Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
National Geographic №194, ноябрь 2019
National Geographic Traveler №72, ноябрь 2019 – январь 2020
Это новый сайт National Geographic Россия. Пока мы работаем в режиме бета-тестирования.
Если у вас возникли сложности при работе с сайтом, напишите нам: new-ng@yasno.media
Наука

Тайны мозга

Текст: Карл Зиммер
03 марта 2014
/upload/iblock/dc7/dc7ee80ff2e39995a77b2ebf1bea6ead.jpg
Новые технологии позволяют заглянуть в потаенные уголки мозга. Снимок с высоким разрешением показывает, что волокна белого вещества образуют правильную решетку.
Фото: Ван Ведин и Л. Л. Уолд, Мартиносовский Центр медико-биологической визуализации, Human Connectome Project
/upload/iblock/1b7/1b7c2fcfa598247ff742abab401b4c12.jpg
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.
Фото: Гаррет Гросс и Дон Арнолд, Университет Южной Калифорнии
/upload/iblock/b85/b853dcee7935f9ca875f61fa06f5747f.jpg
Подслушать мозг. Как ученые обнаружили «нейрон Дженнифер Энистон»? В нейромедицинском центре Калифорнийского университета (Лос-Анджелес) в мозг пациентов, страдающих эпилепсией, таких как Кристал Хокинз, вводят электроды.
Фото: Роберт Кларк
/upload/iblock/c9b/c9be5d74063b449d4a7681ff69297516.jpg
В следующий раз, когда у нее начнется припадок, электроды определят его источник в мозге, что позволит узнать, какой участок ткани необходимо удалить. Эти же электроды представляют редкую возможность «подслушать» нормально функционирующие нейроны – так и были открыты нервные клетки, реагирующие на определенные лица.
Фото: Эрик Бенке и Эндрю Фрю, Калифорнийский университет, Лос-Анджелес
/upload/iblock/76b/76b842e9825cbb2adc27f0da379f8ef8.jpg
Видимость хорошая. После погружения мышиного мозга (слева с краю) в раствор химических веществ растворяются жиры и другие молекулы, что делает мозг прозрачным (справа).
Фото: Квангхун Чанг и Карл Диссерот, Стэнфордский университет
/upload/iblock/f38/f38a82c42e49a7ad68d34d816d296ba9.jpg
Добавив белки, которые окрашивают только один тип нейронов, можно получить яркую карту определенных нейронных связей.
Фото: Квангхун Чанг и Карл Диссерот, Стэнфордский университет
/upload/iblock/8b8/8b844cb76be9acfa72c39118eb150b46.jpg
Томография мозга одного из пациентов хирурга Дэвида Фортина из Шербрукского университета в Канаде показала, что опухоль (красная, вверху) вросла в участок, контролирующий движение рук и ног.
Фото: Максим Деското и Максим Чемберленд, Sherbrooke Connectivity Imaging lab, Шербрукский университет
/upload/iblock/0dc/0dc3b7bc48c6bd997cd65896b39a2ceb.jpg
Удалив часть опухоли, Фортин направил электрический ток к этому участку, чтобы определить, насколько важны для двигательных способностей примыкающие к опухоли нейроны. Большинство двигательных функций у этого пациента сохранились, поэтому хирург в данном случае должен следить прежде всего за тем, чтобы не удалить лишнее.
Фото: Роберт Кларк
/upload/iblock/3f8/3f87fd49c85c05a055fa9c5fb965ccae.jpg
Силой мысли. Макака-резус ходит с помощью пневматического экзоскелета, управляемого компьютером, который считывает сигналы электродов, имплантированных в двигательную кору. Мигель Николейлис из Университета имени Дюка и его коллеги разрабатывают подобные устройства, которые помогут вновь встать на ноги парализованным людям.
Фото: Роберт Кларк
/upload/iblock/245/24516417a5f95dfd5a17e067770a0daf.jpg
Сотрудник Мартиносовского центра медико-биологической визуализации надел шлем с датчиками – часть томографа, который потребляет почти столько же энергии, сколько атомная подводная лодка. Сенсоры улавливают сигналы, возникающие, когда магнитное поле томографа возбуждает молекулы воды внутри мозга. Компьютеры преобразуют эти данные в карты мозга, вроде той, что показана на следующем изображении.
Фото: Роберт Кларк
/upload/iblock/362/36286e42601c22a52fb543f8d48e3435.jpg
Цвет мысли. Многочисленные участки мозга соединены примерно 160 тысячами километров нервных волокон (все это и называют белым веществом) – достаточно, чтобы опоясать Землю четыре раза. Изображения, подобные этому, сделанному в Мартиносовском центре, впервые показывают конкретные пути нервных импульсов, обеспечивающих высшие функции мозга. Розовые и оранжевые пучки, например, передают сигналы, играющие ключевую роль в речевых навыках.
Фото: Ван Ведин и Л. Л. Уолд, Мартиносовский Центр медико-биологической визуализации, Human Connectome Project
/upload/iblock/9cb/9cb8f515d12eccd91a907299e398b4b4.jpg
Что свербит в мозге? Ученые из Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета (Лос-Анджелес) используют фотографии знаменитостей, изучая, как мозг обрабатывает то, что видят глаза. В 2005 году они нашли нервную клетку, которая возбуждается только тогда, когда испытуемым показывали изображения Дженнифер Энистон. Другой нейрон реагирует только при виде Холли Берри, даже в костюме женщины-кошки. Эти исследования показали, что для памяти о любом человеке или месте используется сравнительно немного нейронов, что и делает мозг вместительным хранилищем информации.
Фото: Копирайты фотографий на ngm.com/brain
Бытует мнение, что наш мозг задействован лишь на 10 процентов. На самом деле этот орган работает весь и всегда, но как все это работает, ученые еще только начинают разбираться.
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 коробок, 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. Я уже во второй раз приезжаю к Вану Ведину в Мартиносовский центр медико-биологической 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.
Нейробиологи видят не только мозг в действии, но и нарушения в его работе.
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 в понимании того, как работает мозг. Одни нейробиологи сосредоточены на изучении сложного строения отдельных нервных клеток, или нейронов. Другие прослеживают происходящие в мозге биохимические процессы, выясняя, как 100 миллиардов наших нейронов производят и используют тысячи различных видов белков. Третьи же, в том числе и Ведин, создают удивительно точные и подробные карты сети примерно из 160 километров нервных волокон, называющихся белым веществом, которые соединяют разные участки мозга, порождая все, что мы думаем, переживаем и ощущаем. Нейробиологи видят не только мозг в действии, но и нарушения в его работе. Они начинают выявлять различия здорового мозга и мозга людей, страдающих такими недугами, как шизофрения, аутизм и болезнь Альцгеймера. Составляя все более подробные карты мозга, они пытаются выяснить, где именно запрятаны эти болезни, и, может быть, со временем поймут, какие причины их вызывают. Но вернемся в лабораторию Ведина. Он наконец находит изображение моего мозга, и оно появляется на экране. Технология диффузионной тензорной визуализации, более известная как магнитно-резонансная томография, или МРТ, которой пользуется Ведин, преобразует радиосигналы, испускаемые белым веществом, в высокоточный атлас моего нейронного Интернета. Томограф картирует пучки нервных волокон, образующие сотни тысяч путей, по которым от одних участков мозга к другим перетекает поток информации, а ученый раскрашивает каждый пучок своим цветом, так что мой мозг становится похожим на разноцветный мех психоделического персидского кота. Ведин показывает мне некоторые из этих путей, важные для языковой деятельности и других видов мышления. Затем убирает большинство из них, чтобы было легче увидеть, как организованы отдельные «путепроводы». Он увеличивает картинку, и перед глазами возникает нечто поразительное: несмотря на головокружительную сложность нейропутей, все они пересекаются под прямыми углами, словно линии на листе тетради в клеточку.
«Сплошная решетка», – говорит Ведин. В 2012 году, когда он открыл решетчатую структуру мозга, некоторые ученые были настроены скептически, полагая, что это лишь часть гораздо более запутанной системы. Однако сейчас Ведин более, чем когда-либо, убежден, что эта структура не случайна. Какой бы мозг он ни исследовал – человеческий, обезьяний, птичий, – везде обнаруживается решетка. Самая ранняя нервная система у различных существ кембрийского периода (живших более полумиллиарда лет назад), рассказывает ученый, представляла собой простейшую решетку: пара нервных тяжей, идущих от головы к хвосту, и похожие на перемычки веревочной лестницы соединения между ними. В ходе эволюции, приведшей к появлению человека, нервы головного конца умножились до миллиардов, но решетчатую структуру сохранили. Быть может, когда нервные сигналы передаются от одного участка мозга к другому, наши мысли движутся, словно машины по городским улицам. «Представить невозможно, чтобы в этом не было никаких закономерностей, – говорит Ведин, пристально вглядываясь в изображение моего мозга. – Мы просто пока не достигли того уровня, когда сможем распознать их простоту». Сегодня ученые узнают о мозге много нового, и очень легко забыть, что до последнего времени мы не имели ни малейшего представления о том, как работает этот орган, и что вообще он собой представляет. Врачи древнего мира полагали, что головной мозг состоит из холодной слизистой субстанции – флегмы. Аристотель считал его самой холодной частью тела, умеряющей теплоту и кипение в сердце. До эпохи Возрождения включительно анатомы с уверенностью заявляли, что все наши ощущения, эмоции, рассуждения и действия суть порождение «животных духов» – таинственных и непостижимых испарений, которые кружатся в полостях головы и с кровью путешествуют по всему телу. Эти представления начали меняться во время научной революции XVII века. Английский врач Томас Уиллис понял, что вся наша духовная деятельность протекает по большей части в похожем на заварной крем веществе головного мозга. Желая выяснить, как там все работает, Уиллис препарировал мозг овец, собак и своих покойных пациентов, составив в итоге первое точное описание этого органа. На то, чтобы понять, что вовсе не животные духи, а электрические импульсы носятся по мозгу и 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.
Крохотный кусочек мозга оказался похож на бочку, полную извивающихся змей.
Единственная проблема – огромность этого «всего». Самый большой фрагмент мышиного 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. И этот крохотный кусочек мозга оказался похож на бочку, полную извивающихся змей. Кастхури обнаружил там тысячу аксонов и около 80 дендритов – разветвленных отростков, каждый из которых образовывал около 600 синаптических связей с другими нейронами в пределах «цилиндра». «Этот пример дает понять, насколько мозг сложнее, чем мы думаем», – поясняет Ликтмэн. Да, мозг сложен, но не хаотичен: Ликтмэн и Кастхури обнаружили, что каждый нейрон контактирует с одним-единственным соседом, тщательно избегая связей практически со всеми другими тесно окружающими его нейронами. «Похоже, им не все равно, с кем взаимодействовать», – говорит Ликтмэн. Пока он не может сказать, является эта разборчивость общим правилом или особенностью конкретного крошечного участка мышиного мозга. Даже при том, что он и его коллеги совершенствуют свою технологию, им понадобится еще два года, чтобы завершить сканирование всех 70 миллионов мышиных нейронов. Я спрашиваю, сколько времени может занять сканирование целого человеческого мозга, в котором нейронов в тысячу раз больше, чем в мышином. «Лучше об этом не думать», – отшучивается Ликтмэн. Когда (и если) Ликтмэн завершит свою работу, трехмерный портрет мозга поможет найти ответы на многие вопросы, но все равно останется не более чем очень точной скульптурой. Сканированные нейроны – пустые макеты; настоящие нейроны наполнены живой ДНК, белками и другими молекулами. Каждый вид нейронов использует определенный набор генов, чтобы построить молекулярный механизм, необходимый для выполнения особых функций. Например, светочувствительные нейроны глаз создают белки, улавливающие фотоны, а нейроны, находящиеся в участке под названием черная субстанция, производят белок дофамин, влияющий на появление у человека чувства удовлетворения. Знания о том, где какие белки образуются, необходимы для понимания того, как работает мозг – и как он начинает сбиваться с пути истинного. Так, при болезни Паркинсона нейроны черной субстанции вырабатывают меньше дофамина; при заболевании Альцгеймера по мозгу распространяются клубки тау-белка – правда, пока непонятно, почему это приводит к тяжелому слабоумию.
/upload/iblock/d90/d900b74b8437082d013b343fddcee447.jpg
Копирайты фотографий на ngm.com/brain Что свербит в мозге? Ученые из Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета (Лос-Анджелес) используют фотографии знаменитостей, изучая, как мозг обрабатывает то, что видят глаза. В 2005 году они нашли нервную клетку, которая возбуждается только тогда, когда испытуемым показывали изображения Дженнифер Энистон. Другой нейрон реагирует только при виде Холли Берри, даже в костюме женщины-кошки. Эти исследования показали, что для памяти о любом человеке или месте используется сравнительно немного нейронов, что и делает мозг вместительным хранилищем информации.
Карта молекулярных механизмов мозга, получившая название «Алленовский атлас мозга», создана в Алленовском институте исследований мозга в Сиэтле, который был основан десять лет назад на средства, пожертвованные Полом Алленом, одним из соучредителей компании Microsoft. Работающие в институте ученые исследуют мозг недавно умерших людей (с разрешения их родственников). С помощью МРТ высокого разрешения получают изображение мозга и используют его в качестве трехмерного плана, на который наносят изученные участки. Затем мозг нарезают на микроскопически тонкие слои, выкладывают их на стеклянные подложки, а после пропитывают химическими веществами, которые выдают присутствие активных генов, находящихся в нейронах. На сегодня исследователи обработали мозг шести человек и зафиксировали деятельность 20 тысяч кодирующих белки генов на 700 участках каждого мозга. Это колоссальный объем данных, и его еще только начинают осмысливать. По оценке ученых, 84 процента всех генов нашей ДНК так или иначе задействованы в работе различных областей мозга взрослого человека. (Более простым органам, вроде сердца или поджелудочной железы, нужно для работы куда меньше генов). В каждом из 700 участков нейроны приводят в действие особую группу генов. Во время предварительного изучения двух участков мозга ученые сравнили тысячу генов, важных, как установили ранее, для функционирования нейронов. Как оказалось, у всех шести человек участки мозга, в которых действовал каждый из этих генов, практически совпали. Похоже на то, что мозг обладает тонкой и сложной генетической структурой, и особые сочетания генов выполняют те или иные задачи в различных его областях. А многие болезни мозга, вероятно, возникают тогда, когда определенные гены «выключаются» или начинают работать неправильно. Все данные, содержащиеся в «Алленовском атласе мозга», доступны онлайн, и другие ученые могут знакомиться с ними с помощью специальной программы. Это помогает совершать новые открытия. Так, группа бразильских исследователей использовала эти данные для изучения синдрома Фара – разрушительной болезни, при которой происходит обызвествление участков, расположенных в глубине мозга. С помощью атласа бразильцы обнаружили, что в тех участках мозга, которые поражает это заболевание, особенно активен ген SLC20A2. Чтобы исключить ошибку, они ищут другие гены, активные в тех же частях этого органа. Возможно, самый удивительный из новых способов визуализации мозга изобрел стэнфордский нейробиолог и психиатр Карл Диссерот с коллегами. Чтобы увидеть мозг, ученые для начала заставляют его исчезнуть. Когда я приехал в лабораторию Диссерота, студентка Дженелл Уоллес провела меня к лабораторному столу с подставкой из пенопласта, на которой было установлено полдюжины чашек Петри. Уоллес взяла одну из них и показала мне лежащий на дне мышиный мозг размером с горошину. Но я смотрел не столько на мозг, сколько сквозь него: он был прозрачен как стеклянный шарик. Нет нужды уточнять, что обычный мозг, как человеческий, так и мышиный, непрозрачен – его клетки окутаны жиром, глиальной (соединительной) и другими тканями, не пропускающими свет. Именно поэтому Рамону-и-Кахалю пришлось окрашивать нейроны, чтобы увидеть их, а Ликтмэну и его коллегам – нарезать мозг на тонкие слои. Преимущество прозрачного мозга заключается в том, что мы можем заглянуть внутрь, не разрушая его. Карл Диссерот и его ученик Квангхун Чунг нашли способ заменять рассеивающие свет соединения в мозге прозрачными молекулами. Сделав мышиный мозг прозрачным, они далее могут пропитывать его светящимися химическими маркерами, которые присоединяются только к заданным белкам и высвечивают определенный путь, соединяющий нейроны в отдаленных друг от друга участках мозга. После промывки добавляют другие химикаты, выявляющие местоположение и структуру следующего типа нейронов – так шаг за шагом можно, не разрубая, распутать гордиев узел нейронных сплетений. Нейробиологов непросто чем-нибудь удивить, но метод Диссерота, получивший название CLARITY (от английского «ясность», «прозрачность»), буквально потряс их. «Это фантастически круто!» – говорит Кристоф Кок, научный директор Алленовского института.
Поскольку у нас с мышами были общие предки, прозрачный мышиный мозг может многое рассказать и о том, как работает мозг человеческий. Но Диссерот ставит перед своим коллективом более амбициозную цель – сделать прозрачным человеческий мозг. Это куда сложнее, не в последнюю очередь потому, что наш мозг в три тысячи раз больше мышиного. Полученная с помощью CLARITY картинка, показывающая местонахождение всего лишь одного типа белков в мозге одного человека, будет «весить» около двух петабайт, то есть столько же, сколько несколько сотен тысяч фильмов в высоком разрешении. Диссерот надеется, что когда-нибудь CLARITY поможет людям вроде его нынешних пациентов выявлять скрытые причины таких заболеваний, как аутизм и депрессия. Но Карл не позволяет себе слишком увлечься этой мечтой. «Нам предстоит пройти такой долгий путь, что я не советую людям пока даже и думать об этом, – говорит он. – Это пока только разведка». Как бы много информации однажды ни дал нам прозрачный мозг, он все равно будет мертвым. Ученым нужны другие инструменты, для того чтобы исследовать живой мозг. Помочь в этом могут томографы Вана Ведина, если их перепрограммировать. Функциональная магнитно-резонансная томография (ФМРТ) выявляет участки мозга, задействованные при выполнении тех или иных мыслительных задач. За последние два десятилетия с помощью ФМРТ были найдены цепочки, вовлеченные в мыслительные процессы всех типов, от распознавания лиц и наслаждения чашечкой кофе до воспоминаний о душевных травмах. ФМРТ-снимки, на которых мозг расцвечен всеми цветами радуги, безусловно, производят впечатление, но нужно помнить, что это довольно-таки грубые изображения. Самые мощные томографы могут засекать активность только на уровне кубических миллиметров, то есть кусочков ткани размером с кунжутное зерно. Внутри этих зернышек сотни тысяч нейронов согласованно обмениваются сигналами. Как эти сигналы взаимодействуют друг с другом, вызывая более масштабные процессы – те, что засекает ФМРТ, – остается загадкой. «Есть просто до смешного простые вопросы о коре головного мозга, на которые мы до сих пор не можем ответить», – говорит Клэй Рид из Алленовского института. Рид приехал в Сиэтл, надеясь найти ответы на некоторые из этих вопросов с помощью серии экспериментов, которые он и его коллеги называют «умоскопом» (MindScope). Их цель – понять, каким образом большое количество нейронов выполняет сложную задачу.
Функция мозга, которую выбрали Рид его коллеги, – зрение. Нейробиолог может поместить электрод на участок мышиного мозга, задействованный в процессе зрительного восприятия, и затем следить: начинают ли близлежащие нейроны испускать электрические сигналы, когда животное видит тот или иной объект. Этот подход позволил выяснить, какие участки мозга, имеющие отношение к зрению, специализируются на тех или иных задачах – например, на определении контуров объектов или на восприятии яркости. Однако ученые не могли рассмотреть, как эти участки взаимодействуют, а значит, не могли узнать, как миллион или около того нейронов в зрительных структурах мозга мыши мгновенно собирает информацию, складывающуюся в образ кошки. Группа Рида приступает к решению этой задачи, разводя мышей, зрительные нейроны которых будут испускать вспышки света в тот момент, когда они возбуждаются, скажем, при виде кошки или вкусной корочки сыра. Затем ученые попытаются, объединив данные, построить математические модели зрения. Если модели окажутся точными, можно будет в буквальном смысле слова прочитать, что у мыши на уме. Исследования зрения мышей, проводимые Ридом, – это еще один шаг на пути к конечной цели всей нейробиологии: составить исчерпывающее представление о том, как на самом деле работает сложнейший орган, то есть создать теорию мозга. До этого еще очень далеко, но есть одна область исследований – нейрокомпьютерный интерфейс, – успехи в которой уже начали изменять жизнь людей. В 43 года Кэти Хатчинсон перенесла обширный инсульт и потеряла способность двигаться и говорить. Лежа на койке в Центральной клинике Массачусетса, она постепенно поняла, что врачи не знают, жив ее мозг или нет. Сестра Хатчинсон спросила у нее, понимает ли она ее слова, и Кэти удалось ответить, подняв глаза. «Это было для меня таким большим облегчением! – делится со мной Хатчинсон 17 лет спустя. – Ведь все говорили обо мне так, словно я умираю». Сейчас в Массачусетсе морозный зимний день. Хатчинсон сидит в инвалидном кресле посередине своей гостиной, одетая в темно-зеленый спортивный костюм и кроссовки. Кэти по-прежнему почти полностью парализована и не способна говорить, но может общаться: смотрит на буквы на компьютерном мониторе, прикрученном к ее креслу, а видеокамера следит за движением крошечного металлического диска, укрепленного в центре ее очков. В мозге есть область, называемая двигательной корой, где возникают команды мышцам. Каждый участок этой коры отвечает за движения определенных частей тела. У парализованных людей двигательная кора часто остается неповрежденной, однако не может командовать телом, поскольку между нейронами и мышечными клетками утеряна связь. Джон Донохью, нейробиолог из Университета имени Брауна, решил помочь парализованным людям, получив доступ к сигналам их двигательной коры. Возможно, таких пациентов удастся научить печатать на компьютере или управлять механизмами исключительно силой мысли. Донохью годами совершенствовал имплантат и испытывал его на обезьянах. Когда он и его коллеги убедились, что это безопасно, они начали работать с людьми. Одной из пациенток и стала Кэти Хатчинсон. В 2005 году хирурги Род-Айлендской клиники при Университете имени Брауна просверлили в ее черепе отверстие диаметром примерно в два с половиной сантиметра и ввели в мозг датчик созданного Донохью прибора. Датчик размером с божью коровку был оснащен сотней миниатюрных иголочек, которые, вонзившись в ткань двигательной коры, улавливали сигналы близлежащих нейронов. Пучок проводков, отходящий от датчика, сквозь отверстие в черепе ведет к металлическому разъему, установленному на макушке Хатчинсон. Когда послеоперационная ранка зажила, исследователи из Университета имени Брауна соединили имплантат с кабелем, который передавал сигналы от мозга к тележке с компьютерами. Для начала исследователи научили эти компьютеры распознавать сигналы, исходящие из двигательной коры пациентки, и в соответствии с ними передвигать курсор по экрану. Это получилось с первой попытки, потому что ученые уже знали, как преобразовывать сигналы активности мозга в движения. Через два года они присоединили к компьютерам механическую руку, которая, повинуясь сигналам из мозга Хатчинсон, двигалась вперед и назад, поднималась и опускалась, сжимала и разжимала пальцы. После нескольких тренировок Хатчинсон, компьютер и рука стали одной командой. «Ощущение было совершенно естественным», – признается Кэти. Настолько естественным, что однажды она потянулась за чашечкой кофе, взяла ее, поднесла к губам и сделала глоток. «Улыбка Кэти, когда она выпила кофе… Это для меня важнее всего», – говорит Донохью.