Всемирный разум
Шрифт:
Самое главное заключалось в том, что ученые смогли устранить симптомы болезни. И добиться этого удалось с помощью электрического тока. Не менее важной стала и ясность с тем, какие именно участки мозга требуют вмешательства. Иными словами, благодаря оптогенетике терапевтическое воздействие на мозг можно было сделать целенаправленным и абсолютно точным. Прощайте, побочные эффекты!
Вернувшись в Массачусетский технологический, Эд Бойден поставил на повестку дня очевидный вопрос: насколько все это применимо к людям? Имелись основания полагать, что может быть применимо. Природа стремится сохранить структуры, показавшие свою жизнеспособность. В процессе эволюции многоклеточные организмы вырабатывают энзимы, катализирующие основные обменные процессы в клетках. Существа,
Однако Бойден не мог так легко экспериментировать на людях. Представьте, что вы говорите пациенту с болезнью Паркинсона: «Мы намерены генетически изменить ваш головной мозг инъекцией вирусов, содержащих гены, взятые у водорослей. А затем мы введем вам под череп источник света…» Несомненно, человек потребует некоторые данные, подтверждающие безопасность этих действий для подопытного!
В 2008 году Бойден и Хан начали экспериментировать с макаками-резусами, мозг которых относительно близок к человеческому. Ученые вводили жидкость с вирусами в небольшие области переднего мозга (forebrain) обезьян и при помощи оптоволоконного кабеля воздействовали на них сине-голубым и желтым светом. Одна из подопытных была на особом положении: ее нервные клетки засвечивали по несколько минут ежедневно – неделя за неделей в течение девяти месяцев. Как и надеялись экспериментаторы, нейроны возбуждались и успокаивались точно по команде. И спустя указанное время нервные клетки этой макаки остались неповрежденными и могли нормально функционировать [126] .
Последнее обстоятельство было критически важным. Оно свидетельствовало, что генетические изменения не причинили обезьянам вреда. В 1999 году девочка-подросток по имени Джесси Джелсингер (Jesse Gelsinger) умерла в клинике при лечении болезни печени с помощью генной терапии. Причиной ее гибели стала реакция иммунной системы на введенный врачами вирус. Ни один из тех, кто занимается генной терапией, никогда не забывает о Джесси.
Однако обезьянки были в полном порядке. Их мозги не повредились. Бойден и Хан сообщили о полученных результатах в апреле 2009 года. Джейми Хендерсон (Jaimie Henderson), нейрохирург из Стэнфорда, нашел эту новость весьма многообещающей. Для глубокой стимуляции мозга он часто имплантировал электроды пациентам с болезнью Паркинсона, поэтому ограничения данного метода были ему хорошо известны. Как и Дейсерот, он хотел делать больше. Значит, исследования в области оптогенетики следовало превратить в технологию, применимую на практике.
Хендерсон сделал технический рисунок устройства, чем-то напоминавшего эскимо, уменьшенное втрое. Оно представляло собой контроллер размером со спичечный коробок, подсоединенный к стержню. На верхушке последнего были смонтированы четыре светодиода. Ученый попросил коллегу-физика из того же Стэнфордского университета сделать опытный образец. Теперь этот прибор стоял на рабочем столе Хендерсона, ритмически – по щелчку выключателя – загораясь сине-голубым светом. Очень симпатичный прибор. Отличное воплощение принципов нейротехнологии.
Глубокая стимуляция мозга требует ввести электроды на глубину в несколько дюймов. Нелегкая задача, если на стержне помещены четыре светодиода. Однако работа Градинару и Могри открыла одну заманчивую возможность. Они доказали необходимость стимулирования аксонов, связанных с субталамическими ядрами. И эти аксоны подходят очень близко к поверхности мозга. Следовательно, можно «заякорить» электрод прямо под черепом. И тогда же ввести внутрь мозговой ткани необходимые гены. Элегантное и точное технологическое решение вкупе с несложной хирургической операцией.
Но Хендерсон понимал, что до широкого практического применения еще далеко. В 2009 году соответствующие опыты над приматами начались в Стэнфордском университете. В случае успеха ученые должны обратиться в Управление по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарств США (FDA – Food and Drug Administration) и получить разрешение на продолжение опытов, но уже на людях. Если все пойдет хорошо, то оборудование, имеющее коммерческую ценность и предназначенное для выхода на рынок, появится, возможно, лет через пять или чуть больше. И лечение болезни Паркинсона при этом окажется только началом. Так сказать, тем плодом, который висит на нижней ветке.
Потенциал оптогенетики
Напомним: оптогенетика может целенаправленно воздействовать на нейроны, возбуждая их на очень ограниченном участке мозговой ткани – объемом в один-два кубических миллиметра. Эта технология позволяет не только возбуждать нервные клетки, но и блокировать их возбуждение . Воздействие при этом может быть избирательным , учитывающим тип нейронов, а также исключительно точным , попадающим в строго определенную зону мозга. Фактически, если применять оптоволоконный кабель, пучок света может быть настолько узким, что с его помощью импульс получит только одна нервная клетка [127] . Не так уж трудно представить, что когда-нибудь возможно применение и мультифасетного оптоволоконного кабеля – для направления лучей света не на один, а сразу на несколько нейронов-мишеней.
Исключительно высокий уровень контроля при целенаправленном воздействии. Но оптогенетика дает даже больше. Эта технология позволяет отслеживать еще и активность мозга. Ключ – в работе Тсьена, за которую он получил Нобелевскую премию. Помните, он отказался от ченнелродопсина и несколько изменил направление своих исследований? Посредством специальной инъекции в нейроны мыши вводился другой ген – и оказалось, что нервные клетки при возбуждении могут светиться. Ученые получили возможность следить за активацией нейронов через тот же самый оптоволоконный кабель, по которому передаются импульсы света. Иначе говоря, его можно использовать и как объектив: не только «записывать» что-то в определенную область мозга, но и «считывать» происходящее там. Словом, теперь в распоряжении ученых есть двусторонний поток данных [128] .
Применяя один из вариантов этой технологии, исследователи из Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI – Howard Hughes Medical Institute) получили возможность наблюдать за возбуждением 13 взаимосвязанных нейронов, получавших сигналы, которые поступали от одного из усов мыши. При передвижении зверька его усы тоже двигались, заставляя нейроны светиться в различных комбинациях [129] . «Нейроны мигали причудливо, как огоньки на рождественской елке», – восторженно сообщил мне об этом в электронном письме один из исследователей Эндрю Хайрес (Andrew Hires) [130] .
Данные подобного рода позволяют ученым разобраться в том, каким образом функциональные группы нервных клеток реагируют на телесные движения. Ведущий исследователь HHMI по данному направлению Лорен Лугер (Loren Looger) поясняет, какие вопросы возникают при применении этой методики. «Когда мышь поворачивает налево, – спрашивает ученый, – какие именно из 1000 нейронов возбуждены? Какие из них активируются в первую очередь? А во вторую? И как насчет повторяемости: если мышь вновь совершит такое же движение, будут ли активны в точности те же самые 1000 нейронов, что и прежде? А если поместить под микроскоп не одну, а две мыши, будут ли обе использовать одни и те же 1000 нейронов?» Именно такую информацию и нужно анализировать, располагая имплантированным устройством, которое позволяет наблюдать за особыми функциональными группами нейронов (cliques of neurons) [131] .