Как понять мозг?

Понять человеческий мозг — бесспорно, это одна из сложнейших задач современной науки. Ведущий подход на протяжении большей части последних 200 лет заключался в том, чтобы связать функции мозга с различными его областями или даже отдельными нейронами (клетками головного мозга). Но последние исследования все чаще указывают на то, что мы можем двигаться совершенно неверным путем, пытаясь понять человеческий разум. 

Идея о том, что мозг состоит из многочисленных регионов, которые выполняют конкретные задачи, называется «модульность». Поначалу она казалась вполне успешной. Например, она может дать объяснение тому, как мы распознаем лица, активируя цепочку определенных областей мозга в затылочной и височной долях. Тела, однако, обрабатываются совершенно другим набором областей мозга. И ученые считают, что другие области — области памяти — помогают сочетать эти перцепционные стимулы для создания целостных представлений о людях. Деятельность определенных областей мозга также была связана с конкретными состояниями и заболеваниями.

Причина, почему этот подход был настолько популярен, отчасти в технологиях, которые обеспечивают нам беспрецедентный разрез мозга. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), которая отслеживает изменения кровотока в мозге, позволяет ученым видеть, как активируются области мозга в ответ на действия — позволяя им наносить функции на карту. Между тем оптогенетика, метод, который использует генетическую модификацию нейронов, чтобы их электрическая активность контролировалась с помощью световых импульсов, может помочь нам исследовать их специфический вклад в функцию мозга.

Хотя оба подхода выдают крайне интересные результаты, непонятно, смогут ли они когда-нибудь обеспечить нам осмысленное понимание мозга. Нейрофизиолог, который находит корреляцию между нейроном или областью мозга и конкретным, но в принципе произвольным физическим параметром, таким как боль, может сделать вывод, что этот нейрон или эта часть мозга управляет болью. И это иронично, поскольку даже самому мозгу присуща задача находить корреляции во всем, что он делает.

Но что, если мы вместо этого рассмотрим возможность того, что все функции мозга распределены по мозгу и что все части мозга вносят вклад во все эти функции? Если это так, то найденные корреляции могут быть идеальной ловушкой интеллекта. И тогда нам нужно решить проблему того, как регион или тип нейрона со специфической функцией взаимодействует с другими частями мозга, чтобы сформировать содержательное интегрированное поведение. До сих пор нет общего решения этой проблемы — только гипотезы для конкретных случаев, например, узнавания людей.

Эту проблему может хорошо проиллюстрировать недавно проведенное исследование, которое показало, что психоделический препарат ЛСД может нарушать модульную организацию, объясняющую зрение. Более того, уровень дезорганизации связан со степенью «расстройства личности», которое имеется у людей на момент приема препарата. Исследование показало, что препарат влияет на то, как несколько областей мозга взаимодействуют с остальной частью мозга, увеличивая их уровень связности. Поэтому если мы когда-нибудь хотим понять, чем на самом деле является наше самоощущение, нам придется понять связи, которые пролегают глубоко между областями мозга как часть сложной сети.

Сегодня некоторые исследователи считают, что мозг и его болезни в целом можно понять только как взаимодействие между огромным количеством нейронов, распределенных по всей центральной нервной системе. Функция любого отдельного нейрона зависит от функций всех тысяч нейронов, с которыми он связан. Они, в свою очередь, зависят от других. Один и тот же регион или же один и тот же нейрон могут быть задействованы в большом числе контекстов, но иметь различные конкретные функции в зависимости от контекста.

Возможно, именно крошечные нарушения этих взаимодействий между нейронами вызывают лавинные эффекты в сетях, которые приводят к развитию депрессии или болезни Паркинсона. В любом случае нам нужно понять механизмы этих сетей, чтобы понять причины и симптомы этих заболеваний. Без полной картины мы вряд ли сможем успешно вылечить эти и многие другие условия.

В частности, нейронаука должна начать исследовать, как появляются сетевые конфигурации из непрерывных попыток мозга осмыслить мир. Нам также необходимо получить четкую картину того, как кора, мозговой ствол и мозжечок взаимодействуют с мышцами и десятками тысяч оптических и механических датчиков по всему нашему телу, создавая единую картину.

Соединение с физической реальностью — это единственный способ понять, как информация представлена в мозге. Одна из причин того, что у нас есть нервная система, в первую очередь, состоит в том, что эволюция мобильности требует управляющей системы. Когнитивные, психические функции — и даже мысли — могут рассматриваться как механизмы, которые эволюционировали, чтобы лучше планировать последствия движений и действий.

Таким образом, путь неврологии может быть в большей степени сосредоточен на общих нейронных записях (при помощи оптогенетики или фМРТ), когда не ставится целью закрепить каждый нейрон или область мозга за какой-либо конкретной функцией. Это может быть использовано в теоретических сетевых исследованиях, которые учитывают различные наблюдения и обеспечивают интегрированное функциональное объяснение. Но теория должна помочь нам проектировать эксперименты, а не просто ходить вокруг да около.

Это будет нелегко. Современные технологии дорого стоят — в них вкладываются крупные финансовые ресурсы, а также национальный и международный престиж. Другое препятствие состоит в том, что человеческий разум склонен предпочитать более простые решения более сложным, даже если первые могут объяснить результаты не так широко, как последние.

Все отношения между нейронаукой и фармацевтической промышленностью также строятся на модульной модели. Типичные стратегии, когда дело доходит до общих неврологических и психических заболеваний, заключаются в том, чтобы идентифицировать один тип рецепторов в мозге, на который может быть нацелено лекарство для решения всей проблемы.

Например, СИОЗС (селективные ингибиторы обратного захвата серотонина), блокирующие абсорбцию серотонина в мозге, чтобы большее количество было в свободном доступе, в настоящее время используются для лечения ряда различных проблем психического здоровья, включая депрессию. Но они не работают для многих пациентов и могут создавать эффект плацебо.

Аналогичным образом, эпилепсия сегодня считается отдельным заболеванием и лечится противосудорожными препаратами, которые подавляют активность всех нейронов. Такие препараты работают не для всех. Любое мгновенное нарушение в системе схем мозга — и у каждого пациента может быть тысяча уникальных механизмов запуска — может отправить мозг в эпилептическое состояние.

С этой точки зрения нейронаука постепенно теряет стрелку компаса на пути к пониманию мозга. Нам абсолютно необходимо это изменить. Мало того, что это может быть ключом к пониманию ряда самых серьезных загадок, известных в науке, например сознания, но и поможет в лечении множества самых разных болезней и проблем со здоровьем, физических и психических.