Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге

Многие нейробиологи разделяют мнение, что нервные системы разных животных обладают общими чертами, которые могут быть выявлены путем тщательных исследований, однако мы не можем точно знать, какие черты являются общими, если изучаем мозг только одного вида животных. В нейробиологии сложилась культура, поощряющая ученых работать с ограниченным набором подопытных животных, таких как мыши и крысы: из соображений традиции, удобства и конкуренции, а не потому, что эти виды лучше всего подходят для ответа на поставленный вопрос. В этом смысле примечательно, что в публикациях результатов многих исследований в заглавиях отсутствует информация о подопытных животных: это отражение наивного представления о том, что речь идет о результатах изучения «мозга вообще».

Чтобы понять, как мозг управляет поведением, важно проводить сравнительные исследования на разных животных, которые в процессе эволюции приспособились к решению разных задач, и тщательно выбирать те виды, которые подходят для ответа на конкретный вопрос. Сравнительные исследования помогут нам понять, какие свойства мозга на клеточно-молекулярном, физиологическом и анатомическом уровнях являются общими для всех животных, а какие присущи лишь конкретным видам. Характеристики, общие для всех видов, позволят выявить фундаментальные принципы строения и работы нервной системы.

Сравнительный подход в нейробиологии определяется принципом, который сформулировал в 1929 году лауреат Нобелевской премии Август Крог: «При таком большом количестве проблем для каждой из них необходимо найти одно или несколько животных, на которых эту проблему удобнее всего изучать»[213]. Например, исследование обработки зрительной информации у мечехвоста, выбранного как наиболее подходящее животное для ответа на поставленные экспериментаторами вопросы, оказало огромное влияние на всю нейробиологию. С помощью зрения мечехвосты определяют изменение уровня освещения и ищут пару. У них сложные глаза, по своему строению совсем не похожие на глаза человека и других позвоночных, но именно это обстоятельство позволило ученым провести новаторские эксперименты, проложившие дорогу к важным открытиям. Сложный глаз мечехвоста содержит около тысячи омматидиев, причем у каждого есть роговица, хрусталик и рецепторы, реагирующие на свет, как палочки и колбочки человеческого глаза. Зрительные рецепторы мечехвоста в сто раз больше, чем палочки и колбочки млекопитающих, и ученые смогли выделить и измерить вызванное светом возбуждение в отдельных зрительных клетках, расположенных рядом друг с другом. Холден Хартлайн и его коллеги обнаружили, что стимуляция светом одной зрительной клетки приводит к прекращению активности в соседних клетках[214]. В 1967 году за открытие латерального торможения Хартлайн получил Нобелевскую премию; последующие исследования выявили механизм латерального торможения в органах зрения, осязания и слуха[215] млекопитающих, что позволило лучше разобраться в субъективном усилении границ стимулов у людей[216].

Сравнительные исследования в нейробиологии, основанные на наблюдениях за естественным поведением животных, могут помочь ученым сосредоточить усилия на функционально значимых нервных процессах. Например, сипухи — ночные хищники, и в поисках пищи они полагаются в основном на слух; эти птицы сидят на верхушках деревьев и прислушиваются к звукам, которые издает потенциальная добыча — мелкие животные, бегающие среди травы и опавших листьев. Наблюдения за охотой сипух легли в основу масштабного поведенческого исследования точности локализации звука у этих животных. Сипухи используют преимущество несимметричного расположения ушей: это создает разницу в уровне звука в правом и левом ухе и позволяет локализовать источник звука в вертикальной плоскости. Для локализации источника звука в горизонтальной плоскости сипуха «вычисляет» интервал поступления звука в разные уши[217]. Это наблюдение побудило ученых подробно изучить систему слуха совы, в результате чего выяснилось, что вычисление направления на источник звука основывается на двух важных элементах: линиях задержки и детекторах совпадения. Линии задержки создаются аксонами разной длины, которые тянутся к нейронам разных зон особой структуры в основании мозга — ламинарного ядра. Детекторы совпадений — это нейроны в ламинарном ядре, которые возбуждаются только при синхронном поступлении сигналов от линии задержки для конкретной разницы во времени, которая соответствует определенному направлению на источник звука. Взаимное расположение линий задержки и детекторов совпадения формирует в центральной слуховой системе совы карту расположения источников звука[218]. Поскольку это животное специализируется на локализации звука, изучение его слуховой системы показало важность пространственного и временного кодирования звуковой информации и помогло понять, как работает слух у многих других животных.