Ознакомительная версия.
Кроме того, все описанные инструменты исследований используют лишь одностороннюю информацию. Они либо вводят данные в тело, либо извлекают их. Но информационные потоки имеют двусторонний характер. Тело не только посылает импульсы в головной мозг, но и получает от него те инструкции, которые влияют на действия. Вот пример. В ухе есть два типа волосковых сенсорных клеток. Одни, внутренние, резонируют в соответствии с поступающей извне звуковой волной и посылают электрические импульсы в мозг. Другие, внешние, принимают сигналы обратной связи, поступающие от мозга. Как следствие, вторые могут становиться то более твердыми, то более мягкими, избирательно усиливая или ослабляя вибрацию первых. Иными словами, мозг посылает уху команды, на лету меняющие чувствительность слухового аппарата. Тело – не пассивный передатчик того, что говорит нам мир. В полном согласии с мозгом, оно формирует наш сознательный опыт.
Описанные выше методы не в состоянии замкнуть петлю обратной связи, и эта особенность предопределяет границы их эффективности. Возможно, то оборудование, которое применяют Кеннеди и Гюнтер, однажды и предоставит Эрику счастливую возможность говорить. Однако оно не может обеспечить его мозгу обратную связь, за исключением опосредованной – в форме звуков, поскольку использует только исходящую информацию, только выходные данные (output-only devices). С другой стороны, мои кохлеарные импланты передают поступающие извне сигналы на слуховые нервы, но не могут воспринимать модулирующие сигналы моего мозга. То есть используют только входящую информацию, только входные данные (input-only devices). Они не в состоянии уловить, что предполагает услышать мой мозг, руководствуясь данными низшего уровня собственных ожиданий (brain’s low-level expectations). Вот одна из причин, почему звук, обеспечиваемый имплантами, поначалу казался мне неразборчивым, да и теперь порой слышится не вполне отчетливо. Мой мозг – в положении редактора, который не может вносить правку.
Использование нанопроводников способно замкнуть петлю обратной связи, поскольку они могут как получать, так и передавать данные. Однако я скептически отношусь к предположению, что данная технология станет основой WWM – Всемирной Сети Разума. Приостановить ее внедрение способна хотя бы такая проблема, как тромбообразование в кровеносных сосудах. Еще один момент: чтобы достичь неокортекса, вводимая в яремную вену нанонить должна проделать в теле – включая и головной мозг – немалый путь. Самое большее, что я могу вообразить в данной связи, это частичное использование нанопроводников для решения задачи управления протезами.
Словом, описанные выше методы не позволяют нам исследовать функциональную активность головного мозга на уровне нейронных цепочек, и мы также не можем замкнуть петлю обратной связи. Чтобы сделать шаг вперед, нужно изобрести нечто совершенно иное. И одна из самых многообещающих технологий разрабатывается как раз в наши дни. Она настолько нова, что когда я только задумывал эту книгу, ее просто не существовало. Вплоть до 2006 года у нее даже не было имени. Теперь ее называют оптогенетикой ( optogenetics) . С 2004 по 2009 годы прошло всего пять лет, однако за это время она стремительно проделала путь от устремленных в будущее научных рассуждений до технологии, занявшей место на переднем рубеже нейронауки. Если в 2004 году оптогенетикой занимались пять лабораторий, то в 2009 – более 500.
На то есть несколько причин. Во-первых, эта технология позволяет наблюдать за происходящим на уровне нейронных цепочек, а также влиять на него, работая с очень ограниченным участком – менее одного кубического миллиметра мозговой ткани. При этом можно изучать или менять поведение нейронов одного определенного типа, игнорируя все прочие. Появилась возможность целенаправленно исследовать появление отдельных воспоминаний, а также некоторые другие функции мозга. В этом отношении оптогенетика ликвидирует провал между такими методиками, как функциональное магнитно-ядерное сканирование и мониторинг отдельно взятых нервных клеток. Во-вторых, она позволяет не только наблюдать, но и контролировать – то есть с ее помощью ученые замыкают петлю обратной связи. Это сложная технология комплексного характера, поэтому лучший способ познакомиться с нею – рассмотреть, как она действует.
Трансгенная мышь побежала по кругу
Летом 2007 года группа выпускников Стэнфордского университета поместила мышь с модифицированными генами в пластиковую емкость. Зверек с любопытством обнюхивал дно контейнера. Казалось, ему не было никакого дела до того, что к его черепу был подсоединен оптоволоконный кабель. И мышь как будто совершенно не обращала внимания на то, что левая часть двигательной зоны ее головного мозга была перепрограммирована таким образом, какого никогда не задумывала природа.
Один из студентов щелкнул выключателем, и по кабелю в мышиный мозг пошел интенсивный поток лучей сине-голубого цвета [112] , заполняя его почти сверхъестественным свечением. И зверек побежал, преодолевая круг за кругом против часовой стрелки с таким постоянством, точно решил любой ценой выиграть Олимпийские игры. Затем свет погас – и мышь остановилась. Фыркнула. Поднялась на задние лапки и посмотрела прямо на студентов, словно желая спросить: «Почему, черт возьми, я все это проделала?» [113] И почему эти студенты так вопят и хлопают друг друга, словно то, что они наблюдали, стало для них самым важным из всего когда-либо виденного?
Потому что это действительно было самым важным из всего, что они когда-либо видели. Они наблюдали собственными глазами, как направленный луч света с большой точностью управлял активностью головного мозга. И мышь при этом не утратила памяти, не получила апоплексический удар и не погибла. Она просто бегала по кругу. Но, что в данном случае принципиально, она описывала круги против часовой стрелки . Заданная точность происходящего – вот что было важнее всего. Лекарственные препараты и вживленные в мозг электроды могут что-то в нем изменить, но их воздействие весьма далеко от точного прицела. Химические препараты, попадая в мозг, влияют на многие типы нервных клеток, действуя практически без разбора. Имплантированные электроды передают возбуждение всем нейронам, находящимся поблизости, – независимо от того, интересует экспериментатора определенная нервная клетка или нет. Даже при использовании нанопроводов, применяемых Родольфо Линасом, происходит примерно то же.
И это – большой минус для исследователя, поскольку каждый квадратный миллиметр мозга содержит нервные клетки различных типов, специализирующиеся на выполнении разных задач [114] . Это означает, что химические вещества и электрический ток вызывают нежелательные каскадные реакции возбуждения нейронов. Побочные эффекты, иначе говоря. Все равно, что чинить автомобильный мотор, обрушивая на него охапку молотков.
Это очень плохо также и для пациентов. Кохлеарные импланты позволяют глухим слышать, передавая активирующие импульсы слуховым нервам. Однако звуки при этом остаются не вполне четкими, поскольку электрические сигналы выходят за пределы крохотной области, включающей те нейроны, которые только и должны приходить в возбужденное состояние. Глубоко проникающие стимуляторы, применяемые для лечения болезни Паркинсона, позволяют пациентам говорить и двигаться, однако у половины прооперированных возникают побочные эффекты [115] . В некоторых случаях они ухудшают состояние больных, вызывая дополнительные затруднения, связанные с речью или передвижением. Электрошок же эффективен при депрессии, но нередко оборачивается потерей памяти.
В 1979 году Френсис Крик (Francis Crick), один из первооткрывателей ДНК, горестно сетовал по поводу крайней ограниченности современной ему технологии. Контроль над нейронами одного типа, расположенными в строго определенном участке мозга, – вот что нам нужно, заявил он на страницах Scientific American . Спустя 30 лет именно этого и добились студенты, о которых я вам рассказываю.
Но почему этот прорыв был совершен с помощью светового луча? В норме нейроны не должны отвечать на световое воздействие в большей мере, чем это свойственно нашей коже. (Последняя может обгорать, но это всего лишь вред частного характера.) Сама идея казалась настолько же безумной, как и мысль о том, чтобы завести автомобильный мотор от вспышки молнии. Однако нервные клетки той мышки были не совсем нормальными: в них были вставлены новые гены. Гены, фактически взятые у растений. Ведь последние реагируют на свет. Поэтому в данном случае они должны были, по замыслу экспериментаторов, заставить нейроны мыши отвечать на световое воздействие так, как свойственно растениям.
Гены – это просто инструкции, разумеется. Сами по себе они ничего не делают. Вы можете купить в IKEA стол, однако инструкция по его сборке не заставит все его части волшебным образом собраться. Однако гены «командуют» синтезом белков в клетке, а вот белки-то и определяют происходящее. Судьбоносные протеины растительного происхождения в нейронах мыши проявляли способность реагировать на свет, и его луч теперь мог приводить в возбуждение саму нервную клетку.
Ознакомительная версия.
