Карл Шуновер: Как заглянуть внутрь мозга

Вот схема мозга человека, которой тысяча лет. Это диаграмма зрительной системы. И сегодня некоторые детали хорошо узнаваемы. Два глаза в нижней части, оптический нерв, выходящий сзади. Очень большой нос, который, судя по всему, ни с чем особенно не связан.

И если мы сравним это с современными представлениями о зрительной системе, то увидим, что все стало намного сложнее за прошедшую тысячу лет. И это потому, что сегодня мы способны заглянуть внутрь мозга, а не просто наблюдать его извне.

Представьте себе, что вы бы попытались разобраться, как работает компьютер, получив возможность рассмотреть только клавиатуру, мышку и дисплей. У вас бы ничего не получилось. Вы бы захотели открыть его, разобрать, чтобы увидеть всю эту проводку внутри. И еще чуть более чем сто лет назад никто не мог сделать это с мозгом. Никому не удавалось увидеть «проводку» внутри мозга.

И это потому, что если извлечь мозг из черепа, препарировать тончайший срез и поместить его даже под очень мощный микроскоп, вы ничего не увидите. Просто серую, бесформенную массу. Никакой структуры, по которой можно что-то понять.

И эта ситуация изменилась в конце XIX-го века. Внезапно были разработаны новые методы окрашивания нервной ткани, которые позволили нам взглянуть внутрь мозга. Компьютер был взломан.

To, что в действительности положило начало современной нейробиологии — это окрашивание по методу Голджи. Его механизм очень специфичен. Вместо окраски всех клеток ткани он каким-то образом окрашивает около 1%. Он расчищает лес, позволяя разглядеть отдельные деревья. Если окрасить все, то ничего не было бы видно. А так можно увидеть, что внутри.

Испанский нейроанатом Сантьяго Рамон-и-Кахаль, который считается отцом современной нейробиологии, использовал окрашивание Гольджи и получил вот такие результаты, введя современное понятие о клетке нервной ткани — нейроне. И если представить, что мозг — это компьютер, то это транзистор. И вскоре Кахаль понял, что нейроны не работают поодиночке, а связываются с другими нейронами, формируя электроцепи, совсем как в компьютерах. В наши дни, сто лет спустя, чтобы увидеть нейроны, исследователи вместо окрашивания подсвечивают их изнутри. И для этого есть несколько способов. Один из самых популярных использует флуоресцентный белок. Зеленый флуоресцентный белок, который добывают из биолюминесцентных медуз, оказался очень полезным. Если выделить ген зеленого флуоресцентного белка и ввести его в клетку, она начинает светиться зеленым светом. Сегодня есть множество вариантов флуоресцентного протеина, так что можно получить свечение разных цветов.

Вернемся к мозгу — вот генетически модифицированный мозг мыши под названием «нейрорадуга». Конечно же, его название обусловлено тем, что нейроны светятся разными цветами.

Иногда нейробиологам требуется распознать отдельные молекулы внутри нейронов, молекулы, а не всю клетку. Для этого существует несколько способов, из которых самый популярный использует антитела. Вы, конечно же, знакомы с антителами как с оруженосцами иммунной системы. Механизм их защитного действия заключается в способности распознавать определенные молекулы, такие, к примеру, как белковый код вируса, поражающего организм. Исследователи использовали этот факт для распознавания отдельных молекул внутри мозга, чтобы распознать определенные подсистемы клеток и идентифицировать их по отдельности.

Это изображения, которые я вам показал, поражающе красивы и в то же время очень важны. Они обладают огромной пояснительной силой. Вот, к примеру, окрашенные антителами нейротрансмиттеры серотонина в срезе мозга мыши.

Вы, конечно же, слышали о серотонине в контексте таких болезней, как депрессии и неврозы. Вы слышали об антидепрессантах — лекарствах, используемых для лечения этих болезней. И для того, чтобы понять механизмы действия серотонина, критически важно знать местонахождение этих механизмов. И вот такое окрашивание антителами, как это, может быть использовано для ответа на подобные вопросы.

Я бы хотел закончить, оставив вам такую информацию к размышлению: зеленый флуоресцентный белок и антитела с самого начала были полностью натуральными продуктами. Их использовала природа, для того, чтобы медузы светились зеленым светом, не важно по каким причинам, или для того, чтобы распознавать белковый код вирусной инфекции. И только много позже появились ученые и сказали: «Ага, вот эти инструменты, эти механизмы, которыми мы могли бы воспользоваться в нашем исследовательском инструментарии». Вместо того, чтобы с помощью ограниченных возможностей человека разрабатывать эти инструменты с нуля, были использованы готовые решения, созданные природой, улучшенные и отшлифованные в течение миллионов лет этим самым великим инженером всех времен.

Перевод: Олег Полонский
Редактор: Александр Автаев

Источник