Как изменились наши представления о мозге за последние 10 лет

Текст
Олег Виноградов

Look At Me попросил журналиста и учёного Олега Виноградова регулярно рассказывать о том, что происходит в одной из важнейших современных наук — нейробиологии. В первом выпуске — 4 доказательства того, что за последний десяток лет мы узнали больше интересного о работе мозга, чем можно себе представить.

В последние пару десятков лет исследования работы мозга приобрели огромный размах.
Нейробиологи изучают принятие решений, сон, целенаправленные действия, внимание, память, утомление и так далее. Почти каждая лаборатория обладает фантастическими возможностями: запросто можно сделать мозг крысы прозрачным и наблюдать, как работают нервные клетки, или положить живого человека в томограф и отслеживать активность отдельных участков мозга в реальном времени. Инженеры и математики так здорово делают свою работу, что метод регистрации электрических потенциалов с поверхности головы (электроэнцефалография), появившийся ещё в начале ХХ века, теперь помогает нам управлять компьютером силой мысли.

Практическая польза многих исследований становится всё более ощутимой. Мы уже предвкушаем, как сможем управлять экзоскелетами силой мысли, как полностью парализованные люди встанут с постели. Но ещё важнее то, что болезней нервной системы и расстройств поведения год от года становится всё больше. Сейчас около 350 миллионов человек во всём мире страдают депрессией. Каждый год эта цифра растёт, а существенное увеличение продолжительности жизни приведёт и к страшной распространённости болезни Альцгеймера.

Я собрал несколько примеров того, что было открыто всего лишь за последние 10 лет, процитировано другими учёными тысячи раз и, на мой взгляд, выглядит страшно интересно.

Крысы читают мысли

Учёным удалось продемонстрировать,
что общение силой мысли возможно

В 2013 году учёные из университета Дюка под руководством Мигеля Николеса (это тот самый человек, что заставил полностью парализованного человека ударить по мячу на ЧМ по футболу в 2014 году) напрямую соединили мозг двух крыс и научили их общаться на расстоянии. Конечно, речь идёт не об общении, а о совместном решении задач. Одна крыса (кодирующая, как её назвали авторы) обучалась нажимать на педаль, над которой горела лампочка. За каждое правильное нажатие она получала вознаграждение.

Информация о том, какую педаль нужно нажать, передавалась в мозг второй крысы (декодера) в виде электрических импульсов. В клетке второй крысы лампочки горели над обеими педалями, и она могла или случайно догадаться, или воспользоваться тем, что ей передала обученная крыса. В подавляющем большинстве случаев вторая крыса (или декодер) выбирала правильную педаль, и обе крысы получали угощение. Как сообщает сам Мигель Николес, его группа впервые показала возможность общения исключительно силой мысли. Нам остаётся только надеяться, что никто не решит соединить умы всех людей на Земле в единое целое.

Ген, заставляющий вас бояться
и переживать

У носителей неудачного аллеля миндалина
и передняя поясная извилина открывают безграничные возможности переживать и бояться

Исследования психических расстройств всегда представлялись очень сложной задачей: болезнь каждого пациента проходит по-разному. Но с помощью современной генетики и визуализации мозга учёные смогли приблизиться к пониманию того, что происходит в мозге пациента.

Всего один ген усиливает вашу реакцию на любые негативные стимулы. В далёком 2005 году в журнале Nature Neuroscience вышла статья, процитированная с тех пор не одну тысячу раз. Исследование показало, как один ген изменяет работу и анатомию отделов мозга, отвечающих за чувство страха и негативные эмоции. Этот ген регулирует синтез молекулы — переносчика серотонина. Серотонин — медиатор в головном мозге, тесно связанный с хорошим настроением, а его переносчик транспортирует сам серотонин через мембрану клетки. Именно на уровень серотонина действует всем известный антидепрессант прозак. Определённый «короткий» вариант этого гена (или более формально — аллель) часто встречается почти у всех пациентов с депрессией, но нередко можно найти его и у здорового человека из группы риска развития депрессии.

Авторы исследования проанализировали структуру мозга 96 человек с определённым вариантом гена, индивидуальную анатомию мозга каждого человека и то, как каждый мозг реагировал на неприятные лица. На тот момент это было наиболее масштабное исследование, совмещающее генетику с нейровизуализацией. У всех носителей «короткого» аллеля гена два отдела мозга были меньше: миндалина и передняя часть поясной извилины. Миндалина, как известно, отвечает за восприятие страха, а передняя поясная извилина — за восприятие эмоций, поощрение и ещё много за что. У тех же носителей неудачного аллеля в ответ на неприятные лица миндалина и передняя поясная извилина больше активируют друг друга и открывают безграничные возможности переживать и бояться. Это была первая работа, убедительно связывающая генотип, особенности анатомии мозга и субъективную реакцию на устрашающие стимулы.

Продуманные и спонтанные решения

Мы оцениваем вознаграждение прямо сейчас выше, чем отложенное во времени

Люди нередко предпочитают десять долларов сегодня, а не одиннадцать завтра.

При этом, если предложить десять долларов через год или одиннадцать через год и один день, выбор перемещается в сторону большей суммы. Этот феномен называется временным дисконтированием — мы оцениваем вознаграждение прямо сейчас выше, чем отложенное во времени. Открыт он был очень давно, и все уважающие себя маркетологи о нём знают. А вот почему это работает именно так, стало известно совсем недавно.

Самюэль Макклюр в 2004 году открыл две отдельные системы в мозге, которые отвечают за принятие экономически обоснованных и эмоциональных решений. В своём исследовании он задавал испытуемым одинаковые вопросы и регистрировал активность мозга с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (этот метод позволяет по притоку крови оценить активность определённых участков мозга). Ему удалось доказать, что так называемая дорзолатеральная префронтальная кора (на самом деле это просто участок мозга прямо в районе лба) кодирует стоимость вознаграждения (11 больше, чем 10). А базальные ганглии (скопление нервных клеток в глубине вещества мозга) и орбитофронтальная кора (участок мозга прямо над глазными яблоками) кодируют немедленный, эмоциональный результат. Когда вторая система берёт верх, мы выбираем 10 долларов сегодня. Похожее поведение не редкость, когда мы объедаемся, вместо того чтобы сесть на диету.

Ранняя диагностика болезни Альцгеймера

Сейчас окончательно выяснить, что же это была за деменция, может только патологоанатом

Расстройства памяти в старости, нарушения речи, движений, узнавания и планирования своих действий — всё это симптомы старческой деменции. Самая известная и распространённая деменция — болезнь Альцгеймера, хотя существуют и другие формы. Сейчас окончательно выяснить, что же это была за деменция, может только патологоанатом (они-то и выяснили, что причины и механизмы отличаются). Хотя уже почти 10 лет назад учёные из Питтсбургского университета синтезировали молекулу, которая позволяет определять болезнь Альцгеймера на самых ранних стадиях.

Эта молекула получила название Питсбургская смесь Б (Pitsburg Compund B). Она избирательно связывается с так называемым Бета-амилоидом — белком, избыточно накапливающимся в нервных клетках больного. Питсбургская смесь Б — радиоактивный препарат, и, как только он накапливается в достаточном количестве в мозге, то начинает выделять позитроны (нет, это совершенно безопасно при соблюдении техники безопасности), которые можно определить с помощью позитронно-эмиссионного томографа. В Америке препарат зарегистрировали в прошлом году под названием Амивид, но так как эффективного лечения болезни по-прежнему нет, пользы от него меньше, чем могло бы быть.

Болезненные воспоминания можно удалить

Аналогичным образом наши воспоминания могут модифицироваться в течение жизни

В июне этого года в Nature Neuroscience была опубликована статья о том, как можно избавиться от повышенной чувствительности к боли. Процедуру, которую использовали авторы, можно сравнить со стиранием старых воспоминаний. В эксперименте у мышей провоцировали появление повышенной чувствительности к боли, а потом заставляли их забыть об этом, и чувствительность вновь становилась нормальной.

Гиперальгезия — повышенная чувствительность к боли — крайне неприятное состояние, при котором ощущение боли возникает даже при незначительных прикосновениях к коже. Вы наверняка сталкивались с гиперальгезией после ожога. Такая повышенная чувствительность, которую практически невозможно устранить, иногда сопровождает человека годами (например, в области лица при невралгии тройничного нерва).

Исследователи вызывали у мышей гиперальгезию с помощью инъекций капсина — вещества, которое придаёт перцу чили его остроту. Затем через несколько часов одной группе мышей вводили капсин повторно, а другой — капсин вместе с веществом, подавляющим синтез белка. В результате гиперчувствительность к боли у второй группы мышей удалось подавить. Сами авторы говорят, что механизм избавления от боли похож на стирание памяти. В тот момент, когда у мышей развивается гиперчувствительность, в спинном мозге мыши укрепляются связи между нейронами. Это становится возможным благодаря синтезу новых белков-рецепторов к медиаторам, передающим возбуждение между нервными клетками. Чем рецепторов больше, тем быстрее активируется нейрон. Это принято называть консолидацией памяти. Похожий механизм включается, когда наша кратковременная память превращается в долговременную.

А теперь волшебство. В момент повторного ввода капсина это «воспоминание» становится неустойчивым. Для того чтобы оно осталось прежним, нужно синтезировать новые белки. Если заблокировать синтез белков при повторном вводе капсина, то становится возможным ослабить связи, ответственные за сверхболезненные ощущения. Что и сделали авторы, заблокировав синтез белков. Считается, что аналогичным образом наши воспоминания могут модифицироваться в течение жизни. Механизмы реконсолидации до сих пор не до конца ясны, однако похожим образом удаётся стирать самые разные болезненные переживания мышей.

Про наше поведение в целом мы стали знать лишь немного больше, чем во времена когнитивной революции 60-х годов двадцатого века. Парадоксально, что с фантастической скоростью в нашей жизни появляются нейрокомпьютерные интерфейсы и экзоскелеты, а некоторые исследователи всерьёз считают, что сознание можно будет загрузить в компьютер в ближайшем будущем.

Источник:http://www.lookatme.ru/mag/blogs/guest-editor/209187-neuroscience