Читать книгу - "Мозг и его «Я». Кто мы? Откуда мы? Куда мы идем? - Татьяна Владимировна Черниговская"

чтобы мысль или событие зафиксировались в памяти надолго, нервные клетки должны включить свой генетический аппарат и синтезировать новые белки. Когда вы видите, узнаёте что-то новое, в миллионах нейронов вашего мозга происходят вспышки активации генома. Если в этот момент не дать синтезироваться белкам в мозге, то память о нем существует короткое время, минуты, а потом исчезает. Но какие гены начинают работать в нервных клетках для того чтобы запомнить новую информацию, не было известно.

Нам с коллегами из Институтов молекулярной биологии и молекулярной генетики удалось найти такие гены. Они молчат, когда мозг занят стереотипными действиями, рутиной, когда к клеткам не поступает новая информация. Но стоит только возникнуть чему-то новому, что требует формирования новой когнитивной сети, как все клетки этой сети с максимальной для молекулярной биологии скоростью, за несколько секунд, включают гены, которые дают команду: «Запомни то, что произошло сейчас, запомни своих партнеров по сети». Каждая клетка запоминает своих – и вся сеть запоминается. Так в Вавилонской библиотеке мозга появляется новое произведение, записанное на страницах уже имеющихся книг.

Гены, которые мы нашли, в частности, ген c-fos, составляют своеобразное бутылочное горлышко в сложнейших молекулярных сетях и каскадах внутри клетки. Сигналы, которые приходят к клетке и которые ей необходимо запомнить, уникальны для каждой клетки, спектр их очень велик. Но дальше они все сходятся на ядре клетки, и если требуется выполнить сигнал «Запомни сейчас!», то включается очень ограниченное число генов, названных «немедленными ранними генами». Каждый раз, когда нервная клетка запоминает что-то, она должна активировать один из этих генов. Это узкое горлышко, которое, «засветится» и покажет, что клетка «включила память». То есть наряду с расшифровкой генетического механизма памяти клетки мы получили уникальный инструмент для выявления функциональных систем, образующихся по всему мозгу. То, что «немедленные ранние гены» могут служить своего рода молекулярными крючками для вылавливания нейронов, входящих в конкретный когнитивный элемент, дает нам целый набор новых подходов и инструментов для экспериментального изучения когнитома.

Взламывание кодов мозга с помощью фотонов

Например, используемые в наших исследованиях методы нейрофотоники и нейрооптогенетики требуют соединения новейших достижений в области анализа поведения и обучения, нейрофизиологии, молекулярной биологии и генной инженерии, лазерной физики и волоконно-оптических технологий. Кроме того, мы взаимодействуем со специалистами в области нанотехнологий и материаловедения для создания новых сенсоров нейронной активности, со специалистами в области ядерно-физических методов – для томографии структуры и связей мозга, с психологами, изучающими когнитивные функции у человека, со специалистами в области информационных технологий – с целью визуализации и анализа когнитивных нейронных сетей мозга, с математиками – с целью моделирования сетей. В одном из этих конвергентных подходов мы используем генетически модифицированных мышей, в геном которых встроен специальный репортерный конструкт, индикатор обучения нейрона. Это искусственная генетическая кассета, где в начале стоит регуляторный участок, вырезанный из гена c-fos, который мы идентифицировали как активирующий в клетке сигнал запоминания. Когда в ядро клетки поступает сигнал «Запомни!», она включает работу этого гена. Далее в этой кассете стоит ген зеленого флуоресцентного белка, взятый у глубоководных светящихся организмов. Когда этот белок синтезируется, мы можем увидеть все такие нейроны как загорание отдельных электрических лампочек в огромной сети по всей «стране».

Специальные новые методы оптической томографии позволяют нам разглядеть такие «лампочки» даже не на поверхности, но внутри трехмерного мозга. Для этого мы разработали метод, делающий ткани мозга оптически прозрачными, а весь мозг видимым, как прозрачный кристалл, в объеме которого высвечиваются миллионы элементов интересующей нас когнитивной нейронной сети. Еще более точную трехмерную картину активной сети дает метод послойного двухфотонного сканирования мозга с высоким клеточным разрешением.

В двух других способах «вылавливания» когнитивных сетей регуляторный участок гена c-fos включает работу других генетических элементов. В первом из них ген рецептора, реагирующего на химические сигналы, например, дифтерийного токсина. При активации когнитивной сети во всех клетках, которые в нее входят, и только в них, появляется этот рецептор. При введении в организм дифтерийного токсина, который сам по себе безвреден, он убьет только клетки с его рецептором, уничтожив тем самым всю когнитивную сеть целиком, но не тронув непричастных к ней соседей. Можно поступить и гуманнее, если вместо гена рецептора токсина ввести ген рецептора к веществу, которое будет лишь инактивировать помеченные клетки.

Следующий способ обращается к революционным гибридным технологиям. Мы можем избирательно стимулировать когнитивные нейронные сети оптическими методами. Для этого под регуляторный участок нашего гена-крючка для когов можно подстраивать гены, кодирующие рецепторы, делающие клетку чувствительной к фотонам, к освещению. Каждый раз, когда на такой нейрон падает свет определенной длины волны, этот фоточувствительный рецептор возбуждает клетку. Один импульс света – один нервный импульс клетки. Вводя в мозг специальные оптические волокна или даже освещая мозг животного сверху, через череп, мы можем теперь направленно управлять нервными клетками в такой когнитивной сети, специфическом коге, который мы «поймали».

Можно ли стимуляцией отдельных нейронов известного нам кога вызвать его из памяти целиком, увидев его на уровне субъективного переживания и поведения? Делают ли это одни нейроны лучше, чем другие, и в чем их сетевые особенности? Можно ли возбуждением нейронов, являющихся участниками нескольких когов, извлечь из памяти сразу комплекс из них? Можно ли создать синтетический элемент субъективного опыта, искусственно сочетая активацию ранее не работавших совместно когов? К ответу на эти и другие вопросы о когнитоме мы можем уже сегодня приступать.

Математика, физика и сознание

Это лишь начальные шаги исследования когнитивных нейронных сетей мозга и построения теории когнитома. Когнитом реален, и его можно исследовать, однако самой теории еще предстоит отточить свои аксиомы и постулаты, выстроить свод следствий и эмпирических предсказаний. Кроме того, как всякая строгая научная теория, она должна быть облачена в одежды математики, язык формул и геометрических фигур, на котором, как говорил Галилей, написана книга философии природы.

Но есть и другая сторона – сама математика отражает процессы в когнитоме. Не случайно один из великих математиков Дэвид Гильберт писал, что основная идея его теории доказательств сводится к описанию деятельности нашего разума, протокола о правилах, согласно которым действует наше мышление. Таким образом, математическая теория когнитома должна описывать и те правила операций в нем, которыми пользуется сама математика.

Кроме того, наше познание физического мира, в том числе и квантовых процессов, также строится на когах – единицах нашего когнитивного опыта, информационного взаимодействия с миром. Поэтому многие из выдающихся физиков вновь и вновь поднимают вопрос, не отражают ли знания, получаемые в современной квантовой физике, в значительной степени особенности нашего когнитивного