“Пролет камеры” сквозь мозг мухи. Данные сканирования электронного микроскопа сведены в 3D реконструкцию. Princeton University, Murthy Seung Lab

Об уникальной роли ушей в нейронауках. Иногда неврологический симптом можно убрать, воздействуя на слуховой проход. Либо слабым током (GVS), либо вливанием в ухо двух-трех десятков мл. ледяной воды (CVS). Неврология под эту процедуру всегда интересная: анозогнозия, фантомные конечности, игнорирование (neglect) и др. В 2004 г. удалось с помощью промывания водой левого слухового канала снять симптомы мании у пациентки, на которую не действовали ни антипсихотические препараты, ни электросудорожная терапия. Хотя эффект был непродолжительным (что характерно для CVS), само по себе это поразительно.

Как показала фМРТ, процедура активировала правое полушарие пациентки. В 2012 г. аналогичный результат получен в Израиле. Манию и депрессию иногда рассматривают как состояния-антиподы, вызванные разбалансировкой активности полушарий. В русле этой логики промывание правого слухового канала должно приводить к хотя бы частичному выходу из депрессии. Помогает CVS и при болезни Паркинсона, и также, что еще более примечательно, при конверсионном расстройстве, редкой форме истерии.

Что все это значит? Ну, во-первых, разделение нервных расстройств довольно условно, и разные симптомы могут быть проявлением патологии, в основе которой единый сложный процесс. Во-вторых, GVS/CVS стимулирует вестибулярную систему, а она “уникальна из-за мультисенсорной природы ее корковых проекций и наложения на другие нейронные сети, например, эмоциональные контуры”. По сути, ухо — это окно в мозг, позволяющее дешево и неинвазивно влиять на разные зоны, так или иначе связанные с «системой представлений» (т.н. beliefs) и мотивациями, включая даже желание совершить покупку.

Еще, подведя электрод к уху, вы можете стимулировать блуждающий нерв. Это уже выход не в мозг, а в периферию, иннервирующую разные внутренние органы и системы (напр., пищеварительную или сердечно-сосудистую). И это тоже позволяет выстраивать терапию. Ну а если потребуется не только стимулировать, но и считать ЭЭГ, то и это реально сделать через электрод в ухе. Интерфейс будущего — не шлем, а тонкая пленка эпидермальной электроники на коже головы и ушной раковины (электронные тату). Примерно такая:

Никто не знает, зачем нужны сновидения. Идей за сотню лет перебрано много, но такой, чтобы всех убедила, пока нет. На днях Дэвид Иглмен (David M Eagleman) и Дон Вон (Don A Vaughn) выкатили остроумную гипотезу: сны мы видим, потому что ‘включаются’ зрительные зоны коры, а они включаются — несколько раз за ночь — чтобы защитить себя от поглощения прочими зонами!

Например, слуховыми и соматосенсорными. Представьте, пишут они, в мире, где из-за вращения Земли половину суток темно, зрительная система не получает стимуляции по много часов. Зато вкус, восприятие звуков, тактильных ощущений, запахов от тьмы не страдают. Вот чтобы не дать соседним зонам захватить зрительные поля во время их вынужденного простоя, мозг периодически “включает кино”. Пускает волну возбуждения сам, без внешнего стимула.

Захват зон — не фантазия. Когда люди теряют зрение, их затылочная часть мозга, которой мы все видим, начинает реагировать на звуки, прикосновения и вообще начинает заниматься не связанными со зрением вещами. Иглмен и Вон приводят примеры, когда такая перестройка происходит за считанные дни и даже часы.

Я бы еще добавил про сенсорное замещение: некоторые слепые быстро учатся ориентироваться в пространстве и различать предметы через электростимуляцию языка. Еще мне вспоминаются опыты Паскуаль-Леоне (Alvaro Pascual-Leone), где он просил людей играть на пианино и потом фиксировал кратный рост их моторных зон, отвечающих за движения пальцев.

Словом, за счет нейропластичности нервная ткань в самом деле может менять специализацию довольно быстро. Угроза захвата не выглядит на 100% надуманной. Хотя не могу не заметить, что сны все-таки имеют подобие сюжета, наполнены эмоциями, и на хаотичный вызов образов мало похожи. Но красоту и простоту гипотезы я оценил. Надо ли напоминать, что Иглмен еще и автор отличных книг про мозг (через месяц выходит новая) и кроме прочего консультирует создателей “Мира Дикого Запада”.

Знаменитая картинка из работы Паскуаль-Леоне. Показано, как каждый день после упражнений на пианино растет зона в мозге, отвечающая за движение пальца. Обратите внимание, что в нижнем ряду — те же упражнения, но выполняемые мысленно. Разницы почти нет! Сама статья 1995 г., но лучше почитать более поздний обзор The Plastic Human Brain Cortex, где есть разные примеры пластичности.

Сравните мозг обычной мартышки (WT) и гуманизированной, т.е. со встроенным геном человека ARHGAP11B. Разница видна сразу: у трансгенной обезьянки мозг крупнее. Еще важнее то, что в нем больше клеток верхнего слоя — это тип кортикальных нейронов, который, как считают, вносит серьезный вклад в когнитивные способности. И этот слой стал толще. Добавили один ген.

Мартышкам не позволили родиться, это 101-дневные плоды. Не исключаю, что к моменту рождения различия могли стать еще более выражены. Хотя больше нейронов — не всегда хорошо. У людей это порой приводит к патологиям (напр., мегалэнцефалия, полимикрогирия). Так что авторы не рискнули. Или же им не дали рискнуть, чай не в Китае.

Эксперименты такого рода будут множиться, и принципиально здесь то, что ГМ приматов создают не ради модели заболевания, а с целью выяснить функцию гена. Им ничего специально не ломают в ДНК. Это иной подход, новая исследовательская программа, и она начнет разворачиваться в ближайшие годы. Последствия могут оказаться глубокими.

Год назад написал лонгрид ровно об этом; там и обозначил вероятный сценарий будущего, повторяться не буду. Сами авторы новой работы — японцы и немцы — не находят тут этических коллизий и призывают коллег идти тем же путем.

В своем замечательном подкасте Илья Колмановский ищет ответ на вопрос: как мозг воспринимает музыку и почему она так сильно влияет на нас? Он там далее дает ссылку на поучительный фильм о музыкальной терапии, я чуть дополню.

В одном из эпизодов нам показывают пожилого человека с болезнью Альцгеймера. Много лет он был не в состоянии общаться, изредка откликаясь односложными «да/нет», не узнавал родных и большую часть времени сидел скрючившись, будто потеряв контакт с окружающим миром.

Оливер Сакс вспоминает, что пациент выглядел практически неживым — не реагировал на людей и не двигался. Но однажды ему дали послушать его любимые песни, и произошло удивительное преображение: он стал подпевать, раскачиваться в такт музыке, а на лице проступили эмоции. И самое потрясающее, к нему вернулась речь.

Мы видим, как после очередной музыкальной терапии пациент начинает развернуто и осмысленно отвечать на вопросы, живо жестикулировать. Словно изнутри прорывается настоящий прежний Генри, заточенный в темнице дегенеративного заболевания.

И это даже не метафора. Факт возврата осознанной речи говорит о том, что личность и воля полностью не утрачены, но блокируются патологическими процессами в психике. Там «внутри» сохранились механизмы эмоций, мышления и памяти.

Если посмотрите, то обратите внимание, насколько свободной и образной становится его речь! И хотя эффект длится недолго, способность музыки делать то, что неподвластно лекарствам — крайне интересный феномен.

В книге «Пробуждения» Сакс неоднократно отмечает, что тяжелейшие пациенты (паркинсон вследствие летаргического энцефалита), практически обездвиженные десятки лет, при звуках музыки начинали двигаться, и к ним возвращалась возможность контакта с миром.

Вот, например, Сакс пишет:

«Самым лучшим способом воздействия на кризы была музыка; эффект ее мог быть поистине сверхъестественным, а порой даже жутким. Вот вы видите мисс Д. подавленной, зажатой и обездвиженной… или подергивающейся, охваченной тиком или что-то невнятно бормочущей – каким-то подобием человеческой бомбы.

Но вдруг, при первых звуках музыки, донесшейся из радиоприемника или проигрывателя, все эти обструктивно-экспозивные симптомы исчезали как по мановению волшебной палочки, сменяясь благословенной легкостью и плавностью движений, когда мисс. Д., внезапно освобожденная от своих автоматизмов, с улыбкой начинала «дирижировать» музыкой или поднималась и кружилась в непринужденном танце».

Причем не всякая музыка оказывает данный эффект:

«Должны обязательно присутствовать ритмические импульсы, но они должны быть «вкраплены» в мелодию. Грубый, голый или ошеломляющий ритм, который не вплетается в мелодию, вызывает лишь патологические подергивания, заставляет и вынуждает, но не освобождает больного и, таким образом, оказывает антимузыкальный эффект. Бесформенный звук («чавканье», как называла его мисс Д.) без достаточной ритмической и двигательной силы вовсе не мог сдвинуть больную с места – ни эмоционально, ни физически.

Уместно вспомнить определение Ницше, касающееся патологии музыки: он прежде всего и главным образом видит «дегенерацию чувства ритма». «Вырожденная» музыка делает больным и принуждает, здоровая музыка лечит и освобождает. Это в точности соответствует личному опыту и переживаниям мисс Д. — она не могла выносить «ритмического грома» или «чавканья» и всегда требовала твердой, но «оформленной» музыки».

Мы привыкли, что музыка 1) расслабляет, 2) заводит или 3) вызывает сильные эмоциональные переживания. Но, по-видимому, она делает нечто большее. Возможно, она укрепляет связь психики и тела, что критически важно, хотя такая связь считается чем-то само собой разумеющимся. Не случайно музыка сопровождает человечество с очень давних времен. Что добавляет загадочности, обезьяны к музыке равнодушны, она их не трогает.

Что же, музыка сделала нас людьми?

Свежее исследование: музыка повышает функциональную связность областей мозга, вовлеченных в обработку сознания, языка, эмоций и памяти. Даже у пациентов, недавно вышедших из комы.

У людей поверхность мозжечка лишь немногим уступает коре полушарий. Если разгладить все складки — а это можно сделать виртуально через анализ МРТ высокого разрешения — то площадь мозжечка составит почти 80% площади неокортекса.

У макак-резусов сильно иначе: только 33%. Похоже, что эволюция взрывным образом повысила относительную площадь поверхностной ткани мозжечка.

При этом нейронов в мозжечке больше, чем в коре полушарий. Крошечные клетки плотно упакованы в малом объеме, и когда мы слышим про ~ 86 млрд. нейронов, то внесем ясность, это в основном про него.

Смысл такого богатства не вполне понятен, хотя ему приписывают все новые функции, а одна китаянка живет вовсе без мозжечка, пусть и не без трудностей.

Умер Уильям К. Демент (1928–2020), последний из легендарной тройки. В начале 1950-х в маленькой лаборатории Чикагского университета профессор Клейтман, аспирант Азеринский и взятый ему в помощь Демент открыли явление “парадоксального сна”, или фазы сна с быстрым движением глаз.

Демент не был там главным, но он развил тему, ввел в науку термин REM sleep и со временем стал одной из крупнейших фигур в области изучения сна. Клейтман ушёл от нас в 1999-м, в статусе классика и основателя сомнологии, аж на год пережив своего аспиранта.

Азеринский не снискал славы, хотя изначально внес основной вклад. Похоже, он стал заложником своего характера, впрочем, и судьба его не жаловала. Про него мало пишут, но история его поучительна, и на юбилей открытия я как-то посвятил ему отдельный большой текст.

У Демента, напротив, все сложилось как нельзя лучше. И сам он многое сделал в сомнологии, был президентом американской ассоциации, основал научный журнал, написал несколько книг. Его слова: “сны позволяют каждому из нас быть в тихом и безопасном безумии каждую ночь нашей жизни”.

Мишель Жуве (крайний слева) и вся троица снова вместе спустя сорок лет на симпозиуме, организованном в честь 100-летия Клейтмана: Демент, Клейтман, Азеринский. Француз Жуве (1925 – 2017) был выдающимся исследователем сновидений и автором прекрасных книг. Нашвилл, июнь 1995.

Недавно писал, что “ухо — это окно в мозг”, вот и свежий пример: в Питтсбурге создали гаджет в форме “наушника”, который помогает улучшить слуховое обучение за счет стимуляции блуждающего нерва. Просто подает в ухо слабый ток на 25 Гц.

Англоговорящих учили распознавать тона в китайском языке, “наушник” повысил их результат почти наполовину [подробнее на русском или англ.] Это только начало. Стимуляторы на ухе будут мельчать, превратятся со временем в крупинки и пленки. Станут незаметными и невесомыми.

Продвинутый вариант оптогенетики — сонооптогенетика. В кровь запускаем наночастицы, которые светятся, если воздействовать на них ультразвуком. Звук хорошо проникает в мозг, а кровь отлично переносит частицы. И тогда ультразвуковой луч, посланный в выбранную область мозга, включает там внутри тысячи нанолампочек. И не нужно ничего резать или сверлить, вставлять оптоволокно.

Удобно и то, что частицы можно по много раз перезаряжать энергией — нужно лишь выбрать место, где сосуды проходят близко к поверхности кожи, и посветить на него. Несущиеся в кровотоке частицы накачаются светом, доберутся до мозга, там по команде УЗ выпустят фотоны, и их снова можно будет накачать. Не выводя из кровообращения. Лепота.

1913 г. харьковская газета “Утро”, заметка “Аппарат для слепых”:

«Крестьянину Е.Горину выдана, по словам “Д”, привилегия на аппарат на распознавание слепыми окружающей их среды. Устройство этого аппарата основано на превращении световой энергии в звуковую при помощи известных свойств селена, представляющего различное сопротивление прохождению через него электрического тока при различной степени освещения его.

Аппарат состоит из трех частей: приемного приспособления, прерывателя и слуховой трубки, снабжаемой в случае надобности микрофоном. Воспринимающий прибор состоит из более чем 200 тонких проводов, соединенных с селеновой пластинкой.

Если селен неравномерно или части его совсем не будут освещены, то часть проводов (прилегающих к неосвещенным местам) не будет проводить тока, вследствие чего сила и характер звука, передающегося через слуховую трубку, изменяется.

Таким образом, слепой, снабженный аппаратом, будет в состоянии различить свет от темноты, а при известном упражнении научится распознавать и отдельные предметы. Приемное приспособление помещается на лбу или на груди, прерыватель, требующий периодической заводки, помещается также на груди, а слуховая трубка подвешивается к уху».

Спасибо за скан Роману Соложеницыну

Консорциум ENCODE, оказывается, по-прежнему работает и преисполнен решимости продолжать копаться в геноме человека. Впереди IV фаза проекта, где будут изучены транскриптомы конкретных состояний тканей и типов клеток.

«Важно отметить, что хотя было определено очень большое количество некодирующих элементов, функциональная аннотация элементов, идентифицированных ENCODE, все еще находится в зачаточном состоянии». Это к вопросу о колоссальной сложности генома как системы регуляции: работают с 2003 года, а аннотация функций всерьез и не начиналась даже.

На картинке: в геноме человека 20 225 генов, кодирующих белок, и 37 595 некодирующих “генов”. Второе число, возможно, еще возрастет.

В сердце пациента гуляет кусочек металла, и интервенционный кардиолог пытается поймать его петлей, как ковбой, чтобы затем вытащить из тела. Врач сработал круто. А мы лишний раз убеждаемся, что имплантируемая электроника будущего должна быть биосовместимой, с опцией раствориться по сигналу, и легко выводимой из организма.