Текст книги "Мозг материален"

Понятно, что любые эксперименты с вживлением электродов людям в наше время проводятся строго по медицинским показаниям. Только тогда, когда есть надежда улучшить жизнь человека и при этом он сам осознает, в какой степени она обоснована, и добровольно соглашается принять все риски, связанные с операцией и вмешательством в мозг. Если вы просто хотите получить какую‐то новую информацию о работе нервной системы без отчетливой прикладной пользы (хотя бы потенциальной), то, даже если вы убедите добровольцев в этом участвовать, этический комитет университета не разрешит вам ничего делать. Даже если вы каким‐то образом ускользнете от его внимания и проведете свой дьявольский эксперимент, вы не сможете его опубликовать.

С животными проще. Их интересы этические комитеты университетов тоже охраняют, но исходят там немного из другой расстановки ценностей: важно не то, принесет ли вмешательство пользу самому подопытному, а то, может ли оно в перспективе открыть новые идеи или дать новые отработанные технологии, чтобы принести пользу людям. Я разделяю эту точку зрения, вы не обязаны со мной соглашаться; если вы мой постоянный читатель, то помните, что этические проблемы, связанные с экспериментами на животных, подробно обсуждались в книжке “В интернете кто‐то неправ!”. Здесь приведу только аналогию: когда наша иммунная система формирует антитела, она использует механизм совершенно случайного перебора вариантов, делает горы белков, которые совершенно неизвестно для чего пригодятся, и большинство из них действительно не пригодится никогда. Но когда в организм попадает совершенно новый вирус, то благодаря вот этому случайному хаотическому перебору обычно выясняется, что у нас уже есть какие‐то антитела, способные с ним связаться и замедлить его распространение в организме, и именно их можно “допилить”, чтобы иммунная система оказалась способна полностью справиться с болезнью. Так и тут: наука – это защитная система общества, она придумывает, как спасать нас от голода, болезней, бедности, зимы и вселенской скорби. Она не всегда видит прямые и четкие пути, как это сделать, во многих случаях она просто накапливает данные, разрабатывает методы, проверяет гипотезы одну за другой, и каждое такое действие повышает вероятность того, что, когда какая‐то проблема встанет остро или когда, наоборот, выплывут какие‐то новые возможности, у человечества уже окажется заранее разработанный набор инструментов, позволяющий справиться с неожиданной ситуацией. Опыты на животных могут быть относительно простыми (“Зачем это проверять? И так гипотетически понятно!”) или зубодробительно сложными (“Да это никогда не войдет в практику! Что вы время и деньги тратите?”), но фокус в том, что далеко не всегда возможно заранее отличить одно от другого. И никогда заранее не известно, где, когда и как это полученное знание окажется критически важным.

Вот пример того, что кажется простым: радиоуправляемые крысы. Принцип действия и правда незамысловатый: в мозг подопытных вживлены три электрода, означающие “направо”, “налево” и “вот тебе вознаграждение”. Первые два стимулировали соматосенсорную кору в той области, которая обрабатывает сигналы от вибрисс (усов), то есть у крысы возникало такое чувство, как будто бы что‐то прикасается к ее вибриссам – справа или слева соответственно. Третий электрод, самый важный, был вживлен в медиальный пучок переднего мозга, то есть в нервные волокна, передающие возбуждение к прилежащему ядру (“центру удовольствия”). После того как такая система выстроена, крысу можно за несколько экспериментальных сессий натренировать делать то, чего вы от нее хотите. Сначала вы можете вознаграждать ее каждый раз, когда она просто идет вперед (и если вы будете увеличивать интенсивность стимуляции, то животное будет соглашаться идти вперед даже в не предназначенных для этого условиях, например если нужно одновременно карабкаться вверх). Потом дополнительно приучаете поворачивать направо при стимуляции правой соматосенсорной коры и налево – при стимуляции левой и вознаграждаете и это тоже. Как только животное поймет правила игры, вы можете запустить его в любой новый лабиринт и провести через него самым быстрым и разумным путем. При этом вы управляете крысой с ноутбука, а микростимулятор она несет сама – в рюкзачке. Это позволяет животному удаляться от ноутбука на 500 метров и все еще быть управляемым. В конце статьи, опубликованной в 2002 году, ученые обещают, что такие крысы в скором времени начнут использоваться для поиска людей под завалами. До этого, кажется, на практике пока так и не дошло, но, по крайней мере, такие головокружительные перспективы помогли исследователям опубликоваться в хорошем журнале[91]91
  Talwar, S. K. et al. (2002). Rat navigation guided by remote control. Nature, 417, 37–38.


[Закрыть].

Есть задача и посложнее – создание радиоуправляемых летающих насекомых. Дело в том, что насекомые прекрасны и восхитительны с инженерной точки зрения. Они очень энергоэффективны. Механический летающий робот, созданный человеком, может весить три грамма и при этом лететь куда-нибудь в течение трех минут – потом садится батарейка, и так составляющая треть его веса. Муха весит меньше и летает значительно дольше. Неудивительно, что в мире работает сразу несколько исследовательских групп, которые хотели бы заставить муху (или другое насекомое) лететь туда, куда они прикажут.

Существует несколько способов это сделать, более или менее пригодных для разных видов насекомых[92]92
  Sato, H. & Maharbiz, M. (2010). Recent developments in the remote radio control of insect flight. Frontiers in Neuroscience, 4, 199.


[Закрыть]. Например, африканские жуки рода Mecynorhina (масса – 10 граммов, электроды с аккумулятором – еще 1,22 грамма, остаточная грузоподъемность – 3 грамма) обладают удобным свойством: они летят, пока светло, и останавливаются, если стемнело. Это означает, что им можно вживить электроды в оптическую долю, чтобы они думали, что кругом белый день (или темная ночь), и, соответственно, летели или нет. Чтобы заставить насекомых поворачивать, можно использовать их склонность лететь к свету (и врубать им светодиоды, прикрученные прямо к голове) или склонность поворачивать голову в направлении движения (и, соответственно, стимулировать им шейные мышцы с этой целью), а еще можно непосредственно воздействовать на мышцы крыльев: если вы машете правым крылом сильнее, то вас начинает сносить влево (попробуйте проверить сами, когда в следующий раз будете плавать в бассейне).

Самые причудливые вещи делает с животными Мигель Николелис из Университета Дьюка. Он хочет создать нечто вроде интернета из мозгов. Соединить нескольких животных в единую мыслящую сеть, способную коллективно обрабатывать информацию и принимать решения. На самом деле, конечно, помимо этого он публикует множество серьезных работ о нейроинтерфейсах, нейропротезах и лечении повреждений нервной системы, но законы журналистики суровы, и в научно-популярные книжки Николелис попадает не с самыми важными своими статьями, а с боковыми ответвлениями от своей основной работы. Просто потому, что их интереснее читать и пересказывать широкой общественности.

В 2013 году Николелис и его коллеги[93]93
  В том числе Михаил Лебедев, недавно возглавивший Центр биоэлектрических интерфейсов в НИУ ВШЭ.


[Закрыть] научили крыс обмениваться информацией на расстоянии[94]94
  Pais-Vieira, M. et al. (2013). A brain-to-brain interface for realtime sharing of sensorimotor Information. Scientific Reports, 3, 1319.


[Закрыть]. У вас есть пара подопытных животных, и они хотят пить. В клетке у каждой крысы есть две поилки, но вода появится только в одной из них и ненадолго, так что важно сделать правильный выбор. У первой крысы есть подсказки: она должна либо нажать на тот рычаг, который подсвечен фонариком, либо просунуть голову между двумя перегородками, расстояние между которыми автоматически меняется, и затем выбрать правую или левую поилку в зависимости от сиюминутной ширины щели (естественно, животных заранее тренировали это делать). У второй крысы тоже есть две поилки, и она тоже хочет пить, но внешний мир не дает ей подсказок. Зато подсказки дает ей внутренний мир: в ее моторную или сенсорную кору вживлены электроды. У первой крысы, соответственно, тоже. Они записывают активность мозга той крысы, которая приняла решение, и подают сигналы другой крысе, которой еще предстоит сделать выбор. Если вторая крыса справилась, то первая получает еще один глоток воды, так что в ее интересах стараться думать погромче. Правильно расшифровывать сигнал удавалось не всегда, но все же крысы, ориентирующиеся на сигналы от своих микроэлектродов, выбирали правильную поилку более чем в 60 % случаев, и это достоверно выше вероятности случайного угадывания. В одном из экспериментов крысы в паре находились в двух разных лабораториях, в Бразилии и США, и передавали свои мысли по интернету. Примерно как мы.

Но это еще нельзя назвать совместной работой над решением задачи. Зато трех обезьян, которые должны силой мысли привести виртуальную руку в правильную точку экрана, – уже можно[95]95
  Ramakrishnan, A. et al. (2015). Computing arm movements with a monkey Brainet. Scientific Reports, 5, 10767.


[Закрыть]. Идея в том, что каждая обезьяна по отдельности способна управлять движением только в двух плоскостях. Только вверх-вниз и вперед-назад, но не вправо-влево. Или только вперед-назад и вправо-влево, но не вверх-вниз. Или, соответственно, только вверх-вниз и вправо-влево. Таким образом, любые две обезьяны с задачей справиться могут, а одна – нет. Причем, действительно, если одна из трех обезьян отвлекалась от задания (или была отключена от него исследователями), то оставшимся двум приходилось в буквальном смысле думать более интенсивно, чтобы справиться с заданием. Принципиально и то, что со временем животные сработались и им требовалось все меньше и меньше времени для того, чтобы направить виртуальную руку куда нужно. “Основываясь на этих доказательствах, – заключают исследователи, – мы полагаем, что мозги приматов могут быть интегрированы в самостоятельно адаптирующуюся вычислительную структуру, способную к достижению общей поведенческой цели”.

 
И я держу равнение, даже целуясь,
На скованных одной цепью.
 

Глава 3
Башни-излучатели: ожидание и реальность

Вы наверняка слышали о карго-культах, но если нет, то отвлекитесь от книжки и сделайте поиск по картинкам, они прекрасны. Во время Второй мировой войны и в первые годы после нее на островах Меланезии размещались многочисленные военные базы, как японские, так и европейские. С Большой земли солдатам доставляли одежду, продукты, лекарства, палатки и еще множество ценных вещей. Чаще всего их сбрасывали на парашютах, пролетая над островами. Меланезийцы могли либо сами находить блага цивилизации, либо получать их от солдат в обмен на содействие. Но потом война закончилась, солдаты вернулись домой, и приток полезных предметов прекратился. Чтобы вернуть утраченную милость небес, островитяне начали имитировать действия, которые они наблюдали у европейцев. Они проводили военные парады, маршируя с палками, изображавшими ружья. Строили деревянные самолеты. Сооружали радиоантенны из прутьев и соломы[96]96
  Надо сказать, что это сработало. Карго-культы вызвали широкий интерес у западных ученых, они стали организовывать исследовательские экспедиции, и островитяне получили еще много полезных вещей.


[Закрыть].

Это кажется забавным до тех пор, пока мы не начинаем читать современные околонаучные новости на развлекательных ресурсах. “Девушки, которые не ленятся краситься, получают бóльшую зарплату”, – сообщает нам AdMe. “Ребенок, выросший в доме, в котором содержится более 500 книг, в среднем проводит в учебных заведениях на три года больше”, – говорит The Telegraph. Что может быть проще? Хотите много зарабатывать – начинайте краситься. Хотите, чтобы ваш ребенок благополучно окончил школу и поступил в университет, – заведите в доме библиотеку. (Хотите больше посылок с едой – постройте деревянный самолет.)

На самом деле, очевидно, нет. Такие научные новости базируются на настоящих исследованиях с большими выборками[97]97
  Wong, J. S. & Penner, A. M. (2016). Gender and the returns of attractiveness. Research in Social Stratification and Mobility, 44, 113–123.


[Закрыть],[98]98
  Evans, M. D. R. et al. (2010). Family scholarly culture and educational success: books and schooling in 27 nations. Research in Social Stratification and Mobility, 28 (2), 171–197.


[Закрыть] и даже не то чтобы очень сильно искажены относительно первоисточников. Но оба исследования – корреляционные. То есть ровным счетом ничего не говорят о причинно-следственной связи. Смотрите, что получается:

1. Да, мы действительно видим, что ухоженность и высокий заработок (или книжки и образование) идут рука об руку. Это не означает, что закономерность будет соблюдаться для каждого конкретного человека, но вот уже если посмотреть на 100 испытуемых, скорее всего, она проявится. Исследователи в обоих случаях брали много тысяч людей и в обоих случаях получили p < 0,001. Другими словами, вероятность того, что им просто попались неправильные респонденты, а для общества в целом такой корреляции нет, крайне невелика: меньше чем 1 к 1000.

2. Но мы понятия не имеем, что было раньше: курица или яйцо. Начали ли женщины следить за своей одеждой, прической и макияжем и из‐за этого им повысили зарплату? Или им повысили зарплату, и у них появилось больше возможностей ухаживать за собой? Даже в случае со школьной успеваемостью нельзя исключать, не проверив, обратную последовательность: в семье рос любознательный ребенок, и поэтому родители накупили много книг.

3. Самое главное: возможно, эти факторы вообще не связаны друг с другом напрямую. Они могут быть двумя следствиями одной и той же причины. Допустим, у некоторых женщин дома хорошо, тихо и спокойно, никто их не дергает, и это позволяет им, с одной стороны, читать вечерами профессиональную литературу, а с другой стороны, неторопливо краситься по утрам. Допустим, ребенок все эти книги с полок вообще ни разу в жизни не открывал, но зато у него есть умный дедушка, который в свое время их накупил, и этот дедушка всю дорогу помогал ему решать задачи по алгебре и физике. И делал бы это независимо от того, есть в доме книги или нет.

Сами исследователи никогда не отказывают себе в удовольствии поговорить в финале статьи о том, как могла бы работать прямая причинно-следственная связь. “Диктат красоты, – отмечают они, – хороший способ контролировать женское поведение. Ухоженная женщина демонстрирует конформность, готовность играть по правилам, и работодатели это поощряют”. Или так: “Дом, полный книг, предоставляет детям возможности, полезные в школьном образовании, стимулирует развитие словарного запаса, расширение набора фактических знаний, навыки понимания, развивает воображение”. Все эти соображения ценны и интересны. Но важно не впадать в карго-культ. Только тогда, когда мы возьмем 1000 женщин с одинаковым уровнем образования и профессиональных навыков, убедим половину группы краситься и делать укладку и маникюр, а половину попросим этого не делать и сравним изменения в их зарплате через три года такой жизни, мы сможем говорить, что ухоженность способствует деньгам. И только когда мы возьмем детей этих женщин, отберем у одних половину книг, а другим привезем еще столько же и посмотрим на их оценки через три года, мы сможем говорить, что книги способствуют успеваемости. То есть, в идеальном случае, мы должны создать ситуацию, в которой экспериментальная и контрольная группа не отличаются друг от друга вообще ничем, кроме единственного фактора, который нас интересует, чтобы можно было посмотреть именно на его влияние. В этом, собственно, заключается ключевая идея экспериментального метода, единственного надежного источника информации о причинно-следственных связях. А пока такая работа не проведена, у меня для вас хорошие новости: если вы хотите больше денег, это не означает, что вам надо срочно начинать краситься. (Впрочем, если вы хотите, чтобы ваш ребенок поступил в университет, то вы вполне можете скупить все книги издательства Corpus. Это я одобряю. Я заинтересованная сторона.)

Мы, люди, по природе своей склонны замечать совпадения между событиями и трактовать их как причинно-следственные связи. Вообще‐то это здорово. Это помогает нам учиться на своих ошибках, придумывать новые способы добычи ресурсов, лучше предсказывать поведение окружающих. Но, как и любой другой эволюционно выгодный механизм принятия решений, эта наша склонность время от времени приводит нас к ложным выводам, заставляет находить несуществующие закономерности, способствует формированию суеверий. Поэтому научный метод направлен скорее как раз на то, чтобы помешать нам видеть причинно-следственные связи там, где их на самом деле нет. В XIX веке британский философ Джон Стюарт Милль сформулировал три критерия причинности, которые полезно держать в голове и применять к любой закономерности, замеченной нами в окружающем мире. Мы можем обоснованно предполагать, что А – это причина Б, только когда соблюдаются три условия сразу: во‐первых, А предшествует Б во времени, всегда сначала происходит одно, а потом уже другое; во‐вторых, действительно, между ними есть корреляция, то есть изменение А вызывает столь же сильное (или столь же слабое) изменение Б; последнее по порядку, но не по важности – мы должны убедиться, что не можем найти других правдоподобных объяснений.

Все это очень актуально для исследований, в которых устанавливают взаимосвязи между структурами мозга и их функциями. Львиная доля данных об этом получена с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Она крутая, никто не спорит. Но у нее есть несколько методологических проблем[99]99
  Lieberman, M. D. & Cunningham, W. A. (2009). Type I and type II error concerns in fMRI research: re-balancing the scale. Social Cognitive and Affective Neuroscience, 4 (4), 423–428.


[Закрыть],[100]100
  Logothetis, N. K. (2008). What we can do and what we cannot do with fMRI. Nature, 453 (7197), 869–878.


[Закрыть]

Прежде всего, фМРТ – медленная: она регистрирует не саму активность нейронов, а приток крови к ним, а на его изменение может требоваться, например, секунда. За секунду в мозге произойдет множество событий; фМРТ не позволит сказать точно, в какой последовательности они происходили.

Вторая серьезная проблема связана с тем, что мозг, к сожалению, работает не на 10 %, как утверждается в популярном мифе; он все время работает весь целиком, каким бы заданием ни был занят ваш испытуемый. Поэтому среди огромного множества участков, к которым увеличился приток крови во время выполнения задания, будут те, которые имеют отношение к делу, и еще больше тех, которые отношения к делу не имеют, а заняты чем‐то совершенно другим и просто по совпадению оказались более активны именно в этот момент. Вы, конечно, будете работать со многими испытуемыми и заставите их выполнить задание много раз, но и участков мозга у вас очень много, и поэтому среди них все равно найдутся такие, которые в большинстве случаев оказались активны при выполнении задания просто в результате случайного совпадения. Чтобы бороться с этой проблемой ложноположительных результатов, исследователи применяют очень строгие статистические критерии. И, соответственно, неизбежно упираются в проблему ложноотрицательных результатов, когда на самом деле активность этого участка мозга все‐таки была важна, но оказалась недостаточно убедительной, и ее выкинули из анализа.

И наконец, всегда есть проблема интерпретации результатов. Даже если вы твердо уверены, что приток крови к конкретному участку мозга всегда связан с выполнением конкретного задания, вам все равно еще предстоит понять, почему так происходит, что конкретно делает этот участок. Допустим, вы собрали гору исследований о том, что амигдала активна, когда вы показываете человеку страшные картинки. Но означает ли это, что она нужна именно для того, чтобы бояться? Может быть, это не “центр страха”, а “центр храбрости”, который позволяет человеку лежать и смотреть на страшную картинку, вместо того чтобы с визгом выбираться из томографа и портить вам весь эксперимент? В случае с амигдалой мы думаем, что все‐таки нет. Например, потому что у нас еще есть результаты исследований людей с повреждениями мозга и известно, что без амигдалы они становятся, наоборот, более бесстрашными. А вот если подходящих людей с травмами нет, то прийти к надежным выводам только с помощью фМРТ ну не то чтобы совсем невозможно, но это требует огромного массива разнообразных экспериментов, в которых вы не только регистрируете предшествование во времени и корреляцию, но и планомерно, шаг за шагом, исключаете все многочисленные альтернативные способы трактовки этих данных, пока не будете уверены, что остановились на самом правдоподобном.

То есть выводы, полученные с помощью фМРТ, всегда хорошо бы подкреплять с помощью других методов. Но мы же не можем ловить людей и вырезать им амигдалу? Они сами не согласятся, и этический комитет университета не разрешит, и научный журнал не опубликует. Честно говоря, в случае с амигдалой действительно мало что можно сделать. Но вот когда мы говорим о поверхностных, расположенных близко к стенкам черепа участках мозга, то у нас есть способ их повредить так, что и люди согласятся, и этический комитет не подкопается. Для этого надо повредить их безопасно, безболезненно и полностью обратимо.

И тут на сцену выходит транскраниальная магнитная стимуляция, ТМС.

Ключевое свойство нейронов – способность проводить электрический ток. О том, как именно они это делают, я подробно рассказываю в “Кратком курсе нейробиологии” в конце книги. Основная идея в том, что на мембранах нервных клеток постоянно поддерживается разность потенциалов. В состоянии покоя внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно, а внешняя – положительно. Это возможно благодаря тому, что мембраны густо пронизаны белковыми каналами, способными выборочно пропускать внутрь и наружу разные ионы.

В момент проведения нервного импульса на каком‐то маленьком участке мембраны нейрона на короткое время происходит деполяризация: ионные каналы запускают внутрь положительно заряженные ионы натрия, разность потенциалов между внутренней и наружной стороной становится гораздо меньше, а часто и вовсе меняет знак: теперь, наоборот, положительно заряженной оказывается внутренняя сторона мембраны. А дальше запускается цепная реакция: ионные каналы, расположенные по соседству, реагируют на деполяризацию мембраны и тоже начинают запускать натрий внутрь клетки (а на том участке, с которого все началось, наоборот, постепенно восстанавливается исходная разность потенциалов). Таким образом возбуждение распространяется вдоль по отростку нейрона. В конце концов оно придет к синапсу (месту контакта с соседней клеткой), и там произойдет выделение нейромедиаторов – межклеточных передатчиков сигнала, которые инициируют (или, наоборот, подавят) такие же процессы в следующей клетке.

Важно здесь то, что потенциал-зависимые ионные каналы, благодаря которым сигнал распространяется вдоль по нейрону, способны реагировать на внешнее, искусственно наведенное электромагнитное поле[101]101
  Zheng, Y. et al. (2016). A comparison of 15 Hz sine on-line and off-line magnetic stimulation affecting the voltage-gated sodium channel currents of prefrontal cortex pyramidal neurons. Europhysics Letters, 116 (1), 18002.


[Закрыть]. В его присутствии ионные каналы меняют свою пространственную структуру, начинают пропускать ионы, и, соответственно, в клетке генерируется нервный импульс, который дальше будет передаваться соседям точно так же, как если бы он возник естественным путем. Добиться этого можно с помощью вживленных электродов, а можно и с помощью электромагнитной индукции, той самой, которую обнаружил Майкл Фарадей в 1831 году. Если у вас есть магнитное поле, которое изменяется во времени, то оно порождает электрическое поле и электрический ток в проводниках, попавших в зону его воздействия. В данном случае – в нервной ткани.

Прибор для транскраниальной магнитной стимуляции выглядит довольно футуристично. В вашей лаборатории стоит большой белый ящик – генератор электрических импульсов силой в тысячи ампер. К нему подсоединен гибкий шланг толщиной в три пальца, на другой стороне которого – катушка для стимуляции, пластиковое кольцо (или восьмерка) размером примерно с блюдце. Внутри у нее проводник, через который проходит разряд электрического тока[102]102
  Я лично считаю, что именно устройство катушки для ТМС – пластик снаружи, проводник внутри – вдохновило Джоан Роулинг написать, что внутри деревянной волшебной палочки должно быть заключено перо феникса или волос единорога.


[Закрыть]. Вокруг катушки в этот момент возникает магнитное поле, которое может достигать нескольких тесла (в тысячу раз больше, чем у магнита на холодильнике). Вы при этом держите катушку около головы испытуемого, переменное магнитное поле проникает сквозь череп, и в мозге возникает изменение электрического поля, достаточное для того, чтобы деполяризовать мембраны нервных клеток и, соответственно, запустить в них вышеописанную цепную реакцию передачи сигнала[103]103
  Lefaucheur, J.‐P. et al. (2014). Evidence-based guidelines on the therapeutic use of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS). Clinical Neurophysiology, 125, 2150–2206.


[Закрыть]. То есть изменить активность тех зон коры, которые находятся непосредственно под катушкой.

Если вы журналист и придете в Центр нейроэкономики и когнитивных исследований Высшей школы экономики, чтобы снять сюжет о транскраниальной стимуляции, вас встретит там ее властелин и повелитель, профессор Маттео Феурра. Чтобы сразу вас впечатлить, он просто возьмет катушку и поднесет ее к своей моторной коре (или к вашей, если вы человек храбрый). И нажмет на кнопку, чтобы отправить единичный импульс. И рука его (или ваша) хаотически дернется, и он ничего не сможет с этим сделать (или вы не сможете). От единичного импульса происходит мгновенное возбуждение нейронов, и если это были нейроны моторной коры в области, отвечающей за движение руки, то мышцы руки получат соответствующий сигнал. Если это были нейроны зрительной коры, например, то вы увидите вспышку света.

Но если вы придете в Вышку не как журналист, а как участник экспериментов, то все будет происходить гораздо медленнее. Прежде всего, вы заполните миллион анкет, чтобы подтвердить, что вы здоровы как космонавт и ваши родственники до седьмого колена тоже всегда были здоровы как космонавты. Дальше вас отправят на томографию, чтобы у Маттео и его коллег был скан именно вашего мозга и они точно знали, где начинается и кончается каждая извилина именно в вашей голове. Потом вас пригласят в лабораторию и дадут подписать еще несколько документов о том, что вы здоровы и на все согласны. Потом вас посадят в удобное белое кожаное кресло, наклеят на вас светлые шарики, по которым видеокамера поймет, где у вас лоб, и дополнительно покажут ей, где у вас переносица и уши. На основании всего этого компьютер сообщит исследователям, где у вас моторная кора. Вам прикрепят электроды на руку или на ногу и наконец начнут посылать импульсы на моторную кору и оценивать ее активацию по сокращениям ваших мышц. Но это только для того, чтобы понять, с какой силой вообще нужно подавать импульсы конкретно в вашем случае. Только через пару часов калибровки начнется настоящий эксперимент, во время которого катушку будут держать над каким‐то другим отделом вашего мозга, а потом дадут вам какое-нибудь задание и посмотрят, как вы с ним справитесь. Главное, ни в коем случае не пытайтесь целенаправленно помогать экспериментаторам, стараясь, например, специально выполнять задание хуже, чем могли бы, в надежде помочь этим обаятельным людям подтвердить их гипотезу. Во-первых, вы вообще не знаете, в чем заключается их гипотеза и какое именно изменение ваших результатов ее подтвердит (сначала они объяснят все туманно или просто наврут вам и только после окончания экспериментов смогут рассказать, что же они исследовали на самом деле). Во-вторых, ваши личные результаты в любом случае мало что изменят – выводы делаются при обобщении большого количества данных. В-третьих, вы все равно не знаете, попали ли вы в экспериментальную или в контрольную группу, то есть действительно ли вы получали стимуляцию и получали ли ее именно в нужном месте – это зависит от того, какой стороной выпала монетка, брошенная экспериментатором, пока вы заполняли опросники. Даже не спрашивайте исследователей об этом – они вам скажут, что вы‐то, конечно, были в экспериментальной группе, чтобы вам не было обидно за потраченное время, но если вы вынудите их врать, то им будет неприятно.

Единичный импульс вызывает короткий разовый всплеск активности в нервных клетках, и у вас, например, дергается рука. Это прикольно, но ожидаемо, и поэтому не очень интересно для ученых. В настоящих экспериментах чаще всего используется длительная стимуляция[104]104
  По-английски она называется repetitive TMS, на русский обычно так и переводят: “повторная”. Речь не идет о том, что человек второй раз пришел на эксперимент. Речь идет о том, что во время эксперимента ему дали много повторяющихся импульсов.


[Закрыть]. Ученый держит над вами катушку (и внимательно следит, чтобы она оставалась над нужным участком мозга, даже если вы пошевелите головой), а катушка генерирует магнитные импульсы с определенной частотой. У такого воздействия два радикальных преимущества[105]105
  Hoogendam, J. M. et al. (2010). Physiology of repetitive transcranial magnetic stimulation of the human brain. Brain Stimulation, 3, 95–118.


[Закрыть]. Во-первых, эффект сохраняется еще несколько минут (или даже несколько десятков минут) после того, как стимуляция прекратится. Выполнять задания, предложенные экспериментаторами, гораздо удобнее, если вы уже не должны сохранять неподвижность и не отвлекаетесь на тарахтящую штуковину за вашей головой. Во-вторых, в зависимости от параметров стимуляции можно либо усилить, либо, наоборот, подавить активность нужной зоны коры. Как правило, если стимуляция низкочастотная (например, 1 Гц, один импульс в секунду), то работа соответствующего участка мозга временно нарушается, а если стимуляция высокочастотная (от 5 Гц и выше), то возбудимость, наоборот, увеличивается.

Конкретные механизмы, отвечающие за эти противоречивые эффекты, сегодня продолжают интенсивно изучаться[106]106
  Hoogendam, J. M. et al. (2010). Physiology of repetitive transcranial magnetic stimulation of the human brain. Brain Stimulation, 3, 95–118.


[Закрыть],[107]107
  Chervyakov, A. V. et al. (2015). Possible mechanisms underlying the therapeutic effects of transcranial magnetic stimulation. Frontiers in Human Neuroscience, 9, 303.


[Закрыть],[108]108
  Tang, A. et al. (2017). Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation of the Brain: Mechanisms from Animal and Experimental Models. The Neuroscientist, 23 (1), 82–94.


[Закрыть] – и на клеточных культурах, и на животных, и, насколько это возможно, на людях. Для того чтобы сказать об этих механизмах что‐то осмысленное, мне придется нарушить свои авторские планы, отступить от линейной логики повествования (в мозге все связано со всем!) и уже сейчас рассказать вам про способность нейронов к усилению или ослаблению синаптических связей. Вообще‐то я надеялась подробно обсуждать ее в главе о памяти. Но если вы врубитесь в основную идею уже сейчас, при ее беглом изложении, то читать главу о памяти вам будет легко и приятно.

Вот смотрите. По нейрону распространяется возбуждение. Доходит до пресинаптической мембраны. Вызывает там выброс нейромедиаторов. Они действуют на рецепторы, расположенные на постсинаптической мембране. Например – классическая ситуация из учебника – у нас есть нейромедиатор глутамат и AMPA-рецепторы, с которыми он связывается. В ответ на это AMPA-рецепторы открывают свои ионные каналы, пропускают в клетку положительно заряженные ионы, происходит деполяризация мембраны, и возбуждение благополучно переходит с первого нейрона на второй. Чем больше в мембрану встроено AMPA-рецепторов, тем выше вероятность, что это произойдет. Их число может довольно быстро меняться, и это ключевой механизм, лежащий в основе кратковременной памяти.

Но что должно произойти для того, чтобы AMPA-рецепторов в синапсе стало больше? Тут на сцену выходит самая главная молекула во всей книжке, во всей памяти и вообще во всей нейробиологии – NMDA-рецептор.

Все нормальные ионные каналы открываются либо в том случае, если с ними связалась какая-нибудь сигнальная молекула (тогда они называются лиганд-зависимыми), либо в том случае, если изменился потенциал мембраны, на которой они находятся (тогда они называются потенциал-зависимыми). Но не таков NMDA-рецептор. Он соглашается работать только при соблюдении обоих этих условий одновременно. Это значит, что он работает тогда, когда возбуждены одновременно два нейрона: и тот, с которого пришел сигнал (и поступили нейромедиаторы), и тот, на мембране которого NMDA-рецепторы находятся (и при этом она уже деполяризована). То есть это молекула-детектор совпадений, он регистрирует одновременную активность двух нейронов. Тогда и только тогда он открывает свой ионный канал и начинает пропускать внутрь клетки ионы кальция. Эти ионы кальция, в свою очередь, могут влиять на огромное количество событий, происходящих в клетке, причем здесь важно, сколько именно ионов кальция поступило в клетку и с какой скоростью.