клетки именно в тот момент, когда они к такому стимулу наиболее восприимчивы. Обучение должно было защитить их от гибели. Пометив клетки и считая, что чем больше, тем лучше (что вообще-то далеко не всегда верно), мы обучали мышей в водном лабиринте почти три недели и надеялись, что таким образом точно захватим решающий момент.
