Tainy mozga_NG-02-2014

Пригладив седеющую бороду, Ван Ведин склоняется к экрану монитора, выискивая среди сотен файлов нужный ему. Мы сидим в библиотеке без окон среди побуревших от времени ко-

робок, набитых старыми письмами и давнишними номерами научных журналов со скручивающимися страницами; тут же стоит древний проектор для слайдов – жалко выбросить.

«Понадобится некоторое время, чтобы найти ваш мозг», – говорит Ведин.

На жестком диске этого компьютера хранятся сотни обезьяньих, крысиных и человеческих мозгов, то есть их подробнейших трехмерных изображений. Есть среди них и мой. Ведин предложил мне отправиться в путешествие по моей голове. «Мы посетим все достопримечательности», – улыбается он.

Яуже во второй раз приезжаю к Вану Ведину

вМартиносовский центр медико-биологиче- ской визуализации, расположенный в здании бывшей канатной фабрики в порту Бостона. В первый раз, несколько недель назад, я предложил себя на роль подопытной морской свинки. Меня провели в кабинет томографии, где я расположился на жесткой кушетке, положив голову в открытый пластиковый короб. Рентгенолог опустил мне на лицо белый пластмассовый

шлем. Сквозь отверстия для глаз я смотрел, как он прикручивает каску покрепче, чтобы 96 установленных в ней миниатюрных сенсорных антенн оказались как можно ближе к моему мозгу и смогли лучше уловить испускаемые им радиоволны. Когда кушетка въехала в цилиндрическую утробу томографа, мне вспомнился фильм по роману Александра Дюма «Железная маска».

Магниты, окружавшие меня, начали гудеть и попискивать. Целый час я лежал неподвижно, с закрытыми глазами и пытался сохранять спокойствие. Это было непросто. Чтобы добиться наилучшего разрешения, Ведин и его коллеги сделали томограф таким тесным, что человек моего телосложения еле мог туда втиснуться. Подавляя приступ паники, я старался дышать ровно и мысленно бродил по закоулкам памяти – например, вдруг вспомнил, как однажды вел дочь в школу сквозь снежный буран.

Лежа в томографе, я размышлял о том, что все эти мысли и чувства производит тот самый полуторакилограммовый кусок плоти, что подвергается изучению: и мой страх, передаваемый электрическими сигналами, которые сходятся в кусочке ткани, называемом миндалевидным телом, и успокаивающий ответ на него, который возникает в лобной доле. Воспоминание о том, как я вел дочь в школу, было воспроизведено другой группой нейронов, формой напоминающей морского конька (отсюда и название), – гиппокампом. Гиппокамп пробудил в мозге обширную сеть связей, которая впервые возникла, когда я пробирался через сугробы, и вызвал это воспоминание.

«Положение в томограф» было для меня частью редакционного задания, связанного с одной из величайших научных революций нашего времени, а именно с поразительным прорывом

впонимании того, как работает мозг. Одни нейробиологи сосредоточены на изучении сложного строения отдельных нервных клеток, или нейронов. Другие прослеживают происходящие

вмозге биохимические процессы, выясняя, как 100 миллиардов наших нейронов производят и используют тысячи различных видов белков. Третьи же, в том числе и Ведин, создают

через нервную систему – по всему телу, у исследователей ушло еще столетие. Но даже в конце XIX века ученые мало что знали о том, куда ведут пути, по которым передаются импульсы. Итальянский врач Камилло Гольджи утверждал, что мозг – это одна непрерывная сеть. Основываясь на его исследованиях, испанский нейроанатом Сантьяго Рамон-и-Кахаль опробовал новые способы окрашивания отдельных нейронов, чтобы проследить их перепутанные отростки. Ему удалось заметить, что каждый нейрон представляет собой самостоятельную клетку. Свои сигналы нейрон посылает по длинным отросткам – аксонам. Между окончаниями аксонов и принимающими кончиками соседних нейронов – дендритами есть крошечный зазор. Позже ученые откроют, что для того, чтобы передать сигнал соседнему нейрону, аксоны наполняют этот зазор – синаптическую щель – смесью из химических соединений.

Нейробиолог Джефф Ликтмэн, занимающий ныне в Гарварде профессорскую кафедру имени Рамона-и-Кахаля, продолжает начатые великим испанцем исследования. Вместо того чтобы зарисовывать пером вручную окрашенные нейроны, он и его коллеги создают трехмерные изображения высочайшей точности. Добираясь до мельчайших подробностей строения нервных клеток, они рано или поздно получат ответы на некоторые важнейшие вопросы о природе мозга. У каждого нейрона возникает в среднем по 10 тысяч синапсов – контактов с другими клетками. Существует ли определенный порядок в том, как одни нейроны контактируют с другими, или это происходит случайно?

Чтобы получить изображения, Ликтмэн и его коллеги кладут кусочки законсервированного мышиного мозга в нейроанатомическое подобие ломтерезки, которая срезает тончайшие – меньше одной тысячной толщины человеческого волоса – слои ткани. На электронном микроскопе ученые фотографируют каждый срез, а затем на компьютере «сшивают» фотографии в единое целое. «Теперь все видно», – говорит Ликтмэн.

Единственная проблема – огромность этого «всего». Самый большой фрагмент мышиного

ЯРКИЕ ВОСПОМИНАНИЯ

«Когда у вас формируется воспоминание, в мозге происходят физические изменения», – говорит Дон Арнолд из Университета Южной Калифорнии. Красные и зеленые точки на отростках крысиного нейрона показывают, где они стыкуются с другими нейронами. Когда у крысы появляются новые воспоминания, возникают новые точки, а старые исчезают.

мозга, который удалось воссоздать группе Ликтмэна, – с крупинку соли. А объем информации, содержащейся в этой крупинке, – уже приближается к сотне терабайт. Примерно столько же места заняли бы 25 тысяч фильмов в высоком разрешении.

После сбора данных начинается самая сложная работа: ученые пытаются выяснить, по каким правилам организован мнимый хаос мозга. Ученик Ликтмэна Нараянан Кастхури недавно решил изучить каждую деталь в цилиндрическом фрагменте мышиного мозга размером всего в тысячу кубических микрометров (это одна стотысячная той самой крупинки) и выбрал участок вокруг одного-единственного аксона.