А.Г. Вы знаете, когда я довольно давно обратился в организацию Гринпис с похожим предложением – локальными группами сделать так, чтобы хотя бы в ближайшем Подмосковье можно было выехать на природу – я услышал, что они занимаются только глобальными проектами, а этой чепухой они заниматься не хотят. Если даже эти продавцы страха, с позволения сказать, не хотят этим заниматься, то кто? Как вы представляете себе эти группы?
В.К. Дело в том, что такие группы реально существуют. Заметьте, что нельзя сказать, что в стране нет социальной активности. В стране есть определенная социальная активность. Люди осваивают новые профессии, новые социальные практики. И, скажем, если за последние 15 лет освоены новые 10-20 миллионов земельных участков для карликового рабского сельского хозяйства, так называемые дачные участки, значит, дело не в недостатке энергетики. Значит, проблема не в том, что люди уже…
А.Г. 10 миллионов вы сказали?
В.К. Да, 10 миллионов.
А.Г. Это тех самых «шесть соток»? Сейчас уже больше, наверное, 15 соток.
В.К. Реально каждый такой участок воздействует на гораздо большую территорию. Да, конечно, в стране произошла земельная революция, которую никто не заметил. Потому что дачные участки занимают самые ценные земли в силу их пространственного положения. Городов мало, и положение около миллионного города – это уникальный ресурс.
Быстро миллионный город не построишь, даже большевикам такие вещи быстро не удавались. Значит, социальная активность есть. Но значит, она каким-то образом не направлена, и здесь я, как профессионал, должен дойти до какого-то места и сказать, что я ставлю точку. Потому что если нет чего-то в культуре, как постоянно уговаривают меня мои коллеги-культурологи, то, значит, здесь географ ничего не может. И, как это ни странно, многие вещи в пространстве определяются тем, что не все определяется географией. И может быть, это хорошо, что не все определяется географией. Есть вещи поважнее или посильнее географии.
Но почему люди кинулись захватывать дачные участки, а не получать, скажем, новые профессии, не учить восточные языки, спрос на которые в России до сих пор не удовлетворен? Человеку с хорошим знанием японского языка нетрудно найти высокооплачиваемую работу. По моим представлениям, какая-то часть людей, которые 15 лет окультуривают свое бывшее болото, какая-то часть из них могла бы выучить японский язык или поучить какую-то профессию попроще, но востребованную. Почему энергия людей потекла в одно русло, а не в другое – об этом географ ничего не знает, он может видеть, как эта энергия течет в разных местах.
И в этом смысле каждая научная профессия экспортирует, в частности, новые вопросы. И география тоже экспортирует такого рода вопросы. Она экспортирует наблюдения, что дачный бум охватил все территории. В частности, дачный бум охватил территории и в Заполярье тоже, где почти ничего не растет, но, тем не менее, энергия прикладывается. Но почему это произошло? Не знаю. Честнее будет казать, что мы этого не знаем. Я здесь никакой крамолы не вижу.
А.Г. Я вернусь еще раз к вопросу, который я вам задавал. Чтобы вы все-таки как-то на него ответили, учитывая ваш опыт путешествий именно по России. Я обратил внимание, что где бы за границей я не путешествовал, в теплых ли странах или в странах с умеренным климатом, в больших или в маленьких, предполагаемая агрессия и опасность исходит от обитателей этой страны. Меня может задавить автомобиль, за рулем которого сидит абориген, меня могут ударить чем-нибудь по голове на улице Нью-Йорка, меня может придавить шаткой постройкой где-нибудь в Бронксе и так далее. Эта опасность исходит от аборигенов. Когда я путешествую по России (не знаю, откуда это берется), но опасность исходит от ландшафта, от среды, от пространства. Поясню: я могу, выйдя у себя на даче в Тверской области, как уже однажды было, за калитку, на полчаса за грибами, вернуться через 4 с половиной часа, пройдя 8 километров, просто элементарно заблудившись. К счастью, я пошел в нужном направлении. А то мог бы идти до Твери, и не знаю, дошел бы или не дошел. Гибельные места окружают нас. У вас нет такого ощущения?
В.К. Нет, у меня такого ощущения нет, но я повторяю, что у меня нет должного опыта путешествий за границей. Вы поднимаете здесь очень важную тему, даже клубок тем. Во-первых, вещи, связанные с мистикой земли, соответственно, с мистикой ландшафта. В нашей стране, кстати говоря, бум разного рода религиозных движений, где мистика особых мест играет большую роль.
А.Г. Но только про феншуй не будем говорить…
В.К. Нет, нет, у нас есть бажовцы, оригинальное движение на Урале, для которых тексты Бажова и близкие к ним – сакральны. Их довольно много, десятки тысяч, по крайней мере, может быть, и больше.
А.Г. Они появились до толкиенистов или после?
В.К. Нет, они появились давно. И в этом смысле они укоренены. Они действительно знают свой ландшафт, они действительно путешествуют, хотя для них это не путешествие, а паломничество и так далее. Это первое. А второе то, что люди разных психофизиологических типов очень по-разному воспринимают разные типы ландшафта, и здесь существует довольно сложная проблема пригонки людей разных типов и разных ландшафтов. Притом, что мы понимаем, что в одном месте должны жить люди разных типов. Иначе начнется странная сегрегация, если, скажем, часть пространства займут рационалисты, где-то там неподалеку от них будут жить рационалисты-интраверты, отдельно рационалисты-экстраверты и так далее и так далее. Опыта такого разделения нет.
Я рискну предположить, что, может быть, у вас какие-то такого рода реакции на ландшафт, потому что я слышу в том числе и отзывы совершенно противоположные. Что человек всюду испытывает тревогу и опасность, и как только возвращается в Россию – его охватывает покой. Скажем, с подобными реакциями я столкнулся, когда вел полевые исследования в Арзамасе-16. Жители Арзамаса-16 с большим трудом находились на свободе, за проволокой своей зоны, они испытывали там острый дискомфорт. Там было поразительное выражение: «Въехал в зону – дышу свободно». Есть же соответственно и такие реакции.
Что касается опасности при путешествиях по России, то ведь уровень агрессивности населения снижается. И когда меня спрашивают: «Как же ты едешь на Камчатку, на Сахалин?», – я всегда отвечаю, что я хожу и в походы по Подмосковью. Подмосковье-то гораздо опаснее.
А.Г. Вне всякого сомнения. У меня еще есть вопрос, который касается глобализации и вашего отношения как географа к этому политическому и, может быть, социальному отчасти явлению. Если хотите, можете ответить.
В.К. Строго говоря, у меня нет здесь особого отношения как у профессионала. Прежде всего потому, что эта область не слишком профессионально тематизированная. Не очень понятно, что в этой области делать географу. Как географ могу видеть здесь вполне тривиальные вещи.
А.Г. Это заимствование ландшафта, скажем, или ландшафтных идей, ландшафтной философии?
В.К. Дело в том, что это заимствование началось раньше. Рискну предположить, что вы неоднократно бывали в Павловске, Гатчине или в Царском Селе. И рискну также предположить, что вы нашли эти культурные заимствования удачными.
А.Г. Я – нет.
В.К. Тогда выскажу свое мнение. На мой взгляд, английский парк в России привился. Гатчина, Павловск – привились. Нравится нам это или нет, но садово-парковое искусство в России привилось. Это была ландшафтная новация задолго до всякой глобализации. И такого рода обмены случались достаточно давно. Но позвольте, если бы не было таких обменов, что бы мы сейчас ели? Картошки у нас бы не было, подсолнечного масла у нас бы не было. Помидоров, идущих на закуску к русскому национальному напитку, ведь тоже не было бы. Хотя все это сравнительно недавно позаимствовано, это же все, смешно сказать, послепетровское, послеекатерининское даже, исторически это совсем недавно. Не думаю, что здесь есть что-то принципиально новое.
А то, что центр тяжести мирового сообщества перенесется в Тихий океан, предсказывал больше столетия назад русский географ Воейков. У него была на эту тему статья, над которой тогда смеялись. Смеяться уже оказалось не нужным, центр тяжести мирового хозяйства перенесся в Тихий океан. Он был в Средиземном море, он был в Северной Атлантике, теперь он перенесся туда. Впрочем, я совсем не специалист в этих вопросах, и вам следует спросить об этом кого-нибудь другого.
А.Г. Спасибо.
Нейрональная пластичность
Участник:
Алексей Васильевич Семьянов – доктор биологических наук
Алексей Семьянов: Разум возник в результате эволюционного развития головного мозга. Другими словами, головной мозг является продуктом эволюции, который позволил человеку достигнуть определенного уровня и стать доминирующим видом на планете. В связи с этим изучение мозга является крайне важным для того, чтобы человек мог лучше понять самого себя, объяснить, почему он действует так или иначе в разных ситуациях. Существует также и медицинский аспект исследований головного мозга. Человеческий мозг возник сравнительно недавно и не так хорошо «отлажен» природой, как остальные органы нашего тела – «поломки» случаются довольно часто.
Я расскажу историю, которая со мной приключилась совсем недавно. Благотворительные фонды в Великобритании иногда собирают деньги просто на улицах. Подходят к людям и спрашивают, не могли бы они пожертвовать на развитие того или иного направления медицинских исследований. И ко мне подошли из фонда, занимающегося финансированием науки о мозге, и начали с вопроса: не знаю ли я, какой процент населения Великобритании страдает заболеваниями мозга в течение их жизни.
Александр Гордон: Нашли адресата для вопроса…
А.С. … и совершенно случайно. И выяснилось, что 25 процентов, то есть каждый четвертый. Вдумайтесь в цифры.
С чем это связано? Европейские цивилизации достигли такого уровня развития, когда они способны избежать многих заболеваний. Те заболевания, которые были летальными в какой-то исторический период, перестали наносить урон популяции. А вот проблема заболеваний мозга до сих пор остается крайне острой. Мы недостаточно знаем о мозге. В результате интенсивных исследований человечество получило большой объем информации, но так и не узнало главного – как работает система в целом…
А.Г. Но при этом (простите, что перебью вас, просто у нас неоднократно были разговоры на эту тему) вы стоите на той материалистической позиции, которая считает сознание – вы с этого начали – функцией мозга.
А.С. Да, совершенно верно. Я подхожу к пониманию сознания, как функции мозга и как результату биологической эволюции. Усложнение и совершенствование мозга привело к тому, что у человека, у единственного вида на планете, появился разум, который позволил ему выделиться из царства животных и создать собственную среду обитания. Всё, что существует вокруг нас: политика, экономика, бизнес, культура, искусства, религия – всё является продуктом нашего разума, а значит, результатом биологической эволюции.
А.Г. Еще один уточняющий вопрос. Вы считаете, что, исследуя морфологию, анатомию мозга, его функции, можно приоткрыть завесу над тем, что такое сознание и разум.
А.С. Сознание и разум – это то, как мы обрабатываем информацию, полученную из окружающего нас мира. Варианты нашего поведения в той или иной ситуации могут быть предсказаны и непосредственно зависят от функций мозга. Мы знаем, что в мозге существуют отделы, которые ответственны за речь, кратковременную память и т. д. Хотя у нас в руках пока еще «молоток», а не тонкий инструмент, мы уже можем менять работу мозга так, чтобы изменить личность человека.
А.Г. Только хотел заметить, что даже эта экспериментальная база не может доказать того, например, тезиса, что мозг в данном случае является генератором, а не приемником-передатчиком, как думают некоторые, в том числе и морфологи. Потому что, изменяя настройку, мы таким же образом можем изменить программу. Связь между мышлением, сознанием и мозгом есть вне всякого сомнения.
А.С. Я понимаю ваш аргумент. Многие пытались найти ответ на этот вопрос, исходя из доступных знаний и наблюдений.
А.Г. Я поэтому и хулиганничаю…
А.С. Он интересует всех. Если вы сюда посадите, скажем, человека, занимающегося квантовой физикой, он вам расскажет свой взгляд на работу мозга.
А.Г. Недавно у нас это и было…
А.С. Другое вы услышите от священника или представителя искусства. У всех людей есть интерес к этой проблеме. Мне хотелось рассуждать с научной точки зрения и говорить о вещах, которые мы можем или сможем проверить экспериментально. Поэтому, прежде всего, я хотел бы рассказать о методах, которые используются для изучения мозга. Их можно классифицировать в зависимости от экспериментального подхода.
Подход – «сверху вниз». Мозг рассматривается как система в целом. Всем известна электроэнцефалография, когда на голову устанавливают электроды и с их помощью записывают активность разных участков мозга. И при этом мы можем наблюдать генерацию или исчезновение ритмов в тех или иных областях мозга. И дальше вас просят сделать то или иное движение, открыть-закрыть глаза, показывают различные изображения. Описывая изменения в электроэнцефалограмме, можно предположить, что собственно происходит в мозге. Это один подход. Другой похожий метод – компьютерная томография. В этом случае мы можем видеть на экране монитора, как возникают вспышки активности в разных областях мозга на различной глубине. При этом можно получить трехмерную реконструкцию отделов мозга.
А.Г. Практически в реальном времени.
А.С. Как правило, в реальном времени.
Есть другой, более практичный подход: «мозг – черный ящик». Мозг рассматривается как система, у которой есть вход и выход. Этот подход находит применение в фармакологии. Разрабатывается какой-то химический препарат, который влияет на тот или иной клеточный рецептор. Что происходит в мозге за пределами взаимодействия лиганда с рецептором, исследователя уже не интересует. Важно определить, помогает ли это вещество вылечить то или иное заболевание, как влияет на поведение, память и обучение. Так появляются новые лекарства.
А.Г. То есть механизм неважен, важен результат.
А.С. Да, но это опасный подход. Часто клеточные механизмы действия лекарственных препаратов оказываются крайне важными. Если какая-то коммерческая компания выпустила препарат на рынок, который излечивает то или иное заболевание, а через десять лет появляется побочный эффект, который завязан на геном, то этот эффект может быть более неприятным, чем само заболевание. Поэтому опасность такого подхода очевидна, хотя и позволяет получить быстрый результат.
Третий подход – «снизу вверх». О нем я хотел бы сегодня поговорить более подробно, поскольку сам занимаюсь данного рода исследованиями. Ученые пытаются понять, как происходит передача и обработка сигнала на уровне локальных нейрональных сетей, и дальше – сделать обобщения о функциях структур мозга.
Чтобы начать говорить о том, что происходит на уровне нейронов, основных клеток мозга, я хотел бы показать несколько изображений, полученных с помощью светового микроскопа. Если мы возьмем небольшой кусочек мозга и погрузим его в физиологический раствор, то клетки будут жить достаточно долгое время. Эту ткань можно получить от экспериментальных животных или в результате хирургических операций на человеке. В последнем случае – это ткань поврежденного или больного мозга. Она несет важную информацию о причине заболевания.
Сейчас вы видите типичное изображение, полученное с участка гиппокампа морской свинки. Гиппокамп – это структура мозга, ответственная за кратковременную память и обучение. Если у человека повреждены оба гиппокампа, то он попадает в «день сурка». Он помнит всё, что происходило раньше, но не может запоминать новую информацию, и каждый день начинается с одного и того же момента.
Таким образом, исследования гиппокампа важны для понимания механизмов обучения и памяти. Если вы приглядитесь к рисунку, то можно увидеть нейроны. Они сгруппированы в слои. Эти клетки мозга связаны друг с другом и посредством этих связей получают и передают информацию. На втором изображении тоже можно обнаружить несколько нейронов. Итак, мы можем работать с живыми клетками в изолированном участке мозга.
Здесь вы видите нейрон при большем увеличении. Если изменять фокус, то можно получить представление о трехмерной структуре клетки и увидеть ее отростки. Покажите, пожалуйста, анимацию.
Теперь перед вами схематическое изображение, которое дает представление о сложности взаимодействия между нейронами. В реальных нейрональных сетях таких клеток тысячи и миллионы. Естественно, у экспериментатора, вооруженного современным микроскопом, возникает желание исследовать активность не целого мозга или его структуры, как в энцефалографии, а одного нейрона: посмотреть, как одна клетка живет, что с ней происходит. Сейчас перед вами нейрон, к которому подходит стеклянный микроэлектрод, заполненный раствором, позволяющим передавать электрический ток. В этой конфигурации мы можем записывать электрическую активность одной-единственной клетки. Вот еще одно такое изображение.
А.Г. Размер нейрона какой в данном случае?
А.С. Сома данных нейронов – порядка 20-30 микрометров. Вообще размеры различаются у разных видов. Это морская свинка. Если мы посмотрим у крысы, нейроны будут мельче. У обезьяны или человека будут выглядеть совершенно по-другому. Тем не менее, данные, которые мы получаем на животных, могут быть в некоторой степени приложимы и к человеку. Несмотря на качественное различие в работе мозга человека, мы изучаем базовые механизмы для человека и животных. В чем качественное отличие мозга человека и в чем секрет сознания, говорить еще рано. В данном случае, необходимо двигаться от простого к сложному.
А.Г. То есть вы исследуете механизмы, которые в принципе должны быть одинаковыми у человека и у морской свинки.
А.С. Совершенно верно, в большинстве случаев это именно так, хотя, разумеется, бывают отличия. Тем не менее, эти знания позволяют разрабатывать новые лекарства и размышлять о механизмах работы человеческого мозга. До определенного, конечно, предела.
Теперь перед вами находится схема реального научного эксперимента. На переднем плане вы видите схематическое изображение среза гиппокампа. На нем также указаны позиции электродов – стимулирующего и регистрирующих. Чтобы отвести электрический сигнал от нейронов, необходимо возбудить нервную ткань с помощью электрической стимуляции. Далее, необходимо выбрать тип клеток, в данном случае, это либо пирамидная клетка, либо интернейрон, и регистрировать в них синаптические токи. Синаптические токи показаны на данном рисунке справа. По изменениям в синаптической активности мы можем оценить, что происходит в нейрональной сети, тестировать лекарства, и судить о механизмах действия этих лекарств.
Прежде чем перейти к дальнейшим рассуждениям, давайте посмотрим на общую схему нейрона. По своей сути, нейрон – это такая же клетка, как и все остальные клетки в нашем организме. Однако нейрон специализирован для того, чтобы получать и передавать электрический сигнал. Он состоит из трех основных отделов или компартментов. Все клетки имеют одну сому (тело), но могут различаться по числу и морфологии дендритов и аксонов в зависимости от типа нейрона. В соме нейрона находится ядро и протекают основные метаболические процессы, связанные с поддержанием жизнедеятельности клетки. На соме и на дендритах располагаются окончания других нейронов. Эти окончания образуют синапсы, которые могут быть как возбуждающими (увеличивающими вероятность генерации разряда нейрона), так и тормозными (снижающими вероятность). Обратите внимание на анимацию: синим цветом показаны сигналы, приходящие в нейрон. При достижении определенного порога, возбуждающие синаптические токи приводят к генерации собственного электрического «потенциала действия», распространяющегося по аксону. В аксоне потенциал действия достигает синаптических терминалей, через которые данный нейрон связан с соседними. Так от нейрона к нейрону сигнал передается в нейрональной сети.
Изображения, которые вы сейчас видели, получены с помощью светового микроскопа. Эта техника позволяет работать с живой тканью, но мы не можем видеть детально дендриты и аксон нейронов без специальных методов окраски, которые применяются, как правило, в фиксированной ткани. Любопытно, что большинство клеток мозга были описаны более ста лет назад в работах Рамона-и-Кахаля.
В недавнем прошлом для изучения детальной морфологии нейрональных компартментов использовалась электронная микроскопия. Для своего времени это был достаточно мощный метод, который позволил получить очень важную информацию о числе контактов между нейронами и их пластичности. Главным недостатком электронной микроскопии является то, что работа ведется с фиксированной тканью. То, что мы видим в электронном микроскопе, это не живые клетки, а краситель, распределенный в ткани, «посмертная маска». Изображения нейронов под электронным микроскопом, таким образом, отражают не только физиологические процессы нейрональной ткани, но также реакцию клеток на фиксацию и окраску. А ведь самое интересно – это посмотреть, что происходит в живой клетке. Но наука, конечно, не стоит на месте, и технологии развиваются.
Так появился лазерный конфокальный сканирующий микроскоп. То, что вы сейчас видите на экране, – фотография, полученная с помощью такого микроскопа в Neuroimaging laboratory в Лондоне, которой руководит Дмитрий Русаков. С помощью такой техники мы можем не только видеть живые нейроны и их компартменты с высоким разрешением, но также наблюдать процессы, происходящие в этих клетках.
Обратите внимание, как отличается фотография нейрона, полученная с помощью конфокального микроскопа, от той, которая получена с помощью светового микроскопа. Яркая полоса – это электрод, который мы используем для того, чтобы подсоединиться к нейрону и заполнить его красителем. Такой краситель не убивает клетку, а распространяется по ее отросткам. Теперь мы хорошо видим сому, дендриты и аксон клетки.
На данной анимации вы видите изображения нейрона, полученные при различном фокусе с шагом 2 микрометра. Теперь, если собрать отдельные изображения, то можно сделать трехмерную реконструкцию нейрона.
Сейчас перед вами участок дендрита нейрона, который наполнен кальциевым красителем, и по цветовой кодировке вы видите различные уровни кальция. Красный цвет означает низкий уровень, желтый – более высокий и так далее. Если активировать нейрон, то можно увидеть значительное увеличение кальция в этом дендрите. Кальций является важным ионом в жизнедеятельности клетки и принимает участие во многих физиологических процессах. Он может запускать как процессы, связанные с пластичностью, так и вызвать гибель клетки. Наши нейроны живут по определенной программе, которая управляется различными внешними и внутренними сигналами, и кальций – один из них.
На данном изображении мы видим различные морфологические детали, которые не видны при использовании светового микроскопа, например, дендритные шипики. Мы можем посмотреть, как в них изменяется кальций в реальном масштабе времени, и потом сделать трехмерную реконструкцию изображения.
А.Г. Насколько я помню из предыдущей передачи, которая у нас была, именно через дендритные шипики и передается информация к другим клеткам. Они как бы стоят на границе…
А.С. Да, дендритные шипики – это одна из составных частей возбуждающего синапса. Поскольку синапс – это контакт между нейронами, то и шипики принимают важное участие в передаче сигнала от клетки к клетке. Однако есть синапсы, которые не имеют шипиков. Разговор о них зашел, чтобы показать достоинства нового метода. Например, чтобы узнать, что происходит в мозге в различных условиях с использованием электронного микроскопа, мы должны взять ткань у двух различных животных: контрольного и после воздействия. Но это не совсем правильно, поскольку нужно видеть изменения в одной и той же клетке, что стало возможным с применением лазерной сканирующей микроскопии.
Поскольку речь зашла о синаптической передаче, давайте определим, какую она играет роль в нашем мозге. Итак, нейрон способен генерировать электрический потенциал действия, который, распространяясь по аксону, достигает пресинаптических терминалий. Терминали, или варикозные расширения, содержат везикулы, маленькие пузырьки с нейропередатчиком, который высвобождается в синаптическую щель. Синаптические рецепторы на соседней клетке активируются и приводят к генерации тока в этой клетке. Так нейроны могут передавать сигнал между собой. Таким образом, в данной системе существуют как минимум два типа передачи сигнала – электрический по клеточной мембране, и химический между клетками.
В.К. Дело в том, что такие группы реально существуют. Заметьте, что нельзя сказать, что в стране нет социальной активности. В стране есть определенная социальная активность. Люди осваивают новые профессии, новые социальные практики. И, скажем, если за последние 15 лет освоены новые 10-20 миллионов земельных участков для карликового рабского сельского хозяйства, так называемые дачные участки, значит, дело не в недостатке энергетики. Значит, проблема не в том, что люди уже…
А.Г. 10 миллионов вы сказали?
В.К. Да, 10 миллионов.
А.Г. Это тех самых «шесть соток»? Сейчас уже больше, наверное, 15 соток.
В.К. Реально каждый такой участок воздействует на гораздо большую территорию. Да, конечно, в стране произошла земельная революция, которую никто не заметил. Потому что дачные участки занимают самые ценные земли в силу их пространственного положения. Городов мало, и положение около миллионного города – это уникальный ресурс.
Быстро миллионный город не построишь, даже большевикам такие вещи быстро не удавались. Значит, социальная активность есть. Но значит, она каким-то образом не направлена, и здесь я, как профессионал, должен дойти до какого-то места и сказать, что я ставлю точку. Потому что если нет чего-то в культуре, как постоянно уговаривают меня мои коллеги-культурологи, то, значит, здесь географ ничего не может. И, как это ни странно, многие вещи в пространстве определяются тем, что не все определяется географией. И может быть, это хорошо, что не все определяется географией. Есть вещи поважнее или посильнее географии.
Но почему люди кинулись захватывать дачные участки, а не получать, скажем, новые профессии, не учить восточные языки, спрос на которые в России до сих пор не удовлетворен? Человеку с хорошим знанием японского языка нетрудно найти высокооплачиваемую работу. По моим представлениям, какая-то часть людей, которые 15 лет окультуривают свое бывшее болото, какая-то часть из них могла бы выучить японский язык или поучить какую-то профессию попроще, но востребованную. Почему энергия людей потекла в одно русло, а не в другое – об этом географ ничего не знает, он может видеть, как эта энергия течет в разных местах.
И в этом смысле каждая научная профессия экспортирует, в частности, новые вопросы. И география тоже экспортирует такого рода вопросы. Она экспортирует наблюдения, что дачный бум охватил все территории. В частности, дачный бум охватил территории и в Заполярье тоже, где почти ничего не растет, но, тем не менее, энергия прикладывается. Но почему это произошло? Не знаю. Честнее будет казать, что мы этого не знаем. Я здесь никакой крамолы не вижу.
А.Г. Я вернусь еще раз к вопросу, который я вам задавал. Чтобы вы все-таки как-то на него ответили, учитывая ваш опыт путешествий именно по России. Я обратил внимание, что где бы за границей я не путешествовал, в теплых ли странах или в странах с умеренным климатом, в больших или в маленьких, предполагаемая агрессия и опасность исходит от обитателей этой страны. Меня может задавить автомобиль, за рулем которого сидит абориген, меня могут ударить чем-нибудь по голове на улице Нью-Йорка, меня может придавить шаткой постройкой где-нибудь в Бронксе и так далее. Эта опасность исходит от аборигенов. Когда я путешествую по России (не знаю, откуда это берется), но опасность исходит от ландшафта, от среды, от пространства. Поясню: я могу, выйдя у себя на даче в Тверской области, как уже однажды было, за калитку, на полчаса за грибами, вернуться через 4 с половиной часа, пройдя 8 километров, просто элементарно заблудившись. К счастью, я пошел в нужном направлении. А то мог бы идти до Твери, и не знаю, дошел бы или не дошел. Гибельные места окружают нас. У вас нет такого ощущения?
В.К. Нет, у меня такого ощущения нет, но я повторяю, что у меня нет должного опыта путешествий за границей. Вы поднимаете здесь очень важную тему, даже клубок тем. Во-первых, вещи, связанные с мистикой земли, соответственно, с мистикой ландшафта. В нашей стране, кстати говоря, бум разного рода религиозных движений, где мистика особых мест играет большую роль.
А.Г. Но только про феншуй не будем говорить…
В.К. Нет, нет, у нас есть бажовцы, оригинальное движение на Урале, для которых тексты Бажова и близкие к ним – сакральны. Их довольно много, десятки тысяч, по крайней мере, может быть, и больше.
А.Г. Они появились до толкиенистов или после?
В.К. Нет, они появились давно. И в этом смысле они укоренены. Они действительно знают свой ландшафт, они действительно путешествуют, хотя для них это не путешествие, а паломничество и так далее. Это первое. А второе то, что люди разных психофизиологических типов очень по-разному воспринимают разные типы ландшафта, и здесь существует довольно сложная проблема пригонки людей разных типов и разных ландшафтов. Притом, что мы понимаем, что в одном месте должны жить люди разных типов. Иначе начнется странная сегрегация, если, скажем, часть пространства займут рационалисты, где-то там неподалеку от них будут жить рационалисты-интраверты, отдельно рационалисты-экстраверты и так далее и так далее. Опыта такого разделения нет.
Я рискну предположить, что, может быть, у вас какие-то такого рода реакции на ландшафт, потому что я слышу в том числе и отзывы совершенно противоположные. Что человек всюду испытывает тревогу и опасность, и как только возвращается в Россию – его охватывает покой. Скажем, с подобными реакциями я столкнулся, когда вел полевые исследования в Арзамасе-16. Жители Арзамаса-16 с большим трудом находились на свободе, за проволокой своей зоны, они испытывали там острый дискомфорт. Там было поразительное выражение: «Въехал в зону – дышу свободно». Есть же соответственно и такие реакции.
Что касается опасности при путешествиях по России, то ведь уровень агрессивности населения снижается. И когда меня спрашивают: «Как же ты едешь на Камчатку, на Сахалин?», – я всегда отвечаю, что я хожу и в походы по Подмосковью. Подмосковье-то гораздо опаснее.
А.Г. Вне всякого сомнения. У меня еще есть вопрос, который касается глобализации и вашего отношения как географа к этому политическому и, может быть, социальному отчасти явлению. Если хотите, можете ответить.
В.К. Строго говоря, у меня нет здесь особого отношения как у профессионала. Прежде всего потому, что эта область не слишком профессионально тематизированная. Не очень понятно, что в этой области делать географу. Как географ могу видеть здесь вполне тривиальные вещи.
А.Г. Это заимствование ландшафта, скажем, или ландшафтных идей, ландшафтной философии?
В.К. Дело в том, что это заимствование началось раньше. Рискну предположить, что вы неоднократно бывали в Павловске, Гатчине или в Царском Селе. И рискну также предположить, что вы нашли эти культурные заимствования удачными.
А.Г. Я – нет.
В.К. Тогда выскажу свое мнение. На мой взгляд, английский парк в России привился. Гатчина, Павловск – привились. Нравится нам это или нет, но садово-парковое искусство в России привилось. Это была ландшафтная новация задолго до всякой глобализации. И такого рода обмены случались достаточно давно. Но позвольте, если бы не было таких обменов, что бы мы сейчас ели? Картошки у нас бы не было, подсолнечного масла у нас бы не было. Помидоров, идущих на закуску к русскому национальному напитку, ведь тоже не было бы. Хотя все это сравнительно недавно позаимствовано, это же все, смешно сказать, послепетровское, послеекатерининское даже, исторически это совсем недавно. Не думаю, что здесь есть что-то принципиально новое.
А то, что центр тяжести мирового сообщества перенесется в Тихий океан, предсказывал больше столетия назад русский географ Воейков. У него была на эту тему статья, над которой тогда смеялись. Смеяться уже оказалось не нужным, центр тяжести мирового хозяйства перенесся в Тихий океан. Он был в Средиземном море, он был в Северной Атлантике, теперь он перенесся туда. Впрочем, я совсем не специалист в этих вопросах, и вам следует спросить об этом кого-нибудь другого.
А.Г. Спасибо.
Нейрональная пластичность
28.10.03
(хр. 00:50:02)
Участник:
Алексей Васильевич Семьянов – доктор биологических наук
Алексей Семьянов: Разум возник в результате эволюционного развития головного мозга. Другими словами, головной мозг является продуктом эволюции, который позволил человеку достигнуть определенного уровня и стать доминирующим видом на планете. В связи с этим изучение мозга является крайне важным для того, чтобы человек мог лучше понять самого себя, объяснить, почему он действует так или иначе в разных ситуациях. Существует также и медицинский аспект исследований головного мозга. Человеческий мозг возник сравнительно недавно и не так хорошо «отлажен» природой, как остальные органы нашего тела – «поломки» случаются довольно часто.
Я расскажу историю, которая со мной приключилась совсем недавно. Благотворительные фонды в Великобритании иногда собирают деньги просто на улицах. Подходят к людям и спрашивают, не могли бы они пожертвовать на развитие того или иного направления медицинских исследований. И ко мне подошли из фонда, занимающегося финансированием науки о мозге, и начали с вопроса: не знаю ли я, какой процент населения Великобритании страдает заболеваниями мозга в течение их жизни.
Александр Гордон: Нашли адресата для вопроса…
А.С. … и совершенно случайно. И выяснилось, что 25 процентов, то есть каждый четвертый. Вдумайтесь в цифры.
С чем это связано? Европейские цивилизации достигли такого уровня развития, когда они способны избежать многих заболеваний. Те заболевания, которые были летальными в какой-то исторический период, перестали наносить урон популяции. А вот проблема заболеваний мозга до сих пор остается крайне острой. Мы недостаточно знаем о мозге. В результате интенсивных исследований человечество получило большой объем информации, но так и не узнало главного – как работает система в целом…
А.Г. Но при этом (простите, что перебью вас, просто у нас неоднократно были разговоры на эту тему) вы стоите на той материалистической позиции, которая считает сознание – вы с этого начали – функцией мозга.
А.С. Да, совершенно верно. Я подхожу к пониманию сознания, как функции мозга и как результату биологической эволюции. Усложнение и совершенствование мозга привело к тому, что у человека, у единственного вида на планете, появился разум, который позволил ему выделиться из царства животных и создать собственную среду обитания. Всё, что существует вокруг нас: политика, экономика, бизнес, культура, искусства, религия – всё является продуктом нашего разума, а значит, результатом биологической эволюции.
А.Г. Еще один уточняющий вопрос. Вы считаете, что, исследуя морфологию, анатомию мозга, его функции, можно приоткрыть завесу над тем, что такое сознание и разум.
А.С. Сознание и разум – это то, как мы обрабатываем информацию, полученную из окружающего нас мира. Варианты нашего поведения в той или иной ситуации могут быть предсказаны и непосредственно зависят от функций мозга. Мы знаем, что в мозге существуют отделы, которые ответственны за речь, кратковременную память и т. д. Хотя у нас в руках пока еще «молоток», а не тонкий инструмент, мы уже можем менять работу мозга так, чтобы изменить личность человека.
А.Г. Только хотел заметить, что даже эта экспериментальная база не может доказать того, например, тезиса, что мозг в данном случае является генератором, а не приемником-передатчиком, как думают некоторые, в том числе и морфологи. Потому что, изменяя настройку, мы таким же образом можем изменить программу. Связь между мышлением, сознанием и мозгом есть вне всякого сомнения.
А.С. Я понимаю ваш аргумент. Многие пытались найти ответ на этот вопрос, исходя из доступных знаний и наблюдений.
А.Г. Я поэтому и хулиганничаю…
А.С. Он интересует всех. Если вы сюда посадите, скажем, человека, занимающегося квантовой физикой, он вам расскажет свой взгляд на работу мозга.
А.Г. Недавно у нас это и было…
А.С. Другое вы услышите от священника или представителя искусства. У всех людей есть интерес к этой проблеме. Мне хотелось рассуждать с научной точки зрения и говорить о вещах, которые мы можем или сможем проверить экспериментально. Поэтому, прежде всего, я хотел бы рассказать о методах, которые используются для изучения мозга. Их можно классифицировать в зависимости от экспериментального подхода.
Подход – «сверху вниз». Мозг рассматривается как система в целом. Всем известна электроэнцефалография, когда на голову устанавливают электроды и с их помощью записывают активность разных участков мозга. И при этом мы можем наблюдать генерацию или исчезновение ритмов в тех или иных областях мозга. И дальше вас просят сделать то или иное движение, открыть-закрыть глаза, показывают различные изображения. Описывая изменения в электроэнцефалограмме, можно предположить, что собственно происходит в мозге. Это один подход. Другой похожий метод – компьютерная томография. В этом случае мы можем видеть на экране монитора, как возникают вспышки активности в разных областях мозга на различной глубине. При этом можно получить трехмерную реконструкцию отделов мозга.
А.Г. Практически в реальном времени.
А.С. Как правило, в реальном времени.
Есть другой, более практичный подход: «мозг – черный ящик». Мозг рассматривается как система, у которой есть вход и выход. Этот подход находит применение в фармакологии. Разрабатывается какой-то химический препарат, который влияет на тот или иной клеточный рецептор. Что происходит в мозге за пределами взаимодействия лиганда с рецептором, исследователя уже не интересует. Важно определить, помогает ли это вещество вылечить то или иное заболевание, как влияет на поведение, память и обучение. Так появляются новые лекарства.
А.Г. То есть механизм неважен, важен результат.
А.С. Да, но это опасный подход. Часто клеточные механизмы действия лекарственных препаратов оказываются крайне важными. Если какая-то коммерческая компания выпустила препарат на рынок, который излечивает то или иное заболевание, а через десять лет появляется побочный эффект, который завязан на геном, то этот эффект может быть более неприятным, чем само заболевание. Поэтому опасность такого подхода очевидна, хотя и позволяет получить быстрый результат.
Третий подход – «снизу вверх». О нем я хотел бы сегодня поговорить более подробно, поскольку сам занимаюсь данного рода исследованиями. Ученые пытаются понять, как происходит передача и обработка сигнала на уровне локальных нейрональных сетей, и дальше – сделать обобщения о функциях структур мозга.
Чтобы начать говорить о том, что происходит на уровне нейронов, основных клеток мозга, я хотел бы показать несколько изображений, полученных с помощью светового микроскопа. Если мы возьмем небольшой кусочек мозга и погрузим его в физиологический раствор, то клетки будут жить достаточно долгое время. Эту ткань можно получить от экспериментальных животных или в результате хирургических операций на человеке. В последнем случае – это ткань поврежденного или больного мозга. Она несет важную информацию о причине заболевания.
Сейчас вы видите типичное изображение, полученное с участка гиппокампа морской свинки. Гиппокамп – это структура мозга, ответственная за кратковременную память и обучение. Если у человека повреждены оба гиппокампа, то он попадает в «день сурка». Он помнит всё, что происходило раньше, но не может запоминать новую информацию, и каждый день начинается с одного и того же момента.
Таким образом, исследования гиппокампа важны для понимания механизмов обучения и памяти. Если вы приглядитесь к рисунку, то можно увидеть нейроны. Они сгруппированы в слои. Эти клетки мозга связаны друг с другом и посредством этих связей получают и передают информацию. На втором изображении тоже можно обнаружить несколько нейронов. Итак, мы можем работать с живыми клетками в изолированном участке мозга.
Здесь вы видите нейрон при большем увеличении. Если изменять фокус, то можно получить представление о трехмерной структуре клетки и увидеть ее отростки. Покажите, пожалуйста, анимацию.
Теперь перед вами схематическое изображение, которое дает представление о сложности взаимодействия между нейронами. В реальных нейрональных сетях таких клеток тысячи и миллионы. Естественно, у экспериментатора, вооруженного современным микроскопом, возникает желание исследовать активность не целого мозга или его структуры, как в энцефалографии, а одного нейрона: посмотреть, как одна клетка живет, что с ней происходит. Сейчас перед вами нейрон, к которому подходит стеклянный микроэлектрод, заполненный раствором, позволяющим передавать электрический ток. В этой конфигурации мы можем записывать электрическую активность одной-единственной клетки. Вот еще одно такое изображение.
А.Г. Размер нейрона какой в данном случае?
А.С. Сома данных нейронов – порядка 20-30 микрометров. Вообще размеры различаются у разных видов. Это морская свинка. Если мы посмотрим у крысы, нейроны будут мельче. У обезьяны или человека будут выглядеть совершенно по-другому. Тем не менее, данные, которые мы получаем на животных, могут быть в некоторой степени приложимы и к человеку. Несмотря на качественное различие в работе мозга человека, мы изучаем базовые механизмы для человека и животных. В чем качественное отличие мозга человека и в чем секрет сознания, говорить еще рано. В данном случае, необходимо двигаться от простого к сложному.
А.Г. То есть вы исследуете механизмы, которые в принципе должны быть одинаковыми у человека и у морской свинки.
А.С. Совершенно верно, в большинстве случаев это именно так, хотя, разумеется, бывают отличия. Тем не менее, эти знания позволяют разрабатывать новые лекарства и размышлять о механизмах работы человеческого мозга. До определенного, конечно, предела.
Теперь перед вами находится схема реального научного эксперимента. На переднем плане вы видите схематическое изображение среза гиппокампа. На нем также указаны позиции электродов – стимулирующего и регистрирующих. Чтобы отвести электрический сигнал от нейронов, необходимо возбудить нервную ткань с помощью электрической стимуляции. Далее, необходимо выбрать тип клеток, в данном случае, это либо пирамидная клетка, либо интернейрон, и регистрировать в них синаптические токи. Синаптические токи показаны на данном рисунке справа. По изменениям в синаптической активности мы можем оценить, что происходит в нейрональной сети, тестировать лекарства, и судить о механизмах действия этих лекарств.
Прежде чем перейти к дальнейшим рассуждениям, давайте посмотрим на общую схему нейрона. По своей сути, нейрон – это такая же клетка, как и все остальные клетки в нашем организме. Однако нейрон специализирован для того, чтобы получать и передавать электрический сигнал. Он состоит из трех основных отделов или компартментов. Все клетки имеют одну сому (тело), но могут различаться по числу и морфологии дендритов и аксонов в зависимости от типа нейрона. В соме нейрона находится ядро и протекают основные метаболические процессы, связанные с поддержанием жизнедеятельности клетки. На соме и на дендритах располагаются окончания других нейронов. Эти окончания образуют синапсы, которые могут быть как возбуждающими (увеличивающими вероятность генерации разряда нейрона), так и тормозными (снижающими вероятность). Обратите внимание на анимацию: синим цветом показаны сигналы, приходящие в нейрон. При достижении определенного порога, возбуждающие синаптические токи приводят к генерации собственного электрического «потенциала действия», распространяющегося по аксону. В аксоне потенциал действия достигает синаптических терминалей, через которые данный нейрон связан с соседними. Так от нейрона к нейрону сигнал передается в нейрональной сети.
Изображения, которые вы сейчас видели, получены с помощью светового микроскопа. Эта техника позволяет работать с живой тканью, но мы не можем видеть детально дендриты и аксон нейронов без специальных методов окраски, которые применяются, как правило, в фиксированной ткани. Любопытно, что большинство клеток мозга были описаны более ста лет назад в работах Рамона-и-Кахаля.
В недавнем прошлом для изучения детальной морфологии нейрональных компартментов использовалась электронная микроскопия. Для своего времени это был достаточно мощный метод, который позволил получить очень важную информацию о числе контактов между нейронами и их пластичности. Главным недостатком электронной микроскопии является то, что работа ведется с фиксированной тканью. То, что мы видим в электронном микроскопе, это не живые клетки, а краситель, распределенный в ткани, «посмертная маска». Изображения нейронов под электронным микроскопом, таким образом, отражают не только физиологические процессы нейрональной ткани, но также реакцию клеток на фиксацию и окраску. А ведь самое интересно – это посмотреть, что происходит в живой клетке. Но наука, конечно, не стоит на месте, и технологии развиваются.
Так появился лазерный конфокальный сканирующий микроскоп. То, что вы сейчас видите на экране, – фотография, полученная с помощью такого микроскопа в Neuroimaging laboratory в Лондоне, которой руководит Дмитрий Русаков. С помощью такой техники мы можем не только видеть живые нейроны и их компартменты с высоким разрешением, но также наблюдать процессы, происходящие в этих клетках.
Обратите внимание, как отличается фотография нейрона, полученная с помощью конфокального микроскопа, от той, которая получена с помощью светового микроскопа. Яркая полоса – это электрод, который мы используем для того, чтобы подсоединиться к нейрону и заполнить его красителем. Такой краситель не убивает клетку, а распространяется по ее отросткам. Теперь мы хорошо видим сому, дендриты и аксон клетки.
На данной анимации вы видите изображения нейрона, полученные при различном фокусе с шагом 2 микрометра. Теперь, если собрать отдельные изображения, то можно сделать трехмерную реконструкцию нейрона.
Сейчас перед вами участок дендрита нейрона, который наполнен кальциевым красителем, и по цветовой кодировке вы видите различные уровни кальция. Красный цвет означает низкий уровень, желтый – более высокий и так далее. Если активировать нейрон, то можно увидеть значительное увеличение кальция в этом дендрите. Кальций является важным ионом в жизнедеятельности клетки и принимает участие во многих физиологических процессах. Он может запускать как процессы, связанные с пластичностью, так и вызвать гибель клетки. Наши нейроны живут по определенной программе, которая управляется различными внешними и внутренними сигналами, и кальций – один из них.
На данном изображении мы видим различные морфологические детали, которые не видны при использовании светового микроскопа, например, дендритные шипики. Мы можем посмотреть, как в них изменяется кальций в реальном масштабе времени, и потом сделать трехмерную реконструкцию изображения.
А.Г. Насколько я помню из предыдущей передачи, которая у нас была, именно через дендритные шипики и передается информация к другим клеткам. Они как бы стоят на границе…
А.С. Да, дендритные шипики – это одна из составных частей возбуждающего синапса. Поскольку синапс – это контакт между нейронами, то и шипики принимают важное участие в передаче сигнала от клетки к клетке. Однако есть синапсы, которые не имеют шипиков. Разговор о них зашел, чтобы показать достоинства нового метода. Например, чтобы узнать, что происходит в мозге в различных условиях с использованием электронного микроскопа, мы должны взять ткань у двух различных животных: контрольного и после воздействия. Но это не совсем правильно, поскольку нужно видеть изменения в одной и той же клетке, что стало возможным с применением лазерной сканирующей микроскопии.
Поскольку речь зашла о синаптической передаче, давайте определим, какую она играет роль в нашем мозге. Итак, нейрон способен генерировать электрический потенциал действия, который, распространяясь по аксону, достигает пресинаптических терминалий. Терминали, или варикозные расширения, содержат везикулы, маленькие пузырьки с нейропередатчиком, который высвобождается в синаптическую щель. Синаптические рецепторы на соседней клетке активируются и приводят к генерации тока в этой клетке. Так нейроны могут передавать сигнал между собой. Таким образом, в данной системе существуют как минимум два типа передачи сигнала – электрический по клеточной мембране, и химический между клетками.