Карл Шуновер: Как заглянуть внутрь мозга

Мы знаем о выдающихся достижениях в изучении мозга, но как на практике изучают нейроны внутри него? Используя восхитительные иллюстрации, нейроанатом и стипендиат программы TED Fellows Карл Шуновер рассказывает об инструментах, которые позволяют заглянуть внутрь нашего 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 всё 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 ещё 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 19-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 одного процента.

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.

Зелёный флуоресцентный белок,

который добывают из биолюминесцентных медуз,

оказался очень полезным.

Если выделить ген зелёного флуоресцентного белка

и ввести его в клетку,

она начинает светиться зелёным светом;

сегодня есть множество вариантов флуоресцентного протеина,

так, что можно получить свечение разных цветов.

Вернёмся 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 определённые молекулы,

такие, к примеру, как белковый код вируса,

поражающего организм.

Исследователи использовали этот факт

для распознавания отдельных молекул внутри мозга,

чтобы распознать определённые подсистемы клеток

и идентифицировать их по отдельности.

Это изображения, которые я вам показал, поражающе красивы

и в то же время очень важны́.

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:

Зелёный флуоресцентный белок и антитела

с самого начала были полностью натуральными продуктами.

Их использовала природа, для того, чтобы медузы

светились зелёным светом, не важно по каким причинам,

или для того, чтобы распознавать белковый код вирусной инфекции.

И только много позже появились учёные,

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 времён.

Спасибо.

(Аплодисменты)