Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть - Себастьян Сеунг

В мифах, легендах и литературах всего мира фигурирует множество близнецов. Так, к примеру, индейцы навахо возводят свою родословную к богине, чье имя переводится как Меняющаяся Женщина. Некогда, на заре времен, она зачала от солнечного луча и родила двух сыновей – Убийцу Чудовищ и Рожденного Плавать. Они выросли всего за двенадцать дней и отправились искать своего отца, Солнце, попутно вступая в смертельные схватки со всякими великанами и чудищами. Разнояйцевые («отцовские») близнецы всегда казались людям чем-то особенным, а однояйцевые (идентичные) близнецы – подчас даже чем-то волшебным. Почему нами владеет такое ощущение? Ну, прежде всего, идентичные близнецы колеблют нашу незыблемую убежденность в том, что каждый человек уникален. Нас беспокоит их невероятное сходство и зачаровывают их малозаметные отличия.

Близнецы древнегреческих мифов часто являлись отпрысками одной матери от двух разных отцов: одного – божественного, а другого – смертного. Это объясняло древним грекам различную натуру и судьбу близнецов. Сегодня мы знаем, что за такие различия отвечают геномы разнояйцевых близнецов, совпадающие лишь наполовину. Однако однояйцевые близнецы с первого взгляда практически неотличимы друг от друга, поскольку их геномы идентичны. Я уже говорил об этом, обсуждая генетику аутизма и шизофрении, но сейчас необходимо дать некоторые пояснения. Недавние геномные исследования показали: при делении оплодотворенной клетки на два эмбриона все-таки могут наблюдаться небольшие отклонения в ДНК-цепочке. Возможно, именно поэтому внешне однояйцевые близнецы порой слегка отличаются друг от друга, да и ведут себя и думают не в точности одинаково. Но гены не до конца объясняют умственно-психические особенности, зависящие от обучения. Даже у «сиамских» близнецов, не подвергшихся хирургическому разделению, жизненный опыт совпадает не полностью. Такие близнецы в буквальном смысле нераздельны, однако воспоминания их не тождественны.

Согласно положениям коннекционизма, у однояйцевых близнецов разные воспоминания и разный ум, поскольку их коннектомы различны. Наверняка многие мечтали: «Хорошо бы, если б у меня был брат-близнец (или сестра-близнец)». Иногда я представляю себе сумасшедшего ученого, который вырастил моего «коннектомного близнеца» – человека, в мозгу которого все подключения в точности идентичны моим. Приду ли я в восторг, повстречавшись с таким созданием? Будет ли ревновать моя подружка, видя, какими близкими приятелями мы с ним стали? Станет ли она жаловаться на это очередное подтверждение моих нарциссических наклонностей? Вероятно, я мог бы поверять такому близнецу все мои тайны, ведь он бы наверняка меня понял. А может, мне было бы скучно изливать свои тревоги и волнения человеку, который мыслит совершенно так же, как я сам.

А что, если после недели, которую мы проведем, знакомясь всё ближе, нас похитит банда полоумных гангстеров? Допустим, они решат пристрелить одного из нас и отправить труп нашей семье с запиской о выкупе – как доказательство того, что они нас действительно украли. Я буду бояться, что меня убьют? Или я проявлю альтруизм и сам напрошусь на пулю? Может, это вообще неважно, кого из нас прикончат, ведь все мои воспоминания и моя личность как таковая останутся жить в моем близнеце и после того, как я погибну (и наоборот – после гибели близнеца его личность будет по-прежнему жить во мне). Но погодите. Ведь прошла целая неделя с тех пор, как ученый-сумасброд вдохнул жизнь в мою копию. С тех пор наши коннектомы успели измениться. Они начали отклоняться от идентичности уже в первое мгновение после создания дубликата. Так что у нас уже разное сознание, разный ум.

По счастью, передо мной никогда не вставали философские дилеммы подобного рода. Коннектомных близнецов-людей мы еще долго не увидим. Но как насчет червей? Во введении я говорил о «едином» коннектоме червя C. elegans, как бы подразумевая, что любые два червя этого вида – коннектомные близнецы. Но так ли это на самом деле? Нейроны у них, безусловно, идентичны, так что мы, наверное, сумеем взять два коннектома, сопоставить их, нейрон за нейроном, и посмотреть, одни и те же там связи или нет.

Такое сравнение никогда не проводили целиком, ибо для него понадобились бы два полных коннектома C. elegans, между тем и один-то найти достаточно трудно. Дэвид Холл и Ричард Рассел сумели сократить путь, сопоставляя частичные коннектомы из кончиков хвоста червей. И полного совпадения они не увидели. Если у одного червя два нейрона связаны посредством множества синапсов, то, как правило, и у другого червя они связаны так же. Но если у одного червя два нейрона связаны единственным синапсом, то у другого червя между этими нейронами вообще может не быть никакого синапса.

Что служит причиной такой вариативности? Червей в лаборатории на протяжении многих поколений выводили путем инбридинга (родственного спаривания), интенсифицировав методы, которыми выводят чистопородных собак и лошадей. В итоге все подопытные черви стали генетическими близнецами, но в их ДНК-цепочках все-таки остались некоторые различия. Может быть, за вариативность коннектомов ответственны именно эти отличия? Или эта вариативность – признак того, что черви учатся на опыте? А может быть, причина кроется не в генах и не в опыте, а в случайных отклонениях в ходе подключения нейронов при развитии организма? Любое из этих объяснений может оказаться верным, но нужны новые исследования, чтобы их проверить.

Влияют ли коннектомные вариации на поведение, наделяя червей разной «личностью»? Неизвестно. Холл и Рассел не занимались этим вопросом. Их черви, хоть и выведенные путем инбридинга, во всех прочих отношениях казались совершенно нормальными. Другие исследователи выявили червей с генетическими дефектами, ведущих себя аномальным образом. Найти их коннектомы еще предстоит, но после того, как это будет сделано, естественный шаг – сравнить коннектомы аномальных и нормальных червей, если только их нейроны можно будет сравнивать попарно, по принципу «каждый нейрон одного червя с каждым нейроном другого». Если каких-то нейронов не хватит или обнаружатся дополнительные, сравнивать такие коннектомы будет несколько труднее; но все-таки сравнение должно оказаться возможным. Подобные исследования должны шириться по мере того, как становится всё легче отыскивать коннектомы C. elegans.

Сравнение коннектомов животных с крупным мозгом будет куда более сложной задачей. Как я упоминал во введении, крупные мозги значительно отличаются друг от друга по количеству нейронов, так что соответствие «один нейрон к одному нейрону» тут уже не построишь. В идеальном случае мы найдем способ сопоставлять нейроны, обладающие сходной или аналогичной схемой связей. Согласно максиме коннекционизма, такие нейроны должны будут обладать также и сходными функциями, как нейрон Дженнифер Энистон в мозгу одного человека и нейрон Дженнифер Энистон в голове другого. Соответствие может не оказаться взаимно-однозначным, поскольку у разных людей может быть различно количество нейронов Дженнифер Энистон. (У кого-то вообще может не оказаться ни единого нейрона Дженнифер Энистон, ибо они были попросту лишены счастья лицезреть ее образ.) Для такого сопоставления понадобятся сложные вычислительные методы, которые еще предстоит разработать.

Альтернативный подход – сравнивать коннектомы после их огрубления. Можно рассматривать упрощенные коннектомы, построенные для зон мозга или для типов нейронов, как описано выше. Поскольку следует ожидать, что такие коннектомы существуют у всех нормальных индивидуумов, наверняка всегда будет возможно поставить такие коннектомы во взаимно-однозначное соответствие. И тогда, возможно, сопоставление упрощенных коннектомов существ с большим мозгом будет не сложнее, чем сравнение коннектомов червей.