Что значит быть собакой. И другие открытия в области нейробиологии животных - Грегори Бернс

Нам предстояло провести около восьмидесяти разных сканирований. Часть из них – улучшенные структурные сканы, позволяющие получить подробное анатомическое изображение, но основную массу будет составлять ДТВ. Для каждого из этих сканов будет создано свое направление магнитного поля, а затем сканер измерит на каждом участке мозга, как в этом направлении просачивается вода. И так пятьдесят два раза, с постоянной сменой направления. Само сканирование займет около шести часов. А потом мы сопоставим все сканы и вычислим преимущественные диффузионные пути в белом веществе.

Структурные сканы выглядели замечательно, все вроде бы шло как по писаному. Предварительные исследования позади, пора переходить к главному – диффузионной МРТ. Загрузив программу в соответствии с выданным Карлой протоколом, мы нажали «сканировать».

Аппарат щелкнул несколько раз и принялся за работу, возвестив об этом громким жужжанием. Но уже через секунду остановился. На мониторе появилась красная линия, сигнализирующая о каком-то сбое.

– Что случилось? – спросил Питер.

– Кажется, превышена допустимая мощность градиента, – ответил я.

Градиентная катушка потребляет много энергии, и тепло должно куда-то уходить. Если оно не рассеется, медь воспламенит окружающие материалы. Чтобы возгорания не случилось, в градиентах проложены охлаждающие трубки, но катушки все равно нагреваются, даже с системой охлаждения. Если они нагреются слишком сильно, сработают внутренние датчики температуры и автоматически отключат томограф. По крайней мере, так предполагается. Кроме того, в томографе имеется дополнительная встроенная защита, которая не позволяет оператору по неведению задать опасную программу. Видимо, она и сработала.

Диффузионная МРТ создает большую нагрузку на градиентные катушки. Чем сильнее магнитное поле, тем точнее мы отслеживаем диффузию воды. Но программное обеспечение томографа только что сообщило нам, что полученное задание несет угрозу для оборудования. И если мы попытаемся это предупреждение обойти, есть опасность повредить магнит.

– Придется снизить мощность градиента, – сказал я.

– Насколько?

Я пожал плечами.

– Пока не перестанем получать предупреждения.

Достигнув безопасного предела, мы включили сканирование, на которое отводилось шесть часов. К вечеру снимки были готовы – и градиентные катушки целы. На то, чтобы загрузить все данные в лабораторный компьютер, требовался еще час, так что мы запустили загрузку и отправились домой.

Ключевая часть анализа состояла в том, чтобы, сопоставив все пятьдесят два изображения ДТВ, высчитать расстояние, на которое просачиваются молекулы воды, и преимущественное направление движения. Такие расчеты проводились для каждого участка мозга, что в совокупности давало триста пятьдесят тысяч вокселей. Программу для этих расчетов Карла написала, но предупредила, что при отсутствии суперкомпьютера времени на обработку нужно закладывать много. Хотя суперкомпьютера у нас не было, лабораторный располагал достаточным объемом памяти (72 Гб) и шестнадцатью процессорами. При параллельном запуске каждый из них мог просчитывать отдельный участок мозга, позволяя вести расчеты одновременно. Тем не менее на обработку сканов мозга Совенка у нас ушло два дня.

Для наглядности мы обозначали преимущественные направления волокон в результатах ДТВ разными цветами: красным – идущие слева направо, зеленым – спереди назад (или, в научной терминологии, в ростро-каудальном направлении) и синим – сверху вниз (в дорсо-вентральном). Изображения получились роскошные и превзошли все наши с Питером ожидания. В центре мозга располагался пучок красных волокон, четко обозначая мозолистое тело, соединяющее левое и правое полушария. Сбоку виднелись тракты (проводящие пути), идущие через переднюю и заднюю часть мозга и переплетающиеся с волокнами, которые шли сверху вниз.

К 2015 году, когда мы занялись диффузионной МРТ, снова нагрянул Эль-Ниньо. Масштабы бедствия затмили даже 1998 год. На этот раз морские львы выбрасывались на сушу по всему побережью к югу от Сан-Диего, и из Центра реабилитации нам один за другим присылали образцы мозга тех, кого пришлось усыпить. У многих из погибших, но не у всех отмечались припадки. К концу лета у нас набралось восемь образцов, и мы принялись выяснять степень ущерба, вызванного воздействием домоевой кислоты.

При височной эпилепсии гиппокамп постепенно покрывается шрамами и усыхает. Но мозг пытается компенсировать ущерб. И чем больше страдает гиппокамп, тем большая нагрузка ложится на оставшиеся нейроны. Как ни парадоксально, выливается это в рост числа соединений[49]. Если воздействие домоевой кислоты проявляется главным образом в виде судорожных припадков, то, по всем расчетам, мы должны были увидеть в области гиппокампа те же парадоксальные последствия, что и в человеческом мозге при эпилепсии.

Хотя трехмерные реконструкции проводящих путей в белом веществе морских львов получились прекрасно, нам нужно было более точно определить, куда тянутся тракты от гиппокампа. В нейровизуализации человеческого мозга получила распространение технология под названием «вероятностная трактография». Метод ее заключается в следующем: на том или ином участке мозга помещается цифровая метка, и с учетом преимущественных направлений просачивания воды симулируется движение гипотетической водяной молекулы от этой метки. Затем, на новом участке, процедура повторяется, и так далее. Что-то вроде игры в классики на белом веществе. Поскольку преимущественные направления не абсолютны, предугадать со стопроцентной уверенностью, куда двинется гипотетическая молекула, невозможно. Таких симуляций проводились тысячи, затем высчитывался усредненный результат. Питер разместил цифровые метки в гиппокампе и запустил программу воспроизведения исходящих оттуда трактов.

Итог не заставил себя ждать. У морских львов, подвергшихся воздействию домоевой кислоты, количество проводящих путей к таламусу было выше – в точности как у людей, страдающих эпилепсией. Сходство в картине патологий мозга у морских львов и человека указывало на сходство ощущений. Следовательно, теперь мы знали, что испытывает морской лев при отравлении домоевой кислотой. То же самое, что и человек. Но может быть, найдутся и другие, более глубокие аналогии в ощущениях?