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

Вопрос был щекотливый. Дьяволы находятся под угрозой исчезновения, и в какой-то степени речь идет уже о национальной гордости. После вымирания тилацина дьявол стал новой эмблемой Тасмании, так что австралийские власти не спешили идти мне навстречу и делиться биоматериалом. Но Кэролайн увидела потенциальную ценность картирования мозга тасманийского дьявола, обошла бюрократические преграды и отыскала для меня мозг недавно усыпленной особи. Количество разрешений, необходимых для пересылки, внушало ужас. Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных США, с которой нужно было согласовать ввоз животного материала, первый раз сталкивалась с попыткой доставить в Америку мозг тасманийского дьявола. Обеспечить его прибытие в целости и сохранности я мог только одним способом: нанять курьера, который заберет посылку в аэропорту Лос-Анджелеса и, собственноручно проведя через таможню, отправит внутренним рейсом в Атланту.

В октябре 2015 года мозг тасманийского дьявола прибыл в наше распоряжение, и мы немедленно подготовили его для МРТ. В отличие от мозга тилацина и даже дельфиньего, этот экземпляр был достаточно свежим. Несмотря на небольшие размеры, сигнал он давал сильный и четкий. Структурные изображения получились превосходные. Диффузионные сканы тоже. Как и у тилацина, мозолистого тела в мозге тасманийского дьявола не обнаружилось, зато передняя комиссура, соединяющая полушария, представляла собой толстый пучок волокон. У меня были достаточные основания надеяться, что мозг дьявола послужит хорошим сравнительным образцом для анализа результатов МРТ тилацина.

Несмотря на принадлежность обоих видов к плотоядным сумчатым, пищу они добывали по-разному. И по мнению некоторых экологов, это должно было отразиться на структуре мозга. Есть теория, что сложная стратегия добычи пищи требует более крупного сложноорганизованного мозга, чем примитивная тактика поисков корма. Тилацин явно должен был относиться к обладателям первой, по крайней мере если в нападениях на овец фермеры обвиняли его не огульно.

Но в какой области мозга искать подтверждение? Там ведь нет «охотничьего» центра. Тем не менее оценить степень когнитивного развития мы могли бы по величине «лобной» части мозга, расположенной спереди от моторных областей. Если устройство мозга сумчатых и плацентарных примерно совпадает, эта зона связана с когнитивными задачами, такими как планирование, самоконтроль (как мы уже убедились на примере собак) и обработка социальной информации.

Об устройстве мозга плацентарных известно гораздо больше, чем о его устройстве у сумчатых. Перекос неожиданный, тем более что сумчатые, особенно австралийские, считаются похожими на древнейших млекопитающих, живших сто пятьдесят миллионов лет назад. Поэтому устройство их мозга могло бы пролить свет на эволюционное развитие мозга млекопитающих.

На самом базовом уровне хорошо бы узнать, как организована передача сенсорной и моторной информации. У плацентарных млекопитающих борозда отделяет первичные моторные области от сенсорных, и те и другие организованы по модульному принципу и содержат множественные проекции различных частей организма. У сумчатых, как более древних, мозг может быть организован гораздо проще. Со времен самых первых электрофизиологических исследований мозга считалось, что разделения на сенсорные и моторные области у них нет[134]. Однако недавние эксперименты выявили некоторые нюансы. Лия Крубитцер, нейробиолог из Калифорнийского университета в Дейвисе, предполагает, что у «примитивных» сумчатых, таких как виргинский опоссум и рыжий кенгуру, области моторной и сенсорной репрезентации пересекаются, тогда как у более «развитых», вроде вомбата, филандера и тасманийского дьявола, они разделены.

Разумеется, отнести тот или иной вид к «примитивным» или «развитым» бывает довольно сложно. Поэтому лучше ориентироваться на социальное поведение и особенности питания. В общем и целом чем гибче стратегия добычи корма, тем сложнее должно быть устройство мозга.

Итак, благодаря сотрудничеству со Смитсоновским институтом, Австралийским музеем и проектом спасения тасманийского дьявола мы располагали данными сканирования четырех образцов мозга – двух от тилацина и двух от дьявола. Из них только мозг недавно усыпленного дьявола был в хорошем состоянии. Остальные либо подверглись усыханию за прошедшее столетие, либо имели следы травм. Наше исследование больше напоминало реконструкцию по разрозненным фрагментам. Но наличие двух образцов каждого вида все же сильно помогало делу. Наконец появлялась возможность увидеть видовые особенности и межвидовые различия.

Кен хотел сосредоточиться на связях между таламусом и корой. Таламус содержит десятки групп нейронов (называемых ядрами), но на снимках МРТ удавалось различить лишь самые большие. Предполагаемое их расположение Кен указать мог, однако, учитывая, что они скрывались внутри более крупной структуры, отследить проводящие пути было проблематично, особенно там, где они проникали в таламус.

В поисках подтверждения наших гипотез я сосредоточился на комплексе базальных ядер. О них известно много. Собственно, в собачьем проекте мы тоже изучали довольно значительную их составляющую – хвостатое ядро. Базальные ядра – образование крупное и заметное, поэтому относящиеся к ним структуры легко отыскать даже в непривычном мозге сумчатых, что было для нас важно. Основные межвидовые различия пока сводились к размеру и строению коры. Так называемые подкорковые структуры, к которым относятся базальные ядра и таламус, вроде бы сохраняли относительное единообразие от вида к виду.

Мы намеревались посмотреть, как подкорковые структуры связаны с корой, и выстроить в первом приближении карту мозга тасманийского дьявола и тилацина. Что ценно в базальных ядрах, по крайней мере у плацентарных, – некоторые их области отвечают за двигательные функции, тогда как другие скорее сенсорные или когнитивные. У плацентарных млекопитающих, таких как собака и человек, передняя часть этой арки связана с лобной корой, отвечающей за когнитивные функции, в частности за планирование и самоконтроль. С противоположной стороны «хвост» хвостатого ядра, соединяется с теми областями коры, где происходит обработка сенсорной информации. В латеральном (боковом) направлении от хвостатого ядра расположено еще одно ядро под названием «скорлупа», связанное с двигательной системой.

В таламусе Кен указал нам ядра, передающие зрительную информацию и – как в дельфиньем мозге – слуховую. Кроме того, он определил расположение ядер, одно из которых принимает осязательные импульсы, а другое – отправляет двигательные. И когда мы воспроизвели все нервные пути, ведущие к коре, и объединили с трактами базальных ядер, получилась достаточно четкая и последовательная картина.

В общих чертах карты мозга тасманийского дьявола и тилацина выглядели похоже. Задняя, затылочная часть коры была в основном сенсорной, там располагались зрительные и слуховые области. Спереди от них мы обнаружили крупный участок коры, отвечающий за двигательные функции. Такое строение – моторные области перед сенсорными – видимо, характерно для мозга всех млекопитающих и аналогично тому, что мы наблюдали у крыс, собак и человека. Перед моторными зонами находились области, по-видимому имеющие когнитивные функции, а в самой передней части, скорее всего, зоны, связанные с эмоциями и мотивацией[135].