В США запустили масштабный проект создания полной карты деятельности мозга, который раскроет биологические механизмы сознания. "Огонек" выясняет подробности
Профессор Оскар Фогт — основатель и директор Института мозга в Москве
На окраине Сан-Диего высится новый бетонный куб, которому вскоре предстоит стать главным средоточием вселенского зла — по крайней мере, в романах многочисленных детективщиков-конспирологов. В кубе будет располагаться Институт мозга при Калифорнийском университете США — самый главный нервный узел новой американской программы BRAIN Initiative (или Brain Activity Map Project) по картографированию клеточных процессов внутри головного мозга человека. Как уверяют врачи, речь идет только о раскрытии биологических механизмов возникновения психических заболеваний. Но не успел Институт мозга открыться, как в New Yorker вышла статья о том, как в США выросли продажи фольги: тысячи обывателей уже спешат себе делать "экранирующие вредное излучение" шапочки из фольги, чтобы защитить мозг от этих ученых.
Убедительности конспирологам придает и тот факт, что здание в Сан-Диего тщательно охраняется: как заявил директор Института, здесь будут исследоваться не только мыслительные процессы гениев, но и закоренелых преступников, которых ради науки специально будут привозить из местной тюрьмы.
Интересно, что с гениев и преступников начинали свои первые эксперименты и советские ученые, открывшие в прошлом веке самый передовой Институт мозга на планете.
Препарация мозга в Институте мозга. В свое время здесь также вручную разрезали мозг Ильича на десятки тысяч срезов толщиной всего по пять микрон
Мозги в разрезе
В один из холодных январских дней 1925 года профессор Оскар Фогт, директор Берлинского Нейробиологического института, получил письмо из Москвы от старейшего русского невролога Лазаря Минора, который приглашал коллегу принять участие в деликатном, но весьма прибыльном деле: требовалось исследовать мозг В.И. Ленина и в соответствии с канонами цитоархитектоники (строения на клеточном уровне) мозга "обосновать гениальность вождя мирового пролетариата". Суть этого метода заключалась в следующем: ученые делали тончайшие срезы коры головного мозга, после чего под микроскопом изучали "архитектонику" мозга — изменение размеров клеток, увеличение их плотности и число связей с другими нейронами. От этих изменений зависят не только интеллектуальные способности человека, но и его характер и душевные качества, которые, как говорили ученые, определяются строением мозга. В позапрошлом веке появилась даже такая наука — френология, поклонники которой утверждали, что когнитивные способности человека напрямую связаны со строением его черепа и формой мозга. Анатомией человека объяснялась как гениальность отдельных великих людей, так и "культурная отсталость некоторых рас".
Профессор Фогт согласился и вскоре был назначен директором только что созданного в Москве Института мозга — ведущего научного учреждения в СССР, куда стали собирать самые одаренные мозги страны, причем как в переносном, так и в прямом значении слова. В частности, в институт был доставлен мозг наркомов Цюрупы и Луначарского, поэта Маяковского, потом — Анри Барбюса, Менжинского и Станиславского (позже здесь побывали мозги всех видных коммунистов и академиков, от Сталина до Андропова). И конечно же мозги всех казненных контрреволюционеров и маньяков-убийц — для сравнительного анализа.
И вот, через несколько лет профессор Фогт доложил первые результаты работы. Оказалось, что в лобной доле мозга Ленина (лобная доля ответственна за принятие волевых решений) было больше извилин, чем у Цюрупы и Маяковского, к тому же лобная доля занимала у Ленина 25,5 процента всего объема мозга, в то время как у наркомов и поэта — не более 23,5 процента. Были хорошо развиты и нижняя теменная доля с височной (эти доли управляют речью человека). Но больше всего профессора Фогта поразили пирамидальные клетки, эти нейроны, встречающиеся в коре головного мозга, ответственны, как полагают ученые, за обработку информации, поступающей от спинного мозга и периферической нервной системы. "В третьем слое коры я обнаружил пирамидальные клетки еще не виданного мной размера,— писал Фогт.— У Ленина пирамидальные клетки были развиты значительно сильнее; соединявшие их ассоциативные волокна были гораздо многочисленнее... Мозг Ленина отличался наличием очень крупных и многочисленных пирамидальных клеток, подобно тому как организм атлета отличается очень сильно развитой мускулатурой".
И хотя профессор Фогт неустанно говорил, что для каких-либо выводов требуется еще масса исследований, его оговорки никто уже не слушал. Советские пропагандисты с восторгом подхватили и разнесли по миру идею о пирамидальных клетках, усматривая мистические связи между серым веществом Ильича и древней мудростью строителей гробницы фараона Хеопса. Между тем в Германии выводы профессора Фогта были встречены с большой долей иронии. Как писал невролог Вальтер Шпильмайер, большие пирамидальные клетки встречаются и в головном мозге слабоумных людей. В итоге все исследования в этой области в СССР были засекречены, а ученые всего мира осознали, что умственные способности человека зависят не только от величины нейронов, но и от чего-то еще, чего в заспиртованном образце мертвой ткани разглядеть никак не получится.
Так работает мозг мелкой рыбки данио при виде еды: возбужденные нейроны отображаются красным свечением
Фото: Misha Ahrens and Philipp Keller
Вынос мозга в науке
Именно это "что-то" спустя почти 100 лет и надеются найти американские ученые — авторы научного мегапроекта Brain Activity Map Project, рассчитанного на 10 лет непрерывных исследований с целью построения полноценной карты деятельности мозга. Проект часто сравнивают с другим научным мегапроектом Human Genome Project, в результате которого была составлена карта активности человеческих генов.
— Конечно, исследования нервных клеток мозга и так ведутся по всему миру,— говорит один из авторов проекта, биолог Дэвид Ботштайн, который стал лауреатом новой премии по медицине, учрежденной российским миллиардером Юрием Мильнером и основателями Facebook и Google Марком Цукербергом и Сергеем Брином.— Однако мыслительные процессы до сих пор остаются одной из самых непонятых научных тайн. В любой, сознательной или несознательной, мозговой деятельности участвуют огромные "коллективы" клеток, и понять их работу можно, только изучая их как целое, а не по одной. Но мозг столь сложен, что прежде ученым удавалось исследовать работу лишь небольших групп живых нейронов. Развитие технологий впервые позволит нам анализировать мозг как целое.
Собственно, это уже не первая попытка ученых подсмотреть, как работает живой мозг человека. К примеру, в 2009 году в США стартовал проект Connectome — этим термином неврологи называют совокупность всех синапсов в мозге человека, то есть контактов между двумя нейронами или более. В рамках Connectome было выделено более 30 млн долларов исследователям из Гарварда, Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Университета Миннесоты, которые с помощью МРТ-сканирования должны были построить "Карту сетевой активности мозга". И хотя формально проект еще не закончен, профессор Ботштайн объявил, что томография столь же морально устарела, как и цитоархитектонические исследования.
— Главная проблема проекта Connectome состоит в том, что до сих пор никто еще не понял, что делать со всеми этими данными,— говорит известный американский невролог Гари Маркус.— Представьте себе, что вам выдали множество карт — атлас города, план городского водопровода, схему метро и троллейбусных маршрутов, и на основании этих схем вы должны описать экономику этого города, покупательскую активность горожан и индекс их деловой активности. Наверное, это возможно, но для более точного описания вам понадобятся другие, более точные и специальные инструменты.
Эти новые инструменты авторы программы описывают в самых общих четах. "Будет задействован настоящий "флот" молекулярных машин, которые, не нарушая структуры мозга, смогут работать в нем как сенсоры, измеряя активность на клеточном уровне,— пишет Гари Маркус.— Машины планируется создавать на основе синтетической ДНК, и тысячи таких машин создадут сеть "обсерваторий мозга" по аналогии с астрономическими обсерваториями".
Не случайно, что к реализации нового проекта помимо традиционных университетских научных центров подключено и Агентство исследований перспективных оборонных проектов (DARPA) — самая любимая конспирологами всех стран спецслужба, которая занимается как психотронным оружием, так и созданием "климатических бомб". В данном случае у DARPA есть свой особенный интерес: создание новых вычислительных систем.
— Изучение работы человеческого мозга поможет нам приблизиться к созданию систем искусственного интеллекта,— объясняет представитель программы BRAIN Initiative Майкл Уокер.— В последнее время прогресс вычислительных систем, который мы наблюдали в течение последних 50 лет, натолкнулся на глобальное препятствие, его просто так невозможно преодолеть. Речь идет о Power Wall — "стене мощности". Дело в том, что в соответствии с законом Мура единственным путем наращивания производительности суперкомпьютеров и объемов их вычислений является увеличение количества процессоров. Но это ведет к росту энергопотребления, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе увеличит себестоимость всех операционных работ. Наращивание архитектуры компьютеров с большим количеством процессоров приводит к росту энтропии всей системы из-за высокого риска сбоев отдельных компонентов. Для решения этой проблемы нам необходимо сменить всю парадигму вычислений. Новая вычислительная парадигма может строиться либо на принципах квантовой механики, либо на нейроморфных технологиях, основанных на алгоритмах работы человеческого мозга, который способен вести асинхронные и стохастические (беспорядочные) вычисления и обрабатывать петабайты данных за доли секунды,— сегодня это невозможно для всех компьютеров Земли вместе взятых.
Трехмерная модель нейронных связей в мозге человека, полученная методом томографии при реализации проекта Connectome
Фото: MGH-UCLA Human Connectome Project
Безумие — спасение экономики
Для президента Обамы, подписавшего указ о выделении первых 100 млн долларов на финансирование BRAIN Initiative, этот проект воплотил в себе новый курс экономического развития страны.
— Каждый доллар, который мы потратили на проект изучения человеческого генома, вернул по 140 долларов в нашу экономику,— заявил Обама.— Сегодня наши ученые создают карту мозга, чтобы разобраться в причинах болезни Альцгеймера. Они разрабатывают лекарства для регенерации поврежденных органов... Мы не можем позволить себе упустить эти возможности, в то время как весь остальной мир будет идти впереди нас. Я не хочу, чтобы следующие открытия, которые приведут к созданию рабочих мест, произошли в Китае, Индии или Германии. Я хочу, чтобы они произошли у нас здесь. В этом частично и есть суть нашего проекта.
По расчетам федерального правительства, общая стоимость Human Genome Project, начатого в 1990 году, составила 3,8 млрд долларов, причем каждый год администрация тратила не более 300 млн долларов. При этом положительный эффект проекта исследования генома для экономики к 2010 году достиг 800 млрд долларов.
В этот раз планируется выручить куда более серьезные деньги. Новое исследование из Института здорового старения в Чикаго показало, что число пациентов с болезнью Альцгеймера может вскоре утроиться — от 4,7 млн в 2012 году к 13,8 млн к 2050-му. Причем, как предполагают ученые, из этих 13,8 млн только половина будет старше 85 лет, остальные же — предпенсионного возраста. Еще одна цифра: к 2050 году каждый из 85 человек во всем мире будет страдать болезнью Альцгеймера. Причем, как прогнозируют ученые, наибольший рост заболеваемости будет отмечен в Азии, где в настоящее время проживает около 48 процентов всех больных — по той простой причине, что в Азии живет большинство населения Земли. И через три десятка лет количество больных Альцгеймером увеличится. Тот, кто первый научится справляться со старческим слабоумием, тот и будет командовать нашим стремительно стареющим миром.
Что же касается российской науки, подарившей миру первое комплексное исследование мозга, то нашим ученым приходится только мечтать о подобном объеме финансирования. У неврологов из НИИ морфологии человека РАМН сегодня другая приоритетная научная программа — изучение чудом сохранившегося мозга молодой мамонтихи Юкки, погибшей в Якутии 40 тысяч лет назад...