Собеседники журнала считают: ученые сосредоточены на изучении отдельных нейронов, а не моделей поведения, которые делают существа особенными. По их мнению, многие нейробиологи забывают, что у каждого мозга есть хозяин.
Фото: Дмитрий Лебедев, Коммерсантъ / купить фото
Что важнее: частное или общее
По мнению The Atlantic, «сейчас самое подходящее время для того, чтобы изучать мозг». У ученых есть масса передовых технологий. Они могут возбуждать и тормозить нейроны вспышкой света, манипулируя поведением животных с исключительной точностью. Они могут сделать мозг прозрачным и засеять его светящимися молекулами, чтобы изучить структуру. Они могут одновременно регистрировать активность огромного числа клеток.
Однако нейробиолог из центра биомедицинских исследований Медицинского университета Джонса Хопкинса Джон Кракеур не в восторге от многообразия инноваций. Он и четверо его друзей-единомышленников критикуют одержимость коллег «инновационными игрушками». «Технологический фетиш» уводит науку в сторону, уверены они.
«Люди думают, что технологии плюс большие объемы данных плюс машинное обучение — это наука,— говорит господин Кракеур.— А это не так». Он и его друзья считают, что особенным мозг делает то поведение, которое он создает: от прыжка хищника до плача ребенка. Но исследования поведения сейчас не считаются приоритетными.
Большинство нейробиологов сосредоточено на применении инновационных методов изучения отдельных нейронов. По их мнению, если собрать достаточный объем данных о частях, то понятнее станет принцип работы целого. То есть, если полностью расшифровать электрические импульсы в голове, можно раскрыть тайны памяти, эмоций, процесса познания и многое другое.
Но Кракеур уверен, что поведение нельзя понять на основе изучения отдельного нейрона. Он приводит параллель со стаями птиц. Биологи долгое время ломали голову над тем, как им удается скоординированно перемещаться. В 80-х годах прошлого века программисты доказали, что это возможно, если каждая птица будет следовать нескольким простым правилам, которые определяют расстояние до других птиц и расположение относительно них. Из простых индивидуальных правил возникает общая сложная структура.
Но вывести последнее из первого невозможно. Так же обстоит дело и с мозгом. Как писал в 1982 году британский нейробиолог Дэвид Марр, «пытаться понять восприятие через понимание нейронов, это все равно что пытаться понять полет птицы путем изучения перьев».
Поможет ли изучение нейронный сетей
Нейробиолог Рафаэль Юст из Колумбийского университета уверен, что появление более совершенных инструментов, которые смогут следить за целыми нейронными сетями, приведет к пониманию свойств мозга. Но Кракеур считает, что эта точка зрения всего лишь меняет слово «нейрон» на «нейронные сети» и ведет к той же ошибке.
«Интересно будет увидеть особые свойства на уровне нейронной сети, но было бы ошибкой думать, что после этого автоматически придет понимание»,— говорит он.
Он и его коллеги не отвергают новые технологии. Как они говорят о себе: мы не нейролуддиты. «Эти новые технологии просто потрясающие; я использую их в своей лаборатории»,— говорит Асиф Газанфар из Принстонского университета, изучающий коммуникативное поведение мартышек. Однако он уверен, что технологии используются неправильно. В результате ученые приходят к неправильным выводам и дают неправильные объяснения.
Нейробиолог предлагает в качестве примера зеркальные нейроны. Эти клетки, впервые открытые у обезьян, возбуждаются одинаково в том случае, когда само животное осуществляет какое-то действие или когда оно видит, как другая особь делает то же самое действие.
Некоторые ученые делают следующий вывод: поскольку обезьяна знает о своих намерениях, она должна предполагать аналогичные намерения у того, на кого смотрит. Поэтому возникла идея, что эти нейроны являются базисом эмпатии, языка, аутизма, джаза и даже человеческой цивилизации.
Однако, указывают собеседники The Atlantic, в своих экспериментах ученые не проверяли поведение обезьян, чтобы убедиться в том, что те действительно понимают, что видят в действиях собратьев. По словам Кракеура и его коллег, «толкование ошибочно принимается за результат; а именно, что зеркальные нейроны понимают другого индивидуума». Это логическая ловушка, в которую попадаешь, когда игнорируешь поведение, уверены они.
Почему важно изучать поведенческие модели
В противовес Джон Кракеур приводит свое собственное исследование болезни Паркинсона. Люди с этим заболеванием обычно двигаются медленно — этот симптом прежде связывали с нехваткой дофамина. Считалось, что, если повысить уровень этого вещества, движения человека можно ускорить. Однако это не дает объяснения, почему и как потеря дофамина приводит к медлительности.
Кракеур нашел разгадку в 2007 году. Он попросил пациентов с болезнью Паркинсона дотянуться до предмета с разной скоростью. Оказалось, что они способны двигаться так же быстро, как и здоровые люди. Просто они, не осознавая того сами, не хотят этого делать. Тогда ученый предположил, что мотивацию к движению определяют синтезирующие дофамин нейроны.
При истощении дофамина человек выбирает менее активные движения для выполнения задания. Отсюда и медлительность. Эту идею позже подтвердили эксперименты на мышах с использованием современных технологий.
Есть и множество других примеров, свидетельствующих о важности изучения моделей поведения. Изучая то, как совы прислушиваются к движению бегущей добычи, нейробиологи установили, как их мозг — а потом и мозг млекопитающих — локализует звуки. Аналогичные результаты были получены и при изучении особых навыков других животных.
«Если выбрать особь, которая очень хорошо владеет одной-двумя моделями поведения, можно более точно определить лежащие в основе этого нейронные сети,— говорит господин Газанфар.— А вместо этого берут мышей и изучают их с той точки зрения, будто у этих млекопитающих просто меньшая по размерам версия человеческого мозга. А ведь это абсурд».
В изучении поведения есть и свои трудности, отмечает Газанфар. В условиях лаборатории трудно заставить животных вести себя естественно. «Если ваша задача — понять мозг, нужно понять поведение, а это не так просто»,— говорит он.
Возможна ли нейробиология без электродов
Собеседники журнала жалуются, что им сложно публиковать свои исследования в ведущих научных журналах. По словам Асифа Газанфара, в поведенческих исследованиях с точки зрения этих журналов «слишком мало нейронауки».
Главный редактор Journal of Neuroscience, сотрудник Йельского университета Марина Пичотто объясняет, что все зависит самих исследований. Если они просто описывают поведение, то, скорее всего, больше годятся для журнала по психологии. Но если эксперименты напрямую выводят гипотезу о нейронных сетях в мозге, то они подходят для нейробиологических изданий.
«Однако граница между чисто поведением и нейробиологией нечеткая»,— признает она.
Джон Кракеур рассматривает эту ситуацию как принижение своей работы. Как будто нейробилогия становится важной только, «когда сообщает нам, куда втыкать электроды», посетовал он. «Я опасаюсь, что люди скажут: мы продолжим делать все, что делали, но также должны лучше изучать поведение. А я пытаюсь сказать: нужно сначала изучать поведение. Нельзя летать на самолете, не построив его», — считает ученый.