Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть - Себастьян Сеунг

Эта глава – смесь эмпирических фактов и теоретизирования. Причем, боюсь, последнего в ней больше. Нам точно известно, что в мозгу действительно происходит ИСВ и рекомбинация связей. Однако не вполне ясно, возникают ли в результате этих явлений клеточные ансамбли и синаптические цепочки. Да и вообще трудно доказать, что эти явления как-то вовлечены в процесс накопления и сохранения воспоминаний.

Один из перспективных методов такого доказательства – искусственным образом «отключить» хеббовскую синаптическую пластичность у подопытных животных, с помощью лекарств или генетических манипуляций влияя на соответствующие молекулы синапсов и затем изучая поведение этих животных, понять, пострадала ли в результате их память и если да, то как именно. Подобные эксперименты уже дали удивительные и многообещающие свидетельства в пользу основных положений коннекционизма. К сожалению, эти свидетельства – лишь косвенные и предположительные. Их интерпретация затруднена, поскольку не существует идеального способа избавиться от хеббовской пластичности, не породив при этом нежелательные побочные эффекты.

Нижеследующая история – моя попытка проиллюстрировать те трудности, с которыми сталкиваются нейробиологи, эмпирически проверяющие мнемонические теории. Предположим, вы – прилетевший на Землю инопланетянин. Земляне кажутся вам уродливыми и жалкими существами, но вам все-таки любопытно узнать о них больше. В ходе своих изысканий вы следите за одним определенным человеком. В кармане он носит записную книжку, время от времени доставая ее и делая в ней какие-то пометки ручкой. Иногда он вынимает книжку, раскрывает и, бросив на нее беглый взгляд, снова убирает в карман.

Такое поведение озадачивает вас, пришельца: вы никогда не слышали о процессе письма и никогда его не видели. Десятки миллионов лет назад ваши далекие предки использовали письмо, однако сейчас эта эволюционная стадия давно и прочно забыта. После долгих размышлений вы приходите к следующей гипотезе: данный человек применяет записную книжку как устройство памяти – то есть прибор для хранения информации.

И вот однажды ночью, дабы проверить свою гипотезу, вы прячете от него эту книжку. Проснувшись утром, несчастный долго бродит по дому, заглядывает под кровать, выдвигает ящики стола и т. п. До конца дня его поведение отличается от обычного, но лишь ненамного. Вы слегка разочарованы, поэтому решаете проделать еще кое-какие эксперименты для проверки своих предположений. Вы вырезаете из книжки несколько листков. Окунаете ее в воду, чтобы смыть значки. Меняете его книжку на принадлежащую кому-то другому.

Разумеется, наиболее непосредственный метод проверки вашей гипотезы состоял бы в том, чтобы попросту прочесть то, что написано в книжке. Расшифровав значки на ее страницах, вы, быть может, сумели бы предсказать завтрашние события в жизни подопытного человека. И если бы ваши предсказания сбылись, это стало бы веским доказательством в пользу того, что в записной книжке действительно хранится информация. К сожалению, вам, пришельцу, уже больше двадцати тысяч лет, и у вас развилась старческая дальнозоркость. И хотя ваша шпионская аппаратура позволяет вам заглядывать в записную книжку, вы не очень-то хорошо видите письмена в ней. (Немного натянутое допущение, но давайте предположим, что ваша инопланетная цивилизация не успела изобрести очки для чтения – обычные или бифокальные.)

Подобно вам, дальнозоркому пришельцу, нейробиологи хотят проверить свои гипотезы касательно памяти. Они полагают, что информация сохраняется благодаря модификации связей между нейронами. Чтобы проверить свою гипотезу, они разрушают те области мозга, где содержатся эти связи (вспомните, как вы прятали записную книжку). Они определяют, активируется ли конкретная область мозга при выполнении мнемонических задач (вспомните, как вы проверяли, вытаскивает ли человек из кармана свою записную книжку, когда ему надо что-нибудь припомнить).

Более прямой и продуктивной могла бы оказаться иная стратегия: пытаться считывать воспоминания непосредственно из коннектомов. Ищите клеточный ансамбль и синаптическую цепочку, убедитесь, что они действительно существуют. К сожалению, как глаза дальнозоркого пришельца не могут даже как следует различить письмена в книжке подопытного человека (не говоря уж о том, чтобы расшифровать их), так и нейробиологи пока не могут увидеть коннектомы. Вот почему нам требуются более совершенные методы, чтобы разобраться в загадках памяти.

Но перед тем, как описать рождающиеся сегодня новые технологии и возможные примеры их применения, следует обсудить еще один важный фактор, который формирует коннектомы. Да, приобретаемый опыт меняет синаптический вес и рекомбинирует межнейронные связи, однако гены тоже формируют коннектомы. Одна из наиболее вдохновляющих перспектив коннектомики – наконец раскрыть сложнейшую взаимозависимость между генами и опытом. Коннектом – вот где природа встречается с воспитанием!

Часть третья

Природа и воспитание

Глава 6

Разведение генов

Древние греки уподобляли человеческую жизнь тонкой нити, которую прядут, отмеряют и перерезают три богини – Парки. Современные биологи ищут секреты человеческой судьбы в другой нити, вернее, в двух нитях – нитях молекулы ДНК, сплетенных в двойную спираль. Каждая нить – цепочка из молекул меньшего размера, именуемых нуклеотидами. Эти молекулы могут быть четырех типов и обозначаются буквами А, Г, Ц и Т (аденин, гуанин, цитозин и тимин). В вашей ДНК миллиарды этих букв. Их последовательность как раз и составляет ваш геном. В ней десятки тысяч более коротких фрагментов, именуемых генами.

С давних времен люди подмечали, что дети, как правило, очень похожи на родителей. Когда рождается ребенок, тут же начинается: «Да у нее твои глаза!», «У него волосы вьются, как у тебя!». ДНК дает нам объяснение: дело в том, что дитя наследует половину генов от матери, а половину – от отца. А значит, младенцу передаются черты обоих родителей. В том, что касается тела, эту идею готов признать каждый. Но когда речь заходит об уме, все представляется куда более спорным.

Возможно, человеческий ум настолько поддается ковке и лепке, что формируется скорее благодаря опыту, а не генам: так считал Локк, сравнивавший ум с чистым листом бумаги, готовым к тому, чтобы на нем что-нибудь написали. Опять-таки, не возникает сомнений, что дети зачастую напоминают родителей не только внешне. Можете сколько угодно отрицать это сходство, слыша: «Весь в отца» или «Яблочко от яблони недалеко падает». Но придет день, когда вы поймете, что отреагировали на какую-то ситуацию точно так же, как в аналогичном случае поступил ваш отец тридцать лет назад. Конечно, такое бытовое наблюдение еще ничего не доказывает – это сходство может являться скорее плодом воспитания, чем результатом влияния генов.

Фрэнсис Гальтон (еще не зная о генах) так и объяснял такое сходство – «природой» или «воспитанием». Лишь в XX веке спор между этими двумя объяснениями («Что важнее – природа или воспитание?») наконец вышел за пределы философствований и личных наблюдений. Убедительные доказательства предоставило изучение однояйцевых близнецов – происходящих из одной зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) и, следовательно, имеющих один и тот же геном. Ученые выявили и исследовали монозиготных («идентичных») близнецов, разлученных в раннем детстве и воспитывавшихся в разных приемных семьях. По уровню IQ они оказались так же схожи, как и по внешним характеристикам – например, по росту или весу. Их уровень IQ оказался куда ближе, чем у изучавшихся пар людей, выбранных случайным образом. Такое сходство нельзя объяснить одной и той же средой, в которой они росли, поскольку эти близнецы воспитывались в разных приемных семействах. Можно предположить, что дело в их общем геноме, и это будет вполне правдоподобная версия. Отсюда вроде следует, что гены влияют на IQ так же сильно, как и на физические черты.

Подобное сравнение проводилось не только для интеллектуального коэффициента, но и для многих других умственно-психических параметров. Личностные тесты полны вопросов типа «Я считаю себя человеком, склонным перекладывать вину на других»; респондент может выбрать один вариант ответа: от «1. Категорически не согласен» до «5. Совершенно согласен». Близнецы показывают меньше сходства на таких личностных тестах, чем при исследованиях IQ, однако их результаты всё же ближе, чем у случайно выбранных пар, даже если близнецы воспитывались порознь. Значит, свойства личности пластичнее, чем IQ, однако генетические факторы оказывают немалое воздействие и на них.

Такие исследования близнецов долгое время встречали яростное сопротивление сторонников теории, согласно которой «воспитание важнее природы». Впрочем, сейчас эти изыскания воспроизведены уже столько раз, что практически не оставляют места для возражений. Психолог Эрик Туркхеймер так сформулировал свой первый закон генетики поведения: «Все поведенческие признаки человека могут наследоваться».