Наука Человеческий мозг и протекающие в нем процессы являют собой одну из величайших загадок природы. Человек с помощью мозга способен ставить серьезные вопросы и находить решения поистине неразрешимым проблемам. Мозг человека способен творить и постигать глубинный смысл бытия. Но способен ли мозг человека осознать… что такое есть сам мозг?! Увы, пока человечеству неизвестен другой объект во вселенной (кроме самой вселенной!), который мог бы сравниться по сложности с человеческим мозгом.
Как работает мозг – вскрытие покажет?
Наш мозг содержит порядка 100 миллиардов нервных клеток (или нейронов), каждая из которых способна получать и передавать информацию тысячам и тысячам других клеток мозга. К сожалению, человечество пока не способно постичь всю глубину и сложность этого процесса. А вот что человечество может – так это увидеть, как протекают те или иные процессы в нашем мозгу. И все это благодаря новым уникальным технологиям, которые получили стремительное развитие в последние десятилетия. Они дали возможность получить удивительные картины мозга, реальные изображения, открывающие нашему взору в высшей степени прекрасный и таинственный мир внутри нашей головы.
Человек, будучи, на самом деле, приматом, привык усваивать информацию на слух и зрительно. Но наибольший эффект достигает, конечно, посредством визуального анализа объектов. Таким образом, ученые пришли к следующему выводу – если требуется узнать, как работает мозг, то надо увидеть мозг в работе! Не на столе у патологоанатома, а именно картину живого мозга в действии! Собственно, эта цель стоит перед исследователями уже целых 125 лет, с тех пор, как известный испанский ученый Сантьяго Рамон-и-Кахаль (Santiago Ramón y Cajal) решил использовать специальные красящие вещества, чтобы помечать отдельные нейроны мозга определенным цветом. Он мог наблюдать через свой микроскоп окрашенные клетки мозга и различать проводящие пути, с помощью которых одни нейроны соединялись с другими. "Все выглядело простым и понятным", - писал он о результатах своих исследований, которые, собственно, и положили начало такой науке, как нейробиология.
Нейробиология – от науки к искусству
Ученые уже давно разработали многочисленные методы определения участков мозга, отвечающих за определенную деятельность. К примеру, определенные нейроны сигнализируют об опасности и отвечают за речевую функцию; некоторые из нейронов, ответственные за обработку изображений, определяют только горизонтальные линии, в то время как другие нейроны из этой же группы отвечают за восприятие вертикальных линий. Исследователи создали специальные карты, которые отображают то, как различные зоны головного мозга, не расположенные рядом, соединяются путем длинных отростков нервных клеток, по которым нервные импульсы идут от тела клетки (сомы) к иннервируемым органам и другим нервным клеткам. Эти отростки называют осевыми цилиндрами или нейритами. Последние техники исследования головного мозга, использующие современнейшие микроскопы, позволяют увидеть реакцию нейронов мозга на определенные события и воздействия извне. Фактически, мы можем увидеть, как работает память человека! Возможность наблюдать за деятельностью головного мозга в процессе его работы, а не изучать его в патологоанатомических кабинетах, помогла ученым за последние десятилетия прийти к разрешению многих вопросов, которые, без этих методик, так и остались бы нерешенными.
И вот теперь результаты исследований ученых в области нейробиологии нашли неожиданно новое применение – как предметы искусства. Карл Скуновер (Carl Schoonover), начинающий нейробиолог из Колумбийского университета, собрал целую коллекцию завораживающий своей красотой и необычностью "фотографий" деятельности и представил их вниманию читателя в своей новой книге "Портреты мозга" (Portraits of the Mind). "Там представлены реальные картины мозга, а не фантазии художников, - сказал Карл. – Эти картины дают представление о том, что видят нейробиологи благодаря своим микроскопам, магнитно-резонансным и другим приборам для исследования электрофизиологических систем мозга. Нейробиология, как наука, существует только благодаря методам, позволившим получить подобные изображения".
Каким образом ученые добиваются свечения нейронов определенным цветом на этих изображениях?
В настоящее время существует огромное количество методик, которые облегчают ученым процесс наблюдения за поведением нейронов головного мозга. Конечно, большинство из них пока возможно применить только по отношению к подопытным животным. В лабораторных условиях нейроны можно заставить "светиться" определенным цветом, позаимствовав, к примеру, у флюоресцирующей медузы один из ее генов и внеся его в ДНК червей и мышей. Таким образом, удалось провести уникальные эксперименты и проследить, что называется, в буквальном смысле этого слова, за работой нервной системы живого организма.
Когда-то об этом нельзя было и мечтать! К примеру, на заре нейробиологии, результаты своих экспериментов Кахаль мог увидеть только при работе с мертвой тканью. Да и нейроны, при использовании техник Кахаля, окрашивались весьма беспорядочно. Впрочем, это не помешало ученым использовать его методики не одно десятилетие. Позднее новые техники "окрашивания" нейронов дали возможность ученым исследовать живую ткань и мозг живых животных. Об это поведал в своем эссе, которое он написал специально для книги "Портреты мозга", Джошуа Сэйнс (Joshua Sanes), профессор молекулярной и клеточной биологии в Гарвардском университете.
Один из самых новейших методов основан на использовании определенного гена морских водорослей, отвечающий у них за чувствительность к свету. Добиваясь определенным образом, чтобы свет достиг нейронов, содержащих этот ген, можно добиться изменения их поведения. "Эта передовая технология дает нам возможность манипулировать клетками в отдельности и группами одинаковых клеток, используя оптические пучки", - сообщил Терренс Сежновски (Terrence Sejnowski) из Института биологических исследований Салка в Калифорнии.
Конечно, мозг все еще остается, большей частью, тайной за семью печатями, но многое, что удалось увидеть благодаря этим изображениям – сложнейшие переплетения нервных связей, неожиданная асимметрия структур, и многое другое – заставляет ученых поверить в то, что им рано или поздно удастся расшифровать таинства мозга. Что касается автора "Портретов мозга", Карл Скуновер надеется на то, что даже "рядовой читатель задумается и начнет размышлять над образами, представленными в этой книге и восхищаться их красотой".
