Что значит быть собакой. И другие открытия в области нейробиологии животных: читать начало книги онлайн

Поиски ответа на эти вопросы требовали серьезных усилий. Галлэнд, ставшая к тому времени старшим ветеринаром Центра реабилитации морских млекопитающих, должна была сообщать Питеру о поступлении пострадавших морских львов. Питеру предстояло забирать их после периода восстановления и перевозить в лабораторию Санта-Круза. Под руководством Райхмут он должен был учить этих диких животных выполнять задания на проверку функционирования памяти. Кроме того, чтобы изолировать результаты воздействия домоевой кислоты, Питеру требовалась контрольная группа – морские львы, поступившие в центр по другим причинам, не из-за отравления.

Домоевая кислота в организме надолго не задерживается. Она выводится с мочой и испражнениями за сорок восемь часов. Поэтому, если только животное не наелось токсичных анчоусов непосредственно перед поступлением в центр, сложно определить, страдает оно от домоевой кислоты или от чего-то другого. Тяжелые случаи сопровождаются характерными неврологическими симптомами, но только тяжелые. Так что лишь МРТ мозга может показать, поврежден ли гиппокамп.

Морским львам МРТ никто не делал, по крайней мере на регулярной основе. Однако оно было необходимо, чтобы выяснить, у кого имеется отравление домоевой кислотой, а у кого – нет. МРТ человеческого мозга можно провести в любом медицинском учреждении с соответствующим оборудованием, но морским львам для этой процедуры нужен наркоз. А у морских млекопитающих толстенная жировая прослойка, которая впитывает некоторые анестетики, словно губка. Кроме того, дыхательная система морских львов рассчитана на долгие задержки дыхания, поэтому, чтобы насыщать кровь кислородом под наркозом, нужны особые приемы. Ветеринаров, специализирующихся на морских млекопитающих, достаточно мало, а уж разбирающихся в анестезии и рентгенодиагностике – и вовсе не сыскать.

К счастью для Питера, почти к самому началу работы над проектом в центр прибыла Софи Деннисон, которая именно тогда проходила врачебную резидентуру как специалист по рентгенодиагностике. Деннисон организовала для морских львов МРТ в Редвуд-Сити – примерно посередине между Санта-Крузом и Центром реабилитации морских млекопитающих. А еще, к счастью для стесненного в средствах аспиранта, в Редвуд-Сити оценили неординарность проекта и согласились бесплатно предоставить помещение и оборудование для сканирования в нерабочие часы.

Первый подопытный у Питера появился в апреле 2009 года – молодой морской лев, попавший в Центр реабилитации из-за истощения. Его назвали Джеттихорн.

Питер выехал из Санта-Круза – забирать морского льва из Центра реабилитации. Через пару часов он миновал мост Золотые Ворота и свернул налево, к национальному парку Марин-Хедлендс.

В центре Питер загнал Джеттихорна в большую собачью клетку. Загрузить ее в кузов пикапа труда не составило, поскольку лев был еще совсем юный и некрупный. Но нужно было не задерживаться: переезд и так мог стать нелегким испытанием для Джеттихорна, сидящего в кузове. Чтобы минимизировать стресс, Питер решил ехать не по автостраде, а по живописной дороге вдоль побережья. В районе бухты Хаф-Мун-Бей, у излюбленного серфингистами пятачка под неофициальным названием Маверик, Джеттихорн оживился, услышав шум прибоя. Он пританцовывал в клетке, выгибая шею, пытаясь разглядеть океан. «Прости, не сейчас», – огорчил его Питер.

В лаборатории Джеттихорна, как прибывшего из дикой среды, поместили в карантинный бассейн, который Питер превратил в гигантский лабиринт. В рамках проекта для морских львов было запланировано два испытания, в обоих требовалось пробраться через простой лабиринт, чтобы добыть кусок рыбы. Питер понимал, что времени на каждого подопечного у него будет мало, поэтому испытание подбиралось с таким расчетом, чтобы можно было быстро обучить нужным действиям даже дикого морского льва, непривычного к работе в неволе.

Первое испытание имитировало естественный процесс добывания пищи. Морские львы – собиратели, им свойственна любознательность, поэтому лабиринты как тип заданий подходили для них идеально. Если морской лев знает, что где-то его ждет рыба, он пустится на поиски. Раз в день Питер ставил по периметру ограды, окружавшей карантинный бассейн, четыре ведра, но рыба находилась только в одном из них, и это ведро всегда было в одном и том же месте. Чтобы испытуемые не видели, как Питер закладывает рыбу, он подвесил все четыре ведра на веревке через блок и, подтянув наверх, помещал рыбину в одно, то самое, неизменное, а потом опускал все четыре одновременно.

В первый день, когда Питер опустил ведра, Джеттихорн выпрыгнул из бассейна и отправился на разведку. Может, просто не повезло, но двинулся он сперва к тому ведру, которое стояло дальше всех от содержащего рыбу, а потом начал обходить бассейн против часовой стрелки, проверяя каждое ведро, пока, наконец, не добрался до нужного. Секундомер Питера показал тридцать две секунды.

На следующий день Джеттихорн, выпрыгнув из бассейна, кажется, призадумался. Постоял на мостках, покачиваясь вперед-назад. Спустя двадцать восемь секунд он пополз к правильному ведру, не заглядывая в остальные. На третий день он справился еще быстрее, добыв рыбу за двенадцать секунд, а на пятый день показал высший пилотаж, метнувшись напрямик к нужному ведру в рекордные три секунды.

Дальнейшее ежедневное испытание на поиски корма Джеттихорн проходил с блеском, поэтому Питер усложнил эксперимент. За основу был взят стандартный тест для лабораторных крыс – так называемое «отсроченное чередование». В этом испытании крысу запускают в Т-образный лабиринт с дальнего конца. В одном из рукавов лабиринта находится приманка, и крысе нужно просто ее найти. Если крыса выходит через неправильный рукав, в правильный ей уже не попасть, эта попытка исчерпана. Рукава с приманкой чередуются от попытки к попытке, так что если крыса хочет есть, ей необходимо помнить, где она побывала в предыдущий раз.

Для морских львов Питер соорудил в карантинном загоне огромную копию крысиного лабиринта – бассейн располагался в торце ножки «Т». На первом этапе морской лев должен был выпрыгнуть из бассейна в лабиринт, проследовать по рукаву, а затем свернуть либо налево, либо направо. Чтобы исключить возможность поисков приманки по запаху, Питер прятался за шторой в конце правильного отсека и подкидывал туда рыбу, если морской лев сворачивал в нужном направлении.

Это было оперантное научение в чистом виде. Джеттихорн не знал, что от него ожидается, но естественное любопытство побуждало его исследовать лабиринт. Если он сворачивал в правильную сторону, получал рыбу. При этом войти в лабиринт снова можно было только через бассейн – вернуться обратным путем подопытному не удалось бы.

Эксперимент требовал большого терпения. Предварительно Питер и Коллин Райхмут решили, что переводить подопытного на следующий этап будут только после того, как он наберет 85 % правильных попыток в предыдущем. Изо дня в день Питер приходил в часы кормления и заставлял Джеттихорна добывать пищу упорным умственным трудом.

Наконец, спустя пару недель и четыреста двадцать одну попытку, Джеттихорн, кажется, понял, что происходит. Пора было вновь усложнить задание и устроить свойствам памяти подопытного серьезную проверку.

На тренировочном этапе отсрочка определялась только скоростью, с которой Джеттихорн выходил через один из рукавов лабиринта, съедал свою рыбу и возвращался в лабиринт через «вход» – от гиппокампа такая отсрочка напряжения не требует. Теперь же Питер собирался перекрывать вход на семь секунд. И Джеттихорну все это время нужно было помнить, через какой отсек он только что выходил. Ему должны были дать сорок попыток, чтобы потом Питер высчитал процент правильных.

День эксперимента стал для Питера большим событием. Он шел к этому два года. Позади несколько недель тренировочных тестов с Джеттихорном, и Питер волновался, как все пройдет теперь. На идеальные результаты он не рассчитывал, но к Джеттихорну уже успел привязаться и надеялся, что тот не подкачает.

Джеттихорн не подвел. Не имея ни малейшего понятия, чем этот день отличается от любого другого, он выдал тридцать семь правильных попыток из сорока – больше 90 %. Райхсмут результаты тоже порадовали. Революционная идея Питера явно обретала перспективы.

Однако к радости примешивалась горечь: эксперимент проведен, Джеттихорна нужно возвращать в Центр реабилитации. Здоровье у морского льва в норме, память, судя по результатам теста, тоже не нарушена, а значит, его, видимо, можно выпускать обратно в океан. Победа победой, но Питер знал, что все равно будет скучать по Джеттихорну.

За весну и лето в Центр реабилитации – а оттуда к Питеру – поступило еще несколько ослабленных животных. Для морских львов отсутствие Эль-Ниньо, разумеется, было благом, а вот для экспериментов Питера – совсем наоборот. Иногда за целые месяцы не появлялось ни одного подопытного. На то, чтобы набрать заявленные сорок испытуемых, у Питера ушло почти шесть лет, но в конце концов ему все же удалось доказать наличие связи между воздействием домоевой кислоты и функцией памяти у морских львов.

Недостающее звено обеспечила МРТ.

Сравнивая размер гиппокампа с результатами теста на отсроченное чередование, Питер обнаружил следующее: чем меньше гиппокамп, тем больше ошибок у морского льва при прохождении этого испытания[45]. Почти через двадцать лет после открытия, сделанного Галлэнд, Питер с коллегами раскрыли механизм, побуждающий морских львов выбрасываться на берег. В годы цветения токсичной водоросли ее поедают анчоусы, накапливая в кишечнике домоевую кислоту. Морские львы едят анчоусов, каждый раз нанося небольшое поражение гиппокампу, и так до тех пор, пока ущерб не приведет к неспособности животного искать пищу и ориентироваться в море. В конце концов пострадавший морской лев погибает или выбрасывается на берег в истощенном состоянии. Это был настоящий научный подвиг – проследить путь экологического токсина по всей пищевой цепочке вплоть до воздействия на мозг и когнитивные способности.

И хотя команда Питера не спешила обвинять кого-то напрямую, было ясно, что возлагать ответственность за «необычные происшествия со смертельным исходом» только на Эль-Ниньо и прочие природные явления нельзя. Затяжные дожди послужили катализатором, но главной причиной цветения водорослей стали сельскохозяйственные стоки. Бурный рост фитопланктона произошел из-за повышения содержания азота в воде, которое, в свою очередь, было вызвано сельскохозяйственной деятельностью человека.

Была ли канадская трагедия также спровоцирована человеческой деятельностью, неизвестно, однако по воздействию домоевой кислоты на пострадавших в Новой Шотландии можно судить о том, что испытывает при подобном расстройстве сознания морской лев. И поскольку у людей припадки – явление достаточно распространенное, мы точно знаем, каково это[46]. Генерализованный судорожный припадок затрагивает весь мозг, парциальный – отдельные участки.

Чаще всего очаги парциальных припадков локализуются в височных долях, в непосредственной близости от гиппокампа – именно эта область поражается и у морских львов. Страдавший от височной эпилепсии русский писатель XIX века Федор Михайлович Достоевский оставил нам красочные описания своих припадков[47]. В «Идиоте» у князя Мышкина, персонажа во многом автобиографичного, это происходило так:

Тонкостью душевной организации князя Мышкина морской лев, может, и не обладает, однако, учитывая сходство анатомии мозга, не исключено, что в ходе височного припадка он испытывает аналогичные ощущения, равно как и последующую дезориентацию. И если припадок настигнет морского льва в море, он, скорее всего, утонет.

Благодаря проекту Питера была установлена корреляция между воздействием домоевой кислоты и повреждением гиппокампа у морских львов, но многое еще оставалось неизвестным. В самых тяжелых случаях у морских львов наблюдалось очевидное усыхание гиппокампа, но нужно было понять, ограничиваются ли нарушения только этим. Гиппокамп связан со многими частями мозга. Как сказывается его повреждение на этих связях? Возможно, одним из первых последствий воздействия домоевой кислоты, еще до удара по гиппокампу, оказывается разрыв сообщения между областями мозга.

И хотя Питер проводил своим морским львам МРТ, простое структурное сканирование ответа на эти вопросы не давало. Здесь начиналась область коннектомики – связей и соединений. Требовался другой тип томографии. Тогда-то и пришла пора подключиться мне.

На второй год работы в моей лаборатории в Эмори Питер договорился с Центром реабилитации морских млекопитающих, чтобы они присылали нам мозг морских львов, которых не удастся спасти. Первый экземпляр прибыл запакованным в два слоя полиэтилена, бултыхаясь в паре ложек бурой жидкости, налитой для защиты от пересыхания. Размером он был примерно с приплюснутый грейпфрут. На пакете кто-то надписал кличку морского льва – Совенок (Little Hoot).

[45] P. F. Cook, C. Reichmuth, A. A. Rouse, L. A. Libby, S. E. Dennison, O. T. Carmichael, K. T. Kruse-Elliott, et al., “Algal Toxin Impairs Sea Lion Memory and Hippocampal Connectivity, with Implications for Strandings,” Science 350 (2015): 1545–1547.

[46] “What Is Epilepsy?” Epilepsy Foundation, n.d., www.epilepsy.com/learn/epilepsy-101/what-epilepsy, retrieved March 16, 2016.

[47] M. Costandi, “Diagnosing Dostoyevsky’s Epilepsy,” 2007, https://neurophilosophy.wordpress.com/2007/04/16/diagnosing-dostoyevskys-epilepsy, retrieved March 16, 2016.