Будущее разума - Митио Каку

Чтобы проиллюстрировать, насколько серьезна на сегодняшний день эта проблема, напомним, что к 2007 г. 13 млн американцев в возрасте 12 лет или старше (или 5 % подросткового и взрослого населения США) пробовали метамфетамины или уже пристрастились к ним. Наркомания не просто губит жизни, она систематически разрушает мозг. МРТ-снимки мозга метамфетаминовых наркоманов показывают уменьшение на 11 % размеров лимбической системы, отвечающей за обработку эмоций, и потерю 8 % тканей гиппокампа, который служит воротами памяти. МРТ-снимки показывают, что в некоторых отношениях поражение сравнимо с тем, что наблюдается при болезни Альцгеймера. Но, как бы сильно метамфетамины ни разрушали мозг, наркоманы всеми силами стремятся их заполучить, поскольку испытывают при их приеме кайф вдесятеро более сильный, чем удовольствие от вкусной пищи или даже секса.

По существу, кайф от наркотиков обусловлен тем, что препарат искусственно стимулирует центр удовольствия и подкрепления, расположенный в лимбической системе мозга. Этот центр очень примитивен и сформировался миллионы лет назад; тем не менее он по-прежнему чрезвычайно важен для выживания человека, поскольку обеспечивает поощрение за полезное поведение и наказание за вредное. Однако, если этот центр оказывается во власти наркотиков, результатом становится общий хаос. Сначала эти препараты проникают сквозь гематоэнцефалический барьер и вызывают перепроизводство нейромедиаторов, таких как дофамин; эти нейромедиаторы наводняют прилежащее ядро – крохотный центр удовольствия, расположенный глубоко в толще мозга возле мозжечковой миндалины. Дофамин, в свою очередь, производится специальными клетками мозга в вентральной области покрышки, известными как клетки VTA.

Все наркотические препараты работают примерно одинаково: нарушают деятельность цепочки VTA – прилежащее ядро, контролирующей приток дофамина и других нейромедиаторов в центр удовольствия. Наркотики различаются только тем, как именно происходит этот процесс. Существует по крайней мере три основных вещества, стимулирующих центр удовольствия в мозгу: это дофамин, серотонин и норадреналин; все они рождают ощущение удовольствия, эйфории и ложной уверенности, а также всплеск энергии.

Кокаин и другие стимуляторы, к примеру, оказывают двоякое действие. Во-первых, они непосредственно стимулируют клетки VTA на производство дополнительного дофамина, вызывая таким образом прилив нейромедиатора в прилежащее ядро. Во-вторых, они не позволяют клеткам VTA «выключаться» и заставляют их непрерывно производить дофамин. Кроме того, они затрудняют использование серотонина и норадреналина. Одновременное наводнение нервных цепей всеми тремя нейромедиаторами порождает сильный кайф.

Героин и другие опиаты, напротив, нейтрализуют клетки VTA, способные снижать производство дофамина, и таким образом заставляют VTA производить его намного больше.

Препараты, подобные ЛСД, действуют путем стимуляции производства серотонина, порождая чувство удовлетворения, цели и приязни. Но, помимо этого, они активируют области височной доли мозга, участвующие в создании галлюцинаций. (Для возникновения галлюцинаций достаточно всего лишь 50 мкг ЛСД. Надо отметить, что этот наркотик действует настолько мощно, что дальнейшее увеличение дозы не дает никакого эффекта[16].)

Со временем ЦРУ пришло к пониманию того, что изменяющие сознание препараты – не то волшебное средство, поисками которого они занимались. Галлюцинации и наркотическая зависимость, которыми сопровождается применение этих средств, делает их слишком нестабильными и непредсказуемыми; в деликатной политической ситуации их применение может принести больше вреда, чем пользы.

(Следует отметить, что в последние годы МРТ-исследования мозга наркоманов указали ученым на совершенно новый способ возможного излечения или по крайней мере облегчения некоторых форм наркотической зависимости. Случайно было замечено, что человеку, пережившему инсульт с поражением островковой доли мозга, или «островка», расположенного глубоко в теле мозга между префронтальной и височной долями коры, намного проще отказаться от курения, чем обычному курильщику. Этот результат был также проверен на людях с наркотической зависимостью, употребляющих кокаин, алкоголь, опиаты и никотин. Если он подтвердится, то в будущем, возможно, наркоманию будут лечить путем подавления активности «островка» при помощи электродов или магнитных стимуляторов. «Нам впервые удалось показать, что повреждение конкретной области мозга может полностью устранить проблему наркотической зависимости. Это поразительно», – говорит доктор Нора Волкоу, директор Национального института наркологии. В настоящее время никто не знает, почему так получается, поскольку «островок» участвует в реализации множества разных функций мозга, включая восприятие, управление движениями и самосознание. Но если результат подтвердится, ситуация в исследованиях наркотической зависимости, возможно, полностью изменится.)

Зондирование мозга при помощи оптогенетики

Описанные эксперименты по управлению сознанием проводились в основном еще в то время, когда мозг представлялся загадкой, а методики вырабатывались путем проб или ошибок, и далеко не всегда удачно. Однако взрывное развитие аппаратуры для зондирования мозга дало нам новые возможности, которые должны помочь, с одной стороны, разобраться в устройстве и функционировании мозга, а с другой – научиться управлять им.

Оптогенетика, как мы уже видели, – это одно из наиболее динамично развивающихся направлений современной науки. Основная ее цель – определить точно, какой нервный путь соответствует тому или иному поведению. Оптогенетика начинается с гена под названием опсин[17], достаточно необычного тем, что он чувствителен к свету. (Считается, что с появлением этого гена сотни миллионов лет назад связано возникновение первого глаза. Согласно этой теории, простой клочок кожи, чувствительной к свету благодаря опсину, со временем эволюционировал в сетчатку глаза.)

Если внедрить ген опсина в нейрон и осветить, нейрон сработает. Щелкнув выключателем, можно мгновенно определить нейронный путь, отвечающий за определенное поведение, поскольку белки, которые вырабатывает опсин, проводят электричество, – и нейрон сработает.

Однако трудность в том, чтобы точно внедрить этот ген в конкретный нейрон. Для этого используется технология, заимствованная из генной инженерии. Ген опсина внедряется в безвредный вирус (из которого удалены все опасные гены); потом при помощи предельно точных инструментов этот вирус вводится в конкретный нейрон. Затем вирус уже сам заражает нейрон, внедряя свои гены в его ДНК. В результате, когда на нервную ткань направляют луч света, этот нейрон включается. Таким образом можно установить точный маршрут, по которому проходят определенные сообщения.

Но оптогенетика не только определяет нервные пути, освещая их, она позволяет ученым управлять поведением подопытных. Этот метод оказался успешным. Ученые давно подозревали, что за то, что плодовые мушки улетают от опасности, отвечает какой-то простой нейронный контур. Оптогенетические методы позволили наконец определить, какой именно. Теперь достаточно осветить мушек, чтобы они снялись с места и дружно улетели.

Кроме того, ученые теперь могут лучом света заставить червя прекратить извиваться, а в 2011 г. был достигнут еще один прорыв. Ученые из Стэнфорда сумели внедрить ген опсина в точно заданный участок мозжечковой миндалины мыши. Эти мыши были специально выращены робкими и всегда сидели, съежившись, в уголке своей клетки. Но когда пучок света вспыхивал в мозгу такой мыши, она внезапно теряла робость и начинала исследовать свою клетку.

Из этого эксперимента можно сделать далеко идущие выводы. Если поведение дрозофил может быть основано на простом рефлекторном механизме, в котором задействована горстка нейронов, то мышь обладает полноценной лимбической системой, аналог которой имеется и в человеческом мозге. Хотя многие эксперименты, успешно работающие с мышами, не переносятся на людей, существует все же вероятность, что когда-нибудь ученым удастся отыскать конкретные нервные пути, связанные с определенными психическими заболеваниями, а затем и научиться лечить их без каких бы то ни было побочных эффектов. Как говорит доктор Эдвард Бойден из МТИ, «если вы хотите выключить какой-то контур мозга, а альтернативой этому служит хирургическое удаление участка мозга, то имплантация оптоволокна может показаться предпочтительной».

Одно из первых практических применений оптогенетики связано с лечением болезни Паркинсона. Как мы уже видели, ее можно лечить при помощи глубокой стимуляции мозга, но, поскольку мы не умеем пока размещать электроды в мозгу с достаточной точностью, всегда остается опасность инсульта, кровотечения, инфекции и т. п. Глубокая стимуляция мозга может также вызвать побочные эффекты, такие как головокружение и бесконтрольное сокращение мышц: ведь электроды могут случайно стимулировать и другие нейроны. При помощи оптогенетики можно улучшить метод глубокой стимуляции мозга, определив точно на уровне отдельных нейронов, какие нервные цепи срабатывают не вовремя.