Мозговой штурм. Как работает человеческий мозг

Ранее я занимался методами неинвазивного влияния на мозг человека. Благодаря им можно стимулировать или блокировать работу разных участков мозга извне, без сложных операций со вскрытием черепа.

Неинвазивных методов несколько, и один из них позволяет влиять на ритмы электрической активности. Во время напряженного труда в мозге наблюдаются гамма-волны, при отдыхе — альфа. Используя разные методы стимуляции, мы можем искусственно заставлять мозг производить такие волны.

Уже в ближайшем будущем, если нам нужно будет интенсивно поработать, мы сможем надеть на голову шлем с парой электродов. Он переведет работу мозга на нужные волны, и это поможет повысить концентрацию и эффективность.

Мое исследование было связано с этим методом. В ходе эксперимента я помещал людей с прикрепленными к голове электродами в камеру для функциональной магнитно-резонансной томографии. В определенный момент электроды посылали стимуляцию, и мы смотрели, как она влияет на активность разных частей мозга, а также — на их взаимодействие в состоянии покоя. Одна группа ученых выявила, что стимуляция улучшает запоминание, вторая — что она может вводить человека в состояние осознанного сна.

Люди — очень сложные объекты для исследований. Сегодня человек приходит в одном настроении и у него наблюдается одна активность мозга, завтра настроение меняется и активность, соответственно, тоже. Сложно делать однозначные выводы из экспериментов, поэтому сейчас я работаю не с людьми, а с животными, — занимаюсь системой эмоций и мотивации.

Исследования по этой теме начались еще в середине прошлого века. В 1954 году американские ученые Джеймс Олдс и Питер Милнер нашли так называемую систему вознаграждения. Они имплантировали в мозг крысы электроды и стимулировали разные его части. Так была обнаружена область, которая, как тогда думали, отвечает за чувство удовольствия. В ходе эксперимента крысе дали доступ к кнопке, активировавшей электроды. В итоге животное отказалось от еды, воды, социального и полового взаимодействия, довело себя до полного изнеможения: все, чего оно хотело, — нажимать на кнопку.

Десять лет спустя канадские ученые решили использовать данный метод для "лечения" мужчин от гомосексуализма. Они вживили в мозг гея электрод, начали показывать ему фото обнаженных женщин и одновременно стимулировали предполагаемый центр удовольствия. Все шло довольно успешно — мужчина даже смог вступать в половые контакты с женщинами и получать удовольствие. Но вскоре возникла та же проблема, что и с крысами: участник эксперимента начал отказываться от всего — ему не нужны были ни женщины, ни мужчины, он хотел лишь постоянного электростимулирования.

Многие верят мифу: дофамин и есть вещество, от которого зависят счастье и удовольствие. Но сейчас ученые склоняются к мнению, что дофамин определяет не удовольствие, а мотивацию. Он — дирижер системы желания ("я хочу"): ключевая молекула, которая определяет воздействие нервных клеток в системе вознаграждения. Чем больше выделяется дофамина, тем больше вам хочется. То есть в предыдущих экспериментах на самом деле активировались не центры удовольствия, а центры желания.

Большое количество систем нашего мозга все еще живет в каменном веке: хотя общество сделало большой технологический рывок, организм к этому не адаптировался. Мозг каждый день потребляет так много информации, что система "я хочу" перегружается.

В нормальном состоянии она находится под контролем префронтальной коры, и это помогает человеку не совершать необдуманных поступков. Если эта система контроля дает сбой, могут появиться зависимости (например, наркомания, игромания) и неконтролируемые действия (клептомания, булимия). При клептомании человек крадет и не может остановиться, хотя никакой практической ценности украденные вещи не имеют. В случае с булимией — не способен контролировать потребление пищи, хотя и понимает, что ему будет плохо.

При депрессиях система "я хочу", наоборот, почти не активна. В таком состоянии человек не радуется жизни и ничего не хочет. Неудивительно, что наркотические соединения, которые стимулируют систему желания, облегчают симптомы депрессии.

В системе вознаграждения задействовано очень много частей мозга. Задача исследователей — определить, какой вклад несет каждая из них. Тогда можно будет точно сказать: связь между вот этими областями отвечает за желание есть, другая — за стремление к социальному взаимодействию, третья — за сексуальное поведение. Такие знания позволят воздействовать на определенные части мозга при заболеваниях и лечить их.

Еще двести лет назад люди считали, что физическое тело и душа, сознание — абсолютно разные вещи. И только сравнительно недавно мы поняли, что психические процессы — результат деятельности мозга. После этого его начали активно исследовать. Прогресс, который произошел в нейробиологии, изумителен. Но до сих пор почти нет эффективных способов лечения заболеваний мозга.

Как ни удивительно, электрошоковую терапию и сейчас используют при сложных формах депрессии. Это помогает в ряде случаев, но далеко не во всех. Именно поэтому проводятся исследования, помогающие понять механизмы болезней. Цель — сделать так, чтобы пациентов лечили на основе этих механизмов, а не того, что когда-то у кого-то почему-то сработало. Это очень сложно, и мы в самом начале пути.

Аутизм, шизофрения, другие заболевания — после открытия молекулы ДНК ученые пытались найти молекулярные механизмы, провоцирующие возникновение этих расстройств. Но оказалось, что, например, для шизофрении есть тысячи генов-кандидатов, которые вроде как ассоциируются с этим заболеванием. Это значит, что у очень маленького количества больных "сломан" один и тот же ген, в то время как у других пациентов с аналогичным диагнозом — проблемы с совсем другим геном и так далее. Очевидно, что нет одного или группы генов, отвечающих за шизофрению.

Ученый с амбициями. Василий Микитюк с нобелевским лауреатом в области физиологии и медицины Эрвином Нейером

Я работаю в противоположном молекулярному подходу направлении. Мы пытаемся идентифицировать участки мозга, которые задействованы в том или ином поведении человека.

У людей действуют те же системы, что и у животных. Иногда во время исследований я вижу, как животные на что-то реагируют, раскрываю какие-то их поведенческие механизмы и узнаю больше про самого себя и про всех вокруг, про природу желаний и действий человека.

В мозге происходит много уникальных процессов во время старения. Его объем и толщина серого вещества уменьшаются с каждым годом. Происходит торможение систем мотивации, а системы контроля, префронтальной коры, наоборот, работают активнее. Поэтому у людей становится все меньше спонтанных эмоциональных элементов поведения. С другой стороны, все очень индивидуально. Если человек регулярно чем-то занимается — читает, участвует в викторинах, много думает, — процессы угасания происходят медленнее. В мозге всегда действует принцип: или используешь, или теряешь.

Иногда можно узнать о норме через патологию. Я уверен: если бы мы выяснили, что происходит с мозгом во время шизофрении, то поняли бы многое о том, как он функционирует в норме, — как мы думаем, запоминаем, строим планы, или даже о том, как в принципе работает сознание.

Когда я учился в КНУ имени Шевченко, мне хотелось работать в Украине. И сейчас я думаю, что было бы классно вернуться домой и делать открытия там. Пока что я не чувствую полностью, что Германия — моя страна, но она дает мне оптимальные возможности для работы.

В нейробиологии многое зависит от ресурсов и оборудования. Если они есть, ты можешь проводить исследования мирового уровня, если нет — это очень сложно.

Не хотелось бы от этом говорить, но по разным причинам в Украине мало кто занимается продуктивной наукой. Есть, например, несколько групп по нейрофизиологии в Институте Богомольца и по молекулярной биологии — в Институте молекулярной биологии и генетики. Они стараются что-то делать, и у них неплохо получается в тех ограниченных условиях.

Несколько лет назад передо мной стоял сложный выбор — уехать за границу и попробовать себя реализовать или остаться дома и смириться с условиями постоянного недостатка ресурсов и борьбы с бюрократией. Я решил, что хочу участвовать в исследованиях мирового уровня. И сейчас я в группе, которая их проводит.

В идеале я хотел бы открыть какой-то механизм в мозге, связанный с поведением. Сложно сказать, что именно это может быть. Одна из тем, которые меня интересуют и по которым почти нет данных, — восприятие новой информации. Должна ведь быть структура, которая сравнивает свежие данные с уже имеющимися и вписывает их в существующую схему воспоминаний. Мне кажется, открыть этот механизм было бы очень круто. Но сейчас даже нет идей, где его искать и как он должен выглядеть.

Стирание воспоминаний — как в фильме "Вечное сияние чистого разума" — еще одна интересующая меня тема. Так можно было бы лечить посттравматический синдром. Люди, побывавшие на войне, часто начинают ассоциировать с ней, казалось бы, нейтральные стимулы — например, резкий громкий звук. Было бы полезно стереть эти привязки.

Подобные эксперименты уже довольно успешно проводились и на мышах, и на людях. Первым даже вживляли фальшивые воспоминания. Грызуна помещали в синюю коробку, и в момент, когда мышь исследовала пространство, метили активировавшиеся в ее мозге нервные клетки. Потом подопытную сажали в красную коробку, активировали "нервные клетки синей коробки" и одновременно били током, чтобы сформировать негативную ассоциацию с "клетками синей коробки". Когда животное снова оказывалось в синей коробке, оно начинало бояться и ожидало, что его сейчас ударят током. В результате мышь начинала испытывать страх. Что это значит? Ученым удалось заставить мышь верить, что ее били не в красной коробке, а в синей. Это один из самых эффектных экспериментов, который показывает, как можно манипулировать воспоминаниями.

Я участвовал в эксперименте по стиранию памяти о боли у крыс. Животному делали операцию, чтобы создать болезненные ощущения в лапе. После того как боль утихала, крыса была эмоционально угнетена. Я использовал метод оптогенетики (основанный на внедрении в мембрану нервных клеток специальных каналов — опсинов, реагирующих на возбуждение светом. — Фокус) и пытался заставить крысу забыть о боли. Этот эксперимент еще длится, и коллеги продолжают исследовать память о боли.

Вживление фальшивой памяти можно, конечно, использовать в нехороших целях. Взять, например, огонь — орудие, которое сыграло важную роль в развитии человечества: им можно убить, а можно согреться. Если мы научимся вживлять воспоминания, это будет средство. А как его использовать — зависит от других людей. Это вечная проблема научного прогресса.

• Читайте также: Вкалывают роботы. Почему в Украину пришла мода на обучение детей робототехнике

"Вполне возможно, что наш мозг слишком сложный для того, чтобы человек мог его понять. Но если бы мозг был проще, скорее всего, мы были бы слишком примитивными, чтобы его понять" — так звучит одно из самых популярных высказываний в кругах нейробиологов. Мы ведь познаем мозг тем же мозгом: инструмент познания и объект исследования — один и тот же. Неизвестно, сможем ли мы когда-то понять, как работает мозг хотя бы в общих чертах. Это то, что привлекает меня в нейробиологии — ты не знаешь, какое открытие можешь сделать, и не подозреваешь, будет оно бесполезным или грандиозным.