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

Дэвид ван Эссен заронил в меня семена этой книги, пригласив прочесть лекцию на съезде Нейробиологического общества в 2007 году. Свое выступление перед несколькими тысячами слушателей я завершил изложением задачи поиска коннектомов. Поднялся большой шум, и Боб Прайор стал уговаривать меня написать книгу. Я принял его предложение, но решил ориентироваться на массового читателя. А поскольку никакое знание нельзя принимать на веру, мне пришлось начать с изложения основополагающих принципов и подвергнуть сомнению все свои убеждения. Я следовал заповеди «Опустоши чашу, дабы ее можно было наполнить вновь».

Когда в 2009 году я закончил черновик, Кэтрин Карлин рассказала обо мне Джиму Левайну, с которым меня затем познакомил Дэн Эрили. Джим с большим энтузиазмом предложил стать моим агентом, что чрезвычайно помогло мне. Он привлек к работе блистательную Аманду Кук, которая регулярно бомбардировала меня одним и тем же вопросом: «А какое нам до этого дело?» Она не только редактировала мой текст и совершенствовала сюжет, но и помогла мне изменить образ мысли. Я и представить не мог, как радикально изменится книга под ее чутким руководством. И по-моему, мне повезло, что такие изменения произошли.

Научная жизнь дает чудесный побочный эффект – возможность встречаться с умными и интересными коллегами. Книгу весьма обогатили мои многочисленные захватывающие дискуссии с другими нейробиологами. Мудрые советы Дэвида Тэнка вымостили мне путь к коннектомам. Одобрение Винфрида Денка, давшего критическую оценку двум черновикам, помогало мне писать. Джефф Лихтман терпеливо просвещал меня касательно самоуничтожения синапсов и нейронного дарвинизма. Кен Хэйворт разъяснял, как работают его разрезальные машины, и страстно защищал положения трансгуманизма. Дэниэл Бергер сделал множество предложений по части улучшения текста.

В ходе работы над этой книгой мне предоставили ценнейшую информацию: Скотт Эммонс и Дэвид Холл – о C. elegans, Аксель Борст – о мушином мозге, Кевин О’Хара – о калифорнийской секвойе, Миша Цодикс и Хаим Сомполински – о моделях ассоциативной памяти, Эрик Кнудсен и Стивен Смит – о рекомбинации связей и переподключении, Карлос Лоис и Фатих Янык – о регенерации, Митя Шкловский и Алекс Кулаков – о принципе «экономии провода», Кристен Харрис – о серийной электронной микроскопии, Гайон Вэй – о полупроводниковой электронике, Дик Масленд и Джош Сейнс – о типах нейронов, Кэти Рокленд и Алмут Шуц – о кортикальной анатомии, Харви Картен и Джерри Шнайдер – об эволюции мозга, Майкл Фи – о птичьем пении, Лу Хуэйцай и Павел Остен – о заболеваниях мозга, Вамси Мута – о биологии, Нико Шифф – о неврологии, Дрейзен и Даника Прелек – о философии и психологии, а Майкл Хауссер и Арнд Рот – о биофизике дендритов. Всем им выражаю свою живейшую благодарность.

Майк Сах и Джон Шон помогали мне написать заявку на эту книгу. Вместе с Джанет Чой и Джулией Кул они комментировали ее финальный вариант. Скотт Нефтлер предложил некоторые забавные сравнения. Мои собратья по перу Сью Коркин, Майк Газзанига, Аллан Хобсон и Лайза Рэндалл давали мне советы в критические моменты. Тщательная редактура и безупречная логика Кати Райс замечательным образом отшлифовали слог книги.

Публичные выступления помогали мне чувствовать дух времени. Так, Ют Мета Бауэр пригласила меня прочесть лекцию для курса визуальных искусств в Массачусетском технологическом институте; Сьюзен Хокфилд привезла меня на Всемирный экономический форум, а Сара Кэддик поспособствовала моему участию в конференции TED-2010[22].

И наконец, я выражаю признательность Благотворительному фонду Гэтсби, Медицинскому институту Говарда Хьюза и программе «На переднем крае науки о человеке», финансирующим мои исследования в области коннектомики.

Пусть человек созерцает Природу… «Мысли», 72.

«вечное безмолвие…» «Мысли», 206.

…не сосредоточены в отдельном органе. Большинство нейронов и синапсов у этого червя расположены в так называемом нервном кольце. (Собственно, это утверждение верно лишь для червей-гермафродитов, так как нервное кольцо играет меньшую роль у куда более редких червей-самцов.) Нервное кольцо окружает «глотку» червя и является наиболее похожей на мозг структурой. Человеческий же головной мозг содержит подавляющее большинство нейронов нашей нервной системы. Прочие находятся в спинном мозге или рассеяны по другим частям тела.

Рис. 2. Изображение получено с помощью микроскопа методом дифференциального интерференционного контраста (ДИК). Оно представлено на Wormatlas.org, где собрана великолепная база данных об этом черве. Цена деления шкалы – 0,1 мм. Два эллипсоида – черви-эмбрионы.

Рис. 3. Первая карта всей нервной системы C. elegans опубликована Уайтом (White, 1986). Обычно ее считают исчерпывающей, однако она всё же неполна. В 2011 году ее дополнили (Varshney et al.) данными из других источников, однако, по оценкам ученых, около 10 % нервных связей червя всё же пока не картированы. Диаграмму с рис. 3, где отражен итог этой работы, также можно увидеть на Wormatlas.org.

Полный ее объем – миллион страниц. Чтобы бегло ознакомиться с человеческим геномом, можете отправиться на NCBI Map Viewer – www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/ mapview, а затем перейти на страницу, где показаны все хромосомы нашего генома (ищите Homo sapiens, официальное название нашего с вами вида). Кликнув по любой из хромосом, вы увидите более подробную карту, где показано месторасположение отдельных генов. Дальнейшее кликанье покажет вам цепочки ДНК. На рис. 4 показано начало хромосомы 11. Чтобы отыскать ДНК-последовательности для отдельных генов, можно провести поиск по названиям белков, которые они кодируют.

Такого рода уникальностью черви не обладают… Коннектомы червей больше похожи друг на друга, нежели человеческие, однако всё же не идентичны. Эта тема подробнее рассматривается в главе 12.

…«зафиксирован» начиная с момента зачатия… Если мы будем говорить, что наш геном «зафиксирован», то неизбежно допустим некоторое упрощение. Каждая из наших клеток содержит копию нашего генома. (Имеются исключения – к примеру, красные кровяные тельца, они теряют ДНК по мере своего развития.) Эти копии почти идентичны, однако небольшие различия всё же есть. Некоторые из них вызваны ошибками при копировании в процессе деления клеток и могут приводить к возникновению онкологических заболеваний. Другие важны для функционирования организма – например, различия между определенными клетками иммунной системы. Кроме того, ДНК может модифицироваться без изменения своей цепочки. Эти явления относятся к более широкой группе – эпигенетике.