Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

Наряду с исследованием более сложных, условных форм поведения, одним из плодотворных методов может быть изучение поведения, которое, по-видимому, полностью определяется внешними факторами, воздействующими на внутренние сенсорные шаблоны, и проявляет незначительные различия или вообще их отсутствие между индивидуумами. Можно попытаться понять лежащие в основе нейронные сети, управляющие таким поведением. Например, в 1978 году в одной из моих любимых научных работ Эндрю Смит описал, как австралийская одиночная грязевая оса строит вход в гнездо – своего рода изогнутую зонтиковидную воронку, которая выступает над землей [47]. Оса создает структуру поэтапно, и Смит отламывает кусочки от гнезда или поднимает землю вокруг него, чтобы выявить ключевые сенсорные стимулы, которые заставляют осу вести себя по-разному. Например, увидев дыру, она начала строить вертикальный тоннель.

С появлением технологии CRISPR можно генетически манипулировать организмом животных и понять их мозг.

Пока оса собирала грязь, Смит пробил отверстие в верхней части почти законченной конструкции, и несчастное насекомое просто начало строить новую вертикальную воронку, производя двойную структуру. У осы в мозге не было общего представления о конечном результате – насекомое просто выполняло следующий шаг, получив определенный стимул. Поведенческие пути, порождающие это инвариантное поведение, могут быть описаны в терминах простой блок-схемы. Где-то в мозгу осы есть нейрональные эквиваленты этих шагов. Должно быть, возможно определить, что они собой представляют и как взаимодействуют, порождая данное поведение.

Хотя грязевые осы не являются идеальными лабораторными животными, в принципе благодаря появлению CRISPR можно генетически манипулировать их организмами и понять, как работает их мозг. Уже существуют подробные анатомические описания мозга хорошо изученной осы-паразита Nasonia vitripennis, дающие основу для сравнительных исследований таких животных, как грязевая оса [48]. Если грязевую осу слишком трудно вырастить, то исследование того, как нечто вроде навигации представлено в более «приветливом» мозге насекомых, может оказаться альтернативой. Этот подход в настоящее время исследуется Барбарой Уэбб из Эдинбургского университета и Марком Гершоу из Нью-Йоркского университета. Но, как недавно показали Адам Калхоун и его коллеги, даже то, что кажется абсолютно жестко определенным, например поведение ухаживания дрозофилы, на самом деле непрерывно модулируется сигналами обратной связи, которые изменяются, когда животное переключается между различными состояниями [49].

Подразумевается, что, раскрывая нейронную основу того, что по факту является строго контролируемым поведением, можно получить представление о том, как возникают более гибкие и сложные поведенческие модели.

Что касается сложности мозга млекопитающих, то исследования мышей, включая все более замысловатые коннектомы с возможностью манипулировать отдельными нейронами, приведут к созданию концепции, которая сможет объяснить даже функционирование человеческого мозга. По мере углубления нашего понимания идея локализации функций будет становиться все более размытой и неточной, и мозг станет восприниматься в терминах нейронных цепей и их взаимодействия, а не на основе анатомических областей, рассматриваемых как обособленные модули. Применение моделей, разработанных на маленьком мозге, моделей, которые показывают мозг как активный, реагирующий на поступающую сенсорную информацию, исследующий и выбирающий будущие возможности, а не просто обрабатывающий и передающий сигналы орган, обеспечит динамическое представление о функциях мозга.

Благодаря разработке моделей мозга мы сможем в будущем узнать о функциях нашего мозга.