А.Г. Но при этом (простите, что перебью вас, просто у нас неоднократно были разговоры на эту тему) вы стоите на той материалистической позиции, которая считает сознание – вы с этого начали – функцией мозга.
А.С. Да, совершенно верно. Я подхожу к пониманию сознания, как функции мозга и как результату биологической эволюции. Усложнение и совершенствование мозга привело к тому, что у человека, у единственного вида на планете, появился разум, который позволил ему выделиться из царства животных и создать собственную среду обитания. Всё, что существует вокруг нас: политика, экономика, бизнес, культура, искусства, религия – всё является продуктом нашего разума, а значит, результатом биологической эволюции.
А.Г. Еще один уточняющий вопрос. Вы считаете, что, исследуя морфологию, анатомию мозга, его функции, можно приоткрыть завесу над тем, что такое сознание и разум.
А.С. Сознание и разум – это то, как мы обрабатываем информацию, полученную из окружающего нас мира. Варианты нашего поведения в той или иной ситуации могут быть предсказаны и непосредственно зависят от функций мозга. Мы знаем, что в мозге существуют отделы, которые ответственны за речь, кратковременную память и т. д. Хотя у нас в руках пока еще «молоток», а не тонкий инструмент, мы уже можем менять работу мозга так, чтобы изменить личность человека.
А.Г. Только хотел заметить, что даже эта экспериментальная база не может доказать того, например, тезиса, что мозг в данном случае является генератором, а не приемником-передатчиком, как думают некоторые, в том числе и морфологи. Потому что, изменяя настройку, мы таким же образом можем изменить программу. Связь между мышлением, сознанием и мозгом есть вне всякого сомнения.
А.С. Я понимаю ваш аргумент. Многие пытались найти ответ на этот вопрос, исходя из доступных знаний и наблюдений.
А.Г. Я поэтому и хулиганничаю…
А.С. Он интересует всех. Если вы сюда посадите, скажем, человека, занимающегося квантовой физикой, он вам расскажет свой взгляд на работу мозга.
А.Г. Недавно у нас это и было…
А.С. Другое вы услышите от священника или представителя искусства. У всех людей есть интерес к этой проблеме. Мне хотелось рассуждать с научной точки зрения и говорить о вещах, которые мы можем или сможем проверить экспериментально. Поэтому, прежде всего, я хотел бы рассказать о методах, которые используются для изучения мозга. Их можно классифицировать в зависимости от экспериментального подхода.
Подход – «сверху вниз». Мозг рассматривается как система в целом. Всем известна электроэнцефалография, когда на голову устанавливают электроды и с их помощью записывают активность разных участков мозга. И при этом мы можем наблюдать генерацию или исчезновение ритмов в тех или иных областях мозга. И дальше вас просят сделать то или иное движение, открыть-закрыть глаза, показывают различные изображения. Описывая изменения в электроэнцефалограмме, можно предположить, что собственно происходит в мозге. Это один подход. Другой похожий метод – компьютерная томография. В этом случае мы можем видеть на экране монитора, как возникают вспышки активности в разных областях мозга на различной глубине. При этом можно получить трехмерную реконструкцию отделов мозга.
А.Г. Практически в реальном времени.
А.С. Как правило, в реальном времени.
Есть другой, более практичный подход: «мозг – черный ящик». Мозг рассматривается как система, у которой есть вход и выход. Этот подход находит применение в фармакологии. Разрабатывается какой-то химический препарат, который влияет на тот или иной клеточный рецептор. Что происходит в мозге за пределами взаимодействия лиганда с рецептором, исследователя уже не интересует. Важно определить, помогает ли это вещество вылечить то или иное заболевание, как влияет на поведение, память и обучение. Так появляются новые лекарства.
А.Г. То есть механизм неважен, важен результат.
А.С. Да, но это опасный подход. Часто клеточные механизмы действия лекарственных препаратов оказываются крайне важными. Если какая-то коммерческая компания выпустила препарат на рынок, который излечивает то или иное заболевание, а через десять лет появляется побочный эффект, который завязан на геном, то этот эффект может быть более неприятным, чем само заболевание. Поэтому опасность такого подхода очевидна, хотя и позволяет получить быстрый результат.
Третий подход – «снизу вверх». О нем я хотел бы сегодня поговорить более подробно, поскольку сам занимаюсь данного рода исследованиями. Ученые пытаются понять, как происходит передача и обработка сигнала на уровне локальных нейрональных сетей, и дальше – сделать обобщения о функциях структур мозга.
Чтобы начать говорить о том, что происходит на уровне нейронов, основных клеток мозга, я хотел бы показать несколько изображений, полученных с помощью светового микроскопа. Если мы возьмем небольшой кусочек мозга и погрузим его в физиологический раствор, то клетки будут жить достаточно долгое время. Эту ткань можно получить от экспериментальных животных или в результате хирургических операций на человеке. В последнем случае – это ткань поврежденного или больного мозга. Она несет важную информацию о причине заболевания.
Сейчас вы видите типичное изображение, полученное с участка гиппокампа морской свинки. Гиппокамп – это структура мозга, ответственная за кратковременную память и обучение. Если у человека повреждены оба гиппокампа, то он попадает в «день сурка». Он помнит всё, что происходило раньше, но не может запоминать новую информацию, и каждый день начинается с одного и того же момента.
Таким образом, исследования гиппокампа важны для понимания механизмов обучения и памяти. Если вы приглядитесь к рисунку, то можно увидеть нейроны. Они сгруппированы в слои. Эти клетки мозга связаны друг с другом и посредством этих связей получают и передают информацию. На втором изображении тоже можно обнаружить несколько нейронов. Итак, мы можем работать с живыми клетками в изолированном участке мозга.
Здесь вы видите нейрон при большем увеличении. Если изменять фокус, то можно получить представление о трехмерной структуре клетки и увидеть ее отростки. Покажите, пожалуйста, анимацию.
Теперь перед вами схематическое изображение, которое дает представление о сложности взаимодействия между нейронами. В реальных нейрональных сетях таких клеток тысячи и миллионы. Естественно, у экспериментатора, вооруженного современным микроскопом, возникает желание исследовать активность не целого мозга или его структуры, как в энцефалографии, а одного нейрона: посмотреть, как одна клетка живет, что с ней происходит. Сейчас перед вами нейрон, к которому подходит стеклянный микроэлектрод, заполненный раствором, позволяющим передавать электрический ток. В этой конфигурации мы можем записывать электрическую активность одной-единственной клетки. Вот еще одно такое изображение.
А.Г. Размер нейрона какой в данном случае?
А.С. Сома данных нейронов – порядка 20-30 микрометров. Вообще размеры различаются у разных видов. Это морская свинка. Если мы посмотрим у крысы, нейроны будут мельче. У обезьяны или человека будут выглядеть совершенно по-другому. Тем не менее, данные, которые мы получаем на животных, могут быть в некоторой степени приложимы и к человеку. Несмотря на качественное различие в работе мозга человека, мы изучаем базовые механизмы для человека и животных. В чем качественное отличие мозга человека и в чем секрет сознания, говорить еще рано. В данном случае, необходимо двигаться от простого к сложному.
А.Г. То есть вы исследуете механизмы, которые в принципе должны быть одинаковыми у человека и у морской свинки.
А.С. Совершенно верно, в большинстве случаев это именно так, хотя, разумеется, бывают отличия. Тем не менее, эти знания позволяют разрабатывать новые лекарства и размышлять о механизмах работы человеческого мозга. До определенного, конечно, предела.
Теперь перед вами находится схема реального научного эксперимента. На переднем плане вы видите схематическое изображение среза гиппокампа. На нем также указаны позиции электродов – стимулирующего и регистрирующих. Чтобы отвести электрический сигнал от нейронов, необходимо возбудить нервную ткань с помощью электрической стимуляции. Далее, необходимо выбрать тип клеток, в данном случае, это либо пирамидная клетка, либо интернейрон, и регистрировать в них синаптические токи. Синаптические токи показаны на данном рисунке справа. По изменениям в синаптической активности мы можем оценить, что происходит в нейрональной сети, тестировать лекарства, и судить о механизмах действия этих лекарств.
Прежде чем перейти к дальнейшим рассуждениям, давайте посмотрим на общую схему нейрона. По своей сути, нейрон – это такая же клетка, как и все остальные клетки в нашем организме. Однако нейрон специализирован для того, чтобы получать и передавать электрический сигнал. Он состоит из трех основных отделов или компартментов. Все клетки имеют одну сому (тело), но могут различаться по числу и морфологии дендритов и аксонов в зависимости от типа нейрона. В соме нейрона находится ядро и протекают основные метаболические процессы, связанные с поддержанием жизнедеятельности клетки. На соме и на дендритах располагаются окончания других нейронов. Эти окончания образуют синапсы, которые могут быть как возбуждающими (увеличивающими вероятность генерации разряда нейрона), так и тормозными (снижающими вероятность). Обратите внимание на анимацию: синим цветом показаны сигналы, приходящие в нейрон. При достижении определенного порога, возбуждающие синаптические токи приводят к генерации собственного электрического «потенциала действия», распространяющегося по аксону. В аксоне потенциал действия достигает синаптических терминалей, через которые данный нейрон связан с соседними. Так от нейрона к нейрону сигнал передается в нейрональной сети.
