Они взяли пять макак-резусов и внедрили им крохотные электроды в два слоя (L2/3 и L5) коры головного мозга. Затем записали нервные сигналы, которыми обменивались эти два слоя, когда обезьяны осваивали какой-нибудь навык. (В этом задании обезьянам предлагалось посмотреть на некий набор картинок, а затем выбрать их из гораздо большего набора; в случае успеха обезьяна получала награду.) Со временем обезьяны научились выполнять это задание с точностью до 75%. Но если ученые во время выполнения задания подавали этот же сигнал в кору мозга обезьяны, ее производительность повышалась на 10%. Если обезьяне давали определенные химические вещества, ее производительность, напротив, падала на 20%. Но если при этом запись подавали в кору, то производительность обезьяны была выше нормальной. Хотя группа подопытных была небольшой, да и производительность возрастала не сильно, эти результаты все же позволяют предположить, что сделанная учеными запись достаточно точно отражает процесс принятия решений в коре головного мозга обезьяны.
Поскольку это исследование проводилось на приматах, а не на мышах, и относилось к коре, а не к гиппокампу, оно может сыграть свою роль, когда начнутся испытания на людях. Доктор Сэм Дедуайлер из Уэйк Форест говорит: «Идея состоит в том, что устройство сможет генерировать выходной сигнал в обход поврежденной области, обеспечивая альтернативное соединение» в мозге. Этот эксперимент может оказаться полезным для пациентов, чей неокортекс поврежден. Устройство может сыграть роль костыля, выполняя мыслительные операции в поврежденной зоне.
Искусственный мозжечок
Следует отметить, что искусственные гиппокамп и неокортекс — всего лишь первые шаги. Со временем и у других частей мозга появятся искусственные эквиваленты. К примеру, ученые из Тель-Авивского университета (Израиль) уже создали искусственный мозжечок крысы. Мозжечок — важная часть рептильного мозга, отвечающая за чувство равновесия и другие базовые телесные функции.
Известно, что, если направить в морду крысе поток воздуха, она мигнет. Если одновременно с этим издавать какой-нибудь звук, то можно приучить крысу мигать по звуковому сигналу. Целью израильских ученых было создать искусственный мозжечок, который тоже мог бы выполнять эту функцию.
Для начала они записали сигналы, поступающие в мозговой ствол при дуновении и одновременном громком звуке. Затем этот сигнал обработали и послали обратно в мозговой ствол, но в другое место. Как и ожидалось, получая этот сигнал, крысы мигали. И мало того, что искусственный мозжечок впервые корректно функционировал; впервые сигналы были приняты в одной части мозга, обработаны, а затем загружены в другую его часть.
Комментируя эту работу, Франческо Сепульведа из Эссексского университета заметил: «Это показывает, как далеко нам удалось продвинуться в направлении создания схем, которые смогут когда-нибудь заменить собой поврежденные участки мозга и даже улучшить деятельность здорового мозга».
Кроме того, он видит в будущем огромные потенциальные возможности для искусственного мозга: «Скорее всего, нам потребуется несколько десятков лет, чтобы этого добиться, но я готов биться об заклад, что синтетические заменители конкретных, хорошо организованных частей мозга, таких как гиппокамп или зрительная кора, появятся еще до конца столетия».
Хотя работы по созданию искусственных заменителей мозга продвигаются быстро, особенно учитывая сложность процессов, выиграть в этой гонке со временем невозможно, ведь каждый день снижаются умственные способности тысяч людей, ставших жертвами болезни Альцгеймера.
Болезнь Альцгеймера — разрушитель памяти
Существует мнение, что основным заболеванием XXI в. будут считать болезнь Альцгеймера. В настоящее время ею болеют 5,3 млн американцев, и ожидается, что к 2050 г. их станет вчетверо больше. Болезнью Альцгеймера страдает 5% людей в возрасте от 65 до 74 лет, но если человеку за 85, вероятность того, что у него возникнет болезнь Альцгеймера, увеличивается до 50%, даже если у него нет и не было очевидных факторов риска. (В начале XX в. ожидаемая продолжительность жизни в США составляла 49 лет, так что болезнь Альцгеймера не представляла серьезной проблемы. Но сегодня люди старше восьмидесяти составляют одну из наиболее быстро растущих демографических групп в стране.)
На начальных стадиях этой болезни гиппокамп — часть мозга, занятая обработкой воспоминаний, — начинает деградировать. Действительно, на снимках мозга ясно видно, что у пациентов с Альцгеймером гиппокамп съеживается, а нервные волокна, связывающие его с префронтальной корой, истончаются; в результате мозг уже не может надлежащим образом обрабатывать кратковременные воспоминания. Долговременные воспоминания, уже уложенные на хранение в разные отделы коры, остаются практически неповрежденными, по крайней мере сначала. Возникает ситуация, когда человек не может вспомнить, чем занимался несколько минут назад, но ясно помнит события, происходившие за несколько десятилетий до этого.
Постепенно болезнь прогрессирует, и в конце концов наступает момент, когда разрушаются даже базовые долговременные воспоминания. Человек перестает узнавать детей, супруга, забывает, кто он такой, и может даже впасть в похожее на кому растительное состояние.
Как ни печально, основные механизмы болезни Альцгеймера ученые начали понимать лишь недавно. Серьезный шаг к этому был сделан в 2012 г., когда выяснилось, что болезнь начинается с производства тау-белков, что, в свою очередь, ускоряет формирование бета-амилоида — вязкой клейкой субстанции, постепенно забивающей мозг. (Прежде было неясно, действительно ли болезнь Альцгеймера вызывается этими бляшками или, может быть, бляшки представляют собой побочный продукт более фундаментального расстройства.)
На эти амилоидные бляшки очень трудно воздействовать лекарствами, потому что они, скорее всего, состоят из прионов — деформированных молекул белка. Это не бактерии и не вирусы, однако они способны воспроизводить себя. Если рассмотреть молекулу белка детально на уровне атомов, то окажется, что она напоминает плотную путаницу лент. Чтобы белок обладал необходимыми свойствами и выполнял нужные функции, этот клубок атомов должен быть, помимо всего прочего, правильно свернут. Но прионы — это деформированные молекулы белка, сложившиеся неправильно. Сталкиваясь со здоровыми белками, они заставляют их менять форму, т.е. тоже превращаться в прионы. Один прион может вызвать целую лавину деформированных белков и запустить цепную реакцию, которая заразит миллиарды молекул.
В настоящее время не существует известного способа остановить развитие болезни Альцгеймера. Однако теперь, когда базовые механизмы ее проясняются, вырисовывается по крайней мере один перспективный метод: создать антитела или вакцину, которые могли бы прицельно воздействовать на деформированные белковые молекулы. Еще один способ — создать для больных искусственный гиппокамп, который восстанавливал бы им кратковременную память.
Еще один подход — определить, нельзя ли непосредственно (генетически) повысить способность мозга к формированию воспоминаний. Возможно, существуют гены, способные улучшать память. Не исключено, что будущее исследований памяти олицетворяет «умная мышь».
«Умная мышь»
В 1999 г. доктор Джозеф Цянь и его коллеги из Принстона, МТИ и Университета Вашингтона обнаружили, что добавление одного-единственного гена резко улучшает память и способности мыши. Такие «умные мыши» быстрее выбираются из лабиринтов, лучше запоминают события и обгоняют других мышей во многих испытаниях. Ученые окрестили их «мыши Дуги» в честь Дуги Хаузера — мальчика-врача из известного телешоу Doogie Howser, M. D.
Доктор Цянь начал с анализа гена NR2B, действующего как переключатель и контролирующего способность мозга связывать одно событие с другим. (Ученые знают о нем, потому что, если этот ген дезактивировать, мыши теряют все свои способности.) Все обучение держится на NR2B, потому что этот ген контролирует связь между клетками гиппокампа. Первым делом доктор Цянь создал линию мышей, у которых копий гена NR2B больше, чем у обычных особей, и выяснил, что такие мыши обладают повышенными ментальными способностями. Обычная мышь, брошенная в неглубокий чан с водой, начинает плавать случайным образом. «Умная мышь» с первой попытки направляется к скрытой под водой платформе.
С тех пор исследователи не раз подтвердили эти результаты и вывели еще более умные линии мышей. В 2009 г. доктор Цянь опубликовал статью, в которой объявил о создании еще одной линии умных мышей, получивших прозвище Хобби-Джей в честь героя китайских мультиков. Эти мыши способны помнить новые факты (такие как расположение игрушек) втрое дольше, чем предыдущая линия генетически модифицированных мышей, которая раньше считалась самой умной. «Это дополнительное свидетельство того, что NR2B — универсальный выключатель формирования воспоминаний», — заметил доктор Цянь. «Это как взять Майкла Джордана и сделать из него супер-Майкла», — говорит выпускник университета Дэхэн Ван.
