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

Нужно создать научную среду, которая будет способствовать такому техническому прогрессу. Один из вариантов – браться за грандиозные и амбициозные проекты, которые будят воображение и мобилизуют интеллектуальные усилия. Скажем, можно поставить себе цель отыскать полный нейронный коннектом мышиного мозга с помощью электронной микроскопии или полный зональный коннектом человеческого мозга при помощи микроскопии оптической. Это проекты сравнимой трудности, поскольку они требуют сбора и обработки сопоставимых объемов информации. По моим оценкам, на осуществление каждого из этих проектов уйдет не меньше десятка лет упорного и напряженного труда. Оба коннектома станут бесценным источником данных для нейробиологов – подобно тому, как геномы стали незаменимым кладезем сведений для биологов.

Эти проекты будет весьма сложно осуществить, однако параллельно мы можем следовать и по более удобным тропинкам, срезая путь. Благодаря развитию технологий станет возможным быстро и недорого находить более простые коннектомы. По сравнению с великими задачами, изложенными выше, отыскать нейронный коннектом кубического миллиметра мозга человека или зональный коннектом мышиного мозга будет очень легко – мы сумеем проделать это в тысячу раз быстрее. Нахождение большого количества малых коннектомов поможет нам в исследовании индивидуальных различий и изменчивости.

Но зачем вкладываться в технологии будущего, если нам уже сейчас необходимо искать более эффективные методы лечения психических расстройств? Что ж, одно другому не мешает. В ближайшие несколько лет эти методы наверняка усовершенствуются, но я полагаю, что уйдет еще не одно десятилетие, прежде чем мы разработаем способы по-настоящему излечивать такие болезни. А поскольку эта битва будет продолжаться еще немало времени, следует уже сегодня делать разумные вложения, чтобы пожать их плоды в долгосрочной перспективе.

Возможно, вы скептически отнесетесь к предположению, что технология когда-нибудь разовьется настолько, что позволит быстро и недорого искать коннектомы. Перед тем, как стартовал проект «Геном человека», секвенирование всего человеческого генома тоже казалось почти неосуществимым делом. Коннектомика может выглядеть чем-то трудным и сложным, но есть четкое ощущение, что ее задачи вполне тривиальны по сравнению с более масштабными задачами нейронауки. Поскольку цель коннектомики сформулирована внятно и однозначно, мы сможем качественно и количественно оценить и успех, и степень приближения к нему. А вот более общая цель нейронауки – понять, как работает мозг, – определена лишь смутно. Даже специалисты не сходятся во мнении, что это означает. Как только цель четко поставлена, время, деньги и человеческие усилия, скорее всего, дадут продвижение вперед. Вот почему я убежден, что коннектомика достигнет своих целей, какими бы амбициозными те ни казались. Нам брошен вызов, и мы должны принять его, вот и всё.

Мальчишка смеялся, плещась в воде. Когда он вылез на берег, он спросил учителя: «Почему река течет?» Старик некоторое время молча глядел на послушника и затем изрек: «Земля говорит воде, как течь». По пути обратно в храм они переходили через шаткий подвесной мост. Ученик вцепился в руку наставника, посмотрел на поток, несущийся далеко внизу, и спросил: «Почему ущелье такое глубокое?» Когда они благополучно достигли противоположной стороны разлома, старик ответил: «Вода говорит земле, как двигаться».

На мой взгляд, поток внутри нашего мозга ведет себя точно так же. Река нейронной активности, текущая через наши коннектомы, управляет нашим восприятием настоящего, оставляя позади те впечатления, которые станут нашими воспоминаниями о прошлом. Появление коннектомики знаменует собой поворотный момент в истории человечества. Человека отличал от его обезьяноподобных предков, живших в африканской саванне, более крупный мозг. Мы применили его для того, чтобы разрабатывать технологии, которые дают нам невероятные, фантастические возможности. Рано или поздно эти технологии станут столь могущественными, что мы сумеем использовать их для того, чтобы познавать себя – и менять себя к лучшему.

Благодарности

Дэвид ван Эссен заронил в меня семена этой книги, пригласив прочесть лекцию на съезде Нейробиологического общества в 2007 году. Свое выступление перед несколькими тысячами слушателей я завершил изложением задачи поиска коннектомов. Поднялся большой шум, и Боб Прайор стал уговаривать меня написать книгу. Я принял его предложение, но решил ориентироваться на массового читателя. А поскольку никакое знание нельзя принимать на веру, мне пришлось начать с изложения основополагающих принципов и подвергнуть сомнению все свои убеждения. Я следовал заповеди «Опустоши чашу, дабы ее можно было наполнить вновь».

Когда в 2009 году я закончил черновик, Кэтрин Карлин рассказала обо мне Джиму Левайну, с которым меня затем познакомил Дэн Эрили. Джим с большим энтузиазмом предложил стать моим агентом, что чрезвычайно помогло мне. Он привлек к работе блистательную Аманду Кук, которая регулярно бомбардировала меня одним и тем же вопросом: «А какое нам до этого дело?» Она не только редактировала мой текст и совершенствовала сюжет, но и помогла мне изменить образ мысли. Я и представить не мог, как радикально изменится книга под ее чутким руководством. И по-моему, мне повезло, что такие изменения произошли.

Научная жизнь дает чудесный побочный эффект – возможность встречаться с умными и интересными коллегами. Книгу весьма обогатили мои многочисленные захватывающие дискуссии с другими нейробиологами. Мудрые советы Дэвида Тэнка вымостили мне путь к коннектомам. Одобрение Винфрида Денка, давшего критическую оценку двум черновикам, помогало мне писать. Джефф Лихтман терпеливо просвещал меня касательно самоуничтожения синапсов и нейронного дарвинизма. Кен Хэйворт разъяснял, как работают его разрезальные машины, и страстно защищал положения трансгуманизма. Дэниэл Бергер сделал множество предложений по части улучшения текста.

В ходе работы над этой книгой мне предоставили ценнейшую информацию: Скотт Эммонс и Дэвид Холл – о C. elegans, Аксель Борст – о мушином мозге, Кевин О’Хара – о калифорнийской секвойе, Миша Цодикс и Хаим Сомполински – о моделях ассоциативной памяти, Эрик Кнудсен и Стивен Смит – о рекомбинации связей и переподключении, Карлос Лоис и Фатих Янык – о регенерации, Митя Шкловский и Алекс Кулаков – о принципе «экономии провода», Кристен Харрис – о серийной электронной микроскопии, Гайон Вэй – о полупроводниковой электронике, Дик Масленд и Джош Сейнс – о типах нейронов, Кэти Рокленд и Алмут Шуц – о кортикальной анатомии, Харви Картен и Джерри Шнайдер – об эволюции мозга, Майкл Фи – о птичьем пении, Лу Хуэйцай и Павел Остен – о заболеваниях мозга, Вамси Мута – о биологии, Нико Шифф – о неврологии, Дрейзен и Даника Прелек – о философии и психологии, а Майкл Хауссер и Арнд Рот – о биофизике дендритов. Всем им выражаю свою живейшую благодарность.

Майк Сах и Джон Шон помогали мне написать заявку на эту книгу. Вместе с Джанет Чой и Джулией Кул они комментировали ее финальный вариант. Скотт Нефтлер предложил некоторые забавные сравнения. Мои собратья по перу Сью Коркин, Майк Газзанига, Аллан Хобсон и Лайза Рэндалл давали мне советы в критические моменты. Тщательная редактура и безупречная логика Кати Райс замечательным образом отшлифовали слог книги.

Публичные выступления помогали мне чувствовать дух времени. Так, Ют Мета Бауэр пригласила меня прочесть лекцию для курса визуальных искусств в Массачусетском технологическом институте; Сьюзен Хокфилд привезла меня на Всемирный экономический форум, а Сара Кэддик поспособствовала моему участию в конференции TED-2010[22].

И наконец, я выражаю признательность Благотворительному фонду Гэтсби, Медицинскому институту Говарда Хьюза и программе «На переднем крае науки о человеке», финансирующим мои исследования в области коннектомики.

Примечания

Введение

Пусть человек созерцает Природу… «Мысли», 72.

«вечное безмолвие…» «Мысли», 206.

…не сосредоточены в отдельном органе. Большинство нейронов и синапсов у этого червя расположены в так называемом нервном кольце. (Собственно, это утверждение верно лишь для червей-гермафродитов, так как нервное кольцо играет меньшую роль у куда более редких червей-самцов.) Нервное кольцо окружает «глотку» червя и является наиболее похожей на мозг структурой. Человеческий же головной мозг содержит подавляющее большинство нейронов нашей нервной системы. Прочие находятся в спинном мозге или рассеяны по другим частям тела.