Справочник по философии разума животных - Kristin Andrews,Jacob Beck

в других, более устоявшихся областях биологии, таких как генетика и биология развития. В этих областях модельные организмы часто выбираются исходя из соображений удобства, стоимости, возможности проведения эксперимента или их сочетания. Например, Томас Морган Хант и другие основоположники современной генетики выбрали плодовую мушку (Drosophila melanogaster) прежде всего потому, что ее дешево разводить в лаборатории и у нее короткое время генерации (Allen 1975). Она также была привлекательна для первых генетиков из-за своей экспериментальной легкости, поскольку имеет относительно небольшое количество хромосом (четыре пары), и наблюдаемые мутации можно было легко индуцировать с помощью доступных в то время методов (Kohler 1994). Важно отметить, что степень, в которой данный организм поддается экспериментальному изучению, отражает методы и состояние теоретических знаний, доступных в данный момент. Например, то, что считается модельным организмом с экспериментально доступной генетикой, значительно изменилось с геномной революцией и появлением секвенирования и других инструментов.

Аналогичные соображения лежали в основе выбора круглого червя (Caenorhabditis elegans) в качестве модельного организма в молекулярной биологии и биологии развития. Лауреат Нобелевской премии, молекулярный биолог Сидни Бреннер вспоминает, как он перебирал учебники по зоологии, чтобы найти модельные организмы-кандидаты, удовлетворяющие списку четких критериев, включая быстрый жизненный цикл, доступный репродуктивный цикл и геном, а также небольшой размер тела, чтобы интересующие структуры могли поместиться под объектив электронного микроскопа (Ankeny 2001). Аналогичные соображения лежат в основе введения инбредных линий мышей в генетику (Rader 2004).

Эта базовая схема выбора модельных организмов, основанная на их удобстве и экспериментальной легкости, стала чем-то вроде руководящего принципа в экспериментальной биологии (Krebs 1975). Названный в честь Августа Крога, нобелевского лауреата по физиологии, который высказал эту идею в своей лекции много десятилетий назад, принцип Крога гласит, что "для большого числа проблем найдется какое-то животное или несколько таких животных, на которых их удобнее всего изучать" (Krogh 1929: 202). Важно отметить, что, как следует из этого принципа, то, какие именно организмы окажутся "наиболее удобными", зависит как от конкретного поставленного исследовательского вопроса или изучаемого явления (репрезентативной цели), так и от экспериментальных методов, доступных для проведения исследования (Burian 1993). Как видно из приведенных примеров, этот принцип кодифицирует основное рабочее предположение в современной экспериментальной биологии.

 

Выбор модельного организма в нейронауке

Неудивительно, что выбор конкретных видов в качестве модельных организмов в экспериментальной нейронауке также отражает подобные соображения. Например, кальмар (Loligo forbese) был выбран в качестве идеального экспериментального препарата для изучения генерации и распространения потенциала действия (Hodgkin and Huxley 1952). Ткань из аксонов Loligo остается физиологически чувствительной в течение многих часов, что делает ее очень удобной для проведения обширных экспериментов. Но главной причиной выбора аксона кальмара был его размер, который является одним из самых больших среди известных в животном царстве (Hodgkin 1976). Это позволяло проводить критические внутриклеточные записи мембранного потенциала, не повреждая клетку. Учитывая состояние техники внутриклеточной регистрации, доступной в то время, эта цель была бы недостижима в меньших экспериментальных системах.

По тем же причинам первые новаторские работы по нейронному возбуждению и торможению проводились на омарах и раках, а выбор организмов был обусловлен соображениями экспериментальной доступности. Во введении к одной из ранних работ Каффлер пишет: "Самое большое преимущество данного препарата заключается в его доступности, поскольку все клеточные компоненты могут быть выделены и визуально наблюдаемы" (Eyzaguirre and Kuffler 1955: 87). Каффлер выбрал препарат беспозвоночных, потому что он хорошо подходил для изучения экспериментальных вопросов о нейронной сигнализации, которыми он занимался. Многие другие исследования с участием различных беспозвоночных привели к значительным открытиям в области нейронауки, в основном потому, что эти организмы имеют легко поддающуюся изучению нервную систему, которая легко поддается функциональному и структурному препарированию (Marder 2002).

Хотя позвоночные и особенно млекопитающие в целом менее удобны для работы, чем беспозвоночные - у них более длительное время генерации, более жесткие требования к содержанию, более высокие затраты на содержание, повышенные этические проблемы и т.д. - Иногда явления, которые пытаются понять нейробиологи, просто отсутствуют или их трудно обнаружить у таксонов низшего порядка. Как было описано выше, не существует беспозвоночной модели для обучения вокализации. Поэтому позвоночные и особенно другие млекопитающие с более схожей с человеком нервной системой и схожими поведенческими и когнитивными способностями необходимы для решения многих исследовательских вопросов, на которые пытаются ответить нейробиологи (например, какова нейронная основа языка, семантической памяти и т. д.).

Как правило, при изучении любого явления неврологи стараются исследовать его на самом простом организме, у которого это явление наблюдается. Именно поэтому в большинстве исследований в области нейронаук с участием млекопитающих по возможности используется модель мыши или крысы (Manger et al. 2008), и лишь в редких случаях - нечеловеческие приматы. Об этом свидетельствует современная тенденция к использованию мышей и крыс для изучения сложных явлений, традиционно исследуемых на приматах, в первую очередь потому, что у них более компактная и экспериментально доступная нервная система. Кроме того, в настоящее время на грызунах доступны новые мощные методы, включая оптогенетику, но эти методы (по крайней мере, пока) оказались менее надежными у приматов (Diester et al. 2011).

 

Оценка перспектив экстраполяции

Учитывая бессистемный подход к выбору модельных организмов в нейронауке, каковы перспективы экстраполяции полученных результатов на другие организмы, включая человека? Одним из тревожных фактов является то, что крупные неудачи в экстраполяции происходят регулярно (например, Schnabel 2008). Однако многие исследователи, работающие с модельными организмами, не обращают на это внимания, оставляя широкий консенсус о репрезентативности модельных организмов в значительной степени непоколебленным. Неврологи часто полагают, что исследования с участием модельных организмов могут открыть очень общие, даже универсальные знания о структуре и функции всех нервных систем. Например, нейробиолог Ева Мардер утверждает, что беспозвоночные, такие как ракообразные, "представляют собой идеальные платформы для изучения фундаментальных проблем нейронауки... [и] для раскрытия принципов, которые являются общими для всех нервных систем" (2002: 318). Удивительно, но она не приводит никаких доказательств в поддержку этого утверждения, а вместо этого, похоже, предполагает определенную степень сходства между модельным организмом и объектом экстраполяции, которая гарантирует, что экстраполяция будет проведена и общие принципы будут выявлены. Эти предположения, по-видимому, широко распространены (например, Churchland and Lisberger 2015; Ahrens and Engert 2015; Nussbaum and Beenhakker 2002). Например, многие исследователи, изучающие модельные организмы млекопитающих (например, грызунов или нечеловеческих приматов), часто просто предполагают, что мозг всех млекопитающих очень похож, и что кора головного мозга, в частности, по сути инвариантна в своей внутренней организации у разных видов (Rockel et al. 1980; Preuss 1995, 2000, 2010). Это предположение о том, что эволюция