Мозг материален: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Четвертая пациентка – единственная в этом исследовании, которой терапия не помогла. У нее был тяжелый травматический опыт: когда она была подростком, за пять лет до обращения, в ее дом вломились вооруженные грабители. Отец попытался оказать сопротивление, и ему выстрелили в голову (к счастью, он выжил). В маму тоже стреляли, хотя промахнулись, и самой девушке приставили оружие к голове и угрожали убить. Ее и маму связали. Одного из грабителей впоследствии нашли и посадили, но второй все еще разгуливает на свободе. Описывая свой травматический опыт, девушка была довольно сдержанна в эмоциональных проявлениях, и поэтому исследователи не были уверены, что в полной мере достигли пробуждения воспоминаний, важного для возможности в них вмешаться. Тем не менее три сессии подряд ей давали пропранолол. Количество баллов по шкале ПТСР слегка снизилось (с 24 до 15 баллов), но потом снова поднялось до 19. Девушка предположила, что у нее действительно не получилось достаточно испугаться, потому что дневной свет и присутствие врача создавали ощущение безопасности. Исследователи предложили ей провести еще одну сессию в доме, где произошло ограбление, но пациентка отказалась, опасаясь, что от этого паника станет абсолютно неконтролируемой и она сойдет с ума.

Разумеется, четырех пациентов недостаточно, чтобы делать какие‐то выводы. Проблема даже не столько в количестве, сколько в том, что им всем давали лекарство и никому не давали плацебо. Соответственно, мы не знаем, в какой степени благотворный эффект связан именно с воздействием на бета-адренорецепторы. Может, людям просто помогло заплакать в кабинете у психотерапевта. Собственно говоря, экспозиционная терапия, о которой мы говорили в связи с паучком, может применяться и для лечения посттравматического стрессового расстройства, причем часто пациентам предлагают именно вообразить травмирующее событие. Разница в том, что, во‐первых, при экспозиционной терапии врач и пациент общаются дольше, а во‐вторых, в исследовании Мэрил Киндт разговоры прекращались в момент максимального эмоционального напряжения, а при экспозиционной терапии нужно, наоборот, дождаться, пока человек проживет все заново и успокоится. Но в любом случае золотой стандарт испытания любых лекарств – это двойные слепые плацебо-контролируемые рандомизированные исследования. То есть людей случайным образом разбивают на две группы, одной дают лекарство, а другой пустышку, и при этом ни врач, ни пациент не знают, кто в какую группу попал.

Вот вам исследование 2018 года, в котором были уже 60 участников и все делалось по правилам[172]. На этот раз лекарство (или плацебо) давали за час до активации воспоминаний. Вызывали их с помощью сочинения, в котором человек от первого лица и в настоящем времени описывал свои чувства во время травмы, а потом вслух зачитывал свои записи терапевту. Люди приходили в лабораторию каждую неделю, шесть недель подряд. Во время последующих визитов их уже не просили писать новые сочинения, только читать вслух готовое, но всегда спрашивали, не хотят ли они внести в текст какие-либо изменения. За время исследования половина участников по разным причинам отсеялась: некоторые сообщили о побочных эффектах от лекарства (и в плацебо-группе тоже, как это обычно и бывает), некоторым просто надоело, у одного человека нашли рак, и ему, естественно, стало не до научных исследований, одна участница забеременела (а беременных никогда не берут ни в какие исследования и тем более не дают им лекарств, потому что как бы чего не вышло). Впрочем, осталось по 15 человек в обеих группах – достаточно, чтобы посмотреть, как меняются результаты опросников. Снижение симптомов ПТСР наблюдалось в обеих группах, но было значительно более выраженным в группе, получавшей пропранолол. Например, по опроснику PCL-S (шкала самооценки посттравматического стрессового расстройства, в которой можно набрать максимум 85 баллов) люди перед началом лечения набрали в среднем 61,73 балла в экспериментальной группе и 61,27 балла в контрольной (то есть разницы между ними не было), а после лечения – 38,07 и 55,71 балла соответственно. Некоторых пациентов (9 человек из экспериментальной группы и 5 из контрольной) удалось привлечь к еще одному тестированию через полгода, и там средний балл остался низким (38,4) в группе, получавшей пропранолол, и вырос у тех, кто получал плацебо (аж до 69 баллов, но я не нашла в статье данных о том, каким был исходный уровень именно у этих пятерых людей).

В общем, на сегодняшний день эта терапия изучена еще недостаточно, чтобы войти в повседневную клиническую практику, но результаты обнадеживающие, и, скорее всего, это произойдет в обозримом будущем. Некоторые биохакеры уже едят пропранолол самовольно[173], но я, как обычно, не рекомендую. Во-первых, потому что это все‐таки лекарство, снижающее частоту сердечных сокращений, и если она у вас и так невысокая, то вам станет очень нехорошо. И вообще у него, как и у любого эффективного лекарства, внушительный список противопоказаний, и в научных исследованиях пациентов сначала с пристрастием расспрашивают о здоровье, а потом внимательно за ними наблюдают после приема. Во-вторых, потому что правильно провести процедуру реактивации воспоминаний – это тоже на самом деле довольно тонкая вещь, требующая участия квалифицированного специалиста. От самостоятельного лечения эффект, скорее всего, будет сомнительным. Если вы потом напишете мне с просьбой вернуть деньги за книжку и за пропранолол, то я не поведусь, так и знайте.

Мозг как флешка

Когда человек пишет научно-популярную книжку, он старается выбирать эксперименты, которые можно описать простыми словами. Вживили электроды, измерили проведение сигнала между нейронами. Отрезали кусок мозга, посмотрели поведение. Все понятно.

Настоящая современная нейробиология, конечно, состоит не только из простых экспериментов и даже в основном не из них. Она обычно комбинирует много причудливых методов, пришедших из разных областей науки, и это позволяет ей делать с экспериментальными животными совершенно фантастические вещи. Например, смотреть, на какие нейроны записалось воспоминание, а потом редактировать его в этих же конкретных нейронах[174].

Для этого нужны мыши, и не простые, а генно-модифицированные. Причем два раза модифицированные, сначала полностью, а потом частично. А потом в них еще нужно вживить оптоволокно. А потом еще посмотреть, что получилось, с помощью поведенческих методов. И это я собираюсь пересказать только половину исследования, проигнорировав и некоторые группы участвующих в нем животных, и последовавшее посмертное исследование мозга мышей иммуногистохимическими методами. И все равно будет довольно запутанно.

Вот смотрите. Когда мышь (или человек) чему‐то учится, то в мозге начинает считываться ген c-fos. Причем именно в тех конкретных нейронах, которые вовлечены в это обучение. Нобелевский лауреат Судзуми Тонегава и его коллеги воспользовались этим фактом, чтобы создать мышей с генетической конструкцией c-fos-tTA. Это значит, что их нейроны во время обучения еще и вырабатывают белок tTA. В норме его у нас в нейронах не бывает, нейробиологи вообще позаимствовали его у бактерий. Но до поры до времени это ни на что не влияет, ну есть и есть.

Дальше вы делаете с этими животными еще одну штуку. Вы дополнительно генетически модифицируете им кусочек мозга, который вас интересует, – зубчатую извилину (часть гиппокампа). Вводите туда ген, который позволит клеткам синтезировать каналородопсин-2. Это такой белок, позаимствованный у хламидомонады (одноклеточная водоросль, любимая многими поколениями школьников за свое прекрасное имя) и очень широко применяемый в нейробиологических исследованиях. Потому что он встраивается в мембрану и пропускает через нее ионы, активируя таким образом нервную клетку. Так же, как это делали многие другие рецепторы, о которых мы уже говорили. Но только каналородопсин реагирует не на нейромедиатор и не на изменение потенциала мембраны, а на свет. То есть когда у вас есть нейрон, мембрана которого утыкана каналородопсином, вы можете посветить на него лампочкой (ну, на самом деле провести к нему свет через вживленный оптоволоконный кабель), и нейрон начнет работать. Очень удобно. Называется “оптогенетика”[175].

Вот, но в случае этой работы (и многих других, применяющих такой метод) вы вводите в нейроны не просто ген каналородопсина. Вы вводите более сложную генетическую конструкцию, которая запустит синтез каналородопсина только в том случае, если в клетке одновременно присутствует tTA. То есть мы получили животных, которые встраивают светочувствительные белки только в мембраны тех клеток, которые чему‐то учатся.

Но в этой блистательной схеме все еще есть существенный недостаток. В мозге очень много клеток, и в его зубчатой извилине тоже. И все регулярно чему‐то учатся. Пока непонятно, как пометить те, которые учатся именно тому, что нас интересует.

Я уже упоминала, что tTA позаимствован у бактерий. А его полное название – тетрациклиновый трансактиватор. Это название намекает нам, что он имеет какое‐то отношение к антибиотикам тетрациклинового ряда. И действительно, если мышей кормить антибиотиком доксициклином, то он связывается с tTA – и мешает ему запускать синтез каналородопсина. Вы можете так делать всю мышиную жизнь. А тогда и только тогда, когда собираетесь обучать их тому, что вас интересует, ненадолго из их диеты доксициклин убрать.

Именно так вы и поступаете. Когда доксициклина нет и вся система работает как задумано (клетки, участвующие в обучении, встраивают в свои мембраны светочувствительный белок), вы приводите мышей в незнакомые им комнаты и делаете там с ними что-нибудь хорошее или что-нибудь плохое. Хорошее – это, конечно, секс, общество прекрасной мышиной самки. Плохое – это, как обычно, удар током. После обучения вы снова сажаете мышей на доксициклиновую диету, чтобы светочувствительные белки больше никуда не встраивались, и убеждаетесь, что все произошло именно так, как вы планировали. Если вы направите свет в мозг мыши, которую до этого пугали, то он активирует те самые нейроны, которые запомнили, что жизнь тяжела. Мышь будет избегать того участка клетки, в котором получает неприятную стимуляцию. А вот если включать нейроны, которые были активны во время знакомства с самкой, то это, наоборот, приятно, и тогда подопытное животное будет стремиться проводить больше времени именно в том углу клетки, где вы подаете свет на вживленный ему в мозг оптоволоконный кабель.

Это уже довольно круто, да? Но это еще не конец истории. Дальше вы берете ваших напуганных мышиных самцов, сажаете их в клетку с двумя самками – и активируете им те же самые нейроны, которые были нужны для того, чтобы мышь испытывала неприятные ощущения. И наоборот, берете счастливых самцов и бьете их током, одновременно активируя им с помощью света те же самые нейроны, которые раньше были задействованы в том, чтобы испытывать удовольствие. И да, когда вы тестируете их в следующий раз, вы выясняете, что те, кто раньше боялся, – больше не боятся. А те, кто раньше радовался, – больше не радуются. То есть удалось пометить конкретные нейроны, на которые записалось воспоминание, а потом еще и отредактировать это воспоминание, изменить его эмоциональную окраску.

Понятно, что конкретно эта технология не очень подходит для того, чтобы менять воспоминания у людей. Не то чтобы нас нельзя было генетически модифицировать, но все‐таки работы в этом направлении пока что ведутся только в целях излечения тяжелых наследственных заболеваний, а не для того, чтобы мы начали вырабатывать в своих нейронах странные бактериальные белки. Но важно, что локализовать и перезаписывать воспоминания возможно в принципе, что для этого нет фундаментальных препятствий, связанных с законами природы. Что мозг материален – и мозг познаваем.

А вот вам еще одна впечатляющая история – про то, как ученые вмешались в мышиные сны и таким образом изменили воспоминания животных о реальности. Сон, надо понимать, вообще в первую очередь нужен для обработки информации, полученной в течение дня. Это верно и для людей (к ним мы еще вернемся), но особенно ярко проявляется у грызунов, чья высшая нервная деятельность не настолько запутанна и хаотична. Когда животное ходит по лабиринту, у него в гиппокампе активируются клетки места[176] – одна за другой, в четкой последовательности. Когда животное потом ложится спать, оно воспроизводит у себя в голове фрагменты той же самой последовательности, только проматывает их в ускоренном режиме[177]. Мозг прилежно повторяет маршрут, выученный накануне, чтобы на следующий день животное могло пройти его более уверенно.

Нейробиологи из Сорбонны использовали это свойство мозга для того, чтобы научить мышей любить конкретные места[178]. В течение дня каждое животное исследовало огороженный загончик, заполненный разными интересными объектами. Площадь его была чуть больше одного квадратного метра – такая, чтобы мышь могла свободно перемещаться, несмотря на провод, торчащий из ее головы. Провод был нужен, чтобы записывать сигналы от электродов, вживленных в клетки места – каждая из них активна на своем собственном конкретном участке исследованного пространства. Когда мышь потом ложилась спать, она, как и положено, время от времени активировала те же самые клетки места, которые работали в течение дня. Исследователи выбирали среди них какую-нибудь одну (ту, в которую просто удачно вошел электрод и от нее было удобно записывать сигналы). Смотрели по своим записям за время бодрствования мыши, с какой именно областью пространства связана эта конкретная клетка места. И после этого каждый раз, когда мышь активировала во сне именно эту клетку, исследователи одновременно отправляли ей электрический импульс в медиальный пучок переднего мозга (оттуда сигнал передается на прилежащее ядро, “центр удовольствия”, то же самое делали с радиоуправляемыми крысами из третьей главы). Так они делали в течение часа, пока мышь спала: за это время конкретная клетка места возбуждалась около 500 раз, и каждый раз это сопровождалось искусственно наведенным счастьем.

Что происходило, когда мышь просыпалась и ее снова сажали в знакомый загончик? Правильно, она прямым ходом устремлялась в то место, где ей было так хорошо во сне. И проводила там в 4–5 раз больше времени, чем накануне. Почти так же она делала и во второй раз, когда ее снова пускали в тот же загончик, а вот к третьему-четвертому разу постепенно теряла интерес, потому что в реальной жизни ничего особенно приятного с ней в этом месте не происходило. А если бы происходило, то, конечно, ни за что бы она оттуда не ушла.

Думаю в этой связи о том, что если бы мне предложили любую магическую способность, то оптимальным выбором было бы “активировать центр удовольствия у других людей – не у всех подряд, конечно, – в тот момент, когда я рядом с ними”. Это залог не только счастливой личной жизни, но и карьерного процветания, потому что так можно было бы делать с теми организаторами, которые предлагают особенно высокие гонорары за мои лекции. К сожалению, вживить им всем электроды в медиальный пучок переднего мозга я не могу, так что приходится активировать центр удовольствия косвенными методами. Вот баечки про биологию рассказывать, например.

Глава 6

Самостоятельное плетение нейронных сетей

Отец маленькой Джини совершенно не переносил шума. Один из ее братьев умер в трехмесячном возрасте от пневмонии: младенца держали в холодном гараже, чтобы он не мешал отцу своим плачем. Самой Джини повезло ненамного больше[179]. У нее был врожденный вывих бедра, так что в положенном возрасте девочка не начала ходить. На этом основании отец решил, что Джини – умственно отсталая и все равно вскоре погибнет. С этого момента девочка была заперта в комнате, привязанная то к детскому стулу с горшком, то к своей кроватке. Ей не давали другой еды, кроме детского питания. Отец бил ее каждый раз, когда она пыталась издавать какие-нибудь звуки, сам же не разговаривал с ней, а только лаял на нее по‐собачьи.

Мать Джини не одобряла такие методы воспитания, но не решалась спорить с мужем: она была почти слепой и зависела от него. К тому же муж обещал, что если Джини не умрет до двенадцатилетнего возраста, то он позволит показать ее врачам. Потом, правда, он отказался от своих слов, но еще через полтора года мама Джини все же взяла девочку и ушла из дома.

Когда в ноябре 1970 года Джини попала в сферу внимания социальных работников, ей было 13 лет и 9 месяцев. Она весила 28 килограммов, а ее рост составлял 1 метр 38 сантиметров. Джини не умела ходить, контролировать мочеиспускание, жевать твердую пищу. По данным СМИ[180], она понимала около двадцати слов, а сама произносила только два: stopit и nomore – “остановись” и “хватит”. Возможно, это душещипательная легенда: академические публикации утверждают, что она не говорила совсем, а только скулила. Родителям Джини были предъявлены обвинения в жестоком обращении с ребенком, но в то утро, когда они должны были предстать перед судом, отец покончил с собой, оставив записку “Мир никогда не поймет”. Мать оправдали: когда вас регулярно избивают и вы совсем ничего не видите, защищать детей от сумасшедшего отца не так-то просто.

Что касается Джини, то ее, конечно, стали пытаться вернуть к нормальной жизни. Через несколько недель занятий она стала пытаться повторять слова, которые были к ней обращены, а через несколько месяцев начала произносить первые слова спонтанно. Но это требовало от нее огромных физических усилий: она просто не умела управлять мышцами, нужными для речи, ее всю жизнь били за любой звук, который она издавала. Часто она пыталась правильно шевелить губами, но не понимала, как подключить дыхание, чтобы появились звуки. Когда она говорила, все ее тело было напряжено.

Тем не менее через восемь месяцев после начала обучения она уже могла произносить фразы из двух слов: “больше суп”, “желтый машина”. Вскоре она освоила и глаголы: “Марк рисовать”, “хотеть молоко”. Через год с небольшим появились предложения, состоящие из трех-четырех слов: “Тори жевать перчатка”, “Большой слон длинный хобот”, “Джини любить Мартин”. Через полтора года Джини научилась добавлять к своим высказываниям частицу “не”, хотя и всегда в начале предложения (“не больше ухо болеть”), а через два – научилась различать единственное и множественное число существительных. В целом к 1973 году, то есть к своим 16 годам, она освоила язык примерно на уровне двухлетнего ребенка (чуть хуже по грамматике, но лучше по активному словарному запасу: она использовала более 200 слов) – и ученые в целом рассматривают это как успех, потому что до исследования Джини считалось, что настолько взрослый человек уже не способен освоить язык вовсе.

Активные занятия с Джини продолжались до 1975 года. К этому моменту девушка достигла новых успехов в грамматике: например, освоила концепцию прошедшего времени, а также начала более правильно выстраивать отрицательные предложения. В 1975 году ее основная исследовательница, Сьюзан Кёртис, защитила диссертацию, а средств на продолжение исследований не было, так что Джини начала скитаться по приемным семьям, и ее языковые способности ощутимо ухудшились. Летом 1977 года Кёртис смогла получить еще один грант на занятия с Джини, но они продлились всего несколько месяцев[181]. С одной стороны, по‐видимому, сама исследовательница была серьезно разочарована, обнаружив резкое снижение языковых навыков девушки (Кёртис отзывается о них даже хуже, чем они того объективно заслуживают), а с другой стороны, к этому моменту мама Джини изъявила желание самостоятельно о ней заботиться и не приветствовала дальнейшие контакты с учеными. Сегодня о судьбе Джини ничего толком не известно, но, по слухам (отраженным в Википедии), она живет в приюте для умственно отсталых за счет государства, использует всего несколько слов, а общается в основном с помощью жестов.

Вам все еще кажется, что у вас плохие родители?

Ребенок рождается, не зная ни единого слова, – но за несколько лет овладевает речью в совершенстве, причем независимо от того, насколько сложен язык страны, в которой он появился на свет. Бóльшую часть слов и грамматических конструкций он улавливает буквально из воздуха: никто не объясняет трехлетнему малышу логику падежей и спряжений, в лучшем случае исправляют ошибки, и то не всегда. Как это, вообще говоря, ему удается?

[172] Brunet, A. et al. (2018). Reduction of PTSD symptoms with pre-reactivation propranolol therapy: a randomized controlled trial. The American Journal of Psychiatry, 175 (5), 427–433.

[173] Самое трогательное, что на форумах биохакеров можно также встретить рекомендацию принимать пропранолол перед экзаменами. Чтобы, собственно, снизить частоту сердечных сокращений. Ребята, вы уверены, что вещество, нарушающее память – пусть даже только эмоциональную, пусть даже не мгновенно, – это лучший выбор перед экзаменом? Ну ладно.

[174] Redondo, R. L. et al. (2014). Bidirectional switch of the valence associated with a hippocampal contextual memory engram. Nature, 513 (7518), 426–430.

[175] То есть оптогенетика позволяет выборочно включать и выключать конкретные нейроны в живом организме и, очевидно, открывает фантастические возможности для нейробиологов. Я почти не пишу о ней в этой книжке, потому что, во‐первых, оптогенетические исследования пока что имеют мало отношения к людям, а во‐вторых, тяжело поддаются популяризации. Но когда-нибудь надеюсь к этому вернуться, конечно.

[176] Ключевой элемент внутренней карты пространства, которую формирует мозг. Если вы сейчас на диване в гостиной, у вас в гиппокампе активны нейроны дивана в гостиной, если за угловым столиком в любимом кафе – нейроны углового столика в кафе. За исследования этих клеток в 2014 году дали Нобелевку, так что про них полно хорошего научпопа, в том числе на русском.

[177] Lee, A. K. & Wilson, M. A. (2002). Memory of sequential experience in the hippocampus during slow wave sleep. Neuron, 36 (6), 1183–1194.

[178] de Lavilleon, G. et al. (2015). Explicit memory creation during sleep demonstrates a causal role of place cells in navigation. Nature Neuroscience, 18 (4), 493–495.

[179] Fromkin, V. et al. (1974). The development of language in Genie: a case of language acquisition beyond the “critical period”. Brain and Language, 1, 81–107.

[180] Angier, N. (1993, April 25). “Stopit!” she said. “Nomore!” The New York Times archives, 007012.

[181] Jones, P. E. (1995). Contradictions and unanswered questions in the Genie case: a fresh look at the linguistic evidence. Language & Communication, 15 (3), 261–280.