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

Мы рассчитываем найти одни и те же участки мозга и типы нейронов в каждом нормальном мозгу. Очевидно, зональные коннектомы, как и коннектомы по типам нейронов, у нормальных индивидуумов практически одни и те же. Вероятно, они в высокой степени определяются генетическим фактором. Как я уже отмечал, гены направляют рост нейронных ветвей, а значит, оказывают влияние на коннектом, основанный на типах нейронов. Ученые выявляют и те гены, которые управляют формированием кортикальных областей. Наши с вами умы могут оказаться похожи благодаря тому, что участки мозга соединены у нас в мозгу сходным образом. То же самое относится и к связям между типами нейронов.

А вот нейронные коннектомы у разных людей будут существенно отличаться, и на эти коннектомы будет оказывать огромное влияние приобретаемый опыт. Именно такие коннектомы следует изучать, если мы хотим понять, отчего каждый человек уникален. Мы должны искать в них следы прошлого, ибо важнейшая и неотъемлемая часть нашей уникальности – наши воспоминания.

Глава 11

Взлом кода

Я сравнивал исследования, ставящие целью увидеть коннектомы, с блужданием по извилистым ходам Лабиринта. Миф гласит, что это сооружение располагалось близ дворца царя Миноса в Кноссе, на острове Крит. В 1900 году Кносс породил еще одну метафору, годящуюся для описания мозга. Из древних руин здесь извлекли сотни глиняных табличек. Их первооткрыватель, британский археолог Артур Эванс, не сумел их прочесть, поскольку оказалось, что надписи сделаны на неизвестном языке. Несколько десятилетий таблички пролежали непрочитанными, и таинственный шрифт, которым они написаны, получил название «линейного письма Б». Наконец, уже в 1950 году Майкл Вентрис и Джон Чедвик сумели расшифровать линейное письмо Б, и все узнали, что же сокрыто в этих письменах.

Когда мы увидим коннектомы и разрежем их на фрагменты, следующей задачей будет их расшифровка. Научимся ли мы понимать их язык? А может быть, их рисунки связей будут лишь дразнить нас, отказываясь раскрыть свои секреты? Расшифровка линейного письма Б заняла полвека, но Вентрис с Чедвиком все-таки добились успеха. Для целого ряда мертвых языков такие попытки не привели к желаемому результату. Линейное письмо А, которым пользовались древние критяне до линейного письма Б, остается непонятным до сих пор. Пока не поддаются расшифровке индийское письмо древнего Пакистана, сапотекские письмена древних мексиканцев, иероглифы ронгоронго, которыми некогда пользовались на острове Пасхи.

А что это означает – расшифровать коннектомы? Иногда легче понять идею, если рассмотреть ее предельный вариант. Проведем мысленный эксперимент. Представьте себе, что вы живете в далеком будущем. Медицина достигла невероятных высот, но, к сожалению, ваша прапрабабушка все-таки умирает (в возрасте 213 лет). Вы отвозите ее бренное тело в специальное учреждение, где ее мозг разрезают на тонкие слои, получают их снимки, находят ее коннектом и вручают вам флешку с этими данными. Вы возвращаетесь домой и очень грустите, потому что вам не хватает долгих разговоров с покойной. (Она была самой любимой из ваших многочисленных прапрабабушек.) Тогда вы вставляете флешку в разъем компьютера и просите прокрутить вам некоторые из прапрабабушкиных воспоминаний. И вот вам уже полегчало.

Станет ли когда-нибудь такое возможным – читать воспоминания по коннектомам? Я уже предлагал сходный эксперимент, когда просил вас подумать, может ли кто-нибудь прочесть ваши мысли и то, что вы воспринимаете, путем измерения и расшифровки абсолютно всех нервных импульсов каждого нейрона в вашем мозгу. Некоторые нейробиологи считают, что мы сумеем это сделать, когда наши технологии измерения нервных импульсов достигнут определенных высот. Почему же специалисты так полагают? Вспомните: по нервным импульсам, которые дает «нейрон Дженнифер Энистон», мы уже сейчас можем с высокой долей вероятности заключить, воспринимает ли испытуемый образ Дженни (разумеется, в момент эксперимента). Этот малый успех позволяет нейробиологам предположить, что измерения и интерпретация импульсов всех нейронов дадут полную картину наших мыслей и восприятия.

Точно так же можно было бы предположить, что и воспоминания можно будет считывать из коннектомов, но… Отыскание полного коннектома человека – по-прежнему дело отдаленного будущего. Пока же нам приходится довольствоваться частичными коннектомами, полученными при анализе небольших участков мозга. Может быть, мы, выбрав кусочек человеческого мозга, попытаемся считывать с него воспоминания. А может, пока лучше взять фрагмент мозга подопытного животного?

Мы уверены лишь в одном: научиться видеть коннектомы – это лишь первая стадия работы. Чтобы прочесть книгу, вам мало разглядеть буквы. Вы должны знать язык, на котором написана книга, не говоря уж о буквах алфавита и написании слов. Говоря более научно, вы должна знать, каким образом информация закодирована в значках на бумаге. А без знания кода, как ни крути, книга останется лишь пачкой переплетенных листов с непонятными письменами.

Точно так же и для чтения воспоминаний нужно не только разглядеть коннектомы. Нам предстоит еще и выяснить, как расшифровать содержащуюся в коннектомах информацию.

В какой зоне мозга следует искать воспоминания? Нам поможет разобраться в этом жизнь Анри Гюстава Молезона, скончавшегося в коннектикутском доме престарелых в 2008 году. При жизни мир знал его просто как А. М. (соблюдалась тайна личности). Многие врачи и ученые обследовали и исследовали А. М., чей случай стал одним из самых знаменитых в нейропсихологии – со времен Тана, пациента Брока.

В 1953 году, в возрасте двадцати семи лет, А. М. подвергся хирургической операции, призванной избавить его от острой эпилепсии. Хирург полагал, что припадки у А. М. обусловлены какими-то особенностями средней височной доли (СВД), так что врач просто удалил эту зону из обоих полушарий мозга А. М. Казалось, после операции здоровье А. М. в норме. Его личность, его интеллект, моторные навыки, чувство юмора остались при нем и не изменились. Но одно роковое изменение всё же произошло. До конца жизни А. М. каждое утро просыпался в своей палате, понятия не имея, почему он здесь. Он не мог выучить имена сиделок и врачей, которых видел ежедневно. Он не мог назвать имя нынешнего президента или рассказать о каких-то текущих событиях. Однако он по-прежнему помнил те события, которые случились с ним до операции. Ученые сделали вывод: похоже, СВД играет важнейшую роль в накоплении новых воспоминаний, но не в хранении старых.

Может быть, вы помните, что Ицхак Фрид и его коллеги обнаружили «нейрон Дженнифер Энистон» и «нейрон Холли Берри» именно в СВД, тем самым продемонстрировав, что эта зона мозга участвует и в процессах восприятия, и в процессах мышления. Дальнейшие эксперименты касались ее роли в процессах припоминания. Пациентам показывали множество коротких видеоклипов (от пяти до десяти секунд каждый) – фрагментов мультфильмов, комедий, драм и т. п. При этом замерялась активность СВД. Затем испытуемого просили вспомнить эти видео и при этом сообщать, когда очередной клип всплывает у него в памяти. (В ходе второй части эксперимента пациенту уже не показывали никаких клипов.)

Один из нейронов дал пик, когда пациент смотрел видео с Томом Крузом, однако этот же нейрон оказался менее активен, когда на экране появлялись другие знаменитости, а также какие-нибудь достопримечательности и т. п. Во второй части эксперимента тот же нейрон давал нервный импульс всякий раз, когда пациент сообщал, что вспоминает о клипе с Томом Крузом. Но когда испытуемый говорил, что вспоминает какие-нибудь другие клипы, этот нейрон молчал. Другие нейроны вели себя сходным образом: они избирательно активировались в ответ на просмотр или вспоминание определенного клипа, но не каких-то других видео.

Возможно, «нейрон Тома Круза» принадлежит к клеточному ансамблю, расположенному в СВД. Непосредственное восприятие образа Тома Круза или воспоминание об этом образе активирует данный клеточный ансамбль и, следовательно, нейрон Тома Круза. Если мы хотим научиться считывать воспоминания из коннектомов, почему бы не начать с поиска клеточных ансамблей в СВД? К сожалению, это чересчур обширная зона мозга, и найти ее коннектом не под силу нашим теперешним технологиям – или, по крайней мере, это отнимет несоразмерно много времени, сил и средств.

Можно сузить сферу поиска, сосредоточившись на гиппокампе – части СВД, которая, как полагают, играет важную роль в накоплении и хранении новых воспоминаний. Так, область гиппокампа под названием CA-3 содержит нейроны, которые создают друг с другом синапсы. Возможно, эти связи позволяют группам нейронов из CА-3 формировать клеточные ансамбли. Но у человека область CА-3 все-таки довольно большая, и мы пока не в состоянии отыскать ее коннектом. Если мы хотим научиться считывать воспоминания, лучше для начала найти в мозгу местечко поменьше.