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

Одна из альтернатив – поиск коннектопатий в мозгу животных. Подобные работы важны и для разработки методов лечения, ведь такие методы зачастую сначала проверяют на подопытных животных и лишь потом – на людях-добровольцах. Легендарный французский микробиолог Луи Пастер разработал первую в мире вакцину против бешенства, выращивая вирус в организме кроликов и затем ослабляя его. Вакцину испытывали на собаках, прежде чем ее впервые проверили на девятилетнем мальчике, которого искусал бешеный пес. Этот рискованный опыт стал широко известен.

Изучение человеческих психических расстройств на примере животных – задача непростая. Вирус бешенства вызывает одну и ту же болезнь независимо от того, кто им заражается – кролики, собаки или люди. Но бывают ли животные-аутисты, животные-шизофреники? Не совсем ясно, встречаются ли такие в природе. Однако ученые сегодня пытаются вывести их с помощью генной инженерии. Аномальные гены, отвечающие за аутизм и шизофрению, исследователи встраивают в геном животных, обычно – мышей. Специалисты предполагают, что в результате у животного разовьется недуг, аналогичный человеческому. В идеальном случае такие животные послужат «приближенными моделями» для человеческих заболеваний.

Но такая стратегия, берущая начало еще с Пастера, иногда не оправдывает себя, даже когда мы имеем дело с инфекционными заболеваниями. Так, вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающим у людей СПИД, оказалось невозможно заразить многих приматов, поэтому испытывать вакцины против ВИЧ не так-то просто. У обезьян причиной СПИДа служит, соответственно, вирус обезьяньего иммунодефицита (ВОИ), родственный ВИЧ, но не идентичный ему. Отсутствие животного, которое стало бы подходящей моделью для изучения человеческого варианта СПИДа, замедляет поиски лекарства от этой болезни. Точно так же встраивание аномальных генов в геном животных не обязательно превратит их в аутистов и шизофреников. Возможно, понадобится встроить в их геном какой-то аналогичный, но иной генетический дефект.

Из-за таких неопределенностей на первый план выходит проблема применимости модельных животных для исследования психических отклонений человека. Не совсем ясно, какие критерии следует при этом использовать. Некоторые предлагают опираться на сходство симптомов, но даже для инфекционных заболеваний этот критерий срабатывает не всегда. Бывает, один и тот же микроб способен заражать и животных, и людей, но дает при этом весьма разные симптомы. Животное иногда переносит инфекцию почти без побочных последствий. Если же человеческие гены, ответственные за аутизм или шизофрению, дадут совсем другие симптомы у подопытных мышей, это не обязательно будет означать, что «мышиная модель» совсем уж бесполезна. (Кто-нибудь может заявить, что сравнивать лишь симптомы вообще бессмысленно, так как психические заболевания влияют и на поведение, а ведь поведение человека, судя по всему, уникально для животного мира, и уж тут мы вряд ли найдем подходящую модель среди других представителей фауны.)

Альтернативный критерий – сходство нейропатологий. Его уже применяют для оценки «мышиных» моделей нейродегенеративных заболеваний – скажем, болезни Альцгеймера (БА). У людей БА сопровождается аномально высоким ростом содержания бляшек и тромбов в мозгу (см. об этом ранее). У нормальных мышей БА не возникает, однако ученые с помощью генной инженерии вывели мышей, у которых развивается этот недуг. В их мозгах появляется большое количество бляшек и тромбов. Исследователи до сих пор не пришли к единому мнению относительно того, применимы ли такие модели для изучения БА человека. Но, по крайней мере, у них есть цель: воспроизвести на мышах ясную и недвусмысленную нейропатологию человека.

Следуя этой логике, заключаем, что сходство коннектопатий также может послужить хорошим критерием при изучении на животных отклонений, подобных аутизму и шизофрении. Разумеется, для этого нам придется научиться выявлять коннектопатии у подопытных животных, как и аналогичные коннектопатии у людей, страдающих аутизмом и шизофренией.

* * *

Возможно, вы заметили, что план сравнения коннектомов выглядит совсем иначе, нежели план их расшифровки. Коннекционистская теория памяти выдвигает определенные гипотезы (о клеточном ансамбле и о синаптической цепочке), которые можно проверить с использованием коннектомики. Однако подход, основанный на сопоставлении коннектопатий, как будто ничем не подкреплен. Не будет ли поиск коннектопатий тщетным без соответствующих гипотез?

Эрик Лэндер, один из руководителей проекта «Геном человека», так подытожил десятилетие, прошедшее после его завершения: «Главная польза геномики – в том, что она дает возможность исследовать биологические явления в реальном времени, беспристрастно и без теоретизирования». В школе нам несколько иначе рассказывали о научном методе. Нам внушали, что наука развивается, следуя трем стадиям: 1) сформулируйте гипотезу, 2) сделайте прогноз на основе этой гипотезы, 3) проведите эксперимент, чтобы проверить свой прогноз.

Иногда такая схема действительно срабатывает. Но на каждую историю успеха приходится множество историй неудач, вызванных тем, что ученый выбирает для проверки не ту гипотезу. На такую проверку подчас уходит много времени и сил, а проверяемая гипотеза в конце концов оказывается ложной или (что еще обиднее) просто неприложимой к данной ситуации. В последнем случае исследование было напрасной тратой времени. К сожалению, нет универсального рецепта, который позволил бы всегда формулировать безупречные гипотезы. Часто они возникают благодаря озарению или проблеску вдохновения.

Однако у нас есть альтернатива этому дедуктивному методу исследования, основанному на гипотезах: это индуктивный метод, основанный на информации. У него тоже три стадии: 1) соберите побольше данных, 2) проанализируйте их, чтобы выявить определенные закономерности, 2) сформулируйте гипотезы на основе этих закономерностей.

Одни ученые тяготеют к первому подходу, другие – ко второму, в зависимости от своего научного стиля. Но эти два подхода на самом деле не являются взаимоисключающими. Информационный подход можно рассматривать как способ создания гипотез, которые больше заслуживают дальнейшего исследования, чем те, что основаны лишь на чистой интуиции. Следующей ступенью может стать как раз исследование, основанное на гипотезах.

При наличии подходящих технологий мы сумели бы применить такой комбинированный подход к изучению психических расстройств. Коннектомика будет давать нам всё более точную и полную информацию о схеме нейронных связей. А при таком обилии данных больше не будет необходимости искать ключи под фонарем. Выявив конкретные коннектопатии, мы сформулируем на их основе вполне правдоподобные и заслуживающие дальнейших исследований гипотезы о причинах психических заболеваний.

Еще одно сравнение: поиск причин психических болезней подобен поискам иголки в стоге сена, ведь мозг устроен так сложно. Как добиться успеха? Один из способов – для начала выдвинуть правдоподобную гипотезу о более точном местонахождении иголки. И тогда вам понадобится обшарить лишь небольшой клочок сена. Такой подход сработает, если у вас хватило ума или везения предложить хорошую гипотезу. Другой путь – сконструировать машину, которая быстренько просеет всё сено в стогу. Такая технология гарантирует, что вы отыщете иголку, даже если у вас нет ни ума, ни везения. Это чем-то похоже на тот подход, который предлагает коннектомика.