Стив Рамирез и Сюй Лю: Мышь. Луч лазера. Манипуляции памятью

Стив Рамирез: Это было в первый год моего обучения в магистратуре. Я обнаружил себя в спальне, поедающим тонны мороженого и смотрящим какую-то дрянную передачу. И, наверно, я еще слушал Тейлор Свифт. Я тогда как раз расстался со своей девушкой. В течении долгого времени все, чем я занимался, — это снова и снова вспоминал бывшую девушку, желая избавиться от скручивающего все внутренности чувства тоски.

Я невролог и знаю, что воспоминания об этом человеке и тот ужасный эмоциональный оттенок, в которые они окрашены, связаны с работой отдельных частей мозга. Мне пришла в голову идея: а что, если бы мы могли «попасть» в наш мозг и удалить это тошнотворное чувство, а воспоминания о человеке оставить без изменений? Потом я понял, что пока это невозможно. Но почему бы не начать с того, чтобы «пробраться» в мозг и попробовать найти именно воспоминания? Сможем ли мы оживить воспоминание, может быть, даже изменить его содержание?

Я очень надеюсь, что кое-кто сейчас не смотрит это выступление.

Здесь есть подвох. Вы, наверно, вспомнили фильм «Вспомнить все», «Вечное сияние чистого разума» или «Начало». Но звезды, с которыми работаем мы, — это звезды лаборатории.

Сюй Лю: Лабораторные мыши. Мы, неврологи, работаем в лаборатории с мышами, пытаясь понять, как функционирует память. И сегодня мы попытаемся вас убедить, что действительно можем активировать воспоминание в мозге человека со скоростью света. Чтобы это сделать, нужно выполнить два простых действия. Сначала нужно найти и отметить воспоминание в мозге и затем активировать его переключателем. Все очень просто.

СР: Теперь вы убедились? Как оказалось, найти воспоминание в головном мозге не так уж легко.

СЛ: Скорее, наоборот. Скажем так, это гораздо сложнее, чем найти иголку в стоге сена, хотя бы потому, что иголку можно потрогать своими руками. А память — нельзя. И, конечно, нервных клеток в головном мозге намного больше, чем соломинок в стоге сена. Так что да, эта задача кажется невыполнимой. К счастью, именно мозг и помогает нам справиться с ней. Оказывается, все, что нам нужно, это позволить мозгу сформировать воспоминание, и затем он покажет нам, какие участки связаны с этим воспоминанием.

СР: Так что же происходило в моей голове, когда я вспоминал о своей бывшей девушке? Если бы на секунду мы полностью отказались от человеческой этики и разрезали мой мозг на кусочки, то увидели бы, что эти воспоминания вовлекали в работу множество участков мозга. Но особенно активной была бы часть мозга под названием гиппокамп. Десятилетиями он обрабатывает те воспоминания, которые особенно дороги и ценны нам, и поэтому он – идеальная для проникновения цель в попытке найти и активировать отдельное воспоминание.

СЛ: При близком рассмотрении гиппокампа можно увидеть множество клеток. Мы способны выявить, какие из них связаны с конкретным воспоминанием, потому что когда клетка работает, например, когда она формирует воспоминание, она оставляет отпечаток, который помогает нам понять, какие из клеток недавно были активны.

СР: Это сравнимо со зданием, в котором ночью включен свет, — можно понять, что там кто-то работает в данный момент. То же самое происходит в клетке: есть биологические датчики, которые включаются после того, как клетка закончила работать. Это вроде биологических окон, которые, загораясь, помогают нам понять, что клетка недавно была активна.

СЛ: Мы отрезали часть от этого датчика и присоединили ее к переключателю для управления клетками. Затем мы установили этот переключатель в сконструированный вирус и ввели его в мозг мыши. Таким образом, в моменты возникновения воспоминаний все клетки, включенные в работу, будут оснащены этим переключателем.

СР: Вот так выглядит гиппокамп после создания страшного воспоминания. Синим цветом окрашены плотно расположенные клетки мозга, а зеленые клетки… Зеленые клетки — это клетки, которые связаны с конкретным страшным воспоминанием. Итак, вы смотрите на кристаллизацию мимолетного страшного воспоминания, а точнее, на поперечное сечение воспоминания.

СЛ: В идеале переключатель, о котором мы говорим, должен реагировать очень быстро. Время срабатывания не должно занимать минуты или часы. Он должен срабатывать со скоростью мозга, в миллисекунды.

СР: Как ты думаешь, Сюй, возможно ли включать или выключать клетки мозга при помощи медикаментов?

СЛ: Не-а. Действие лекарств беспорядочно. Они распространяются по всему организму. Уйдет вечность, пока они доберутся до клеточного уровня. Они не дадут нам возможность управлять памятью в режиме настоящего времени. Стив, а если воздействовать на мозг электричеством?

СР: Электричество довольно быстрое, но, скорее всего, мы не сможем направить его к определенным клеткам, которые хранят воспоминание, и, возможно, «поджарим» мозг.

СЛ: Точно. Итак, похоже, нам нужно найти иной способ воздействия на мозг со скоростью света.

СР: И так уж вышло, что со скоростью света распространяется… свет! Может, мы можем активировать и дезактивировать воспоминания при помощи света?

СЛ: Он довольно быстрый.

СР: Обычно клетки мозга не реагируют на импульсы света, но клетки, содержащие светочувствительный переключатель, будут давать на них реакцию. Чтобы это осуществить, нам сначала нужно научить клетки мозга реагировать на лазерные лучи.

СЛ: Да, вам не послышалось, мы стреляем лазером по мозгам.

СР: И наука, которая поможет нам сделать это, — это оптогенетика. Оптогенетика дала нам световой переключатель для включения и выключения клеток мозга. Данный переключатель называется канальным родопсином. Он представляет собой вот эти зеленые точки, присоединенные к клеткам мозга. Канальный родопсин — это что-то вроде светочувствительного переключателя, который искусственно устанавливается в клетки мозга, чтобы мы могли использовать переключатель для включения или выключения клеток одним щелчком, и, в данном случае, мы делаем это с помощью импульсов света.

СЛ: Итак, мы прикрепляем светочувствительный переключатель, сделанный из канального родопсина, к датчику, про который мы говорили, и вводим в мозг. Теперь, когда бы ни создавалось воспоминание, в любой активной клетке, отвечающей за это воспоминание, будет находиться светочувствительный переключатель, и мы сможем управлять этими клетками, щелкая лазером так же, как сейчас.

СР: Давайте проведем эксперимент. Мы возьмем наших мышей, поместим их в коробку, которая выглядит точно так, как эта, а затем пропустим через их лапки небольшой электрический разряд, чтобы у них сформировалось воспоминание страха, связанное с этой коробкой. Они запомнят, что здесь с ними случилось что-то плохое. Благодаря нашей системе, только клетки гиппокампа, ответственные за создание этого воспоминания, будут содержать канальный родопсин.

СЛ: Когда ты маленький, как мышь, кажется, что весь мир хочет поймать тебя. Поэтому лучший способ защиты — попытаться остаться незамеченным. Когда мышь испытывает страх, она демонстрирует стандартное поведение — сидит в углу коробки, пытаясь не двигаться, и эта поза называется «застывание». Если мышь запомнила, что в коробке с ней произошло что-то плохое, то когда мы поместим ее обратно в эту коробку, она, скорее всего, застынет, желая остаться незамеченной в случае любой возможной опасности в коробке.

СР: Застывание можно описать так: вы идете по улице по своим делам, и вдруг перед вами возникает ваш бывший парень или бывшая девушка, и в следующие ужасные две секунды вы начинаете соображать: «Что делать? Поздороваться? Пожать руку? Развернуться и убежать? Сесть и притвориться, что меня не существует?» Подобные мимолетные мысли физически выводят вас из строя, из-за них у вас глаза выкатываются из орбит.

СЛ: Но если поместить мышь в другую, новую коробку, например такую, она не будет ее бояться, потому что у нее нет причин бояться нового окружения.

А если мы поместим мышь в новую коробку, но в то же время активируем воспоминание страха, используя лазеры, как мы делали раньше? Вернем ли мы воспоминание о страхе, испытанное в первой коробке, когда мышь будет в новой?

СР: А вот эксперимент на миллион долларов. Как же вернуть воспоминание о том дне, когда, помню, победили Ред Сокс, тот прекрасный весенний день, идеальный для прогулок по реке и, может, для поездки в итальянскую часть города за парочкой канноли. Это так, к слову. Мы с Сюй находились в совершенно темной комнате без окон, и настолько пристально вглядывались в экран монитора, что даже не моргали. Мы смотрели на эту мышь, стараясь оживить воспоминание, в первый раз используя нашу технику.

СЛ: И вот, что мы увидели. Попадая в коробку впервые, мышь исследует ее, принюхивается, бегает, занимается своими делами, потому что по своей природе мыши довольно любопытные животные. Они хотят знать, что же происходит в этой коробке? Это им интересно. Но в тот момент, когда мы включили лазер, как вы можете видеть, мышь вдруг впала в состояние застывания. Она остановилась на месте, стараясь не двигаться. Очевидно, что это застывание. Итак, кажется, мы можем вызвать воспоминание страха, связанное с первой коробкой, в совершенно новой обстановке.

Наблюдая за происходящим, мы со Стивом были шокированы не меньше этой мыши. После эксперимента мы оба вышли из комнаты, не сказав ни слова.

После долгого, неловкого молчания Стив нарушил тишину.

СР: Неужели это сработало?

СЛ: «Без сомнений, это сработало!», — ответил я. Мы были очень довольны экспериментом и опубликовали его результаты в журнале Nature. С момента публикации нашего исследования мы получаем огромное количество комментариев со всего интернета. Вот некоторые из них.

«Боже мой, свершилось… Столько всего нового должно случиться, виртуальная реальность, нейронное манипулирование, зрительная имитация снов… нейронное кодирование, записывание и переписывание воспоминаний, психические заболевания. Ах, будущее будет восхитительным».

СР: Первая вещь, которую замечаешь, это то, что у людей есть свои, довольно четкие представления об этой работе. И я полностью согласен с оптимизмом первого комментария, потому что по шкале от нуля до голоса Моргана Фримена это одна из самых запоминающихся похвал, которую я когда-либо слышал. Но, как вы может видеть, есть и другие мнения.

«Это меня чертовски пугает… Что если они смогут это так же легко проделывать с людьми через пару лет? О, БОЖЕ, МЫ ВСЕ ОБРЕЧЕНЫ!»

СЛ: Если мы посмотрим на второе высказывание, то я думаю, все согласимся с тем, что оно явно отрицательное. Но это напоминает нам, что, хотя мы все еще работаем только с мышами, возможно, уже пора задуматься об этических проблемах управления памятью.

СР: Следуя духу третьего высказывания, мы хотим рассказать вам о нашем последнем проекте под названием «Начало». Об этом должны снять фильм. О том, как в умы людей помещают идеи и управляют ими ради собственной выгоды. И назвать его «Начало». Итак, мы доказали, что можем вызывать воспоминания. А если мы запустим этот процесс и попробуем изменить это воспоминание? Сможем ли мы превратить его в ложное воспоминание?

СЛ: Память динамичная и сложная, но чтобы было проще, давайте представим, что память — это видео-клип. Как мы говорили, в принципе, мы можем управлять кнопкой воспроизведения этого клипа и проигрывать его в любое время в любом месте. Но возможно ли попасть внутрь мозга и редактировать клип, чтобы он стал отличным от оригинала? Да, возможно. Оказывается, все, что нам нужно сделать, — это реактивировать воспоминание, используя лазеры, как мы это делали раньше, но в то же время, если мы возьмем новую информацию и позволим ей внедриться в старую, это изменит воспоминание. Это похоже на создание ремикса.

СР: Как же мы это делаем? Мы начнем не с поиска воспоминания страха в мозге, а с того, что возьмем мышей, поместим их вот в такую голубую коробку, найдем клетки мозга, которые отображают голубую коробку, и заставим их реагировать на импульсы света в точности так же, как мы говорили. На следующий день мы переместим мышей в красную коробку, в которой они никогда раньше не сидели. Мы пропускаем через их мозг лучи света, чтобы реактивировать воспоминание о голубой коробке. Что же случится, если в то время, когда животное вспоминает о голубой коробке, мы пропустим электрические разряды через ее лапки? Таким образом мы пытаемся искусственно создать ассоциацию между воспоминанием о голубой коробке и электроболевым раздражением лап животных. Мы пытаемся объединить эти два явления. Чтобы это проверить, мы опять берем мышей и помещаем их обратно в голубую коробку. Напомним, мы восстановили воспоминание о голубой коробке в то время, когда мышь получала небольшое электроболевое раздражение лап, а теперь животное внезапно застыло. Как будто оно вспомнило про электроболевое раздражение в этой обстановке, хотя на самом деле этого никогда не происходило. Итак, у мыши появились ложные воспоминания, потому что она ошибочно боится окружения, в котором формально с ней ничего плохого не происходило.

СЛ: До сих пор мы говорили только о включении светового переключателя, хотя у него есть и режим выключения, и очень легко представить, что, установив переключатель в этот режим, мы сможем выключать любые воспоминания.

Все, о чем мы сегодня говорили, основывается на философском принципе неврологии, гласящем, что разум, с его, казалось бы, загадочными качествами на самом деле вполне материален, и в нем можно покопаться.

СР: Что касается лично меня, я вижу мир, в котором мы можем реактивировать любое воспоминание, которое нам захочется. Я также вижу мир, где мы можем стереть ненужное воспоминание. И я даже вижу мир, где редактирование воспоминаний — это часть реальности, потому что мы живем во времена, когда идеи из области научной фантастики возможно воплощать в жизнь.

СЛ: Сегодня люди в лабораториях и люди из других групп по всему миру используют похожие методы активации или редактирования воспоминаний — старых или новых, хороших или плохих — всевозможных воспоминаний, и теперь мы можем понять, как работает память.

СР: Например, одна группа из нашей лаборатории смогла найти клетки мозга, создающие воспоминание страха, и преобразовать его в приятное воспоминание. Вот что я подразумевал, говоря о редактировании воспоминаний. Один парень смог даже оживить воспоминания о самке мыши у самца. Ходят слухи, что это был приятный опыт.

СЛ: Мы живем в волнующий период, когда у науки нет скоростных ограничений, и все ограничивается только нашим воображением.

СР: Наконец, что нам со всем этим делать? Как мы можем продвинуть эту технологию вперед? Это вопросы, которые не должны оставаться в стенах лаборатории, и одна из целей сегодняшнего выступления — рассказать всем о скорости научных процессов, которые возможны в современной неврологии, а так же, что не менее важно, вовлечь всех в эту беседу. Так давайте подумаем вместе как команда о значении этого исследования и о том, куда мы можем и должны двигаться дальше, потому что нам с Сюй предстоит принять очень непростое решение.

Перевод: Настя Горюнова
Редактор: Екатерина Юссупова

Источник