Эрик Кандель

В поисках памяти

Возникновение новой науки о человеческой психике

Pour Denise

Предисловие

Разобраться в биологической природе человеческой психики — ключевая задача науки XXI века. Мы стремимся понять биологическую природу восприятия, обучения, памяти, мышления, сознания и пределов свободы воли. Еще несколько десятилетий назад казалось немыслимым, что биологи получат возможность изучать эти явления. До середины XX века идею того, что самые глубокие тайны человеческой психики, сложнейшей системы явлений во вселенной, могут быть доступны биологическому анализу, возможно, даже на молекулярном уровне, нельзя было принимать всерьез.

Впечатляющие достижения в области биологии последних пятидесяти лет сделали это возможным. Совершенное Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году открытие структуры ДНК произвело революцию в биологии, предоставив ей рациональную основу для изучения того, как информация, записанная в генах, управляет работой клетки. Это открытие позволило понять фундаментальные принципы регуляции работы генов — как гены обеспечивают синтез белков, определяющих функционирование клеток, как гены и белки включаются и выключаются в ходе развития организма, определяя его строение. Когда эти выдающиеся достижения остались позади, биология наряду с физикой и химией заняла центральное место в созвездии естественных наук.

Вооруженная новыми знаниями и уверенностью, биология устремилась к своей высочайшей цели — разобраться в биологической природе человеческой психики. Работа в этом направлении, долгое время считавшемся ненаучным, уже идет полным ходом. Более того, когда историки науки будут рассматривать последние два десятилетия XX века, они, скорее всего, обратят внимание на неожиданный факт: самые ценные открытия того времени, касающиеся человеческой психики, были получены не в рамках дисциплин, традиционно работавших в этой области, таких как философия, психология или психоанализ. Они стали возможны благодаря слиянию этих дисциплин с биологией мозга — новой синтетической дисциплиной, которая расцвела благодаря впечатляющим достижениям молекулярной биологии. В результате возникла новая наука о психике, использующая возможности молекулярной биологии для исследования великих тайн жизни.

В основе новой науки лежат пять принципов. Первый состоит в том, что наша психика неотделима от мозга. Мозг — это сложный, обладающий огромными вычислительными способностями биологический орган, который формирует ощущения, регулирует мысли и чувства и управляет действиями. Мозг отвечает не только за сравнительно простые формы двигательного поведения, такие как бег или прием пищи, но и за те сложные действия, в которых мы видим квинтэссенцию человеческой природы: мышление, речь или создание произведений искусства. В этом аспекте человеческая психика предстает системой операций, выполняемых мозгом, почти так же, как ходьба — это система операций, выполняемых ногами, только в случае мозга система значительно сложнее.

Второй принцип заключается в том, что каждая психическая функция мозга, от простейших рефлексов до наиболее творческих форм деятельности в области языка, музыки и изобразительного искусства, выполняется специализированными нейронными цепями, проходящими в различных участках мозга. Поэтому биологию человеческой психики лучше обозначать термином biology of mind, указывающим на систему психических операций, выполняемых этими цепями, чем термином biology of the mind, подразумевающим некоторое местоположение нашей психики и предполагающим, что у нас в мозгу есть определенное место, в котором выполняются все психические операции.[1]

Третий принцип: все эти цепи состоят из одних и тех же элементарных сигнальных единиц — нервных клеток (нейронов). Четвертый: в нейронных цепях для генерации сигналов внутри нервных клеток и передачи их между клетками используются молекулы особых веществ. И последний принцип: эти специфические сигнальные молекулы эволюционно консервативны, то есть остаются неизменными на протяжении миллионов лет эволюции. Некоторые из них присутствовали в клетках наших древних предков и могут быть обнаружены сегодня у самых далеких и эволюционно примитивных родственников — одноклеточных организмов, таких как бактерии и дрожжи, и простых многоклеточных организмов типа червей, мух и улиток. Чтобы успешно маневрировать в своей среде обитания, эти существа используют молекулы тех же веществ, что и мы, чтобы управлять своей повседневной жизнью и приспосабливаться к окружающей среде.

Таким образом, новая наука о психике не только открывает нам путь к познанию самих себя (как мы воспринимаем окружающее, учимся, запоминаем, чувствуем и действуем), но и дает возможность по-новому взглянуть на себя в контексте биологической эволюции. Она позволяет понять, что человеческая психика развилась на основе веществ, которыми пользовались еще наши примитивные предки, и что необычайная консервативность молекулярных механизмов, регулирующих разнообразные жизненные процессы, свойственна также и нашей психике.

В связи с тем, как много биология психики может сделать для нашего личного и общественного благосостояния, научное сообщество сегодня единодушно: эта дисциплина станет для XXI века тем же, чем для XX века стала биология гена.

Помимо того что новая наука о психике обращается к ключевым вопросам, занимавшим умы западных мыслителей с тех пор, как более двух тысяч лет назад Сократ и Платон впервые взялись рассуждать о природе психических процессов, она также открывает возможность на практике разобраться в важных для нашей повседневной жизни вопросах, касающихся психики. Наука перестала быть прерогативой ученых. Теперь она — неотъемлемая часть современной жизни и культуры. Средства массовой информации почти каждый день передают сведения специального характера, едва ли доступные для понимания широкой общественности. Люди читают о потере памяти, вызываемой болезнью Альцгеймера, и о так называемой возрастной потере памяти и пытаются понять, часто безуспешно, разницу между этими двумя расстройствами, из которых первое неумолимо прогрессирует и приводит к смерти, а второе относится к сравнительно легким недугам. Они слышат о ноотропных препаратах, но плохо представляют себе, чего от них ожидать. Им говорят, что гены влияют на поведение и что нарушения в этих генах вызывают психические заболевания и неврологические расстройства, но не говорят, как это происходит. Наконец, люди читают, что различия способностей, связанные с полом, влияют на образование и карьеру мужчин и женщин. Означает ли это, что женский мозг отличается от мужского?

Большинству из нас в личной и общественной жизни придется принимать решения, имеющие отношение к биологическому пониманию психики. Некоторые из них потребуются в попытках разобраться в изменчивости нормального человеческого поведения, другие будут касаться более серьезных психических и неврологических расстройств. Поэтому совершенно необходимо, чтобы у каждого появился доступ к новейшим научным сведениям, представленным в ясной, доступной форме. Я разделяю убеждение, распространенное сегодня в научной среде, что мы обязаны обеспечить общественность такими сведениями.

Еще на раннем этапе своей работы в нейробиологии я осознал, что люди, не имеющие естественнонаучного образования, так же искренне стремятся что-то узнать про новую науку о человеческой психике, как мы, ученые, стремимся рассказать о ней. Это вдохновило меня и одного из моих коллег по Колумбийскому университету, Джеймса Шварца, на создание учебника «Принципы нейробиологии» (Principles of Neural Science) — вводного курса для колледжей и медицинских школ[2], над пятым изданием которого мы сейчас начинаем работать. После выхода книги меня стали приглашать выступать с лекциями о нейробиологии перед широкой аудиторией. Этот опыт убедил меня в том, что люди, не являющиеся учеными, готовы прикладывать усилия, чтобы разбираться в ключевых вопросах науки о мозге, если ученые готовы стараться разъяснять им эти вопросы. Поэтому я и написал книгу, которую вы держите в руках, как введение в новую науку о человеческой психике для широкого круга читателей, не имеющих специального образования. Моя задача состоит в том, чтобы разъяснить простыми словами, как из теорий и наблюдений ученых, занимавшихся той экспериментальной наукой, какой сегодня является биология, возникла новая наука о психике.

Еще один стимул для написания этой книги у меня появился осенью 2000 года, когда мой вклад в изучение работы памяти был отмечен Нобелевской премией по физиологии и медицине. Всем нобелевским лауреатам предлагают написать автобиографический очерк. Когда я писал свой, мне стало предельно ясно, что мой интерес к природе памяти восходит к событиям моего детства в Вене. С удивлением и благодарностью я осознал, что мои исследования позволили мне стать участником исторического этапа в развитии науки и войти в состав замечательного международного сообщества ученых-биологов. В ходе работы я познакомился с несколькими выдающимися учеными, бывшими в первых рядах революции, свершившейся недавно в биологии и науке о мозге, и взаимодействие с ними оказало огромное влияние на мои собственные исследования.

Поэтому в книге переплетены две сюжетные линии. Первая — это история замечательных научных достижений, сделанных в области исследований психики за последние пятьдесят лет. Вторая — описание моей жизни и научной карьеры за те же полвека. Я пытаюсь проследить, как события моего детства в Вене привели меня к изучению проблем памяти, хотя мой интерес сначала был сосредоточен на истории и психоанализе, затем на биологии мозга и, наконец, на клеточных и молекулярных механизмах памяти. Таким образом, эта книга — рассказ о моих собственных поисках природы памяти в их связи с одним из величайших дел современной науки — попыткой разобраться в клеточной и молекулярной природе нашей психики.

Часть первая

Нами управляет не прошлое как таковое, кроме, быть может, прошлого в биологическом смысле. Нами управляют образы прошлого. Эти образы часто так же высокоструктурированы и избирательны, как мифы. Образы и символические конструкты прошлого отпечатаны, почти наподобие генетической информации, в характере наших чувств. Каждая новая историческая эпоха отражается в картине и активной мифологии своего прошлого.

Джордж Стайнер, «В замке Синей Бороды» (1971)

1. Личные воспоминания и биология памяти

Память всегда вызывала у меня восторженный интерес. Только подумайте: вы можете когда захотите вспомнить первый день в школе, первое свидание, первую любовь. При этом вы не только вспоминаете событие как таковое, но и чувствуете атмосферу, в которой оно происходило: картины, звуки и запахи, окружающих людей, время суток, разговоры, эмоции. Воспоминания о прошлом — что-то вроде мысленного путешествия во времени. Они освобождают нас от ограничений, накладываемых временем и пространством, и позволяют свободно двигаться по совершенно другим измерениям.

Мысленное путешествие во времени позволяет мне покинуть тот момент, когда я пишу это предложение, сидя у себя дома, в кабинете с видом на реку Гудзон, и перенестись на шестьдесят семь лет назад, на восток, через Атлантику, в Вену, где я родился и где у моих родителей был небольшой магазин игрушек.

Сегодня 7 ноября 1938 года — день, когда мне исполнилось девять лет. Мои родители только что вручили мне подарок, который я у них давно выпрашивал: игрушечную машинку на батарейках и с дистанционным управлением. Это чудесная блестящая машинка голубого цвета. Длинный провод соединяет ее мотор с рулем, с помощью которого я могу управлять ее движением, ее судьбой. Следующие два дня я вожу машинку по нашей маленькой квартире — через гостиную, к обеденному столу, за который родители, старший брат и я каждый вечер садимся ужинать, между его ножек, в спальню и обратно, с восторгом и все увереннее управляя ею.

Но это наслаждение продолжается недолго. Через два дня, ранним вечером, мы вздрагиваем от громкого стука в дверь. Я и сегодня помню этот стук. Отец еще не вернулся с работы в магазине. Мама открывает дверь. Входят двое мужчин. Сообщают, что они из полиции нацистов, и приказывают нам собрать какие-нибудь вещи и покинуть квартиру. Они дают адрес и говорят, что там нам предоставят жилье вплоть до дальнейших указаний. Мы с мамой берем только смену одежды и туалетные принадлежности, но моему брату Людвигу хватает ума захватить с собой две самые ценные для него вещи — его коллекции марок и монет.

Собрав эти немногие вещи, мы несколько кварталов идем к дому более состоятельной пары пожилых евреев, которых мы никогда раньше не видели. Их большая, хорошо меблированная квартира кажется мне роскошной, а хозяин дома производит сильное впечатление. Ложась спать, он надевает искусно расшитую ночную рубашку, а не пижаму, как мой отец, и спит в колпаке, защищающем прическу, и в специальной повязке на верхней губе, чтобы поддерживать форму усов. Хотя мы и вторглись в их частную жизнь, наши невольные хозяева заботливы и учтивы. При всем своем достатке они тоже напуганы и встревожены происходящим. Моей маме неловко навязываться им, она понимает, что их, должно быть, так же смущает внезапное появление троих незнакомцев, как нас смущает то, что мы здесь оказались. Я сконфужен и испуган все те дни, что мы живем в заботливо обустроенной квартире наших новых соседей. Но главный источник тревоги для нас связан с моим отцом: он внезапно исчез, и мы понятия не имеем, где он.

Через несколько дней нам наконец разрешают вернуться домой. Но квартира, в которую мы возвращаемся, не похожа на ту, что мы покинули. Ее разграбили и забрали все ценное: мамину шубу, драгоценности, столовое серебро, кружевные скатерти, что-то из костюмов отца и все, что мне дарили на день рождения, включая чудесную блестящую голубую машинку с дистанционным управлением. Зато, к нашей радости, 19 ноября, через несколько дней после того, как мы вернулись в свою квартиру, возвращается отец. Он рассказывает, что его задержали вместе с сотнями других мужчин-евреев и посадили в армейские бараки. Ему удалось доказать, что он был солдатом австро-венгерской армии, сражавшейся на стороне Германии в Первой мировой войне, и его отпустили.

Воспоминания тех дней — как я все с большей уверенностью вожу по квартире машинку, как слышу громкий стук в дверь, как нацистские полицейские приказывают нам переселиться в чужой дом, как мы находим свою квартиру разграбленной, как исчезает и как возвращается отец — самые сильные воспоминания моего детства. Впоследствии я понял, что эти события совпали с Хрустальной ночью, когда были разбиты не только окна наших синагог и магазина моих родителей в Вене, но и жизни бесчисленных евреев по всему немецкоговорящему миру.

Теперь я осознаю, что нашей семье повезло. Наше горе было ничтожно по сравнению с горем миллионов евреев, для которых не существовало иного выбора, кроме как остаться в нацистской Европе. По прошествии унизительного и страшного года мы с братом Людвигом, которому тогда было четырнадцать, смогли уехать из Вены в Соединенные Штаты, в Нью-Йорк, к бабушке и дедушке. Через шесть месяцев к нам присоединились и родители. Хотя наша семья всего год жила под властью нацистов, бедность, унижение и страх, испытанные мной в тот последний год в Вене, сделали его определяющим периодом моей жизни.

Трудно проследить, с какими именно событиями детства и юности связаны интересы и поступки взрослого человека. Но я невольно связываю свой последующий интерес к психике — к поведению людей, непредсказуемости их побуждений и формированию человеческой памяти — с моим последним годом в Вене. Одним из лейтмотивов для переживших холокост евреев было «Никогда не забывать» — призыв к будущим поколениям быть бдительными к проявлениям антисемитизма, расизма и ненависти — явлений психики, которые сделали зверства нацистов возможными. Моя научная работа состоит в исследовании биологических основ этого девиза — процессов, проходящих у нас в мозгу, которые позволяют нам помнить.

Воспоминания того года в Вене впервые нашли выражение, когда я был студентом колледжа в Соединенных Штатах, то есть еще до того, как заинтересовался естественными науками. Я проявлял ненасытный интерес к новейшей истории Австрии и Германии и собирался стать профессиональным историком. Я пытался разобраться в политическом и культурном контексте, в котором произошли те злосчастные события, хотел понять, как люди, любившие искусство и музыку, могли тут же совершать самые варварские и жестокие поступки. Я написал несколько семестровых работ по истории Австрии и Германии, в том числе исследовательскую курсовую о реакции немецких писателей на наступление нацизма.

Затем, в последний год моего обучения в колледже (1951–1952), у меня развился интерес к психоанализу — дисциплине, специализирующейся на копании в пластах личных воспоминаний и опыта, чтобы разобраться в зачастую иррациональных корнях побуждений, мыслей и поведения. В начале пятидесятых большинство практикующих психоаналитиков также были врачами. Поэтому я решил пойти в медицинскую школу. Там мне открылось, что в биологии совершается революция и что, похоже, скоро будут разгаданы фундаментальные тайны природы живых организмов.

Меньше чем через год после того, как в 1952-м я поступил в медицинскую школу, была открыта структура ДНК. Это прокладывало дорогу к научному изучению генетических и молекулярных клеточных механизмов. Со временем исследователям предстояло добраться и до клеток, из которых состоит человеческий мозг — самый сложный орган во вселенной. Именно тогда я впервые задумался о биологическом исследовании тайн обучения и памяти. Каким образом прошлое в Вене так прочно отпечаталось в нервных клетках моего мозга? Как сложное трехмерное пространство нашей квартиры, по которой я водил свою игрушечную машинку, оказалось прошито во внутренней модели окружающего трехмерного мира моего мозга? Каким образом испытанный ужас прожег в молекулярной и клеточной тканях моего мозга образ громкого стука в дверь нашей квартиры, причем так надежно, что я могу восстановить его в памяти в отчетливых визуальных и эмоциональных подробностях, хотя прошло уже более полувека? Эти вопросы, на которые предыдущее поколение еще не могло найти ответа, теперь стали поддаваться исследованию методами новой науки о психике.

Революция, поразившая мое воображение, когда я был студентом-медиком, превращала биологию из в значительной степени описательной области в последовательную естественную науку, стоящую на прочных генетических и биохимических основаниях. До прихода молекулярной биологии в этой науке царили три разнородные идеи, дарвиновская идея эволюции, согласно которой люди и другие животные постепенно развились из более примитивных предков, совсем на них непохожих, представление о генетических основах наследования особенностей строения тела и психики и теория, согласно которой клетка есть элементарная единица всего живого. Молекулярная биология объединила эти три идеи, сосредоточившись на работе генов и белков в отдельных клетках. Она признала ген единицей наследственности и движущей силой эволюционных изменений и признала продукты работы генов — белки — базовыми элементами функционирования клеток. Исследуя фундаментальные основы жизненных процессов, молекулярная биология открыла, что общего имеют между собой все формы живого. Еще в большей степени, чем квантовая механика или космология — две другие области науки, в которых в XX веке произошли великие революции, — молекулярная биология привлекает внимание своей непосредственной связью с нашей повседневной жизнью. Она исследует самые основы нашей природы — того, что мы собой представляем.

За пятьдесят лет моей научной карьеры постепенно возникла новая биологическая наука о психике. Первые шаги в этом направлении были сделаны в шестидесятые, когда философия сознания, бихевиористская психология (наука о простых формах поведения у подопытных животных) и когнитивная психология (наука о сложных явлениях человеческой психики) слились воедино, положив начало современной когнитивной психологии. Новая дисциплина стремилась найти общее в сложных психических процессах, свойственных животным — от мышей и обезьян до людей. Впоследствии такой подход распространили и на проще устроенных беспозвоночных животных — улиток, пчел и мух. Современная когнитивная психология имеет и строгую экспериментальную программу, и широкую теоретическую основу. Она охватила широкий круг поведенческих форм, от простых рефлексов беспозвоночных до высших психических процессов человека, таких как внимание, сознание и свободная воля, которыми традиционно занимался психоанализ.

В семидесятые годы когнитивная психология (наука о психике) слилась с нейробиологией (наукой о мозге). В результате возникла когнитивная нейробиология — дисциплина, которая внедрила биологические методы исследования психических процессов в современную когнитивную психологию. В восьмидесятые нейробиология получила колоссальный толчок благодаря томографии мозга — технологии, позволившей нейробиологам воплотить в жизнь свою давнюю мечту заглянуть внутрь человеческого мозга и увидеть, как активируются различные его участки, когда человек вовлечен в высшие мыслительные процессы: воспринимает зрительные образы, представляет себе тот или иной путь в пространстве или совершает произвольные движения. Томография мозга работает за счет измерения показателей нервной активности: позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) измеряет потребление мозгом энергии, а функциональная магнитно-резонансная томография (ФМРТ) — использование мозгом кислорода. В начале восьмидесятых годов когнитивная нейробиология вобрала в себя также молекулярную биологию, в результате чего возникла новая наука о психике — молекулярная биология когнитивных функций, которая позволила на молекулярном уровне исследовать такие психические явления, как мышление, чувства, обучение и память.

Любая революция имеет свои истоки в прошлом, и революция, апогеем которой стало возникновение новой науки о психике, не исключение. Хотя ключевая роль биологии в изучении психических процессов и была новшеством, ее способность влиять на наши представления о самих себе проявлялась и ранее. Еще в середине XIX века Чарльз Дарвин доказывал, что мы представляем собой не уникальное творение, а результат постепенной эволюции наших предков, низших животных. Более того, он утверждал, что можно проследить происхождение всего живого от общих предков вплоть до самого возникновения жизни. Он высказал и еще более смелую идею, что движущей силой эволюции является не сознательный, разумный или божественный замысел, а «слепой» естественный отбор — абсолютно механический процесс сортировки методом проб и ошибок случайных продуктов наследственной изменчивости.

Идеи Дарвина открыто бросали вызов учению большинства религий. Поскольку изначальной целью биологии было объяснение божественного замысла, согласно которому устроена живая природа, дарвиновские идеи разрывали историческую связь религии и биологии. В итоге современная биология предлагает нам принять, что живые существа со всей их красотой и бесконечным разнообразием представляют собой лишь продукты постоянно обновляющихся комбинаций нуклеотидов — элементов, из которых состоит ДНК и ее генетический код. Эти комбинации были подвержены отбору на протяжении миллионов лет борьбы живых организмов за выживание и успешное размножение.

Новая биологическая наука о психике может вызвать еще большее возмущение, поскольку предполагает, что не только тело, но и психика и те особые вещества, работа которых лежит в основе высших психических процессов — осознания себя и других, прошлого и будущего, — возникли в ходе эволюции наших животных предков. Более того, новая наука исходит из того, что само сознание есть биологический процесс, который нам в конечном итоге предстоит объяснить, исследуя пути молекулярных сигналов при взаимодействии используемых популяциями нервных клеток.

Большинство из нас охотно готово принять результаты экспериментальных научных исследований в их приложении к другим частям тела: например, нас не смущает знание того, что сердце не является вместилищем чувств, что это мышечный орган, который качает кровь по кровеносной системе. Однако сама мысль о том, что человеческое сознание и духовное начало происходят из работы материального органа, мозга, для многих оказывается новой и пугающей. Им сложно поверить, что мозг представляет собой вычислительный центр, обрабатывающий информацию, и что своими удивительными возможностями он обязан не мистической тайне, а сложности — огромному числу и разнообразию нервных клеток и взаимодействий между ними.

Для биологов, изучающих мозг, возможности и красота человеческого сознания нисколько не умаляются применением экспериментальных методов к поведению человека. Не боятся биологи и того, что редукционистский анализ, позволяющий выделять составные части мозга и формы его активности, будет унижать достоинство человеческого сознания. Напротив, большинство ученых считает, что биологические исследования, скорее всего, заставят нас с еще большим уважением относиться к сложности человеческой психики и ее возможностям.

Более того, объединив бихевиористскую и когнитивную психологию, нейробиологию и молекулярную биологию, новая наука о психике может обратиться к философским вопросам, над которыми великие умы бились не одно тысячелетие. Как мы приобретаем знания об окружающем мире? В какой степени психика наследуется? Накладывают ли на нас врожденные психические функции строго определенный способ восприятия окружающего мира? Какие материальные изменения происходят в мозгу в процессе обучения и запоминания? Как событие, которое длится минуты, преобразуется в воспоминание, которое сохраняется на всю жизнь? Подобные вопросы перестали быть прерогативой умозрительной метафизики и стали областями бурного экспериментального исследования.

Особенно заметные достижения новой науки о человеческой психике относятся к изучению молекулярных механизмов работы памяти. Память, то есть способность получать и хранить информацию, простую, как бытовые детали повседневной жизни, и сложную, как абстрактные знания по географии или алгебре, составляет одну из самых замечательных сторон человеческого поведения. Способность памяти одновременно разбираться с несколькими разными фактами позволяет решать задачи, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, и играет ключевую роль в разрешении любых других проблем. В более широком смысле память обеспечивает целостность нашей жизни. Она дает нам последовательную картину прошлого, в контексте которой мы воспринимаем события настоящего. Даже если эта картина не рациональна и не точна, ей свойственно постоянство. Без связывающей силы памяти наш опыт раскололся бы на столько фрагментов, сколько мгновений было в нашей жизни. Без возможности мысленно путешествовать во времени, которую дает память, мы были бы лишены осознания своей личной истории, не могли бы вспомнить радости, которые служат светящимися вехами нашей жизни. Мы то, что мы есть, во многом благодаря памяти и способности к обучению.

Механизмы нашей памяти лучше всего служат нам тем, что позволяют легко вспоминать радостные события жизни и затушевывают эмоциональные следы несчастий и разочарований. Но бывает и так, что ужасные воспоминания преследуют человека и отравляют ему жизнь, как это происходит при посттравматическом стрессовом расстройстве — недуге, от которого страдают некоторые люди, пережившие холокост, войны, насилие или стихийные бедствия.

Память обеспечивает не только целостность жизни нас как личностей, но также передачу культуры, преемственность развития обществ на протяжении многих веков. Хотя размеры и строение человеческого мозга не изменились с тех пор, как в Африке порядка 150 000 лет назад впервые появился вид Homo sapiens, способность к обучению отдельных людей и их историческая память за века выросли благодаря взаимному обучению, то есть передаче культуры. Культурная эволюция — небиологический способ адаптации — идет параллельно с биологической эволюцией, обеспечивая передачу знаний о прошлом и адаптивных форм поведения из поколения в поколение. Все человеческие достижения с древнейших времен до наших дней представляют собой результат взаимной передачи воспоминаний, накопленных за века, будь то письменные источники или бережно хранимая устная традиция.

Подобно тому как взаимная передача воспоминаний обогащает каждую жизнь, потеря памяти разрушает наше ощущение своего «я», разрывает связь с прошлым и с другими людьми и может поразить как развивающегося ребенка, так и зрелого взрослого человека. Синдром Дауна, болезнь Альцгеймера и возрастная потеря памяти — широко известные примеры многочисленных заболеваний, которые сказываются на памяти. Теперь мы знаем, что нарушения памяти играют роль и в психических расстройствах: шизофрения, депрессия и неврозы несут дополнительное бремя нарушений памяти.

Новая наука о человеческой психике дает нам надежду на то, что, когда мы лучше разберемся в биологии памяти, мы найдем и лучшие средства для лечения как потери памяти, так и навязчивых тяжелых воспоминаний. Более того, новая наука, судя по всему, получит практическое применение и во многих других областях медицины. Но ее миссия не ограничивается поиском средств от тяжелых болезней. Новая наука о психике стремится проникнуть в тайны сознания, в том числе в его самую глубокую тайну — как мозг каждого человека создает его осознание собственного неповторимого «я» и ощущение свободной воли.

2. Детство в Вене

В то время, когда я появился на свет, Вена была в немецкоговорящем мире важнейшим культурным центром, с которым мог соперничать только Берлин, столица Веймарской республики. Вена славилась великими достижениями в музыке и искусстве и была родиной научной медицины, психоанализа и современной философии. Кроме того, замечательные образовательные традиции заложили фундамент для экспериментов в области литературы, науки, музыки, архитектуры, философии и искусства, и к этим венским экспериментам восходят многие идеи современности. Вена была родным домом для пестрого набора мыслителей, в том числе Зигмунда Фрейда, основателя психоанализа, выдающихся писателей, таких как Роберт Музиль и Элиас Канетти, и создателей современной философии, в том числе Людвига Витгенштейна и Карла Поппера.

Венская культура была явлением необычайной силы, и евреи активно в ней участвовали. Моя жизнь во многом определилась крушением венской культуры в 1938 году — как событиями, которым я сам был свидетелем, так и тем, что я узнал о Вене и ее истории впоследствии. Эти знания углубили мое преклонение перед величием Вены и заострили боль утраты, вызванную крахом этого величия. Боль усугубляло то, что Вена была моим родным городом, моим домом.

Мои родители встретились в Вене и поженились в 1923 году (рис. 2–1), вскоре после чего отец открыл свой магазин игрушек в 18-м районе на Кучкергассе (рис. 2–2), оживленной улице, на которой находился также продуктовый рынок Кучкер Маркт. Мой брат Людвиг родился в 1924 году, а я — пять лет спустя (рис. 2–3). Мы жили в маленькой квартире на Северингассе в 9-м районе, в квартале, населенном людьми среднего достатка, возле медицинского факультета и недалеко от дома номер 19 по Берггассе, где жил Зигмунд Фрейд. Мои родители работали в магазине, и у нас сменилось несколько домработниц — восемь.

2–1. Мои родители, Шарлотта и Герман Кандель, в 1923 году, в год своей свадьбы (фото из архива Эрика Канделя).

2–2. Магазин моих родителей на Кучкергассе, где продавались игрушки, чемоданы и сумки. Моя мама и я, а может быть, мой брат. (Фото из архива Эрика Канделя).

2–3. Мы с братом в 1933 году. Мне здесь три года, а Людвигу пропуск (Фото из архива Эрика Канделя).

Школа, в которую я ходил, располагалась на улице с подходящим названием Шульгассе[3], на полпути между нашим домом и магазином моих родителей. Как и в большинстве венских начальных школ, или Volksschulen, в этой школе была традиционная, весьма обширная учебная программа. Я пошел по стопам исключительно одаренного брата, у которого были те же учителя, что и у меня. Все время, пока мы жили в Вене, я чувствовал, что мои способности не идут ни в какое сравнение с блистательным интеллектом брата. К тому времени, когда я начал читать и писать, он взялся за изучение греческого, освоил игру на фортепиано и научился собирать радиоприемники.

Людвиг как раз закончил конструировать свой первый коротковолновый приемник за несколько дней до триумфального вступления Гитлера в Вену в марте 1938 года. Вечером 13 марта мы с братом слушали через наушники, как диктор рассказывал о входе германских войск в Австрию, начавшемся утром 12 марта. Гитлер проследовал за своими войсками в тот же день и пересек границу в районе своего родного города Браунау-на-Инне, откуда направился дальше, в Линц. Из 120 000 жителей Линца почти 100 000 вышли встречать его, скандируя: «Хайль Гитлер!» На заднем плане из приемника раздавалась «Песня Хорста Весселя» — гипнотизирующий марш нацистов, который даже мне показался завораживающим. Днем 14 марта Гитлер со своей свитой достиг Вены, где на Хельденплац, большой центральной площади, двухсоттысячная толпа, исполненная дикого восторга, приветствовала его как героя, объединившего немецкий народ (рис. 2–4). Нас с братом эта всеобщая поддержка человека, раздавившего еврейство Германии, привела в ужас.

2–4. Прибытие Гитлера в Вену в марте 1938 года. Его приветствуют восторженные толпы, в том числе группы девочек, размахивающих нацистскими флагами со свастикой (вверху). Гитлер выступает перед венской публикой на Хельденплац (внизу). Послушать его речь пришли 200 000 человек — это был самый многолюдный митинг в истории Вены. (Фотографии любезно предоставлены Архивом документов австрийского сопротивления и архивами Гуверовского института).

Гитлер ожидал, что австрийцы будут выступать против германской аннексии и требовать, чтобы Австрия осталась сравнительно независимым государством под протекторатом Германии. Но оказанный ему необычайный прием, даже со стороны людей, которые за сорок восемь часов до этого были его врагами, убедил его, что Австрия с готовностью и даже охотно примет эту аннексию. Казалось, что все, от скромных лавочников до самых высокопоставленных ученых мужей, теперь открыто встали на сторону Гитлера. Влиятельный кардинал Теодор Иннитцер, архиепископ Вены, некогда добрый защитник евреев, приказал всем церквям города поднять нацистские флаги и звонить в колокола в честь прибытия Гитлера. Кардинал лично заверил его в преданности как собственной, так и всех австрийских католиков, то есть большинства населения страны. Он пообещал, что австрийские католики станут «самыми верными сынами великого Рейха, в объятия которого они вернулись в этот исторический день». Просил архиепископ только одного — признать привилегии церкви и гарантировать сохранение ее роли в обучении подрастающего поколения.

В ту ночь начался кромешный ад, продолжавшийся не один день. Вдохновляемые австрийскими нацистами толпы венцев — и взрослых, и молодежи — охватило националистическое буйство, и с криками «Бей жидов! Хайль Гитлер!» они бросились избивать евреев и громить их имущество. Евреев также унижали, заставляя их опускаться на колени и оттирать улицы, чтобы уничтожить все следы политических граффити, призывавших противостоять аннексии (рис. 2–5). Моего отца тогда заставили с помощью зубной щетки отмывать последнее напоминание о независимости Австрии — слово «да», написанное венскими патриотами, призывавшими сограждан голосовать за свободу Австрии и против аннексии. Других евреев заставляли брать ведерки с краской и помечать магазины, которыми владели евреи, звездой Давида или словом Jude (еврей). Иностранные комментаторы, давно привыкшие к тактике, применявшейся нацистами в Германии, были поражены жестокостью, проявленной австрийцами. В книге «Вена и венские евреи» Джордж Беркли цитирует германского штурмовика: «венцам удалось за одну ночь сделать то, чего нам в Германии не удалось сделать <…> до сего дня. В Австрии нет нужды организовывать бойкот евреев — народ начал его по собственному почину».

2–5. Евреев заставляют оттирать улицы Вены, счищая политические граффити, призывавшие сохранить свободу Австрии. (Фотография любезно предоставлена фотоархивом мемориала «Ядва-Шем»).

Немецкий драматург Карл Цукмайер, переехавший в Австрию в 1933 году, после прихода Гитлера к власти, писал в своей автобиографии, что Вена в первые дни после аннексии превратилась «в кошмарное полотно Иеронима Босха». Казалось, что «врата ада разверзлись и изрыгнули из себя самых низких, самых отвратительных, самых ужасных демонов. Мне не раз за свою жизнь доводилось своими глазами видеть человеческий ужас и панику. Я принимал участие в дюжине сражений Первой мировой, перенес заградительный огонь и отравляющий газ, ходил из траншей в атаку. Я был свидетелем беспорядков послевоенной эпохи, подавления восстаний, уличных боев, драк в залах собраний. Я был в рядах очевидцев гитлеровского путча 1923 года в Мюнхене. Я видел ранний период правления нацистов в Берлине. Но ничто не могло сравниться с теми днями в Вене. То, что нахлынуло тогда на Вену, не имело никакого отношения к захвату власти в Германии. <…> Это был поток зависти, ревности, озлобления, слепой и безжалостной жажды мести. Все лучшие инстинкты были подавлены, <…> лишь только пробудившиеся от спячки массы вырвались на свободу. <…> Это был настоящий шабаш толпы. Все, что напоминает о человеческом достоинстве, было похоронено».

На следующий день после того, как Гитлер вошел в Вену, от меня отвернулись все одноклассники, кроме одной девочки, тоже еврейки, — других евреев у нас в классе не было. В парке, где я играл, надо мной насмехались и издевались, меня толкали и били. В конце апреля 1938 года всех еврейских детей выгнали из моей начальной школы и перевели в спецшколу, где учителя были евреями, на Панцергассе, в 19-м районе, довольно далеко оттого места, где мы жили. Из Венского университета выгнали почти всех евреев — более 40 % студентов и 50 % преподавательского состава. Эта враждебность к евреям, далеко не худшим примером которой было обращение со мной, достигла своего апогея в ужасе Хрустальной ночи.

Мои отец и мать переехали в Вену еще до Первой мировой войны, город тогда был совсем другим, намного более терпимым. Моя мать, Шарлотта Цимельс, родилась в 1897 году в Коломые, городке в Галиции на реке Прут, в котором было около 43 000 жителей. Этот соседний с Румынией регион Австро-Венгерской империи был тогда частью Польши, а теперь часть Украины[4]. Почти половину населения Коломыи составляли евреи, и ее еврейское сообщество обладало яркой культурой. Моя мать выросла в хорошо образованной семье среднего достатка. Хотя она проучилась в Венском университете всего год, она умела говорить и читать не только по-немецки и по-польски, но и по-английски. Мой отец, Герман Кандель, который сразу привлек внимание моей матери, находившей его красивым, жизнерадостным и полным юмора, родился в 1898 году в бедной семье в городке Олеско, в котором было около 25 000 жителей, неподалеку от Львова (Лемберга) — теперь это тоже часть Украины. Его семья переехала в Вену в 1903 году, когда ему было пять лет. Прямо со школьной скамьи он был призван в австро-венгерскую армию, сражался в Первой мировой войне, был ранен в бою шрапнелью. После войны он начал зарабатывать на жизнь и так никогда и не окончил школу.

Я родился через одиннадцать лет после распада Австро-Венгерской империи, последовавшего за ее поражением в Первой мировой. До войны это была вторая по размеру страна в Европе, которую превосходила по площади лишь Россия. Империя простиралась на северо-восток до территорий, входящих сейчас в состав Украины, восточные провинции включали территорию нынешних Чехии и Словакии, а в состав южных входили Венгрия, Хорватия и Босния. После войны Австрия резко уменьшилась в размерах, потеряв все иноязычные провинции и сохранив лишь немецкоговорящее ядро. В связи с этим резко уменьшились ее население (с 54 млн до 7 млн) и политическое значение.

И все же Вена моего детства, население которой составляло почти два миллиона человек, продолжала жить бурной интеллектуальной жизнью. Мои родители и их друзья радовались, когда городская администрация, возглавляемая социал-демократами, провела весьма успешную и получившую широкое одобрение программу реформ социально-экономической сферы и здравоохранения. Вена была процветающим культурным центром. По всему городу звучала музыка Густава Малера и Арнольда Шенберга, а также Моцарта, Бетховена и Гайдна, и все это на фоне смелых экспрессионистских картин Густава Климта, Оскара Кокошки и Эгона Шиле.

Однако при всем этом культурном процветании Вена тридцатых годов была столицей жестокой, авторитарной политической системы. Я тогда был слишком мал, чтобы понимать это. Лишь позже, в пору моей более беззаботной юности в Соединенных Штатах, я понял всю жестокость условий, сформировавших мои первые впечатления о мире.

Хотя евреи жили на территории нынешней Вены более тысячи лет и сыграли важную роль в развитии венской культуры, антисемитизм был привычным явлением. В начале XX века Вена была единственным крупным европейским городом, где антисемитизм составлял основу политической платформы партии власти. Популист и антисемит Карл Люэгер, венский бургомистр с 1897 по 1910 год, в своих зажигательных выступлениях уделял особое внимание «богатым евреям» — среднему классу венского еврейства. Этот средний класс сформировался после принятия в 1867 году новой конституции, которая гарантировала равные гражданские права евреям и другим меньшинствам и давала им свободу открыто исповедовать свою религию.

Несмотря на эти положения новой конституции, дискриминация евреев, которые составляли около 10 % всего населения города и почти 20 % населения основной его части (девяти центральных районов), продолжалась повсюду: в гражданской службе, в армии, в дипломатическом корпусе и во многих аспектах общественной жизни. Уставы большинства клубов и спортивных организаций содержали пункт, не допускавший принятие евреев как неарийцев. С 1924 года до ее запрета в 1934 году в Австрии существовала нацистская партия с подчеркнуто антисемитской платформой. В частности, в 1928 году эта партия протестовала против исполнения в Венском оперном театре оперы еврея Эрнста Кшенека (рис. 2–6).

2–6. Плакат австрийской нацистской партии, напечатанный в 1928 году, за десять лет до вступления Гитлера в Вену, протестующий против исполнения в Венском оперном театре оперы еврея Эрнста Кшенека: «Наш оперный театр, ведущее художественное и образовательное учреждение мира, гордость всех венцев, стал жертвой наглого еврейско-негритянского осквернения. <…> протестуйте вместе с нами против этого неслыханного в Австрии позора». (Копия любезно предоставлена Венской библиотекой в ратуше).

Тем не менее венские евреи, в том числе мои родители, обожали свой город. Историк Беркли, изучавший жизнь евреев в Вене, очень верно подметил: «Самая злая ирония состоит в том, какую горячую привязанность испытывали многие евреи к городу, на протяжении многих лет демонстрировавшему им свою глубоко укорененную ненависть». Впоследствии я узнал от родителей, почему Вена вызывала У них такие сильные чувства. Начать с того, что она была очень красива: музеи, оперный театр, университет, Ринг-штрассе (главный венский проспект), парки и дворец Габсбургов — все это не последние произведения архитектуры. Из города нетрудно добраться до расположенного на его окраине знаменитого Венского леса, а также до Пратера — почти волшебного парка аттракционов с огромным колесом обозрения, впоследствии прославленным фильмом «Третий человек». «После вечера в театре или первомайского праздника, проведенного в Пратере, житель Вены может с чистой совестью считать свой город центром вселенной. Где еще внешний облик так притягательно подслащает реальность?» — пишет историк Уильям Джонстон. Хотя мои родители и не были высокообразованны, они чувствовали свою связь с культурными ценностями Вены, особенно с театром, оперой и с мелодичным венским наречием, на котором я говорю по сей день.

Мать и отец разделяли ценности большинства венских родителей: они хотели, чтобы их дети чего-то достигли в профессиональной сфере, в идеале — в какой-нибудь интеллектуальной области. Их устремления были типично еврейскими. Со времени разрушения Второго Храма в Иерусалиме в 70 году н. э., когда Йоханан бен Закай переехал в приморский город Явне и основал там первую академию для изучения Торы, евреи были книжным народом. Считалось, что каждый человек независимо от финансового положения или социального класса должен быть грамотным, чтобы читать молитвенник и Тору. К концу XIX века еврейские родители, стремившиеся подняться по социальной лестнице, начали заботиться о том, чтобы их дочери и сыновья получили хорошее образование. После этого жизненная задача состояла не просто в том, чтобы добиться материального благополучия, но, скорее, чтобы, используя материальное благополучие, подняться на более высокую культурную ступень. Не было ничего важнее, чем Bildung пропуск — стремление к образованию и культуре. Даже для бедной еврейской семьи в Вене было важно, чтобы хоть один сын стал успешным музыкантом, юристом, врачом или, еще лучше, университетским преподавателем.

Вена была одним из немногих европейских городов, где стремление еврейского сообщества к культуре полностью совпадало с устремлениями большинства горожан-неевреев. После неоднократных поражений австрийских войск в конфликтах с Пруссией — сначала в войне за австрийское наследство с 1740 по 1748 год, а затем в Австро-прусской войне 1866 года — Габсбурги (правящая династия Австрии) потеряли всякую надежду на военное господство среди немецкоговорящих государств. По мере убывания их политической и военной мощи стремление к территориальному превосходству сменилось у них жаждой культурного превосходства. Снятие ряда ограничений после принятия новой конституции привело к массовой миграции евреев и других меньшинств со всех краев империи в Вену в конце XIX века. Вена стала домом для людей, приехавших из Германии, Словении, Хорватии, Боснии, Венгрии, северной Италии, с Балкан и из Турции. С 1860 по 1880 год численность населения Вены увеличилась с 500 000 до 700 000 человек. Горожане среднего класса начали чувствовать себя гражданами мира и с ранних лет приучали своих детей к культуре. Воспитываемые «в музеях, театрах и концертных залах новой Ринг-штрассе, венцы среднего класса вбирали в себя культуру не как украшение жизни или знак социального статуса, но как воздух, которым они дышали», писал Карл Шорске, историк венской культуры. Карл Краус, великий сатирик, социальный и литературный критик, сказал про Вену, что «ее улицы вымощены не асфальтом, а культурой».

Не только культурная, но и чувственная жизнь Вены была бурной. Самые теплые воспоминания моего детства — типично венские: во-первых, это умеренное, но всегда ощущавшееся буржуазное довольство, связанное с тем, что я рос в дружной, сплоченной семье, регулярно совместно проводившей традиционные выходные, а во-вторых, мгновение эротического блаженства, связанное с нашей соблазнительной домработницей Митци.

Этот эротический опыт был совсем как в одном из рассказов Артура Шницлера, в котором юношу, представителя венского среднего класса, знакомит с сексуальностью ein susses Madchen (очаровательная девушка), не то служанка в его доме, не то работающая поблизости. Андреа Ли писала в журнале The New Yorker, что одним из критериев, которым пользовались буржуазные семьи в Австро-Венгрии, выбирая девушек для работы по дому, было условие, чтобы они подходили для лишения девственности подрастающих в семье юношей, отчасти для того, чтобы отвлечь их от возможного тяготения к гомосексуализму. Вспоминая прошлое, я с интересом отмечаю, что опыт, который вполне мог восприниматься другими как связанный с эксплуатацией, для меня не означал ничего подобного.

Мой первый эротический опыт был связан с Митци — привлекательной, чувственной девушкой лет двадцати пяти. Это случилось однажды днем, мне было восемь лет, я выздоравливал после простуды. Она присела на край постели и прикоснулась к моему лицу. Я дал понять, что мне это приятно, и тогда она расстегнула блузку, обнажив свой большой бюст, и спросила, не хочу ли я ее потрогать. Я едва понимал, о чем она говорит, но ее попытка соблазнения подействовала на меня, и я вдруг почувствовал то, что не чувствовал никогда прежде.

Я начал, под некоторым ее руководством, исследовать ее тело, но она вдруг смутилась и сказала, что мы должны остановиться, иначе я могу забеременеть. Но как я мог забеременеть? Мне было прекрасно известно, что дети рождаются только у женщин. Откуда у мальчика может родиться ребенок?

— Из пупка, — ответила она. — Доктор посыпает его порошком, и пупок развязывается, чтобы ребенок мог выйти наружу.

Какая-то часть меня знала, что это невозможно. Но другая часть была не столь уверена, и хотя это казалось неправдоподобным, меня слегка встревожили возможные последствия. Меня беспокоило, что скажет мама, если я забеременею. Эта обеспокоенность и изменившееся настроение Митци положили конец моему первому сексуальному опыту. Но с тех пор Митци продолжала открыто говорить мне о своих сексуальных желаниях и что могла бы осуществить их со мной, будь я постарше.

Но Митци не стала хранить мне верность, дожидаясь, пока я достигну возраста, соответствующего ее требованиям. Через несколько недель после нашего краткого рандеву в моей постели она сошлась с ремонтником, приходившим чинить нашу газовую плиту. Месяц или два спустя она убежала с ним в Чехословакию. После этого я много лет считал, что убежать в Чехословакию — это то же самое, что отдаться чувствам и посвятить этим радостям жизнь.

Характерными чертами нашего буржуазного семейного счастья были еженедельная игра в карты в доме моих родителей, семейное празднование еврейских праздников и летние каникулы. По воскресеньям тетя Минна, младшая сестра моей мамы, и дядя Сруль, ее муж, приходили к нам вечером пить чай. Мой отец и Сруль проводили большую часть времени за карточной игрой в пинокль, в которую мой отец играл превосходно и делал это очень оживленно и весело.

По случаю Песаха наша семья собиралась вместе в доме дедушки и бабушки, Герша и Доры Цимельс. Мы читали Хаггаду — рассказ о бегстве евреев из египетского плена, а затем наслаждались заботливо приготовленными моей бабушкой пасхальными блюдами, венцом была ее фаршированная рыба, которую я по-прежнему считаю самым вкусным блюдом на свете. Я особенно хорошо запомнил Песах 1936 года. За несколько месяцев до праздника тетя Минна вышла замуж за дядю Сруля, и я тоже присутствовал на свадьбе — помогал нести шлейф ее прекрасного платья. Сруль был довольно богат. Он основал успешное кожевенное предприятие, и его свадьба с Минной была такой изысканной, как ничто виденное мною раньше. Поэтому я был очень доволен доверенной мне ролью.

В первый пасхальный вечер я простодушно рассказал Минне, как мне понравилась ее свадьба, где все были так красиво одеты и еда была так сервирована. Я сказал, что эта свадьба была так прекрасна, что я хочу, чтобы у нее скоро была еще одна, чтобы я мог снова испытать это особое ощущение. Чувства Минны по отношению к Срулю, как я узнал впоследствии, оказались несколько противоречивыми. Она считала, что превосходит его в интеллектуальном и социальном плане, и поэтому сразу подумала, что я говорю не о самом событии, а о выборе ее спутника жизни. Она решила, что мне хотелось бы, чтобы она вышла замуж за кого-нибудь другого — быть может, более соответствующего ее уму и происхождению. Минна страшно рассердилась и прочитала мне длинную лекцию о святости брачных уз. Как я посмел предположить, что она так скоро захочет сыграть еще одну свадьбу, выйти замуж за кого-то другого? Как я узнал впоследствии, читая книгу Фрейда «Психопатология обыденной жизни», фундаментальный принцип динамической психологии гласит, что бессознательное никогда не лжет.

Август, время летних каникул, мои родители и мы с Людвигом всегда проводили в Менихкирхене — фермерской деревушке в пятидесяти милях к югу от Вены. В июле 1934-го мы как раз готовились к отъезду туда, когда канцлер Австрии Энгельберт Дольфус был убит группой австрийских нацистов, переодетых полицейскими. Это была первая буря, отпечатавшаяся в моем зарождавшемся политическом сознании.

Подражая Муссолини, Дольфус, избранный канцлером в 1932 году, добился слияния христианских социалистов с Отечественным фронтом и установил авторитарный режим, выбрав в качестве эмблемы разновидность обычного креста, а не свастику, тем самым выражая приверженность христианским, а не нацистским идеалам. Чтобы обеспечить себе контроль над правительством, он отменил австрийскую конституцию и объявил вне закона все оппозиционные партии, включая нацистов. Хотя Дольфус и противостоял стремлению австрийского национал-социализма создать пангерманское государство, которое объединило бы весь немецкоговорящий народ, его отмена старой конституции и конкурирующих политических партий открыла двери для прихода Гитлера. После убийства Дольфуса, в течение первых лет правления его преемника, Курта фон Шушнига, австрийская нацистская партия была загнана еще глубже в подполье. Тем не менее она продолжала набирать сторонников, особенно среди учителей и других гражданских служащих.

Гитлер был австрийцем и жил в Вене. Он переехал в столицу из своего родного города Браунау-на-Инне в 1908 году в возрасте девятнадцати лет в надежде стать художником. Хотя у него и был некоторый талант живописца, после нескольких попыток ему так и не удалось поступить в Венскую академию художеств. Но в Вене он попал под влияние Карла Люэгера. Именно на примере Люэгера Гитлер впервые познакомился с властью ораторской демагогии и политической выгодой антисемитизма.

Гитлер с юных лет мечтал об объединении Австрии и Германии. В связи с этим программа немецкой нацистской партии, отчасти бравшей за образец австрийских нацистов, с самого своего возникновения в двадцатых годах включала пункт об объединении немецкоговорящего народа в Великую Германию. Осенью 1936 года Гитлер начал претворять этот пункт в жизнь. Придя в 1933 году к власти в Германии, в 1935-м он восстановил воинскую повинность, а в следующем году приказал войскам вновь занять Рейнскую область — немецкоговорящий регион, по условиям Версальского договора демилитаризованный и поставленный под надзор Франции. После этого его выступления стали агрессивнее, и теперь в них содержалась угроза нападения на Австрию. Шушниг мечтал умиротворить Гитлера, в то же время сохранив независимость своей страны, поэтому он отреагировал на угрозы, попросив Гитлера о встрече. Они встретились 12 февраля 1938 года в Берхтесгадене, вблизи австрийской границы, где Гитлер, движимый сентиментальными побуждениями, устроил себе частную резиденцию.

Демонстрируя силу, Гитлер прибыл на эту встречу в сопровождении двух генералов и угрожал вторжением в Австрию, если Шушниг не отменит ограничения, наложенные на деятельность австрийской нацистской партии, и не назначит троих нацистов на ключевые министерские должности. Шушниг отказался. Но Гитлер усилил давление, и в тот же день обессиленный канцлер в конце концов сдался, согласившись легализовать нацистскую партию, выделить ей два министерских портфеля, освободить нацистов, которых держали под стражей как политических заключенных. Но соглашение между Шушнигом и Гитлером только увеличило жажду власти у австрийских нацистов. Ставшие теперь группой немалых размеров, они вышли из подполья и бросили вызов правительству Шушнига, устроив несколько выступлений, которые полиции оказалось непросто подавить. Перед лицом угрозы гитлеровской агрессии извне и восстания австрийских нацистов изнутри Шушниг перешел в наступление и решительно объявил о референдуме, который должен был состояться 13 марта, всего через месяц после его встречи с Гитлером. Вопрос, вынесенный на этот референдум, был прост: должна ли Австрия остаться свободной и независимой, да или нет?

Этот смелый шаг Шушнига, высоко оцененный моими родителями, встревожил Гитлера, так как казалось почти несомненным, что референдум закончится победой сторонников независимости Австрии. Гитлер отреагировал, мобилизовав войска и пригрозив вторжением, если Шушниг не перенесет референдум, не подаст в отставку и не сформирует правительство, которое должен был возглавить новый канцлер — австрийский нацист Артур Зейсс-Инкварт. Шушниг обратился за помощью к Великобритании и Италии — двум странам, которые до этого поддерживали независимость Австрии. К ужасу венских либералов, таких как мои родители, ни одна из этих стран не отреагировала. Покинутый потенциальными союзниками, стремясь избежать бессмысленного кровопролития, вечером пропуск марта Шушниг подал в отставку.

Несмотря на то что президент Австрии согласился на все требования Германии, на следующий день Гитлер начал вторжение.

Дальнейшее оказалось сюрпризом. Вместо толп возмущенных австрийцев Гитлера восторженно встречало ощутимое большинство населения. Как отметил Джордж Беркли, это резкое превращение граждан, еще вчера кричавших о своей верности Австрии и поддерживавших Шушнига, в людей, приветствующих гитлеровские войска как «германских братьев», нельзя объяснить просто выходом десятков тысяч нацистов из подполья. То, что произошло, представляло собой скорее одно из «самых быстрых и полных массовых обращений в новую веру» во всей человеческой истории.

Как писал об этом впоследствии Ханс Ружичка, «это — люди, которые рукоплескали императору, а затем проклинали его, которые приветствовали демократию после свержения императора, а затем аплодировали [дольфусовскому] фашизму, когда к власти пришел новый режим. Сегодня такой человек нацист, завтра он будет кем-нибудь еще».

Австрийская пресса не стала исключением. В пятницу 11 марта Reichspost, одна из ведущих газет страны, поддерживала Шушнига. Два дня спустя та же газета на первой странице опубликовала редакторскую статью, озаглавленную «К исполнению», в которой говорилось: «Благодаря гению и решимости Адольфа Гитлера час всегерманского единства настал».

Злобные нападки на евреев, начавшиеся в середине марта 1938 года, достигли апогея восемь месяцев спустя, во время Хрустальной ночи. Когда я впоследствии читал об этом, я узнал, что отчасти ночь была вызвана событиями 28 октября 1938 года. В тот день нацисты депортировали семнадцать тысяч евреев, происходивших из Восточной Европы, бросив их на произвол судьбы возле городка Збоншинь на границе Германии и Польши. В то время нацисты по-прежнему рассматривали эмиграцию, добровольную или насильственную, как способ решения «еврейского вопроса». Утром 7 ноября семнадцатилетний еврейский юноша Гершель Гриншпан, взбешенный депортацией его родителей в Збоншинь из их дома в Германии, застрелил Эрнста фон Рата, третьего секретаря посольства Германии в Париже, по ошибке приняв его за германского посла. Два дня спустя, используя это событие как предлог, чтобы обрушиться на еврейство, организованные толпы подожгли большинство синагог в Германии и Австрии.

Из всех городов, бывших под властью нацистов, Вена пала особенно низко. Над евреями издевались и жестоко били, выгоняли с предприятий и временно выселяли из домов, после чего их предприятия и дома грабили алчные соседи. Наша прекрасная синагога на Шопенгауэр-штрассе была полностью уничтожена. Симон Визенталь, ведущий охотник за нацистами после Второй мировой войны, впоследствии говорил, что «по сравнению с Веной Хрустальная ночь в Берлине была милым рождественским праздником».

В день Хрустальной ночи моего отца задержали, а его магазин конфисковали и передали новому владельцу, нееврею. Это делалось в порядке так называемой ариезации (Ariesierung) собственности — узаконенной нацистами формы грабежа. С середины ноября 1938 года, когда моего отца выпустили из-под стражи, до августа 1939-го, когда они с мамой уехали из Вены, мои родители очень бедствовали. Как я узнал намного позже, они получали продовольствие, а отец — иногда и возможность работать, например переносить мебель, от Israelitische Kuttusgemeinde der Stadt Wien — Еврейской общины города Вены.

Мои родители знали об антиеврейских законах, введенных в Германии после прихода Гитлера к власти, и понимали, что насилие в Вене теперь едва ли утихнет. Они были уверены, что нам нужно уезжать, причем как можно скорее. Брат моей мамы, Берман Цимельс, лет десять назад переехал из Австрии в Нью-Йорк, где устроился работать бухгалтером. Мама написала ему 15 марта 1938 года, всего через три дня после вступления Гитлера в Вену, и он быстро прислал нам заверенные нотариусом письма, гарантирующие американским властям, что он обеспечит нас средствами к существованию в Соединенных Штатах. Однако в 1924 году Конгресс принял закон об иммиграции, устанавливавший квоты на число иммигрантов в Соединенные Штаты из стран Восточной и Южной Европы. Так как мои родители родились на территории, которая теперь входила в состав Польши, нам потребовалось около года дожидаться повышения квоты, несмотря на то что в нашем распоряжении были требуемые гарантийные письма. Когда размер квоты был наконец объявлен, нам пришлось эмигрировать поэтапно, тоже из-за законов об иммиграции, где оговаривался порядок, в котором члены одной семьи имели право въезжать в Соединенные Штаты. Согласно этому порядку первыми могли приехать родители моей мамы, что они и сделали в феврале 1939 года, затем, в апреле, мы с братом и, наконец, родители — в конце августа, всего за несколько дней до того, как разразилась Вторая мировая война.

Из-за того что у моих родителей отняли их единственный источник дохода, у нас не было денег на дорогу до Соединенных Штатов. Поэтому родители подали прошение в Еврейскую общину, чтобы им оплатили полтора билета на корабль компании Holland America Line: один билет для моего брата и полбилета для меня. Несколько месяцев спустя они подали прошение об оплате двух билетов для них самих. Нам повезло, что оба прошения удовлетворили. Мой отец был честным, добросовестным человеком и всегда вовремя платил по счетам. У меня сейчас находятся все документы, которые прилагались к его прошению, и они показывают, как исправно он платил свои членские взносы в Еврейскую общину. В аттестации, приложенной сотрудником общины к прошению отца, особо отмечается, что это человек достойный, с безупречной репутацией.

Последний год в Вене сыграл в моей жизни определяющую роль. Разумеется, он заронил во мне чувство глубокой, неизменной благодарности за жизнь, выпавшую мне в Соединенных Штатах. Но несомненно и то, что зрелище Вены под властью нацистов было также моим первым знакомством с темной, садистской стороной человеческого поведения. Как понять эту дикую жестокость, внезапно охватившую столь многих людей? Как могло высокообразованное общество так быстро принять политику карательных мер, в основе которой лежат ненависть и презрение к целому народу?

Ответить на эти вопросы сложно. Многие исследователи пытались предложить свои обрывочные и противоречивые ответы. Один из выводов, который будоражит мои чувства, состоит в том, что качество культуры того или иного общества не может служить надежным показателем его уважения к человеческой жизни. Культура просто не способна избавить людей от их склонностей и преобразовать их образ мышления. Стремление уничтожать людей, не принадлежащих к собственной группе, может быть врожденным и возбуждаться почти в любой сплоченной группе.

Я сильно сомневаюсь, что какие-либо из подобных псевдогенетических наклонностей могли бы работать в полном вакууме. Немцы в целом не разделяли озлобленного антисемитизма австрийцев. Почему же тогда культурные ценности венцев так кардинально разошлись с их моральными ценностями? Разумеется, поведение венцев в 1938 году во многом объясняется чистым оппортунизмом. Успехи еврейского сообщества — экономические, политические, культурные и академические — вызывали зависть и жажду мести у неевреев, особенно в университетской среде. Процент членов нацистской партии среди университетских преподавателей намного превосходил таковой среди населения в целом. В результате венцы-неевреи стремились продвинуться в своей профессии, заняв места преуспевших евреев, — и евреи, работавшие университетскими преподавателями, юристами и врачами, быстро остались без работы. Многие венцы просто присвоили себе жилье и имущество евреев. В результате, как показало подробное исследование этого периода, которое провели Тина Вальцер и Штефан Темпль, «большое число адвокатов, судей и врачей в 1938 году повысило уровень собственного благосостояния, ограбив своих ближних — евреев. Успех многих австрийцев в наши дни основан на деньгах и собственности, украденных шестьдесят лет назад».

Еще одно объяснение этого расхождения культурных и моральных ценностей связано с переходом от культурной формы антисемитизма к расовой. Культурный антисемитизм основан на представлении о «еврейскости» как религиозной или культурной традиции, передаваемой путем обучения, через особые обычаи и образование. Эта форма антисемитизма приписывает евреям определенные отталкивающие психологические и социальные особенности, приобретаемые путем усвоения культуры, например неодолимое стремление к наживе. Однако такой антисемитизм также предполагает, что, поскольку еврейскость приобретается воспитанием в еврейской семье, эти особенности можно и устранить через образование или обращение в иную веру, когда еврей или еврейка преодолевает свое еврейство. Еврей, обратившийся в католицизм, в принципе может быть ничем не хуже любого другого католика.

Считается, что расовый антисемитизм, напротив, происходит из убеждения, что евреи как раса генетически отличаются от других рас. Это представление восходит к доктрине богоубийства, которой долгое время учила Римско-католическая церковь. Как доказывал Фредерик Швейцер, католик, изучавший историю евреев, эта доктрина и положила начало представлениям о том, что евреи повинны в смерти Христа (до недавнего времени Католическая церковь не отрекалась от этих представлений). Согласно Швейцеру, эта доктрина предполагала, что евреи, виновные в богоубийстве, как раса обладают врожденным недостатком человечности и поэтому должны генетически отличаться от других людей, быть недолюдьми. Значит, их можно без сожаления исключить из числа человеческих рас. Расовый антисемитизм был обоснован испанской инквизицией в начале XIV века и воспринят в семидесятых годах XIX века некоторыми австрийскими (и немецкими) интеллектуалами, в числе которых были Георг фон Шенерер, лидер пангерманских националистов в Австрии, и Карл Люэгер, венский бургомистр. Хотя до 1938 года расовый антисемитизм и не был в Вене господствующей политической силой, после марта этого года он приобрел статус официальной государственной политики.

После того как расовый антисемитизм пришел на смену культурному, ни один еврей уже никак не мог стать «истинным» австрийцем. Обращение (религиозного свойства) стало невозможным. Единственно возможным решением еврейского вопроса оставалось изгнание или истребление евреев.

Мы с братом выехали в Брюссель на поезде в апреле 1939 года. Мне, девятилетнему, было очень тяжело покидать родителей, хотя отец не терял оптимизма, а мама невозмутимо уверяла, что все будет в порядке. Когда мы доехали до границы Германии с Бельгией, поезд ненадолго остановился, и в вагон вошли немецкие таможенники. Они потребовали, чтобы мы показали им ювелирные изделия и любые другие ценные вещи, которые могли у нас быть. Молодая женщина, ехавшая вместе с нами, предупреждала нас с Людвигом о возможности такого требования. Поэтому я спрятал в кармане небольшое золотое колечко с моими инициалами, подаренное мне на семилетие. Страх, который я всегда испытывал в присутствии нацистов, стал почти невыносимым, когда они зашли в поезд, и я очень боялся, что они найдут это колечко. К счастью, они не обратили на меня особого внимания, и я остался дрожать незамеченным.

В Брюсселе мы остановились у тети Минны и дяди Сруля. Солидные финансовые средства дали им возможность приобрести визу, позволившую въехать в Бельгию и поселиться в Брюсселе. Они собирались переехать к нам в Нью-Йорк через несколько месяцев. Из Брюсселя мы с Людвигом поехали на поезде в Антверпен, где сели на пароход «Герольдштейн» компании Holland America Line и через десять дней прибыли в город Хобокен в штате Нью-Джерси, проследовав мимо гостеприимно приветствовавшей нас статуи Свободы.

3. Американское образование

Приехав в Соединенные Штаты, я словно заново родился. Я еще не предвидел этого и не знал языка, чтобы сказать: «Free at last»[5], но сразу почувствовал, и чувство это осталось во мне навсегда. Джеральд Холтон, историк науки из Гарвардского университета, отметил, что для многих венских эмигрантов моего поколения полученное в Вене отличное образование в сочетании с чувством освобождения по прибытии в Америку высвободили безграничную энергию и вдохновили нас на то, чтобы мыслить по-новому. Это в полной мере относится и ко мне. Среди многого другого, что дала мне эта страна, было превосходное гуманитарное образование, полученное в Еврейской школе Флэтбуша, средней школе Эразмус-Холл и Гарвардском колледже.

Мы с братом поселились у маминых родителей, Герша и Доры Цимельс, приехавших в Бруклин в феврале 1939 года, за два месяца до нас. Я совсем не говорил по-английски и чувствовал, что мне нужно приспосабливаться к новой жизни. Поэтому я отбросил последнюю букву моего имени, Эрих (Erich), и стал пользоваться им в нынешнем написании. С Людвигом произошло еще более серьезное превращение — в Льюиса. Наши тетя Паула и дядя Берман, жившие в Бруклине с тех пор, как в двадцатые годы они приехали в Соединенные Штаты, устроили меня в государственную начальную школу № 217, расположенную в квартале Флэтбуш недалеко от дома, где мы жили. Я ходил в эту школу только двенадцать недель, но к началу летних каникул уже умел достаточно хорошо говорить по-английски, чтобы меня понимали. В то лето я перечитал книгу Эриха Кестнера «Эмиль и сыщики» — одну из любимых книг моего детства, на этот раз на английском, и был искренне горд этим достижением.

Мне не очень нравилось в школе № 217. Туда ходили и многие другие еврейские дети, но я тогда этого не понимал. Мне как раз казалось, что, раз среди учеников так много светловолосых и голубоглазых, значит, они не евреи, и я боялся, что рано или поздно они станут относиться ко мне враждебно. Поэтому я охотно поддался на уговоры дедушки и перешел в еврейскую приходскую школу. Дедушка был весьма религиозным и ученым человеком, хотя и немного не от мира сего. Мой брат сказал, что наш дедушка — единственный известный ему человек, который умеет говорить на семи языках, но на всех говорит так, что ничего не понятно. Дедушка мне очень нравился, а я нравился ему, и он без труда убедил меня в течение лета заниматься с ним ивритом, чтобы осенью я мог поступить в Еврейскую школу Флэтбуша. В программу этой знаменитой дневной еврейской школы входили уроки светских дисциплин на английском и религиозные занятия на иврите, и то и другое с очень высоким уровнем требований.

Дедушкины уроки позволили мне осенью 1939 года поступить в эту школу. Когда в 1944 году я ее окончил, я знал иврит почти так же хорошо, как английский. Я прочитал на иврите Пятикнижие, Книги Царств, Книги Пророков и кое-что из Талмуда. Впоследствии я почувствовал и радость, и гордость, когда узнал, что Барух Бламберг, который в 1976 году удостоился Нобелевской премии по физиологии и медицине, тоже был из числа людей, получивших прекрасное образование в Еврейской школе Флэтбуша.

Мои родители уехали из Вены в конце августа 1939 года. Незадолго до их отъезда моего отца еще раз арестовали и привезли на Венский футбольный стадион, где допрашивали и запугивали «коричневые рубашки» из Sturm Abteilung (SA). Но после того, как выяснилось, что он получил американскую визу и собирается уехать, его освободили, и это, возможно, спасло ему жизнь.

Когда мои родители приехали в Нью-Йорк, отец, который ни слова не знал по-английски, нашел себе работу на фабрике, производившей зубные щетки. В Вене зубная щетка была символом его унижения, но в Нью-Йорке с нее начался его путь к лучшей жизни. Хотя ему и не нравилась эта работа, он взялся за нее со своим обычным рвением и вскоре получил выговор от представителя профсоюза за то, что делал очень много щеток за единицу времени, создавая впечатление, что другие работают слишком медленно. Но отца это не остановило. Он всей душой полюбил Америку. Как и многие другие иммигранты, он нередко называл ее goldene Medina — золотой страной, сулившей евреям безопасность и демократию. Еще в Вене он читал романы Карла Мая, мифологизировавшие покорение американского Запада и храбрость американских индейцев, и им тоже по-своему овладел дух Фронтира.

Со временем мои родители накопили достаточно денег, чтобы взять в аренду и обустроить скромный магазин одежды. Они работали вместе, продавая простые женские платья и фартуки, а также мужские рубашки, галстуки, нижнее белье и пижамы. Мы сняли квартиру над этим магазином, в доме номер 411 по Черч-авеню в Бруклине. Родители зарабатывали достаточно не только для жизни, но и на то, чтобы через некоторое время выкупить дом, в котором находились магазин и квартира. Кроме того, они смогли оплачивать мое обучение в колледже и медицинской школе.

Родители были так заняты своим магазином, источником финансового благополучия себя и своих детей, что совсем не приобщались к культурной жизни Нью-Йорка, которой мы с Льюисом начали увлекаться. И все же, несмотря на их вечные труды, они не теряли оптимизма и всегда поддерживали нас, никогда не пытаясь навязывать свои решения в том, что касалось работы и развлечений. Мой отец был честен и принципиален до одержимости: он считал своим долгом немедленно платить по всем счетам за товары, приходившие от поставщиков, и нередко дважды пересчитывал сдачу, перед тем как отдать ее покупателю. От нас с Льюисом он ожидал такой же щепетильности в финансовых вопросах. Но помимо ожидания того, что я буду вести себя разумно и корректно, я никогда не чувствовал с его стороны никакого давления в выборе специальности. Я, в свою очередь, никогда и не ждал от него советов по этим вопросам, учитывая его скромный опыт в социальной и образовательной сферах. За советами я обычно обращался к матери или, чаще, к брату, преподавателям и особенно часто — к своим друзьям.

Отец оставил работу в магазине лишь за неделю до смерти, в 1977 году, когда ему было семьдесят девять. Вскоре после этого мама продала и магазин, и дом, в котором он располагался, и переехала в более комфортабельную и немного более богатую квартиру неподалеку, на Оушн-Паркуэй. Она умерла в 1991 году, когда ей было девяносто четыре.

Когда в 1944 году я окончил Еврейскую школу Флэтбуша, она еще не была связана, как сегодня, с определенной средней школой, поэтому я пошел в Эразмус-холл — местную государственную среднюю школу, отличавшуюся очень высоким уровнем образования. Там я увлекся историей, литературной деятельностью и девушками. Я писал статьи для школьной газеты The Dutchman[6] и стал редактором ее спортивного раздела. Я также играл в футбол и был одним из капитанов команды по легкой атлетике (рис. 3–1). Второй капитан, Рональд Берман, один из моих самых близких школьных друзей, был превосходным бегуном и однажды выиграл состязание по бегу на полмили в городском чемпионате (я пришел пятым). Впоследствии Рон стал шекспироведом и профессором английской литературы в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Он был председателем Национального фонда гуманитарных наук в администрации президента Никсона.

3–1. Команда-победительница на Пенсильванской эстафете 1948 года. Пенсильванская эстафета — это ежегодное общенациональное соревнование по легкой атлетике для школьников и студентов колледжа. Мы выиграли состязание по бегу на одну милю для школьников. (Фото любезно предоставил Рон Берман). Слева направо: Джон Ракер, Эрик Кандель, Джон Бартел, Рональд Берман, Питер Маннус.

Мой учитель истории, Джон Кампанья, выпускник Гарварда, убедил меня подать документы в Гарвардский колледж. Когда я впервые заговорил о поступлении в Гарвард с родителями, отец (который, как и я, плохо представлял себе, чем отличаются друг от друга разные американские университеты) отговаривал меня, потому что подавать документы в еще один колледж было дорого. Я тогда уже подал документы на поступление в Бруклинский колледж — прекрасное учебное заведение, в котором ранее учился мой брат. Узнав об опасениях отца, мистер Кампанья вызвался из собственного кармана заплатить за меня пятнадцать долларов, необходимых для подачи документов. Я был одним из двух поступивших в Гарвард студентов нашего выпуска из 1150 человек (другим был Рон Берман), причем мы оба получили стипендию. После этого мы оценили истинный смысл гарвардского гимна — Fair Harvard. Действительно, fair Harvard[7]!

Хотя я был очень взволнован своей удачей и бесконечно благодарен мистеру Кампанье, я с тревогой покидал Эразмус-холл в полной уверенности, что мне уже никогда не доведется испытать безграничную радость, которую мне давали ощущение социализации и успехи в учебе и спорте в этой школе. В еврейской школе я был просто способным учеником. В Эразмусе я стал не только способным учеником, но и спортсменом. Для меня это была огромная разница. Именно в Эразмусе я впервые почувствовал, что перестал находиться в тени брата, которая так тяготила меня в годы нашей учебы в Вене. У меня впервые были свои собственные увлечения.

В Гарварде я специализировался на истории и литературе современной Европы. Это была специализация по выбору, которая требовала подготовить на последнем курсе[8] исследовательскую курсовую. Те и только те, кто выбирал эту специальность, имели право получать консультации начиная со второго курса вначале небольшими группами, а затем в индивидуальном порядке. Моя исследовательская работа была посвящена отношению к национал-социализму трех немецких писателей: Карла Цукмайера, Ханса Кароссы и Эрнста Юнгера. Эти трое были представителями разных позиций, отражавших широкий спектр реакций немецких интеллектуалов на наступление нацизма. Цукмайер, бесстрашный либерал, всегда осуждавший нацизм, рано покинул Германию и переехал вначале в Австрию, а затем в Соединенные Штаты. Каросса, врач и поэт, занял нейтральную позицию и телом остался в Германии, хотя его душа, как он утверждал, бежала в другие края. Юнгер, лихой германский офицер в годы Первой мировой войны, воспевал духовные добродетели войны и воинов и был идейным предтечей нацистов.

Я пришел к неутешительному выводу, что многие немецкие художники и интеллектуалы, в том числе такие, казалось бы, утонченные умы, как Юнгер, или великий философ Мартин Хайдеггер, или дирижер Герберт фон Караян, с готовностью и рвением поддались националистическому пылу и расистской пропаганде национал-социализма. Последующие исследования Фрица Штерна и других историков показали, что в первый год правления Гитлера у него не было широкой народной поддержки. Если бы интеллектуалы сумели успешно мобилизоваться и повести за собой какие-то слои населения, они вполне могли бы остановить или хотя бы сильно ограничить Гитлера в его стремлении к абсолютной власти.

Я начал работать над своей курсовой на третьем курсе, в то время когда еще собирался после колледжа заниматься историей европейской культуры. Однако ближе к концу третьего курса я познакомился с Анной Крис, студенткой Рэдклифф-колледжа[9], которая тоже эмигрировала из Вены, и влюбился в нее. В то время я ходил на два курса семинаров Карла Фиетора: один был посвящен великому немецкому поэту Гете, другой — современной немецкой литературе. Фиетор был одним из самых выдающихся специалистов по немецкой культуре в Соединенных Штатах, а кроме того, талантливым и харизматичным преподавателем, и он поддерживал мое намерение продолжить заниматься немецкой историей и литературой. Он написал две книги о Гете (одну о его молодости, другую о нем как о зрелом поэте) и новаторское исследование, посвященное Георгу Бюхнеру, сравнительно малоизвестному драматургу, которого Фиетор помог заново открыть. За свою короткую жизнь Бюхнер успел написать одно из первых реалистических и экспрессионистских произведений — неоконченную пьесу «Войцек», первую драму, изображающую простого, бестолкового человека как личность героических пропорций. Пьеса была опубликована лишь после смерти Бюхнера от брюшного тифа в 1837 году (в возрасте двадцати четырех лет), и впоследствии Альбан Берг переделал ее в либретто оперы («Воццек») и положил на музыку.

Анне очень нравилось, что я так хорошо знаком с немецкой литературой, и первое время мы не раз проводили вечера вместе за чтением немецких стихов — Новалиса, Рильке и Штефана Георге. На четвертом курсе я собирался выбрать еще два курса семинаров Фиетора. Но он внезапно умер от рака. Его смерть была для меня личным горем. Кроме того, из-за нее у меня оказалось много пустого места в учебном расписании, которое я уже спланировал. За несколько месяцев до смерти Фиетора я познакомился с родителями Анны, Эрнстом и Марианной Крис, двумя известными психоаналитиками из круга Фрейда. Общение с ними подогрело мой интерес к психоанализу и изменило мои представления о том, чем можно занять освободившееся теперь место в моем расписании.

Трудно передать сегодня ту притягательную силу, которую излучал психоанализ для молодых людей пятидесятых годов. Например, была разработана теория психики, которая позволила мне впервые оценить сложность человеческого поведения и мотиваций, лежащих в его основе. В ходе занятий по курсу Фиетора о современной немецкой литературе я прочитал книгу Фрейда «Психопатология обыденной жизни», а также произведения трех других авторов, интересовавшихся внутренними механизмами человеческой психики: Артура Шницлера, Франца Кафки и Томаса Манна. Даже в сравнении с сочинениями этих титанов литературы прозу Фрейда было приятно читать. Его немецкий, за который он в 1930 году получил премию Гете, был прост, кристально ясен и полон юмора и бесконечных отсылок к его собственным трудам. Эта книга открыла мне новый мир.

«Психопатология обыденной жизни» содержит ряд историй, настолько глубоко вошедших в нашу культуру, что сегодня они могли бы послужить сценарием для фильма Вуди Аллена или материалами для выступлений эстрадного сатирика. Фрейд подробно описывает совершенно обыденные, казалось бы, непримечательные события — оговорки, странные случайности, ситуации, когда люди кладут предметы не на место, неправильно пишут слова, не могут что-то запомнить, — и на этих примерах показывает, что человеческая психика подчиняется определенному набору правил, большинство из которых имеет бессознательную природу. На первый взгляд все эти недоразумения кажутся обыкновенными ошибками, незначительными случайностями, которые происходят с каждым (со мной они определенно происходили). Но Фрейд помог мне понять, что ни одна из этих ошибок не случайна. Каждая из них последовательно и объяснимо связана с остальной психической жизнью человека. Меня особенно поразило, что Фрейд написал все это, не будучи знакомым с моей тетей Минной!

Затем Фрейд доказывал, что психологический детерминизм (представление о том, что мало что, если вообще что-то, происходит в нашей психической жизни случайно, а каждое психологическое событие определяется предшествующим) играет ключевую роль не только в нормальной психической жизни, но и в психических заболеваниях. Любой симптом нервного расстройства, каким бы странным он ни казался, не странен для нашего бессознательного начала и связан с другими предшествующими психическими явлениями. Связь между оговоркой и ее причиной, между симптомом и лежащим в его основе когнитивным процессом кроется в работе защитных механизмов (вездесущих, динамичных, бессознательных психических процессов), которые приводят к непрерывной борьбе между саморазоблачающими и самозащитными психическими событиями. Психоанализ сулил возможность самопонимания и даже успешной терапии с помощью анализа бессознательных мотиваций и защитных механизмов, лежащих в основе человеческих поступков.

Что особенно привлекало меня в психоанализе во время учебы в колледже, так это то, что он совмещал в себе работу воображения, всесторонность и эмпирическую базу (по крайней мере, так мне по наивности казалось). Никакие другие представления о психической жизни и близко не дотягивали до психоанализа по диапазону приложения или тонкости объяснений.

В самом деле, вплоть до конца XIX века у людей не было иных подходов к тайнам человеческой психики, кроме философской интроспекции (анализа собственных мыслей специально подготовленными наблюдателями) и откровений великих писателей, таких как Джейн Остин, Чарльз Диккенс, Федор Достоевский и Лев Толстой. Чтение всего этого вдохновляло меня в первые годы обучения в Гарварде. Однако, как я узнал от Эрнста Криса, ни подобный самоанализ, ни художественные откровения не могли обеспечить систематического накопления знаний, необходимых для заложения фундамента науки о психике. Ее фундамент требовал большего, чем откровения, — экспериментальных данных. Поэтому ощутимые успехи экспериментальной науки в области астрономии, физики и химии вдохновили исследователей психики на разработку экспериментальных методов изучения поведения.

Поиск таких методов начался с идеи Чарльза Дарвина, что человеческое поведение развилось в ходе эволюции из поведенческого репертуара наших животных предков. Эта идея положила начало представлению о том, что подопытных животных можно использовать в качестве моделей для изучения человеческого поведения. Российский физиолог Иван Павлов и американский психолог Эдвард Торндайк проверяли на животных выводы, следующие из философского представления о том, что мы обучаемся посредством ассоциации идей, впервые сформулированного Аристотелем и впоследствии разработанного Джоном Локком. Павлов открыл выработку классических условных рефлексов — способ научить животное ассоциировать два раздражителя. Торндайк же открыл выработку инструментальных условных рефлексов, при которой животное учат ассоциировать поведенческую реакцию с ее последствиями. Эти два механизма обучения заложили фундамент научного исследования обучения и памяти не только у простых животных, но и у человека. На смену предположению Аристотеля и Локка, что обучение включает ассоциацию идей, пришел эмпирический факт, что обучение происходит путем ассоциации двух раздражителей или раздражителя и вызываемой им реакции.

В ходе исследований выработки классических условных рефлексов Павлов открыл две неассоциативные формы обучения: привыкание и сенсибилизацию. При этих формах животное обучается только свойствам единственного раздражителя и не учится ассоциировать два раздражителя друг с другом. При привыкании животное учится игнорировать раздражитель в связи с его малозначительностью, в то время как при сенсибилизации оно обучается обращать внимание на раздражитель в связи с его важностью.

Открытия Торндайка и Павлова оказали огромное влияние на психологию, положив начало бихевиоризму — первой школе эмпирического анализа обучения. Бихевиоризм сулил надежду, что поведение можно будет изучать такими же точными методами, как те, что применяются в естественных науках. К тому времени, как я поступил в Гарвард, ведущим поборником бихевиоризма стал Беррес Фредерик Скиннер. Я познакомился с его идеями в ходе разговоров с друзьями, посещавшими его курсы. Скиннер следовал философскому пути, намеченному основателями бихевиоризма. Общими усилиями они сузили кругозор бихевиоризма, настаивая на том, что подлинно научная психология должна ограничиваться лишь доступными для всеобщего наблюдения и объективного измерения аспектами поведения. Это не оставляло места для интроспекции.

Поэтому Скиннер и другие бихевиористы сосредоточились исключительно на доступном для наблюдения поведении и исключили из своих работ любые упоминания психической жизни и попытки интроспекции, так как подобные вещи нельзя наблюдать, измерять или использовать для выработки общих правил человеческого поведения. Чувства, мысли, планы, желания, мотивы и ценности (внутренние состояния и личные ощущения, которые делают нас людьми и которые психоанализ выдвинул на первый план) считались недоступными для экспериментальной науки и ненужными науке о поведении. Бихевиористы были убеждены, что всю нашу психологическую деятельность можно удовлетворительно объяснить, не рассматривая подобных психических явлений.

Психоанализ, с которым я познакомился благодаря родителям Анны, был бесконечно далек от скиннеровского бихевиоризма. Более того, Эрнст Крис приложил немало усилий, чтобы преодолеть разногласия между ними. Он доказывая, что прелесть психоанализа во многом и состоит в том, что он, подобно бихевиоризму, стремится к объективности, к отказу от выводов, сделанных путем интроспекции. Фрейд говорил, что человек не может разобраться в своих собственных бессознательных процессах, заглянув внутрь самого себя, и только специально обученный, непредвзятый внешний наблюдатель (психоаналитик) способен выявить содержание бессознательного другого человека. Фрейд тоже ценил доступные для наблюдения экспериментальные свидетельства, но считал внешнее поведение лишь одним из многих путей исследования внутренних состояний, как сознательных, так и бессознательных. Фрейд в не меньшей степени интересовался внутренними процессами, определяющими реакции человека на определенные раздражители, чем реакциями как таковыми. Психоаналитики школы Фрейда доказывали, что, ограничивая исследование поведения анализом доступных для наблюдения измеримых действий, бихевиористы игнорируют важнейшие из вопросов, связанных с психическими явлениями.

Психоанализ был для меня тем более привлекателен из-за того, что Фрейд был венцем и евреем и вынужден был покинуть Вену. Чтение его работ на немецком пробуждало во мне тоску по той интеллектуальной жизни, о которой я слышал, но к которой так и не приобщился. Но еще важнее, чем чтение Фрейда, были для меня разговоры о психоанализе с родителями Анны — людьми необычайно интересными и увлеченными. Эрнст Крис был уже признанным историком искусства, хранителем прикладного искусства и скульптуры в венском Музее истории искусств, когда женился на Марианне и увлекся психоанализом. У него учился, в числе прочих, великий историк искусств Эрнст Гомбрих, с которым он впоследствии сотрудничал, и каждый из них внес весомый вклад в развитие современной психологии искусства. Марианна Крис была выдающимся психоаналитиком и преподавателем, а также удивительно доброжелательным человеком. Ее отцом был Оскар Рие — знаменитый педиатр, лучший друг Фрейда, лечивший его детей. Марианна была близким другом высокоодаренной дочери Фрейда Анны. Более того, именно в честь Анны Фрейд она и назвала свою дочь.

Эрнст и Марианна Крис всегда были добры ко мне, и я мог рассчитывать на их поддержку, как и все друзья их дочери. Я часто общался с ними и благодаря этому — с их коллегами, психоаналитиками Хайнцем Хартманном и Рудольфом Левенштейном. Вместе с Эрнстом Крисом они создали новое направление в психоанализе.

Когда Хартманн, Крис и Левенштейн переехали в Соединенные Штаты, они совместными усилиями подготовили ряд новаторских статей, в которых обратили внимание, что теория психоанализа придавала слишком большое значение фрустрациям и тревогам в развитии «я» — компонента психического аппарата, который, согласно теории Фрейда, находится в контакте с окружающим миром. Больше значения следует придавать нормальному когнитивному развитию. Для проверки этих идей Эрнст Крис призывал проводить эмпирические наблюдения за нормальным развитием детей. Преодолевая тем самым пропасть, разделявшую психоанализ и когнитивную психологию, которая в пятидесятые и шестидесятые еще только зарождалась, он убеждал американских психоаналитиков уделять больше внимания эмпирическим данным. Сам он, в свою очередь, стал сотрудником Центра исследования детского развития при Йельском университете и участвовал в наблюдениях, проводимых этим центром.

Наслушавшись их увлекательных дискуссий, я обратился в их веру в психоанализ как в интереснейший и, возможно, единственный подход, позволяющий разобраться в человеческой психике. Психоанализ открывал ни с чем не сравнимые возможности исследования не только рациональных и иррациональных аспектов мотивации и бессознательной и сознательной памяти, но также и упорядоченной природы когнитивного развития — развития восприятия и мышления. Эта область исследований стала казаться мне более увлекательной, чем история европейской литературы и культуры.

В пятидесятые годы считалось, что для того, чтобы стать практикующим психоаналитиком, лучше всего пойти в медицинскую школу, стать врачом и после этого выучиться на психиатра. Раньше я не рассматривал возможность выбора этого пути. Но со смертью Карла Фиетора в моем расписании освободилось место двух годовых курсов. Поэтому летом 1951 года я выбрал, почти не раздумывая, вводный курс по химии, который требовался для поступления в медицинскую школу. Мой замысел состоял в том, чтобы за четвертый год в колледже пройти курсы физики и биологии, тем временем написать курсовую и, если я не откажусь от этого замысла, пройти курс органической химии (последнее, что мне требовалось для поступления в медицинскую школу) после окончания Гарварда.

Летом 1951 года я жил в одном доме с четырьмя молодыми людьми, которые стали моими друзьями на всю жизнь. Это были Генри Нунберг (двоюродный брат Анны и сын еще одного великого психоаналитика, Германа Нунберга), Роберт Гольдбергер, Джеймс Шварц и Роберт Спитцер. Через несколько месяцев на основании того единственного курса химии и остальных показателей моей успеваемости в колледже меня приняли в Медицинскую школу Нью-Йоркского университета при условии, что я сдам недостающие курсы до дня зачисления осенью 1952 года.

Я поступил в медицинскую школу с твердым намерением стать психоаналитиком, это намерение сохранялось во мне в течение интернатуры и резидентуры по психиатрии. Однако на третьем курсе медицинской школы я сильно заинтересовался биологическими основами практической медицины. Я решил, что стоит узнать что-нибудь о биологии мозга. Одна из причин этого решения была в том, что мне очень понравился курс анатомии головного мозга, выбранный мной на втором курсе медицинской школы. Луис Хаусман, который вел курс, велел каждому из нас вылепить из цветного пластилина увеличенную в четыре раза модель человеческого мозга. Как мои однокурсники впоследствии написали в нашем ежегоднике[10], «пластилиновый образ пробудил дремлющий зародыш творчества, и даже наименее способный из нас породил свой многоцветный мозг».

При работе над моделью я впервые получил трехмерное представление о том, как соединены друг с другом головной и спинной мозг, вместе образующие центральную нервную систему (рис. 3–2). Я увидел, что она представляет собой в целом двусторонне-симметричную структуру, состоящую из определенных частей, каждая из которых имеет собственное интригующее название, например гипоталамус, таламус, мозжечок или миндалевидное тело. Спинной мозг оснащен механизмами, обеспечивающими работу простых безусловных рефлексов. Хаусман отмечал, что, исследуя спинной мозг, можно в миниатюре увидеть общий принцип работы нервной системы. Этот принцип состоит в том, чтобы получать сенсорную информацию, поступающую от кожи по пучкам длинных нервных волокон, называемых аксонами, и преобразовывать ее в скоординированные моторные сигналы, передаваемые мышцам и приводящие их в действие.

3–2. Центральная и периферическая нервная система. Центральная нервная система, состоящая из головного и спинного мозга, двусторонне-симметрична. Спинной мозг получает сенсорную информацию от кожи по пучкам длинных аксонов, иннервирующих кожу. Пучки называют периферическими нервами. Кроме того, спинной мозг посылает моторные сигналы к мышцам по аксонам двигательных нейронов. Сенсорные рецепторы и моторные аксоны входят в состав периферической нервной системы.

Продолжаясь вверх, в сторону головного мозга, спинной мозг переходит в мозговой ствол (рис. 3–3) — структуру, которая передает сенсорную информацию в расположенные выше участки головного мозга и моторные сигналы от этих участков вниз, к спинному мозгу. Мозговой ствол также регулирует внимание. Над мозговым стволом расположены гипоталамус, таламус и полушария головного мозга, поверхность которых покрыта крайне морщинистым наружным слоем — корой больших полушарий, связанной с высшими психическими функциями — восприятием, действиями, языком и планированием. В глубине коры расположены три структуры: базальные ядра, гиппокамп и миндалевидное тело (рис. 3–3). Базальные ядра помогают регулировать двигательную активность, гиппокамп задействован в некоторых аспектах работы памяти, а миндалевидное тело обеспечивает координацию автономных и эндокринных реакций в зависимости от эмоционального состояния.

3–3. Центральная нервная система.

Глядя на мозг, даже на его пластилиновую модель, трудно было не задаться вопросом, где размещаются в нем Фрейдовы «я», «оно» и «сверх-я». Фрейд живо интересовался анатомией мозга и неоднократно писал о важности биологии мозга для психоанализа. Например, в 1914 году он писал в своей работе «К введению в нарциссизм»: «Необходимо помнить, что все наши предварительные психологические положения придется когда-нибудь перенести на почву органических носителей». В 1920 году Фрейд вновь отметил, на этот раз в работе «По ту сторону принципа удовольствия»: «Недостатки нашего описания, вероятно, исчезли бы, если бы мы могли заменить психологические термины физиологическими или химическими».

Хотя большинство психоаналитиков в пятидесятые годы рассуждало о психике в небиологических терминах, немногие из них уже заговорили о биологии мозга и ее потенциальном значении для психоанализа. Благодаря Эрнсту и Марианне Крис я познакомился с тремя такими психоаналитиками: это были Лоуренс Кьюби, Сидней Марголин и Мортимер Остоу. Переговорив с каждым из них, осенью 1955 года я решил пройти в Колумбийском университете курс по выбору, который вел нейрофизиолог Гарри Грундфест. В то время нейробиология во многих медицинских школах Соединенных Штатов не считалась важной дисциплиной, и в Нью-Йоркском университете никто из преподавателей не вел курса по ее основам.

Это решение от всей души поддержала Дениз Бистрен — необычайно привлекательная и высокоинтеллектуальная француженка, с которой я за некоторое время до этого начал встречаться. Когда я занимался на курсе анатомии Хаусмана, мы с Анной стали отдаляться. Наши отношения очень много значили для нас обоих, пока мы оба были в Кембридже[11], но все стало иначе после того, как я переехал в Нью-Йорк, а она осталась. Наши интересы тоже начали расходиться. Поэтому в сентябре 1953 года, вскоре после того, как Анна окончила Рэдклифф, мы расстались. Теперь Анна в высшей степени успешно работает практикующим психоаналитиком в Кембридже.

После расставания с Анной у меня были серьезные, но непродолжительные отношения еще с двумя девушками, с каждой из которых мы расстались всего через год после того, как сошлись. Когда мои отношения со второй из них уже почти разладились, я познакомился с Дениз. Я узнал о ней от нашего общего друга и позвонил ей, чтобы куда-нибудь пригласить. По ходу нашего разговора она недвусмысленно дала понять, что занята и не особенно стремится знакомиться. И все же я продолжал изо всех сил уговаривать ее. Но все было бесполезно. Наконец я обронил, что родом из Вены. Тон ее голоса внезапно изменился. Когда она узнала, что я европеец, она, должно быть, подумала, что знакомство со мной может оказаться не совсем пустой тратой времени, и согласилась.

Заехав за ней на ее квартиру на Вест-Энд-авеню, я спросил, хочет ли она пойти в кино или в лучший бар во всей округе. Она сказала, что хотела бы пойти в лучший бар, и я привез ее в свою квартиру на Тридцать первой улице, неподалеку от медицинской школы. Мы снимали эту квартиру вдвоем с моим другом Робертом Гольдбергером. После переезда мы с Бобом сделали ремонт и соорудили прекрасно работающий бар — определенно лучше, чем у кого-либо из наших знакомых. Боб, настоящий ценитель шотландского виски, держал превосходную коллекцию, включавшую даже несколько односолодовых сортов.

Наши (в основном Боба) способности в обработке древесины произвели на Дениз впечатление, но виски она не пила. Поэтому я открыл бутылку шардоне, и мы прекрасно провели вечер, в ходе которого я рассказал ей о жизни в медицинской школе, а она мне — о своей работе по социологии в аспирантуре Колумбийского университета. Предметом особого интереса для Дениз было использование количественных методов для изучения изменений человеческого поведения. Через много лет она применила эту методологию для изучения возникновения подростковой наркомании. Ее эпидемиологические исследования стали вехой в развитии социологии: на их основе была разработана «шлюз-гипотеза», согласно которой переход к употреблению более сильных наркотиков связан с определенными элементами естественного хода человеческого развития.

Пора ухаживания прошла у нас удивительно гладко. Интеллект и любознательность сочетались в Дениз с удивительной способностью украшать повседневную жизнь. Она превосходно готовила, одевалась с большим вкусом (иногда она сама шила одежду) и любила окружать себя вазами, лампами и художественными произведениями, оживлявшими пространство, в котором она жила. Примерно так же, как Анна изменила мои представления о психоанализе, Дениз повлияла на мои представления и об эмпирической науке, и о качестве жизни.

Кроме того, благодаря Дениз я стал отчетливее ощущать себя евреем и человеком, пережившим холокост. Отец Дениз, талантливый инженер-механик, происходил из старинного рода раввинов и ученых людей, учился в Польше на раввина. На двадцать втором году жизни он поселился во Франции, в нормандском городе Кан, где учился математике и машиностроению. Он стал агностиком и перестал посещать синагогу, но в своей обширной библиотеке хранил коллекцию религиозных книг на иврите, в том числе Мишну и выпущенное в Вильне издание Талмуда.

Семья Бистренов оставалась во Франции в течение всей войны. Мать Дениз помогла ее отцу бежать из французского концентрационного лагеря, и они оба сумели пережить войну, скрываясь от нацистов в городке Сен-Сере на юго-западе Франции. Значительную часть этого времени Дениз жила отдельно от родителей: ее спрятали в католическом монастыре в городе Каор, милях в пятидесяти от Сен-Сере. Между моими воспоминаниями и воспоминаниями Дениз о жизни в Европе под властью нацистов было немало общего, хотя ей пришлось намного хуже, чем мне. Эти воспоминания не ослабевали с годами и еще больше сблизили нас.

Один случай из жизни Дениз произвел на меня неизгладимое впечатление. В течение тех нескольких лет, что она провела в монастыре, никто кроме матери-настоятельницы не знал, что она еврейка, и на нее не оказывали ни малейшего давления, чтобы она обратилась в католицизм. Но Дениз испытывала неловкость в своих отношениях с одноклассницами, понимая, что отличается от них. Она не ходила на исповедь, а по воскресеньям во время мессы не принимала святое причастие. Мать Дениз, Сару, стало смущать, что ее дочь тем самым выделяется, и тревожить, что люди могут узнать, кто она на самом деле, а это было опасно. Она поговорила об этом с Исером, отцом Дениз, и они решили крестить Дениз.

Сара пешком и на автобусе преодолела почти пятьдесят миль, разделявших их убежище и монастырь в Каоре. Оказавшись у стен монастыря, она встала перед тяжелой темной деревянной дверью и собралась постучать, но в последний момент не смогла заставить себя это сделать. Она повернулась, так и не войдя в монастырь, и пошла домой, уверенная, что ее муж будет в ярости, ведь она не сделала того, что уменьшило бы опасность, которой подвергалась их дочь. Но когда она вошла в дом в Сен-Сере, Исер вздохнул с глубоким облегчением. Все время, пока Сары не было дома, он неотвязно думал, что совершил ошибку, согласившись обратить Дениз в христианство. Хотя Исер и не верил в Бога, они с Сарой очень гордились своим еврейством.

В 1949 году Дениз вместе с братом и родителями переехала в Соединенные Штаты. В течение года она ходила в Нью-Йоркский французский лицей, а затем, когда ей было семнадцать, ее приняли на третий курс колледжа Брин-Мар. Окончив Брин-Мар в девятнадцать, она поступила в магистратуру по курсу социологии в Колумбийский университет. Когда мы познакомились в 1955 году, она уже работала над диссертацией по медицинской социологии на соискание степени доктора философии[12] под руководством Роберта Мертона, который внес огромный вклад в развитие современной социологии и был одним из основателей социологии как науки.

Диссертация Дениз была посвящена изучению выбора карьеры студентами-медиками и основывалась на данных длительных повторных исследований.

Наша с Дениз свадьба состоялась через несколько дней после того, как я окончил медицинскую школу, в июне 1956 года (рис. 3–4). После непродолжительного медового месяца в Тэнглвуде (штат Массачусетс), где я посвятил часть времени подготовке к экзамену национального совета по медицине (о чем Дениз с тех пор регулярно мне напоминает), я начал учиться в интернатуре при больнице Монтефиоре в Нью-Йорке, а Дениз продолжила свою работу над диссертацией в Колумбийском университете.

3–4. Дениз в день нашей свадьбы в 1956 году. Ей было в ту пору двадцать три, и она была аспиранткой-социологом в Колумбийском университете. (Фото из архива Эрика Канделя).

Дениз понимала, возможно, лучше меня, что моя идея исследовать биологические основы психики смела и оригинальна, и убеждала работать в этом направлении. Но я сомневался. Ни у меня, ни у нее не было денежных ресурсов, и я считал, что мне необходимо завести частную практику, чтобы содержать семью. Но Дениз и слышать не желала о деньгах. Деньги не имеют значения, твердо говорила она. Ее отец, а он умер за год до нашего знакомства, советовал ей выйти замуж за бедного интеллектуала, потому что такой человек больше всего на свете будет ценить образование, а в науке будет ставить себе интересные цели. Дениз считала, что последовала этому совету (она определенно вышла замуж за бедного), и всегда поддерживала меня, когда мне нужно было принимать смелые решения, чтобы делать по-настоящему новые и оригинальные вещи.

Часть вторая

Биология есть поистине царство неограниченных возможностей, мы можем ждать от нее самых потрясающих открытий и не можем предугадать, какие ответы она даст нам на наши вопросы несколькими десятилетиями позже. Возможно, что как раз такие, что все наше искусное здание гипотез распадется.

Зигмунд Фрейд «По ту сторону принципа удовольствия» (1920) (пер. Я. Коган)

4. По одной клетке

Осенью 1955 года я пришел в лабораторию Гарри Грундфеста в Колумбийском университете на трехмесячную стажировку по выбору в надежде узнать что-нибудь о высшей нервной деятельности. Я не ожидал, что с этого начнется моя новая карьера, мой новый образ жизни. Но уже первый разговор с Грундфестом дал мне повод задуматься. В ходе разговора я рассказал ему о своем увлечении психоанализом и надежде узнать что-нибудь о том, где именно в мозгу могут находиться «я», «оно» и «сверх-я».

Желание найти эти психические структуры пробудила во мне схема, опубликованная Фрейдом в его обобщающем труде по новой структурной теории психики, над которой он работал с 1923 по 1933 год (рис. 4–1). В этой новой теории сохранялось предложенное ранее разделение на сознательные и бессознательные психические функции, но к ним добавлялись три взаимодействующие психические структуры: «я» (ego), «оно» (id) и «сверх-я» (superego). Фрейд видел в сознании лишь поверхность аппарата психики. Как доказывал Фрейд, многие из наших психических функций погружены глубоко под этой поверхностью, точно так же, как большая часть айсберга погружена под поверхность океана. Чем глубже располагается та или иная психическая функция, тем менее она доступна для сознания. Психоанализ предлагал способ докапываться до глубоко зарытых слоев психики — предсознательного и бессознательного компонентов личности.

4–1. Структурная теория Фрейда. Фрейд выдвинул теорию трех главных психических структур: «я», «оно» и «сверх-я». «Я» включает в себя сознательный компонент — воспринимающее сознание (воспр. созн.), которое получает сенсорную информацию и напрямую контактирует с окружающим миром, а также предсознательный компонент — сторону бессознательной обработки информации, имеющую открытый доступ к сознанию. Бессознательные компоненты «я» путем подавления и других защитных механизмов сдерживают инстинктивные влечения «я» — генератор сексуальных и агрессивных инстинктов. «Я» также реагирует на давление «сверх-я» — во многом бессознательного носителя моральных ценностей. Пунктирными линиями обозначены границы раздела между доступными сознанию и совершенно бессознательными процессами. (Из книги «Новый вводный курс лекций по психоанализу», 1933).

Принципиальное отличие новой модели Фрейда состояло как раз из этих трех взаимодействующих психических структур. Фрейд не определял «я», «оно» и «сверх-я» как сознательное либо бессознательное, а различия между ними видел в когнитивном стиле, целях и функциях.

Согласно структурной теории Фрейда, «я» (автобиографическая составляющая личности) есть исполнительный орган, включающий как сознательный, так и бессознательный компонент. Сознательный напрямую контактирует с внешним миром через сенсорный аппарат зрения, слуха и осязания и отвечает за восприятие, мышление, планирование действий и ощущение удовольствия и боли. Хартманн, Крис и Левенштейн подчеркивали в своих работах, что бесконфликтный компонент «я» функционирует по законам логики и руководствуется принципом реальности. Бессознательный компонент «я» отвечает за защитные психологические механизмы (подавление, отрицание, сублимацию), посредством которых «я» подавляет, направляет и перенаправляет как сексуальные, так и агрессивные инстинктивные влечения, которые порождает «оно» — второй психический орган.

«Оно» (id — термин, заимствованный Фрейдом у Фридриха Ницше) совершенно бессознательно. «Оно» управляется не логикой или реальностью, но гедонистическим принципом поиска удовольствий и избегания боли. По Фрейду, «Оно» представляет примитивную младенческую психику и является единственной психической структурой новорожденного. пропуск «Сверх-я», третья управляющая структура, есть бессознательный орган морали — воплощение наших устремлений.

Хотя эта схема была предложена Фрейдом не в качестве нейроанатомической карты человеческой психики, она заставила меня задуматься о том, где именно в замысловатых складках нашего мозга могут обитать эти психические органы, подобно тому как ранее она помогла задуматься Кьюби и Остоу. Как я уже упоминал, эти два психоаналитика, живо интересовавшиеся биологией, советовали мне пойти поучиться у Грундфеста.

Грундфест терпеливо слушал, пока я излагал ему свои грандиозные планы. Иной биолог мог бы отправить меня восвояси, не зная, что делать с таким наивным и заблудшим студентом-медиком. Но только не Грундфест. Он объяснил, что моя надежда разобраться в биологических основах Фрейдовой структурной теории психики находится далеко за пределами досягаемости для современной нейробиологии. Вместо этого, сказал он, чтобы разобраться в мозге, нужно изучать его по одной клетке.

По одной клетке! Вначале эти слова меня обескуражили. Как можно исследовать психоаналитические вопросы, связанные с бессознательной мотивацией поведения или с действиями нашей сознательной жизни, изучая мозг на уровне отдельных нервных клеток? Но по ходу нашего разговора я вдруг вспомнил, что в 1887 году, когда карьера самого Фрейда еще только начиналась, он тоже пытался решать загадки психической жизни, изучая мозг по одной нервной клетке. Фрейд начинал как анатом, исследуя нервные клетки, и предвосхитил грядущий прорыв, связанный с концепцией, которую впоследствии назвали нейронной доктриной. Согласно ей, нервные клетки представляют собой элементарные структурные и функциональные единицы мозга. Лишь позже, когда Фрейд начал лечить психически больных пациентов в Вене, он совершил свои грандиозные открытия в области бессознательных психических процессов.

Мне показалось примечательным, что, по иронии судьбы, меня убеждали пойти как раз по обратному пути: перейти от интереса к дедуктивной структурной теории психики к индуктивному исследованию сигнальных элементов нервной системы — сложнейшего внутреннего мира нервных клеток. Гарри Грундфест предлагал провести меня в этот новый мир.

Я стремился работать именно с Грундфестом, потому что он был самым продвинутым и самым интересным в интеллектуальном плане нейрофизиологом в Нью-Йорке — более того, одним из лучших в стране. В пятьдесят один он был на пике своих солидных умственных способностей (рис. 4–2).

4–2. Гарри Грундфест (1904–1983), профессор неврологии в Колумбийском университете, познакомил меня с нейробиологией, разрешив шесть месяцев работать в его лаборатории в 1955–1956 учебном году, в начале моего последнего курса в медицинской школе. (Фото из архива Эрика Канделя).

Грундфест получил степень доктора философии по зоологии и физиологии в Колумбийском университете в 1930 году и остался работать там постдоком[13]. В 1935-м он перешел в Рокфеллеровский институт (теперь это Рокфеллеровский университет) в лабораторию Герберта Гассера, одного из первых исследователей передачи электрических сигналов в нервных клетках — процесса, лежащего в самой основе работы нервной системы. В то время когда Грундфест пришел в его лабораторию, Гассер достиг наивысшей точки своей карьеры: он был только что назначен президентом Рокфеллеровского института. В 1944 году, когда Грундфест еще продолжал работать в его лаборатории, Гассер получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

К тому времени как Грундфест закончил обучение у Гассера, он совмещал в себе широту биологического кругозора с достойной подготовкой по электротехнике. Кроме того, он неплохо освоил сравнительную биологию нервной системы животных от простых беспозвоночных (раков, омаров, кальмаров и прочих) до млекопитающих. В то время мало кто мог похвастаться подобной подготовкой. В результате в 1945 году Грундфеста снова взяли на работу в его альма-матер на должность заведующего новой лабораторией нейрофизиологии в Неврологическом институте при Колледже терапевтов и хирургов. Вскоре после этого началось его плодотворное сотрудничество с известным биохимиком Давидом Нахмансоном. Они вместе исследовали биохимические изменения, связанные с передачей сигналов по нервным клеткам. Казалось бы, будущее Грундфеста было определено, но вскоре у него начались серьезные неприятности.

В 1953 году Грундфеста вызвали для дачи показаний перед сенатской постоянной подкомиссией по расследованиям, возглавляемой сенатором Джозефом Маккарти. Во время Второй мировой войны Грундфест, не скрывавший своих радикальных взглядов, изучал заживление ран и регенерацию нервов в подразделении климатических исследований лабораторий войск связи в Форт-Монмуте (штат Нью-Джерси). Маккарти полагал, что Грундфест был сторонником коммунистов и что он или его друзья во время войны передавали Советскому Союзу секретные данные. В ходе слушаний подкомиссии Маккарти Грундфест свидетельствовал, что он не коммунист. Ссылаясь на свои права, гарантированные Пятой поправкой[14], он отказался от дальнейшего обсуждения своих политических взглядов и взглядов своих коллег.

Маккарти так и не предъявил никаких улик в пользу обвинения. Тем не менее Грундфест на несколько лет лишился финансирования национальных институтов здоровья. Нахмансон, опасаясь за собственное государственное финансирование, перестал пускать Грундфеста в лабораторию и прекратил с ним всякое сотрудничество. Грундфест был вынужден сократить исследовательскую группу до двух человек, и его карьера пострадала бы еще больше, если бы не активная поддержка, оказанная ему научным руководством Колумбийского университета.

Для Грундфеста это уменьшение возможности заниматься исследованиями, пришедшееся на период, оказавшийся высшей точкой его научной карьеры, было настоящей трагедией. Но мне оно парадоксальным образом сыграло на руку. У Грундфеста стало больше свободного времени, и он посвятил ощутимую его часть тому, чтобы научить меня принципам нейробиологии и открыть мне, что этой науке вот-вот предстоит превращение из описательной и бесструктурной в упорядоченную дисциплину, основанную на клеточной биологии. Я почти ничего не знал о современной клеточной биологии, но новое направление в исследовании мозга, намеченное Грундфестом, увлекло меня и пробудило мое воображение. Тайны работы мозга начинали открываться благодаря изучению его по одной клетке.

После того как я изготовил пластилиновую модель мозга на курсе нейроанатомии, я воспринимал мозг как некий особый орган, работающий принципиально иначе, нежели другие части тела. Это, конечно, так и есть: почки или печень не могут получать и обрабатывать информацию о раздражителях, с которыми сталкиваются наши органы чувств, а их клетки не могут хранить и вызывать воспоминания или обеспечивать работу сознательной мысли. Однако Грундфест напомнил мне, что у всех клеток есть ряд общих свойств. В 1839 году анатомы Маттиас Якоб Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, согласно которой все живые существа, от простейших микроорганизмов и растений до сложно устроенных людей, состоят из одних и тех же элементарных единиц, называемых клетками. Хотя клетки разных животных и растений отличаются друг от друга важными деталями, все они обладают рядом общих свойств.

Как объяснял Грундфест, каждая клетка в многоклеточном организме окружена жироподобной мембраной, отделяющей ее от других и от внеклеточной жидкости, в которой плавают все клетки. Наружная клеточная мембрана проницаема для определенных веществ, благодаря чему между внутренней средой клетки и окружающей жидкостью может происходить обмен питательными веществами и газами. Внутри клетки расположено ядро, имеющее собственную мембрану и окруженное внутриклеточной жидкостью, которую называют цитоплазмой. Ядро содержит хромосомы — длинные тонкие структуры, состоящие из ДНК, в которых по порядку, как бусины, расположены гены. Они не только управляют способностью клетки самовоспроизводиться, но и говорят ей, какие белки синтезировать, чтобы клетка могла функционировать. Сам же аппарат синтеза белков находится в цитоплазме. В свете этих общих свойств клетка и является элементарной единицей всего живого, структурной и функциональной основой всех тканей и органов у всех растений и животных.

Помимо общих биологических свойств клетки имеют свои специальные функции. Например, клетки печени участвуют в переваривании пищи, а клетки мозга могут определенными способами обрабатывать информацию и обмениваться ею друг с другом. Эти взаимодействия позволяют нервным клеткам мозга образовывать замкнутые цепи, которые передают и преобразуют информацию. Грундфест подчеркивал, что такие специальные функции делают клетку печени подходящей именно для участия в обмене веществ, а клетки мозга — для обработки информации.

Со всеми этими сведениями я уже сталкивался на курсах основ естественных наук в Нью-Йоркском университете и читая заданные разделы учебников, но ничто из этого не возбудило моего любопытства и вообще не имело для меня большого смысла до тех пор, пока Грундфест не изложил все это в определенном контексте. Нервная клетка — не просто изумительный биологический объект. Это ключ к пониманию механизма работы мозга. По мере того как я начал усваивать уроки Грундфеста, я стал понимать и его взгляд на психоанализ. Я осознал: чтобы разобраться в биологической природе работы «я», нужно вначале понять принцип работы нервной клетки.

Идея Грундфеста, что прежде всего нужно разобраться в механизме работы нервных клеток, легла в основу моих последующих исследований обучения и памяти, а его представление о необходимости клеточного подхода в изучении работы мозга сыграло ключевую роль в возникновении новой науки о психике. Оглядываясь назад и принимая во внимание, что человеческий мозг состоит примерно из ста миллиардов нервных клеток, нельзя не удивляться, как много удалось узнать за последние полвека о психической деятельности, изучая отдельные клетки мозга. Клеточные исследования позволили впервые что-то понять о биологических основах восприятия, произвольных движений, внимания, обучения и работы памяти.

В основании биологии нервных клеток лежат три принципа, возникших преимущественно в первой половине XX века и до сих пор составляющих основу наших представлений о функциональной организации мозга. Нейронная доктрина (клеточная теория в ее приложении к мозгу) гласит, что нервная клетка (нейрон) является основным структурным элементом и сигнальной единицей мозга. Ионная гипотеза касается передачи информации внутри нервной клетки. Она описывает механизмы, с помощью которых отдельная нервная клетка генерирует электрические сигналы, называемые потенциалами действия, которые могут распространяться на немалое расстояние в пределах данной клетки. Химическая теория синаптической передачи касается передачи информации между нервными клетками. Она описывает, как одна нервная клетка воздействует на другую, выделяя химическое сигнальное вещество, называемое нейромедиатором, а вторая клетка узнает это вещество и реагирует на него благодаря особым молекулам на своей наружной мембране, называемым рецепторами. Эти три концепции касаются отдельных нервных клеток.

Человека, который сделал возможным изучение психической жизни на клеточном уровне, звали Сантьяго Рамон-и-Кахаль, он был нейроанатомом и современником Фрейда (рис. 4–3) — Кахаль заложил основу современной науки о нервной системе и был, возможно, величайшим нейробиологом всех времен. Поначалу он хотел стать живописцем. Чтобы познакомиться со строением человеческого тела, он изучал анатомию под руководством своего отца, который был хирургом и учил его, используя кости, выкопанные на древнем кладбище. Эти останки так заинтересовали Кахаля, что он отошел от живописи и занялся анатомией, а затем начал заниматься анатомией мозга. К изучению мозга его направил тот же интерес, что привел в эту область Фрейда и, много лет спустя, меня. Кахаль хотел разработать «рациональную психологию». Он считал, что первым шагом должно стать получение подробных сведений о клеточной анатомии мозга.

4–3. Сантьяго Рамон-и-Кахаль (1852–1934), великий испанский анатом, сформулировал нейронную доктрину — основу всех современных представлений о нервной системе. (Фото любезно предоставил Институт Кахаля).

Работая над этим, он проявил свою поразительную способность разбираться в свойствах живых нервных клеток, изучая неподвижные изображения мертвых. Эта сила воображения, возможно, происходившая из его художественных наклонностей, позволяла ему улавливать и описывать яркими словами и прекрасными рисунками суть каждого наблюдения. Известный британский физиолог Чарльз Шеррингтон впоследствии утверждал, что, «описывая видимое под микроскопом, он привычно говорил об этом так, будто это была живая картина. Наверное, это было тем поразительнее оттого, что <…> все его препараты были мертвы и зафиксированы». Далее Шеррингтон отмечал: «Насыщенные антропоморфные описания того, что Кахаль видел в окрашенных зафиксированных срезах мозга, поначалу были слишком удивительны, чтобы их принять. Он обсуждал микроскопическую картину так, будто она была живой и населенной существами, способными чувствовать, и делать, и надеяться, и пытаться как мы. <…> Нервная клетка своим растущим волокном „шарила в поисках другой“! <…> Слушая его, я задавался вопросом, в какой степени эта способность видеть предметы антропоморфно могла способствовать его успеху как исследователя. Я никогда не встречал другого человека, у которого она была бы так заметна».

До того как в этой области начал работать Кахаль, форма нервных клеток приводила биологов в полное замешательство. В отличие от большинства других клеток нашего тела, имеющих незамысловатую форму, нервные клетки обладают формой весьма разнообразной и неправильной и окружены множеством чрезвычайно тонких выростов, называвшихся в то время отростками. Биологи не знали, входят ли эти отростки в состав нервных клеток, потому что не было возможности проследить их путь до основания на теле одной клетки или до окончания на теле другой и поэтому нельзя было понять, откуда они растут и куда ведут. А из-за того что эти отростки необычайно тонкие (примерно в сто раз тоньше человеческого волоса), никто не мог увидеть и исследовать их наружную мембрану. Так что многие биологи, в том числе великий итальянский анатом Камилло Гольджи, делали вывод, что у этих отростков нет наружной мембраны. Кроме того, поскольку отростки, окружающие одну нервную клетку, близко подходят к отросткам, окружающим другие, Гольджи казалось, что цитоплазма внутри этих отростков свободно перетекает из одного в другой, создавая непрерывную нервную сеть, во многом похожую на паутину, по которой сигналы могут передаваться сразу во всех направлениях. В связи с этим, как доказывал Гольджи, элементарной единицей нервной системы должна быть свободно передающая информацию нервная сеть, а не отдельная нервная клетка.

В девяностых годах XIX века Кахаль попытался найти лучший способ сделать нервную клетку видимой во всей ее полноте. У него получилось, когда он совместил две разные стратегии исследования. Первая состояла в том, чтобы исследовать мозг новорожденных, а не взрослых животных. У новорожденных сравнительно мало нервных клеток, упакованы они не столь плотно, а их отростки короче. Это позволило Кахалю увидеть отдельные деревья в клеточном лесу мозга. Вторая стратегия состояла в том, чтобы использовать специальный метод серебряного окрашивания, разработанный Гольджи. Этот метод весьма капризен и позволяет маркировать довольно случайным образом какие-нибудь отдельные нейроны — меньше 1 % от их общего числа. Но при этом каждый помеченный нейрон помечается целиком, позволяя исследователю увидеть его тело и все отростки. Случайным образом помеченная клетка в мозгу новорожденного выделялась на фоне леса других, не помеченных, клеток, как горящая новогодняя елка. В связи с этим Кахаль писал: «Поскольку вполне зрелый лес оказывается непроницаемым и неописуемым, почему бы не обратиться к изучению молодого леса, так сказать, в колыбели его развития? <…> Если правильно подобрать стадию развития <…> нервные клетки, которые остаются сравнительно маленькими, целиком выделяются на каждом срезе, и их концевые ответвления <…> отображаются предельно отчетливо».

Эти две стратегии позволили выяснить, что, несмотря на свою сложную форму, нервные клетки представляют собой отдельные упорядоченные единицы (рис. 4–4). Окружающие нервную клетку отростки не отдельны от нее, а растут непосредственно из ее тела. Кроме того, вся нервная клетка, включая отростки, полностью окружена наружной мембраной, как это и должно быть согласно клеточной теории. Далее Кахаль выделил два типа отростков — аксоны и дендриты. Он назвал нервные клетки, состоящие из этих трех компонентов, нейронами. Все нервные клетки мозга, за редким исключением, состоят из тела клетки с ядром внутри, единственного аксона и многих тонких дендритов.

4–4. Один из нейронов гиппокампа, как его изобразил Кахаль. Кахаль понял, что и дендриты (вверху), и аксон (внизу) одной клетки растут от ее тела и что информация поступает от дендритов к аксону. Рисунок Кахаля, с изменениями. (По рис. 23 из книги: Cajal on the Cerebral Cortex, eds. Javier De Felipe, Edward Jones, transl. Javier De Felipe, Edward Jones, © 1988 Oxford University Press, Inc. Воспроизводится с разрешения издательства Oxford University Press, Inc).

Аксон типичного нейрона растет от одного из концов тела клетки и может достигать нескольких футов в длину. При этом аксон нередко разделяется на две или больше ветвей, и каждая из них завершается многими окончаниями. На противоположном конце тела клетки обычно растет несколько дендритов (рис. 4–5А). Они обильно ветвятся, образуя древовидную структуру, отходящую от тела клетки и занимающую обширную область. Некоторые нейроны человеческого мозга имеют по сорок ветвей дендритов.

4–5. Четыре принципа организации нервной системы, открытые Кахалем.

В девяностых годах XIX века Кахаль свел воедино все эти наблюдения и сформулировал четыре принципа, составляющих нейронную доктрину — теорию организации нервной системы, которая с тех пор составляет основу всех наших представлений о мозге.

Первый принцип состоит в том, что нейрон является основным структурным и функциональным элементом мозга, то есть мозг состоит из нейронов, которые служат его элементарными сигнальными единицами. Кроме того, Кахаль предположил, что аксоны и дендриты играют разные роли в процессе передачи сигналов. Дендриты служат для получения сигналов от других нейронов, а аксон — для передачи сигналов другим нейронам.

Во-вторых, Кахаль предположил, что окончания аксонов одного нейрона передают информацию дендритам другого нейрона только в специальных участках, которые Шеррингтон впоследствии назвал синапсами (от греческого synaptein, что означает «соединять»). Также Кахаль предположил, что в каждом синапсе, соединяющем два нейрона, имеется небольшой промежуток (теперь называемый синаптической щелью), где окончание аксона одного нейрона (называемое пресинаптическим окончанием) подходит вплотную к дендриту другого, но немного не достигает его (рис. 4–5Б). В итоге информация передается через синапс подобно словам, сказанным на ухо, и ее передача включает три основных компонента: передающее сигнал пресинаптическое окончание аксона (соответствующее в нашей аналогии губам), синаптическая щель (промежуток между губами и ухом) и получающий сигнал постсинаптический участок дендрита (ухо).

В-третьих, Кахаль сформулировал принцип специфичности связей, согласно которому нейроны не связываются с другими нейронами без разбора, но каждый формирует синапсы и взаимодействует лишь с определенными нейронами и ни с какими другими (рис. 4–5В). Он использовал этот принцип, чтобы показать, что связи нейронов друг с другом образуют определенные последовательности, которые он назвал нейронными цепями. Сигналы распространяются по этим цепям определенным предсказуемым образом.

Отдельный нейрон посредством многих пресинаптических окончаний обычно связан с дендритами многих клеток-мишеней. Тем самым единственный нейрон может широко распространять получаемую им информацию по различным нейронам-мишеням, иногда находящимся в разных участках мозга. Напротив, дендриты нейрона-мишени могут получать информацию от пресинаптических окончаний нескольких других нейронов. Тем самым в нейроне может суммироваться информация, поступающая от нескольких нейронов, даже расположенных в разных частях мозга.

Исходя из своего анализа связей, наблюдаемых в мозгу, Кахаль представил мозг как орган, состоящий из специфических предсказуемых нейронных цепей, в то время как преобладавшая точка зрения предполагала, что мозг есть рассеянная нервная сеть, в которой повсюду происходят взаимодействия всех мыслимых типов.

Проявив поразительную проницательность, Кахаль пришел к своему четвертому принципу — динамической поляризации. Согласно этому принципу, сигналы движутся по нейронным цепям лишь в одном направлении (рис. 4–5Г). Информация передается от дендритов каждой клетки к ее телу, оттуда по аксону к пресинаптическому окончанию, а затем через синаптическую щель к дендритам следующей клетки, и так далее. Этот принцип однонаправленной передачи сигналов был необычайно важен, потому что позволял связать все компоненты нервной клетки с единственной ее функцией — сигнальной.

Принципы специфичности связей и однонаправленной передачи сигналов положили начало последовательному своду правил, который с тех пор всегда используется для картирования путей передачи сигналов между нейронами. Попытки намечать контуры нейронных цепей стали еще успешнее, когда Кахаль показал, что такие цепи в головном и спинном мозге содержат три основных класса нейронов, каждый из которых выполняет свою особую функцию. Чувствительные (сенсорные) нейроны, расположенные в коже и в различных органах чувств, реагируют на специфические внешние раздражители — давление (осязание), свет (зрение), звуковые волны (слух) или определенные химические вещества (обоняние и вкус) — и посылают получаемую информацию в мозг. Двигательные нейроны (мотонейроны) посылают свои аксоны из мозгового ствола и спинного мозга к клеткам-эффекторам, таким как клетки мышц и желез, и управляют работой этих клеток. Промежуточные нейроны (интернейроны), самый многочисленный класс нейронов в мозгу, служат ретрансляторами, соединяющими сенсорные нейроны с мотонейронами. Это открытие позволило Кахалю отслеживать пути передачи информации от сенсорных нейронов кожи в спинной мозг и оттуда к интернейронам и мотонейронам, по которым сигнал доходит до мышечных клеток, вызывая их сокращение (рис. 4–6). Кахаль сделал эти открытия, изучая нервную систему крыс, обезьян и людей.

4–6. Три основных класса нейронов, выделенных Кахалем. Каждый класс нейронов головного и спинного мозга выполняет особую функцию. Сенсорные нейроны реагируют на внешние раздражители. Мотонейроны управляют работой клеток мышц или желез. Интернейроны служат ретрансляторами, соединяя сенсорные нейроны с мотонейронами.

Со временем стало ясно, что эти классы нейронов отличаются друг от друга на биохимическом уровне и каждый из них поражается при определенных болезнях. К примеру, сенсорные нейроны кожи и суставов могут портиться на одной из поздних стадий развития сифилиса, болезнь Паркинсона сказывается на определенном типе интернейронов, а мотонейроны избирательно разрушаются при боковом амиотрофическом склерозе и полиомиелите. Более того, некоторые болезни столь избирательны, что поражают лишь определенные части нейрона: рассеянный склероз — некоторые классы аксонов, болезнь Гоше — тело клеток, синдром ломкой Х-хромосомы — дендриты, а ботулотоксин — синапсы.

За эти революционные открытия в 1906 году Кахаль получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине вместе с Гольджи, чей метод серебряного окрашивания сделал достижения Кахаля возможными.

Один из странных поворотов истории науки состоит в том, что Гольджи, чьи технические разработки подготовили почву для блистательных открытий Кахаля, продолжал ожесточенно спорить с трактовками Кахаля и не согласился ни с одним из положений нейронной доктрины. Более того, читая нобелевскую лекцию, Гольджи воспользовался случаем, чтобы возобновить свои нападки на нейронную доктрину. Он еще раз заявил, что всегда был противником нейронной доктрины и что «эта доктрина, по общему мнению, выходит из моды». Затем он сказал: «На мой взгляд, мы не можем сделать никакого определенного вывода из всего сказанного <…> за или против нейронной доктрины». После этого он стал доказывать, что принцип динамической поляризации ошибочен и что ошибкой было бы думать, что элементы нейронных цепей, соединенные определенным образом, или разные нейронные цепи имеют разные поведенческие функции.

До самой смерти в 1926 году Гольджи продолжал думать, и совершенно напрасно, что нервные клетки не являются самодостаточными единицами. Кахаль, в свою очередь, писал о разделенной с Гольджи Нобелевской премии: «Что за злая ирония судьбы — сдвоить, как сиамских близнецов, сросшихся плечами, научных противников, столь различных характерами».

Этот спор отражает ряд интересных фактов из области социологии науки, с которыми мне не раз доводилось сталкиваться в ходе моей собственной научной карьеры. Начать с того, что есть такие ученые, как Гольджи, очень сильные в техническом плане, но не всегда проявляющие глубокую проницательность в тех биологических вопросах, которыми они занимаются. Во-вторых, даже лучшие ученые могут не соглашаться друг с другом, особенно на ранних этапах совершаемого открытия.

Иногда бывает, что споры, которые начинаются как научные диспуты, принимают личный, почти мстительный характер, как это случилось с Гольджи. Такие споры показывают, что качества, свойственные конкуренции, — амбициозность, гордыня и мстительность — проявляются среди ученых, очевидно, не реже, чем великодушие и щедрость. Причины этого понятны. Цель науки состоит в открытии новых истин, а открытие предполагает приоритет, первенство в его свершении. Как писал в автобиографии Алан Ходжкин, сформулировавший ионную гипотезу, «если бы единственным мотивом тех, кто занимается фундаментальной наукой, было любопытство, они бы радовались, когда кто-то другой решает проблему, над которой они работают. Но обычно они реагируют совсем иначе!». Признание коллег и почет достаются только тем, кто сумел внести оригинальный вклад в общую копилку знаний. Именно поэтому Дарвин отмечал, что его любви к естествознанию «немало помогало и честолюбивое стремление снискать уважение других естествоисптыталей».

И наконец, серьезные споры нередко возникают тогда, когда доступные методы не позволяют дать однозначный ответ на ключевой вопрос. Интуитивные выводы Кахаля были окончательно подтверждены только в 1955 году, когда Сэнфорд Пейли и Джордж Паладе, работавшие в Рокфеллеровском институте, продемонстрировали с помощью электронной микроскопии, что в подавляющем большинстве случаев пресинаптическое окончание одной клетки отделено от дендрита другой небольшим промежутком — синаптической щелью. Полученные ими изображения, кроме того, показали, что синапс асимметричен и система, выделяющая химические медиаторы, открытые много позже, имеется лишь в пресинаптической клетке. Этим объясняется, почему информация передается по нейронным цепям лишь в одну сторону.

Физиологи быстро поняли важность открытий Кахаля. Чарльз Шеррингтон (рис. 4–7) стал одним из главных сторонников Кахаля и в 1894 году пригласил его в Англию, чтобы тот прочитал Крунианскую лекцию в Лондонском королевском обществе, а это один из самых высоких знаков признания, которых биолог может удостоиться в Великобритании.

4–7. Чарльз Шеррингтон (1857–1952) изучал нейробиологические основы рефлекторного поведения. Он открыл, что сигналы, поступающие от других нейронов, могут как тормозить, так и возбуждать другие нейроны и что суммарное действие этих сигналов определяет характер процессов, происходящих в нервной системе. (Фотография из книги: The Integrative Action of the Nervous System, Cambridge University Press, 1947).

В 1949 году Шеррингтон писал в своих воспоминаниях о Кахале: «Будет ли преувеличением сказать о нем, что он величайший в истории анатом нервной системы? Этот предмет долго был в числе излюбленных у ряда лучших ученых, и до Кахаля были открытия — открытия, которые нередко ставили врачей в еще больший тупик, заводя в новые и не указывая выхода. Кахаль же даже новичку дал возможность с ходу увидеть направление, которое принимает нервный ток в живой клетке и даже в целой цепочке нервных клеток. Он одним махом разрешил великий вопрос о направлении нервных токов в их движении по головному и спинному мозгу. Он показал, к примеру, что каждый нервный путь всегда представляет собой дорогу с односторонним движением и что направление этого движения остается неизменным во всякое время».

В собственной, весьма влиятельной, книге «Интегративная деятельность нервной системы» Шеррингтон отталкивался от открытий Кахаля, касающихся строения нервных клеток, и сумел успешно связать строение с физиологией и поведением.

Он добился этого, исследуя спинной мозг кошек. Спинной мозг получает и обрабатывает сенсорную информацию, поступающую от кожи, суставов и мышц конечностей и туловища. В нем находится значительная часть базового нейронного аппарата, управляющего движениями конечностей и туловища, в том числе теми, что задействованы в ходьбе и беге. Стремясь разобраться в простых нейронных цепях, Шеррингтон изучал две формы рефлекторного поведения — кошачий аналог человеческого коленного рефлекса и сгибательный рефлекс при отдергивании лапы в ответ на неприятный раздражитель. Такие врожденные рефлексы не требуют обучения. Кроме того, они локализованы в спинном мозге и не предполагают сигналов, посылаемых в головной мозг. Поэтому соответствующий раздражитель — например, постукивание по колену или электрический удар либо прикосновение горячей поверхности к лапе — вызывает их незамедлительно.

В ходе исследований рефлексов Шеррингтон открыл кое-что, чего не мог предполагать Кахаль, изучавший лишь анатомию, а именно: нервная деятельность не ограничивается возбуждением, то есть не всем нейронам пресинаптические окончания служат для того, чтобы возбуждать следующий нейрон в цепочке, передавая информацию дальше. Бывают еще и тормозные нейроны, пресинаптические окончания которых необходимы, чтобы помешать следующей клетке получить информацию. Шеррингтон сделал это открытие, изучая координацию различных рефлексов, которая позволяет им вызывать соответствующие поведенческие реакции. Он обнаружил, что, когда некий участок тела раздражают, чтобы вызвать определенную рефлекторную реакцию, вызывается только эта реакция, а другие, противоположные, рефлексы тормозятся. Поэтому, если ударить по сухожилию коленной чашечки, это вызовет только один рефлекс — выпрямление ноги, как при пинке. Одновременно этот удар тормозит противоположный рефлекс — сгибание ноги, отведение ее назад.

Затем Шеррингтон исследовал, что происходит во время этого координированного рефлекторного ответа с мотонейронами. Он обнаружил, что, когда он ударял по сухожилию коленной чашечки, мотонейроны, разгибающие конечность (разгибатели), активно возбуждались, а мотонейроны, сгибающие конечность (сгибатели), активно тормозились. Шеррингтон назвал клетки, которые тормозят сгибатели, тормозными нейронами. Последующие исследования показали, что почти все тормозные нейроны представляют собой интернейроны.

Шеррингтон сразу оценил важность торможения не только для координации рефлекторных реакций, но и для обеспечения их постоянства. Животные нередко сталкиваются с раздражителями, которые могут вызвать несовместимые рефлексы. Тормозные нейроны обеспечивают постоянную, предсказуемую, скоординированную реакцию на каждый конкретный раздражитель, при этом тормозя все несовместимые рефлексы, кроме одного. Этот механизм называют сопряженным контролем. Например, разгибание ноги неизменно сопровождается торможением сгибания, а сгибание — торможением разгибания. Путем сопряженного контроля тормозные нейроны осуществляют отбор среди конкурирующих друг с другом рефлексов и гарантируют, что только одна из двух или даже нескольких возможных рефлекторных реакций найдет выражение в поведении.

Итоговые рефлекторные реакции и способность спинного и головного мозга принимать решения определяются интегративной деятельностью отдельных мотонейронов. Каждый мотонейрон суммирует все возбуждающие и тормозные сигналы, поступающие по ведущим к нему аксонам других нейронов, а затем реагирует соответствующим образом в зависимости от рассчитанной суммы. Нейрон посылает мышце-мишени вызывающий ее сокращение сигнал только в том случае, если суммарное возбуждение этого нейрона превышает суммарное торможение на величину, которая оказывается больше некоторого порогового значения.

Шеррингтон видел в сопряженном контроле общий способ координации приоритетов, позволяющий добиться единства цели и действия, без которого невозможно поведение. Исследуя спинной мозг, он открыл принципы нейронной интеграции, которые, судя по всему, лежат в основе принятия решений и в ряде высших когнитивных функций головного мозга. Каждое наше впечатление, каждая мысль, каждое движение есть результат великого множества принципиально сходных нейронных расчетов.

В середине восьмидесятых годов XIX века, когда Фрейд прекратил свои фундаментальные исследования нервных клеток и их связей, некоторые детали нейронной доктрины и некоторые ее следствия для физиологии еще требовали выяснения. Однако он оставался в курсе последних достижений нейробиологии и попытался использовать некоторые из новых идей Кахаля о нейронах в своей неопубликованной рукописи «Проект научной психологии», написанной в конце 1895 года — уже после того, как он стал применять психоанализ для лечения пациентов и раскрыл бессознательное значение снов. Несмотря на то что Фрейд с головой ушел в психоанализ, его предшествующие экспериментальные исследования надолго повлияли на образ его мыслей, а значит, и на развитие психоаналитической мысли в целом. Роберт Холт, психолог, интересующийся психоанализом, сказал об этом так: «Похоже, во многих отношениях Фрейд совершенно переориентировался, превратившись из исследователя-нейроанатома во врача-невролога, экспериментировавшего с психотерапией и наконец ставшего первым психоаналитиком. Однако мы были бы плохими психологами, если бы вообразили, что в этом развитии содержалось больше перемены, чем преемственности. Фрейд не мог просто так выбросить из головы двадцать лет самоотверженного изучения нервной системы, когда принял решение вместо этого заняться психологией и работать с чисто абстрактной, гипотетической моделью».

Фрейд называл время, проведенное за изучением нервных клеток простых организмов, таких как раки, угри и миноги, «счастливейшими часами моего ученичества». Он оставил эти фундаментальные исследования после того, как познакомился со своей будущей женой Мартой Бернейз и влюбился в нее. В XIX веке, чтобы выбрать себе карьеру исследователя, нужно было иметь независимый источник дохода. Учитывая свое неважное финансовое положение, Фрейд решил вместо этого открыть собственную медицинскую практику, которая давала бы ему достаточно для содержания семьи. Возможно, если бы в те времена научная работа позволяла, как сегодня, зарабатывать на жизнь, Фрейд был бы известен теперь как нейроанатом и один из создателей нейронной доктрины, а не как отец психоанализа.

5. О чем говорит нервная клетка

Если бы я стал практикующим психоаналитиком, я провел бы немалую часть своей жизни, выслушивая рассказы пациентов о самих себе: об их снах и воспоминаниях, внутренних конфликтах и желаниях. В этом и состоит интроспективный метод «терапевтической беседы», впервые примененный Фрейдом, чтобы добраться до более глубоких уровней самопонимания. Поощряя пациентов свободно ассоциировать мысли и воспоминания, психоаналитик помогает им извлечь наружу бессознательные травмы и импульсы, лежащие в основе их сознательных мыслей и поведения.

Работая в лаборатории Грундфеста, я вскоре осознал: чтобы разбираться в механизмах работы мозга, я должен научиться слушать нейроны и интерпретировать электрические сигналы, лежащие в основе любой психической деятельности. Электрические сигналы представляют собой язык психики, способ, с помощью которого структурные единицы мозга — нейроны — переговариваются друг с другом на большом расстоянии. Выслушивание этих разговоров и регистрация активности нейронов были, так сказать, объективной интроспекцией.

Грундфест был одним из ведущих специалистов по биологии передачи сигналов. Я узнал от него, что исследования сигнальной функции нервных клеток прошли четыре отчетливые фазы, начавшись в XVIII веке и достигнув достаточно высокого разрешения двести лет спустя — в работах Алана Ходжкина и Эндрю Хаксли. И всегда вопрос о том, как взаимодействуют нервные клетки, привлекал внимание лучших умов в естественных науках.

Начало первой фазы датируется 1791 годом, когда Луиджи Гальвани, итальянский биолог из Болоньи, открыл электрическую активность в организмах животных. Гальвани подвесил лягушачью лапку на медный крючок на своем железном балконе и обнаружил, что взаимодействие двух различных металлов, меди и железа, иногда вызывало подергивание этой лапки, будто она оживала. Гальвани также смог вызвать подергивание лягушачьей лапки, действуя на нее электрическими разрядами. Дальнейшие исследования привели его к предположению, что нервные и мышечные клетки сами способны генерировать электрические токи и что сокращение мышц вызывается электричеством, вырабатываемым мышечными клетками, а не духом или «жизненной силой», как считали в то время.

Открытие Гальвани, которое позволило вывести нервную деятельность из области жизненных сил и сделать ее предметом естественнонаучных исследований, получило развитие в XIX веке в трудах Германа фон Гельмгольца — одного из первых ученых, успешно применивших строгие физические методы для изучения широкого круга нейробиологических проблем. Гельмгольц открыл, что аксоны нервных клеток генерируют электричество не как побочный продукт своей активности, а как средство для получения импульсов, которые позволяют передавать сенсорную информацию об окружающем мире в спинной и головной мозг и посылать сигналы к действию от головного и спинного мозга мышцам.

В ходе своих исследований Гельмгольц провел замечательные экспериментальные измерения, которые в корне изменили существующие представления об электрической активности в организмах животных. В 1859 году ему удалось померить скорость, с которой передаются эти электрические сигналы, и он с удивлением обнаружил, что электричество, передаваемое по живому аксону, принципиально отличается от электрического тока в медном проводе. По металлическому проводу электрический сигнал передается со скоростью, близкой к скорости света (300 000 километров в секунду). Однако, несмотря на эту скорость, сигнал ощутимо ослабевает, преодолевая большие расстояния, потому что передается пассивно. Если бы по аксонам сигналы тоже передавались пассивно, то сигнал, идущий от нервного окончания в коже большого пальца вашей ноги, полностью затухал бы, не достигая вашего мозга. Гельмгольц открыл, что электричество передается по аксонам намного медленнее, чем по проводам, и что в основе этой передачи лежит неизвестный ранее волнообразный механизм, распространяющийся активно со скоростью порядка 30 метров в секунду! Последующие исследования показали, что электрические сигналы, идущие по нервам, в отличие от сигналов, идущих по проводам, не ослабевают по ходу своего движения. Таким образом, в нервах скорость проведения принесена в жертву активной передаче сигнала, которая гарантирует, что сигнал, возникший в большом пальце вашей ноги, достигнет спинного мозга, нисколько не ослабев.

Открытия Гельмгольца поднимали ряд новых вопросов, которые задали работу физиологам на следующие сто лет. На что похожи эти нервные сигналы, впоследствии названные потенциалами действия, и как в них закодирована информация? Как биологические ткани генерируют электрические сигналы? В частности, где идет электрический ток при этих сигналах?

К форме нервных сигналов и их роли в кодировке информации ученые обратились во вторую фазу исследований, которая началась в двадцатых годах XX века с работ Эдгара Дугласа Эдриана (рис. 5–1). Он разработал методы, позволяющие регистрировать и усиливать потенциалы действия, передаваемые по аксонам отдельных сенсорных нейронов кожи, и тем самым впервые сделал элементарные компоненты речи нейронов доступными Для понимания. В процессе этих исследований он совершил ряд замечательных открытий, касающихся потенциала действия и того, как он обеспечивает возникновение наших ощущений.

5–1. Эдгар Эдриан (1889–1977) разработал методы регистрации потенциалов действия — электрических сигналов, используемых нервными клетками для передачи информации. (Фотография из книги: Kandel, Schwartz, Jessell, Essentials of Neural Science and Behavior, McGraw-Hill, 1995).

Для регистрации потенциалов действия Эдриан использовал отрезок тонкой металлической проволоки. Он помещал один конец отрезка на наружную поверхность аксона сенсорного нейрона кожи, а другой выводил одновременно на чернильный самописец (чтобы видеть форму и последовательность потенциалов действия) и репродуктор (чтобы слышать эти потенциалы). Каждый раз, когда Эдриан прикасался к коже, он отмечал один или несколько потенциалов действия. При возникновении каждого потенциала действия он слышал краткое «бах-бах-бах» в репродукторе и видел краткий электрический импульс на самописце. Потенциал действия сенсорного нейрона длился всего лишь около 0,001 секунды и включал две фазы: быстрого нарастания, достигающего пика, а затем почти столь же быстрой реполяризации, приводившей к исходному положению (рис. 5–2).

5–2. Регистрируя потенциалы действия, Эдгар Эдриан установил их характер. Регистрируя электрическую активность отдельных нейронов, Эдриан показал, что потенциал действия подчиняется принципу «все или ничего»: сигнал, возникающий после достижения порогового значения, всегда одинаковый — как по амплитуде, так и по форме.

И самописец, и репродуктор сообщали Эдриану один и тот же примечательный факт: все потенциалы действия, возникающие в одной и той же нервной клетке, примерно одинаковы. Они имеют приблизительно одинаковую форму и амплитуду независимо от силы, продолжительности и местоположения раздражителя, который их вызывает. Таким образом, потенциал действия представляет собой постоянный сигнал, подчиняющийся принципу «все или ничего»: после достижения порогового значения возникает всегда примерно одинаковый сигнал, не больше и не меньше обычного. Электрического тока, возникающего при потенциале действия, оказывается достаточно для возбуждения соседних участков аксона, благодаря чему потенциал действия распространяется, не пропадая и не слабея, по всей длине аксона со скоростью до 35 метров в секунду — значение, очень близкое к тому, которое получил Гельмгольц!

Открытие принципа «все или ничего» в возникновении потенциала действия заставило Эдриана задаться новыми вопросами. Как сенсорный нейрон сообщает о силе раздражителя — сильное или слабое давление, яркий или тусклый свет? Как он сообщает о продолжительности действия раздражителя? Наконец, как нейроны отличают один тип сенсорной информации от другого — например, как они отличают прикосновение от боли, света, запаха или звука? И как они отличают сенсорную информацию для восприятия от моторной информации для действия?

Вначале Эдриан занялся вопросом силы раздражителя. Здесь его ожидало важнейшее открытие: он установил, что эта сила определяется частотой, с которой испускаются потенциалы действия. Слабый раздражитель, например легкое прикосновение к руке, приводит к испусканию всего двух-трех потенциалов действия в секунду, в то время как сильное давление, как при щипке или ударе по локтю, может вызвать очередь из сотни потенциалов действия в секунду. При этом продолжительность ощущения определяется продолжительностью возникновения потенциалов действия.

Затем он исследовал, каким образом нейроны передают информацию. Используют ли они разные электрические коды, сообщая мозгу, что несут информацию о разных раздражителях, таких как боль, свет или звук? Оказалось, что нет. Между потенциалами действия, генерируемыми нейронами из различных сенсорных систем, было очень мало разницы. Таким образом, характер и природа ощущения (например, зрительная или тактильная) не зависят от различий в потенциалах действия.

В чем же тогда состоит разница в информации, передаваемой нейронами? Коротко говоря, в анатомии. Открытие Эдриана ясно подтверждало принцип специфичности связей Кахаля: оказалось, что природа передаваемой информации зависит от типа возбуждаемых нервных волокон и специфических систем мозга, с которыми эти волокна связаны. Ощущения каждого типа передаются по специфическим проводящим путям, и разновидность ретранслируемой нейроном информации зависит от пути, в состав которого входит этот нейрон. В сенсорном проводящем пути информация передается от первого сенсорного нейрона (рецептора, реагирующего на внешний раздражитель, например прикосновение, боль или свет) к специфическим и специализированным нейронам в спинном или головном мозге. Таким образом, зрительная информация отличается от слуховой тем, что передается по другим проводящим путям.

В 1928 году Эдриан подвел итог своей работы характерной для него четкой формулировкой: «Все импульсы очень похожи независимо от того, вызывает ли сигнал ощущение света, или прикосновения, или боли; если они идут тесной чередой, ощущение сильное; если они разделены какими-то промежутками, ощущение, соответственно, слабое».

Наконец, Эдриан установил, что сигналы, посылаемые от моторных нейронов мозга к мышцам, почти идентичны передаваемым по сенсорным нейронам от кожи в мозг: «Моторные волокна передают разряды, почти в точности копирующие те, что идут по сенсорным волокнам. Эти импульсы <…> подчиняются тому же принципу — „все или ничего“». Таким образом, быстрая череда потенциалов действия, идущая по определенному проводящему пути, вызывает движение наших пальцев, а не восприятие разноцветных огней потому, что данный путь связан с мышцами рук, а не с сетчаткой глаз.

Эдриан, как и Шеррингтон, распространил нейронную доктрину Кахаля, которая была основана на анатомических наблюдениях, на функциональную сферу. Но, в отличие от Гольджи и Кахаля, сцепившихся в жестоком противоборстве, Шеррингтон и Эдриан дружили и поддерживали друг друга. За их открытия, связанные с функциями нейронов, они разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1932 года. Узнав о том, что они разделят эту премию, Эдриан, который был на поколение младше, написал Шеррингтону: «Не стану повторять того, что Вы наверняка уже устали слушать (как высоко мы ценим Вашу работу и Вас самого), но должен сообщить Вам, как несказанно я рад удостоиться этой чести вместе с Вами. Я и мечтать не мог об этом и никогда бы по здравом размышлении не пожелал этого, потому что не стоило бы делить оказанную Вам честь, но, раз уж это случилось, я невольно радуюсь своему везению».

Эдриан прислушался к «бах-бах-бах» нейронных сигналов и открыл, что частота этих электрических импульсов отражает силу сенсорного раздражителя, но некоторые вопросы по-прежнему оставались без ответа. Что стоит за замечательной способностью нервной системы передавать электричество по принципу «все или ничего»? Как включаются и выключаются эти электрические сигналы и какой механизм отвечает за их быстрое распространение по аксону?

Третья фаза в истории изучения нейронных сигналов касалась механизмов, лежащих в основе потенциала действия, и началась с мембранной гипотезы, которую впервые выдвинул в 1902 году Юлиус Бернштейн — ученик Гельмгольца и один из самых талантливых и выдающихся электрофизиологов XIX века. Он стремился узнать, какие механизмы приводят к возникновению импульсов по принципу «все или ничего» и что служит переносчиком электрических зарядов при потенциале действия.

Бернштейн понимал, что аксон окружен наружной мембраной клетки и даже в состоянии покоя, в отсутствие какого-либо возбуждения, на всей мембране сохраняется определенная постоянная разница потенциалов, то есть электрическое напряжение. Он знал, что эта разница, которую теперь называют мембранным потенциалом покоя, очень важна для работы нейрона, потому что передача сигналов по нейронам целиком основана на изменениях этой разницы (потенциала покоя). Он установил, что потенциал покоя на всей мембране составляет около 70 милливольт, причем суммарный заряд внутри клетки отрицательный, а снаружи — положительный.

Чем определяется эта разница потенциалов? Бернштейн рассудил: что-то должно переносить электрические заряды через клеточную мембрану. Он знал, что все клетки организма плавают во внеклеточной жидкости. Эта жидкость не содержит свободных электронов, которые могли бы переносить электрический ток, как в металлических проводниках, но богата ионами — электрически заряженными атомами[15], например, натрия, калия и хлора. Цитоплазма внутри каждой клетки тоже содержит ионы в высокой концентрации. Возможно, именно эти ионы переносят ток, рассудил Бернштейн. Кроме того, он догадался, что различие в концентрациях ионов внутри и снаружи клетки может быть причиной возникновения тока через мембрану.

Из предшествующих исследований Бернштейну было известно, что внеклеточная жидкость соленая: в ней в большой концентрации содержатся положительно заряженные ионы натрия, уравновешенные столь же высокой концентрацией отрицательно заряженных ионов хлора. В цитоплазме клетки, в свою очередь, в большой концентрации находятся отрицательно заряженные белки, уравновешенные положительно заряженными ионами калия. Таким образом, положительные и отрицательные заряды ионов по обе стороны клеточной мембраны уравновешивают друг друга, но ионы при этом задействованы разные.

Чтобы электрические заряды могли проходить сквозь мембрану нервной клетки, мембрана должна быть проницаема для некоторых ионов внеклеточной жидкости или цитоплазмы. Но каких именно? Проверив ряд предположений экспериментально, Бернштейн пришел к смелому выводу, что в состоянии покоя клеточная мембрана непроницаема для всех ионов, кроме одного — калия. Он доказывал, что в клеточной мембране должны быть специальные отверстия, которые теперь называют ионными каналами. Эти каналы позволяют ионам калия, и только им, спокойно вытекать по градиенту концентрации из клетки, где их концентрация высока, наружу, где их концентрация ниже. Ионы калия заряжены положительно, поэтому, когда они выходят из клетки, внутри клеточной мембраны образуется небольшой избыток отрицательных зарядов, связанных с находящимися в цитоплазме белками.

Однако по мере того, как ионы калия выходят из клетки, их все больше притягивает обратно суммарный отрицательный заряд, возникающий в связи с их выходом. Поэтому наружная поверхность клеточной мембраны покрывается положительными зарядами ионов калия, вышедших из клетки, а внутренняя — отрицательными зарядами белков, которые пытаются затянуть ионы калия обратно. Возникающее равновесное состояние обеспечивает постоянный мембранный потенциал на уровне -70 милливольт (рис. 5–3).

5–3. Открытый Бернштейном мембранный потенциал покоя. Юлиус Бернштейн пришел к заключению, что между внутренней средой нервной клетки и внеклеточной жидкостью должна быть разница потенциалов даже в состоянии покоя. Он предположил, что в клеточной мембране имеются специальные каналы, по которым положительно заряженные ионы калия (K+) могут выходить из клетки, и что теряемый при этом положительный заряд оставляет внутреннюю среду клетки отрицательно заряженной, создавая мембранный потенциал покоя.

Эти принципиальные открытия, касающиеся механизма поддержания потенциала покоя нервными клетками, подвели Бернштейна к следующему вопросу. Что происходит, когда нейрон стимулируют достаточно сильно, чтобы вызвать возникновение потенциала действия? Бернштейн воздействовал на аксон нервной клетки электрическим током работающего на батарейках стимулятора и заключил, что избирательная проницаемость клеточной мембраны во время потенциала действия очень ненадолго перестает работать, позволяя всем ионам свободно входить в клетку и выходить из нее и доводя мембранный потенциал до нуля. Исходя из этих соображений, потенциал действия, который изменяет мембранный потенциал от -70 до 0 милливольт, должен иметь амплитуду 70 милливольт.

Мембранная гипотеза, сформулированная Бернштейном, была весьма убедительна — отчасти благодаря тому, что в ее основе лежали давно установленные принципы движения ионов в растворах, а отчасти благодаря своей красоте. Потенциалы покоя и действия не требовали сложных биохимических реакций, а просто использовали энергию, накопленную градиентами концентраций ионов. В целом же сформулированная Бернштейном гипотеза наряду с выводами Гальвани и Гельмгольца убедительно свидетельствовала, что физические и химические законы позволяют объяснять даже некоторые аспекты работы психики — передачу сигналов по нервной системе, а значит, и Управление поведением. Отпадала нужда в «жизненной силе» и других явлениях, не поддающихся объяснению в физических и химических терминах, для таких явлений не оставалось места.

Четвертая фаза была временем ионной гипотезы и трудов Алана Ходжкина, самого выдающегося из учеников Эдриана, и Эндрю Хаксли, талантливого ученика и коллеги самого Ходжкина (рис. 5–4). Сотрудничество Ходжкина и Хаксли было тесным и плодотворным. Ходжкину было свойственно глубокое понимание природы и истории изучения работы нервных клеток. Прекрасный экспериментатор и превосходный теоретик, он всегда искал общий смысл, стоящий за непосредственными результатами. Хаксли был одарен технически и блистал в математике. Он изобрел новые способы регистрации и визуализации работы сдельных клеток и разработал математические модели я описания данных, которые они с Ходжкином получили, их сотрудничество было тем, чем должно быть: вместе они значили больше, чем по отдельности.

5–4. Алан Ходжкин (1914–1998) и Эндрю Хаксли (р. 1917) провели ряд классических экспериментов на гигантских аксонах нервных клеток кальмара. Они не только подтвердили представление Бернштейна о том, что мембранный потенциал покоя обеспечивается выходом из клетки ионов калия, но и открыли, что потенциал действия вызывается входом в клетку ионов натрия. (Фотографии любезно предоставили Джонатан Хопкинс и Э. Хаксли).

Огромные дарования Ходжкина стали очевидны уже в начале его карьеры, и когда в 1939 году началось его сотрудничество с Хаксли, он уже внес значительный вклад в изучение передачи нервных сигналов. Он получил степень доктора философии в 1936 году в Кембриджском университете, защитив диссертацию на тему «Природа проводимости нервов». В ней он, приведя красноречивые количественные подробности, показал, что электрический ток, возникающий при потенциале действия, оказывается достаточно сильным, чтобы перескакивать через анестезированный участок аксона и вызывать потенциал действия на следующем неанестезированном участке. Эти эксперименты позволили окончательно разобраться в том, как единожды вызванный потенциал действия может распространяться по аксону, не пропадая и не слабея. Ходжкин продемонстрировал, что это происходит благодаря тому, что ток, возникающий при потенциале действия, значительно сильнее тока, которого было бы достаточно для возбуждения соседнего участка.

Исследования, описанные в диссертации Ходжкина, были так важны и так красиво выполнены, что сразу привлекли к нему внимание международного научного сообщества, хотя ученому было тогда всего двадцать два года. Арчибальд Хилл, нобелевский лауреат и один из ведущих английских физиологов, присутствовал при защите диссертации Ходжкина, и она произвела на него такое впечатление, что он отправил ее Герберту Гассеру, президенту Рокфеллеровского института. В сопроводительном письме Хилл называл Ходжкина «весьма выдающимся» и писал: «Добиться должности научного сотрудника в кембриджском Тринити-колледже на четвертом году обучения — почти неслыханная честь для ученого экспериментатора, но этот юноша ее удостоился».

Гассер нашел диссертацию Ходжкина «прекрасно исполненной экспериментальной работой» и пригласил его провести 1937 год в качестве внештатного сотрудника в Рокфеллеровском институте. В течение этого года Ходжкин подружился с Грундфестом, который работал в соседней лаборатории. Кроме того, Ходжкин посетил ряд других американских лабораторий и в ходе этих визитов узнал о гигантском аксоне кальмара, который он впоследствии с немалым успехом использовал в своих экспериментах. И наконец, он познакомился с женщиной, которая впоследствии стала его женой, — дочерью профессора Рокфеллеровского института. Неплохой набор достижений за один год!

Первое замечательное открытие Ходжкина и Хаксли было сделано в 1939 году, когда они приехали на морскую; биологическую станцию в Плимуте, чтобы исследовать, как возникает потенциал действия в гигантском аксоне кальмара. Незадолго до этого британский нейроанатом Джон Зэкари Янг выяснил, что у кальмара, одного из самых быстрых морских пловцов, имеется огромный аксон диаметром в целый миллиметр, то есть почти в тысячу раз толще, чем большинство аксонов человеческого тела. Он примерно такой же толщины, как тонкие спагетти, и видим невооруженным глазом. Янг как сравнительный анатом знал, что возникающие у животных в ходе эволюции специализированные структуры помогают им выживать в своей среде обитания, и понял, что специализированный аксон кальмара, позволяющий ему на большой скорости спасаться от хищников, может оказаться для биологов ценным подарком судьбы.

Ходжкин и Хаксли сразу почувствовали, что гигантский аксон кальмара может оказаться именно тем, что им нужно, чтобы воплотить в жизнь мечту всякого нейробиолога — научиться регистрировать потенциал действия не только снаружи клетки, но и внутри и через это выяснить, как он возникает. Благодаря размеру этого аксона они могли ввести один электрод в цитоплазму клетки, оставив другой снаружи. Полученные данные подтвердили вывод Бернштейна, что потенциал покоя составляет около -70 милливольт и что он зависит от движения ионов калия по ионным каналам. Но когда они стимулировали аксон электрическим током, чтобы вызвать потенциал действия, как это делал Бернштейн, они, к своему удивлению, обнаружили, что амплитуда потенциала действия составляла 110 милливольт, а не 70, как предсказывал Бернштейн. Потенциал действия повышал электрический потенциал на мембране от -70 милливольт в покое до +40 милливольт на пике. Из этого поразительного несоответствия следовал важный вывод: гипотеза Бернштейна о том, что потенциал действия соответствует промежутку, когда клеточная мембрана становится проницаемой для всех ионов, была ошибочной. Судя по всему, во время потенциала действия мембрана по-прежнему работала избирательно, пропуская сквозь себя одни ионы и не пропуская другие.

Это было замечательное открытие. Поскольку потенциалы действия служат ключевыми сигналами, передающими информацию об ощущениях, мыслях, эмоциях и воспоминаниях из одного участка мозга в другой, вопрос о том, как возникает потенциал действия, к 1939 году стал главным вопросом всей нейробиологии. Ходжкин и Хаксли всерьез задумались над ним, но, прежде чем они успели проверить хотя бы одну из своих идей, в дело вмешалась Вторая мировая война, и их обоих призвали на военную службу.

Они смогли вернуться к исследованиям только в 1945 году. Поработав некоторое время с Бернардом Кацем в Университетском колледже Лондона (пока Хаксли готовился к свадьбе), Ходжкин выяснил, что фаза нарастания (в ходе которой мембранный потенциал растет и достигает пика) зависит от количества натрия во внеклеточной жидкости, а на фазу реполяризации (повторного снижения мембранного потенциала) влияет концентрация калия. Это открытие заставило Ходжкина и Хаксли предположить, что некоторые из ионных каналов клетки избирательно проницаемы для натрия и открываются только на время фазы нарастания, в то время как другие каналы открываются только на время фазы реполяризации.

Чтобы непосредственно проверить эту идею, Ходжкин, Хаксли и Кац применили к гигантскому аксону кальмара метод фиксации потенциала — недавно разработанную технологию, позволяющую измерять ток ионов через клеточную мембрану. Они вновь подтвердили вывод Бернштейна, что потенциал покоя создается неравномерным распределением ионов калия по разные стороны клеточной мембраны. Кроме того, они подтвердили и свое собственное наблюдение, что после достаточно сильной электрической стимуляции мембраны ионы натрия поступают в клетку в течение приблизительно 0,001 секунды, меняя напряжение на мембране с -70 до +40 милливольт и тем самым обеспечивая фазу нарастания потенциала действия. За усиленным притоком натрия почти сразу следует резкое усиление оттока калия, которое обеспечивает реполяризацию мембраны и возвращает мембранный потенциал к его исходному значению.

Но как клеточная мембрана регулирует эти изменения проводимости для ионов натрия и калия? Ходжкин и Хаксли предположили, что существуют ионные каналы особого, ранее не предвиденного класса, у которых имеются «дверцы» или «ворота», способные открываться и закрываться. Согласно их гипотезе, по мере распространения потенциала действия по аксону ворота натриевых, а сразу вслед За ними и калиевых каналов открываются и вскоре закрываются. Ходжкин и Хаксли также поняли, что, поскольку эти ворота открываются и закрываются очень быстро, воротный механизм должен регулироваться разностью потенциалов на клеточной мембране. Поэтому они назвали такие натриевые и калиевые каналы потенциал-зависимыми каналами (voltage-gated channels[16]). В свою очередь, каналы, открытые Бернштейном и ответственные за поддержание потенциала покоя, получили название проточных калиевых каналов, так как они не имеют ворот и на них не действует разность потенциалов на клеточной мембране.

Когда нейрон пребывает в состоянии покоя, потенциалзависимые каналы закрыты. Когда стимулятор повышает мембранный потенциал до порогового уровня, например с -70 до -55 милливольт, потенциал-зависимые натриевые каналы открываются, и ионы натрия устремляются внутрь клетки, вызывая краткое, но резкое увеличение количества положительных зарядов и поднимая мембранный потенциал до +40 милливольт. В ответ на это изменение мембранного потенциала натриевые каналы, открывшись на некоторое время, закрываются, а потенциал-зависимые калиевые каналы ненадолго открываются, увеличивая отток положительно заряженных ионов калия из клетки и быстро возвращая мембранный потенциал к состоянию покоя, — 70 милливольт (рис. 5–5).

5–5. Модель потенциала действия Ходжкина — Хаксли, полученная благодаря использованию внутриклеточного электрода. Приток положительно заряженных ионов натрия (Na+) меняет суммарный заряд внутри клетки и вызывает нарастание потенциала действия. Почти сразу открываются и калиевые каналы, и ионы калия (K+) вытекают из клетки, обеспечивая реполяризацию мембраны и возвращая мембранный потенциал на исходный уровень.

Каждый потенциал действия оставляет клетку с большим, чем должно быть, количеством натрия внутри и с большим количеством калия снаружи. Ходжкин выяснил, что этот дисбаланс исправляется особым белком, который транспортирует избыточные ионы натрия из клетки, а ионы калия — в клетку. В конечном итоге исходные градиенты концентраций натрия и калия восстанавливаются.

После того как потенциал действия возникает на одном участке аксона, создаваемый при этом ток возбуждает соседние участки, вызывая потенциал действия и на них. Происходящая в результате цепная реакция обеспечивает передачу потенциала действия по всей длине аксона от места, где он был вызван первоначально, до окончаний аксона, подходящих к другому нейрону (или мышечной клетке). Этим способом от одного конца нейрона к другому передаются сигналы, обеспечивающие зрительные ощущения, движения, мысли и воспоминания.

За свою концепцию, теперь известную как ионная гипотеза, в 1963 году Ходжкин и Хаксли вместе получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Впоследствии Ходжкин говорил, что премия должна была достаться кальмару, гигантский аксон которого сделал их эксперименты возможными. Но это проявление скромности не отдает должного сделанным этими двумя исследователями замечательным открытиям — открытиям, которые дали научному сообществу, в том числе новообращенным вроде меня, уверенность в том, что мы сможем разобраться в передаче сигналов в мозгу и на более глубоком уровне.

Когда в нейробиологии стали применять молекулярно-биологические методы, выяснилось, что потенциал-зависимые натриевые и калиевые каналы представляют собой белки. Молекулы этих белков пронизывают клеточную мембрану насквозь и содержат заполненный жидкостью проход — ионную пору, по которой канал и пропускает ионы. Ионные каналы имеются в каждой клетке тела, не только в нейронах, и все они поддерживают мембранный потенциал покоя По тому же принципу, который некогда сформулировал Бернштейн.

Ионная гипотеза примерно так же, как до нее нейронная доктрина, упрочила связь между клеточной биологией мозга и другими областями клеточной биологии. Она окончательно доказала, что в работе нервных клеток можно разобраться, используя физические принципы, общие для всех клеток. Что особенно важно, ионная гипотеза подготовила почву для изучения механизмов передачи нейронных сигналов на молекулярном уровне. Универсальность и предсказательная сила ионной гипотезы объединили в единую дисциплину клеточные исследования нервной системы: эта гипотеза сделала для клеточной биологии нейронов то же, что открытие структуры ДНК — для всей биологии.

В 2003 году, через пятьдесят один год после того, как была сформулирована ионная гипотеза, Родерик Маккиннон из Рокфеллеровского университета удостоился Нобелевской премии по химии за получение первых трехмерных изображений расположения атомов в молекулах двух ионных каналов — проточного калиевого и потенциалзависимого калиевого. Некоторые свойства, выявленные Маккинноном путем весьма новаторского структурного анализа этих двух белков, уже были предсказаны с поразительной проницательностью Ходжкином и Хаксли.

Поскольку движение ионов по каналам через клеточную мембрану имеет принципиальное значение для работы нейронов, а работа нейронов — принципиальное значение для психической деятельности, неудивительно, что мутации в генах, кодирующих белки ионных каналов, вызывают болезни. В 1990 году стало возможным сравнительно несложное и точное определение молекулярных дефектов, ответственных за генетические болезни человека. Вскоре после этого один за другим были выявлены дефекты ионных каналов, лежащие в основе ряда неврологических нарушений работы мышц и мозга.

Такие нарушения теперь называют каналопатиями, или нарушениями функции ионных каналов. К примеру, наследственная идиопатическая эпилепсия (наследственная эпилепсия новорожденных) оказалась связана с мутациями в генах, кодирующих белок калиевого канала. Последними достижениями в исследовании каналопатий и разработкой специфических методов лечения этих нарушений мы непосредственно обязаны обширному запасу знаний о работе ионных каналов, накопленному благодаря Ходжкину и Хаксли.

6. Разговор нервных клеток

Я пришел в лабораторию Гарри Грундфеста в 1955 году, вскоре после того, как в нейробиологии возник серьезный спор о том, как нейроны передают сигналы друг другу. Эпохальные работы Ходжкина и Хаксли позволили разрешить давнюю загадку, как электрические сигналы возникают в нейронах, но как они распространяются между нейронами? Чтобы один нейрон мог «говорить» с другим, он должен посылать сигнал через синапс, промежуток между клетками. Что же это за сигнал?

Грундфест и другие ведущие нейрофизиологи того времени твердо верили, пока в начале пятидесятых их представления не опровергли, что этот краткий сигнал, передающийся через промежуток между клетками, имеет электрическую природу, что потенциал действия в постсинаптическом нейроне начинается благодаря электрическому току, вызванному потенциалом действия в пресинаптическом нейроне. Но начиная с конца двадцатых стали накапливаться данные, свидетельствующие о том, что сигнал, передающийся между некоторыми нервными клетками, может иметь химическую природу. Эти данные были получены в ходе исследований нейронов вегетативной или автономной нервной системы. Вегетативная нервная система считается частью периферической, потому что тела ее нейронов располагаются в скоплениях, называемых периферическими вегетативными ганглиями, которые находятся возле самого спинного мозга и мозгового ствола, но за их пределами. Автономная нервная система управляет жизненно важными непроизвольными действиями, такими как дыхание, сердцебиение, поддержание кровяного давления и пищеварение.

Эти новые данные положили начало химической теории синаптической передачи и привели к спору, который в шутку называли «суп или искра»: «искровики», такие как Грундфест, считали, что синаптическая передача имеет электрическую природу, «суповики» — что химическую.

Химическая теория синаптической передачи возникла благодаря исследованиям Генри Дейла и Отто Леви. В двадцатых годах и начале тридцатых они изучали сигналы, посылаемые вегетативной нервной системой в сердце и некоторые железы. Работая независимо друг от друга, они открыли, что, когда потенциал действия, распространяющийся по нейрону вегетативной нервной системы, достигает окончаний его аксона, он вызывает выделение определенного химического вещества в синаптическую щель. Это вещество, которое мы теперь называем нейромедиатором, преодолевает синаптическую щель и достигает клетки-мишени, где его узнают и связывают особые рецепторы, расположенные на наружной поверхности мембраны этой клетки.

Леви, родившийся в Германии и работавший в Австрии физиолог, исследовал те два нерва, то есть пучка аксонов, которые управляют сердцебиением: блуждающий нерв, снижающий частоту сердцебиения, и ускоряющий нерв сердца, повышающий эту частоту. В ходе ключевого эксперимента на лягушках он стимулировал блуждающий нерв, вызывая в нем потенциалы действия, приводившие к снижению частоты сердцебиения. При этом во время и сразу после стимуляции блуждающего нерва он быстро собирал жидкость, окружающую сердце лягушки, и вводил эту жидкость в сердце другой лягушки. Как ни удивительно, у второй лягушки тоже замедлялось сердцебиение! Это не было вызвано никакими потенциалами действия, вместо них вещество, выделяемое блуждающим нервом первой лягушки, передавало замедляющий сердце сигнал.

Впоследствии Леви и британский фармаколог Дейл показали, что вещество, выделяемое блуждающим нервом, представляет собой несложное химическое соединение ацетилхолин. Ацетилхолин играет роль нейромедиатора и замедляет сердцебиение, связываясь с особым рецептором. Вещество, выделяемое ускоряющим нервом сердца, родственно адреналину, еще одному несложному соединению. За открытие первых свидетельств того, что сигналы, передаваемые от одного нейрона вегетативной нервной системы к другому через синапсы, переносятся специфическими химическими медиаторами, Леви и Дейл в 1936 году разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Через два года после получения Нобелевской премии Леви на собственном опыте убедился в том, с каким презрением австрийские нацисты относились к науке. Через день после того, как Гитлер въехал в Австрию под приветственные крики миллионов моих сограждан, Леви, ученый, двадцать девять лет работавший профессором фармакологии в Грацском университете, оказался за решеткой, потому что был евреем. Через два месяца его отпустили при условии, что он переведет свою долю Нобелевской премии, по-прежнему хранившуюся в шведском банке, в контролируемый нацистами австрийский банк и немедленно покинет страну. Так он и сделал и вскоре стал профессором в медицинской школе Нью-Йоркского университета, где несколько лет спустя мне довелось присутствовать на его лекции о сделанном им открытии химической передачи сигналов в сердце.

Новаторские работы Леви и Дейла по исследованию вегетативной нервной системы убедили многих нейробиологов, имевших уклон в фармакологию, что клетки центральной нервной системы, по-видимому, тоже используют нейромедиаторы для передачи сигналов через синаптическую щель. Однако некоторые электрофизиологи, в том числе Джон Экклс и Гарри Грундфест, продолжали в этом сомневаться. Они признавали значение химической передачи для вегетативной нервной системы, но были убеждены, что в головном и спинном мозге сигналы передаются просто слишком быстро, чтобы иметь химическую природу. Поэтому они по-прежнему придерживались теории электрической передачи применительно к центральной нервной системе. Экклс выдвинул гипотезу, что ток, производимый потенциалом действия в пресинаптическом нейроне, пересекает синаптическую щель и входит в постсинаптическую клетку, где усиливается, запуская в этой клетке потенциал действия.

Когда методы регистрации электрических сигналов усовершенствовались, в синапсах между мотонейронами и скелетными мышцами был обнаружен слабый электрический сигнал — доказательство того, что потенциал действия пресинаптического нейрона не сразу вызывает в мышечной клетке потенциал действия, а вначале порождает в ней намного более слабый сигнал особого рода, названный синаптическим потенциалом. Оказалось, что синаптические потенциалы отличаются от потенциалов действия по двум параметрам: они намного медленнее, а их амплитуда может варьировать. Поэтому на репродукторе вроде того, который использовал Эдриан, синаптический потенциал звучал бы как тихое, медленное продолжительное шипение, а не как резкое «бах-бах-бах» потенциала действия, причем громкость этого шипения могла бы варьировать. Открытие синаптического потенциала доказывало, что нервные клетки используют два типа электрических сигналов: потенциал действия для передачи сигналов на большие расстояния и синаптический потенциал для локальной передачи, чтобы переправить информацию через синапс.

Экклс сразу осознал, что именно синаптические потенциалы ответственны за открытую Шеррингтоном «интегративную деятельность нервной системы». В любой момент времени на всякую клетку любого проводящего пути сыплется множество синаптических сигналов, как возбуждающих, так и тормозящих, но у клетки есть только две альтернативы: запускать или не запускать потенциал действия. Более того, базовая задача нервной клетки состоит именно в интеграции сигналов: клетка суммирует получаемые ею от пресинаптических клеток возбуждающие и тормозящие синаптические потенциалы и запускает потенциал действия лишь тогда, когда сумма возбуждающих сигналов превышает сумму тормозящих на величину, большую, чем некоторое пороговое значение. Экклс понял, что именно способность нейронов суммировать все возбуждающие и тормозящие синаптические потенциалы, поступающие по ведущим к данному нейрону аксонам других нейронов, и обеспечивает описанное Шеррингтоном постоянство поведенческих реакций.

К середине сороковых годов сторонники обеих теорий признали, что синаптический потенциал возникает во всех постсинаптических клетках и составляет ключевое связующее звено между потенциалом действия в пресинаптическом и постсинаптическом нейронах. Но это открытие лишь уточняло предмет разногласий: электрическим или химическим путем вызываются синаптические потенциалы в центральной нервной системе?

Дейл и его коллега Уильям Фельдберг, еще один эмигрант из Германии, совершили прорыв в этой области, установив, что ацетилхолин, который используется в автономной нервной системе для замедления сердца, выделяется также мотонейронами спинного мозга, возбуждающими скелетные мышцы. Это открытие подвигло Бернарда Каца разобраться, вызывается ли синаптический потенциал в скелетных мышцах ацетилхолином.

Кац, учившийся медицине в Лейпцигском университете и еще студентом получивший за свои исследования престижную премию, покинул гитлеровскую Германию в 1935 году — потому что был евреем. Он переехал в Англию, где его взяли в лабораторию Арчибальда Хилла в Университетском колледже Лондона. В феврале этого года Кац прибыл в английский порт Харвич, не имея при себе паспорта, и это был, как он впоследствии вспоминал, «жуткий опыт». Через три месяца после этого Кац присутствовал на конференции в Кембридже, где сидел в первых рядах во время перебранки на тему «суп или искра». «К моему огромному изумлению, — писал он впоследствии, — я был свидетелем чуть ли не рукопашного боя между Дж. Экклсом и Г. Дейлом, в котором председательствующий Эдриан очень смущенно и неохотно пытался играть роль судьи». Джон Экклс, лидер «искровиков», представил работу, решительно оспаривавшую ключевой тезис лидера «суповиков» Генри Дейла и его коллег — что ацетилхолин играет в нервной системе роль медиатора, передавая сигналы по синапсам. «Мне было довольно сложно уловить нить этого спора, так как я был не вполне знаком с терминологией, — вспоминал Кац. Слово „медиатор“ напоминало мне что-то из области радио-связи, и поскольку в итоге получалась бессмыслица, предмет спора приводил меня в некоторое замешательство».

На самом деле, не считая того, что приводило Каца в замешательство, одна из проблем с химическими медиаторами состояла в том, что никто не знал, как электрический сигнал в пресинаптическом окончании может вызывать выделение медиатора и как затем этот химический сигнал в постсинаптическом нейроне преобразовывается в электрический. В течение следующих двух десятилетий Кац принимал участие в попытках ответить на эти вопросы и прояснить для центральной нервной системы то, что Дейл и Леви прояснили для вегетативной.

Однако, как и в случае с Ходжкином и Хаксли, угроза войны на время прервала работу Каца. В августе 1939 года, за месяц до того, как разразилась Вторая мировая, Кац, чувствовавший себя в Лондоне неуютно как чужестранец из Германии, принял предложение Джона Экклса, который приглашал его в Австралию на работу в своей лаборатории в Сиднее.

Случилось так, что еще один ученый, уехавший из Европы, спасаясь от нацистов, Стивен Куффлер, который тоже оказал на меня большое влияние, также в итоге оказался в Сиднее и стал работать в лаборатории Экклса (рис. 6–1). Куффлер начинал как врач, затем стал физиологом. Он родился в Венгрии, а учился в Вене, откуда в 1938 году уехал, потому Я что в придачу к тому, что его дедушка был еврей, сам он был социалистом. В Австрии Куффлер был чемпионом по теннису среди юношей и впоследствии шутил, что Экклс пригласил его в свою лабораторию потому, что ему требовался достойный партнер по теннису. Хотя Экклс и Кац как ученые были намного опытнее, Куффлер поразил их своим хирургическим искусством. Препарируя мышцы, он умел выделять отдельные волокна, чтобы исследовать синаптический вход одного мотонейрона к одному мышечному волокну, а для этого требовалось редкое мастерство.

6–1. Трое первопроходцев в области исследований синаптической передачи вместе работали в Австралии во время Второй мировой войны, а впоследствии внесли весомый вклад в эту область независимо друг от друга. Стивен Куффлер (слева, 1918–1980) описал свойства дендритов раков, Джон Экклс (в центре, 1903–1997) открыл синаптическое торможение в спинном мозгу, а Бернард Кац (справа, 1911–2002) прояснил механизмы синаптического возбуждения и химической передачи сигналов. (Фото любезно предоставил Дэмьен Куффлер).

Всю войну Кац, Куффлер и Экклс работали вместе, споря о том, химическим или электрическим путем передаются сигналы от нейронов к мышцам. Экклс пытался разобраться, почему эти сигналы передаются быстро, несмотря на данные, свидетельствующие в пользу химической передачи, которая, по его убеждению, должна была идти медленно.

Он предположил, что синаптический потенциал включает два компонента: незамедлительный быстрый процесс связанный с электрическим сигналом, и длительное последействие, связанное с химическим медиатором, таким как ацетилхолин. Кац и Куффнер стали новоиспеченными «суповиками», когда им удалось получить данные, говорящие о том, что даже первый компонент синаптического потенциала в мышцах вызывает химическое соединение ацетилхолин. В 1944 году, когда Вторая мировая война уже приближалась к концу, Кац вернулся в Англию, а Куффлер уехал в Соединенные Штаты. В 1945 году Экклс принял предложение занять должность профессора в университете города Данидин в Новой Зеландии и основал там новую лабораторию.

Экспериментальные данные давали новые и новые основания для сомнений в электрической теории синаптической передачи, и Экклс, человек крупный, спортивный и обычно энергичный и увлеченный, пришел в уныние. В конце шестидесятых, после того как мы с ним подружились, он вспоминал, как в этом подавленном состоянии испытал глубокое интеллектуальное преображение, навсегда оставившее в нем чувство благодарности. Это произошло в университетском профессорском клубе, куда Экклс регулярно приходил отдохнуть после работы. Придя однажды в этот клуб, он встретил там Карла Поппера, философа науки из Вены, который в 1937 году, предвидя, что Гитлер может аннексировать Австрию, уехал в Новую Зеландию. Разговорившись с Поппером, Экклс рассказал ему о споре сторонников химической и электрической передачи и о том, что он, похоже, оказался на проигравшей стороне в этой долгой и принципиальной для него дискуссии.

Рассказ вызвал у Поппера живейший интерес. Он стал уверять Экклса, что у того не было никаких причин для отчаяния, напротив, были причины радоваться. Результаты его исследований никто не оспаривал, оспаривали лишь его теорию, его интерпретацию собственных результатов. Он занимался самой что ни на есть настоящей наукой. Столкновение противоположных гипотез происходит лишь тогда, когда факты проясняются и позволяют детально разобраться в их альтернативных трактовках. И лишь тогда, когда происходит столкновение таких детально проработанных идей, может выясниться ложность одной из них. Не имеет значения, доказывал Поппер, на чьей стороне окажется истина. Сила научного метода и состоит прежде всего в его способности опровергать гипотезы. Наука движется вперед за счет нескончаемых и постоянно совершенствуемых циклов предположений и опровержений. Один ученый выдвигает новую идею об устройстве природы, а затем другие занимаются поиском опытных данных, которые подтвердят или опровергнут эту идею.

У Экклса были все основания радоваться, доказывал Поппер. Он убеждал Экклса вернуться в лабораторию и далее усовершенствовать свои идеи и экспериментальные свидетельства против электрической передачи, чтобы он мог, если понадобится, на деле опровергнуть эту гипотезу. Впоследствии Экклс писал: «Я научился у Поппера тому, в чем вижу теперь самую суть научного исследования: давать волю воображению при умозрительном построении гипотез, а затем как можно усерднее пытаться их оспорить, используя все имеющиеся и проводя одну за другой самые тщательные экспериментальные проверки. Более того, я научился у него даже радоваться опровержению своих излюбленных гипотез, потому что это тоже научные Достижения и потому что такие опровержения позволили нам многому научиться. Общение с Поппером принесло мне счастливое освобождение от косных общепринятых представлений о природе научных исследований. <…> Освобождение от этих сдерживающих догм превращает научное исследование в увлекательное приключение, открывающее новые горизонты, и я думаю, что эта установка сказалась на всей моей последующей жизни в науке».

Экклсу не пришлось долго ждать опровержения своей гипотезы. Вернувшись в Университетский колледж Лондона, Кац получил прямые доказательства того, что именно ацетилхолин, выделяемый мотонейронами, является причиной, причем единственной, развития всех фаз синаптического потенциала. При этом ацетилхолин очень быстро диффундирует в синаптической щели и сразу связывается с рецепторами на поверхности мышечной клетки. Впоследствии было установлено, что ацетилхолиновый рецептор представляет собой белок, состоящий из двух основных компонентов: структуры, связывающей ацетилхолин, и ионного канала. Когда рецептор узнает и связывает ацетилхолин, это вызывает открывание ионного канала.

Затем Кац показал, что ионные каналы, зависимые от химического медиатора, отличаются от потенциал-зависимых натриевых и калиевых каналов двумя свойствами: они реагируют только на специфический химический медиатор и пропускают и натрий, и калий. Одновременное прохождение ионов натрия и калия по этим каналам меняет мембранный потенциал мышечной клетки от -70 милливольт почти до нуля. Кроме того, хотя синаптический потенциал и вызывается химическим путем, это происходит очень быстро, как и предсказывал Дейл. Если синаптический потенциал оказывается достаточно сильным, он вызывает потенциал действия, который приводит к сокращению мышечного волокна (рис. 6–2).

6–2. Распространения потенциала действия.

Результаты, полученные общими усилиями Ходжкина, Хаксли и Каца, доказали, что есть два принципиально разных типа ионных каналов. Потенциал-зависимые вызывают потенциалы действия, передающие информацию в пределах нейрона, в то время как медиатор-зависимые передают информацию между нейронами (или между нейронами и мышечными клетками), вызывая потенциалы действия в постсинаптических клетках. Таким образом, Кац выяснил, что медиатор-зависимые каналы, вызывая синаптический потенциал, как бы преобразуют химические сигналы, идущие от мотонейронов, в электрические, принимаемые мышечными клетками.

Наряду с болезнями, связанными с дефектами потенциал зависимых каналов, существуют и болезни, связанные с дефектами медиатор-зависимых каналов. В частности при миастении — серьезном аутоиммунном заболевании, встречающемся преимущественно у мужчин, — организм производит антитела, разрушающие ацетилхолиновые рецепторы мышечных клеток и тем самым ослабляя мышцы. Иногда мышцы ослабевают настолько, что пациент не может даже держать глаза открытыми.

Синаптическая передача в спинном и головном мозгу определенно сложнее, чем передача сигналов между мотонейронами и мышцами. Годы с 1925-го по 1935-й Экклс провел за исследованиями спинного мозга под непосредственным руководством Шеррингтона. В 1945 году он вернулся к этой работе и стал заниматься преимущественно ею и к 1951 году получил данные внутриклеточной регистрации мембранного потенциала мотонейронов. Экклс подтвердил вывод Шеррингтона, что мотонейроны получают как возбуждающие, так и тормозные сигналы и что эти сигналы передаются специфическими нейромедиаторами, воздействующими на специфические же рецепторы. Возбуждающие нейромедиаторы, выделяемые ведущими к мотонейрону пресинаптическими нейронами, повышают мембранный потенциал постсинаптической клетки с -70 до -55 милливольт — пороговой величины для запускания потенциала действия, в то время как тормозящие нейромедиаторы снижают мембранный потенциал от -70 до -75 милливольт, в результате чего запустить потенциал действия оказывается намного сложнее.

Как нам теперь известно, основным возбуждающим медиатором в головном мозгу служит глутаминовая аминокислота, а основным тормозящим — аминокислота ГАМК (гамма-аминомасляная кислота). Многие транквилизаторы (например, бензодиазепины, барбитураты, алкоголь и средства для наркоза) связываются с рецепторами ГАМК и оказывают успокаивающее действие на организм, усиливая торможение, обеспечиваемое этими рецепторами.

Тем самым Экклс подтвердил вывод Каца, что возбуждающая синаптическая передача имеет химическую природу, и доказал, что тормозная синаптическая передача тоже имеет химическую природу. Описывая впоследствии эти открытия, Экклс писал: «Карл Поппер убедил меня сформулировать свою гипотезу как можно конкретнее, чтобы она располагала к экспериментальной проверке на ложность. Случилось так, что ложность этой гипотезы мне удалось доказать самому». Экклс отметил свои открытия тем, что отказался от электрической гипотезы, которую он так активно отстаивал, и стал искренним сторонником химической, столь же активно и увлеченно доказывая ее универсальность.

В это самое время, в октябре 1954 года, Пол Фэтт, один из талантливых соавторов Каца, подготовил превосходную обзорную работу о синаптической передаче. В этой работе Фэтт прозорливо отметил, что было преждевременно делать вывод, что синаптическая передача всегда имеет химическую природу. В заключение он написал: «Хотя все и указывает на то, что химическая передача происходит во всех соединениях <…> лучше всего знакомых физиологу, вполне возможно, что в некоторых других соединениях происходит электрическая передача» (курсив мой. — Э. К)..

Через три года справедливость предсказания Фэтта убедительно продемонстрировали Эдвин Фершпан и Дэвид Поттер, два постдока из лаборатории Каца, обнаружившие конкретный пример электрической передачи между двумя клетками в нервной системе рака. Таким образом, как это иногда и бывает с научными спорами, обе стороны оказались в чем-то правы. Теперь мы знаем, что большинство синапсов, в том числе те, что исследовались во времена этого спора, имеют химическую природу. Но некоторые нейроны образуют с другими электрические синапсы. В таких синапсах между двумя клетками появляются небольшие мостики, позволяющие электрическому току проходить из одной клетки в другую — примерно так, как некогда предсказывал Гольджи.

Открытие двух форм синаптической передачи заставило меня задаться вопросами, к которым мне еще предстояло вернуться. Почему в мозгу преобладают химические синапсы? Не разные ли роли играют в поведении химическая и электрическая передачи?

На последнем этапе своей выдающейся научной карьеры Кац оставил исследования синаптического потенциала клеток-мишеней и обратился к изучению выделения нейромедиатора передающей сигнал клеткой. Он стремился узнать, как электрическое явление в пресинаптическом окончании (потенциал действия) вызывает выделение химического медиатора. Он сделал в этой области два замечательных открытия. Во-первых, когда распространяющийся по аксону потенциал действия достигает пресинаптического окончания, это приводит к открыванию потенциал-зависимых каналов, впускающих в клетку ионы кальция. Приток ионов кальция внутрь пресинаптического окончания запускает серию молекулярных реакций, приводящих к выделению нейромедиатора. Таким образом, открываемые потенциалом действия потенциал-зависимые кальциевые каналы пресинаптической клетки запускают процесс преобразования электрического сигнала в химический, точно так же, как в принимающей сигнал клетке медиатор-зависимые каналы преобразуют химические сигналы обратно в электрические.

Во-вторых, Кац открыл, что медиаторы, такие как ацетилхолин, выделяются из окончания аксона не по одной молекуле, а отдельными небольшими порциями, примерно по пять тысяч. Кац назвал эти порции квантами и предположил, что каждая заключена в окруженный мембраной мешочек, который он обозначил как синаптический пузырек. Микрофотографии синапса, полученные в 1955 году Сэнфордом Пейли и Джорджем Пал аде с помощью электронного микроскопа, подтвердили предположение Каца, показав, что пресинаптическое окончание набито пузырьками, в которых, как было доказано впоследствии, содержатся молекулы нейромедиатора (рис. 6–3).

6–3. Как сигнал переходит из клетки в клетку. Первые микрофотографии синапсов показали, что в пресинаптическом окончании имеются синаптические пузырьки, в каждом из которых, как впоследствии выяснилось, содержится около 5000 молекул нейромедиатора. Эти пузырьки скапливаются возле мембраны синаптического окончания, готовые выделить медиатор в промежуток между двумя клетками — синаптическую щель. После пересечения синаптической щели нейромедиаторы связываются с рецепторами на мембране дендрита постсинаптической клетки. (Перепечатано из журнала Cell, vol. 10, 1993, р. 2, Jessel, Kandel. Воспроизводится с разрешения издательства Elsevier. Фото в центре любезно предоставили Крейг Бейли и Мэри Чэнь).

Кац нашел блестящее стратегическое решение для дальнейшей проверки этой идеи. Он переключился с исследования нервно-мышечного синапса лягушки на исследование гигантского синапса кальмара. Работа с этим более удобным объектом позволила Кацу сделать вывод о том, как поступают ионы кальция, когда входят в пресинаптическое окончание: они вызывают слияние синаптических пузырьков с наружной мембраной пресинаптического окончания, при этом выворачиваясь наружу и выделяя медиатор в синаптическую щель (рис. 6–4).

6–4. Из электрического сигнала в химический и обратно. Бернард Кац выяснил, что, когда потенциал действия достигает пресинаптического окончания, это приводит к открыванию кальциевых каналов, и начинается приток ионов кальция внутрь клетки, который вызывает выделение молекул нейромедиатора в синаптическую щель. Нейромедиатор связывается с рецепторами на поверхности постсинаптической клетки, и химические сигналы снова преобразуются в электрические.

Осознание того, что работа мозга — способность не только воспринимать окружающее, но и думать, обучаться и хранить информацию — может осуществляться посредством как электрических, так и химических сигналов, привело в нейробиологию, где уже работали анатомы и электрофизиологи, и биохимиков. Кроме того, поскольку биохимия есть универсальный язык биологии, синаптическая передача привлекла интерес и биологического сообщества в целом, не говоря об исследователях поведения и психики вроде меня.

Как повезло мировой нейробиологии, что Англия, Австралия, Новая Зеландия и Соединенные Штаты открыли двери для замечательных исследователей синапса, изгнанных из Австрии и Германии, в том числе для Леви, Фельдберга, Куффлера и Каца. В связи с этим мне вспоминается история, которую рассказывают о Зигмунде Фрейде. Когда он приехал в Англию и ему показали прекрасный дом на окраине Лондона, где он собирался поселиться, и он увидел, в какую мирную и доброжелательную среду привела его вынужденная эмиграция, это побудило его прошептать с характерной венской иронией: «Хайль Гитлер!».

7. Простые и сложные нейронные системы

В 1955 году, вскоре после того, как я пришел в Колумбийский университет, Грундфест предложил мне работать вместе с Домиником Пурпурой, молодым врачом, которого он убедил отказаться от карьеры нейрохирурга в пользу фундаментальных исследований мозга (рис. 7–1). Когда я познакомился с Домом, он только что принял решение сосредоточиться на изучении коры — самого высокоразвитого участка головного мозга. Дом интересовался психотропными средствами, и первые эксперименты, которые я помогал ему проводить, касались механизма, благодаря которому психоделическое средство ЛСД (диэтиламид лизергиновой кислоты) вызывает зрительные галлюцинации.

7–1. Доминик Пурпура (р. 1927) выучился на нейрохирурга, но переключился на научную работу и внес немалый вклад в изучение физиологии коры головного мозга. Я работал с ним в 1955–1956 годах, в мой первый период в лаборатории Грундфеста. Впоследствии он вошел в состав научного руководства Стэнфордского университета, а затем Школы медицины Альберта Эйнштейна. (Фото из архива Эрика Канделя).

ЛСД открыли в сороковых годах. К середине пятидесятых он стал общеизвестен в связи с тем, что его широко использовали в рекреационных целях. Олдос Хаксли разрекламировал его психотропные свойства в своей книге «Двери восприятия», в которой описал, как препарат усиливал его собственное восприятие визуальных ощущений, создавая эффектные, ярко раскрашенные образы и увеличивая ясность видимого. Способность ЛСД и близких ему психоделиков изменять восприятие, мысли и чувства, как это бывает во сне и в состоянии религиозного экстаза, но не в обычной жизни, качественно отличает их от других групп препаратов. Люди, принимающие ЛСД, нередко испытывают чувство, что их сознание расширилось и разделилось надвое: одна его часть активно ощущает усиленные эффекты восприятия, а другая пассивно наблюдает за событиями, как безучастный посторонний. Внимание при этом обычно обращено внутрь, а четкая граница между собственным «я» и окружающим миром стирается, давая принявшему ЛСД человеку мистическое чувство единства с мирозданием. V многих людей нарушения восприятия принимают форму зрительных галлюцинаций, а у некоторых ЛСД даже может вызывать состояние психоза, напоминающего шизофрению. В связи с этими необычными свойствами Дом и хотел узнать, как работает ЛСД.

Годом раньше Вулли и Шоу, два фармаколога, работавшие в Рокфеллеровском институте, установили, что ЛСД связывается с тем же рецептором, что и серотонин — вещество, которое недавно было обнаружено в мозгу и считалось нейромедиатором. Свои исследования они проводили на излюбленном препарате фармакологов — гладкой мышце матки крысы, которая, как они обнаружили, спонтанно сокращается в ответ на воздействие серотонина. Оказалось, что ЛСД подавляет этот эффект серотонина за счет его замещения на рецепторе. Это заставило Вулли и Шоу предположить, что ЛСД может подавлять работу серотонина и в мозгу. Кроме того, они предположили, что и состояние психоза, которое способен вызывать ЛСД, может быть связано с нарушением нормальной работы серотонина в мозгу. Они доказывали, что если это так, то серотонин вполне может оказаться необходимым для нашего душевного здоровья, для нормальной работы нашей психики.

Хотя Дома нисколько не смущала идея использовать гладкую мышцу матки для проверки гипотез о работе химических веществ в головном мозге, он подумал, что уместнее будет исследовать влияние функций мозга на психическое здоровье и заболевания, непосредственно рассматривая мозг и наблюдая действие психоделических средств. Конкретно он хотел узнать, влияет ли ЛСД на синаптическую активность в зрительной коре — области, связанной со зрением, где предположительно возникают существенные искажения зрительного восприятия и галлюцинации. Он попросил меня помочь ему изучить действие серотонина на нейронные проводящие пути, ведущие в зрительную кору, у кошек.

Мы анестезировали животных, снимали у них крышку черепа, обнажая мозг, и устанавливали на поверхности зрительной коры электроды. Нам удалось выяснить, что на зрительную кору ЛСД и серотонин не оказывали противоположного действия, как это происходило с гладкой мышцей матки.

Они не только производили одинаковый эффект, подавляя передачу сигналов через синапсы, но и усиливали подавляющее действие друг друга. Тем самым наше исследование, как и последующие, проведенные в других лабораториях, судя по всему, опровергали представление Вулли и Шоу, что искажающее воздействие ЛСД на зрение связано с тем, что это вещество блокирует работу серотонина в зрительной системе мозга. (Теперь мы знаем, что серотонин действует на восемнадцать разных типов рецепторов в разных частях мозга и что ЛСД, судя по всему, вызывает галлюцинации за счет стимуляции одного из этих рецепторов, работающего в лобных долях мозга).

Это был совсем неплохой результат. В ходе исследований я научился у Дома проводить эксперименты на кошках и работать с электрооборудованием для регистрации и стимуляции нервной деятельности. К своему удивлению, я отметил, что мой первый лабораторный опыт оказался весьма увлекательным, в отличие от той довольно сухой науки, которой меня учили на занятиях в колледже и медицинской школе. В лаборатории наука становится средством, позволяющим формулировать интересные вопросы о природе, обсуждать, важны ли эти вопросы и хорошо ли они сформулированы, а затем планировать эксперименты для поиска возможных ответов на конкретный вопрос.

Вопросы, которыми задавались Грундфест и Пурпура, не имели непосредственного отношения к «я», «сверх-я» и «оно», но благодаря им я осознал, что нейробиология начинает нащупывать пути проверки идей, касающихся некоторых аспектов важнейших психических заболеваний, таких как искажения восприятия и галлюцинации при шизофрении.

Еще важнее были увлекательные разговоры с Грундфестом и Пурпурой: они отличались остроумием и иногда переходили на чудесные сплетни о других ученых, их работе карьере, сексуальной жизни. Дом был необычайно умен силен в технических вопросах, и общаться с ним было всегда интересно и весело (впоследствии я назвал его Вуди Алленом нейробиологии). Я начал понимать, что науку как род занятий, особенно в американской лаборатории, отличают не только сами эксперименты, но и их социальный контекст: чувство равенства между учителем и учеником и открытый, постоянный и дико откровенный обмен идеями и критическими замечаниями. Грундфест и Пурпура высоко ценили друг друга и вместе планировали эксперименты, но Грундфест критиковал данные Дома так, будто тот был конкурентом из другой лаборатории. К экспериментам, проводившимся в их с Домом лаборатории, Грундфест относился по крайней мере так же требовательно, как к экспериментам других.

Я не только узнавал от Грундфеста и Пурпуры, а впоследствии также от Стэнли Крейна, молодого коллеги Грундфеста, о важных новых идеях, возникавших в ходе биологических исследований мозга, но и учился у них методологии и стратегии. В целом, подобно тому как горькие воспоминания моего детства о Вене в 1938-м преследовали меня последующие годы, позитивный опыт ранних этапов научной работы и идеи, с которыми я познакомился, когда мне было двадцать пять, оказали огромное влияние на мои мысли и работу всей моей жизни.

Полученные результаты, касающиеся серотонина и ЛСД, вдохновили Дома на то, чтобы довести свое исследование до технически осуществимого предела того времени в опытах на коре головного мозга млекопитающих. С помощью вспышек света мы вызывали активацию зрительной коры. Раздражитель активировал проводящий путь, ведущий к дендритам нейронов зрительной коры. О дендритах тогда мало что было известно. В частности, не было понятно, могут ли в них возникать потенциалы действия, как в аксоне. Исходя из данных своих исследований Пурпура и Грундфест предположили, что дендриты обладают ограниченными электрическими возможностями: в них могут возникать синаптические потенциалы, но не потенциал действия.

Однако Грундфест и Пурпура, придя к этому выводу, не были уверены, что использованные ими экспериментальные методы соответствовали задаче исследования дендритов. В идеале, чтобы отследить синаптические передачи, вызываемые ЛСД, им требовалось внутриклеточно регистрировать потенциал на мембране дендритов зрительной коры, работая с каждым по отдельности. Для этого необходимо было использовать стеклянные микроэлектроды вроде тех, что применял Кац, работая с отдельными мышечными волокнами, или Экклс с отдельными мотонейронами. Но после ряда обсуждений Грундфест и Пурпура поняли, что внутриклеточная регистрация, скорее всего, не сработает, потому что нейроны в зрительной коре намного меньше, чем те, с которыми работали Кац и Экклс. Тонкие дендриты, размеры которых в двадцать раз меньше, чем у тела клетки, представлялись слишком маленькими, чтобы внутриклеточно регистрировать на них мембранный потенциал.

В связи с этими дискуссиями мне вновь встретился Стивен Куффлер. Однажды вечером Грундфест бросил мне на колени номер Journal of General Physiology, в котором были опубликованы три статьи Куффлера, посвященные его исследованиям отдельных нейронов и их дендритов у раков. Мне показалось весьма примечательным, что современный нейрофизиолог проводит опыты на раках: одна из первых научных работ Фрейда, опубликованная в 1882 году, когда ему было всего двадцать шесть, была посвящена именно нервным клеткам раков! Это было то самое исследование, в ходе которого Фрейд независимо от Кахаля вплотную подошел к открытию того, что тело нервной клетки и все его отростки представляют собой единое целое — сигнальную единицу мозга.

Я внимательно прочитал эти статьи Куффлера. Хотя я и не все в них понял, одна вещь сразу бросилась мне в глаза: Куффлер делал как раз то, что Пурпура и Грундфест мечтали, но не могли сделать на мозге млекопитающего. Он изучал дендриты отдельного, выделенного из мозга нейрона. На таком препарате, в отсутствие других нейронов, Куффлер мог не только видеть отдельные ветви дендритов, но и регистрировать ход происходящих в них электрических изменений.

Эти статьи Куффлера красноречиво указывали на то, что выбор анатомически простого объекта есть ключ к успеху эксперимента и что беспозвоночные животные — настоящий кладезь таких объектов. Кроме того, статьи напомнили мне, что выбор системы для эксперимента — одно из важнейших решений, принимаемых биологом. Такой урок я уже усвоил ранее из работ Ходжкина и Хаксли на гигантском аксоне кальмара и исследований Каца гигантского синапса того же кальмара.

Эти открытия сильно подействовали на меня, и мне очень захотелось на собственном опыте проверить новые для меня исследовательские стратегии. У меня еще не было никаких конкретных идей, но я начинал мыслить как биолог. Я осознал, что всем животным в той или иной форме свойственна психическая деятельность, которая отражает устройство их нервной системы, и понял, что хочу исследовать работу нервной системы на клеточном уровне. Я был уверен, что когда-нибудь мне захочется проверить ту или иную идею на беспозвоночном животном.

Окончив в 1956 году медицинскую школу, я провел год в интернатуре при больнице Монтефиоре в Нью-Йорке. Весной 1957-го на время непродолжительного периода работы по выбору в программе моей интернатуры я вернулся в лабораторию Грундфеста и проработал там шесть недель под руководством Стэнли Крейна — настоящего мастера исследований с простыми системами. Я напросился к Крейну потому, что он занимался клеточной биологией и искал подходящие экспериментальные системы для решения серьезных проблем. Он был одним из первых нейробиологов, изучавших свойства отдельных нейронов, выделенных из мозга и содержавшихся в тканевой культуре отдельно от всех остальных нейронов. Проще почти некуда!

Зная о моем растущем интересе к беспозвоночным, особенно ракам, Грундфест предложил при содействии Крейна приготовить систему для регистрации потенциалов. Я мог воспользоваться ею, чтобы воспроизвести один из экспериментов Ходжкина и Хаксли, регистрируя мембранный потенциал на большом аксоне рака, который управляет его хвостом и тем самым помогает спасаться от хищников. Это не такой большой аксон, как гигантский аксон кальмара, но все же очень большой.

Крейн показал мне, как изготавливать стеклянные микроэлектроды, чтобы вводить их в отдельные аксоны, как регистрировать с их помощью мембранный потенциал и как трактовать эти данные. Именно по ходу этих экспериментов (которые были почти лабораторными упражнениями, поскольку я не изучал ничего нового в научном или концептуальном плане) я впервые ощутил восторг самостоятельной работы. Я подсоединил выходной провод от усилителя, который служил мне для регистрации потенциала, к репродуктору, как это тридцатью годами ранее сделал Эдриан. Всякий раз, когда я вводил электрод в клетку, я тоже слышал треск. Я не люблю звуки выстрелов, но это «бах-бах-бах» потенциалов действия меня просто опьяняло. В самой мысли, что я успешно пронзил аксон и сам прислушивался к его работе в мозгу рака, откуда он передавал сигналы, было для меня что-то чудесное и глубоко личное. Я становился настоящим психоаналитиком. Я прислушивался к скрытым, тайным мыслям моего рака!

Красивые результаты, которые я получил в своих первых экспериментах на простой нервной системе рака (показатели потенциала покоя и потенциала действия, подтверждение принципа «все или ничего» для потенциала действия и подтверждение того, что потенциал действия не просто обнуляет мембранный потенциал, но перескакивает за ноль), произвели на меня глубокое впечатление и подтвердили, как важно правильно выбирать животное для исследований. В моих результатах не было совершенно ничего нового, но меня они приводили в восторг.

По результатам двух непродолжительных периодов, в течение которых я работал в лаборатории Грундфеста, он предложил порекомендовать меня на исследовательскую работу в Национальном институте психического здоровья — психиатрическом подразделении Национальных институтов здоровья. Альтернативой была служба в армии. В первые годы после Корейской войны в армию активно набирали врачей, чтобы обеспечить медицинскую помощь военным и их семьям. Служба здравоохранения, которая тогда входила в состав береговой охраны, давала возможность альтернативной службы тем, кого признавали годными, а Национальные институты здоровья были одним из учреждений, относившихся к ведомству службы здравоохранения. Благодаря рекомендации Грундфеста меня взял на работу Уэйд Маршалл — заведующий лабораторией нейрофизиологии в Национальном институте психического здоровья, куда мне было предписано явиться в июле 1957 года.

В конце тридцатых Уэйд Маршалл был, возможно, самым многообещающим и выдающимся из молодых ученых, которые занимались исследованиями мозга в Соединенных Штатах (рис. 7–2). В серии экспериментов, которые теперь считаются классическими, он выяснил, как осязательные рецепторы, расположенные на поверхности тела (ладонях, лице, груди, спине), представлены в головном мозге кошек и обезьян. Маршалл и его коллеги открыли, что эти внутренние представительства осязательных рецепторов пространственно упорядочены: соседние участки поверхности тела соответствуют соседним участкам и в мозгу.

7–2. Уэйд Маршалл (1907–1972) — первый ученый, подробно картировавший сенсорные представительства осязания и зрения в коре головного мозга. С 1947 года он занимался научной деятельностью в Национальных институтах здоровья, а в 1950 году возглавил лабораторию нейрофизиологии Национального института психического здоровья, где я работал под его руководством с 1957 по 1960 год. (Фото любезно предоставила Луиза Маршалл).

К тому времени, когда Маршалл начал свои исследования, об анатомии коры головного мозга было известно немало. Кора представляет собой извилистую структуру, покрывающую два симметричных полушария переднего мозга и разделенную на четыре части, или доли: лобную, теменную, височную и затылочную (рис. 7–3). Если развернуть кору больших полушарий человека на плоскости, по размеру она будет как большая обеденная салфетка из ткани, только толще. Кора содержит порядка 100 млрд нейронов, у каждого из которых около тысячи синапсов, то есть общее число синаптических связей нейронов коры составляет порядка 100 трлн.

7–3. Четыре доли коры головного мозга. В лобной доле проходят нейронные цепи, управляющие социальными суждениями, планированием и организацией деятельности, некоторыми аспектами языка, контролем над движениями и так называемой рабочей памятью (разновидностью кратковременной). Теменная доля получает сенсорную информацию о прикосновениях, давлении и окружающем тело пространстве и помогает включить эту информацию в цельные картины восприятия. Затылочная доля участвует в работе зрения. Височная доля связана с обработкой слуховой информации и некоторыми аспектами языка и памяти.

Первые свои эксперименты с осязанием Маршалл провел еще в аспирантуре в Чикагском университете в 1936 году. Он обнаружил, что, если шевелить шерсть на лапе кошки или прикасаться к ее коже, это вызывает электрическую реакцию особой группы нейронов в соматосенсорной коре — участке теменной доли, который управляет осязанием. Такие результаты говорили лишь о том, что осязательные рецепторы имеют представительство в мозгу, но Маршалл сразу понял, что может пойти намного дальше. Ему хотелось узнать, представлены ли соседние участки кожи в соседних участках соматосенсорной коры или беспорядочно разбросаны по ней.

Чтобы найти наставника, который помог бы ему ответить на этот вопрос, Маршалл устроился постдоком к Филипу Барду, председателю отделения физиологии в медицинской школе Джонса Хопкинса и одному из крупнейших американских биологов. Маршалл подключился к исследованиям, которые Бард проводил на обезьянах, и вместе они установили, что вся поверхность тела представлена в соматосенсорной коре в виде взаимно однозначной нейронной карты. Соседние участки поверхности тела, например соседних пальцев, расположены рядом и в соматосенсорной коре. Через несколько лет необычайно одаренный канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд изучил эти соответствия и у людей и обнаружил, что самые чувствительные части поверхности тела представлены наиболее обширными участками соматосенсорной коры (рис. 7–4).

7–4. Сенсорная карта человеческого тела, как оно представлено в мозгу. Соматосенсорная кора — полоска теменной доли коры головного мозга — получает осязательную сенсорную информацию. Каждая часть тела представлена в ней отдельно. Пальцы, губы и другие особо чувствительные области занимают много места. Уайлдер Пенфилд назвал эту карту, отображающую человеческое тело, сенсорным гомункулусом. Составное изображение сенсорного гомункулуса в виде фигурки (внизу) основано на этой карте. Мы видим на нем человечка с большими ладонями, пальцами и губами. (Из книги: Colin Blackmore, Mechanics of the Mind, Cambridge University Press, 1977).

Затем Маршалл установил, что световые рецепторы сетчатки глаза, в свою очередь, упорядоченно представлены в первичной зрительной коре — участке затылочной доли. И наконец, Маршалл показал, что в височной доле имеется сенсорная карта звуковых частот, в которой по определенной системе представлены звуки разной высоты.

Эти исследования произвели революцию в нашем понимании того, как сенсорная информация упорядочена и представлена в мозгу. Маршалл доказал: несмотря на то что разные сенсорные системы передают разные типы информации в разные участки коры, эти системы устроены по сходной схеме — вся сенсорная информация упорядочена у нас в мозгу топографически, в виде точных карт сенсорных рецепторов тела, будь то рецепторы сетчатки глаз, базилярной мембраны уха или кожи.

Устройство сенсорных карт проще всего понять, рассмотрев, как представлены в соматосенсорной коре рецепторы осязания. Осязание начинается с внутрикожных рецепторов, которые преобразуют энергию раздражителя (например, передаваемую при щипке) в электрические сигналы сенсорных нейронов. Затем эти сигналы по строго определенному проводящему пути поступают в мозг, проходя несколько этапов обработки или ретрансляции в мозговом стволе и таламусе и наконец достигая соматосенсорной коры. При этом сигналы, поступающие от соседних участков кожи, на каждом этапе передаются по идущим рядом нервным волокнам. Поэтому, например, раздражение двух соседних пальцев вызывает активацию соседних популяций нервных клеток в мозгу.

Данные о сенсорных картах мозга и представления о принципе их топографической организации крайне важны для медицины. Благодаря невероятной подробности этих карт клиническая неврология давно стала точной диагностической дисциплиной, несмотря на то что до недавно изобретенных методов томографии мозга она полагалась лишь на простейшие, примитивнейшие орудия: ватную палочку для проверки чувствительности к прикосновению, английскую булавку — к боли, камертон — к вибрациям и молоточек для проверки работы рефлексов. Нарушения в сенсорной и моторной системах можно необычайно точно локализовать благодаря взаимно однозначным соответствиям точек поверхности тела и участков мозга.

Яркий пример этой связи демонстрируют джексоновские припадки — форма эпилептических припадков, которую описал британский невролог Джон Хьюлингс Джексон в 1818 году. При них онемение, жжение или покалывание начинаются где-то в одном месте и распространяются по всему телу. Например, сначала могут онеметь кончики пальцев, а в течение следующей минуты онемение распространится на всю кисть, вверх по руке, через плечо на спину и вниз до ноги на той же стороне тела. Эта последовательность ощущений объясняется устройством сенсорной карты тела: припадок, который представляет собой волну аномальной электрической активности в мозгу, начинается в боковой области соматосенсорной коры, где представлена кисть руки, а затем распространяется по коре в сторону макушки, где представлена нога.

Однако чудесные научные достижения Маршалла достались высокой ценой. Эти эксперименты требовали немалых физических усилий и нередко занимали больше двадцати четырех часов кряду. Регулярное недосыпание истощило его. Кроме того, отношения с Бардом стали натянутыми. В 1942 году Маршалл слег с острым параноидальным приступом после того, как чуть не набросился на Барда с кулаками. Психическое расстройство потребовало госпитализации Маршалла на полтора года.

Когда в начале сороковых Маршалл вернулся в нейробиологию, он стал заниматься совсем другим набором проблем, связанных с распространением депрессии коры — вызываемым искусственно обратимым подавлением электрической активности в коре головного мозга. К тому времени, когда я пришел в Институты здоровья, высшая точка его блестящей научной карьеры была уже позади. Время от времени он по-прежнему с удовольствием проводил эксперименты, но уже утратил научный энтузиазм и глубокую проницательность и во многом сосредоточил усилия и интерес на административных делах, с которыми хорошо справлялся.

Хотя он был эксцентричным и непредсказуемо раздражительным, а иногда и подозрительным, Маршалл был хорошим заведующим для своей лаборатории и всячески поддерживал молодых людей, за которых отвечал. Я многому у него научился, прежде всего скромности и строгости, подобающим в научной лаборатории. У него были высокие стандарты научной этики и тонкое чувство самоиронии, которое проявлялось в замечательных афоризмах, припоминаемых по подходящему поводу. Один из излюбленных, неизменно служивший ему, когда его данные кто-то оспаривал, был таков: «Нас это озадачило, и их это озадачило, но нам привычнее быть озадаченными». В других ситуациях он бормотал: «Поначалу все пойдет примерно так, а потом все станет хуже!»

Помимо смирения Маршалл научил меня тому, что сила характера и время могут позволить человеку в целом излечиться от тяжелого психического заболевания (действенных лекарственных средств тогда еще не было). Кроме того, я узнал, сколько всего может сделать человек, излечившийся от такой серьезной болезни. Многие молодые люди, сделавшие в итоге прекрасную научную карьеру, и я сам в их числе, обязаны ее началом и дальнейшими успехами личному и профессиональному примеру Уэйда Маршалла. Несмотря на мою явную неопытность, он не настаивал, чтобы я занимался только теми вопросами, которыми интересовался он сам. Напротив, он давал мне возможность думать о том, что мне хотелось делать, а хотелось мне исследовать, как клетки мозга обеспечивают обучение и память. Наука предоставляет человеку конкретные возможности для испытания идей, и если человек не боится потерпеть фиаско, он может испытывать свежие, важные и смелые идеи. Маршалл предоставил мне свободу стараться мыслить творчески.

Грундфест, Пурпура, Крейн, Маршалл, а впоследствии также Стив Куффлер оказали на меня огромное влияние. Они преобразили мою жизнь. Они и мистер Кампанья, который открыл мне дорогу в Гарвард, могут служить примером того, как важны отношения учителя и ученика для нашего интеллектуального развития. Их пример также подчеркивает роль случайных влияний и душевной щедрости, вдохновляющих молодых людей на успехи. Молодые люди, в свою очередь, должны стремиться быть восприимчивыми и стараться попасть туда, где их будут окружать люди, блистающие интеллектом.

8. Разные воспоминания — разные участки мозга

К тому времени, когда я оказался в лаборатории Уэйда Маршалла, я уже перешел от наивного стремления найти в мозгу «я», «оно» и «сверх-я» к несколько более внятной идее, что поиск биологических основ памяти может оказаться эффективным подходом к изучению высшей нервной деятельности. Мне было ясно, что обучение и память имеют принципиальное значение для психоанализа и психотерапии. В конце концов, многие стороны психологических проблем связаны с обучением, а психоанализ основан на принципе, что чему можно обучиться, тому можно и разучиться. Однако обучение и память имеют принципиальное значение и для нашей личности в целом. Они делают нас теми, кто мы есть.

Но биология обучения и памяти того времени зашла в тупик. Крупнейшим авторитетом в этой области был Карл Лешли — профессор психологии в Гарварде, убедивший многих ученых, что в коре головного мозга нет областей, специфически ответственных за память.

Вскоре после того, как меня взяли в Национальный институт психического здоровья, два исследователя в корне изменили эту ситуацию. Бренда Милнер, психолог из Монреальского неврологического института при Университете Макгилла, и Уильям Сковилл, нейрохирург из Хартфорда в штате Коннектикут, сообщили, что им удалось найти участки мозга, специфически связанные с памятью. Эта новость имела огромное значение для меня и многих других, потому что она означала, что теперь, возможно, будет окончательно разрешен давний спор об устройстве человеческой психики.

До середины XX века поиски вместилища памяти в мозгу были связаны с двумя противоположными представлениями о работе головного мозга, в особенности его коры. Согласно первому, кора головного мозга составлена из отдельных участков, выполняющих специфические функции: один отвечает за речь, второй — за зрение и т. д. Другое представление состояло в том, что психические функции порождаются совместной деятельностью всей коры.

Первым активным сторонником идеи, что различные свойства психики помещаются в специфических участках коры, был Франц Йозеф Галль, немецкий врач и нейроанатом, преподававший в Венском университете с 1781 по 1802 год. Галль выдвинул две концепции, оказавшие сильное влияние на развитие науки о психике. Во-первых, он утверждал, что все психические явления имеют биологическую природу, значит, порождаются мозгом. Во-вторых, он предположил, что кора головного мозга разделена на много участков, управляющих определенными психическими функциями.

Идея Галля о том, что все психические явления имеют биологическую природу, противоречила дуализму — царившей в то время теории. Эта теория, сформулированная в 1632 году Рене Декартом, математиком и отцом современной философии, предполагает, что люди обладают двойственной природой: материальным телом и нематериальной и неразрушимой душой, живущей вне тела. Эта двойственная природа связана с двумя типами субстанций. Res externa — материальная субстанция, наполняющая тело, в том числе головной мозг, — бежит по нервам и придает животную силу мышцам. Res cogitans — нематериальная субстанция мысли, свойственная только людям. Она порождает рациональное мышление и сознание, а ее нематериальность отражает духовную природу души. Рефлекторные действия и многие другие физические формы поведения осуществляются мозгом, а психические процессы осуществляет душа. Декарт считал, что эти два начала взаимодействуют друг с другом посредством эпифиза — небольшой структуры, расположенной в глубине мозга.

Римско-католическая церковь, чувствуя, что новые открытия анатомии угрожают ее авторитету, приняла дуализм, потому что он разделял сферы науки и религии. Радикальная позиция Галля, ратовавшего за материалистический взгляд на психику, привлекала научное сообщество тем, что предполагала отказ от концепции небиологической души, но влиятельные консервативные силы общества видели в ней угрозу. Император Франц I даже запретил Галлю выступать с публичными лекциями и изгнал из Австрии.

Галль также рассуждал, за какие функции отвечают различные области коры. Академическая психология того времени признавала двадцать семь психических свойств. Галль приписал эти свойства двадцати семи различным участкам коры, которые он называл «психическими органами». (Впоследствии как самим Галлем, так и его последователями к ним были добавлены новые). Психические свойства, такие как фактическая память, осторожность, скрытность надежда, вера в Бога, возвышенность, родительская и романтическая любовь, были одновременно абстрактны и сложны, но Галль настаивал на том, что каждым из них управляет единственный, конкретный участок мозга. Эта теория локализации функций вызвала в науке споры, продолжавшиеся вплоть до следующего века.

Теория Галля была верна по сути, но ущербна в деталях. Во-первых, большинство «психических свойств», считавшихся во времена Галля отдельными функциями психики, слишком сложны, чтобы их мог порождать единственный участок коры головного мозга. Во-вторых, метод, которым пользовался Галль, приписывая функции определенным участкам мозга, был основан на ошибочных представлениях.

Галль с недоверием относился к исследованиям поведения людей с повреждениями тех или иных участков мозга, поэтому клиническими данными он пренебрегал. Вместо этого он разработал метод, построенный на исследованиях черепа. Он полагал, что использование каждой области коры головного мозга вызывает ее рост, который приводит к тому, что покрывающий эту область участок черепа начинает выступать (рис. 8–1).

8–1. Френология. Франц Йозеф Галль (1758–1828) приписывал различные психические функции определенным участкам мозга, основываясь на своих наблюдениях. Впоследствии Галль разработал принципы френологии — системы, которая связывала свойства личности с шишками на черепе. (Портрет Галля любезно предоставил Энтони Уолш).

Галль разрабатывал теорию поэтапно, начиная с юных лет. Когда он учился в школе, у него создалось впечатление, что самые умные из его одноклассников отличались выступающим лбом и глазами. Встретившаяся ему очень романтичная и очаровательная вдова, напротив, имела выступающий затылок. Так Галль пришел к убеждению, что сильные умственные способности увеличивают лобную часть мозга, а романтические чувства приводят к увеличению затылочной части. Галль считал, что, исследуя шишки и впадины на черепах людей, богато наделенных теми или иными свойствами, он может определять, где эти свойства сконцентрированы.

Он продолжил приведение своих представлений в систему, когда его, в те годы молодого врача, назначили заведовать венским сумасшедшим домом. Там он исследовал черепа преступников и обнаружил шишку над ухом, которая явственно напоминала таковую на черепах хищных животных. Галль связал эту шишку с частью мозга, которую он считал ответственной за садистское и разрушительное поведение. Такой способ определения местоположения психических свойств привел к возникновению френологии — дисциплины, связывающей свойства личности и характера с формой черепа.

К концу двадцатых годов XIX века идеи Галля и френология как дисциплина приобрели необычайную популярность даже в широких кругах общества. Пьер Флуранс французский невролог-экспериментатор, решил подвергнуть их проверке. Используя в экспериментах разных животных, Флуранс один за другим удалял участки коры головного мозга, которые Галль связывал с определенными психическими функциями, но ему не удалось найти ни одно из нарушений поведения, предсказываемых Галлем. Более того, Флуранс не нашел никакой связи между нарушениями поведения и определенными участками коры. Имел значение только размер удаленной области, а не ее положение или сложность затрагиваемого поведения.

Поэтому Флуранс пришел к выводу, что все участки коры головного мозга одинаково важны. Он доказывал, что кора эквипотенциальна, то есть каждый ее участок может выполнять любые из функций мозга. Поэтому повреждение определенного участка коры не должно сказываться на одном свойстве сильнее, чем на другом. «Все ощущения и решения занимают одно и то же место в этих органах [т. е. структурах мозга]; такие свойства, как восприятие, понимание и воля, составляют, по сути, единое свойство», — писал Флуранс.

Идеи Флуранса вскоре завладели умами ученого сообщества. Несомненно, их принимали так охотно отчасти благодаря убедительности экспериментальных данных, но отчасти и потому, что они соответствовали чаяниям религиозных и политических противников материалистических представлений Галля о мозге. Если эти материалистические представления верны, значит, нет нужды предполагать существование души как необходимого посредника когнитивных функций человека.

Спор между последователями Галля и Флуранса в течение нескольких последующих десятилетий задавал тон в изучении мозга. Этот спор был разрешен лишь во второй половине XIX века, когда данным вопросом заинтересовались два невролога: Пьер-Поль Брока в Париже и Карл Вернике в городе Бреслау в Германии[17]. Исследуя пациентов с определенными нарушениями речи, или афазиями, Брока и Вернике сделали ряд важных открытий. Взятые вместе, эти открытия составляют одну из самых захватывающих глав истории изучения человеческого поведения, потому что впервые позволили прикоснуться к биологическим основам такой сложной когнитивной способности, как речь.

Вместо того чтобы проверять идеи Галля, изучая здоровый мозг, как делал Флуранс, Брока и Вернике исследовали болезненные состояния, которые врачи того времени называли экспериментами природы. Брока и Вернике удалось связать определенные нарушения речи с повреждениями специфических областей коры головного мозга, тем самым убедительно доказав, что по крайней мере некоторые формы высшей психической деятельности возникают именно там.

Кора головного мозга имеет две важные особенности. Во-первых, хотя оба ее полушария выглядят зеркальными отражениями друг друга, они отличаются и строением, и функциями. Во-вторых, каждое полушарие задействовано прежде всего в обеспечении чувствительности и подвижности противоположной стороны тела. Таким образом, сенсорная информация, поступающая в спинной мозг с левой стороны тела, например от левой руки, по пути в кору головного мозга переходит на правую сторону нервной системы. Аналогичным образом моторные области правого полушария управляют движениями левой стороны тела.

Брока (рис. 8–2), который был не только неврологом, но также хирургом и антропологом, основал дисциплину, теперь называемую нейропсихологией, то есть науку об изменениях психических функций, вызываемых повреждениями мозга. В 1861 году он описал случай парижского сапожника по фамилии Леборнь, которому был пятьдесят один год и у которого за двадцать один год до этого случился инсульт. В результате этого Леборнь потерял способность нормально говорить, хотя мимикой и жестами он показывал, что прекрасно понимает речь других людей. У Леборня не было ни одного из обычных двигательных нарушений, вызывающих проблемы с речью. Движения его языка, губ и голосовых связок не были затруднены. Более того, он без труда мог произносить отдельные слова, свистеть и напевать мелодии, но не мог говорить грамматически правильно и составлять полные предложения. При этом его недуг не ограничивался устной речью: на письме Леборнь тоже не мог выражать свои мысли.

8–2. Два первопроходца в области изучения функций мозга, связанных с речью. (Портреты перепечатаны из книги: Kandel, Schwartz, Jessell, Essentials of Neural Science and Behavior, McGraw-Hill, 1995. Фотографии мозга любезно предоставила Ханна Дамасио).

Леборнь умер через неделю после того, как его обследовал Брока. В ходе вскрытия его трупа Брока обнаружил поврежденную область в участке лобной доли, который теперь называют зоной Брока (рис. 8–2). Впоследствии он исследовал мозг еще восьми неспособных говорить пациентов после их смерти. У каждого из них обнаружилось похожее повреждение лобной доли левого полушария. Открытие Брока было первым эмпирическим свидетельством того, что строго определенная психическая функция может быть связана со специфическим участком коры. Исходя из того, что повреждения мозга этих пациентов находились в левом полушарии, Брока установил, что два полушария, хотя и кажутся симметричными, играют разные роли. В связи с этим открытием в 1864 году он провозгласил один из самых знаменитых принципов работы мозга: Nous parlons avec l'hemisphere gauche! («Мы говорим левым полушарием!»).

Открытие Брока послужило стимулом для поиска местоположения центров других поведенческих функций в коре головного мозга. Через девять лет два немецких физиолога, Густав Теодор Фрич и Эдуард Хитциг, взбудоражили научное сообщество, продемонстрировав, что собаки предсказуемым образом двигают конечностями, если стимулировать электричеством определенную область их коры. Более того Фрич и Хитциг определили положение маленьких участков коры, которые управляют отдельными группами мышц вызывающими такие движения.

В 1879 году Карл Вернике (рис. 8–2) открыл другую форму афазии. При этом нарушении затрудняется не способность самого пациента говорить, а его восприятие устной и письменной речи. Кроме того, хотя люди, страдающие афазией Вернике, и способны говорить, любому другому человеку их речь представляется совершенно бессвязной. Эта афазия, как и афазия Брока, вызывается повреждением левого полушария, но в данном случае задней его части — в области, которую теперь называют зоной Вернике (рис. 8–2).

Основываясь на собственных открытиях и открытиях Брока, Вернике выдвинул теорию, описывающую систему управления речью в коре головного мозга. Хотя эта теория и проще, чем современные представления о механизмах, лежащих в основе речи, она тем не менее не противоречит нашим нынешним взглядам на устройство мозга. Первый сформулированный Вернике принцип состоит в том, что любые сложные формы поведения обеспечиваются работой не одного, а нескольких специализированных и взаимосвязанных участков мозга. В случае речевого поведения это зоны Вернике (восприятие речи) и Брока (построение речи). Эти зоны, как было известно Вернике, связаны особым нервным пучком (рис. 8–3). Вернике также понимал, что обширные, взаимосвязанные сети специализированных участков, таких как зоны управления речью, дают людям ощущение цельности своей психической деятельности.

8–3. В сложных формах поведения, таких как речь, задействовано несколько взаимосвязанных участков мозга.

Представление о том, что разные участки мозга специализируются на выполнении разных функций, играет ключевую роль в современной нейробиологии, а предложенная Вернике модель сети взаимосвязанных специализированных участков лежит в основе исследований работы мозга. Одна из причин того, что ученые так долго не могли прийти к этой идее, кроется еще в одном принципе организации нервной системы: нейронным сетям нашего мозга свойственна встроенная избыточность. Многие сенсорные, моторные и когнитивные функции обслуживаются отнюдь не единственным проводящим путем; одна и та же информация обрабатывается одновременно и параллельно в различных участках мозга. Когда один из таких участков или путей повреждается, другие могут оказаться способными компенсировать эту утрату хотя бы частично. Когда происходит такая компенсация и повреждение не приводит к очевидным поведенческим нарушениям, исследователям бывает трудно установить связь между поврежденным участком мозга и поведением.

После того как стало известно, что построение и понимание речи происходит в определенных участках мозга, были обнаружены и участки, управляющие каждой из форм чувствительности, что заложило фундамент будущего открытия Уэйдом Маршаллом сенсорных карт осязания, зрения и слуха. Обращение таких исследований к проблемам памяти стало исключительно вопросом времени. При этом оставался открытым принципиальный вопрос о том, обеспечивается ли память отдельным нервным механизмом или же она неразрывно связана с сенсорными и моторными механизмами.

Первые попытки установить местоположение участка мозга, ответственного за память, и даже наметить границы памяти как отдельного нервного механизма не увенчались успехом. В двадцатые годы XX века Карл Лешли провел известную серию экспериментов, в которых обученные крысы проходили простые лабиринты. Затем он удалял этим крысам различные участки коры головного мозга и через двадцать дней повторно проверял их способности, чтобы узнать, в какой степени сохранялись приобретенные ими навыки. На основании результатов этих экспериментов Лешли сформулировал «теорию действующих масс», согласно которой степень нарушения памяти определяется размером удаленного участка коры, а не его местоположением. Лешли писал об этом, вторя работавшему столетием раньше Флурансу: «Несомненно, навык прохождения лабиринта, когда он уже выработался, не локализуется в какой-либо одной области головного мозга, и качество работы этого навыка каким-то образом определяется количеством ткани, которая осталась нетронутой».

Много лет спустя полученные Лешли результаты по-новому истолковали Уайлдер Пенфилд и Бренда Милнер из Монреальского неврологического института. Все больше ученых проводили эксперименты на крысах, и стало ясно, что лабиринты не годятся для изучения местоположения механизма памяти. Общение навыку прохождения лабиринта — сложная форма, в которой задействовано много разных сенсорных и моторных функций. Если лишить животное сенсорных ориентиров одного типа (например, осязательных), оно по-прежнему может неплохо узнавать то или иное место, пользуясь другими чувствами (например, зрением или обонянием). Кроме того, Лешли сосредоточил свои усилия на наружном слое головного мозга — его коре и не изучал структуры, лежащие глубже. Следующие исследовании показали, что многие формы памяти требуют участия одной или нескольких этих более глубоких областей.

Предположение, что некоторые компоненты человеческой памяти могут храниться в специфических участках мозга, впервые возникло в ходе нейрохирургических опытов Пенфилда (рис. 8–4) в 1948 году. Будучи стипендиатом Родса[18], Пенфилд учился физиологии под руководством Чарльза Шеррингтона. Он начал использовать хирургические методы для лечения фокальной эпилепсии, при которой припадки развиваются в ограниченных участках коры. Он разработал применяемую по сей день методику, позволяющую удалять участок ткани, в котором возникает припадок, не причиняя вреда психическим функциям пациента или сводя этот вред к минимуму.

8–4. Во время хирургических операций, связанных с эпилепсией, Уайлдер Пенфилд (1891–1976) обнажал поверхность мозга пациентов, находившихся в сознании. Затем он стимулировал различные участки коры и по реакции пациентов установил, что на роль места хранения памяти может претендовать височная доля. (Фотография любезно предоставлена архивом Пенфилда и Монреальским неврологическим институтом).

Поскольку в мозгу нет болевых рецепторов, операции на мозге можно проводить при местной анестезии. Поэтому во время операции пациенты Пенфилда оставались в полном сознании и могли сообщать о своих ощущениях. (Когда Пенфилд описывал это Шеррингтону, который всю жизнь работал на кошках и обезьянах, он не мог удержаться от замечания: «Представьте, каково это, когда экспериментальная система может отвечать на ваши вопросы!») В процессе операции Пенфилд стимулировал слабыми электрическими разрядами различные участки коры головного мозга своих пациентов и определял, как такая стимуляция влияет на способность разговаривать и понимать человеческую речь. Ответы пациентов позволяли ему узнавать точное положение зон Брока и Вернике и избегать их повреждения при удалении пораженной эпилепсией ткани.

За несколько лет Пенфилд исследовал значительную часть поверхности коры головного мозга у тысячи с лишним человек. В отдельных случаях пациенты описывали сложные ощущения, возникающие в ответ на электрическую стимуляцию: «Как будто какой-то голос произносил слова, но так невнятно, что не разобрать». Или: «Я вижу изображение собаки и кошки <…> собака гонится за кошкой». Такие реакции встречались довольно редко (примерно в 8 % случаев), причем лишь при раздражении височных долей мозга и никаких других. Эти реакции заставили Пенфилда предположить, что подобные ощущения, вызываемые электрической стимуляцией височных долей, представляют собой обрывки воспоминаний о потоке ощущений, которые человек испытывает за жизнь.

Лоуренс Кьюби (психоаналитик, с которым я познакомился благодаря Эрнсту Крису) приехал к Пенфилду в Монреаль и записал на магнитофон, что говорили его пациенты во время операций. Кьюби пришел к убеждению, что в височных долях хранится бессознательная информация определенного типа, так называемое предсознательное бессознательное. Я читал одну из важнейших статей Кьюби, когда учился в медицинской школе, присутствовал на нескольких его лекциях, когда работал в лаборатории Грундфеста, и был под влиянием его восторженного отношения к височной доле.

Со временем представление Пенфилда о том, что в височной доле хранятся воспоминания, подверглись сомнению. Во-первых, в мозгу всех его пациентов были аномалии, связанные с эпилепсией. Более того, почти в половине случаев психический опыт, вызываемый стимуляцией, ничем не отличался от галлюцинаций, нередко сопровождавших приладки. Эти наблюдения убедили большинство нейробиологов, что Пенфилд с помощью электрической стимуляции вызывал нечто подобное припадкам, то есть ауры — галлюцинаторные ощущения, характерные для ранней фазы эпилептического припадка. Во-вторых, психические ощущения, о которых сообщали пациенты, содержали элементы фантазий, а также маловероятных или невозможных ситуаций, и напоминали скорее сновидения, чем воспоминания. И наконец, удаление участков ткани, стимуляция которых вызывала такие ощущения, не приводило к потерям памяти.

Тем не менее работы Пенфилда вдохновили некоторых нейрохирургов, в том числе Уильяма Сковилла, который получил прямые доказательства того, что височные доли играют ключевую роль в обеспечении человеческой памяти. В статье, которую я прочитал, когда начал работать в Национальных институтах здоровья, Сковилл и Бренда Милнер описывали необыкновенный случай пациента, известного в науке по одним инициалам — Г. М.[19]

Когда Г. М. было девять лет, его сбил велосипедист. Г. М. получил черепно-мозговую травму, в результате которой у него развилась эпилепсия. С годами его состояние ухудшалось, и в итоге он по десять раз в неделю терял сознание, а раз в неделю у него бывали продолжительные припадки. К двадцати семи годам он стал совершенно нетрудоспособным.

Врачи считали, что эпилепсия Г. М. возникла в височной доле (конкретнее — в средней ее части), поэтому Сковилл решил в качестве последнего средства прибегнуть к удалению внутренней поверхности височной доли обоих полушарий, а также гиппокампа, расположенного в глубине височной доли. Эта операция успешно облегчила припадки Г. М., но вызвала у него тяжелую форму потери памяти, от которой он так никогда и не оправился. После операции, проведенной в 1953 году, Г. М. оставался все тем же умным, доброжелательным и интересным человеком, каким всегда был, но никакие из его новых воспоминаний не переходили в долговременную память.

Бренда Милнер (рис. 8–5) провела ряд исследований, во всех подробностях описав как те способности к запоминанию, которые Г. М. утратил, так и те, которые у него сохранились, и области мозга, ответственные за то и другое. Во-первых, у него сохранилась совершенно нормальная кратковременная память, длительность которой составляла минуты. Через непродолжительное время он без труда мог вспомнить многозначное число или зрительный образ поддерживать нормальный разговор, если он продолжался не слишком долго и затрагивал не слишком много тем. Эту кратковременную способность к запоминанию впоследствии назвали рабочей памятью, и было показано что в ней задействована так называемая префронтальная кора — участок коры, который не был удален у Г. М. Во-вторых, у Г. М. была совершенно нормальная долговременная память на события, случившиеся до операции. Он знал английский язык, у него был неплохой IQ, он отчетливо помнил многие события своего детства.

8–5. Бренда Милнер (р. 1918), которая изучала пациента Г. М. и проложила дорогу современным исследованиям памяти, впервые установив связь памяти с определенным участком мозга. Она определила роль гиппокампа и средней части височной доли в эксплицитной памяти и нашла первые свидетельства существования имплицитной памяти. (Перепечатано из книги: Kandel, Schwartz, lessell, Essentials of Neural Science and Behavior, McGraw-Hill, 1995).

Но чего Г. М. не хватало, и очень сильно, — это способности переводить воспоминания из кратковременной памяти в долговременную. Лишенный этой способности, он вскоре забывал происходившие с ним события. Он мог держать в памяти новую информацию, пока его внимание не отвлекалось на что-либо другое, но если он отвлекался, то уже через минуту не мог вспомнить ни предыдущего предмета, ни своих мыслей о нем. Меньше чем через час после еды он не помнил не только ничего из того, что ел, но и самого факта приема пищи. Бренда Милнер изучала Г. М. ежемесячно в течение почти тридцати лет, но всякий раз, когда она заходила к нему в комнату и здоровалась с ним, он не мог ее узнать. Он не узнавал и самого себя на недавних фотографиях и в зеркале, потому что помнил себя только таким, каким был до операции. Он совершенно не помнил, как изменилась его внешность, так что его личность оставалась неизменной в течение пятидесяти с лишним лет — со времени операции до сего дня. Бренда Милнер говорила о Г. М.: «У него не было возможности узнать ровным счетом ничего нового. Он живет сегодня прикованным к прошлому в мире, который чем-то похож на детский. Можно сказать, что его жизнь остановилась в момент операции».

Систематическое изучение Г. М. позволило Бренде Милнер вывести три важных принципа биологических основ сложной памяти. Так, память представляет собой отдельную психическую функцию, отчетливо обособленную от других сенсорных, моторных и когнитивных способностей. Кроме того, кратковременная память и долговременная память могут храниться отдельно. Утрата определенных структур височной доли, особенно гиппокампа, лишает человека способности переводить новые кратковременные воспоминания в долговременную память. Наконец, Милнер продемонстрировала возможность проследить связь хотя бы одной формы памяти со специфическими участками мозга. Утрата мозгового вещества в средней части височной доли и гиппокампе вызывает глубокое нарушение способности формировать новые долговременные воспоминания, в то время как утрата фрагментов некоторых других участков мозга на память не влияет.

Тем самым Бренда Милнер опровергла теорию действующих масс Лешли. Разные пряди сенсорной информации, необходимой для формирования долговременной памяти, сплетаются воедино только в гиппокампе. Лешли в своих экспериментах никогда не шел глубже поверхности коры. Кроме того, установленный Брендой Милнер факт, что у Г. М. была нормальная долговременная память на события, происходившие до операции, однозначно говорил о том, что средняя часть височной доли и гиппокамп не служат постоянными хранилищами воспоминаний, пробывших какое-то время в долговременной памяти.

Теперь у нас есть основания считать, что долговременная память все же хранится в коре головного мозга. Более того, в той самой области коры, в которой проходит первый этап обработки соответствующей информации: воспоминания о зрительных образах находятся в различных участках зрительной коры, а воспоминания о тактильных ощущениях — в соматосенсорной коре (рис. 8–6). Это позволяет объяснить, почему у Лешли, использовавшего сложные задания, в которых было задействовано несколько сенсорных систем, не получалось полностью стереть воспоминания крыс, удаляя отдельные участии их коры.

8–6. Эксплицитные и имплицитные воспоминания обрабатываются и хранятся в разных участках мозга. Кратковременно эксплицитная память на людей, предметы, места, факты и события хранится в префронтальной коре. Эти воспоминания переводятся в долговременную память в гиппокампе, а затем хранятся в частях коры, соответствующих задействованным в них чувствам, то есть в тех самых областях, где эта информация была первоначально обработана. Имплицитные воспоминания о навыках, привычках и условных рефлексах хранятся в мозжечке, полосатом теле и миндалевидном теле.

В течение нескольких лет Бренда Милнер считала, что память Г. М. нарушена полностью и никакие из его кратковременных воспоминаний не могут перейти в долговременную память. Но в 1962 году ей удалось продемонстрировать еще один принцип биологических основ памяти, который состоит в том, что воспоминания бывают по крайней мере двух типов. Она обнаружила, что помимо сознательной памяти, для которой требуется гиппокамп, существует также бессознательная, хранящаяся отдельно от гиппокампа и середины височной доли. (Еще в пятидесятых годах эти типы памяти впервые предложил выделить, основываясь на данных о поведении, Джером Брунер из Гарварда — один из отцов когнитивной психологии).

Бренда Милнер продемонстрировала, что эти типы памяти отличаются друг от друга, доказав, что в них задействованы разные анатомические структуры (рис. 8–6). Она обнаружила, что Г. М. мог обучаться некоторым вещам и надолго запоминать их, то есть у него сохранился тип долговременной памяти, не зависящий от средней части височных долей и гиппокампа. Он учился обводить контуры звезды, глядя на нее в зеркало, и его навык улучшался день ото дня, точно так же, как это бывает у людей без повреждений мозга (рис. 8–7). Но, несмотря на то что каждый день, начиная выполнять это задание, он показывал лучший результат, Г. М. никак не мог вспомнить, что уже делал это раньше.

8–7. Несмотря на очевидную потерю памяти, Г. М. сохранил способность обучаться новым навыкам и сохранять их В ходе первой попытки в первый день (слева) Г. М. допустил много ошибок, пытаясь обвести звезду, которую он видел только в зеркале. В ходе первой попытки в третий день (справа) Г. М. продемонстрировал, что сохранил приобретенный тренировкой навык, хотя он и не мог вспомнить, что уже выполнял это задание.

Способность обучаться навыкам рисования была лишь одной из многих, сохранившихся у Г. М. в неизменном виде. Кроме того, примечательно, что эта и другие способности к обучению, описанные Брендой Милнер, оказались общим свойством и точно так же проявлялись у других людей с повреждениями гиппокампа и средней части височной доли. Таким образом, эти исследования показали, что мы обрабатываем и храним информацию о мире двумя принципиально разными способами (рис. 8–6). Они также послужили еще одним, наряду с работами Брока и Вернике, свидетельством того, что пристальное изучение клинических случаев позволяет многое узнать.

Ларри Сквайр, нейрофизиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего, продолжил работу в этом направлении. Он проводил эксперименты параллельно на людях и животных. Эти эксперименты и исследования Дэниела Шактера, теперь работающего в Гарварде, позволили описать биологические основы двух важных разновидностей памяти.

Память, которую мы обычно считаем сознательной, теперь, вслед за Сквайром и Шактером, мы называем эксплицитной (или декларативной). Это способность сознательно вспоминать людей, места, предметы, факты события — то есть та память, которую Г. М. утратил. Бессознательную память мы теперь называем имплицитной (или процедурной). Она лежит в основе привыкания, сенсибилизации и выработки классических условных рефлексов, а также навыков восприятия и моторных навыков, таких как езда на велосипеде или подача мяча в теннисе. Эта память у Г. М. сохранилась.

Имплицитная память представляет собой не единую систему, а совокупность процессов, в которых задействованы разные структуры мозга, лежащие в глубине коры (рис. 8–6). Например, в ассоциации чувств (таких как страх или счастье) с событиями задействована структура, называемая миндалевидным телом. Выработка новых моторных (и, возможно, когнитивных) привычек требует участия полосатого тела, как приобретение новых моторных навыков или координированных действий зависит от мозжечка, у наиболее простых животных, в том числе беспозвоночных, имплицитная память на привыкание, сенсибилизацию и выработку классических условных рефлексов может храниться в самих рефлекторных проводящих путях.

Имплицитная память нередко носит машинальный характер. Она проявляется непосредственно в выполнении действий, без каких-либо сознательных усилий и вообще без осознания того, что мы обращаемся к памяти. Хотя наши способности воспринимать и действовать меняются под влиянием опыта, сам опыт почти недоступен для сознательного вспоминания. Например, после того как мы научимся ездить на велосипеде, мы просто ездим на нем. Мы не направляем свое тело сознательно: «Нажми левой ногой, теперь правой…» Если бы мы уделяли столько внимания каждому движению, мы, вероятно, упали бы с велосипеда. Когда мы говорим, мы не думаем о том, где в предложении должно стоять существительное, а где глагол. Мы делаем это машинально, бессознательно. Именно такой тип рефлекторного обучения и исследовали бихевиористы, прежде всего Павлов, Торндайк и Скиннер.

При многих формах обучения используется и эксплицитная, и имплицитная память. Более того, постоянное повторение может преобразовывать эксплицитную память в имплицитную. Когда мы учимся ездить на велосипеде, поначалу это требует осознанного внимания к движениям нашего тела и велосипеда, но в итоге езда на нем становится машинальной, бессознательной формой двигательной деятельности.

Философы и психологи уже давно предвидели разделение памяти на эксплицитную и имплицитную. Герман Гельмгольц, который первым измерил скорость проведения потенциала действия, занимался также исследованиями зрительного восприятия. В 1885 году он отмечал, что значительная часть обработки воспринимаемой нами зрительной информации происходит на бессознательном уровне. В 1890 году Уильям Джеймс в своей классической работе «Принципы психологии» развил эту мысль, написав отдельные главы о навыках (бессознательных, механических, рефлекторных действиях) и памяти (сознательных представлениях о прошлом). В 1949 году британский философ Гилберт Райл разграничил знание «как» (знание навыков) и знание «что» (знание фактов и событий). Более того, ключевой посылкой фрейдовской теории психоанализа, сформулированной в 1900 году в книге «Толкование сновидений», была развитая Фрейдом идея Гельмгольца о том, что наши ощущения записываются и воспроизводятся не только в виде сознательных, но и в виде бессознательных воспоминаний. Бессознательные обычно недоступны сознанию, тем не менее оказывают огромное влияние на наше поведение.

Идеи Фрейда вызывали интерес и имели успех, но многим ученым они казались недостаточно убедительными в отсутствие экспериментальных данных о том, где наш мозг на самом деле хранит информацию. Поставленный Брендой Милнер эксперимент, в котором Г. М. обводил звезду, был первым случаем, когда ученый нашел биологическую основу психоаналитической гипотезы. Продемонстрировав, что человек, лишенный гиппокампа (и в связи с этим утративший способность хранить сознательные воспоминания), может тем не менее запомнить действие, Бренда Милнер убедительно подтвердила теорию Фрейда о том, что большинство наших действий совершается неосознанно.

Всякий раз, когда я возвращаюсь к статьям Бренды Милнер о Г. М., я не устаю восхищаться тем, как много эти исследования дали для прояснения наших представлений о памяти. Пьер Флуранс в XIX веке и Карл Лешли в течение значительной части XX века представляли кору головного мозга как миску каши, в которой все участки играют похожую роль. Память не была для них обособленным психическим явлением, которое можно исследовать отдельно. Но когда другие ученые занялись поиском определенных участков мозга, обеспечивающих не только когнитивные механизмы, но и различные механизмы памяти, теория действующих масс была отвергнута раз и навсегда.

Поэтому к 1957 году, когда я прочитал первую статью Бренды Милнер о Г. М. и получил некоторое представление о том, где у нас в мозгу хранится память, следующим важнейшим научным вопросом для меня стал вопрос о том, как наш мозг обеспечивает хранение памяти. Обустроившись в лаборатории Уэйда Маршалла, я решил, что наилучшим делом для меня будет заняться этим вопросом. Кроме того я считал, что ответ на него лучше всего искать, изучая клетки, задействованные в хранении определенных эксплицитных воспоминаний. Я водружу свой флаг посередине между моими увлечениями клиническим психоанализом и фундаментальной нейробиологией и отправлюсь изучать территорию эксплицитной памяти «по одной клетке».

9. В поисках идеального объекта для изучения памяти

До открытий Бренды Милнер многие бихевиористы и некоторые когнитивные психологи по примеру Фрейда и Скиннера отказались от услуг биологии в исследованиях обучения и памяти. Они поступили так не потому, что были дуалистами, как Декарт, просто они считали, что биология в ближайшем будущем едва ли сыграет ощутимую роль в исследовании механизмов обучения. Более того, под влиянием работ Лешли они склонялись к мысли, что биология обучения вообще непостижима. В 1950 году, ближе к концу своей научной карьеры, Лешли писал: «Когда я смотрю на имеющиеся данные о местоположении следов памяти, у меня иногда возникает ощущение, что необходимый вывод состоял бы в том, что обучение просто невозможно» (курсив мой. — Э. К)..

Работы Бренды Милнер в корне изменили ситуацию. Ее открытие того, что определенные участки мозга необходимы для работы некоторых форм памяти, давало первые сведения о том, где обрабатываются и хранятся различные воспоминания. Но вопрос, как хранится память, оставался без ответа, и я им увлекся. Хотя я обладал лишь самой базовой подготовкой для механизмов хранения памяти в нервной системе, я очень хотел попробовать свои силы а атмосфера Национальных институтов здоровья располагала к некоторой смелости. Повсюду проводились исследования спинного мозга на клеточном уровне, посвященные разным проблемам, впервые намеченным Шеррингтоном. Рано или поздно клеточные исследования памяти должны были дать ответ на ряд ключевых вопросов. Какие изменения происходят у нас в мозгу в процессе обучения? Различаются ли изменения, задействованные в разных типах обучения? Каковы биохимические механизмы работы памяти? Все эти вопросы вертелись у меня в голове, но из них было непросто вывести осмысленные эксперименты.

Я хотел начать с того, на чем остановилась Бренда Милнер, взяться за самый сложный и интересный аспект — формирование долговременной памяти на людей, места и предметы, которого, как она выяснила, не происходило у Г. М. Поэтому я надеялся сосредоточиться на гиппокампе, который, как показали исследования Милнер, был необходим для формирования долговременной памяти. Но мои представления о том, как подступиться к биологическим механизмам памяти, работающим в гиппокампе, были не только смутными, но и наивными.

Для начала я задался простым вопросом: обладают ли нервные клетки, участвующие в хранении памяти, какими-то легко узнаваемыми отличительными признаками? Отличаются ли физиологически нервные клетки гиппокампа, предположительно играющие ключевую роль в работе памяти, от мотонейронов спинного мозга — единственных других хорошо изученных нейронов центральной нервной системы млекопитающих? Я думал, что свойства нейронов гиппокампа могут что-то сказать нам о том, как записывается память.

Когда я брался за это технически непростое исследование, мне прибавляло смелости осознание того, что Карл франк, работавший в соседней лаборатории, и Джон Экклс в Австралии уже использовали микроэлектроды для изучения отдельных нейронов в спинном мозгу кошек. Это были точно такие же электроды, как те, что я использовал, когда прислушивался к клеткам рака. Хотя сам Франк считал, что исследование гиппокампа — дело непростое и рискованное, он не пытался меня отговорить. У Маршалла была только одна лаборатория и два постдока, Джек Бринли и я. Джек получил медицинское образование в Мичиганском университете и начал работать над диссертацией по биофизике в Университете Джонса Хопкинса перед самым своим переходом в Национальные институты здоровья. Он планировал посвятить диссертацию движению ионов калия через мембрану нейронов вегетативной нервной системы. Поскольку Уэйду нравилась кора головного мозга, Джек немного видоизменил свою тему и занялся изучением движения калия через кору в ответ на распространение депрессии коры — искусственное развитие припадка, которым уже несколько лет интересовался Маршалл. Это был совсем неплохой предмет для исследования, но у меня он не вызывал интереса. Джек, в свою очередь, питал те же чувства к гиппокампу. Поэтому мы пришли к компромиссу и решили, что будем работать в одной лаборатории, и половину времени ею будет пользоваться он, а я буду ему помогать, а вторую половину — наоборот.

Эта договоренность неплохо работала, пока Маршалл внезапно не подбросил нам третьего человека — еще одного постдока, Олдена Спенсера, который только что окончил Медицинскую школу Орегонского университета. Мысль о том, что теперь нашу лабораторию придется делить между тремя независимыми проектами и у каждого останется еще меньше лабораторного времени для собственных исследований, крайне встревожила и меня, и Джека. Мы изо всех сил старались убедить Олдена присоединиться к одному из нас.

К счастью для меня, убедить Олдена, что нам вместе стоит заниматься гиппокампом, оказалось довольно просто. Этим успехом, как я впоследствии понял, я был отчасти обязан тому, что Олден с самого начала категорически не хотел присоединяться к проекту Джека, который предполагал использование радиоактивного изотопа калия. Олден был немного ипохондриком и смертельно боялся радиации.

С приходом Олдена мои исследования приняли весьма удачный оборот. Олден родился в Портленде и был человеком либеральных убеждений в лучших орегонских традициях независимого мышления, основанного скорее на моральных, чем на узкополитических соображениях (рис. 9–1). Отец Олдена, вечный студент, одновременно вольнодумец и религиозный человек, во время Первой мировой войны отказник по убеждениям, был призван в нестроевые части. После войны он пошел в семинарию в Британской Колумбии и некоторое время служил пастором в небольшой церкви. Затем вернулся в Стэнфордский университет, где учился математике и статистике, и впоследствии работал статистиком на гражданской службе в Орегоне.

9–1. Олден Спенсер (1931–1977), с которым мне довелось сотрудничать с 1958 по 1960 год в Национальном институте психического здоровья и который впоследствии работал вместе со мной в Медицинской школе Нью-Йоркского университета и в Колумбийском университете. Олден внес немалый вклад в изучение работы гиппокампа, изменения простых рефлекторных реакций в результате обучения и восприятия осязания. (Фото из архива Эрика Канделя).

Олден сильно расширил мои упрощенные представления о жизни за пределами Восточного побережья. Он был человеком весьма независимым, с оригинальным складом ума, большим интересом к музыке и искусству и восторженным интересом к жизни, благодаря которому общаться с ним всегда было радостно. Он постоянно находил что-то новое в большинстве происходивших с ним событий, будь то лекция, концерт или теннисный матч. Склонность к творчеству переполняла его и так легко проявлялась во всем, что он постоянно обращался к новым занятиям, с головой погружаясь в каждое следующее дело. Кроме того, у него были неплохие музыкальные способности, и он некоторое время играл на кларнете в Портлендском симфоническом оркестре. Его жена, Диана, была прекрасной пианисткой. Вдобавок ко всему Олден был необычайно скромен и проявлял все свои творческие наклонности без малейших претензий. Мы с Дениз вскоре очень подружились с ним и Дианой и регулярно ходили вчетвером на еженедельные концерты камерной музыки библиотеки Конгресса, на которых выступал прославленный Будапештский квартет.

В числе многих талантов Олдена были и способности хирурга, а также прекрасные представления об анатомическом устройстве мозга и чутье на научно значимые проблемы. Хотя ему еще не доводилось заниматься внутриклеточной регистрацией потенциалов, он провел несколько отличных электрофизиологических исследований головного мозга, изучая, какой вклад вносят проводящие пути, соединяющие таламус и кору, в различные мозговые ритмы, проявляющиеся на ЭЭГ (электроэнцефалограммах). Работать с ним было одно удовольствие. Мы без конца говорили о науке и добавляли друг другу смелости. Если мы решали, что что-то важно сделать, то брались за сколь угодно трудные задачи, например пытались регистрировать потенциал отдельных нейронов коры в неповрежденном мозгу.

Вскоре после начала нашей совместной работы мы провели первый успешный эксперимент. Я никогда его не забуду. Все утро и часть дня я работал над хирургической операцией, которая позволила обнажить гиппокамп кошки. После этого за дело взялся Олден, который вводил в гиппокамп отводящий электрод. Я сидел перед осциллографом — прибором, выводящим на экран электрические сигналы, — и управлял стимуляторами, которые могли активировать проводящие пути, входящие в гиппокамп и выходящие из него. Отводящий электрод я подсоединил к репродуктору, как уже делал в лаборатории Стэнли Крейна, чтобы электрические сигналы, которые мы могли получить, было не только видно, но и слышно. Мы пытались тогда регистрировать мембранный потенциал пирамидальных клеток — одной из главных разновидностей нейронов в гиппокампе. Эти клетки получают и обрабатывают информацию, поступающую в гиппокамп, и передают ее дальше, к следующему ретранслятору. Мы также установили фотоаппарат, чтобы фотографировать экран осциллографа.

Внезапно мы услышали «бах-бах-бах» потенциалов действия — звук, который я сразу узнал, помня его по своим экспериментам на раке. Олден ввел электрод в клетку. Мы быстро поняли, что это была пирамидальная клетка, потому что аксоны этих нейронов собираются в проводящий путь (так называемый свод мозга), ведущий наружу из гиппокампа, а именно на этом пути я и разместил свои электроды. Каждый раз, когда я включал электрическую стимуляцию, она вызывала прекрасный, большой потенциал действия. Этот метод стимуляции выходящего аксона, запускающий потенциалы действия в пирамидальных клетках, оказался действенным способом выявления этих клеток. У нас также получилось возбуждать их, стимулируя проводящий путь, который передает информацию внутрь гиппокампа. В результате за те примерно десять минут, что мы регистрировали сигналы пирамидальных клеток, нами был получен впечатляющий объем данных. При этом мы непрерывно фотографировали, чтобы каждый момент регистрации, каждый синаптический потенциал и каждый потенциал действия в пирамидальных клетках был запечатлен на пленке.

Мы с Олденом были в полном восторге: нам удалось впервые внутриклеточно записать сигналы из участка мозга, сохраняющего наши самые драгоценные воспоминания! Мы чуть не плясали в лаборатории. Нам удалось всего лишь успешно регистрировать в течение нескольких минут потенциал, но это было оправданием наших самых смелых надежд. Кроме того, мы, похоже, получили интересные данные, которые немного отличались от полученных Экклсом и Франком для мотонейронов спинного мозга.

Этот эксперимент и последовавшие за ним были тяжелы физически и иногда длились по двадцать четыре часа. Нам повезло, что мы оба только что окончили медицинскую интернатуру, где работа сутками не была редкостью. Мы проводили по три эксперимента в неделю и использовали два промежуточных дня (нередко лишь частично, потому что лаборатория была нужна Джеку) для анализа данных, обсуждения результатов и просто разговоров. Многие эксперименты нам не удавались, но в итоге мы придумали некоторые простые технические новшества, которые позволили нам получать высококачественные записи один или два раза в неделю.

Применив эффективные методы клеточной биологии для изучения гиппокампа, мы с Олденом без особого труда получили некоторые результаты, лежавшие на поверхности. В частности, мы выяснили, что, в отличие от мотонейронов, нейроны одной из имеющихся в гиппокампе разновидностей запускают потенциалы действия спонтанно, даже не получая указаний от сенсорных или каких-то других нейронов. Что еще интереснее, мы выяснили, что потенциалы действия в пирамидальных клетках гиппокампа возникают в пределах клетки в нескольких местах. В мотонейронах потенциалы действия вызываются только у основания аксона, где он отходит от тела клетки. Мы получили неплохие данные, судя по которым потенциалы действия в пирамидальных клетках гиппокампа могут начинаться также в дендритах и что они способны вызываться в ответ на стимуляцию перфорантного пути — прямого синаптического входа, ведущего к пирамидальным клеткам из участка коры, называемого энторинальной корой.

Открытие оказалось важным. До него нейробиологи, в том числе Доминик Пурпура и Гарри Грундфест, считали, что дендриты не могут возбуждаться, следовательно, не могут и вызывать потенциалы действия. Уилфрид Ролл, ведущий теоретик и разработчик моделей, работавший в Национальных институтах здоровья, ранее предложил математическую модель, описывающую работу дендритов мотонейронов. Эта модель была основана на принципиальном предположении, что клеточная мембрана дендритов пассивна: она не содержит потенциал-зависимых натриевых каналов и потому не может обеспечивать потенциалы действия. Зарегистрированные нами внутриклеточным способом сигналы стали первыми свидетельствами обратного, и впоследствии было доказано, что наше открытие соответствует общему принципу работы нейронов.

Благодаря успеху наших методов и этим интригующим результатам нас стали всячески ободрять и не скупясь хвалить наши старшие коллеги из Институтов здоровья. Джон Экклс, который уже стал ведущим специалистом по клеточной физиологии мозга млекопитающих, зашел к нам во время своего визита в Институты здоровья и щедро поделился своими мыслями по поводу нашей работы. Он также пригласил нас с Олденом в Австралию, чтобы под его руководством продолжить работу с гиппокампом, и лишь после долгих колебаний мы отказались. Уэйд Маршалл попросил меня провести семинар в Национальном институте психического здоровья, чтобы подвести предварительный итог нашей с Олденом работы, что я и сделал. Семинар прошел в переполненном конференц-зале и имел успех. Но даже в минуты предельного опьянения успехом мы понимали, что в Институтах здоровья такие истории в порядке вещей. Молодым, неопытным людям давали возможность самим испытать свои силы, зная, что, к чему бы они ни обратились, вокруг всегда будут опытные люди, готовые помочь.

Однако это время не было совсем уж безоблачным. Вскоре после того, как я начал работать у Маршалла, в соседнюю лабораторию пришел другой молодой ученый — Феликс Штрумвассер. В отличие от остальных молодых научных сотрудников, которые были докторами медицины, Феликс получил степень доктора философии по нейрофизиологии в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Большинство из нас знало о нейробиологии сравнительно мало, Феликс же знал необычайно много. Мы с ним подружились и ходили друг и другу в гости ужинать. Я многому у него научился. Надо сказать, что разговоры с Феликсом помогли мне разобраться в том, как подступиться к изучению нейробиологических основ обучения. Также благодаря Феликсу я заинтересовался гипоталамусом — участком мозге, ответственным за проявление эмоций и секрецию гормонов. Гипоталамус в то время уже всерьез фигурировал в обсуждениях клинических вопросов, связанных с лечением стресса и психической депрессии.

Поэтому я был неприятно поражен и обижен, когда на следующий день после моего семинара о нашей работе Феликс перестал со мной разговаривать. Я не мог понять, что произошло. Лишь со временем я осознал, что в науке хватает не только страстного увлечения идеями, но также амбиций и конкуренции людей, находящихся на разных этапах своей научной карьеры. Много лет спустя Феликс возобновил нашу дружбу и объяснил мне, что был крайне раздосадован тем, что двое сравнительно неопытных ученых (некомпетентных, как ему казалось) сумели получить интересные и важные экспериментальные результаты.

Считается, что новичкам везет, но когда ослепление, вызванное нашими первыми успехами, прошло, мы с Олденом осознали, что, как ни интересны были наши результаты, они уводили нас в сторону от изучения памяти. По сути, мы установили, что свойства нейронов гиппокампа недостаточно отличаются от свойств мотонейронов спинного мозга, чтобы объяснить способность гиппокампа сохранять воспоминания. У нас ушел год на осознание того, что нужно было понять с самого начала: клеточные механизмы обучения и памяти кроются не в особых свойствах самого нейрона, а в связях, которые он образует с другими клетками нейронной цепи, в состав которой входит. Когда, читая литературу и обсуждая эти вопросы друг с другом, мы научились глубже мыслить о биологических механизмах обучения и памяти, мы пришли к выводу, что роль гиппокампа работе памяти должно обеспечивать что-то другое — возможно, природа получаемой им информации, характер взаимосвязей его клеток и влияние обучения на эту систему нейронных цепей к передаваемую ей информацию.

Это изменение образа наших мыслей заставило нас изменить и свой экспериментальный подход. Чтобы разобраться в том, какую роль нейронные цепи гиппокампа играют в работе памяти, нам нужно было узнать, как сенсорная информация достигает гиппокампа, что там с ней происходит и куда она поступает после выхода. Очень трудная задача, ведь на тот момент почти ничего не было известно о том, как сенсорные сигналы достигают гиппокампа и как гиппокамп посылает информацию в другие области мозга.

Поэтому мы провели ряд экспериментов, чтобы изучить, как различные сенсорные раздражители (осязательные, слуховые и зрительные) влияют на картину потенциалов действия пирамидальных нейронов гиппокампа. Мы наблюдали лишь нерегулярные вялые реакции — ничего общего с теми бодрыми реакциями, о которых сообщали другие исследователи, изучавшие нейронные пути соматосенсорной, слуховой и зрительной коры. Наша последняя попытка разобраться в том, как гиппокамп может участвовать в работе памяти, состояла в изучении свойств синапсов, образуемых входящими аксонами перфорантного пути на нейронах гиппокампа. Мы периодически стимулировали эти аксоны с частотой десять импульсов в секунду и отметили увеличение синаптической силы, продолжавшееся примерно от 10 до 15 секунд. Затем мы стимулировал их с частотой от шестидесяти до ста импульсов в секунду и вызвали эпилептический припадок. Это были интересные результаты, но совсем не те, что мы искали!

Когда мы лучше разобрались в гиппокампе, поняли что задача узнать, как его нейронные сети обрабатывают запоминаемую информацию и как они меняются в процессе обучения и сохранения воспоминаний, чрезвычайно сложна и ее решение потребует очень долгого времени.

Гиппокамп поначалу привлекал меня в связи с интересом к психоанализу, подвигшим меня взяться за изучение биологии памяти в ее самой сложной и интригующей форме. Но мне стало ясно, что редукционистская стратегия, которую использовали Ходжкин, Кац и Куффлер в своих исследованиях потенциала действия и синаптической передачи, применима и к изучению памяти. Чтобы сделать какие-то ощутимые шаги в сторону понимания механизмов памяти, желательно было, по крайней мере для начала, исследовать простейшие примеры работы памяти и изучить их у животных с самой что ни на есть простой нервной системой, чтобы можно было проследить весь путь информации от сенсорного входа до моторного выхода. Поэтому я занялся поиском подопытного животного, видимо, беспозвоночного, например червя, мухи или улитки, у которого простые, но подверженные изменениям формы поведения управлялись бы простыми нейронными цепями, состоящими из небольшого числа клеток.

Но какого животного? Здесь наши с Олденом пути разошлись. Он был предан нейрофизиологии млекопитающих и хотел продолжать работу с их головным мозгом. Он понимал, что можно многое узнать, изучая беспозвоночных, но считал, что их нервная система устроена принципиально иначе, чем у позвоночных, и ему будет неинтересно с ними работать. Кроме того, компоненты нервной системы позвоночных были уже хорошо описаны. Решения биологических проблем, относящихся и ко всему остальному животному миру, вызывали у него интерес и восторг, но если они не имели отношения к мозгу позвоночных, человеческому мозгу, они не стоили его усилий. Поэтому Олден обратился к работе с одной из простых подсистем спинного мозга кошки и стал изучать спинномозговые рефлексы, которые видоизменяются в процессе обучения. За следующие пять лет Олден внес немалый вклад в исследование этой области, работая совместно с физиологом Ричардом Томпсоном. Однако даже сравнительно простые рефлекторные дуги спинного мозга оказались слишком сложными для подробного анализа механизмов обучения на клеточном уровне, и в 1965 году Олден отошел от работы со спинным мозгом и обучением и занялся исследованиями в других областях.

Хотя это и означало плыть против течения научной мысли того времени, я стремился применить в изучении биологии поведения и работы памяти более радикальный, редукционистский подход. Я был убежден, что биологические основы обучения для начала нужно исследовать на уровне отдельных клеток, а кроме того, что такой подход имеет наибольшие шансы на успех, если использовать его, сосредоточившись на простейших формах поведения какого-нибудь простого животного. Много лет спустя Сидней Бреннер, первопроходец в области молекулярной генетики, благодаря которому биологи стали работать с червем Caenorhabditis elegans, писал: «Вот что нужно делать: найти наилучшую систему для экспериментального решения проблемы, и, если эта проблема достаточно общего свойства, там и найдется решение. Выбор объекта для экспериментов остается одной из важнейших практических задач в биологии и, я думаю, одним из прекрасных способов сделать в ней что-то новое. <…> Разнообразие живой природы столь велико, а все организмы как-то связаны между собой так давайте найдем наилучший из них».

Однако в пятидесятых-шестидесятых годах большинство биологов разделяло нежелание Олдена применять строго редукционистскую стратегию для исследования поведения потому что они считали, что полученные результаты не будут иметь никакого отношения к поведению человека. У людей есть психические способности, которые не встречаются у более простых животных, и биологи полагали, что нервная система человека должна быть функционально устроена иначе, нежели нервная система простых животных. Хотя в этом представлении и есть рациональное зерно, я считал, что оно пренебрегает тем фактом (убедительно продемонстрированным в работах этологов, таких как Конрад Лоренц, Нико Тинберген и Карл фон Фриш), что отдельные элементарные формы обучения свойственны всем животным. Мне казалось вероятным, что в ходе эволюции люди сохранили некоторые из клеточных механизмов обучения и работы памяти, которые встречаются у более простых животных.

Неудивительно, что от использования этой исследовательской стратегии меня отговаривали несколько ведущих нейробиологов, в том числе Экклс. Его возражения отчасти отражали существовавшую в нейробиологии того времени иерархию приемлемых исследовательских задач. Хотя некоторые ученые и занимались поведением беспозвоночных, их работу не считали чем-то важным (более того, во многом игнорировали) большинство ученых, работавших с мозгом млекопитающих. Еще более серьезным возражением для меня было скептическое отношение компетентных психологов и психоаналитиков к возможности узнать что-то интересное о психических явлениях высшего порядка, таких как обучение и память, сосредоточившись на отдельных нервных клетках, тем более на клетках беспозвоночного. И все же я принял решение. Единственный оставшийся без ответа вопрос состоял в том, какое беспозвоночное лучше всего подходит для исследования обучения и памяти на клеточном уровне.

В Национальных институтах здоровья были прекрасные условия не только для того, чтобы проводить собственные исследования, но и чтобы быть в курсе последних достижений биологии. В течение каждого года большинство выдающихся ученых, занимавшихся мозгом, хоть раз появлялись в кампусе институтов. В результате у меня была возможность говорить со многими людьми и посещать семинары, на которых я узнавал о достоинствах различных беспозвоночных животных (таких как раки, омары, пчелы, мухи, наземные улитки и круглые черви аскариды) в качестве экспериментальных объектов.

Я хорошо помнил описанные Куффлером достоинства сенсорных нейронов раков как объекта для изучения свойств дендритов. Но я решил, что раки мне не подходят: хотя у них есть несколько очень крупных аксонов, тела их нейронов не слишком велики. Я хотел выбрать животное, у которого был бы какой-нибудь простой рефлекс, способный видоизменяться в результате обучения и управляемый небольшим числом крупных нейронов, весь проводящий путь которых, от входа до выхода, можно было бы проследить. Это позволило бы мне искать связи между изменениями рефлекса и изменениями, происходящими в нейронах.

После почти шести месяцев усердных размышлений о том, какое животное подойдет для исследований, я остановился на аплизии — крупном морском брюхоногом моллюске. На меня произвели большое впечатление две лекции о нем. Одну из них читала Анжелика Арванитаки-Халазонитис, уже пожилая дама и очень крупный ученый. Именно она открыла аплизию как удобный объект для исследования сигнальных свойств нейронов. Другую лекцию читал Ладислав Тауц, молодой человек, открывший новое биофизическое направление в исследовании механизма работы нейронов.

Первое упоминание аплизии содержится в энциклопедическом труде Плиния Старшего «Естественная история», написанном в I веке н. э. Во II веке она была вновь упомянута Галеном. Эти античные ученые называли аплизию lepus marinus, то есть морской заяц, потому что когда она, сжавшись, сидит неподвижно, она напоминает зайца. Когда я начал работать с аплизией, я обнаружил (далеко не первым), что, если ее потревожить, она обильно выделяет пурпурную «чернильную» жидкость. Бытовало мнение, что эта жидкость и есть тирский пурпур, которым окрашивали тоги римских императоров. (На самом деле тирский пурпур выделяют другие морские брюхоногие — иглянки). В связи со склонностью аплизии так щедро выделять пурпурную жидкость некоторые античные естествоиспытатели считали ее священным животным.

Американский вид аплизии, который живет у берегов Калифорнии (Aplysia californica) и изучению которого я посвятил внушительную часть своей научной карьеры, достигает более фута в длину и весит несколько фунтов (рис. 9–2). Его красновато-бурая окраска напоминает окраску водорослей, которыми он питается. Это большое, гордое, симпатичное и явно высокоинтеллектуальное животное — подходящий выбор для исследования механизмов обучения!

9–2. Aplysia californica — крупный морской моллюск. (Фото любезно предоставил Томас Тайкс).

Но аплизия привлекла мое внимание не своей биологией и красотой облика, а некоторыми другими свойствами, о которых Анжелика Арванитаки-Халазонитис и Ладислав Тауц говорили на лекциях, посвященных европейскому виду аплизии (A. depiIans). Они оба подчеркивали, что нервная система аплизии состоит из небольшого числа клеток — примерно 20 тыс., в то время как в нервной системе млекопитающих их порядка 100 млрд. Большинство этих клеток собрано в девять узлов, или ганглиев (рис. 9–3). Считалось, что каждый ганглий управляет несколькими простыми рефлексами, поэтому я полагал, что число клеток, ответственных за каждую простую форму поведения, скорее всего, невелико. Кроме того, некоторые из клеток аплизии относятся к самым крупным во всем животном мире, и в них сравнительно несложно вводить микроэлектроды для регистрации электрической активности. Пирамидальные клетки гиппокампа кошки, активность которых мы с Олденом регистрировали, относятся к самым крупным нервным клеткам в мозгу млекопитающего, но их диаметр составляет всего 20 микрон (1/1250 дюйма), и увидеть их можно только под микроскопом с хорошим увеличением. Некоторые клетки нервной системы аплизии в пятьдесят раз больше, и их можно увидеть невооруженным глазом.

9–3. Нервная система аплизии очень проста. Она состоит из 20 тыс. нейронов, собранных в девять отдельных узлов, или ганглиев. Поскольку в каждом ганглии содержится сравнительно немного клеток, исследователь способен выявлять простые формы поведения, которыми управляет каждый ганглий. После этого можно изучать изменения, происходящие в конкретных клетках, когда поведение моллюска изменяется в результате обучения.

Анжелика Арванитаки-Халазонитис обнаружила, что некоторые нервные клетки у аплизии индивидуально опознаваемы, то есть одни и те же клетки можно без труда зрительно опознать под микроскопом у всех без исключения аплизий. Со временем я понял, что точно так же обстоят дел а и с большинством других клеток нервной системы аплизии, что увеличивало шансы на успешное картирование всей системы нейронных цепей, управляющих какой-либо формой поведения. Впоследствии выяснилось, что система нейронных цепей, управляющих самыми элементарными рефлексами, довольно проста. Более того, я обнаружил, что стимуляция единственного нейрона часто вызывает большой синаптический потенциал в его клетке-мишени, а это верный признак и хороший показатель силы синаптической связи между двумя клетками. Большие синаптические потенциалы давали возможность клетка за клеткой картировать связи между нейронами и в итоге позволили мне впервые составить точную электросхему отдельной формы поведения.

Много лет спустя Чип Куинн, один из первых ученых, занявшихся генетикой обучения плодовой мушки, отметил, что идеальное подопытное животное для исследования биологии обучения должно иметь «не более трех генов, уметь играть на виолончели или хотя бы читать стихи на древнегреческом и обучаться этому с помощью нервной системы, содержащей только десять больших, по-разному окрашенных и поэтому легко опознаваемых нейронов». Мне не раз приходило в голову, что аплизия на удивление близка этим критериям.

В то время, когда я решил работать с аплизией, я еще ни разу не препарировал этого моллюска и не регистрировал электрическую активность его нейронов. Более того, никто в Соединенных Штатах не работал с аплизией. В 1959 году во всем мире аплизию изучали только два человека: Тауц и Арванитаки-Халазонитис. Оба работали во Франции: Тауц — в Париже, а Арванитаки-Халазонитис — в Марселе. Дениз, которая всегда была парижской шовинисткой, считала, что лучше выбрать Париж. Жить в Марселе, сказала она, было бы все равно, что жить в Олбани[20] вместо Нью-Йорка. Поэтому мой выбор был в пользу Тауца.

Прежде чем я покинул Национальные институты здоровья в мае 1960 года, я посетил Тауца, и мы договорились что я приеду к нему в сентябре 1962 года, как только окончу резидентуру по психиатрии в Гарвардской медицинской школе.

Когда в июне 1960 года я покидал Институты здоровья, мне было очень грустно, примерно так, как это было, когда я окончил среднюю школу Эразмус-холл. Я пришел новичком, а уходил скромным, но успешно работающим ученым. В институтах я научился не только словам, но и делам. Я понял, что мне это нравится, и довольно успешно делал то, за что взялся. Но я был искренне удивлен успехом. Долгое время я думал, что обязан им простой случайности, удаче, интересному и продуктивному сотрудничеству с Олденом, щедрой психологической поддержке Уэйда Маршалла и научной культуре институтов, ориентированной на молодежь. У меня были идеи, которые оказались полезными, но я думал, что мне просто повезло, как бывает с новичками. И я очень боялся, что запас идей иссякнет и я не задержусь в науке.

Эта неуверенность в своей способности производить новые идеи усугублялась еще и тем, что Джон Экклс и несколько других уважаемых мной ведущих ученых считали, что я совершаю большую ошибку, отказываясь от многообещающего начала в исследовании гиппокампа млекопитающих в пользу новой работы с беспозвоночным, поведение которого не было хорошо изучено. Но мне не давали остановиться три фактора. Во-первых, это был принцип биологических исследований Куффлера — Грундфеста: для исследования каждой биологической проблемы можно найти подходящий организм. Во-вторых, теперь я занимался клеточной биологией. Мне хотелось думать о том, как работают клетки во время обучения, тратить время на чтение, обдумывание и обсуждение идей с другими. Мне не хотелось вновь и вновь часами готовиться к эксперименту, как делали мы с Олденом, когда занимались гиппокампом, чтобы, если повезет, найти пригодную для исследований клетку. Мне нравилась идея работать с большими клетками, и, несмотря на сопряженный с ней риск, я был уверен, что аплизия — это подходящий объект и что в моем распоряжении есть средства для успешного исследования поведения этого моллюска.

И наконец, меня кое-чему научила женитьба на Дениз.

Я с сомнениями и опаской относился к женитьбе, даже на той, которую я любил больше, чем любую другую женщину, о браке с которой я когда-либо задумывался. Но Дениз была уверена, что наш брак будет счастливым, и я отбросил сомнения и поверил ей. Этот опыт научил меня тому, что бывает множество ситуаций, в которых мы не можем принимать решения на основании только сухих фактов, потому что фактов часто не хватает. В итоге нам приходится довериться своему бессознательному, инстинктам, творческому порыву. Я снова так и поступил, когда выбрал аплизию.

10. Нейронные аналоги обучения

В мае 1960 года, после непродолжительного визита в Париж к Ладиславу Тауцу, мы с Дениз отправились в Вену, чтобы я мог показать ей свой родной город. Я впервые возвращался туда после того, как уехал в апреле 1938-го. Мы прошлись по всей прекрасной Рингштрассе — главному проспекту, на котором стоят многие из самых важных общественных зданий города, такие как оперный театр, университет и парламент. Мы насладились Музеем истории искусств — пышным барочным зданием с прекрасной мраморной лестницей и превосходной коллекцией произведений искусства, начало которой было положено императорской семьей Габсбургов. Одну из главных прелестей этого замечательного музея составляет зал, в котором находятся картины Питера Брейгеля-старшего, изображающие времена года. Мы посетили также Верхний Бельведер с лучшей в мире коллекцией австрийских экспрессионистов — Климта, Кокошки и Шиле, трех современных художников, чьи образы навсегда запечатлены в сознании большинства венских ценителей искусства моего поколения.

И, главное, мы посетили квартиру в доме 8 по Северингассе, где жила раньше моя семья. Оказалось, там живет молодая женщина со своим мужем. Она разрешила нам войти и осмотреть квартиру. Несмотря на то что по закону эта квартира по-прежнему принадлежала моей семье, потому что мы ее не продавали, мне было неловко напоминать об этом милой женщине. Мы пробыли там совсем недолго, но достаточно, чтобы я успел удивиться, какой крошечной была эта квартира. Я помнил, что места там было довольно мало: гостиная и столовая (по которым много лет назад, в день рождения, когда мне исполнилось девять, я водил свою блестящую голубую машинку с дистанционным управлением), но меня поразило, какой маленькой была эта квартира на самом деле — обычное проявление обманчивости нашей памяти. Затем мы пошли на Шульгассе, чтобы посетить мою начальную школу, но оказалось, что на ее месте теперь находится какая-то правительственная организация. Дорога от дома до школы, которая запомнилась мне со школьных лет как довольно долгая, заняла у нас всего пять минут. Примерно столько же было идти до Кучкергассе, где был магазин отца.

Мы с Дениз стояли на противоположной стороне улицы перед магазином, и я показывал на него, когда какой-то человек постарше меня подошел и сказал: «Вы, наверное, сын Германа Канделя!»

Меня это потрясло. Я спросил, как он мог догадаться, ведь мой отец больше не возвращался в Вену, а я уехал оттуда еще ребенком. Он сказал, что живет через три дома отсюда, а затем очень просто ответил на мой вопрос: «Вы так на него похожи». Ни ему, ни мне не хватило смелости заговорить о случившемся за прошедшие годы, и теперь я жалею, что не сделал этого.

Поездка меня очень растрогала. Дениз было интересно, но впоследствии она сказала мне, что, если бы я не был так глубоко и безнадежно очарован Веной, этот город показался бы ей скучным по сравнению с Парижем. Ее слова напомнили мне об одном вечере еще на раннем этапе нашей дружбы, когда Дениз впервые пригласила меня на ужин в дом своей матери. В тот вечер вместе с нами а гостях была импозантная тетя моей будущей жены Соня — крупная, весьма интеллектуальная и несколько высокомерная дама, которая работала на Организацию Объединенных Наций, а до Второй мировой войны была секретарем Социалистической партии Франции.

Когда мы сели, чтобы выпить перед ужином, она повернулась ко мне с инквизиторским видом и с сильным французским акцентом спросила:

— А где вы выросли?

— В Вене, — ответил я.

— Неплохо, — сказала она тем же снисходительным тоном, с натужной улыбкой. — Мы когда-то говорили, что это маленький Париж.

Много лет спустя мой друг Ричард Аксель, который познакомил меня с молекулярной биологией, готовился к своей первой поездке в Вену. Прежде чем я успел просветить его о достоинствах Вены, еще один из его друзей сообщил ему свой вердикт: «Это европейская Филадельфия».

Мне ясно, что никто из этих людей по-настоящему не понимал Вену — ни тень ее былой славы, ни ее неувядающую красоту, ни ее нынешнее самодовольство и латентный антисемитизм.

Когда мы вернулись из Вены, началась моя резидентура по психиатрии в Массачусетском центре психического здоровья Гарвардской медицинской школы. Она, правда, должна была начаться годом раньше, но, поскольку работа с гиппокампом так успешно продвигалась, я написал Джеку Эвальту, директору этого центра и профессору психиатрии Гарвардской медицинской школы, и спросил, нельзя ли отсрочить на год ее начало. Он незамедлительно ответил, что я могу задержаться на любой срок, если нужно. Этот третий год моей работы в Институтах здоровья оказался решающим не только для моей совместной работы с Олденом, но и в целом для моего становления как ученого.

Помня о начале нашего знакомства и последующем обмене любезными письмами, по приезде я пришел к Эвальту. Я спросил, не найдется ли для меня немного места и каких-то скромных средств, чтобы обустроить лабораторию. Атмосфера нашего разговора вдруг резко переменилась. Как будто теперь я разговаривал с совершенно другим человеком. Он смерил меня взглядом, показал на стопку резюме двадцати двух других людей, которые начинали проходить в этом году резидентуру, и прорычал: «Да кто вы вообще такой? С чего вы взяли, что лучше кого-то из них?»

Меня очень неприятно поразил смысл его ответа, но еще больше — его тон. За все годы моего обучения в Гарвардском колледже и Медицинской школе Нью-Йоркского университета никто из преподавателей не позволял себе так со мной разговаривать. Я сказал ему, что, хоть и не питаю никаких иллюзий относительно своих врачебных навыков в сравнении с навыками других, у меня как-никак за плечами три года научной работы и я не хочу, чтобы этот опыт оставался невостребованным. Эвальт велел мне идти в отделение и заняться пациентами.

Я вышел из его кабинета озадаченным и подавленным и на какое-то время задумался, не стоит ли мне пойти в резидентуру в другое место — в Бостонскую больницу Управления по делам здоровья ветеранов. Нейробиолог Джерри Леттвин, мой друг, которому я пересказал свой разговор с Эвальтом, убеждал меня перейти в эту больницу, говоря: «Работать в Массачусетском центре психического здоровья — все равно что плавать в водовороте. Невозможно ничего изменить и невозможно двигаться вперед». Тем не менее, учитывая превосходную репутацию программы резидентуры этого центра, я решил проглотить обиду и остаться.

Оказалось, это было мудрое решение. Через несколько дней я зашел в стоящее на другой стороне улицы здание медицинской школы и обсудил свое положение с профессором физиологии Элвудом Хеннеманом. Он предложил мне немного места в своей лаборатории. Через несколько недель Эвальт подошел ко мне и сказал, что узнал от своих коллег по медицинской школе, имея в виду Хеннемана и Стивена Куффлера, что я стою того, чтобы в меня вкладывать. «Что вам нужно? — спросил он. — Чем я могу вам помочь?» После этого он предоставил мне все ресурсы, необходимые для продолжения исследований в лаборатории Хеннемана на протяжении двух лет резидентуры.

Резидентура оказалась для меня отчасти источником вдохновения, но отчасти и разочарования. Мои сокурсники были группой одаренных людей и на долгие годы стали моими друзьями. Многие из них впоследствии сделали серьезную карьеру в академической психиатрии. В эту группу входили Джуди Рапопорт, которая стала одним из ведущих исследователей детских психических расстройств, Пол Вендер, один из тех, кто открыл новую эру изучения генетики шизофрении, Джозеф Шильдкраут, разработавший первую биологическую модель депрессии, Джордж Вейлант, сыгравший заметную роль в выяснении факторов, вызывающих предрасположенность к физическим и психическим заболеваниям, Аллан Хобсон и Эрнест Хартманн, которые внесли весомый вклад в изучение сна, и Тони Крис (брат Анны), ведущий психоаналитик, написавший влиятельную книгу о природе смещения аффекта.

Превосходно была поставлена работа в клинике, хотя она и отличалась некоторой узостью подходов. В первый год мы лечили пациентов, в том числе страдавших шизофренией, которые были тяжело больны и им требовалась госпитализация. Мы работали лишь с небольшим числом пациентов и имели редкую возможность заниматься с этими тяжелобольными людьми интенсивной психотерапией, проводя с ними часовые сеансы дважды или даже трижды в неделю. Хотя нам и не удалось по-настоящему улучшить их психическое состояние, мы многое узнали о шизофрении и депрессивных заболеваниях, просто слушая их. Элвин Семрад, заведующий клиникой, и большинство наших наставников были ориентированы на теорию и практику психоанализа. Мало кто из них мыслил биологическими категориями, разбирался в психофармакологии, и большинство не поощряло наше чтение литературы по психиатрии и даже по психоанализу, считая, что мы должны учиться не по книгам, а у наших пациентов. «Слушайте пациента, а не литературу» — вот был их педагогический девиз.

В какой-то степени они были правы. Мы немало узнали от наших пациентов о клинике и динамике тяжелых психических заболеваний. Но прежде всего они научили нас внимательно и вдумчиво вслушиваться в то, что рассказывали нам о себе и своей жизни. И, что особенно важно, мы научились уважать каждого пациента как личность со своими особыми достоинствами и особыми проблемами.

Но мы почти ничего не узнали ни о принципах диагностики, ни о биологическом фундаменте психических заболеваний. Мы познакомились лишь с самыми азами использования лекарственных препаратов для лечения этих недугов. Более того, нас нередко отговаривали от применения таких средств, потому что Семрад и другие наши наставники опасались, что это будет помехой психотерапии.

В связи с этим недостатком нашей программы мы с моими сокурсниками организовали группу для обсуждения вопросов описательной психиатрии, занимавшуюся раз в месяц в доме, где жили Крис и Хартманн. На этих занятиях мы по очереди делали специально подготовленные доклады о собственных работах на разные темы. В своем докладе я представлял обзор группы острых психических расстройств, называемых аменциями, которые вызываются черепно-мозговыми травмами и химической интоксикацией. При некоторых из этих расстройств, например при остром алкогольном галлюцинозе, пациент страдает от психоза, напоминающего шизофрению, но вполне обратимого и проходящего, когда действие алкоголя прекращается. Моя основная мысль состояла в том, что некоторые психозы не уникальны для шизофрении и могут развиваться в результате ряда различных расстройств.

До нашего прихода в Центр психического здоровья лекторов из других организаций почти никогда не приглашали выступать перед теми, кто проходил там резидентуру. Это было проявление обычной гарвардской и в целом бостонской хвастливой самонадеянности, которую лучше всего отражает шутка про почтенную бостонскую даму, которая в ответ на вопрос о ее путешествиях заявила: «Зачем мне путешествовать? Я уже здесь».

По инициативе, проявленной Крисом, Шильдкраутом и мной, были организованы большие симпозиумы, на которые собирались все исследователи и врачи самой больницы, а также выдающиеся специалисты из других организаций. Когда я работал в Национальных институтах здоровья, огромное впечатление на меня произвела обзорная лекция о роли генов в шизофрении, прочитанная Сеймуром Кити, бывшим директором Национального института психического здоровья (подразделения Институтов здоровья), который в свое время взял на работу Уэйда Маршалла. Я подумал, что мы можем начать нашу серию лекций именно с этой темы. Но в 1961 году мне не удалось найти в Бостоне ни одного психиатра, который знал бы что-нибудь о генетике психических заболеваний. Но откуда-то я узнал, что Эрнст Майр, великий эволюционист, работавший в Гарварде, дружил с покойным Францем Кальманом, одним из первых исследователей генетики шизофрении. Майр любезно согласился прийти и прочитал нам две превосходные лекции.

Я поступал в медицинскую школу убежденным, что психоанализ ожидает большое будущее. Теперь, когда у меня за плечами был опыт работы в Институтах здоровья, я стал сомневаться в своем решении стать психоаналитиком. Кроме того, мне не хватало работы в лаборатории. Мне как воздух нужны были новые данные, в том числе собственные, которые я мог бы обсуждать с другими учеными. Но важнее всего было то, что я усомнился в перспективности психоанализа как средства лечения шизофрении (даже сам Фрейд не видел оснований для оптимизма в этой области).

В те годы работа в резиденту ре была не очень тяжелой, с 8:30 до 17:00, и с очень редкими сменами по вечерам или выходным. В итоге у меня была возможность заняться делом, идею которого подсказал Феликс Штурмвассер, а именно изучением нейроэндокринных клеток гипоталамуса. Это нетипичные и очень немногочисленные клетки головного мозга. Они похожи на нейроны, но, вместо того чтобы непосредственно передавать сигналы другим клеткам по синаптическим связям, они выделяют в кровоток гормоны. Нейроэндокринные клетки особенно привлекали меня, потому что результаты некоторых исследований указывали, что основные депрессивные заболевания сопряжены с нарушениями в нейроэндокринных клетках гипоталамуса. Я узнал, что у золотых рыбок нейроэндокринные клетки очень велики, и в свободное время провел довольно оригинальную серию экспериментов, которые показали что эти клетки запускают потенциалы действия и получают сигналы от других клеток точно так же, как обычные нейроны. Дениз помогла мне обустроить аквариум для золотых рыбок, а еще сделала из кухонного полотенца и проволочной вешалки отличный сачок, чтобы их отлавливать.

Мои исследования позволили получить прямые доказательства того, что нейроэндокринные клетки, выделяющие гормоны, действительно являются одновременно и полноценно работающими эндокринными, и полноценно работающими нервными клетками. Они обладают всеми сложными сигнальными способностями нервных клеток. Эти результаты были хорошо приняты в связи с их научной новизной. Но, что было важнее для меня, я получил их совершенно самостоятельно, проводя эксперименты в одном из помещений лаборатории Хеннемана в нерабочее время, когда других людей там не было. Завершив исследования, я стал чувствовать больше уверенности в своей компетентности. Но в переходе от гиппокампа к проекту по нейроэндокринным клеткам не было для меня ничего безумно оригинального. Я применял во многом тот же подход, что в Институте психического здоровья. Я думал, надолго ли хватит этого творческого порыва, и меня не покидала тревога, что мой запас идей скоро иссякнет.

Но это тревожило меня далеко не так сильно, как кое-что другое. Вскоре после того, как в марте 1961 года родился наш сын Пол, наши отношения с Дениз омрачились серьезным кризисом — самым серьезным во всей нашей совместной жизни. Дениз всячески поддерживала меня в то время, когда я мучительно выбирал путь дальнейшей карьеры. Теперь она работала постдоком в Массачусетском центре психического здоровья по программе, направленной на подготовку социологов, занимающихся вопросами, связанными с психическим здоровьем. Мы время от времени мимоходом встречались как днем, так и по вечерам.

Но в один воскресный день она появилась в лаборатории, где я работал, и набросилась на меня с упреками. Держа на руках маленького Пола, она кричала: «Так больше жить нельзя! Ты думаешь только о себе и своей работе! Нас обоих ты просто игнорируешь!»

Я был поражен в самое сердце. Я был так поглощен своей наукой, одновременно наслаждаясь ею и тревожась, когда эксперименты не удавались, что случалось нередко, что мне даже не приходило в голову, что я пренебрегаю Дениз и Полом, недостаточно забочусь о них или лишаю их своей любви. Эта неожиданная и столь внезапная ссора расстроила и рассердила меня. Я обиделся, надулся и несколько дней не мог прийти в себя. Лишь позже я понял, как должно было выглядеть мое поведение с точки зрения Дениз. Поэтому я решил, что буду больше времени проводить дома вместе с ней и Полом.

В этом и во многих последующих случаях Дениз удалось отвлечь мое внимание от того, что вполне могло стать (и иногда становилось) круглосуточным погружением в науку, на насущные заботы о наших детях. И для Пола, и для нашей дочери Минуш, которая родилась в 1965 году, я был любящим и заботливым, хотя далеко не идеальным отцом. Я пропустил не меньше половины бейсбольных матчей малой лиги, в которых участвовал Пол, в том числе ту игру, в которой он вышел бить, когда все базы были заняты, и выбил очищающий базы дабл. Это достижение было событием мирового масштаба для нашей семьи, и я по сей день жалею о том, что пропустил его.

Когда в 2004 году мне должно было исполниться семьдесят пять, мы решили отметить мой день рождения на три месяца раньше, чтобы вместе с нами в нашем загородном доме на полуострове Кейп-Код могли быть наши дети их супруги и наши четверо внуков: Минуш и ее муж Рик Шайнфилд, их дети, пятилетний Иззи и трехлетняя Майя Пол со своей женой Эмили и обе их дочери, двенадцатилетняя Эллисон и восьмилетняя Либби. Минуш окончила колледж в Йеле и Гарвардскую школу права и теперь ведет адвокатскую практику по общественным интересам в Сан-Франциско, занимаясь преимущественно проблемами и правами женщин. Пол учился экономике в Хаверфордском колледже, а затем пошел в Школу бизнеса Колумбийского университета. Он работает управляющим нескольких подразделений корпорации Dreyfus. Эмили окончила колледж Брин-Мар и школу дизайна Парсонса и руководит собственной фирмой, которая занимается дизайном интерьера.

На ужине в честь моего дня рождения я предложил тост за наших детей, их супругов и четверых наших внуков. Я сказал, что горжусь тем, какими достойными и интересными людьми выросли наши дети, какими заботливыми родителями они стали, учитывая, что я сам был отцом всего лишь на четверку с плюсом. Тогда Минуш, которая любит меня поддразнивать, закричала: «Завышенная оценка!»

В другой раз Минуш сама дала оценку мне как родителю: «Что тебе особенно хорошо удалось, папочка, — это дать мне ощущение, что я могу своим умом добиться чего угодно. Ты часто читал мне книги, когда я была маленькой, и всегда с глубоким интересом относился к моим мыслям и моей работе, когда я училась в школе Хораса Манна, в колледже, в школе права и даже теперь. Но ни разу, насколько я помню свое детство, ты не ходил со мной к врачу!»

Моим детям, что неудивительно, и раньше было трудно, и теперь по-прежнему трудно понять (и тем более оправдать) мой бесконечный и нередко переходящий всякие границы интерес к науке. Мне потребовались собственные сознательные усилия и помощь Дениз и моего психоаналитика, чтобы стать реалистичнее, научиться распределять свое время и находить место для забот и радостей, связанных с Минуш и Полом, а также с их детьми.

Благодаря тому что я стал проводить больше времени дома с Дениз и Полом, у меня также появилось больше времени на раздумья о том, как подойти к исследованию обучения у аплизии. Мы с Олденом Спенсером нашли очень мало различий между базовыми свойствами тех нейронов, которые участвуют в сохранении памяти, и тех, которые не участвуют. Эти данные говорили в пользу представления о том, что память обеспечивается не свойствами нейронов как таковых, а природой связей между нейронами и тем, как они обрабатывают получаемую сенсорную информацию. Это привело меня к мысли, что память может возникать в нейронной цепи, регулирующей поведение, за счет изменений синаптической силы, вызываемых сенсорной стимуляцией определенного характера.

Саму идею, что определенного рода изменения в синапсах могут быть важны для обучения, выдвинул еще Кахаль в 1894 году: «Использование психических функций способствует большему развитию протоплазменного аппарата и нервных коллатералей в задействованной части мозга. Тем самым ранее существовавшие связи между группами клеток могут усиливаться за счет умножения ветвей окончаний. <…> Но ранее существовавшие связи могут также усиливаться за счет образования новых коллатералей и <…> разрастаний».

В современном виде эту гипотезу сформулировал в 1948 году польский нейрофизиолог Ежи Конорский[21], ученик Павлова. Он доказывал, что сенсорный раздражитель может вызывать в нервной системе изменения двух типов. Первый тип, который он называл возбудимостью, возникает вслед за прохождением по проводящему пути одного или нескольких потенциалов действия в ответ на сенсорный раздражитель. Запускание потенциалов действия на какое-то время повышает порог, необходимый для вызывания новых потенциалов действия в этих нейронах (хорошо известное явление, называемое рефрактерным периодом). Второй, более интересный тип изменений, который Конорский назвал пластичностью или пластическими изменениями, приводит, как он писал, к «постоянным функциональным трансформациям <…> в определенных системах нейронов под действием соответствующих стимулов или их сочетаний».

Меня очень увлекла мысль о том, что некоторые нейронные системы обладают высокой приспособляемостью и пластичностью, поэтому в них могут происходить постоянные изменения (возможно, за счет изменения силы синапсов). Эта мысль заставила меня задуматься, как происходят такие изменения. Джон Экклс был увлечен идеей, что синапсы изменяются в ответ на слишком частое использование, но, когда он ее проверил, оказалось, что такие изменения сохраняются недолго. «К сожалению, — писал он, — до настоящего времени не удалось экспериментально показать, что слишком частое использование вызывает длительные изменения синаптической силы». Я думал, что для участия в обучении синапсы должны изменяться надолго, вплоть до того чтобы оставаться в измененном виде на протяжении всей жизни животного. Мне пришло в голову, что, быть может, обучение так удавалось Павлову благодаря тому, что использованные им простые сочетания сенсорных раздражителей естественным образом давали нейронную активность определенного характера, особенно хорошо вызывающего долговременные изменения синаптической передачи. Я проникся этой идеей. Но как мне было ее проверить? Как вызывать активность оптимального характера?

Я решил попытаться стимулировать нейроны аплизии, имитируя такие же сочетания сенсорных раздражителей, как те, что использовал Павлов в своих экспериментах с обучением. Даже если эти сочетания будут вызваны искусственно, полученный характер активности может выявить некоторые долговременные пластические изменения, на которые способны синапсы.

Когда я всерьез задумался об этих вопросах, я понял, что мне понадобится переформулировать теорию Кахаля о том, что обучение видоизменяет силу синаптической связи между нейронами. Кахаль считал обучение единым процессом. Поскольку я был знаком с бихевиористскими работами Павлова и последующими когнитивными исследованиями Бренды Милнер, я осознал, что существует много разных форм обучения, вызываемых различными раздражителями и их сочетаниями, и что из них возникают две совершенно разные формы хранения памяти.

Поэтому я развил идею Кахаля следующим образом.

Я предположил, что разные формы обучения вызывают нейронную активность разного характера и что в зависимости от этого определенным образом изменяется сила синаптических связей. Когда такие изменения сохраняются, происходит и сохранение памяти.

Когда я переформулировал теорию Кахаля в этих терминах, я задумался, как преобразовать поведенческие эксперименты Павлова в нейробиологические. В конце концов, привыкание, сенсибилизация и выработка классических условных рефлексов (три формы обучения, описанные Павловым) по сути представляют собой наборы инструкций того, как должен действовать тот или иной сенсорный раздражитель, отдельно или в сочетании с другим, чтобы обеспечить обучение. Мои нейробиологические исследования нужно было спланировать так, чтобы они позволили определить, будут ли разные сочетания раздражителей, действующих по образцу павловских форм обучения, вызывать разные формы синаптической пластичности.

Например, при привыкании животное, на которое неоднократно действуют слабым или нейтральным сенсорным раздражителем, обучается распознавать этот раздражитель как несущественный и игнорировать его. Когда раздражитель сильный, как при сенсибилизации, животное распознает его как опасный и обучается усиливать защитные рефлексы, готовясь к отдергиванию конечности или бегству. При этом даже совершенно безвредный раздражитель, действующий на животное вскоре после этого, вызывает усиленную защитную реакцию. Когда нейтральный раздражитель сочетается с потенциально опасным, как при выработке классических условных рефлексов, животное обучается реагировать на нейтральный раздражитель как на сигнал опасности.

Я подумал, что у меня должно получиться вызывать в нейронных проводящих путях аплизии активность, сходную по характеру с той, которая возникает у животных в ходе подобного обучения. Тогда я мог бы установить, как меняются синаптические связи в зависимости от сочетания раздражителей, обеспечивающих разные формы обучения. Я называл этот подход нейронными аналогами обучения.

К этой идее меня привел эксперимент, о котором стало известно в то самое время, когда я раздумывал о начале экспериментов с аплизией. В 1961 году Роберт Доути из Мичиганского университета в Энн-Арбор сделал замечательное открытие, связанное с классическими условными рефлексами. Он стимулировал слабым электрическим током участок мозга собаки, управляющий зрением, и отметил, что такая стимуляция вызывает электрическую активность нейронов зрительной коры, но не вызывает никаких движений. Электрическая стимуляция моторной коры, в свою очередь, вызывала движение лапы собаки. После неоднократной стимуляции того и другого в сочетании слабая стимуляция зрительной коры начинала сама по себе вызывать движение лапы. Доути наглядно показал, что формирование классических условных рефлексов в мозгу требует не мотивации, а только сочетания двух раздражителей.

Это был большой шаг вперед для редукционистского подхода в исследовании поведения, но нервные аналоги обучения, которыми я хотел заниматься, требовали сделать еще два шага. Во-первых, вместо того чтобы проводить эксперименты на целых животных, я решил выделять их нервную систему и работать на отдельном ганглии — узле из пары тысяч нервных клеток. Во-вторых, я решил выбрать отдельную нервную клетку (клетку-мишень) в этом ганглии и использовать ее как модельный объект для изучения изменений в синапсах, которые могут происходить в результате обучения. Затем я собирался воздействовать электрическими импульсами разного характера, по образцу импульсов, сопровождающих различные формы обучения, на определенный пучок аксонов, ведущий от сенсорных нейронов поверхности тела аплизии к клетке-мишени.

Чтобы исследовать привыкание, я собирался воздействовать на этот нейронный проводящий путь серией слабых электрических импульсов. Для исследования сенсибилизации я планировал один или несколько раз очень сильно стимулировать другой проводящий путь и посмотреть, как это будет влиять на реакцию клетки-мишени на слабую стимуляцию первого пути. Наконец, чтобы исследовать выработку классического условного рефлекса, я собирался воздействовать сильным стимулом на второй путь в сочетании с воздействием слабым стимулом на первый таким образом, чтобы сильный стимул всегда следовал за слабым и мог ассоциироваться с ним. Тем самым я собирался выяснить, меняют ли эти три типа стимуляции синаптические связи других нейронов с клеткой-мишенью и если меняют, то как. Разные изменения синаптической силы, происходящие в ответ на три разных типа электрической стимуляции, будут аналогами, то есть нейробиологическими моделями, синаптических изменений, происходящих в нервной системе аплизии в процессе обучения соответствующих трех типов.

Мне хотелось, чтобы эти нейронные аналоги позволили ответить на один ключевой вопрос: как меняются синапсы в результате воздействия разных сочетаний строго определенных электрических стимулов, имитирующих сенсорные раздражители, используемые в трех основных экспериментах с обучением. В частности, как изменяются синапсы, когда, как при выработке классических условных рефлексов, слабая стимуляция одного проводящего пути непосредственно предшествует сильной стимуляции другого пути, а значит, предсказывает ее.

Чтобы ответить на этот вопрос, в январе 1962 года я подал заявку на постдокторскую стипендию Национальных институтов здоровья, которая позволила бы мне работать 8 лаборатории Тауца. Моя конкретная цель состояла в том, чтобы «исследовать клеточные механизмы электрофизиологической выработки условного рефлекса и работы синапсов в простой нервной сети. <…> Это исследование будет попыткой разработать методы, позволяющие вырабатывать условные рефлексы в простых препаратах и анализировать некоторые нейронные элементы этого процесса. <…> В перспективе цель состоит в том, чтобы „поймать“ условно-рефлекторную реакцию в наименьшей возможной популяции нейронов, что позволит изучать активность задействованных клеток с помощью многих микроэлектродов».

Я закончил свою заявку следующими словами: «Явная гипотеза настоящего исследования состоит в том, что потенциальная способность к элементарным условно-рефлекторным пластическим изменениям является неотъемлемым и фундаментальным свойством всех, как простых, так и сложных, форм совместной работы нейронов центральной нервной системы».

Я собирался проверить идею, что клеточные механизмы, лежащие в основе обучения и памяти, скорее всего, эволюционно консервативны, поэтому их можно обнаружить и у простых животных даже при искусственной стимуляции их нервной системы.

Немецкий композитор Рихард Штраус говорил, что лучшую музыку он нередко писал после ссор с женой. В целом в моей жизни все оказалось иначе. Но ссора с Дениз, вызванная тем, что я мало времени проводил с ней и Полом, заставила меня приостановиться и задуматься. В результате я извлек из этой ссоры тот очевидный урок, что хорошо подумать, особенно если это позволит прийти хотя бы к одной ценной идее, намного важнее, чем просто проводить новые и новые эксперименты. Впоследствии мне вспомнились слова, которые Макс Перуц, родившийся в Вене британский специалист по структурной биологии, сказал о Джиме Уостоне: «Джиму никогда не было свойственно путать понятия „хорошо подумать“ и „хорошо поработать“».

В сентябре 1962 года, получив стипендию Институтов здоровья, которая давала нам очень неплохую зарплату в 10 тыс. долларов в год, мы с Дениз и Полом отправились на четырнадцать месяцев в Париж.

Часть третья

Уходящий век был поглощен нуклеиновыми кислотами и белками. Следующий сосредоточится на памяти и желаниях. Сможет ли он ответить на вопросы, которые они ставят?

Франсуа Жакоб «О мухах, мышах и людях» (1998)

11. Усиление синаптических связей

Жить в Париже было здорово, и я привык проводить выходные с Дениз и Полом, гуляя по городу. Благодаря этим прогулкам все мы остались довольны временем, проведенным во Франции. Кроме того, я был рад возможности снова целыми днями заниматься наукой. Мы с Ладиславом Тауцем хорошо дополняли друг друга, поэтому работать у него было одно удовольствие. Вдобавок к тому, что он все знал об аплизии, Тауц учился физике и биофизике, а для клеточной физиологии эти дисциплины имеют принципиальное значение. У меня не было хорошей подготовки ни по одной из них, и я многому у него научился.

Тауц (рис. 11–1) родился в Чехословакии и получил докторскую степень, изучая электрические свойства крупных растительных клеток, которым тоже свойственны потенциалы покоя и действия, как у нервных клеток. Этот опыт сослужил ему хорошую службу, когда он обратился к аплизии, у которой исследовал самую крупную клетку абдоминального ганглия (которая тогда называлась клеткой I, а теперь называется R_2), и описал, в каком месте в пределах этого нейрона возникает потенциал действия. Поскольку он занимался преимущественно биофизическими свойствами нервных клеток, он не изучал ни нейронные цепи, ни поведение и не особенно интересовался обучением и памятью, которые были для меня важнее всего уже тогда, когда я работал с мозгом млекопитающих.

11–1. Ладислав Тауц (1925–1999) был одним из первых ученых, изучавших аплизию. В 1962–1963 годах я в течение четырнадцати месяцев работал у него в Париже и Аркашоне. (Перепечатано из книги: E. R. Kandel, Cellular Basis of Behavior, W. H. Freeman and Company, 1976).

Как часто бывает с успешной работой постдока, она не только дала мне возможность многому научиться у старшего ученого с его образованием и опытом, но также позволила принять полноценное участие в нашей общей работе и использовать собственные знания и опыт. Поначалу Тауц несколько скептически относился к моей идее попытаться исследовать обучение у аплизий на клеточном уровне. Но со временем его тоже увлек мой план изучения аналогов обучения на отдельных клетках абдоминального ганглия.

Как я и планировал, когда обдумывал эти исследования, я препарировал абдоминальный ганглий с двумя тысячами клеток и помещал его в небольшую камеру, омываемую аэрированной морской водой. Я вводил микроэлектроды в одну из клеток, обычно в R_2, и регистрировал ее реакции на различные последовательности стимулов, действовавших на ведущие к ней проводящие пути. Я использовал стимуляцию трех типов, основанную на опытах Павлова с собаками, для выработки аналогов форм обучения — привыкания, сенсибилизации и классического условного рефлекса. При выработке последнего животное обучается реагировать на нейтральный раздражитель так же, как оно реагировало бы, например, на определенный угрожающий или отрицательный раздражитель. Таким образом, у животного возникает ассоциация между нейтральным и отрицательным раздражителями. При привыкании и сенсибилизации животное обучается реагировать на раздражители одного типа, не ассоциируя их ни с какими другими. Эти эксперименты оказались еще результативнее, чем я ожидал.

Посредством привыкания (простейшей формы обучения) животное обучается распознавать безвредный раздражитель. Когда оно слышит внезапный шум, поначалу оно реагирует определенными защитными вегетативными изменениями, например расширением зрачков и повышением частоты сердцебиения и дыхания (рис. 11–2). Если шум повторяется несколько раз, животное запоминает, что этот раздражитель можно без опаски игнорировать. Теперь, когда на него действует этот раздражитель, зрачки больше не расширяются, а частота сердцебиения не повышается. Если раздражитель долгое время не будет действовать, а затем подействует вновь, животное снова будет на него реагировать.

11–2. Три формы имплицитного обучения. Привыкание, сенсибилизацию и выработку классического условного рефлекса можно исследовать как на уровне организма (вверху), так и на уровне отдельной нервной клетки (внизу).

Привыкание позволяет людям успешно работать в условиях разного рода шума. Мы привыкаем к тиканью часов в своем кабинете и к собственному стуку сердца, сокращениям желудка и другим телесным ощущениям. Мы начинаем осознавать эти ощущения изредка и лишь при особых обстоятельствах. Таким образом, привыкание — это обучение распознаванию повторяющихся раздражителей, которые можно без опаски игнорировать.

Привыкание также избавляет от неуместных или преувеличенных реакций. Это можно проиллюстрировать на примере следующей басни (да простит нас Эзоп): «Лиса, которая никогда не видела черепах, однажды впервые встретила черепаху в лесу и так испугалась, что чуть не умерла. Встретив черепаху во второй раз, она по-прежнему сильно встревожилась, но уже не так сильно, как в первый раз. Когда же она встретила черепаху в третий раз, она так осмелела, что подошла к черепахе и завела с ней непринужденный разговор».

Отключение реакций, которые ни для чего не нужны, позволяет животному сосредоточить свое поведение на более важных вещах. Детеныши многих животных нередко демонстрируют реакцию бегства в ответ на множество не связанных с опасностью раздражителей. После того как к ним выработается привыкание, детеныши могут сосредоточиться на других раздражителях — новых или ассоциированных с удовольствием или опасностью. Поэтому привыкание играет важную роль в устройстве восприятия.

Привыкание не ограничивается реакциями бегства: частота половых реакций также может снижаться в результате привыкания. Имея свободный доступ к готовой к спариванию самке, самец крысы будет спариваться с ней шесть или семь раз в течение часа или двух. После этого он выглядит выбившимся из сил и остается неактивным около получаса или дольше. Но это не утомление, а половое привыкание. Самец, который выглядит выбившимся из сил, немедленно начнет снова спариваться, если получит доступ к новой самке.

Простота использования привыкания для проверки способности распознавать знакомые предметы делает эту форму обучения одним из самых действенных средств исследования развития зрительного восприятия и памяти у младенцев. Младенцы обычно реагируют на новый зрительный образ расширенными зрачками и повышенной частотой сердцебиения и дыхания. Однако если демонстрировать младенцу один и тот же образ неоднократно, он перестанет на него реагировать. Так, младенец, которому неоднократно показывали изображение круга, будет его игнорировать. Но если затем показать ему квадрат; его зрачки опять расширятся, а частота сердцебиения и дыхания повысится, указывая на то, что он способен отличать эти изображения друг от друга.

Я моделировал привыкание, стимулируя слабым электрическим током пучок аксонов, ведущих к клетке R_2 а затем десять раз повторяя эту стимуляцию. Я обнаружил, что синаптический потенциал, производимый клеткой в ответ на стимуляцию, с каждым разом оказывается слабее. В десятый раз стимуляция вызывала реакцию, составлявшую лишь около одной двадцатой от первоначальной, — сродни тому, как поведенческая реакция животного ослабевает после неоднократного действия раздражителя (рис. 11–2). Я назвал этот процесс гомосинаптической депрессией: депрессией — потому что при этом снижается синаптическая реакция, а гомосинаптической — потому что эта депрессия происходит в том же проводящем пути, который при этом стимулируют («гомо» по-гречески означает «тот же»). На десять или пятнадцать минут я прекращал стимуляцию, а затем возобновлял ее и видел, что сила реакции клетки почти возвращалась к исходной. Я назвал этот процесс восстановлением после гомосинаптической депрессии.

Сенсибилизация — нечто обратное привыканию. В то время как привыкание позволяет животному научиться игнорировать тот или иной раздражитель, сенсибилизация представляет собой что-то вроде выученного страха: она позволяет животному быть внимательнее и активнее реагировать едва ли не на любые раздражители, после того как на него подействовал раздражитель, связанный с угрозой. Так, сразу после электрического удара, действующего на ногу животного, оно будет демонстрировать усиленные реакции отдергивания и бегства в ответ на звонок, гудок или слабое прикосновение.

Как и привыкание, сенсибилизация — обычное явление и у людей. Услышав выстрел, человек будет сильнее реагировать и на другие раздражители, например вздрагивать при звуке гудка или от прикосновения к плечу. Конрад Лоренц объяснил значение этого выученного возбуждения даже для простых животных: «У дождевого червя, которого только что чуть не съел черный дрозд <…> есть все основания реагировать со значительно пониженным порогом на аналогичные раздражители, потому что дрозд почти наверняка будет где-то рядом еще несколько секунд». для моделирования сенсибилизации я слабо стимулировал тот же проводящий путь, ведущий к клетке R_2, что и в предшествующих экспериментах с привыканием. Я стимулировал его один или два раза, чтобы вызвать синаптический потенциал, который служил бы точкой отсчета для измерения реакций этой клетки. Затем я действовал серией из пяти более сильных стимулов (которые должны были изображать неприятный или опасный раздражитель) на другой проводящий путь, тоже ведущий к клетке R_2. После серии из более сильных стимулов синаптическая реакция клетки на стимуляцию первого пути существенно увеличивалась, указывая на усиление синаптических связей в этом пути. Увеличенная реакция могла сохраняться до тридцати минут. Я назвал этот процесс гетеросинаптическим облегчением: облегчением — потому что при этом возрастает синаптическая сила, а гетеросинаптическим — потому что увеличенная реакция на стимуляцию аксонов одного проводящего пути вызывается сильной стимуляцией другого проводящего пути («гетеро» по-гречески означает «другой») (рис. 11–2). Усиленная реакция на стимуляцию первого пути зависела исключительно от повышенной силы стимуляции второго, а не от действия слабой и сильной стимуляции в каком-то сочетании. Поэтому она напоминала поведенческую сенсибилизацию — неассоциативную форму обучения.

Наконец, я попытался имитировать выработку классического условного рефлекса отвращения. При ней животное обучается ассоциировать неприятный раздражитель, например электрический удар, с раздражителем, который обычно не вызывает никакой реакции. При этом нейтральный раздражитель должен всегда предшествовать отрицательному. Так, Павлов использовал в качестве отрицательного раздражителя электрический удар, действующий на лапу собаки. Этот удар заставлял собаку поднимать лапу, отдергивая ее (реакция страха). Павлов обнаружил, что после нескольких испытаний, в ходе которых электрический удар сочетался со звоном колокольчика (вначале звенел колокольчик, а затем происходил удар током), собака начинала отдергивать лапу всякий раз, когда звучал колокольчик, даже если за этим не следовало электрического удара. Таким образом, классический условный рефлекс отвращения представляет собой ассоциативную форму выученного страха (рис. 11–2).

Классический условный рефлекс отвращения напоминает сенсибилизацию тем, что активность в одном сенсорном проводящем пути увеличивает активность в другом, но имеются и отличия. Во-первых, при выработке условного рефлекса возникает ассоциация между двумя раздражителями, действующими один за другим. Во-вторых, условный рефлекс увеличивает защитную реакцию животного в ответ лишь на определенный нейтральный раздражитель, а не на все внешние раздражители, как это происходит при сенсибилизации.

Поэтому в своих экспериментах с выработкой классического условного рефлекса отвращения у аплизии я неоднократно производил подряд слабую стимуляцию одного проводящего пути и сильную — другого. Слабая предшествовала сильной и играла роль предупреждения. Действие той и другой стимуляции в сочетании существенно увеличивало реакцию клетки на слабый стимул. Более того, эта увеличенная реакция была намного сильнее, чем увеличенная реакция клетки на слабый стимул в экспериментах с сенсибилизацией (рис. 11–2). Степень ее увеличения принципиально зависела от времени слабой стимуляции, которая должна была неизменно предшествовать сильной, позволяя ее предсказывать.

Эти эксперименты подтвердили то, что я и предполагал, а именно: степень воздействия на определенный нейрон других нейронов может меняться в зависимости от характера стимуляции, имитирующей характер активации нейронов, обеспечивающей обучение в опытах с поведением. Эти эксперименты наглядно показали, что синаптическая сила не является постоянной величиной: она может по-разному меняться под действием активности разного характера. Конкретнее — нейронные аналоги сенсибилизации и выработки классического условного рефлекса отвращения усиливали синаптическую связь, а аналог привыкания ее ослаблял.

Таким образом, мы с Тауцем открыли два важных принципа. Во-первых, силу синаптической связи между нейронами можно изменять на многие минуты с помощью стимуляции разного характера, соответствующего действию раздражителей в конкретных поведенческих экспериментах с обучением животных. Во-вторых, что еще примечательнее, с помощью разных стимуляций можно как усиливать, так и ослаблять одни и те же синапсы. Вдохновленные этими открытиями, мы писали в своей статье, опубликованной в Journal of Physiology: «Тот факт, что связи между нервными клетками можно усиливать на полчаса и более в эксперименте, имитирующем обучение в рамках парадигмы условного рефлекса, заставляет нас также предположить, что аналогичные изменения синаптической силы могут лежать в основе некоторых простых форм запоминания информации у интактных[22] животных».

Особенно сильное впечатление произвело на нас то как легко можно было менять силу синапсов с помощью стимуляции разного характера. Это заставляло предположить, что синаптическая пластичность встроена в саму природу химического синапса, в его молекулярное устройство. В самом широком смысле это заставляло предположить что потоки информации, передаваемой по разным нейронным цепям в мозгу, могут видоизменяться в ходе обучения. Мы не знали, является ли синаптическая пластичность элементом настоящего обучения у интактных животных, влияющего на их поведение, но наши результаты говорили о том, что эту возможность определенно стоит исследовать.

Выяснялось, что работа с аплизией в качестве экспериментального объекта не только удивительно информативна, но и доставляет массу удовольствия. Мои отношения с аплизией, которые начались со страстного увлечения, порожденного надеждой найти подходящее для исследований животное, перерастали в серьезную связь. Кроме того, благодаря большому размеру клеток аплизии (особенно гигантской R_2, которая достигает 1 мм в диаметре и видна невооруженным глазом) технически эти эксперименты были намного проще, чем суровые опыты с гиппокампом.

Усилий эти эксперименты тоже требовали намного меньших. Поскольку такая гигантская клетка почти не повреждается, когда в нее вводят крошечный электрод, потенциал на мембране R_2 можно без труда регистрировать от пяти до десяти часов. Иногда я ходил обедать и, вернувшись, находил клетку по-прежнему в добром здравии, терпеливо ожидающей продолжения эксперимента с того, на чем мы остановились. Сравнение бессонных ночей, которые мы с Олденом проводили за работой, чтобы изредка от десяти до тридцати минут регистрировать потенциал пирамидальных клеток гиппокампа, с условиями этих экспериментов было явно в пользу последних. Эксперимент с клетками аплизии обычно занимал от шести до восьми часов, что делало эту работу очень приятной и интересной.

Приподнятое настроение, в которое меня привел этот период «общения» с аплизией, заставило вспомнить историю, рассказанную мне Бернардом Кацем о великом физиологе Арчибальде Хилле — его наставнике в Университетском колледже Лондона. В 1924 году, когда Хилл впервые приехал в Соединенные Штаты, вскоре после того, как он в возрасте тридцати шести лет получил Нобелевскую премию за свои исследования механизма сокращения мышц, он выступал на научной конференции с докладом на эту тему. В конце его доклада один человек преклонных лет встал и задал Хиллу вопрос о практической пользе результатов его исследований.

Хилл ненадолго задумался, стоит ли перечислять те многочисленные случаи, в которых результаты экспериментов, поставленных исключительно для удовлетворения научного любопытства, принесли огромную пользу человечеству, а потом повернулся к задавшему вопрос и сказал ему с улыбкой: «По правде говоря, сэр, мы это делаем не ради пользы. Нам это просто нравится».

Для меня лично эти исследования имели огромное значение, потому что укрепили мою веру в себя как независимого ученого. Когда я только приехал в Париж и рассказывал другим постдокам об обучении и его нейронных аналогах, они слушали меня вполуха. В 1962 году разговаривать об обучении с большинством людей, занимавшихся клеточной нейробиологией, было все равно что говорить со стенкой. Однако ко времени моего отъезда направление разговоров, которые велись в лаборатории, уже изменилось.

Кроме того, я почувствовал, что у меня вырабатывается свой собственный научный стиль. Хотя я по-прежнему ощущал себя недостаточно подготовленным в некоторых областях науки, оказалось, что я умею довольно смело подходить к решению научных проблем. Я ставил эксперименты, которые считал интересными и важными. Я чувствовал, хотя еще и не вполне осознавал это, что нашел свой собственный голос. Примерно так, должно быть, чувствует себя писатель, написавший несколько неплохих рассказов. Вместе с этим чувством пришла уверенность в себе — ощущение, что мне стоит попытать силы в науке. После работы постдоком у Тауца я больше не боялся, что у меня иссякнет запас идей. Мне предстояло еще не раз испытать разочарование, упадок сил и усталость, но всегда оказывалось, что стоит почитать литературу и пройтись по лаборатории, вникая в поступающие день за днем результаты и обсуждая их со своими студентами и постдоками, и я снова получу представление о том, что нам делать дальше. После этого мы вновь и вновь обсуждали все это. Когда я брался за следующую проблему, я всегда погружался в чтение посвященной ей литературы.

Я научился доверять своим инстинктам, своему бессознательному чутью, как я поступил, когда выбрал аплизию. Чтобы стать зрелым ученым, нужно многое, но главным для меня было развитие вкуса, примерно так, как это бывает с умением наслаждаться искусством, музыкой, едой или вином. Для этого нужно научиться выделять важное. Я чувствовал, что у меня развивается вкус — умение отличать интересное от неинтересного, а среди интересного выделять выполнимое.

Четырнадцать месяцев, проведенных во Франции, не только были для меня источником научных радостей, но и преобразили нашу с Дениз жизнь. Нам так нравилось в Париже, а работать с аплизией оказалось так просто, что впервые за несколько лет я перестал работать по выходным и каждый вечер к семи часам уже приходил домой ужинать. Свое свободное время мы проводили, осматривая Париж и его окрестности. Мы стали регулярно ходить по музеям и галереям и после мучительных колебаний потратились на первые произведения искусства своей коллекции. Одним из них был прекрасный автопортрет маслом Клода Вайсбуха — эльзасского художника, недавно получившего премию лучшего молодого живописца года, который писал стремительными, нервными мазками, напоминающими стиль Кокошки. Мы также купили трогательную картину маслом «Мать и дитя», которую написал Акира Танака. Нашим самым большим капиталовложением был прекрасный офорт работы Пикассо, изображающий художника и его натурщиц, номер 82 из альбома «Сюита Воллара», опубликованного в 1934 году. Каждая из четырех натурщиц на этом чудесном офорте изображена в разном стиле. Дениз считала, что в трех из этих натурщиц узнает женщин, в разное время игравших важную роль в жизни молодого Пикассо: Ольгу Хохлову, Сару Мерфи и Мари-Терез Вальтер. Мы по-прежнему наслаждаемся, глядя на эти три прекрасные работы.

Французский вид аплизии, с которым работал Ладислав Тауц, добывали в Атлантическом океане. Система поставки моллюсков была не очень надежной, поэтому достать их в Париже было трудно. В связи с этим почти всю осень 1962 и зиму 1963 года мы были в Аркашоне — прекрасном курортном городке недалеко от Бордо. В Аркашоне я проводил большую часть своих экспериментов с аплизией, а затем анализировал полученные данные в Париже, где занимался также экспериментами на виноградных улитках.

Как будто несколько месяцев в Аркашоне сами по себе не были достаточным отпуском, Тауц, сотрудники его лаборатории и вся Франция считали, что месячный отдых в августе — это святое. Мы присоединились к этому мнению и сняли дом на Средиземном море, в итальянском городке Марина-ди-Пьетрасанта, примерно в полутора часах езды от Флоренции, и ездили оттуда во Флоренцию три или четыре раза в неделю. В другие праздники и выходные мы тоже совершали ближние и дальние поездки. Мы ездили в Версаль возле самого Парижа и в Каор на юге Франции, чтобы посетить монастырь, где Дениз прятали во время войны.

В Каоре мы поговорили с монахиней, которая помнила Дениз и показала нам фотографии общей спальни, где та ночевала, с десятью кроватями, аккуратно расставленными в два ряда, и фотографию Дениз вместе с другими девочками ее класса. Монахиня рассказала, что еще одна девочка в классе была еврейкой, но ни она, ни Дениз не знали этого друг о друге. Для их безопасности никому из учениц не сообщали, что среди них есть еврейки. Каждой из девочек-евреек мать-настоятельница втайне показывала подземный ход, по которому нужно было бежать, если придут гестаповцы искать евреек среди учениц.

Милях в двадцати от Каора, в крошечной деревушке, где было всего двести жителей, мы навестили булочника Альфреда Эмара и его жену Луизу, приютивших во время войны брата Дениз. Это был, несомненно, один из самых запоминающихся дней года, проведенного нами во Франции. Эмар был коммунистом и взял к себе брата Дениз не из любви к евреям, а из ненависти к нацистам. Но уже через несколько месяцев Жан-Клод так ему полюбился, что в конце войны ему было тяжело с ним расставаться. Родители Дениз поняли это и после войны каждое лето ездили в отпуск к Эмару и его жене.

Когда мы приехали их навестить, Эмар настоял на том, чтобы мы остались переночевать. За некоторое время до этого он перенес инсульт, из-за чего у него замедлилась речь, а левая сторона тела была частично парализована, и все же он был весел и необычайно гостеприимен. Он немедленно освободил для нас их с женой спальню и провел туда удлинитель, чтобы у нас было больше света. Несмотря на мои настойчивые попытки уговорить их остаться в своей спальне, Эмар и его жена настояли, что в лучшей комнате должны ночевать гости, то есть мы, а они будут спать на кухне. За ужином мы старались отблагодарить его за доброту множеством рассказов о том, как живет Жан-Клод, по которому Эмар по-прежнему — скучал даже спустя семнадцать лет.

Во время другой поездки, которую мы с Дениз не скоро забудем, мы остановились на ночь в Каркассоне — окруженном стенами средневековом городе на юге Франции. Мы приехали туда поздно вечером, и поиски комнаты стоили нам немалого труда. Наконец мы нашли свободную комнату в одной маленькой гостинице. Однако в этой комнате была только одна, довольно большая кровать. Мы положили Пола посередине, переоделись в ночную одежду и легли по обе стороны от него. Но Пол, привыкший спать один, немедленно взбунтовался и начал громко протестовать. Мы предприняли несколько попыток его успокоить, но, когда они не увенчались успехом, признали свое поражение и улеглись на полу по обе стороны от кровати. Поначалу мы с Дениз были рады добытой такой ценой тишине. Но, пролежав десять минут в дискомфорте, поняли, что уснуть там будет не так-то просто. Поэтому мы решили отказаться от роли прогрессивных родителей и стать поборниками дисциплины. Мы легли обратно в кровать и категорически отказались ее покидать. Через несколько минут снова наступила тишина, и мы втроем спокойно проспали до утра.

Жизнь во Франции также дала мне возможность регулярно видеться с моим братом. Когда мы прибыли в Нью-Йорк из Вены в 1939 году, Льюису было четырнадцать, и на протяжении всех своих школьных лет он был гордостью школы. Но, несмотря на свои интеллектуальные притязания, он чувствовал, что должен сосредоточить усилия прежде всего на зарабатывании денег для нашей семьи, потому что доходы отца были малы и Великая депрессия еще не закончилась. Поэтому он не стал готовиться к университетской карьере, а пошел в Нью-Йоркскую профессионально-техническую среднюю школу и получил там специальность полиграфиста, которая была ему по душе, потому что он очень любил книги. Во время обучения в этой школе и в течение двух лет учебы в Бруклинском колледже, он подрабатывал в типографии. Эта работа давала ему возможность принести денег в семью и забрать себе небольшой остаток, который позволял ему не забывать о своем пристрастии к вагнеровским операм — эту привычку он удовлетворял, покупая входные билеты. Когда ему было девятнадцать, его призвали в армию и отправили в Европу, где он участвовал в боях и был ранен шрапнелью во время наступления в Арденнах — отчаянной попытки германской армии сдержать продвижение американцев.

После окончания службы Льюис уволился в запас и получил звание лейтенанта. Ко всем военнослужащим относился закон о ветеранах 1944 года, дававший им возможность бесплатно обучаться в колледже, который они сами могли выбрать. Льюис вернулся в Бруклинский колледж и продолжил изучать там машиностроение и немецкую литературу. Вскоре после окончания обучения он женился на Элизе Вилькер, эмигрантке из Вены, с которой он познакомился в колледже, и поступил в магистратуру Университета Брауна по специальности «немецкий язык». В 1952 году он начал работать там над диссертацией по лингвистике, посвященной средневерхненемецкому языку. Когда его работа над диссертацией была в разгаре, а Корейская война еще продолжалась, Льюису предложили работу в американском посольстве в Париже. Он воспользовался этой возможностью, и в 1953 году они с Элизой приехали в Нью-Йорк навестить семью перед отплытием в Европу. Однажды вечером, пока они с Элизой где-то ужинали, у них вскрыли машину и похитили оттуда вещи, в том числе записи Льюиса и черновики диссертации. Вначале он пытался восстановить свою работу, но ему так и не удалось преодолеть эту непредвиденную задержку на пути своей научной карьеры.

После службы в посольстве Льюис получил другую должность во Франции — гражданского инспектора американской военно-воздушной базы в городе Бар-ле-Дюк. Ему очень понравилось жить во Франции, а в его растущей семье было уже пятеро детей, и в итоге он решил отказаться от планов вернуться к научной работе. Он решил остаться во Франции и стать экспертом по винам и сырам.

Младший сын Льюиса и Элизы, Билли, родился в 1961 году. Через несколько недель после рождения у Билли сильно поднялась температура из-за инфекции, и это очень напугало Элизу. Незадолго до этого они с Льюисом подружились с баптистским капелланом, служившим на той же базе, и на Элизу с ее религиозными исканиями оказали большое влияние разговоры с ним о христианстве. Она дала себе обещание: если Билли выживет, она признает; что это произошло благодаря божественному вмешательству Христа, и обратится в христианство. Билли выжил, и Элиза приняла крещение.

Когда Льюис позвонил, чтобы сообщить об этом родителям, наша мама, у которой религиозные поиски Элизы не находили сочувствия, была страшно расстроена. Проблема для нее была не в том, чтобы принять в семью невестку, христианку. И у Льюиса, и у меня были девушки-нееврейки и мама была готова к тому, что один из нас может жениться. Но на обращение Элизы в христианство она смотрела совсем иначе. Элиза была еврейкой. Она родилась в Вене, пострадала от антисемитизма, выжила и теперь решила отказаться от иудейской веры. Зачем евреи боролись за жизнь, говорила мама, если не затем, чтобы сохранить наше культурное наследие? Для нее суть иудаизма была не столько в представлениях о Боге, сколько в социальных и интеллектуальных ценностях. Мама невольно сравнивала поступок Элизы с поступком матери Дениз, которая решилась пожертвовать своим душевным покоем и даже безопасностью дочери ради того, чтобы Дениз продолжала поддерживать культурную и историческую преемственность евреев.

Мы с Элизой хорошо ладили, но она никогда не обсуждала со мной желание обратиться в христианство и свои искания высших духовных ценностей. Я не мог понять, что с ней произошло, и меня тревожило, не было ли ее решение связано с психологическим кризисом, вызванным рождением Билли, в частности с послеродовой депрессией. Не сумев переубедить Элизу по телефону, мама прилетела в Бар-ле-Дюк и провела у Льюиса и Элизы две недели, но так и не смогла повлиять на новые убеждения Элизы.

Во время нашего пребывания во Франции мы с Дениз и Полом несколько раз приезжали в Бар-ле-Дюк, а Льюис, Элиза и их дети навещали нас в Париже. Эти встречи дали нам возможность обсудить религиозные убеждения Элизы в более спокойной обстановке, и я постепенно осознал, как важен для нее поиск глубокой веры. Со временем Элиза обратила в христианство и своих пятерых детей, к глубокому ужасу моей мамы и к моему изумлению. Льюис, который так и не обратился в христианство, в это не вмешивался.

К 1965 году Льюис и Элиза решили, что их дети должны расти в Соединенных Штатах. Льюис договорился, чтобы его перевели на военно-воздушную базу в поселке Тобиханна в Пенсильвании. Через два года он занял административную должность в Управлении здравоохранения и больниц Нью-Йорка. Будни он проводил в Нью-Йорке, где жил у наших родителей, а выходные — в Тобиханне. Тем временем Элиза перешла из баптистской церкви в методистскую. В течение следующих десяти лет она обратилась в пресвитерианство и, наконец, как я однажды в шутку ей предсказывал, в католичество.

Со стороны можно было подумать, что это поиски все большей системы, которая давала бы более сильное чувство защищенности человеку, который, должно быть, испытывает глубокий страх и видит в христианстве силу, способную его сдерживать. Но если Элиза и испытывала какой-то страх, я никогда не замечал его. Меня поразил ее поступок, а еще больше — то, что она обратила в христианство детей. Тем не менее я когда-то учился в еврейской школе, и у меня было какое-то, хотя бы смутное, представление о том, как много для человека могут значить глубокие религиозные убеждения.

Но, что еще важнее, я прекрасно понимал, что всех нас преследует наше собственное прошлое, наши неповторимые проблемы, наши демоны и что эти события и страхи оказывают глубокое влияние на наши действия. За время жизни во Франции — моего первого продолжительного пребывания в Европе с тех пор, как я уехал из Вены в 1939 году, — мне пришлось остро ощутить присутствие своих собственных демонов. При всем наслаждении успешными исследованиями и при замечательном разнообразии приятного культурного опыта временами я чувствовал крайнюю обособленность и одиночество. Французское общество и французская наука построены по иерархическому принципу, а я был практически неизвестным ученым на нижней ступени этой иерархии.

За год до начала моей работы в Париже я договорился о том, чтобы Тауц приехал в Бостон и провел серию семинаров. Он остановился у нас дома, и мы устроили в честь его приезда званый ужин. Но когда мы были во Франции, иерархия сразу дала о себе знать. Ни Тауц, ни кто-либо другой из моих старших коллег по институту не приглашал ни нас, ни других своих постдоков в гости и не допускал в свое общество. Кроме того, особенно со стороны обслуживающего персонала лаборатории — лаборантов и секретарей, я столкнулся с умеренными формами антисемитизма, с которым не сталкивался со времен бегства из Вены. Связанные с этим неприятные ощущения начались со случая, когда я между делом сказал Клоду Ре, лаборанту Тауца, что я еврей. Он посмотрел на меня с недоверием и стал настаивать на том, что я не похож на еврея. Когда же я заверил его, что действительно еврей, он начал допытываться у меня, принимаю ли я участие в международном еврейском заговоре с целью мирового господства. Я рассказал об этом удивительном разговоре Тауцу, и он заметил, что среди французского рабочего класса очень многие разделяют такие убеждения относительно евреев. Эта история заставила меня задуматься, сталкивалась ли Элиза за те годы, что провела за пределами Соединенных Штатов, с похожими проявлениями антисемитизма и мог ли этот демон сыграть какую-то роль в ее обращении в христианство.

В 1969 году у Льюиса диагностировали рак почки. Опухоль была успешно удалена, и казалось, что с болезнью удалось справиться. Однако через двенадцать лет рак без предупреждения вернулся, трагически оборвав жизнь Льюиса в возрасте пятидесяти семи лет. После смерти моего брата я стал намного меньше общаться с Элизой и их детьми, чего, наверное, следовало ожидать. Мы продолжаем видеться друг с другом, но теперь это происходит скорее раз в несколько лет, чем в несколько недель или месяцев.

Влияние, оказанное на меня братом, остается огромным. Мое увлечение Бахом, Моцартом, Бетховеном и классической музыкой в целом, любовь к Вагнеру и к опере и та радость, с которой я узнаю что-то для себя новое, — все это развилось во многом благодаря ему. В более поздний период жизни, когда у меня стали проявляться задатки гурмана, я осознал, что и в области вкусной еды и вина Льюису удалось хоть чему-то меня научить.

В октябре 1963 года, перед самым моим отъездом из Парижа, мы с Тауцем услышали по радио, что Ходжкина, Хаксли и Экклса наградят Нобелевской премией по физиологии и медицине за работы, посвященные передаче сигналов в нервной системе. Мы были в восторге. Мы чувствовали, что та область, в которой мы работаем, получила серьезное признание, что этой чести удостоились самые достойные из наших коллег. Я не мог удержаться от того, чтобы сказать Тауцу, что считаю проблему обучения столь важной и по-прежнему столь неизведанной в научном плане, что тому или тем, кто найдет решение проблемы, могут когда-нибудь тоже дать Нобелевскую премию.

12. Центр нейробиологических и поведенческих исследований

В ноябре 1963 года после четырнадцати месяцев очень плодотворной работы в лаборатории Тауца я вернулся в Массачусетский центр психического здоровья в должности инструктора, занимавшей самую низкую ступеньку в иерархии сотрудников. Теперь я сам стал одним из наставников тех, кто проходил резидентуру, и обучал их психотерапии — я называл это занятие «слепые поводыри слепых». Они обсуждали со мной сеансы терапии, которые проводили со своими пациентами, а я пытался давать им полезные советы.

За три года до этого, когда я впервые пришел в Центр психического здоровья, чтобы проходить резидентуру по психиатрии, меня ждала непредвиденная удача. Работавшего в Университете Джонса Хопкинса Стивена Куффлера, чьи идеи так повлияли на мои собственные, взяли в Гарвардскую медицинскую школу, чтобы усилить нейробиологическую составляющую отделения фармакологии. Вместе с Куффлером туда перешли в качестве младших сотрудников несколько необычайно одаренных ученых, ранее работавших в его лаборатории постдоками: Дэвид Хьюбел, Торстен Визел, Эдвин Фершпан и Дэвид Поттер. Куффлеру удалось одним махом собрать самую сильную группу нейробиологов в стране. Он всегда был первоклассным экспериментатором, а теперь стал самым уважаемым и успешным лидером в американском сообществе нейробиологов.

После возвращения из Парижа я начал активнее взаимодействовать с Куффлером. Ему нравилась моя работа с аплизией, и он оказывал мне всяческую поддержку. До самой его смерти в 1980 году он оставался для меня другом и советчиком безмерной значимости и щедрости. Он относился к людям, их карьере, их семьям с глубоким участием. Даже через много лет после того, как я покинул Гарвард, он время от времени звонил мне по выходным, чтобы обсудить какую-нибудь мою статью, которая показалась ему интересной, или просто расспросить о жизни нашей семьи. Посылая мне экземпляр книги «От нейрона к мозгу», которую он написал в 1976 году вместе с Джоном Николлсом, он снабдил ее надписью: «Этот подарок — для Пола и Минуш» (которым тогда было пятнадцать и одиннадцать).

В течение тех двух лет, что я преподавал в Гарвардской медицинской школе, мне трижды приходилось делать непростой выбор, оказавший серьезное влияние на мою карьеру. Первый раз — когда мне, тридцатишестилетиему преподавателю, предложили должность заведующего отделением психиатрии в больнице Бет-Исраэль в Бостоне. С этой должности только что ушла на пенсию Грета Бибринг, которая была одним из ведущих психоаналитиков и в свое время работала в Вене вместе с Эрнстом и Марианной Крис. Еще несколько лет назад такая должность была бы для меня пределом мечтаний. Но к 1965 году у меня на уме было совсем другое, и я решил отказаться. Дениз всячески поддерживала меня. Она выразила свое мнение очень лаконично: «Ты что, хочешь рисковать своей научной карьерой, пытаясь совместить фундаментальные исследования с клинической практикой и административными обязанностями?»

Второй, еще более принципиальный и сложный, выбор состоял в том, что я решил не становиться психоаналитиком и посвятить все свое рабочее время биологическим исследованиям. Я понял, что не смогу успешно совмещать фундаментальные исследования с клинической практикой по психоанализу, на что надеялся ранее. Одна из проблем, с которыми я постоянно сталкивался, работая в сфере академической психиатрии, состояла в том, что молодые врачи вроде меня берут на себя намного больше, чем в состоянии делать эффективно, и со временем проблема только усугубляется. Я решил, что не могу и не буду так поступать.

И наконец, я покинул Гарвард и мир гарвардской клиники ради работы на фундаментально-научном отделении в моей альма-матер — медицинской школе Нью-Йоркского университета. Там мне предстояло организовать в рамках отделения физиологии небольшую исследовательскую группу, специализирующуюся на нейробиологии поведения.

В Гарварде, где я провел годы учебы в колледже и два года резидентуры и где впоследствии был младшим сотрудником, было здорово. Бостон — удобный город для жизни и для того, чтобы растить детей. Кроме того, Гарвардский университет необычайно продвинут в большинстве областей знания. Решение покинуть его бурную интеллектуальную жизнь далось мне нелегко. И все же я это сделал. Мы с Дениз переехали в Нью-Йорк в декабре 1965 года, через несколько месяцев после рождения Минуш — нашего второго и последнего ребенка.

В то время, когда я бился над этими решениями, завершились и мои визиты к психоаналитику, которого я начал посещать в Бостоне. Они особенно помогли мне в этот трудный и напряженный период. Они позволили отбросить побочные соображения и сосредоточиться на принципиальных вещах, в которых нужно было разобраться, чтобы сделать правильный выбор. Мой психоаналитик, который оказывал мне огромную поддержку, подал идею завести небольшую медицинскую практику, специализирующуюся на пациентах с каким-то одним расстройством, и принимать их раз в неделю. Но он быстро понял, что в то время я был слишком целеустремлен, чтобы успешно делать карьеру в двух разных областях.

Меня часто спрашивают, помогли ли мне сеансы психоанализа. Лично я в этом почти не сомневаюсь. Они позволили мне по-новому взглянуть на собственные поступки и поступки других и в результате сделали меня более хорошим отцом и более чутким и тонким человеком. Я стал разбираться в некоторых аспектах бессознательной мотивации и связях между своими поступками, которых я до этого не осознавал.

Что я думаю о своем решении отказаться от клинической практики? Останься я в Бостоне, рано или поздно я, возможно, последовал бы совету психоаналитика и завел небольшую практику. В 1965 году в Бостоне я по-прежнему мог без труда это сделать. Но в Нью-Йорке, где мало кто из врачей достаточно хорошо представлял себе мою врачебную компетенцию, чтобы направлять ко мне пациентов, это было намного сложнее. Кроме того, человек должен познать себя. Я добиваюсь наибольших успехов, когда могу сосредоточиться на чем-то одном. Я осознал, что исследование обучения у аплизии — это все, с чем я мог справиться на раннем этапе моей карьеры.

Работа в Нью-Йоркском университете, то есть в Нью-Йорке привлекала меня тремя вещами, которые, как стало ясно, в итоге, имели для нас принципиальное значение. Во-первых она позволила нам с Дениз жить ближе к моим родителям и к ее матери. Они старели, у них были проблемы со здоровьем, и для них было нелишним, чтобы мы жили неподалеку. Кроме того, мы хотели, чтобы и наши дети росли ближе к нашим родителям. Во-вторых, когда мы были в Париже мы с Дениз не раз проводили выходные в художественных галереях и музеях, а в Бостоне начали собирать графические работы немецких и австрийских экспрессионистов, со временем увлекаясь этим все сильнее. В середине шестидесятых в Бостоне находилось немного галерей, в то время как Нью-Йорк был художественной столицей мира. Кроме того, пока я учился в медицинской школе, я вслед за Льюисом влюбился в театр Метрополитен-опера, и жизнь в Нью-Йорке позволила нам с Дениз вернуться к этому увлечению.

Помимо этого, должность в Нью-Йоркском университете давала мне чудесную возможность снова работать вместе с Олденом Спенсером. После работы в Национальных институтах здоровья Олден стал адъюнкт-профессором в Медицинской школе Орегонского университета. Но эта работа его разочаровала, потому что преподавание отнимало слишком много времени и оттесняло исследования на второй план. Я безуспешно пытался помочь ему получить место в Гарварде. Предложенная мне должность в Нью-Йоркском университете позволяла нанять еще одного старшего нейрофизиолога, и Олден согласился переехать в Нью-Йорк.

Олден полюбил этот город. Там нашла выход любовь его и Дианы к музыке, и вскоре после переезда Диана начала учиться игре на клавесине под руководством Игоря Кипниса — одаренного клавесиниста, который, как выяснилось, был моим однокурсником по Гарварду. Олден занял лабораторию, соседнюю с моей. Хотя мы и не проводили совместных экспериментов (потому что Олден работал с кошками, а я — с аплизией), мы каждый день разговаривали о нейробиологии поведения и почти обо всем на свете — вплоть до его безвременной смерти одиннадцать лет спустя. Никто другой не повлиял на образ моего научного мышления больше, чем он.

В течение следующего года к нам присоединился Джеймс Шварц (рис. 12–1), биохимик, которого медицинская школа взяла на работу независимо от нас с Олденом. Мы с Джимми дружили и были соседями по дому во время летнего курса в Гарварде в 1951 году, а впоследствии он учился на два курса младше в медицинской школе Нью-Йоркского университета, где наша дружба возобновилась. Однако мы не поддерживали связей с тех пор, как я покинул медицинскую школу в 1956 году.

12–1. Джеймс Шварц (1932–2006), с которым я познакомился летом 1951 года, получил степень доктора медицины в Нью-Йоркском университете и степень доктора философии в Рокфеллеровском университете. Он был одним из первых исследователей биохимии аплизии и внес существенный вклад в изучение молекулярных основ обучения и памяти. (Фото из архива Эрика Канделя).

Окончив медицине кую школу, Джимми получил степень доктора философии в Рокфеллеровском университете, где изучал механизмы работы ферментов и биохимию бактерий. К тому времени, когда мы снова встретились весной 1966 года, Джимми заслужил репутацию выдающегося молодого ученого. По ходу нашего разговора о науке он сказал, что подумывал переключиться в своих исследованиях с бактерий на нервную систему. Поскольку нейроны аплизии так велики и индивидуально опознаваемы, они казались неплохим выбором для изучения их биохимической индивидуальности, то есть того, чем одна клетка отличается от другой на молекулярном уровне. Джимми начал с изучения специфических нейромедиаторов, используемых для передачи сигналов разными нейронами аплизии. Джимми, Олден и я составили ядро нового отделения нейробиологии и поведения, которое я основал в Нью-Йоркском университете.

Группа Стивена Куффлера из Гарварда очень сильно повлияла на нашу — не только тем, что они делали, но и тем, чего они не делали. Куффлер организовал первое сплоченное нейробиологическое отделение, работа которого позволила объединить электрофизиологические исследования нервной системы, биохимию и клеточную биологию. Это было необычайно сильное, интересное и влиятельное отделение — коллектив, образцовый для современной нейробиологии. Его исследования были сосредоточены на отдельной клетке и отдельном синапсе. Куффлер был согласен с мнением многих талантливых нейробиологов, что белое пятно, разделявшее клеточную биологию нейронов и поведение, было слишком обширно, чтобы его картировать и заполнить в какой-либо обозримый промежуток времени (такой как время жизни каждого из нас). В результате в гарвардскую группу в первые годы ее работы не взяли никого, кто специализировался на исследовании поведения или обучения.

Время от времени, после бокала-другого вина, Стив пускался в откровенные разговоры о высшей нервной деятельности, обучении и памяти, но он говорил мне, что на трезвую голову эти проблемы казались ему слишком сложными, чтобы браться за их изучение на клеточном уровне. Ему также казалось, по-моему, напрасно, что он маловато знает о поведении и изучать поведение ему не с руки.

В этом вопросе мы с Олденом и Джимми расходились с Куффяером. Нас не так сдерживала неизвестность, мы находили заманчивыми саму неисследованность этого белого пятна и важность связанных с ним проблем. Поэтому мы предложили новому отделению Нью-Йоркского университета заняться тем, как нервная система обеспечивает поведение и как поведение изменяется под действием обучения. Мы хотели добиться слияния клеточной нейробиологии и науки о простых формах поведения.

В 1967 году мы с Олденом анонсировали это направление в большой обзорной работе, озаглавленной «Клеточные нейрофизиологические подходы в исследовании обучения». В этом обзоре мы подчеркивали, как важно выяснить, что же происходит на уровне синапсов, когда поведение видоизменяется в результате обучения. Мы отмечали, что следующим принципиальным шагом будет пойти дальше аналогов обучения и связать синаптические изменения в нейронах и нейронных системах с реальными примерами обучения и работы памяти. Мы наметили основы подхода к решению этой задачи на клеточном уровне и обсудили сильные и слабые стороны разнообразных простых объектов, подходящих для таких исследований, — моллюсков, червей и насекомых, а также рыб и других простых позвоночных. У всех этих животных есть формы поведения, которые в принципе должны были видоизмениться в ходе обучения, хотя такие изменения еще не были продемонстрированы на примере аплизии. Мы были уверены, что после того, как будут намечены нейронные сети, обеспечивающие эти формы поведения, станет ясно, где именно происходят изменения, вызываемые обучением. Тогда у нас появится возможность использовать весьма эффективные методы клеточной нейрофизиологии для исследования природы этих изменений.

В то время, когда мы с Олденом писали обзор, я уже переходил не только из Гарварда в Нью-Йоркский университет, но и от клеточной нейробиологии синаптической пластичности к клеточной нейробиологии поведения и обучения.

Эффект, произведенный нашим обзором (возможно, самым влиятельным из всех, в написании которых я принял участие), ощущается по сей день. Он вдохновил ряд ученых на применение редукционистского подхода в исследованиях обучения и памяти, и повсюду пошли в ход простые экспериментальные объекты таких исследований — пиявки, слизень Umax, морские брюхоногие моллюски Tritonia и Hermissenda, медоносная пчела, тараканы, раки и омары. Работы подтверждали идею, впервые выдвинутую этологами, изучавшими поведение животных в их естественной среде. Согласно этой идее, механизмы обучения эволюционно консервативны, потому что необходимы для выживания. Животному нужно научиться отличать жертв от хищников, полезную пищу от вредной и удобные и безопасные укрытия от тесных и опасных.

Наши идеи оказали влияние и на нейробиологию позвоночных. Пер Андерсен, в лаборатории которого в 1973 году были проведены первые современные исследования синаптической пластичности в головном мозгу млекопитающих, писал: «Повлияли ли эти идеи на ученых, работавших в данной области до 1973 года? Для меня ответ очевиден».

Наш с Олденом обзор убедил Дэвида Коэна (с которым у нас было дружеское соперничество и который впоследствии перешел к нам в Колумбийский университет, где занял должность вице-президента по делам искусств и наук) в ценности простых экспериментальных систем. Поскольку Коэн был приверженцем изучения позвоночных, он обратился к голубям — любимым подопытным животным Скиннера. Но Скиннер игнорировал мозг, а Коэн сосредоточился на управляемых мозгом изменениях частоты сердцебиения, вызываемых сенсибилизацией и выработкой классических условных рефлексов.

Джозеф Леду, на которого тоже повлиял наш обзор, видоизменил методику экспериментов Коэна и провел их на крысах, заложив основы работы с экспериментальной системой, которая оказалась наилучшей для изучения клеточных механизмов приобретенного страха у млекопитающих. Леду сосредоточился на миндалевидном теле — структуре, расположенной глубоко под корой головного мозга и специализирующейся на реакциях страха. Через многие годы, когда появилась возможность получать генетически модифицированных мышей, я тоже обратился к изучению миндалевидного тела и под влиянием работ Леду исследовал на мышах молекулярно-биологические аспекты памяти, уже изученные у аплизии.

13. Даже простое поведение может видоизменяться под действием обучения

Когда в декабре 1965 года я перешел в Нью-Йоркский университет, я знал, что настал момент сделать большой шаг вперед. Во время работы в лаборатории Тауца я обнаружил, что в ответ на стимуляцию разного характера, действующую по образцу сигналов, возникающих при павловском обучении, с синапсами легко могут происходить продолжительные изменения, которые сказываются на силе связи между двумя нейронами выделенного из организма ганглия. Но то была искусственная ситуация. У меня не было прямых доказательств того, что настоящее обучение живого организма приводит к изменениям эффективности синапсов. Мне нужно было пойти дальше моделирования поведения на отдельных клетках выделенного ганглия и заняться примерами обучения и памяти в нервной цепи, обеспечивающей какую-либо форму поведения у интактного активного животного.

Поэтому на следующие несколько лет я наметил себе две цели. Во-первых, я решил составить подробный каталог поведенческого репертуара аплизии и определить, какие формы ее поведения могут видоизменяться в результате обучения. Во-вторых, я собрался выбрать для исследования какую-то одну форму поведения, видоизменяемого обучением, и с ее помощью разобраться в том, как происходит обучение и как в нейронной сети, обеспечивающей это поведение, записываются воспоминания. План я составил еще во время работы в Гарварде и начал искать постдока интересующегося обучением у беспозвоночных, чтобы вместе с ним заняться этой проблемой.

Мне повезло: я нанял на эту работу Ирвинга Купфермана — одаренного бихевиориста и оригинала, получившего образование в Чикагском университете. Он поступил ко мне на работу в Бостоне за несколько месяцев до моего ухода из Гарварда, а затем перешел вместе со мной в Нью-Йоркский университет. Ирвинг был типичным чикагским интеллектуалом. Высокий и дико худой, очень начитанный и немного эксцентричный, он носил очки с толстыми стеклами и был почти лыс, несмотря на юный возраст. Один из его студентов впоследствии описал его как «большой мозг на конце тонкой длинной палки». У Ирвинга была аллергия на грызунов и кошек, поэтому свою диссертацию доктора философии он делал на мокрицах — небольших наземных членистоногих. Он показал себя грамотным и творческим исследователем поведения с незаурядным умением планировать эксперименты.

Вместе мы занялись изучением поведения аплизии, чтобы выбрать одну его форму, которую можно было бы использовать для исследования общения. Мы познакомились почти со всеми формами пищевого поведения этого животного, его повседневной двигательной активности (рис. 13–1), выделения пурпурной жидкости и откладки яиц. Нас очаровало его половое поведение (рис. 13–2) — самая очевидная и впечатляющая форма социального поведения аплизии. Эти моллюски — гермафродиты, то есть могут играть роль как самца, так и самки, спариваясь с разными партнерами в разное время и даже одновременно. Правильно опознав друг друга, они могут образовывать впечатляющие копулятивные цепи, каждое животное в которых выступает в роли самца для следующего и самки для предыдущего в цепи.

13–1. Один полный шаг. Аплизия передвигается, поднимая голову и ослабляя присасывание к субстрату, чтобы оторвать от него переднюю часть ноги, которую затем вытягивает на расстояние, равное половине длины ее тела. Затем она опускает переднюю часть ноги и прикрепляет ее к субстрату, после чего сокращает передний конец тела, подтягивая заднюю его часть вперед. (Фотографии любезно предоставил Пал Кандель).

13–2. Простое и сложное поведение у аплизии. Выделение пурпурной жидкости (вверху) — сравнительно простая форма поведения, которой управляют клетки единственного (абдоминального) ганглия нервной системы моллюска. Половое поведение намного сложнее, и в нем задействованы нейроны нескольких ганглиев. Аплизии — гермафродиты, т. е. могут играть роль как самцов, так и самок, и нередко образуют копулятивные цепи, такие как показанная на рисунке (внизу). (Перепечатано из книги: E R. Kandel, Cellular Basis of Behavior, W. H. Freeman and Company, 1976).

Анализируя и обдумывая эти формы поведения, мы осознали, что все они слишком сложны, а в некоторых из них задействовано больше одного ганглия нервной системы моллюска. Нам же нужно было найти очень простую форму поведения, которой управляли бы клетки только одного ганглия. Поэтому мы сосредоточились на поведении, управляемом абдоминальным ганглием — тем самым, с которым я работал в Париже и который был мне лучше всего знаком. Абдоминальный ганглий, содержащий только две тысячи нервных клеток, управляет сокращениями сердца, дыханием, откладкой яиц, выделением пурпур, ной жидкости, слизи и рефлекторным втягиванием жабр и сифона. В 1968 году мы остановились на простейшей форме поведения — рефлексе втягивания жабр.

Жабры — это наружный орган, служащий аплизии для дыхания. Он расположен на спинной стороне тела в полости, которую называют мантийной, и прикрыт кожистым выростом — мантийным выступом, на конце которого расположен сифон — мясистая трубка, по ней из мантийной полости выводятся вода и отходы жизнедеятельности (рис. 13–3А). Если слегка прикоснуться к сифону, у аплизии немедленно срабатывает защитный механизм втягивания как сифона, так и жабр в мантийную полость (рис. 13–3Б). Очевидный смысл рефлекса состоит в защите жабр, жизненно важного и ранимого органа, от возможных повреждений.

13–3. Простейшая форма поведения аплизии — рефлекс втягивания жабр.

Мы с Ирвингом обнаружили, что даже этот очень простой рефлекс видоизменяется в результате двух форм обучения — привыкания и сенсибилизации, каждая из которых обеспечивается краткосрочной памятью, действующей в течение нескольких минут. Первое слабое прикосновение к сифону вызывает быстрое втягивание жабр. Последующие слабые прикосновения вызывают привыкание: по мере того как животное обучается распознавать этот раздражитель как несущественный, рефлекс втягивания постепенно ослабевает. Сенсибилизацию мы производили, действуя сильным электрическим ударом на переднюю или заднюю часть тела. Животное распознавало этот сильный раздражитель как неприятный, после чего в ответ на такое же слабое прикосновение к сифону демонстрировало усиленный рефлекс втягивания жабр (рис. 13–3В).

В 1971 году к нам присоединился Том Кэрью — одаренный, энергичный и общительный психофизиолог из Калифорнийского университета в Риверсайде, который положил начало исследованиям долговременной памяти. Кэрью был в полном восторге от нашей группы по нейробиологии и поведению. Он вскоре подружился и с Джимми Шварцем, и с Олденом Спенсером, и со мной. Он как сухая губка впитал культуру нашей группы — не только научную ее часть, но и наши увлечения искусством, музыкой и научными сплетнями. Как мы с ним говорили друг другу, «когда в таких разговорах принимают участие другие — это сплетни, но если так поступаем мы — это история науки».

Мы с Кэрью установили, что долговременная память у аплизии, как и у людей, требует неоднократно повторяющегося опыта с периодами отдыха в промежутках. Повторение — мать учения, даже у моллюсков. Поэтому действующий сорок раз подряд раздражитель вызывает привыкание, ослабляющее рефлекс втягивания жабр только на один день, а раздражитель, действующий ежедневно по десять раз в течение четырех дней, вызывает привыкание, которое не проходит несколько недель. Чередование обучения с периодами отдыха улучшает долговременную память аплизии.

Мы с Купферманом и Кэрью продемонстрировали, что этот простой рефлекс отвечает за две неассоциативные формы обучения, в каждой из которых может быть задействована как кратковременная, так и долговременная память. В 1983 году нам удалось получить у аплизии надежный классический условный рефлекс на основе безусловного рефлекса втягивания жабр. Это был серьезный шаг вперед, потому что он показывал, что рефлекс втягивания жабр может видоизменяться и в результате ассоциативного обучения.

К 1985 году, после пятнадцати с лишним лет напряженной работы, нам наконец удалось доказать, что простая форма поведения аплизии может видоизменяться под действием разных форм обучения. Это достижение укрепило мои надежды на то, что некоторые формы обучения действительно эволюционно консервативны и работают даже в простых нервных цепях, обеспечивающих очень простое поведение. Более того, теперь я предвидел возможность пойти дальше вопроса о механизмах, обеспечивающих обучение и хранение памяти в центральной нервной системе, перейдя к вопросу о том, как различные формы обучения и памяти связаны друг с другом на клеточном уровне, а именно — как кратковременная память преобразуется в нервной системе в долговременную память.

Исследования поведения, связанные с рефлексом втягивания жабр, были не единственным предметом наших интересов в тот период. Более того, они подготовили основу для решения другой, главной для нас задачи — изобрести методы, которые позволили бы исследовать, что происходит в нервной системе животного в процессе обучения. Поэтому после того, как мы решили сосредоточить свои исследования поведения на рефлексе втягивания жабр у аплизии, нам необходимо было картировать нейронные цепи этого рефлекса и узнать, как абдоминальный ганглий управляет его работой.

Задача выявления этих нейронных цепей поднимала еще одну концептуальную проблему. Насколько точны и специализированы связи между клетками в нейронных цепях? В начале шестидесятых годов некоторые последователи Карла Лешли доказывали, что свойства различных нейронов коры головного мозга столь похожи, что все эти нейроны фактически идентичны, а их связи случайны и примерно равноценны.

Другие ученые, особенно исследователи нервной системы беспозвоночных, отстаивали представление о том, что многие, а возможно и все, нейроны уникальны. Эту идею впервые выдвинул немецкий биолог Рихард Гольдшмидт в 1908 году. Гольдшмидт изучал один из ганглиев круглого червя аскариды — примитивного кишечного паразита. Он обнаружил, что почти у всех организмов этого вида в данном ганглии содержалось одинаковое число клеток, занимающих в точности одно и то же положение. В написанном в тот год и ставшем теперь знаменитым письме в Германское зоологическое общество он отмечал «почти пугающее постоянство элементов нервной системы: в центре находятся 162 ганглиозные клетки, ни одной больше и ни одной меньше».

Анжелика Арванитаки-Халазонитис знала о работах Гольдшмидта по аскариде и в пятидесятых годах изучила абдоминальный ганглий аплизии в поисках индивидуально опознаваемых клеток. Она обнаружила несколько таких клеток, которые можно было опознать у каждого организма, судя по их положению, характеру окрашивания пигментами и размеру. Одной из таких клеток была R_2, с которой я работал, когда исследовал аналоги обучения под руководством Ладислава Тауца. Вначале в Гарварде, а затем в Нью-Йоркском университете я продолжил эту работу и к 1967 году отметил, как в свое время Гольдшмидт и Арванитаки-Халазонитис, что могу без труда опознавать большинство хорошо заметных клеток этого ганглия (рис. 13–4).

13–4. Идентификация отдельных нейронов в абдоминальном ганглии аплизии. Клетка отчетливо видна на микрофотографии (слева) абдоминального ганглия аплизии. Она достигает 1 мм в диаметре. На рисунке (справа) показано расположение клетки R_2 и шести мотонейронов, управляющих движением жабр. Когда были идентифицированы отдельные нейроны, появилась возможность картировать их связи.

Открытие того, что нейроны неповторимы и что одна и та же клетка находится в одном и том же месте у всех представителей вида, приводило к новым вопросам. Неизменны ли также и синаптические связи между этими неповторимыми нейронами? Всегда ли определенная клетка передает сигналы одним и тем же клеткам-мишеням и никаким другим?

К собственному удивлению, я обнаружил, что могу легко картировать синаптические межклеточные связи. Вводя микроэлектрод в клетку-мишень и вызывая потенциалы действия в других клетках ганглия, проверяя их по одной, я мог находить многие из пресинаптических клеток, передающих сигналы на клетку-мишень. В результате аплизия стала первым животным, для которого была установлена возможность картировать работающие синаптические связи между отдельными клетками. Этот метод можно было использовать для выявления нейронных цепей, управляющих конкретными формами поведения.

Я нашел такую же специфичность связей между отдельными нейронами, какую Сантьяго Рамон-и-Кахаль обнаружил между популяциями нейронов. Более того, оказалось, что функции синаптических связей между нейронами так же постоянны, как сами нейроны и их связи. Это удивительное постоянство упрощало достижение той цели, которую я наметил для себя в перспективе: «поймать» поведение в простом наборе нейронных связей, чтобы узнать, как в ходе обучения на клеточном уровне возникает память.

К 1969 году нам с Купферманом удалось идентифицировать большинство клеток, обеспечивающих работу рефлекса втягивания жабр. Для этого мы ненадолго анестезировали животное, чтобы сделать небольшой надрез на его шее, а затем осторожно вынимали абдоминальный ганглий и связанные с ним нервы и размещали их на освещенном столике микроскопа. Мы вводили в различные нейроны двухствольные микроэлектроды, которыми пользовались для регистрации потенциалов и стимуляции клеток. Эта операция на живом организме позволяла сохранять его нервную систему неповрежденной и благодаря этому одновременно наблюдать за органами, которыми управляет абдоминальный ганглий. Для начала мы занялись поиском мотонейронов, управляющих рефлексом втягивания жабр, то есть двигательных клеток, аксоны которых ведут наружу из центральной нервной системы к жабрам. Мы делали это, по одной стимулируя клетки ганглия микроэлектродом и отслеживая, вызывает ли стимуляция движения жабр.

Как-то осенним днем 1968 года, работая в одиночку, я стимулировал одну из клеток и в изумлении увидел, что это вызывает сильное сокращение жабр (рис. 13–5). Мне удалось впервые идентифицировать мотонейрон аплизии, управляющий определенной формой поведения! Мне не терпелось показать это Ирвингу. Мы оба были поражены таким сильным поведенческим эффектом стимуляции единственной клетки и поняли, что это дает нам надежду идентифицировать и другие мотонейроны. И действительно, в течение нескольких месяцев Ирвинг обнаружил еще пять таких мотонейронов. Мы предположили, что эти шесть нейронов отвечают за двигательную составляющую рефлекса втягивания жабр, потому что, когда мы не давали этим клеткам запускать потенциал действия, никакой рефлекторной реакции не наблюдалось.

13–5. Обнаружение мотонейрона, ответственного за определенную форму поведения аплизии. После идентификации отдельных нейронов абдоминального ганглия аплизии появилась возможность картировать их связи. Например, стимуляция клетки L_7 (одного из мотонейронов этого ганглия) приводит к резкому сокращению жабр.

В 1969 году ко мне присоединились Винсент Кастеллуччи — приятный и высококультурный, получивший прекрасное биологическое образование канадский ученый, который регулярно с разгромным счетом выигрывал у меня в теннис, и Джек Бирн — технически одаренный аспирант, специализировавшийся на электротехнике и внедривший строгие методы этой дисциплины в нашу общую работу. Втроем нам удалось выявить и сенсорные нейроны рефлекса втягивания жабр. Затем мы обнаружили, что помимо непосредственных связей сенсорные нейроны образуют с мотонейронами опосредованные синаптические связи через интернейроны (вставочные нейроны). Эти два набора связей, непосредственные и опосредованные, обеспечивают передачу информации о прикосновении на мотонейроны, которые и производят саму рефлекторную реакцию за счет своих связей с тканями жабр. Более того, одни и те же нейроны оказались задействованы в рефлексе втягивания жабр у всех исследованных нами моллюсков и одни и те же клетки всегда образовывали одинаковые связи друг с другом. Таким образом, нейронное устройство, по крайней мере одной формы поведения аплизии, оказалось на удивление постоянным (рис. 13–6). Со временем мы обнаружили ту же определенность и неизменность и в нейронных сетях, обеспечивающих другие формы поведения.

13–6. Нейронная сеть, обеспечивающая рефлекс втягивания жабр у аплизии. Система сифона включает 24 сенсорных нейрона, но прикосновение к любой точке его поверхности активирует только шесть из них. У любой аплизии одни и те же шесть нейронов передают осязательный сигнал одним и тем же шести мотонейронам, обеспечивая рефлекс втягивания жабр.

Наша с Купферманом статья «Нейронное управление поведенческой реакции, осуществляемой при посредничестве абдоминального ганглия аплизии», опубликованная в 1969 году в журнале Science, заканчивалась на оптимистичной ноте: «Судя по преимуществам, которыми обладает этот метод нейрофизиологических исследований клеток, он может оказаться полезным для изучения нейронных механизмов обучения. Результаты уже проведенных экспериментов указывают на то, что поведенческие рефлекторные реакции можно видоизменять, демонстрируя простые формы обучения, такие как сенсибилизация, привыкание <…>. Использование методов выработки классических или инструментальных условных рефлексов может позволить исследовать и более сложные формы видоизменений поведения».

14. Полученный опыт изменяет синапсы

После того как мы установили, что нейронное устройство исследованной нами формы поведения неизменно, встал принципиальный вопрос: как форма поведения, управляемая строго определенной нейронной цепью, может изменяться в результате полученного опыта? Один вероятный ответ на этот вопрос предложил Кахаль, предположивший, что обучение может приводить к изменению силы синапсов между нейронами, тем самым усиливая связи между ними. Интересно, что Фрейд в «Проекте научной психологии» в общих чертах наметил нейронную модель психики, включающую подобный механизм обучения. Он постулировал, что в восприятии и работе памяти задействованы две разные группы нейронов. В нейронных цепях, обеспечивающих восприятие, синаптические связи постоянны, что обеспечивает постоянство воспринимаемого нами мира. В свою очередь, в нейронных цепях, обеспечивающих работу памяти, есть синаптические связи, сила которых изменяется в ходе обучения. Этот механизм составляет основу памяти и высших когнитивных функций.

Работы Павлова и бихевиористов, а также Бренды Милнер и когнитивных психологов привели меня к пониманию того, что при разных формах обучения возникают разные формы памяти. Поэтому я переформулировал идею Кахаля и использовал это новое представление как основу для разработки аналогов обучения у аплизии. Результаты исследования показали, что стимуляция разного характера приводит к разным изменениям синаптических связей. Но мы с Тауцем не исследовали, как изменяется настоящее поведение, и поэтому не имели доказательств того, что обучение действительно обеспечивают изменения синаптической силы.

Более того, сама идея, что синапсы могут изменяться в результате обучения и тем самым принимать участие в хранении памяти, отнюдь не была общепринятой. Через два десятилетия после того, как Кахаль сформулировал эту идею, выдающийся гарвардский физиолог Александер Форбс предположил, что память поддерживается динамическими, непрерывными изменениями в замкнутых самовозбуждающихся нейронных цепях. В подтверждение этой идеи Форбс приводил рисунок работы Рафаэля Лоренте де Но, ученика Кахаля, показывающий нейроны, связанные друг с другом в замкнутые проводящие пути. Эту идею далее разработал психолог Дональд Хебб в своей влиятельной книге 1949 года «Организация поведения: нейропсихологическая теория». Хебб доказывал, что такие ревербераторные цепи ответственны за кратковременную память.

Делиль Бернс, один из ведущих исследователей биологии коры головного мозга, тоже оспаривал представление о том, что физические изменения в синапсах могут служить средством хранения памяти: «Механизмы синаптического облегчения, предложенные в качестве претендентов на роль объяснения работы памяти, <…> не оправдали надежд. Прежде чем видеть в любом из них клеточные изменения, сопровождающие выработку условного рефлекса, пришлось бы сильно увеличить масштаб времени, в течение которого наблюдалась их работа. Неоднократно показанная неудовлетворительность синаптического облегчения как объяснения работы памяти заставляет задуматься о том, не может ли оказаться, что нейрофизиологи искали механизмы не того типа».

Некоторые ученые сомневались в самой возможности процесса обучения в пределах постоянных нейронных цепей. Они считали, что обучение должно быть частично или даже полностью независимым от заранее установленных проводящих путей. Этого мнения придерживались Лешли и некоторые представители влиятельного направления в когнитивной психологии раннего периода — гештальтпсихологии. Разновидность этой идеи сформулировал в 1965 году нейрофизиолог Росс Эйди. Он начал свои доводы с того, что «ни для одного нейрона в естественной или искусственной изоляции от других нейронов не была показана способность сохранять информацию, соответствующую обычным представлениям о памяти». Затем он доказывал, что электрический ток, проходящий пространство между нейронами, может передавать сигналы, роль которых «по меньшей мере эквивалентна потенциалам действия нейронов в передаче информации и, что еще важнее, в ее записи и считывании». Обучение представлялось Эйди и Лешли явлением совершенно таинственным.

После того как я и мои коллеги выявили нейронные цепи, лежащие в основе рефлекса втягивания жабр, и установили, что работа этих цепей может видоизменяться в ходе обучения, мы смогли задаться вопросом, справедливы ли какие-то из этих идей и если да, то какие. В 1970 году мы опубликовали в журнале Science серию из трех статей, и в первой была описана использованная нами исследовательская стратегия, которой мы руководствовались в своей работе на протяжении следующих трех десятков лет: «Для анализа нейронных механизмов обучения и аналогичных поведенческих изменений требуется животное, поведение которого может видоизменяться, а нервная система доступна для изучения на клеточном уровне. В этой и следующих двух статьях мы описываем результаты применения комбинированного поведенческого и клеточно-нейрофизиологического подхода для изучения морского моллюска аплизии с целью исследования поведенческого рефлекса, подверженного привыканию и снятию привыкания (сенсибилизации). Мы постепенно упрощали нейронную цепь, обеспечивающую это поведение, чтобы действие отдельных нейронов можно было соотносить со всем рефлексом. В результате теперь у нас имеется возможность изучать локализацию и механизмы этих поведенческих изменений».

В следующих статьях мы показали, что память не зависит от замкнутых самовозбуждающихся нейронных цепей. Мы установили, что в трех простых формах обучения, которые мы исследовали у аплизии, обучение приводит к изменениям в силе синаптических связей (а значит, и в эффективности взаимодействия) между определенными клетками в нейронной цепи, обеспечивающей эту поведенческую реакцию.

Наши данные говорили об этом однозначно и красноречиво. Мы определили анатомический и функциональный механизмы рефлекса втягивания жабр, регистрируя потенциалы отдельных сенсорных нейронов и мотонейронов. Мы обнаружили, что прикосновение к поверхности кожи вызывает активацию нескольких сенсорных нейронов, которые вместе производят большой сигнал (синаптический потенциал) в каждом из мотонейронов, вызывая запускание в них потенциалов действия. Эти потенциалы обеспечивают поведенческую реакцию — втягивание жабр. Можно было видеть, что при нормальных условиях сенсорные нейроны эффективно взаимодействуют с мотонейронами, посылая им соответствующий сигнал, обеспечивающий рефлекторное втягивание жабр.

Затем мы обратились к синаптическим связям между сенсорными нейронами и мотонейронами. Мы обнаружили, что в результате привыкания, вызываемого неоднократными прикосновениями к поверхности кожи, амплитуда рефлекса втягивания жабр постепенно уменьшается. Параллельно с этим изменением поведения наблюдалось постепенное ослабление синаптических связей. Из-за сенсибилизации, вызываемой ударом тока в переднюю или заднюю часть тела животного, происходило, напротив, усиление рефлекса втягивания жабр, сопровождавшееся и усилением синаптической связи. Из этого мы сделали вывод, что в ходе привыкания потенциалы действия сенсорного нейрона вызывают ослабление синаптического потенциала мотонейрона, приводя к снижению эффективности передачи сигналов, а при сенсибилизации потенциал действия сенсорного нейрона вызывает, напротив, усиление синаптического потенциала мотонейрона, приводя к повышению эффективности передачи сигналов.

В 1980 году мы сделали еще один шаг в использовании нашего редукционистского подхода, изучив, что происходит с синапсами в ходе выработки классического условного рефлекса. Для этой работы к нам с Кэрью присоединился Роберт Хокинс — проницательный молодой психолог из Стэнфордского университета. Хокинс родился в семье ученых, и ему не нужен был Нью-Йорк для расширения кругозора: он уже был страстным поклонником классической музыки и оперы. Будучи прекрасным спортсменом, в Стэнфорде он играл в университетской футбольной команде а затем сосредоточил свои спортивные увлечения на парусном спорте.

Мы убедились, что при выработке условного рефлекса нейронные сигналы, поступающие от безразличных (условных) и неприятных (безусловных) раздражителей, должны происходить в определенной последовательности. А именно — когда к сифону притрагиваются непосредственно перед ударом тока в заднюю часть тела, тем самым предсказывая этот удар, сенсорные нейроны запускают потенциал действия непосредственно перед тем, как к ним приходят сигналы от задней части тела. Это своевременное запускание потенциалов действия в сенсорных нейронах, за которым следует своевременное получение сигналов об ударе током, приводит к намного большему усилению синапса между сенсорным нейроном и мотонейроном, чем в случае, когда сигналы о прикосновении или об ударе током приходят отдельно, как при сенсибилизации.

Результаты этих исследований привыкания, сенсибилизации и выработки классического условного рефлекса заставили нас всерьез задуматься о том, как взаимодействие опыта с генетическими процессами и механизмами развития определяет структуру психической деятельности. Генетические процессы и механизмы развития устанавливают связи между нейронами, то есть определяют, какие нейроны с какими должны образовывать синаптические связи и когда это должно произойти. Но они не определяют силу этих связей. Сила (долговременная эффективность) синаптических связей регулируется опытом. Эта точка зрения предполагает, что потенциал многих форм поведения организма встроен в мозг и в соответствующей степени определяется генетикой и механизмами развития, однако окружающая среда и обучение изменяют эффективность работы заранее заданных проводящих путей, приводя к проявлению новых форм поведения. Результаты наших экспериментов с аплизией подтверждали эту точку зрения: в своих простейших формах обучение осуществляет выбор из широкого репертуара заранее заданных связей и изменяет силу определенного подмножества этих связей.

Обдумывая результаты, я невольно вспомнил о двух противоположных взглядах, господствовавших в философской мысли Запада начиная с xvii века, — эмпиризме и рационализме. Британский эмпирист Джон Локк доказывал, что мы не обладаем врожденными знаниями и наша психика вначале представляет собой чистый лист, постепенно заполняемый опытом. Все, что мы знаем о мире, есть результат обучения, поэтому чем чаще мы сталкиваемся с той или иной идеей и чем эффективнее ассоциируем ее с другими, тем продолжительнее ее воздействие на нашу психику. Иммануил Кант, немецкий философ-рационалист, утверждал обратное — что мы рождаемся с определенными встроенными шаблонами знаний. Эти шаблоны, которые Кант называл априорными знаниями, определяют восприятие и интерпретацию нашего сенсорного опыта.

Когда я выбирал между профессиями психоаналитика и биолога, я решил стать биологом, потому что психоанализ, как и предшествовавшая ему дисциплина, философия, рассматривает мозг как черный ящик, как нечто неведомое. Ни философия, ни психоанализ не могли разрешить спор между представлениями эмпиристов и рационалистов о психике, потому что для разрешения этого спора требовалось изучать непосредственно мозг. Именно этим мы теперь и занялись. Изучая рефлекс втягивания жабр у такого простого организма, мы убедились, что оба этих взгляда отчасти справедливы и на самом деле дополняют друг друга.

Анатомии нейронной цепи дает нам простой пример кантианских априорных знаний, в то время как изменения силы некоторых связей в этой цепи отражают действие опыта. Более того, в соответствии с представлением Локка о том, что повторение — мать учения, длительность действия многократного опыта составляет основу памяти.

Лешли и многим другим казалось, что исследовать механизмы сложного обучения невозможно, но изящная простота рефлекса втягивания жабр у моллюска позволила мне и моим коллегам применить экспериментальный подход к ряду вопросов философии и психоанализа, которые и привели меня в биологию. Я находил это одновременно поразительным и курьезным.

Наша третья публикация в журнале Science за 1970 год завершалась следующими замечаниями: «…Эти данные указывают на то, что и в привыкании, и в снятии привыкания (сенсибилизации) задействованы изменения функциональной эффективности уже существующих возбуждающих связей. Таким образом, по крайней мере в простых случаях <…> способность к видоизменениям поведения представляется непосредственно встроенной в нейронный механизм этого поведенческого рефлекса. И наконец, эти исследования подтверждают предположение <…> что анализ схемы проводящих путей, лежащих в основе определенной поведенческой реакции, является необходимым условием изучения видоизменений этой реакции. Более того, мы обнаружили, что, когда схема известна, изучение видоизменений данной поведенческой реакции сильно упрощается. Таким образом, хотя наше исследование относится лишь к довольно простым и кратковременным видоизменениям поведения, аналогичный подход, вероятно, может быть применен и к более сложным, а также к более продолжительным формам обучения».

Придерживаясь этого крайне редукционистского подхода, исследуя очень простой поведенческий рефлекс и простые формы обучения, определяя клетка за клеткой нейронную цепь, обеспечивающую этот рефлекс, а затем сосредоточив свое внимание на том, где в пределах цепи происходят изменения, мне удалось достичь той цели, которую в 1961 году в заявке на грант Национальных институтов здоровья я наметил для своей работы в перспективе. Мне удалось «поймать условно-рефлекторную реакцию в наименьшей возможной популяции нейронов» — в связях, возникающих между двумя клетками.

Итак, редукционистский подход позволил нам открыть несколько принципов клеточной биологии обучения и памяти. Во-первых, мы установили, что изменения синаптической силы, лежащие в основе обучения, связанного с поведенческой реакцией, могут быть достаточно сильными, чтобы перенастроить нейронную сеть и изменить ее способность к обработке информации. Например, один конкретный нейрон аплизии взаимодействует с восемью разными мотонейронами: пятью осуществляющими движение жабр и тремя вызывающими сокращение железы, которая производит чернильную жидкость и тем самым выделение этой жидкости. До обучения активация этого сенсорного нейрона вызывала умеренное возбуждение пяти иннервирующих жабры мотонейронов, из-за чего в них запускались потенциалы действия, и жабры сокращались. Активация этого сенсорного нейрона вызывала также возбуждение трех мотонейронов, иннервирующих чернильную железу, но слишком слабое, чтобы запустить потенциал действия и привести к выделению чернильной жидкости. Поэтому до обучения действие раздражителя на сифон вызывало реакцию втягивания жабр, но не реакцию выделения чернильной жидкости. Однако после сенсибилизации синаптическая связь между сенсорным нейроном и восемью мотонейронами усиливается, в результате чего в трех мотонейронах, иннервирующих чернильную железу, тоже запускаются потенциалы действия. Значит, после такого обучения раздражение сифона приводит как к выделению чернильной жидкости, так и к более сильному втягиванию жабр.

Во-вторых, в соответствии с переформулированной теорией Кахаля и результатами моих предшествующих работ с аналогами обучения мы обнаружили, что набор синаптических связей между двумя нейронами может видоизменяться двумя противоположными способами (усиливаться или ослабляться) под действием разных форм обучения. При этом привыкание ослабляет синапсы, а сенсибилизация и классический условный рефлекс их усиливают. Эти длительные изменения силы синаптических связей представляют собой клеточные механизмы, лежащие в основе обучения и кратковременной памяти. Кроме того, поскольку изменения происходят в нескольких участках нейронной цепи, обеспечивающей рефлекс втягивания жабр, память распределяется и записывается во всей цепи, а не в каком-то единственном особом ее участке.

В-третьих, мы установили, что во всех этих трех формах обучения продолжительность хранения кратковременной памяти зависит от длительности периода, в течение которого синапс остается ослабленным или усиленным.

В-четвертых, мы начинали понимать, что сила определенного химического синапса может изменяться одним из пары способов в зависимости от того, какая из двух нейронных цепей активируется в ходе обучения — основная, то есть собственная цепь безусловного рефлекса, или модуляторная. У аплизии основная цепь состоит из сенсорных нейронов, иннервирующих сифон, интернейронов и мотонейронов, управляющих рефлексом втягивания жабр, а модуляторная цепь — из сенсорных нейронов, иннервирующих заднюю часть тела, удаленную и от сифона, и от жабр. Когда активируются нейроны основной цепи, происходят гомосинаптические изменения силы связей. Это наблюдается при привыкании: в сенсорных нейронах и мотонейронах, управляющих рефлексом втягивания жабр, определенным образом неоднократно запускаются потенциалы действия, осуществляя непосредственную реакцию на неоднократное действие сенсорного раздражителя. Гетеросинаптические изменения силы связей происходят при активации нейронов модуляторной, а не основной цепи. Это наблюдается при сенсибилизации: действие сильного раздражителя на заднюю часть тела вызывает активацию модуляторной цепи, которая управляет силой синаптической передачи нейронов основной цепи.

Впоследствии мы установили, что в выработке классического условного рефлекса задействованы как гомосинаптические, так и гетеросинаптические изменения. Более того, результаты наших исследований, посвященных связи сенсибилизации и выработки классического условного рефлекса, указывают на то, что обучение может осуществляться за счет сочетания различных элементарных форм синаптической пластичности с образованием новых, более сложных форм — примерно так, как из букв складываются слова.

Теперь я начал понимать, что преобладание химических синапсов над электрическими в нервной системе животных может быть связано с принципиальным преимуществом химической передачи над электрической — ее способностью обеспечивать разнообразные формы обучения и хранения памяти.

В свете этих данных стало ясно, что обеспечивающие рефлекс втягивания жабр синаптические связи между сенсорными нейронами и мотонейронами, возникшими в ходе эволюции для обеспечения разных форм обучения, намного легче изменить, чем синаптические связи, не играющие в обучении никакой роли. Наши исследования красноречиво показали, что в нейронных цепях, видоизменяемых в ходе обучения, синапсы могут подвергаться существенным и длительным изменениям силы, даже если обучение было довольно непродолжительным.

Одно из фундаментальных свойств памяти состоит в том, что она формируется поэтапно. Кратковременная память сохраняется минуты, в то время как долговременная — много дней и даже дольше. Судя по экспериментам с поведением, кратковременная память естественным образом постепенно переходит в долговременную, и происходит это благодаря повторению. Повторение — действительно мать учения.

Как практика обеспечивает этот переход? Как в процессе обучения кратковременная память преобразуется в постоянную, самоподдерживающуюся долговременную память? Происходит ли этот процесс в том же месте (там, где сенсорные нейроны связываются с мотонейронами) или требуется какое-то другое место? Теперь мы могли искать ответ на эти вопросы.

В тот период наука вновь полностью поглотила мое внимание, вытеснив все остальные занятия. Однако в своей одержимости аплизией я нашел неожиданного союзника в лице дочери Минуш. В 1970 году, когда ей было пять лет и она только что научилась читать, она наткнулась на изображение аплизии в «Энциклопедии жизни животных» издательства Larousse — прекрасной иллюстрированной книге, которую я держал у нас в гостиной. Минуш была в полном восторге от этой картинки и не раз, показывая на нее, кричала: «Аплизия! Аплизия!»

Через два года, когда ей было семь, она написала по случаю моего дня рождения (мне исполнилось сорок три) следующее стихотворение.

Аплиза

стихи Минуш

Аплиза как большой слизняк.

И в дождь, и в град, и так, и сяк.

Рассердишь — выпустит чернил.

Они красны, а не черны.

Она на суше не живет.

У ней нет ног, она ползет.

А рот ее такой смешной.

Она на юг ползет зимой.

Перепечатано из книги: E. R. Kandel, Behavioral Biology of Aplysia, W. H. Freeman and Company: 1979.

Минуш прочла это стихотворение вслух — намного лучше, чем получилось бы у меня!

15. Биологические основы индивидуальности

Благодаря экспериментам с аплизией я узнал, что изменения поведения сопровождаются изменениями силы синаптических связей между нейронами, обеспечивающими такое поведение. Но эксперименты ничего не говорили о том, как кратковременная память преобразуется в долговременную. Более того, о клеточных механизмах долговременной памяти вообще ничего не было известно.

Основанием для моих ранних экспериментов с обучением послужили аналогичные эксперименты бихевиористов, которые интересовались преимущественно механизмами приобретения знаний и их сохранения в кратковременной памяти. Долговременная память их не особенно интересовала. Интерес к ней пришел из посвященных человеческой памяти работ, предвещавших возникновение когнитивной психологии.

В 1885 году, за десять лет до того, как Эдвард Торндайк начал в Колумбийском университете свои исследования обучения у подопытных животных, немецкий философ Герман Эббингауз преобразовал изучение человеческой памяти из интроспективной дисциплины в лабораторную науку. На Эббингауза оказали влияние трое ученых: физиолог Эрнст Вебер и физики Густав Фехнер и Герман Гельмгольц, внедрившие точные методы в науку о восприятии. К примеру, Гельмгольц измерял скорость, с которой сигнал о прикосновении к поверхности кожи достигает мозга. В то время считалось, что скорость проведения сигналов по нервам неизмеримо высока и сравнима со скоростью света. Но Гельмгольц обнаружил, что она сравнительно невысока: около 90 футов[23] в секунду. Более того, время реакции, которое требуется испытуемому, чтобы отреагировать на раздражитель, оказалось еще больше, чем время, за которое сигнал достигает мозга! Это заставило Гельмгольца предположить, что значительная часть осуществляемой мозгом обработки сенсорной информации происходит бессознательно. Он назвал такую обработку «неосознанными умозаключениями» и предположил, что она основана на измерении и преобразовании нервных сигналов без осознания этих действий. Гельмгольц доказывал, что такая обработка должна обеспечиваться сигналами, определенным образом направляемыми и обрабатываемыми в различных участках нервной системы в процессе восприятия и осуществления произвольных движений.

Эббингауз, как и Гельмгольц, придерживался мнения, что психические явления имеют биологическую природу и поддаются объяснению в таких же строгих естественнонаучных терминах, что и явления физики и химии. Например, восприятие поддается эмпирическому изучению в той степени, в какой сенсорные раздражители, вызывающие ту или иную реакцию, объективны и количественно измеримы. Эббингауз решил использовать аналогичный экспериментальный подход для изучения памяти. Методы, которые он разработал для измерения памяти, по-прежнему используются.

Планируя эксперименты, посвященные механизмам запоминания новой информации, Эббингауз хотел быть уверенным, что люди, с которыми он работает, действительно приобретают новые ассоциации, а не полагаются на ассоциации, усвоенные ранее. Ему пришла в голову идея просить испытуемых запоминать бессмысленные слова, каждое из которых состояло из двух согласных, разделенных гласной (rax, paf, wux, caz и так далее). Поскольку каждое из этих слов бессмысленно, они не укладываются в уже сложившуюся систему ассоциаций. Эббингауз придумал около двух тысяч таких слов, записал каждое из них на отдельной карточке, перетасовал эти карточки и в случайном порядке доставал их, формируя списки разной длины, включавшие от семи до тридцати шести бессмысленных слов. Поставив себе непростую задачу выучить эти списки наизусть, он поехал в Париж и снял комнату в мансарде с видом на крыши прекрасного города. Там он выучил все списки по очереди, зачитывая их вслух со скоростью пятьдесят слов в минуту. Как говорила Дениз, «только в Париже человеку вообще может прийти в голову ставить такой скучный эксперимент!».

Из результатов этих экспериментов на себе Эббингауз вывел два принципа. Во-первых, он обнаружил, что памяти свойственна ступенчатость, иными словами, повторение — мать учения. Между числом повторений в первый день и объемом материала, сохранившимся в памяти на следующий, была линейная зависимость. Таким образом, долговременная память казалась просто продолжением кратковременной памяти. Во-вторых, несмотря на явное сходство механизмов кратковременной и долговременной памяти, Эббингауз отметил, что список из шести или семи слов можно выучить и запомнить с одного раза, в то время как более длинные списки требуют неоднократного повторения.

Затем он начертил кривую забывания. Он проверял сам себя через разные промежутки времени после заучивания списков, используя для каждого промежутка разные списки, и определил, какое время требовалось для того, чтобы повторно выучить каждый список с такой же степенью точности, как при первом заучивании. Он обнаружил: что-то сохраняется в памяти и после забывания, повторное заучивание старого списка требовало меньше времени и меньше повторений, чем первоначальное. И самое интересное: он обнаружил, что забывание включает по крайней мере две фазы — быстрого снижения в начале, наиболее резкого в течение первого часа после заучивания, а затем намного более пологого снижения, которое продолжается около месяца.

В 1890 году Уильям Джеймс благодаря выявленным Эббингаузом двум фазам забывания и собственной редкой интуиции пришел к выводу, что память должна включать по крайней мере два разных процесса: кратковременный, который он назвал первичной памятью, и долговременный — вторичная память. Долгосрочную он называл вторичной, потому что она предполагает вспоминание через некоторое время после первичного обучения.

Психологам, которые продолжали дело Эббиигауза и Джеймса, постепенно стало ясно, что следующий шаг в изучении долговременной памяти должен состоять в том, чтобы понять, как происходит ее закрепление (теперь этот процесс называют консолидацией). Чтобы воспоминание надолго сохранилось, необходима полная и глубокая обработка поступающей информации. Она достигается путем обращения на эту информацию внимания и осмысленной и систематической ассоциации ее со знаниями, уже хорошо закрепленными в памяти.

Первые данные, указывающие на то, что новая информация стабилизируется для долговременного хранения, получили в 1990 году два немецких психолога — Георг Мюллер и Алфонс Пильцекер. Используя методы Эббингауза, они просили группу испытуемых выучить список из бессмысленных слов достаточно хорошо, чтобы вспомнить его через двадцать четыре часа, что испытуемые из этой группы без труда и делали. Затем исследователи просили испытуемых из другой группы выучить тот же список за то же число повторений, но сразу после этого выучить еще один, дополнительный. Испытуемые из второй группы через двадцать четыре часа не могли вспомнить первый. Испытуемые из третьей группы, которым давали выучить второй список через два часа после того, как они выучивали первый, напротив, без особого труда вспоминали первый через двадцать четыре часа. Этот результат заставлял предположить, что в пределах часа после заучивания, когда первый список был занесен в кратковременную память и, возможно, в ранние стадии долговременной, память по-прежнему неустойчива. Судя по всему, для закрепления (консолидации) долговременной памяти требовался некоторый промежуток времени. После консолидации, через два или более часов, память стабилизировалась, становясь на какое-то время более устойчивой.

Представление о консолидации памяти подтверждается клиническими наблюдениями двух типов. Во-первых, с конца XIX века было известно, что черепно-мозговые травмы и сотрясения мозга могут приводить к форме потери памяти, называемой ретроградной амнезией. Боксер, который в пятом раунде получает удар по голове и переносит сотрясение мозга, обычно помнит, как он пришел на матч, но все дальнейшее стирается из его памяти. Несомненно, что ряд событий, непосредственно предшествовавших удару, записался в его памяти: волнение при выходе на ринг, движения противника во время первых четырех раундов, а возможно, даже сам удар и попытка от него уклониться, но сотрясение мозга произошло раньше, чем какие-либо из этих воспоминаний успели консолидироваться. Во-вторых, клинические наблюдения показывают, что сходная ретроградная амнезия нередко наступает после эпилептического припадка. Человек, страдающий эпилепсией, не может запомнить события, непосредственно предшествовавшие припадку, хотя припадок и не оказывает никакого воздействия на воспоминания о более ранних событиях. Это заставляет предположить, что память на ранних этапах хранения активна и легко нарушается.

Первую строгую проверку консолидации памяти провел в 1949 году американский психолог Карл Дункан. Он стимулировал электричеством головной мозг животных во время и сразу после обучения, вызывая припадок, который нарушал память, приводя к ретроградной амнезии. Когда же он вызывал у животных такой припадок через несколько часов после обучения, его действие на результаты обучения было слабым или не наблюдалось. Почти двадцать лет спустя Луис Флекснер из Пенсильванского университета сделал замечательное открытие: препараты, подавляющие синтез белков в мозгу, если принимать их во время и вскоре после обучения, нарушают долговременную память, но не сказываются на кратковременной памяти. Это открытие заставляло предположить, что для сохранения долговременной памяти требуется синтез новых белков. Обе работы, судя по всему; подтверждали представление о том, что сохранение памяти происходит по крайней мере в две стадии: кратковременная память, продолжительность которой составляет минуты, с помощью процесса консолидации, требующего синтеза новых белков, преобразуется в стабильную долговременную память, продолжительность которой составляет дни, недели и даже больше.

Вскоре были предложены новые варианты этой двухстадийной модели памяти. Согласно одной из них, кратковременная и долговременная память сохраняется в разных анатомических структурах. Но некоторые психологи, напротив, доказывали, что память хранится в одном и том же месте, просто закрепляясь со временем. Вопрос о том, требуются ли для кратковременной и долговременной памяти две отдельные структуры или они могут размещаться в одном и том же месте, принципиален для исследований поведения, особенно для исследований памяти на клеточном уровне. Было ясно, что нельзя найти ответ на этот вопрос, изучая одно лишь поведение: нужно было изучать клетки. Наши работы с аплизией давали возможность заняться вопросом, обеспечивается ли кратковременная и долговременная память одним или двумя разными нейронными процессами и происходит ли это в одном и том же или в разных участках нервной системы.

В 1971 году мы с Кэрью установили, что многократное повторение обеспечивает длительное поддержание результатов таких простейших форм обучения, как привыкание и сенсибилизация. Таким образом, эти формы обучения вполне можно было использовать для исследования различий между долговременной и кратковременной памятью. В итоге мы выяснили, что клеточные изменения, сопровождающие долговременную сенсибилизацию у аплизии, похожи на изменения, лежащие в основе долговременной памяти в мозгу млекопитающих: в обоих случаях долговременная память требует синтеза новых белков.

Нам хотелось узнать, используются ли для простых форм долговременной памяти те же места хранения (те же группы нейронов и те же наборы синапсов), что и для кратковременной. Из работ Бренды Милнер, посвященных Г. М., я знал, что у людей для сохранения сложной, эксплицитной долговременной памяти (срок хранения которой составляет дни или годы) требуется не только кора, но и гиппокамп. Но относится ли это и к более простой, имплицитной памяти? Мы с Кэрью и Кастеллуччи выяснили, что те же синаптические связи между сенсорными нейронами и мотонейронами, которые изменяются при кратковременных привыкании и сенсибилизации, изменяются и при долговременных. Кроме того, в обоих случаях синаптические изменения сопровождали наблюдаемые нами изменения поведения: при долговременном привыкании происходила депрессия синапсов, сохранявшаяся неделями, а при долговременной сенсибилизации — усиление, тоже сохранявшееся неделями. Этот результат указывал на то, что в простейших случаях кратковременная и долговременная память может храниться в одном и том же месте, в том числе для разных форм обучения.

Но оставался вопрос о механизмах. Одинаковы ли механизмы кратковременной и долговременной памяти? И если да, то какова природа процесса, обеспечивающего консолидацию долговременной памяти? Для того ям нужен синтез белков, чтобы обеспечивать долговременные синаптические изменения, связанные с долговременным хранением памяти?

Какое-то время я думал, что память может консолидироваться за счет анатомических изменений. В этом могла быть одна из причин, почему для долговременной памяти нужен новый белок. Я чувствовал, что скоро нам потребуется исследовать структуру хранения памяти. В 1973 году мне удалось взять на работу Крейга Бейли — талантливого и творческого молодого специалиста по клеточной биологии, задача которого состояла в изучении структурных изменений, сопровождающих переход кратковременной памяти в долговременную.

Бейли с его коллегой Мэри Чэнь и мы с Кэрью установили, что долговременная память не является простым продолжением кратковременной: при долговременной памяти не только синаптические изменения дольше сохраняются, но также, что более удивительно, изменяется число синапсов, действующих в нейронной цепи. А именно — при долговременном привыкании число пресинаптических связей между сенсорными нейронами и мотонейронами уменьшается, а при долговременной сенсибилизации у сенсорных нейронов вырастают новые связи, действующие, пока сохраняется память (рис. 15–1). В обоих случаях в мотонейронах происходит ряд параллельных изменений.

15–1. Анатомические изменения, сопровождающие долговременную память.

У этих анатомических изменений есть несколько проявлений. Бейли и Чэнь установили, что у одного сенсорного нейрона приблизительно 1300 пресинаптических окончаний, соединяющих его с примерно 25 разными клетками-мишенями — мотонейронами, возбуждающими интернейронами и тормозными интернейронами. Из этих 1300 пресинаптических окончаний лишь примерно у 40 есть активные синапсы, и только в этих синапсах имеется аппарат для выделения нейромедиатора. Остальные нейроны бездействуют. При долговременной сенсибилизации число синаптических окончаний увеличивается более чем вдвое (с 1300 до 2700), а доля активных синапсов возрастает с 40 % до 60 %. Кроме того, у мотонейрона тоже образуются дополнительные отростки, с которыми связываются некоторые новые окончания сенсорных нейронов. По мере того как память слабеет, а реакция возвращается к норме, число пресинаптических окончаний снижается с 2700 до примерно 1500, что не намного больше их первоначального количества. По-видимому, с этим остаточным явлением и связан открытый Эббингаузом факт, что при повторном выполнении того же задания животное может обучаться быстрее. При долговременном привыкании общее число пресинаптических окончаний, напротив, снижается с 1300 примерно до 850, а число активных окончаний — с 500 примерно до 100, что приводит к почти полному выключению синаптической передачи (рис. 15–1).

Таким образом, на примере аплизии мы впервые убедились, что число синапсов в нервной системе непостоянно — оно изменяется в ходе обучения! Более того, долговременная память сохраняется, пока поддерживаются связанные с ней анатомические изменения.

Эти открытия впервые позволили проверить две альтернативные теории хранения памяти. И обе оказались по-своему правильными. В соответствии с теорией одного процесса при привыкании и сенсибилизации в одном и том же месте действительно может возникать и кратковременная, и долговременная память. Более того, в обоих случаях происходят изменения синаптической силы. Но вместе с тем в соответствии с теорией двух процессов в основе этих кратковременных и долговременных изменений лежат принципиально разные механизмы. Кратковременная память связана с изменениями функций синапсов — усилением или ослаблением уже существующих связей, а долговременная требует анатомических изменений. Многократно вызываемая (повторяемая) сенсибилизация заставляет нейроны отращивать новые окончания, обеспечивая долговременную память, а многократно вызываемое привыкание заставляет нейроны втягивать уже имеющиеся у них окончания. Таким образом, вызывая глубокие структурные изменения, обучение может делать неактивные синапсы активными и наоборот.

Чтобы от памяти была польза, необходимо извлекать из нее то, что в ней записано. Извлечение информации требует соответствующих ключевых сигналов, которые животное может ассоциировать с приобретенным в ходе обучения опытом. Сигналы могут быть внешними, такими как сенсорные раздражители при привыкании, сенсибилизации и классических условных рефлексах, или внутренними — вызываемыми мыслями или побуждениями. В случае с рефлексом втягивания жабр у аплизии извлечение информации из памяти происходит благодаря внешнему сигналу, а именно прикосновению к сифону, которое и вызывает рефлекторную реакцию. Информацию об этом раздражителе извлекают из памяти те же сенсорные нейроны и мотонейроны, которые активировались при выработке этого рефлекса. Но поскольку сила и число синаптических связей между нейронами видоизменились в ходе обучения, потенциал действия, вызываемый прикосновением к сифону, достигая пресинаптического окончания, «считывает» новое состояние синапса, и извлеченная из памяти информация обеспечивает усиленную реакцию на раздражитель.

В случае долговременной памяти, как и в случае кратковременной, число изменившихся синаптических связей может оказаться достаточно большим, чтобы перенастроить нейронную цепь, но на этот раз на анатомическом уровне. К примеру, до обучения воздействие раздражителя на сенсорный нейрон аплизии может оказаться достаточно сильным, чтобы запустить потенциалы действия в мотонейронах, ведущих к жабрам, но недостаточным для запуска потенциалов действия в мотонейронах, ведущих к чернильной железе. Повторное обучение усиливает синаптические связи не только между сенсорным нейроном и мотонейронами жабр, но и между сенсорным нейроном и мотонейронами чернильной железы. После обучения воздействие раздражителя на сенсорный нейрон извлекает из памяти информацию об усиленной реакции, и это приводит к тому, что и в мотонейронах жабр, и в мотонейронах железы запускаются потенциалы действия и наряду с втягиванием жабр происходит выделение чернильной жидкости. Тем самым меняется характер поведения аплизии. Прикосновение к сифону вызывает изменение не только величины поведенческой реакции (амплитуды втягивания жабр), но и поведенческого репертуара животного.

Результаты исследований, показавшие, что нервная система аплизии физически изменяется под действием опыта, заставили нас задуматься, происходит ли то же самое и с нервной системой приматов. Изменяется ли под действием опыта человеческий мозг?

В пятидесятых годах, когда я был студентом-медиком, нас учили, что карта соматосенсорной коры, открытая Уэйдом Маршаллом, остается неизменной на протяжении всей жизни. Теперь мы знаем, что это не так. Она претерпевает постоянные изменения, определяемые опытом. Особенно подробно этот вопрос был освещен в двух исследованиях, проведенных в девяностые годы.

Первое провел Майкл Мерцених из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Он открыл, что у разных особей обезьян сенсорные карты коры существенно отличаются в деталях. Например, у некоторых из них кисти рук представлены в коре намного более обширными областями, чем у других. В первой работе по этому вопросу Мерцених не отделял действие опыта от генетической предрасположенности, поэтому не исключена была возможность того, что эти различия генетически предопределены.

Затем Мерцених провел дополнительные эксперименты, чтобы определить сравнительный вклад генов и опыта в эти различия. Он обучал обезьян добывать гранулы корма, прикасаясь указательным, средним и безымянным пальцами к вращающемуся диску. После нескольких месяцев тренировок области коры, связанные с этими пальцами, особенно с их кончиками, которыми обезьяна прикасалась к диску, существенно расширились (рис. 15–2). Одновременно увеличилась и тактильная чувствительность пальцев. Другие исследования показали, что тренировка различения цветов или форм тоже приводит к изменениям в анатомии мозга и улучшает навыки восприятия.

15–2. Сенсорные карты коры меняются под действием опыта. (По материалам статьи: Jenkins et al., 1990).

Второе исследование провели Томас Эльберт и его коллеги из Констанцского университета в Германии. Они сравнили томограммы головного мозга скрипачей и виолончелистов с томограммами мозга людей, не занимающихся музыкой. Музыканты, играющие на струнных инструментах, используют четыре пальца левой руки для модуляции звука струн. Пальцы правой руки, которая держит смычок, не задействованы в столь высокодифференцированных движениях. Эльберт обнаружил, что область коры, связанная с соответствующими четырьмя пальцами правой руки, у музыкантов такая же, как у немузыкантов, в то время как область, представляющая четыре пальца левой руки, в мозгу скрипачей и виолончелистов намного обширнее (более чем в два раза), чем в мозгу немузыкантов. Более того, у музыкантов, которые начали играть на скрипке или виолончели в возрасте до тринадцати лет, области коры, представляющие четыре пальца левой руки, обширнее, чем у музыкантов, которые взяли в руки инструмент после этого возраста.

Эти впечатляющие изменения коры головного мозга в результате обучения говорили о том, что закономерности, сходные с выявленными нами в анатомических исследованиях обучения у аплизии, проявляются и у других животных. Степень представленности какой-либо части тела в коре головного мозга зависит от интенсивности и сложности использования этой части тела. Кроме того, как показало исследование Эльберта, такие структурные изменения лучше проходят в ранние годы жизни. Поэтому, например, Вольфганг Амадей Моцарт стал великим музыкантом не только потому, что ему достались подходящие гены (хотя гены тоже важны), но и потому, что он начал тренировать навыки, которые принесли ему славу, в том возрасте, когда его мозг был более пластичным.

Кроме того, результаты наших экспериментов с аплизией показали, что пластичность нервной системы, то есть способность нейронов изменять силу и даже число синапсов, служит механизмом, лежащим в основе обучения и долго временной памяти. В результате, поскольку все люди растут в разных условиях и имеют разный опыт, устройство мозга каждого человека уникально. Даже у однояйцевых близнецов, у которых одинаковые гены, мозг все равно разный в связи с разным жизненным опытом. Так принцип клеточной биологии, впервые обнаруженный в ходе наших экспериментов с простым моллюском, оказался одной из глубоких биологических основ человеческой индивидуальности.

Наше открытие того, что кратковременная память возникает за счет функциональных изменений, а долговременная — за счет анатомических, поднимало новые вопросы. Какова природа консолидации памяти? Почему для этого требуется синтез новых белков? Чтобы узнать это, нам нужно было проникнуть внутрь клеток и исследовать их молекулярную структуру. Я и мои коллеги были готовы на этот шаг.

Как раз в то время мы узнали ужасную новость. Осенью 1973 года Олден Спенсер, мой лучший друг, вместе со мной основавший отделение нейробиологии Нью-Йоркского университета, начал жаловаться на слабость кистей рук, из-за которой он стал хуже играть в теннис. В течение нескольких месяцев ему поставили диагноз «боковой амиотрофический склероз» (БАС, или болезнь Шарко) — неизлечимая и всегда смертельная болезнь[24]. Узнав об этом от одного из ведущих неврологов страны, Олден впал в депрессию и стал готовить завещание, думая, что может умереть в течение недели. Но у Олдена был также артрит локтевого сустава — симптом, обычно не связанный с БАС. Поэтому я предложил ему пойти к ревматологу.

Олден пошел к очень хорошему врачу, и тот заверил его, что у него не БАС, а диффузная болезнь соединительной ткани (коллагеновая болезнь), что-то вроде красной волчанки. Когда Олден узнал этот, намного более оптимистичный, диагноз, его настроение улучшилось. Но через несколько месяцев он снова пришел к своему неврологу, и тот заверил его, что независимо оттого, есть у него артрит или нет, у него определенно БАС. Настроение Олдена сразу опять испортилось.

После этого я поговорил с его неврологом, сказал ему, что Олдену явно очень тяжело принять этот диагноз, и спросил, не может ли он помочь Олдену, подав ему какую-то надежду. Но невролог, в высшей степени достойный человек и заботливый врач, настаивал на том, что никак не может так поступить, потому что это значило бы обманывать Олдена относительно его будущего, что нечестно по отношению к нему. Он сказал: «Ведь мне нечего ему предложить. Ему просто незачем и не стоит приходить ко мне. Пусть продолжает ходить к своему ревматологу».

Я обсудил этот план с Олденом и независимо от него с его женой Дианой. Они оба решили, что это хорошая мысль. Диана была убеждена, что Олден не хочет принимать диагноз, который, как мы с ней признали, судя по всему, был верным.

В течение следующих двух с половиной лет Олдену постепенно становилось все хуже. Поначалу он передвигался с тростью, затем в инвалидном кресле. Но он все время продолжал посещать лабораторию и заниматься наукой. Несмотря на то что ему стало сложно читать лекции, он все равно преподавал, хотя и вел теперь меньше занятий. Никому из нашей группы, кроме меня, не был известен его настоящий диагноз, и никто не думал (по крайней мере, не говорил), что его болезнь — это не какая-то особая форма артрита. Олден продолжал заниматься спортом и регулярно плавал в специальном бассейне для инвалидов недалеко от дома. За день до смерти, в ноябре 1977-го, он был у себя в лаборатории и готовился участвовать в обсуждении, посвященном обработке сенсорной информации.

Смерть Олдена была сокрушительным ударом для каждого из нас, для всей нашей сплоченной группы. Мы лет двадцать общались с ним почти каждый день, поэтому теперь ритм моей жизни и работы надолго нарушился. Я по-прежнему часто думаю об Олдене.

В этом я был не одинок: мы все ценили его самоиронию, скромность, безграничное великодушие и неиссякаемые творческие способности. В 1978 году мы организовали в память о нем фонд, финансирующий курс лекций, и премию его имени, ежегодно вручаемую выдающимся ученым в возрасте до пятидесяти лет, у которых лучшие работы их жизни еще впереди. Лауреатов премии выбирает Центр нейробиологических и поведенческих исследований Колумбийского университета — сотрудники, магистранты и аспиранты, постдоки и преподаватели.

Первые годы после смерти Олдена наша работа успешно продолжалась, и со стороны можно было подумать, что все в порядке, но для меня лично это было очень тяжелое время. После Олдена в том же 1977 году умер мой отец, а в 1981-м — брат. Я принимал немало участия в заботах о них и после их смерти был не только подавлен и измотан психологически, но и обессилен физически. Большое облегчение мне всегда приносила возможность целиком сосредоточиться на работе. Непростые задачи, решения которых мы искали, и наши удивительные открытия были для меня в то время особенно ценным убежищем от горестных реалий повседневной жизни, связанных с этими невосполнимыми утратами.

Этот тяжелый период стал для меня еще горестнее в связи с отъездом сына Пола на учебу в колледж в 1979 году. Когда Полу было семь лет, я убедил его заняться шахматами и брать уроки тенниса, и впоследствии он стал неплохо играть и в то и в другое. Я томе играл в шахматы и мог поощрять его интерес к ладьям и коням. Но в теннис я не играл. Поэтому, когда мне было тридцать девять, я начал брать уроки и вскоре научился посредственно, но с удовольствием играть, что и продолжаю делать регулярно по сей день. С тех пор как Пол начал играть в теннис, он был одним из моих постоянных партнеров. К последнему классу средней школы он стал необычайно хорошим теннисистом и был моим единственным партнером. Его отъезд лишил меня не только сына, но и партнера по теннису и шахматам. Я начал чувствовать себя как Иов.

16. Молекулы и кратковременная память

В 1975 году, через двадцать лет после того, как Гарри Грундфест сказал мне, что мозг нужно исследовать по одной клетке, вместе с коллегами я приступил к изучению клеточных основ памяти, то есть механизмов, позволяющих нам на всю жизнь запоминать встречу с другим человеком, пейзаж, лекцию или диагноз. Нам удалось узнать, что память обеспечивается изменениями синапсов в нейронных цепях: кратковременная — функциональными изменениями, долговременная — структурными. Теперь нам хотелось проникнуть в тайну памяти еще глубже. Мы надеялись разобраться в молекулярной биологии психического явления и узнать, какие именно молекулы ответственны за кратковременную память. Задавшись этим вопросом, мы попали в совершенно неизведанную область.

Это предприятие казалось мне не таким уж безнадежным благодаря растущей уверенности в том, что аплизия — вполне подходящий простой объект для изучения молекулярных основ работы памяти. Мы проникли в лабиринт синаптических связей нервной системы аплизии, картировали нейронные проводящие пути ее рефлекса втягивания жабр и показали, что обеспечивающие этот рефлекс синапсы могут усиливаться в результате обучения. Мы в прямом смысле прокладывали путь по наружным кругам научного лабиринта. Теперь нам хотелось определить, где конкретно в исследованном нами проводящем пути происходят синаптические изменения, связанные с кратковременной памятью.

Мы сосредоточились на ключевой синаптической связи между сенсорным нейроном, передающим информацию о прикосновении к сифону моллюска, и мотонейроном, потенциал действия которого вызывает втягивание жабр. Нам хотелось узнать, какую роль играет каждый из двух нейронов, образующих эту связь, в связанном с обучением изменении синаптической силы. Изменяется ли в ответ на действие раздражителя сенсорный нейрон, так что окончание аксона выделяет больше или меньше нейромедиатора? Или изменение происходит в мотонейроне, так что на его мембране оказывается больше рецепторов нейромедиатора или повышается чувствительность этих рецепторов? Мы выяснили, что происходящие изменения носят вполне односторонний характер: при кратковременном привыкании, действие которого продолжается минуты, сенсорный нейрон выделяет меньше нейромедиатора, а при кратковременной сенсибилизации — больше.

Нейромедиатором, как мы впоследствии выяснили, в данном случае служит глутаминовая кислота (глутамат), которая также является важнейшим возбуждающим нейромедиатором головного мозга млекопитающих. Увеличивая количество глутамата, посылаемого сенсорным нейроном мотонейрону; сенсибилизация усиливает синаптический потенциал, возникающий при этом в мотонейроне, тем самым облегчая запускание потенциала действия, который приводит к втягиванию жабр.

Синаптический потенциал в моторном нейроне длится всего миллисекунды, но мы отметили, что удар током в заднюю часть тела аплизии усиливает выделение глутамата и тем самым синаптическую передачу на многие минуты. Как это происходит? Когда мы с коллегами сосредоточились на этом вопросе, мы заметили необычную вещь. Усиление синаптической связи между сенсорным нейроном и мотонейроном сопровождается очень медленным синаптическим потенциалом в сенсорной клетке, который длится минуты, а не миллисекунды, как это обычно бывает с синаптическим потенциалом в мотонейроне. Вскоре мы обнаружили, что удар током вызывает активацию другой разновидности сенсорных нейронов, получающих информацию от задней части тела аплизии. Эти сенсорные нейроны задней части тела активируют группу интернейронов, которые действуют на сенсорные нейроны, ведущие от сифона. Именно они и производят тот необычайно медленный синаптический потенциал. Затем мы задались следующими вопросами: какой нейромедиатор выделяют интернейроны? Как этот нейромедиатор вызывает выделение большего количества глутамата из окончаний сенсорного нейрона, тем самым обеспечивая хранение кратковременной памяти?

Мы обнаружили, что интернейроны, активируемые ударом тока в заднюю часть тела аплизии, выделяют нейромедиатор серотонин. Кроме того, эти интернейроны образуют синапсы и с телами клеток сенсорных нейронов, и с их пресинаптическими окончаниями и не только вызывают медленный синаптический потенциал, но и увеличивают выделение сенсорным нейроном глутамата в синаптическую щель, соединяющую его с мотонейроном. Более того, воздействуя серотонином на синаптические связи между сенсорными нейронами и мотонейронами, мы и сами могли вызывать медленный синаптический потенциал, увеличение синаптической силы и усиление рефлекса втягивания жабр.

Мы назвали эти выделяющие серотонин интернейроны модуляторными интернейронами, потому что они служат не для непосредственного обеспечения поведенческой реакции, а для модуляции рефлекса втягивания жабр за счет усиления связей сенсорных нейронов с мотонейронами.

Благодаря этим открытиям мы поняли, что существует два типа нейронных цепей, играющих важную роль в поведении и обучении: основные цепи, исследованные нами ранее, и модуляторные, которые мы еще только начинали подробно исследовать (рис. 16–1). Основные цепи служат для непосредственного обеспечения поведенческих реакций, значит, имеют кантианскую природу. Это предопределенные генетикой и механизмами развития нейронные компоненты поведения, его нейронное устройство. Основные цепи состоят из сенсорных нейронов, иннервирующих сифон, интернейронов и мотонейронов, управляющих рефлексом втягивания жабр. В ходе обучения основная цепь играет роль ученика, приобретающего новые знания. Модуляторные цепи, в свою очередь, имеют локковскую природу. Модуляторная цепь играет роль учителя. Она служит не для непосредственного обеспечения поведенческой реакции, но для точной настройки этой реакции в процессе обучения за счет гетеросинаптической модуляции силы связей сенсорных нейронов с мотонейронами. Модуляторная цепь, активируемая ударом тока в заднюю часть тела, учит аплизию обращать внимание на прикосновение к сифону, что может оказаться важным для ее безопасности. Таким образом, эта цепь, по сути, обеспечивает у аплизии состояние стресса, подобно аналогичным модуляторным цепям, которые служат неотъемлемыми компонентами механизма памяти у более сложных животных, в чем нам еще предстоит убедиться.

16–1. Два типа нейронных цепей в нервной системе. Основные цепи обеспечивают поведенческие реакции, а модуляторные воздействуют на основные, регулируя силу их синаптических связей.

Меня поразило, что роль модулятора сенсибилизации у аплизии играет именно серотонин! Одни из моих первых экспериментов, проведенных в 1956 году под руководством Дома Пурпуры, были посвящены действию серотонина. Более того, весной 1956 года в День студента в медицинской школе Нью-Йоркского университета я выступая с небольшим докладом на тему «Электрофизиология взаимодействия серотонина и ЛСД в афферентных проводящих путях коры головного мозга». Джимми Шварц любезно согласился выслушать репетицию этого доклада и помог мне его улучшить. Я начинал понимать цикличность жизни. Я не занимался серотонином почти двадцать лет и вот возвращался к нему с возобновленным интересом и увлеченностью.

Когда нам стало известно, что серотонин действует как модуляторный медиатор, увеличивая выделение глутамата из пресинаптических окончаний сенсорного нейрона, все было готово для биохимического исследования работы памяти. По счастью, на этом пути у меня был такой отличный проводник и напарник, как Джимми Шварц.

До своего возвращения в Нью-Йоркский университет Джимми работал в Рокфеллеровском университете с бактерией кишечной палочкой (Escherichia coli) — одноклеточным организмом, исследования которого позволили открыть многие фундаментальные принципы современной биохимии и молекулярной биологии. В 1966 году он переключился на аплизию и начал свои исследования этого организма с выявления химических медиаторов, выделяемых нейронами абдоминального ганглия. С 1971 года мы объединили усилия, чтобы исследовать молекулярные процессы, сопровождающие обучение.

Джимми оказал мне неоценимую помощь на этом втором большом этапе моего становления как биолога. На наши исследования повлияли работы Луиса Флекснера, показавшего за несколько лет до этого, что долговременная память у мышей и крыс требует синтеза новых белков, а кратковременная память не требует. Белки — главные работники клетки. Они составляют ее ферменты, ионные каналы, рецепторы и систему транспорта. Поскольку, как мы выяснили, в долговременной памяти задействовано образование новых связей, не было ничего удивительного в том, что для образования этих связей требуется синтез новых белков.

Мы с Джимми занялись проверкой этой идеи на аплизии — на уровне сенсорного нейрона сифона и его синапсов на мотонейронах жабр. Если синаптические изменения сопровождают изменения памяти, то выявленные нами кратковременные синаптические изменения не должны требовать синтеза новых белков. Именно это мы и обнаружили. Что же тогда обеспечивает эти кратковременные изменения?

Кахаль показал, что нервная система состоит из нейронов, специфическим образом связанных друг с другом проводящими путями. Я наблюдал эту удивительную специфичность связей в простых нейронных цепях, обеспечивающих рефлекторное поведение у аплизии. Но Джимми отметил, что эта специфичность распространяется и на молекулы — соединения атомов, которые служат функциональными элементами клетки. Биохимики установили, что молекулы могут взаимодействовать друг с другом в пределах клетки и что происходящие при этом химические реакции связаны в определенные последовательности, которые называют биохимическими сигнальными путями. Такие пути передают информацию в виде молекул от поверхности клетки в ее внутреннюю среду; подобно тому как нервные клетки передают информацию друг другу. Но это «беспроводные» пути. Молекулы, плавающие внутри клетки, распознаются другими специфическими молекулами и связываются с ними, регулируя их активность.

Мы не только реализовали мой давний замысел поймать выработанную в ходе обучения реакцию в наименьшей возможной популяции нейронов, мы также поймали один из компонентов простой формы памяти в единственной сенсорной клетке. Но даже в единственном нейроне аплизии содержатся тысячи различных белков и других молекул. Какие из них отвечают за кратковременную память? Когда мы с Джимми начали обсуждать, как это можно узнать, мы сосредоточились на идее, что серотонин, выделяемый в ответ на электрический удар, может увеличивать выделение глутамата из сенсорного нейрона, запуская в нем особую последовательность биохимических реакций.

Последовательность биохимических реакций, которую мы искали, должна была служить двум принципиальным целям. Во-первых, эти реакции должны были преобразовывать непродолжительное воздействие серотонина в молекулы, сигнал которых сохранялся бы внутри сенсорного нейрона в течение минут. Во-вторых, молекулы должны были передавать сигнал от клеточной мембраны, на которую действует серотонин, во внутреннюю среду клетки — в особые участки окончаний аксона, задействованные в выделении глутамата. Мы подробно изложили эти мысли в своей статье 1971 года, опубликованной в Journal of Neurophysiology, и высказали предположение, что в этом процессе могут быть задействованы молекулы одного особого вещества — так называемого циклического АМФ.

Что такое циклический АМФ? И почему мы сочли его вероятным претендентом на эту роль? Мне пришел в голову именно циклический АМФ в связи с тем, что было известно: небольшие молекулы этого вещества служат важнейшими регуляторами передачи сигналов в мышечных и жировых клетках. Мы с Джимми знали, что природа консервативна, поэтому механизм, используемый в клетках одной ткани, с большой вероятностью сохранится и будет использоваться в клетках другой. Эрл Сазерленд из Западного резервного университета Кейса в Кливленде в то время уже обнаружил, что гормон адреналин (эпинефрин) вызывает непродолжительные биохимические изменения на поверхности мембраны жировых и мышечных клеток, приводя к более продолжительным изменениям внутри клеток. Эти более продолжительные изменения происходят за счет повышения содержания циклического АМФ во внутренней среде клеток.

Революционные открытия Сазерленда были впоследствии описаны так называемой теорией вторичных посредников (вторичных мессенджеров). Основой этой теории биохимической передачи сигналов в клетках стало открытие на поверхности жировых и мышечных клеток нового класса рецепторов, реагирующих на гормоны. Бернард Кац ранее описал медиатор-зависимые рецепторы, которые относятся к так называемым ионотропным рецепторам. Когда с таким рецептором связывается нейромедиатор, он открывает или закрывает ворота проходящего сквозь этот рецептор ионного канала, тем самым преобразуя химический сигнал в электрический. Но в рецепторах нового типа, так называемых метаботропных, нет ионного канала, который они могли бы открывать и закрывать. Один участок этих рецепторов, выступающий из наружной поверхности клеточной мембраны, опознает сигналы, приходящие от других клеток, а второй участок, выступающий из внутренней поверхности мембраны, запускает работу определенного фермента. Когда такие рецепторы опознают и связывают молекулы химического посредника из внеклеточной жидкости, они активируют работающий внутри клетки фермент аденилатциклазу, который вырабатывает циклический АМФ.

У этого процесса есть преимущество — он позволяет многократно усиливать клеточную реакцию. Когда одна молекула химического посредника связывается с метаботропным рецептором, он активирует аденилатциклазу, которая производит тысячи молекул циклического АМФ. Затем циклический АМФ связывается с особыми белками, запускающими во всей клетке целый ряд молекулярных реакций. При этом аденилатциклаза продолжает вырабатывать циклический АМФ в течение минут. Поэтому метаботропные рецепторы обычно действуют сильнее, шире и дольше, чем ионотропные. Действие ионотропных рецепторов обычно продолжается миллисекунды, а действие метаботропных — секунды или минуты, то есть в тысячи или десятки тысяч раз дольше.

Чтобы отличать две разделенные в пространстве функции метаботропных рецепторов, Сазерленд назвал химический посредник, который связывается с рецептором на наружной стороне клеточной мембраны, первичным, а циклический АМФ, вырабатываемый внутри клетки для передачи сигнала, вторичным. Сазерленд доказывал, что вторичный посредник передает внутрь клетки сигнал, поступающий от первичного, на мембрану и вызывает реакцию на этот сигнал по всей клетке (рис. 16–2). Представление о вторичных посредниках заставило нас предположить, что метаботропные рецепторы и циклический АМФ могут оказаться теми неуловимыми факторами, которые обеспечивают связь медленного синаптического потенциала сенсорных нейронов с усиленным выделением глутамата, тем самым обеспечивая работу кратковременной памяти.

16–2. Два типа рецепторов, выделенных Сазерлендом. Ионотропные рецепторы (слева) вызывают изменения, которые длятся миллисекунды. Метаботропные рецепторы (например, рецепторы серотонина) действуют через вторичных посредников (справа). Они вызывают изменения, которые длятся секунды или минуты и передаются по всей клетке.

В 1968 году Эдвин Кребс из Вашингтонского университета получил первые данные о том, как циклический АМФ производит свое широкое действие. Циклический АМФ связывается с ферментом, который Кребс назвал АМФ-зависимой протеинкиназой или протеинкиназой А (потому что это была первая известная протеинкиназа). Киназы видоизменяют белки, присоединяя к ним молекулу фосфата; этот процесс называют фосфорилированием. Фосфорилирование активирует одни белки, но инактивирует другие. Кребс обнаружил, что фосфорилирование вполне обратимо и может служить простым молекулярным переключателем, включая и выключая биохимическую активность белка.

Затем Кребс стал разбираться с тем, как работает этот молекулярный переключатель. Он открыл, что протеинкиназа А представляет собой сложную молекулу, состоящую из четырех единиц — двух регуляторных и двух каталитических. Каталитические единицы устроены так, что могут осуществлять фосфорилирование, но регуляторные обычно «сидят» на них, подавляя их работу. У регуляторных единиц имеются участки, которые связывают циклический АМФ. Когда концентрация циклического АМФ в клетке увеличивается, регуляторные единицы протеинкиназы А связывают избыточные молекулы. Это приводит к изменению их формы, вызывая отпадение от каталитических единиц, которые получают возможность фосфорилировать белки-мишени.

Представление об этом помогло нам задаться ключевым вопросом, специфичен ли открытый Сазерлендом и Кребсом механизм для действия гормонов на жировые и мышечные клетки или он может включать и иных посредников, таких как нейромедиаторы нервной системы. Если так, то это будет пример ранее неизвестного механизма синаптической передачи.

Здесь нам помогли работы Пола Грингарда — одаренного биохимика, получившего также физиологическое образование, который недавно перешел в Йельский университет с должности директора отделения биохимии исследовательских лабораторий фармацевтической компании Geigy. По дороге в Йель он задержался на год на отделении Сазерленда. Осознав важность возможного нового механизма передачи сигналов в нервной системе, в 1970 году Грингард начал разбираться с метаботропными рецепторами в мозгу крысы. Тут произошло одно замечательное совпадение, связавшее Арвида Карлссона, Пола Грингарда и меня на нашем научном пути, который в 2000 году привел нас троих в Стокгольм, где мы разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за исследование передачи сигналов в нервной системе.

В 1958 году Арвид Карлссон, великий шведский фармаколог, открыл, что дофамин играет в нервной системе роль медиатора. Затем он показал, что, когда в организме кролика снижается концентрация дофамина, у животного развиваются симптомы, напоминающие болезнь Паркинсона. Когда Грингард стал изучать метаботропные рецепторы головного мозга, он начал с рецептора дофамина и обнаружил, что этот рецептор включает фермент, который увеличивает содержание циклического АМФ и активирует протеинкиназу А в мозгу!

Пойдя по их стопам, мы с Джимми Шварцем открыли, что серотонин в ходе сенсибилизации тоже запускает работу циклического АМФ как вторичного посредника. Как мы уже убедились, удар током по задней части тела аплизии вызывает активацию модуляторных иитернейронов, которые выделяют серотонин. Серотонин, в свою очередь, на несколько минут увеличивает синтез циклического АМФ в пресинаптических окончаниях сенсорных нейронов (рис. 16–3). Итак, все сходилось: концентрация циклического АМФ остается повышенной примерно столько же, сколько длятся медленный синаптический потенциал, повышение синаптической силы связи сенсорных нейронов с мотонейронами и усиленная поведенческая реакция животного, вызванная электрическим ударом по его телу.

16–3. Этапы работы биохимического механизма долгосрочной памяти. Электрический удар по задней части тела аплизии вызывает активацию иитернейрона, который выделяет в синаптическую щель химический посредник серотонин. Преодолев синаптическую щель, серотонин связывается с рецептором на мембране сенсорного нейрона, запуская синтез циклического АМФ (1). Циклический АМФ вызывает отделение каталитической единицы протеинкиназы А (2). Каталитическая единица протеинкиназы А усиливает выделение нейромедиатора глутамата (3).

Первое прямое подтверждение того, что циклический АМФ задействован в формировании кратковременной памяти, было получено в 1976 году, после того как в нашу лабораторию пришел постдок из Италии Марчелло Брунелли. Брунелли осуществил проверку того, что повышение концентрации циклического АМФ в сенсорных нейронах, сигналом для которого служит серотонин, приводит к увеличению количества глутамата, выделяемого из окончаний этих нейронов. Мы вводили циклический АМФ непосредственно в сенсорный нейрон аплизии и обнаружили, что это вызывало резкое повышение количества выделяемого глутамата, а следовательно, и силу синаптической связи сенсорного нейрона с мотонейронами. Более того, введение в клетку циклического АМФ вызывало такое же повышение синаптической силы, как при воздействии серотонином на сенсорные нейроны или при воздействии током на заднюю часть тела животного. Этот замечательный эксперимент не только показал роль циклического АМФ в кратковременной памяти, но и дал нам первые сведения о молекулярных механизмах обучения. Теперь, когда мы научились улавливать основные молекулярные компоненты кратковременной памяти, мы могли использовать их для искусственной имитации формирования памяти.

В 1978 году мы с Джимми начали сотрудничать с Грингардом. Нам хотелось узнать, действует ли циклический АМФ на кратковременную память посредством протеинкиназы А. Мы разделили этот белок на составляющие и ввели непосредственно в сенсорный нейрон только каталитическую единицу, которая в норме и осуществляет фосфорилироеание. Выяснилось, что эта единица делает то же, что циклический АМФ: усиливает синаптическую связь, увеличивая выделение глутамата. Затем, чтобы лишний раз убедиться, что мы на верном пути, мы ввели в сенсорный нейрон ингибитор протеинкиназы А и обнаружили, что он действительно препятствует увеличению выделения глутамата под действием серотонина. Заметив, что присутствие циклического АМФ и протеинкиназы А не только необходимо, но и достаточно для усиления связи сенсорного нейрона с мотонейронами, мы смогли выявить первые звенья цепи биохимических событий, ведущих к формированию кратковременной памяти (рис. 16–4).

16–4. Молекулы, задействованные в формировании кратковременной памяти. Если воздействовать на окончание сенсорного нейрона (1), вводить в него циклический АМФ (2) или каталитическую единицу протеинкиназы А (3), это вызывает усиленное выделение нейромедиатора глутамата, что заставляет предположить, что все три вещества принимают участие в последовательности реакций, обеспечивающих кратковременную память.

Однако это еще ничего не говорило нам о том, как серотонин и циклический АМФ вызывают медленный синаптический потенциал и как этот потенциал связан с усилением выделения глутамата. В 1980 году в Париже, где я проводил серию семинаров в Коллеж де Франс, я познакомился со Стивеном Зигельбаумом. Стив был технически одаренным молодым биофизиком и специализировался на изучении свойств отдельных ионных каналов. Мы быстро нашли общий язык. Как выяснилось, судьбе было угодно, чтобы он незадолго до этого согласился перейти на работу на отделение фармакологии Колумбийского университета. Поэтому мы решили объединить усилия в Нью-Йорке и вместе исследовать биофизическую природу медленного синаптического потенциала.

Стив открыл одну из мишеней циклического АМФ и протеинкиназы А — калиевый ионный канал в мембране сенсорных нейронов, реагирующий на серотонин. Мы назвали его S-каналом, потому что он реагирует на серотонин и потому что его открыл Стив Зигельбаум. Этот канал открыт, когда нейрон находится в состоянии покоя, и принимает участие в поддержании потенциала покоя на его мембране. Стив выяснил, что канал присутствует в пресинаптических окончаниях и что можно вызывать его закрывание, либо воздействуя на клетку снаружи серотонином (первичным посредником), либо вводя внутрь клетки циклический АМФ (вторичный посредник) или протеинкиназу А. Закрывание калиевых каналов вызывает медленный синаптический потенциал, который когда-то и привлек наше внимание к циклическому АМФ.

Закрывание каналов также способствует усилению выделения глутамата. Когда эти каналы открыты, они вместе с другими калиевыми каналами принимают участие в поддержании мембранного потенциала покоя, а также в выходе калия из клетки во время реполяризации при потенциале действия. Но когда серотонин закрывает эти каналы, ионы калия выходят из клетки не так быстро, из-за чего продолжительность потенциала действия немного увеличивается за счет замедления реполяризации. Стив показал, что такое замедление потенциала действия дает кальцию больше времени на поступление в пресинаптические окончания, а кальций, как было показано Кацем в его экспериментах с гигантским синапсом кальмара, необходим для выделения глутамата. Кроме того, циклический АМФ и протеинкиназа А действуют непосредственно на аппарат, который обеспечивает слияние синаптических пузырьков с мембраной, тем самым еще больше увеличивая выделение глутамата.

К этим замечательным результатам, касающимся циклического АМФ, вскоре добавились важные результаты генетических исследований обучения у плодовых мух, ставших популярным подопытным животным за полвека с лишним до этого. В 1907 году Томас Морган, работавший в Колумбийском университете, начал использовать плодовую мушку дрозофилу в качестве модельного организма для генетических исследований — в связи с ее маленькими размерами и коротким репродуктивным циклом (двенадцать дней). Выбор оказался удачным, потому что у дрозофилы только четыре пары хромосом (у человека — двадцать три пары), благодаря чему проводить на ней генетические исследования сравнительно легко. Людям давно было очевидно, что многие физические характеристики животных (такие как форма тела, цвет глаз или скорость передвижения) наследуются. Но могут ли наследоваться психические характеристики, определяемые мозгом? Играют ли гены какую-то роль в психических явлениях, таких как память?

Первым, кто занялся изучением этого вопроса, используя современные методы, был Сеймур Бензер, сотрудник Калифорнийского технологического института. В 1967 году он начал серию блестящих экспериментов, в ходе которых дрозофил обрабатывали специальными веществами, вызывающими у них в отдельных генах случайные мутации, то есть наследственные изменения. Затем Бензер исследовал воздействие этих мутаций на обучение и память. Для изучения памяти у дрозофилы его ученики Чип Куинн и Ядин Дудай использовали классический метод выработки условного рефлекса. Они сажали мух в небольшую камеру и последовательно воздействовали на них двумя пахучими веществами. Затем в присутствии первого вещества на них действовали электрическими ударами, обучая избегать этого запаха. Потом мух помещали в другую камеру, в которой источники тех же двух запахов находились на противоположных концах. Обученные мухи избегали конца камеры, откуда исходил запах первого вещества, и устремлялись в другой, где находился источник второго запаха.

С помощью этого метода обучения Куинн и Дудай могли выявлять мух, лишенных способности запомнить, что запах первого вещества предвещает электрический удар. К 1974 году они испытали тысячи мух и выявили первого мутанта с нарушением кратковременной памяти. Бензер назвал этого мутанта dunce (тупица). В 1981 году Дункан Байерс, другой ученик Бензера, пойдя по стопам наших работ с аплизией, занялся изучением сигнального пути с участием циклического АМФ у мутантов dunce и обнаружил у них мутацию в гене, ответственном за утилизацию циклического АМФ. В результате в организме этих мутантов накапливается слишком много циклического АМФ, из-за чего, как можно предположить, их синапсы усиливаются до предела, что делает их нечувствительными к дальнейшим изменениям, и они не могут нормально функционировать. Впоследствии были выявлены и другие мутации в генах памяти. Они тоже оказались связаны с сигнальным путем с участием циклического АМФ.

Взаимодополняющие результаты, полученные в экспериментах с аплизией и дрозофилой (двумя очень непохожими подопытными животными, у которых исследовали разные формы обучения, используя разные подходы), были более чем обнадеживающими. Вместе они свидетельствовали, что механизмы, лежащие в основе простых форм имплицитной памяти, судя по всему, одинаковы у многих видов животных, в том числе у людей, причем для разных форм обучения, — в связи с тем, что эти механизмы эволюционно консервативны. Биохимия, а за ней и молекулярная биология, становилась мощными орудиями поиска общих черт биологического устройства разных организмов.

Эти открытия, сделанные на аплизии и дрозофиле, служили также дополнительным подтверждением важного биологического принципа: для создания новых адаптивных механизмов эволюции не требуется новых, специализированных молекул. Сигнальный путь с участием циклического АМФ задействован отнюдь не только в работе памяти. Как показал Сазерленд, он задействован даже не только в нейронах: и в кишечнике, и в почках, и в печени этот путь служит для обеспечения продолжительных метаболических изменений. Более того, из всех известных систем с использованием вторичных посредников система с циклическим АМФ, возможно, самая примитивная. Это важнейшая, а в некоторых случаях единственная система с использованием вторичных посредников, обнаруженная у одноклеточных организмов, таких как кишечная палочка, у которой циклический АМФ служит для сигнализации голода. Таким образом, биохимические процессы, лежащие в основе памяти, не были выработаны для выполнения именно этой функции. Наоборот, нейроны задействовали уже имеющуюся эффективную систему сигнализации, выполнявшую в других клетках иные функции, и стали использовать ее для обеспечения изменений синаптической силы, требуемых для формирования памяти.

Как отмечал специалист по молекулярной генетике Франсуа Жакоб, эволюция — не самобытный дизайнер, который ищет для новых проблем оригинальные решения. Эволюция — кустарь, работающий с подручными материалами. Она вновь и вновь немного по-разному использует одни и те же наборы генов. Она работает, варьируя существующие условия и просеивая случайные мутации в структуре генов, в результате которых возникают немного другие варианты белков и немного другие способы их использования в клетках. Большинство мутаций нейтрально или даже вредно и не выдерживает испытания временем. Только те редкие мутации, которые повышают шансы организма на выживание и размножение, с большой вероятностью сохраняются. Вот что пишет об этом Жакоб: «Работу естественного отбора нередко сравнивают с работой инженера. Однако это сравнение представляется неудачным. Во-первых <…> инженер работает в соответствии с заранее намеченным планом. Во-вторых, разрабатывая новую структуру, он не обязательно берет за основу какие-то старые структуры. Электрическая лампочка произошла не от свечки, а реактивный двигатель — не от двигателя внутреннего сгорания. <…> Наконец, новые объекты, выпускаемые инженером (по крайней мере, хорошим инженером), достигают пределов совершенства, которые возможны на основе технологий данного времени. Эволюция, в отличие от инженера, не делает ничего нового на пустом месте. Она работает с тем, что уже имеется, преобразуя ту или иную систему для выполнения новой функции или соединяя несколько систем, чтобы получить новую, более сложную. Если уж сравнивать с чем-то работу эволюции, придется признать, что она похожа на труд не столько инженера, сколько кустаря — bricolage, как мы говорим по-французски. Работа инженера зависит от того, имеются ли в его распоряжении сырье и инструменты, в точности соответствующие проекту, в то время как кустарь обходится чем придется. <…> Он пользуется всем, что окажется под рукой: старыми картонками, обрезками веревки, деревяшками и железками, — и делает из них какой-никакой рабочий предмет. Кустарь может подобрать какой-нибудь предмет, оказавшийся у него в запасе, и найти ему неожиданное применение. Из старого автомобильного колеса он может сделать вентилятор, а из сломанного столика — зонтик от солнца».

У живых организмов новые способности вырабатываются за счет незначительных изменений в молекулах уже имеющихся веществ и настройки их взаимодействия с другими имеющимися веществами. Психические процессы, свойственные человеку, долгое время считались не имеющими аналогов, поэтому некоторые ранние исследователи мозга ожидали, что найдут в глубинах нашего серого вещества много новых типов белков. На деле же наука обнаружила у нас в мозгу на удивление мало белков, не имеющих никаких аналогов, и не нашла ни одной уникальной для мозга системы сигнализации. Почти у всех белков мозга есть родственные им белки, выполняющие сходные функции в других клетках тела. Это относится даже к белкам, задействованным в процессах, которые происходят только в мозгу, например к белкам-рецепторам нейромедиаторов. Все живое, в том числе основание наших мыслей и воспоминаний, построено из одних и тех же структурных элементов.

Я подвел итоги первых сложившихся в систему открытий из области клеточной биологии кратковременной памяти в книге под названием «Клеточные основы поведения»[25], опубликованной в 1976 году. В этой книге я подробно высказал (почти в форме манифеста), что для того, чтобы разобраться в поведении, необходимо применять радикальный редукционистский подход того же типа, что показал себя столь эффективным в других областях биологии. Примерно в то же время Стив Куффлер и Джон Николлс опубликовали книгу «От нейрона к мозгу»[26], в которой подчеркивали огромные возможности клеточного подхода в нейробиологии. Пользуясь данными клеточной биологии, они рассказывали о том, как работают нейроны, как они образуют цепи в мозгу, а я — о связи поведения с мозгом. Стив тоже чувствовал эту связь и понимал, что нейробиология находится на пороге нового серьезного шага вперед.

Поэтому я был особенно рад, когда в августе 1980 года нам со Стивом представилась возможность совершить совместное путешествие. Нас обоих пригласили в Вену на церемонию приема в почетные члены Австрийского физиологического общества. Стив бежал из Вены в 1938 году. Сотрудникам медицинского факультета Венского университета нас представлял Вильгельм Ауэрсвальд — претенциозный профессор, мало сделавший в науке, который вел себя так, будто в причинах, вызвавших бегство двух сынов Вены из Австрии, не было ничего необычного. Он преспокойно сообщил, что Куффлер учился в Вене на медицинском факультете, а я жил на Северингассе — буквально в двух шагах от университета. Молчание, которым он обошел то, что на самом деле случилось с нами, говорило о многом. Ни Стив, ни я ничего не сказали в ответ на его слова.

Через два дня из Вены мы отправились на теплоходе вниз по Дунаю, в Будапешт, где приняли участие в Международном физиологическом конгрессе. Это была последняя серьезная конференция в жизни Стива. Он прочитал превосходный доклад. Вскоре после этого, в октябре 1980 года, он умер от сердечного приступа, случившегося после большого заплыва, в своем доме в Вудс-Хоул в штате Массачусетс, куда он приезжал на выходные.

Как и большинство коллег-нейробиологов, я был потрясен этой новостью. Мы все были многим обязаны Стиву и в чем-то зависели от него. Джек Макмахан, один из вернейших его учеников, описал то, что многие из нас почувствовали: «Как он мог с нами там поступить?»

В тот год я был председателем Нейробиологического общества и возглавлял оргкомитет, отвечавший за ежегодный ноябрьский симпозиум. Он проходил в Лос-Анджелесе всего через несколько недель после смерти Стива и на него собралось около десяти тысяч нейробиологов. Дэвид Хьюбел прочитал на этом симпозиуме замечательный доклад памяти Стива. Он показывал слайды и рассказывал о том, каким глубоким, проницательным и великодушным человеком был Стив, как много он значил для всех нас. Думаю, никто из наших американских коллег с тех пор не имел такого влияния и не снискал такой всеобщей любви, как Стив. Джек Макмахан организовал издание книги в память о нем. Я писал в ней: «Готовя этот раздел, я чувствую, что Стив во многом по-прежнему с нами. После Олдена Спенсера у меня нет другого коллеги, о котором я думал бы больше, чем о нем, и которого мне бы так же не хватало».

Смерть Стива Куффлера означала конец целой эпохи — эпохи, когда сообщество нейробиологов было еще сравнительно небольшим и его деятельность сосредоточивалась на клетке как единице устройства мозга. Смерть Стива совпала со слиянием нейробиологии с молекулярной биологией — событием, которое резко расширило область приложения нейробиологии и увеличило число ученых, работающих в этой области. Изменения отразились и на моей работе: в 1980 году мои клеточные и биохимические исследования обучения и памяти были уже близки к завершению. К тому времени мне стало ясно, что повышение концентрации циклического АМФ и усиление выделения медиатора, вызываемые серотонином в ответ на единственное обучающее событие, длятся лишь минуты. В продолжительном усилении связей, которое длится дни и недели, должно быть задействовано что-то еще — возможно, изменения в экспрессии генов, а также анатомические изменения. Поэтому я обратился к изучению генов.

Я был готов к этому. Долговременная память уже начала занимать мое воображение. Как человеку удается на всю жизнь запоминать события детства? Мать Дениз, Сара Бистрен, от которой Дениз и ее брат Жан-Клод, а также их супруги И дети унаследовали вкус к декоративному искусству (мебели, вазам и лампам в стиле ар-нуво), редко говорила со мной о моей научной работе. Но, должно быть, она как-то почувствовала, что я готов был заняться генами и долговременной памятью.

На мой день рождения 7 ноября 1979 года, когда мне исполнилось пятьдесят, она купила мне прекрасную вазу в венском стиле, изготовленную в городе Теплице (рис. 16–5), и подарила ее вместе с надписью следующего содержания:

«Дорогой Эрик!

Эта ваза из Теплице, вид Венского леса, ностальгия, которую излучают деревья, цветы, свет, закат, принесут тебе память былых времен — воспоминания о твоем детстве. И когда ты будешь пробегать вдоль леса в Ривердейле, ностальгия по венскому лесу охватит тебя и ненадолго заставит забыть о событиях твоей повседневной жизни.

С любовью, Сара»

Так Сара Бистрен сформулировала мою задачу.

16–5. Ваза из города Теплице (Из архива Эрика Канделя).

17. Долговременная память

Размышляя над результатами генетических исследований бактерий, Франсуа Жакоб выделил две разновидности научной работы: дневную и ночную. Дневная наука рациональна, логична и прагматична и движется вперед за счет строго спланированных экспериментов. «Дневная наука использует умозаключения, сцепленные друг с другом как шестерни, и получает результаты, полагаясь на силу определенности», — писал Жакоб. Ночная, напротив, «представляет собой мастерскую возможного, где вырабатываются будущие строительные материалы науки. Где гипотезы принимают форму смутных предчувствий, неясных ощущений».

К середине восьмидесятых я почувствовал, что наши исследования кратковременной памяти у аплизии приближаются к границе, за которой начинается дневная наука. Нам удалось найти нейроны и синапсы, обеспечивающие простые определяемые обучением реакции у аплизии, и установить, что кратковременная память в ходе обучения формируется за счет временных изменений силы существующих синаптических связей между сенсорными нейронами и мотонейронами. Эти кратковременные изменения обеспечиваются белками и другими веществами, уже имеющимися в синапсе. Мы выяснили, что циклический АМФ и протеинкиназа А усиливают выделение глутамата окончаниями сенсорных нейронов и что его усиленное выделение служит ключевым элементом формирования кратковременной памяти. Короче говоря, аплизия давала нам экспериментальный объект, молекулярными компонентами которого мы могли осмысленно манипулировать.

Но оставалась еще одна тайна молекулярной биологии хранения памяти — как кратковременные воспоминания преобразуются в устойчивые долговременные. Эта тайна стала для меня предметом ночной науки: мечтательных размышлений, не связанных друг с другом мыслей и многомесячных раздумий о том, как искать решение проблемы с помощью экспериментов дневной науки.

Мы с Джимми Шварцем установили, что формирование долговременной памяти зависит от синтеза новых белков. Мне интуитивно казалось, что истоки долговременной памяти, в которой задействованы длительные изменения синаптической силы, нужно искать в изменениях генетического аппарата сенсорных нейронов. Последовать этому смутному замыслу значило увести наши исследования формирования памяти еще дальше в молекулярные лабиринты нейрона — в клеточное ядро, где находятся гены и где регулируется их активность.

Во время ночных размышлений я мечтал о том, чтобы сделать следующий шаг, воспользовавшись недавно разработанными методами молекулярной биологии, чтобы прислушаться к диалогу между генами сенсорных нейронов и их синапсами. Время для этого шага было самое благоприятное. К 1980 году молекулярная биология стала главной объединяющей силой в биологии. Вскоре ей предстояло распространить влияние на нейробиологию и принять участие в создании новой науки о психике.

Как случилось, что молекулярная биология, особенно молекулярная генетика, стала такой важной наукой? Истоки молекулярной биологии и ее роли в науке восходят к пятидесятым годам XIX века, когда Грегор Мендель первым осознал, что наследственная информация передается от родителей потомкам в виде отдельных биологических единиц, которые мы называем генами. Примерно в 1915 году Томас Морган обнаружил, что у плодовых мух каждый ген расположен в хромосомах в определенном месте (локусе). В клетках мух и других высших организмов каждая хромосома имеется в двух экземплярах: один достается от матери, другой — от отца. Поэтому потомки получают по одному экземпляру каждого гена от каждого из своих родителей. В 1942 году Эрвин Шредингер, физик-теоретик австрийского происхождения, прочитал в Дублине курс лекций, который был впоследствии опубликован в виде книжки, озаглавленной «Что такое жизнь?». В ней Шредингер отмечал, что именно различия между генами отличают один вид животных от других, в том числе людей от других животных. Гены, как писал Шредингер, наделяют организмы их отличительными признаками. Они обеспечивают хранение закодированной биологической информации, ее копирование и надежную передачу из поколения в поколение. Поэтому хромосомы, удвоенные перед делением клетки, которые при этом расходятся, должны содержать точные копии всех генов исходных хромосом материнской клетки. Ключевой механизм жизни — хранение и передача биологической информации из поколения в поколение — осуществляется путем удвоения (репликации) хромосом и работы (экспрессии) генов.

Идеи Шредингера привлекли внимание физиков и привели некоторых из них в биологию. Кроме того, его идеи помогли превратить биохимию, одну из ключевых биологических наук, из дисциплины, занимающейся ферментами и преобразованиями энергии (то есть тем как клетки ее получают и используют), в дисциплину, занимающуюся преобразованиями информации (тем, как она копируется, передается и видоизменяется в клетках) Тогда стала ясна важность хромосом и генов как носителей биологической информации. К 1949 году стало понятно, что у ряда неврологических заболеваний, таких как хорея Хантингтона и болезнь Паркинсона, а также у некоторых психических заболеваний, в том числе у шизофрении и депрессии, есть генетические компоненты. Природа гена стала ключевым вопросом всей биологии, в том числе и для нейробиологии.

Какова природа генов? Из чего они состоят? В 1944 году Освальд Эвери, Маклин Маккарти и Колин Маклауд из Рокфеллеровского института совершили прорыв в этой области, установив, что гены состоят не из белков, как думали многие биологи, а из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Девять лет спустя в номере журнала Nature от 25 апреля 1953 года Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик описали свою ставшую теперь классической модель структуры ДНК. С помощью рентгеновских снимков, сделанных специалистами по структурной биологии Розалиндой Франклин и Морисом Уилкинсом, Уотсон и Крик пришли к выводу, что ДНК состоит из двух длинных цепочек, завитых относительно друг друга в форме спирали. Зная, что каждая из цепочек этой двойной спирали составлена из маленьких повторяющихся звеньев четырех типов — так называемых нуклеотидов (аденина, тимина, гуанина и цитозина), Уотсон и Крик предположили, что с помощью них и записана содержащаяся в генах информация. Это предположение привело их к поразительному открытию, что две цепочки ДНК комплементарны, то есть каждый нуклеотид одной цепочки образует пару со строго определенным нуклеотидом другой: аденин (А) связывается только с тимином (Т), а гуанин (Г) — только с цитозином (Ц). Такие связи нуклеотидов по всей длине обеих цепочек и соединяют эти цепочки друг с другом.

Открытие Уотсона и Крика подвело молекулярную базу под идеи Шредингера и положило начало молекулярной биологии. В основе работы генов, как отмечал Шредингер, лежит репликация (копирование). Классическая статья Уотсона и Крика завершалась предложением, которое стало знаменитым: «От нашего внимания не ускользнуло, что постулированные нами специфические парные связи позволяют сразу предположить механизм копирования генетического материала».

Модель двойной спирали показывает, как реплицируются гены. Когда во время репликации две цепочки ДНК расплетаются, каждая материнская цепочка служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепочки. Содержащая информацию последовательность, в которой расположены нуклеотиды в материнской цепочке, определяет последовательность нуклеотидов в дочерней: А будет связываться с Т, а Г — с Ц. Впоследствии дочерняя цепочка может служить матрицей для синтеза следующей, новой цепочки. Этот механизм позволяет достоверно копировать ДНК перед делением клетки, чтобы дочерним клеткам доставались копии ДНК материнской. Он работает во всех клетках организма, в том числе в сперматозоидах и яйцеклетках, тем самым обеспечивая воспроизводство организма и передачу генетической информации из поколения в поколение.

Отталкиваясь от механизма репликации генов, Уотсон и Крик также предположили возможный механизм синтеза белков. Из того, что каждый ген управляет синтезом какого-то определенного белка, они сделали вывод, что последовательность нуклеотидов в каждом гене кодирует соответствующий белок. Для синтеза белков, как и для репликации генов, эта закодированная информация считывается путем создания комплементарной копии участка цепочки ДНК. Но при синтезе белков, как показали дальнейшие исследования, эту информацию переносит вспомогательная молекула так называемой информационной РНК (рибонуклеиновой кислоты). Как и ДНК, информационная РНК — это нуклеиновая кислота, состоящая из нуклеотидов четырех типов. Три из них (аденин, гуанин и цитозин) соответствуют нуклеотидам ДНК, а четвертый (урацил) входит только в состав РНК, вместо тимина. Для синтеза белка две цепочки ДНК в пределах одного гена отходят друг от друга, и информация с одной из них копируется на информационную РНК. Затем последовательность нуклеотидов информационной РНК считывается, и в соответствии с ней синтезируется белок. Так Уотсон и Крик[27] сформулировали центральную догму молекулярной биологии: на матрице ДНК синтезируется РНК, а на матрице РНК синтезируется белок.

Следующим шагом должна была стать расшифровка генетического кода, то есть выяснение тех правил, по которым последовательность нуклеотидов в молекулах информационной РНК преобразуется в последовательность аминокислот в белках — в том числе в белках, задействованных в хранении памяти. Первые серьезные попытки расшифровать этот код были сделаны в 1956 году, когда Фрэнсис Крик и Сидней Бреннер попытались ответить на вопрос, как с помощью четырех нуклеотидов могут быть закодированы двадцать аминокислот, из которых состоят молекулы белков. Если бы соответствие было один к одному, то есть каждый нуклеотид кодировал бы одну аминокислоту, это позволяло бы закодировать только четыре аминокислоты. Если бы каждой аминокислоте соответствовала определенная пара нуклеотидов, это позволяло бы закодировать шестнадцать аминокислот. Но чтобы закодировать двадцать разных аминокислот, как было показано Бреннером, система должна быть основана на триплетах, то есть на разных сочетаниях из трех нуклеотидов. Однако таких сочетаний не двадцать, а шестьдесят четыре. Поэтому Бреннер предположил, что код, основанный на триплетах, вырожден (избыточен), то есть одну и ту же аминокислоту могут кодировать разные триплеты нуклеотидов.

В 1961 году Бреннер и Крик доказали, что генетический код представляет собой последовательность нуклеотидных триплетов, каждый из которых служит инструкцией для включения в белок строго определенной аминокислоты. Но они не еще не знали, какие триплеты соответствуют каждой аминокислоте. В тот же год, но позже это выяснили Маршалл Ниренберг из Национальных институтов здоровья и Хар Гобинд Корана из Висконсинского университета. Они проверили концепцию Бреннера и Крика биохимическими методами и расшифровали генетический код, установив, какие комбинации нуклеотидов кодируют каждую аминокислоту.

В конце семидесятых Уолтер Гилберт из Гарварда и Фредерик Сэнгер из Кембриджа разработали новый биохимический метод, позволяющий сравнительно легко секвенировать ДНК, то есть считывать последовательность нуклеотидов в отрезках цепочек ДНК и тем самым определять, какой белок кодируется тем или иным геном. Это был огромный шаг вперед. Он позволил ученым узнать что в разных генах имеются одни и те же последовательности, кодирующие одинаковые или похожие участки молекул многих разных белков. Эти узнаваемые участки, которые назвали доменами, выполняют одни и те же биологические функции независимо от того, в состав какого белка входят. Таким образом, ученые получили возможность по некоторым последовательностям нуклеотидов, входящих в состав гена, определять отдельные функции белка, кодируемого этим геном, например, будет ли это киназа, ионный канал или рецептор. Кроме того, появилась возможность, сравнивая последовательности аминокислот в молекулах разных белков, выявлять черты сходства белков, работающих в разных системах, например в разных клетках тела и даже в непохожих друг на друга организмах.

Эти последовательности и их сравнение позволили ученым описать принципиальные механизмы работы клеток и передачи сигналов между ними, тем самым заложив концептуальные основы для изучения множества явлений живой природы. В частности, такие исследования в очередной раз показали, что разные клетки и даже разные организмы состоят из одного и того же материала. У всех многоклеточных организмов имеется фермент, синтезирующий циклический АМФ, а также киназы, ионные каналы и так далее. Более того, половина генов, работающих у человека, есть и у намного проще устроенных беспозвоночных животных, таких как червь Caenorhabditis elegans, муха дрозофила и моллюск аплизия. Геном мышей содержит больше 90 %, а геном высших обезьян — около 98 % кодирующих последовательностей, общих с человеческим геномом.

После методов секвенирования ДНК важнейшим достижением молекулярной биологии, которое и привело меня в эту науку, была разработка метода рекомбинантной ДНК и методов клонирования генов, позволяющих идентифицировать и определять функции отдельных генов, в том числе работающих в мозгу. Первый этап этих методов состоит в том, чтобы выделить из клеток человека, мыши или моллюска ген, который мы хотим исследовать, то есть отрезок ДНК, кодирующий определенный фермент. Это можно сделать, выяснив положение гена в хромосоме и вырезав его из хромосомы молекулярными ножницами — ферментами, разрезающими ДНК в соответствующих местах.

Следующий этап состоит в том, чтобы сделать много копий этого гена (процедуру называют клонированием генов). При клонировании концы вырезанного гена присоединяют к отрезкам ДНК другого организма, например бактерии, создавая так называемую рекомбинантную ДНК: рекомбинантную — потому что присоединение гена, вырезанного из ДНК одного организма, к ДНК другого организма — это перекомпоновка (рекомбинация) молекул ДНК. Геном бактерии удваивается каждые двадцать минут, в результате чего мы получаем множество одинаковых копий исходного гена. Заключительный этап состоит в том, чтобы найти белок, кодируемый этим геном, чего можно достичь с помощью прочтения последовательности нуклеотидов, то есть молекулярных элементов, из которых состоит ген.

В 1972 году Полу Бергу из Стэнфордского университета удалось получить первую рекомбинантную молекулу ДНК, а в 1973 году Герберт Бойер из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Стэнли Коэн из Стэнфордского университета усовершенствовали методику Берга и разработали процедуру клонирования генов. К 1980 году Бойер сумел внедрить ген человеческого инсулина в бактерию.

Это достижение позволило получать человеческий инсулин в неограниченных количествах и положило начало биотехнологической промышленности. Джим Уотсон, один из первооткрывателей структуры ДНК, сравнил эти методы с игрой в бога: «Мы хотели научиться делать то, что теперь позволяют делать текстовые редакторы: вырезать, вставлять и копировать ДНК <…> после того, как нам удалось расшифровать генетический код. <…> Однако несколько открытий, сделанных в конце шестидесятых и в семидесятые годы, счастливо совместились в 1973 году в метод так называемой „рекомбинантной ДНК“, позволяющий редактировать молекулы ДНК. Это был не просто шаг вперед в разработке лабораторных методов. Ученые вдруг получили возможность по-своему кроить ДНК, создавая молекулы, которых никогда не бывало в природе. Мы получили возможность „играть в бога“ с молекулярными основами всего живого».

Вскоре эти замечательные открытия и орудия, применявшиеся ранее для изучения генов и функций белков у бактерий, дрожжей и разных клеток животных, с радостью взяли на вооружение нейробиологи, особенно я, чтобы исследовать с их помощью работу нервной системы. У меня не было никакого опыта использования этих методов — для меня все это была ночная наука. Но даже ночью я отчетливо видел огромные возможности молекулярной биологии.

18. Гены памяти

Три события должны были сойтись, чтобы мой план применить молекулярно-биологические методы для исследования памяти вышел из ночной науки в дневную. Первым был переход в 1974 году в Колледж терапевтов и хирургов Колумбийского университета на место моего учителя Гарри Грундфеста, уходившего на пенсию. Колумбийский университет привлекал меня тем, что это великое учебное заведение с замечательными традициями в области научной медицины, особенно продвинутое в таких областях, как неврология и психиатрия. Основанный как Королевский колледж в 1754 году, он был пятым по счету и первым готовящим врачей университетом на территории Соединенных Штатов. Определяющим фактором для моего решения стало то, что Дениз уже была сотрудницей Колледжа терапевтов и хирургов и мы с ней купили дом в Ривердейле, потому что он находился поблизости от университетского кампуса. Поэтому перейдя из Нью-Йоркского университета в Колумбийский, я стал намного быстрее добираться до работы, а мы с Дениз получили возможность работать в одном университете, но независимо друг от друга.

С моим переходом в Колумбийский университет было связано второе событие — начало сотрудничества с Ричардом Акселем (рис. 18–1). На первом этапе моей карьеры биолога моим наставником был Гарри Грундфест, побудивший меня заняться исследованиями работы нервной системы на клеточном уровне. На втором этапе моим проводником был Джимми Шварц, вместе с которым мы изучали биохимию кратковременной памяти. На третьем же этапе похожую роль предстояло сыграть Ричарду Акселю, совместная работа с которым позволила мне сосредоточиться на том, как диалог между генами нейрона и его синапсами обеспечивает формирование кратковременной памяти.

18–1. Ричард Аксель (р. 1946). с которым я подружился в первые годы совместной работы в Колумбийском университете. Благодаря нашему научному сотрудничеству я научился методам молекулярной биологии, а Ричард занялся нервной системой. В 2004 году Ричард и его коллега Линда Бак (р. 1947), работавшая у него постдоком, получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за свои классические исследования обоняния. (Из архива Эрика Канделя).

Мы с Ричардом познакомились в 1977 году на заседании комиссии по приему сотрудников на постоянную работу. В конце этого заседания он подошел ко мне и сказал: «Мне надоело без конца заниматься клонированием генов. Я хочу заняться чем-нибудь, связанным с нервной системой. Нам надо поговорить и, может быть, сделать что-то по молекулярной биологии ходьбы». Это предложение было далеко не таким наивным и грандиозным, как высказанное мной Грундфесту намерение исследовать биологические основы — «я», «оно» и «сверх-я». Тем не менее я вынужден был сказать Ричарду, что в тот момент ходьба была, вероятно, еще недоступна для молекулярно-биологических исследований. По-видимому, более посильной задачей было бы исследовать какую-то простую поведенческую реакцию у аплизии, например втягивание жабр, выделение чернильной жидкости или откладку яиц.

Когда я лучше познакомился с Ричардом, я быстро оценил, какой он интересный, умный и великодушный человек. Роберт Вайнберг в своей книге об истоках раковых заболеваний превосходно описывает любознательность Ричарда и остроту его ума: «У Акселя, высокого, тощего и сутулого, было яркое угловатое лицо, делавшееся еще ярче благодаря очкам в серебристой оправе, в которых он всегда ходил. Аксель <…> позволил мне открыть так называемый „синдром Акселя“, который я изучил путем тщательных наблюдений и затем при случае описывал сотрудникам своей лаборатории. Я впервые обратил внимание на этот синдром во время нескольких научных заседаний, на которых Аксель присутствовал в качестве слушателя. Он садился в первом ряду и внимательно вслушивался в каждое слово, доносившееся с кафедры. Затем он задавал глубокие, проницательные вопросы, которые формулировал медленно, с расстановкой, произнося каждый слог отчетливо и внятно. Его вопросы неизменно проникали в самую суть доклада, вскрывая слабые места в данных или доводах докладчика. Перспектива получить от Акселя каверзный вопрос очень нервировала тех, у кого не все было в порядке с собственными научными результатами».

На самом деле очки у Акселя были в золотистой оправе, но в остальном это очень меткое описание. Помимо добавления «синдрома Акселя» в анналы науки Ричард внес весомый вклад в методологию работы с рекомбинантной ДНК. Он разработал общий метод внедрения любого гена в любую клетку в тканевой культуре. Этот метод, названный котрансфекцией, широко используется как в научных исследованиях, так и в фармацевтике для производства лекарств.

Ричард, как и я, был опероманом, и вскоре после того, как мы с ним подружились, мы стали вместе ходить в оперу, причем всегда без билетов. Во время первого такого похода мы попали на вагнеровскую «Валькирию». Ричард настоял на том, чтобы мы вошли в театр через нижний вход, связанный с гаражом. Билетер, проверявший билеты у этого входа, сразу узнал Ричарда и пропустил нас. Мы прошли к первым рядам партера и стояли у стенки, пока не начал гаснуть свет. Тогда к нам подошел другой билетер, который тоже узнал Ричарда, когда мы вошли, и указал два свободных места. Ричард незаметно передал ему какие-то деньги, причем наотрез отказался сообщить мне сколько. Это был чудесный спектакль, но время от времени меня прошибал холодный пот при мысли, что на следующий день я увижу в «Нью-Йорк таймс» заголовок: «Два профессора Колумбийского университета пробрались в Метрополитен-опера без билета».

Вскоре после начала нашего сотрудничества Ричард спросил людей, работавших в его лаборатории: «Кто-нибудь хочет учиться нейробиологии?» Такое желание изъявил только Ричард Шеллер, который стал нашим общим постдоком. Шеллер оказался для нас очень ценным приобретением: он был человеком творческим и смелым, о чем говорило его добровольное решение заняться нервной системой. Кроме того, он хорошо разбирался в генной инженерии: внес существенный вклад в методологию этой области, еще будучи аспирантом, и охотно помогал мне учиться молекулярной биологии.

Когда мы с Ирвингом Купферманом исследовали роль различных клеток и их групп в поведении аплизии, мы нашли две симметричные группы нейронов, каждый из которых содержит около двухсот одинаковых клеток, которые мы назвали пазушными клетками (bag cells). Ирвинг обнаружил, что пазушные клетки выделяют гормон, стимулирующий откладку яиц — инстинктивную, устойчивую форму сложного поведения. Яйца аплизии упакованы в длинные желеобразные шнуры, в каждом из которых содержится миллион или больше яиц. В ответ на действие гормона откладки яиц аплизия выделяет яйцевой шнур из отверстия половой системы, расположенного рядом с головой. При этом у нее повышаются частота сердцебиения и интенсивность дыхания. Затем она подхватывает выходящий яйцевой шнур ртом и двигает головой взад и вперед, вытягивая его из полового протока, скатывает в шарик и закрепляет на камне или какой-нибудь водоросли.

Шеллеру удалось выделить ген, управляющий откладкой яиц, и показать, что ген кодирует пептидный гормон, то есть короткую цепочку аминокислот, и экспрессируется в пазушных клетках. Шеллер синтезировал этот гормон, ввел его аплизии и пронаблюдал за тем, как тот запускает ритуал откладки яиц животного. Это было необычайное достижение, потому что оно показывало, что одна короткая цепочка аминокислот может запускать сложную последовательность поведенческих реакций. Наши с Акселем и Шеллером совместные исследования молекулярной биологии такой сложной формы поведения, как откладка яиц, привели их обоих в нейробиологию и укрепили мое стремление проникнуть еще дальше в лабиринты молекулярной биологии.

Наши исследования обучения и памяти, проведенные в начале семидесятых, связали клеточную нейробиологию с обучением простой форме поведения. Моя совместная работа с Шеллером и Акселем, которая началась в конце семидесятых, убедила и меня, и Акселя, что молекулярная биология, нейробиология и психология могут соединиться и образовать новую молекулярную науку о поведении. Мы высказали это во введении к нашей первой статье о молекулярной биологии откладки яиц: «На материале аплизии мы описываем удобную экспериментальную систему для исследования структуры, экспрессии и модуляции генов, кодирующих пептидный гормон, обладающий известной поведенческой функцией».

В ходе выполнения совместного проекта я познакомился с методами работы с рекомбинантной ДНК, которые сыграли ключевую роль в моих последующих исследованиях долговременной памяти. Кроме того, мое сотрудничество с Акселем положило начало крепкой научной и личной дружбе. Поэтому я был обрадован и не удивлен, когда 10 декабря 2004 года, через четыре года после того, как мои исследования были отмечены Нобелевским комитетом, я узнал, что Ричарду и Линде Бак, в прошлом работавшей у него постдоком, присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за их выдающиеся работы в области молекулярной нейробиологии. Ричард и Линда вместе сделали поразительное открытие, что в носу мышей имеется около тысячи различных обонятельных рецепторов. Таким огромным набором рецепторов (существования которого никто не предполагал) и объясняется наша способность улавливать тысячи специфических запахов. Это открытие доказало, что значительная часть выполняемого нашей нервной системой анализа запахов осуществляется рецепторами носовой полости. Впоследствии Ричард и Линда независимо использовали эти рецепторы, чтобы продемонстрировать точность связей между нейронами обонятельной системы.

Последнее событие из тех трех, которые помогли мне освоить методы молекулярной биологии и использовать их для изучения памяти, случилось в 1983 году, когда Дональд Фредриксон, недавно назначенный президентом Медицинского института Говарда Хьюза, попросил Шварца, Акселя и меня составить основу группы, занимающейся новой наукой о психике — молекулярной биологией когнитивных функций. Каждая группа ученых, работу которых в университетах и других научных учреждениях страны поддерживает этот институт, называется по месту ее расположения. Так мы стали Медицинским институтом Говарда Хьюза при Колумбийском университете.

Говард Хьюз был творческим и эксцентричным человеком — промышленником, продюсером фильмов, конструктором и пилотом самолетов, на которых он участвовал в соревнованиях. От своего отца он унаследовал значительную долю акций компании Hughes Tool Company и построил на ее основе промышленную империю. В рамках этой производившей инструменты компании он организовал авиастроительное отделение, Hughes Aircraft Company, ставшее одним из основных подрядчиков Министерства обороны. В 1953 году он передал эту компанию Медицинскому институту Говарда Хьюза — научно-исследовательскому медицинскому учреждению, которое только что основал. К 1984 году; через восемь лет после его смерти, институт стал крупнейшей частной организацией, поддерживающей биомедицинские исследования в Соединенных Штатах. К 2004 году институтский фонд превысил и млрд долларов, институт поддерживал 350 исследователей во множестве университетов Соединенных Штатов. Около ста из этих ученых были членами Национальной академии наук, а десять — лауреатами Нобелевской премии.

Девиз Медицинского института Говарда Хьюза — «Люди, а не проекты». В институте убеждены, что наука процветает тогда, когда выдающимся исследователям предоставляют как ресурсы, так и интеллектуальную свободу для выполнения смелых, передовых работ. В 1983 году в институте стартовали три инициативы: в областях нейробиологии, генетики и регуляции обмена веществ. Меня пригласили на должность старшего исследователя нейробиологической инициативы, и обеспеченные мне институтом возможности сыграли огромную роль как в моей научной карьере, как и в карьере Ричарда Акселя.

Новообразованный институт дал нам возможность нанять Тома Джесселла и Гэри Струла из Гарварда и убедить остаться Стивена Зигельбаума, который собирался уходить из Колумбийского университета. Это были чудесные кадры для нашей хьюзовской группы и Центра нейробиологических и поведенческих исследований. Джесселл вскоре стал ведущим специалистом по развитию нервной системы позвоночных. Серия проведенных им блестящих исследований позволила выявить гены, обеспечивающие индивидуальные особенности разных нейронов спинного мозга (тех самых, которыми занимались Шеррингтон и Экклс). Затем он показал, что эти гены также управляют вырастанием аксонов и образованием синапсов. Зигельбаум успешно использовал свои замечательные открытия, связанные с ионными каналами, для изучения того, как каналы управляют возбудимостью нейронов и силой синаптических связей и как то и другое модулируется в результате работы и под действием различных модуляторных нейромедиаторов. Струл разработал оригинальный генетический подход к работе с дрозофилой, позволяющий изучать, как в ходе развития этой плодовой мухи формируется строение ее тела.

Теперь, имея в распоряжении методы молекулярной биологии и финансирование Медицинского института Говарда Хьюза, мы могли заняться проблемами генов и памяти. Моя экспериментальная стратегия начиная с 1961 года состояла в том, чтобы улавливать простые формы памяти в наименьших возможных популяциях нейронов и использовать множество микроэлектродов для отслеживания активности задействованных клеток. Мы научились регистрировать сигналы отдельных сенсорных нейронов и мотонейронов в течение нескольких часов у интактного животного, что прекрасно подходило для исследования кратковременной памяти. Но для работы с долговременной памятью нам нужна была возможность регистрировать такие сигналы в течение дня или нескольких дней. Для этого требовался новый подход, и я обратился к тканевым культурам сенсорных нейронов и мотонейронов.

Сенсорные нейроны и мотонейроны нельзя просто так извлечь из взрослого организма и выращивать в лаборатории, потому что зрелые нейроны плохо выживают в культуре. Вместо этого нейроны нужно извлекать из нервной системы очень молодых животных и обеспечивать им среду, в которой они могут вырасти в зрелые клетки. Важнейший шаг в этом направлении сделал наш аспирант Арнольд Кригштейн. Перед самым переходом лаборатории в Колумбийский университет Кригштейн научился выращивать аплизий в лабораторных условиях от эмбриональной стадии, заключенной в яйце, до взрослого организма, чего биологам не удавалось добиться на протяжении почти ста лет.

По мере роста аплизия превращается из прозрачной свободноплавающей личинки, которая питается одноклеточными водорослями, в ползающего, питающегося многоклеточными водорослями ювенильного моллюска — уменьшенное подобие взрослого организма. Для того чтобы с личинкой произошло это радикальное изменение строения тела, она должна какое-то время сидеть на многоклеточной водоросли определенного вида и подвергаться воздействию особого вещества. Никому не удавалось пронаблюдать это превращение в природе, поэтому никто не знал, что требуется. Кригштейн наблюдал за личинками аплизий в их естественной среде и заметил, что они часто садятся на красную водоросль определенного вида. Когда он испытал эту водоросль в лаборатории, предоставив личинкам возможность садиться на нее, он обнаружил, что они превращаются в ювенильных моллюсков (рис. 18–2). Те из нас, кто присутствовал на замечательном семинаре, проведенном Кригштейном в декабре 1973 года, не скоро забудут его описание того, как личинки находят эту водоросль, которая называется Laurencia pacifica, садятся на нее и извлекают из нее вещества, необходимые для включения механизма превращения. Я помню, что, когда Кригштейн показал нам первые фотографии крошечных ювенильных моллюсков, я сказал про себя: «Дети всегда такие красивые!»

18–2. Жизненный цикл аплизии. Личинки аплизии сидят на красной водоросли определенного вида (Laurencia pacifica) и извлекают из нее вещества, необходимые для включения механизма превращения в ювенильного моллюска. (Рисунок перепечатан из книги: Е. R. Kandel, Cellular Basis of Behavior, IV. H. Freeman and Company, 1976).

После сделанного Кригштейном открытия мы начали выращивать эту водоросль и вскоре получили достаточное число ювенильных моллюсков, чтобы выращивать в культуре клетки нервной системы. Следующую принципиальную задачу — научиться выращивать конкретные нейроны в культуре и добиваться того, чтобы они образовывали синапсы, — взял на себя мой бывший студент Сэмюел Шахер, специалист по клеточной биологии. Шахеру, работавшему вместе с двумя постдоками, вскоре удалось культивировать конкретные сенсорные нейроны, мотонейроны и интернейроны, задействованные в рефлексе втягивания жабр (рис. 18–3).

18–3. Использование конкретных нейронов, выращиваемых в лаборатории, для изучения долговременной памяти. Отдельные сенсорные нейроны, мотонейроны и выделяющие серотонин модуляторные интернейроны, выращиваемые в культуре, образуют синапсы, воспроизводя простейшие нейронные цепи, обеспечивающие и модулирующие рефлекс втягивания жабр. Эта простая, подверженная обучению нейронная цепь (первая полученная в культуре клеток) дала нам возможность исследовать молекулярно-биологические основы долговременной памяти. (Фото любезно предоставил Сэм Шахер).

Теперь все элементы подверженной обучению нейронной цепи имелись у нас в клеточной культуре. Эта цепь позволяла исследовать компоненты хранения памяти, сосредоточившись на отдельном сенсорном нейроне и отдельном мотонейроне. Эксперименты показали, что выделенные из организма сенсорные нейроны и мотонейроны образуют в культуре в точности такие же синаптические связи и демонстрируют такое же физиологическое поведение, как в организме интактного животного. В природе удар током в заднюю часть тела вызывает активацию модуляторных интернейронов, которые выделяют серотонин, тем самым усиливая связь сенсорных нейронов с мотонейронами. Поскольку мы уже знали, что эти модуляторные интернейроны выделяют серотонин, после нескольких экспериментов мы установили, что незачем выращивать их в культуре. Мы просто вводили серотонин в культуру клеток рядом с синапсами, соединяющими сенсорные нейроны с мотонейронами, — именно там, где у интактных животных окончания модуляторных интернейронов подходят к сенсорным нейронам и выделяют серотонин. Одно из величайших наслаждений ученого, долгое время работающего с одной и той же биологической системой, связано с тем, что сегодняшние открытия становятся орудием завтрашних экспериментов. Наши многолетние исследования этой нейронной цепи и умение выделять ключевые химические сигналы, передающиеся в пределах этой цепи от клетки к клетке и внутри клеток, позволили воспользоваться теми же сигналами для манипуляций с этой системой и более глубокого ее изучения.

Мы обнаружили, что непродолжительное однократное введение серотонина на несколько минут усиливает синаптическую связь сенсорного нейрона с мотонейроном, увеличивая выделение серотонина сенсорной клеткой. Как и у интактного животного, это кратковременное усиление синаптической связи представляет собой функциональное изменение и не требует синтеза новых белков. Пятикратное введение серотонина, имитирующее пятикратный удар током, напротив, усиливает синаптическую связь на несколько дней и приводит к отрастанию новых синаптических связей, то есть вызывает анатомические изменения, требующие синтеза новых белков (рис. 18–4). Этот результат показывал, что мы можем вызывать образование новых синапсов у сенсорного нейрона, растущего в культуре, но нам по-прежнему нужно было выяснить, какие белки задействованы в формировании долговременной памяти.

18–4. Изменения в отдельном сенсорном нейроне и отдельном мотонейроне, лежащие в основе кратковременной и долговременной памяти.

Тогда моя научная карьера сплелась с одним из величайших интеллектуальных приключений современной биологии — распутыванием молекулярного механизма регуляции работы генов, единиц хранения закодированной информации, лежащей в основе всего живого на планете.

Это приключение началось в 1961 году, когда Франсуа Жакоб и Жак Моно из парижского Института Пастера опубликовали статью, озаглавленную «Генетические регуляторные механизмы и синтез белка». Используя в качестве модельного объекта бактерий, они сделали замечательное открытие, что работа генов может регулироваться, то есть включаться и выключаться, как водопроводный кран.

Жакоб и Моно высказали предположение, известное нам теперь как факт, что даже у сложных организмов, таких как человеческий, почти каждый ген, входящий в состав генома, присутствует в каждой клетке тела. У каждой клетки в ядре содержатся все хромосомы организма, а значит, и все гены, необходимые для развития этого организма. Из чего следовал принципиальный для биологии вопрос: почему гены не функционируют одинаково в каждой клетке тела? Жакоб и Моно выдвинули гипотезу, которая в итоге полностью подтвердилась, что клетка печени является клеткой печени, а клетка мозга — клеткой мозга потому, что в клетках каждого типа включены (экспрессируются) только некоторые из генов, а все остальные выключены (репрессированы). Поэтому клетки каждого типа содержат собственный неповторимый набор белков — подмножество всех белков, которые в принципе могут синтезировать клетки организма. Этот набор белков и позволяет клеткам выполнять особенные биологические функции.

Гены включаются и выключаются по мере надобности, обеспечивая оптимальную работу всей клетки. Некоторые остаются выключенными на протяжении большей части жизни организма, другие, например задействованные в выработке энергии, всегда включены, потому что кодируемые ими белки жизненно важны для клетки. Но в клетках каждого типа одни гены экспрессируются лишь в определенное время, а другие включаются и выключаются в ответ на сигналы, поступающие из самого организма или из окружающей среды. Из этих доводов у меня в голове однажды вечером родилась светлая мысль: что есть обучение, как не набор сенсорных сигналов, поступающих из окружающей среды, так что сенсорные сигналы разного типа (или поступающие в разной последовательности) обеспечивают разные формы обучения?

Какие сигналы регулируют работу генов? Каким образом гены включаются и выключаются? Жакоб и Моно установили, что у бактерий гены включаются и выключаются другими генами. В связи с этим они выделили две разновидности генов: структурные и регуляторные. Структурные гены кодируют функциональные белки, определяющие структуру и функции клетки, такие как ферменты и ионные каналы. Регуляторные гены кодируют так называемые регуляторные белки, которые включают и выключают структурные гены. Затем Жакоб и Моно задались вопросом, как регуляторные белки действуют на структурные гены. Они предположили, что на отрезке ДНК, где находится каждый структурный ген, имеется не только участок, который кодирует определенный белок, но и регуляторный участок — особое место, которое теперь называют промотором. Регуляторные белки связываются с промоторами структурных генов, тем самым определяя, будет ли данный структурный ген включен или выключен.

Чтобы структурный ген мог включиться, регуляторные белки должны собраться на его промоторе и помочь отделить друг от друга две цепочки ДНК. После этого информация с одной из этих цепочек копируется на информационную РНК. Этот процесс называют транскрипцией. Информационная РНК выносит содержащиеся в гене инструкции для синтеза белка из ядра в цитоплазму клетки, где структуры, называемые рибосомами, синтезируют белок согласно этим инструкциям, осуществляя так называемую трансляцию. После того как с гена считывается записанная в нем информация, две цепочки ДНК снова сцепляются, и ген остается выключенным, пока регуляторные белки снова не запустят его транскрипцию.

Жакоб и Моно не только разработали основы теории регуляции работы генов, но и открыли регуляторные гены, участвующие в этом процессе. Есть две разновидности таких генов: репрессоры, кодирующие регуляторные белки, которые выключают структурные гены, и, как показали последующие исследования, активаторы, кодирующие регуляторные белки, которые включают структурные гены. Путем блестящих рассуждений и остроумных генетических экспериментов Жакоб и Моно выяснили, что, когда в распоряжении обыкновенной бактерии кишечной палочки, живущей у нас в кишечнике, имеется богатый запас одного из источников ее пищи — сахара лактозы, у нее включается ген, который кодирует фермент, позволяющий переваривать лактозу. Когда же лактоза кончается, ген этого пищеварительного фермента внезапно выключается. Как это происходит?

Жакоб и Моно установили, что в отсутствие лактозы ген-репрессор кодирует белок, который связывается с промотором гена пищеварительного фермента, не давая информации считываться с ДНК этого гена. Когда же они вновь добавляли лактозу в среду, на которой выращивали этих бактерий, лактоза входила в клетки и связывалась с белком-репрессором, из-за чего он отпадал от промотора. В результате промотор оставался свободным и мог связываться с белками, кодируемыми геном-активатором. Белки-активаторы включали структурный ген и обеспечивали синтез фермента, позволяющего бактерии усваивать лактозу.

Результаты этих исследований свидетельствовали о том, что кишечная палочка способна подстраивать интенсивность транскрипции генов в соответствии с поступающими извне сигналами. Дальнейшие исследования показали, что, когда эта бактерия оказывается в среде с небольшим содержанием глюкозы, в ней начинается синтез циклического АМФ, который запускает процесс, позволяющий клетке переваривать в первую очередь именно этот, более питательный сахар.

Открытие того, что работа генов может регулироваться в соответствии с потребностями клетки и условиями среды за счет сигнальных молекул, поступающих извне (как молекулы разных сахаров), а также изнутри (как вторичные посредники, например циклический АМФ), произвело революцию в моих мыслях. Оно заставило меня переформулировать в молекулярных терминах вопрос о том, как кратковременная память преобразуется в долговременную. Теперь мой вопрос состоял в том, какова природа регуляторных генов, задействованных в определенных формах обучения, то есть реагирующих на сигналы, поступающие извне, а также в том, как эти регуляторные гены переводят кратковременные синаптические изменения, необходимые для кратковременной памяти, в долговременные синаптические изменения, необходимые для долговременной.

Наши эксперименты, поставленные на беспозвоночных, как и некоторые другие, поставленные на позвоночных, продемонстрировали, что долговременная память требует синтеза новых белков. Эти результаты указывали, что механизмы хранения памяти, судя по всему, похожи у всех животных. Кроме того, Крейг Бейли сделал замечательное открытие, что долговременная память у аплизии сохраняется потому, что сенсорные нейроны отращивают себе новые окончания аксонов, тем самым усиливая свои синаптические связи с мотонейронами. Но по-прежнему оставалось тайной, что именно позволяет переводить какие-то кратковременные воспоминания в долговременную память. Быть может, характер действия раздражителей, вызывающий долговременную сенсибилизацию, делает это за счет активации определенных регуляторных генов, и кодируемые ими белки заставляют структурные гены запустить механизм образования новых окончаний аксона?

Изучая живые сенсорные нейроны и мотонейроны в культуре, мы редуцировали исследуемую нами поведенческую систему в достаточной степени, чтобы заняться этими вопросами. Мы установили, что принципиальный компонент долговременной памяти заключен в синаптической связи между двумя клетками. Теперь мы могли использовать метод рекомбинантной ДНК, чтобы ответить на вопрос, отвечают ли за включение и поддержание долговременного усиления этой связи определенные регуляторные гены.

Примерно в это время мои исследования начали получать официальное признание. В 1983 году я разделил с Верионом Маунткаслом премию Ласкера за фундаментальные медицинские исследования — самую престижную из естественнонаучных премий, присуждаемых в Соединенных Штатах — и получил свою первую почетную степень от Иудейской теологической семинарии в Нью-Йорке. Меня поразило, что там вообще знали о моих исследованиях. Подозреваю, что они узнали о них от моего коллеги Мортимера Остоу — одного из тех психоаналитиков, благодаря которым я заинтересовался связью психоанализа и мозга.

К тому времени мой отец уже умер, но мама пришла на церемонию награждения, где ректор семинарии Герсон Коэн в своей вступительной речи упомянул, что я получил хорошее образование на иврите в Еврейской школе Флэтбуша, и это наполнило гордостью сердце моей мамы. Я думаю, что для нее, быть может, важнее было признание того, что ее отец, мой дедушка, хорошо научил меня ивриту, чем престижная премия Ласкера, которую я получил.

19. Диалог генов и синапсов

В 1985 году представления, к которым я пришел в ходе занятий ночной наукой — многомесячных раздумий о белках, регулирующих экспрессию генов, — наконец нашли применение в моей дневной работе, посвященной экспрессии генов и долговременной памяти. Эти представления стали отчетливее после того, как в Колумбийский университет пришел Филип Гелет, постдок, учившийся в Англии у Сиднея Бреннера в Лаборатории Медицинского исследовательского совета в Кембридже. Мы с Гелетом рассуждали следующим образом: долговременная память требует кодирования новой информации и консолидации, то есть перевода на более постоянное хранение. Установив, что для долговременной памяти требуется отрастание новых синаптических связей, мы получили некоторое представление о том, какую форму имеет это более постоянное хранение. Но мы по-прежнему не разобрались в промежуточных молекулярно-генетических этапах, то есть в самой природе консолидации памяти. Как мимолетные кратковременные воспоминания преобразуются в устойчивые долговременные?

Согласно модели Жакоба и Моно, сигналы из среды, окружающей клетку, могут активировать гены регуляторных белков, которые включают гены, кодирующие определенные структурные белки. Поэтому мы с Гелетом решили узнать, не задействованы ли в ключевом этапе перехода памяти из кратковременной в долговременную при сенсибилизации какие-то аналогичные сигналы и аналогичные регуляторные белки. Мы хотели знать, не потому ли для долговременной памяти при сенсибилизации важно повторение, что оно обеспечивает передачу сигналов в ядро, вызывая активацию генов, кодирующих регуляторные белки, которые, в свою очередь, включают структурные гены, необходимые для отрастания новых синаптических связей. Если так, то консолидационная фаза работы памяти могла оказаться тем интервалом, который требуется регуляторным белкам для включения структурных генов. Тем самым мы предлагали генетическое объяснение того, что блокировка синтеза новых белков на определенном критическом промежутке времени (во время и вскоре после обучения) блокирует и отрастание новых синаптических связей, и преобразование кратковременной памяти в долговременную. Мы предположили, что, блокируя синтез белков, мы препятствуем экспрессии генов, кодирующих белки, необходимые для роста синаптических связей и тем самым для формирования долговременной памяти.

Мы обобщили свои представления в теоретической обзорной статье «Вкратце о долговременной памяти», опубликованной в 1986 году в журнале Nature. В этой статье мы высказали предположение, что если для преобразования связанной с определенным синапсом кратковременной памяти в долговременную требуется экспрессия генов, то синапс в ходе обучения должен посылать в ядро клетки какой-то сигнал, вызывающий включение определенных регуляторных генов. При формировании кратковременной памяти в синапсах используются циклический АМФ и протеинкиназа А, действующие внутри клетки и передающие сигнал, который вызывает выделение большего количества нейромедиатора. Мы с Гелетом выдвинули гипотезу, что при формировании долговременной памяти эта киназа проходит путь от синапса до ядра, где каким-то образом активирует белки, регулирующие экспрессию генов.

Чтобы проверить гипотезу, нам нужно было определить, какой сигнал поступает от синапса в ядро, найти регуляторные гены, которые этот сигнал активирует, и затем определить, какие структурные гены включаются этими регуляторными генами, то есть какие гены отвечают за отрастание новых синапсов, лежащее в основе формирования долговременной памяти.

Упрощенные нейронные цепи, которые мы получили в тканевой культуре (единственный сенсорный нейрон, связанный с единственным мотонейроном), давали нам биологическую систему, вполне подходящую для проверки наших идей. В чашках с этой культурой мы использовали серотонин в качестве возбуждающего сигнала, поступающего на сенсорный нейрон при сенсибилизации. Однократное введение серотонина (соответствующее однократному удару током в ходе обучения) говорило клетке о том, что раздражитель имеет сиюминутное, кратковременное значение, а пятикратное введение (соответствующее пятикратному повторению удара в ходе обучения) предупреждало о длительном, долговременном значении раздражителя. Мы установили, что введение в сенсорный нейрон циклического АМФ в высокой концентрации вызывает не только кратковременное, но и долговременное повышение силы синапса. В нашей работе принял участие Роджер Цянь из Калифорнийского университета в Сан-Диего, и мы воспользовались разработанным им методом, который позволял увидеть, где в пределах нейрона сосредоточены циклический АМФ и протеинкиназа А. Мы обнаружили, что однократное введение серотонина повышает концентрацию циклического АМФ и протеинкиназы А преимущественно в районе синапса, а многократное приводит к еще более высоким концентрациям циклического АМФ, которые вызывают поступление протеинкиназы А в ядро, где она обеспечивает активацию генов. Последующие исследования показали, что активация генов осуществляется протеинкиназой А с помощью другой киназы, так называемой MAP-киназы[28], которая тоже связана с ростом синапсов и тоже поступает в ядро.

Тем самым мы подтвердили нашу гипотезу: для того чтобы многократное обучение вызвало долговременную сенсибилизацию (показывающую, что повторение — мать учения), необходимо, чтобы в ядро поступили соответствующие сигналы в форме киназ. Что делают эти киназы, оказавшись в ядре? Из опубликованных незадолго до того работ, выполненных на клетках, не относящихся к нервной системе, мы знали, что протеинкиназа А может активировать регуляторный белок CREB (cyclic АМР response element-binding protein — белок, связывающий элемент, реагирующий на циклический АМФ), который связывается с промотором (элементом, реагирующим на циклический АМФ). Это заставило нас предположить, что CREB может быть ключевым компонентом переключения, переводящего кратковременное усиление синаптической связи в долговременное и обеспечивающего отрастание новых связей.

В 1990 году, после того как к нам присоединились два постдока, Прамод Даш и Бенджамин Хохнер, нам удалось установить, что CREB присутствует в сенсорных нейронах аплизии и действительно необходим для долговременного усиления синаптических связей, лежащих в основе долговременной сенсибилизации. Блокируя работу CREB в ядре сенсорного нейрона в культуре, мы препятствовали долговременному, но не кратковременному усилению связей. Это был поразительный результат: блокируя единственный регуляторный белок, мы блокировали весь процесс долговременных синаптических изменений! Впоследствии наш постдок Душан Барч, творческий человек и блестящий экспериментатор, обнаружил, что простого введения в ядро сенсорного нейрона CREB, фосфорилированного протеинкиназой А, достаточно для того, чтобы включить гены, производящие долговременное усиление этих связей.

Таким образом, хотя меня давно учили, что гены нервной системы управляют поведением и безраздельно властвуют над нашей судьбой, исследования показали, что в нервной системе, как и в клетках бактерий, гены подчиняются среде. Их работой управляют события, происходящие в окружающем мире. Внешний раздражитель, такой как удар тока в заднюю часть тела животного, вызывает активацию модуляторных интернейронов, выделяющих серотонин. Этот серотонин действует на сенсорные нейроны, повышая в них концентрацию циклического АМФ, в результате чего протеинкиназа А и MAP-киназа поступают в ядро и активируют белок CREB. Активация CREB, в свою очередь, вызывает экспрессию генов, которая меняет клетку в структурном и функциональном отношении.

В 1995 году Душан Барч обнаружил, что на самом деле в соответствии с предсказаниями, которые можно было бы сделать на основе модели Жакоба и Моно, существует две формы белка CREB: одна (CREB-1) активирует, а другая (CREB-2) подавляет экспрессию генов. Многократное действие раздражителя приводит к тому, что протеинкиназа А и MAP-киназа поступают в ядро, где протеинкиназа А активирует CREB-1, а MAP-киназа инактивирует CREB-2. Таким образом, для долговременного усиления синаптических связей требуется не только включение одних генов, но и выключение других (рис. 19–1).

19–1. Молекулярные механизмы кратковременного и долговременного привыкания.

После этих замечательных открытий, сделанных у нас в лаборатории, меня поразили две вещи. Во-первых, мы видели, что модель регуляции генов Жакоба и Моно применима к процессу формирования памяти. Во-вторых, что открытая Шеррингтоном интегративная деятельность нейронов доходит до уровня ядра. Меня изумила эта аналогия: на клеточном уровне на нейрон поступают возбуждающие и тормозные синаптические сигналы, в то время как на молекулярном один регуляторный белок CREB способствует экспрессии генов, а другой ее подавляет. Противоположное действие белков суммируется, обеспечивая работу механизма регуляции.

Более того, противоположное регуляторное действие двух форм белка CREB обеспечивает наличие определенного порога для формирования памяти, который, вероятно, гарантирует обучение только важному, полезному для жизни опыту. Многократные удары током — это важный опыт для аплизии, точно так же, как умение играть на фортепиано или спрягать французские глаголы может быть важным опытом для нас: повторение — мать учения, потому что оно необходимо для долговременной памяти. Но состояние эмоционального напряжения, например вызванного автомобильной катастрофой, в принципе может позволить обойти ограничения, обычно наложенные на долговременную память. В подобной ситуации в ядро может сразу поступить достаточное количество MAP-киназы, чтобы инактивировать все молекулы CREB-2, тем самым облегчая работу CREB-1, активируемого протеинкиназой А, и опыт запишется в долговременную память. Возможно, именно этим объясняются так называемые мнемические фотовспышки (flashbulb memories) — яркие воспоминания о вызвавших сильные эмоции событиях, которые человек может восстановить в памяти во всех подробностях (как я могу вспомнить то, что произошло между мной и Митци), как будто вся картина события мгновенно и глубоко отпечаталась в мозгу.

Необычайно хорошая память, которую демонстрируют некоторые люди, может, в свою очередь, быть связана с определяемыми генетически особенностями работы белка CREB-2, ограничивающего активность белка-репрессора, активируемого CREB-1. Хотя обычно для долговременной памяти требуются многократные повторения обучения, разделенные периодами отдыха, иногда она может возникать и после однократного события, не связанного с эмоциональным напряжением. Способность к обучению с первого раза была особенно хорошо развита у знаменитого российского мнемониста Соломона Вениаминовича Шерешевского, который, казалось, никогда, даже после десяти с лишним лет, не забывал ничего, что запомнил с первого раза. Большинство мнемонистов обладает более узкими способностями: они могут очень хорошо запоминать только какие-то определенные разновидности опыта. Некоторые люди обладают поразительной памятью на зрительные образы, партитуры, шахматные партии, стихи или лица. Некоторые знатоки Талмуда из Польши могут воспроизвести в зрительной памяти каждое слово на каждой странице двенадцатитомного Вавилонского Талмуда, как будто эта страница (одна из нескольких тысяч) находится у них перед глазами.

Для возрастной потери памяти (доброкачественной старческой забывчивости), напротив, характерна пониженная способность к консолидации долговременных воспоминаний. Этот возрастной дефект может быть связан не только с ослаблением способности активировать CREB-1, но и с недостаточной силой сигналов для снятия тормозящего действия CREB-2 на консолидацию памяти.

Впоследствии было доказано, что обеспечиваемый CREB-белками перевод кратковременной памяти в долговременную работает одинаково у нескольких разных видов животных, что свидетельствует об эволюционной консервативности этого механизма. В 1993 году Тим Талли, специалист по генетике поведения из лаборатории в Колд-Спринг-Харбор на Лонг-Айленде в штате Нью-Йорк, разработал изящный метод изучения долговременной памяти, которая обеспечивает формирование приобретенного страха у мух. В 1995 году с Талли стал сотрудничать специалист по молекулярной генетике Джерри Инь, и вместе они установили, что для долговременной памяти дрозофилы необходимы CREB-белки. Как и у аплизии, CREB-активаторы и CREB-репрессоры играют в этом процессе ключевую роль. CREB-репрессор блокирует преобразование кратковременной памяти в долговременную. Что еще поразительнее, у специально выведенных мух-мутантов, производивших CREB-активатор в избыточном количестве, наблюдались аналоги мнемических фотовспышек. После нескольких повторов процедуры обучения, в ходе которой определенный запах сопровождался электрическим ударом, у нормальных мух вырабатывалась только кратковременная память, вызывающая страх перед этим запахом, а у мух-мутантов такое же количество повторов обеспечивало формирование долговременной памяти. Со временем выяснилось, что тот же механизм, обеспечиваемый CREB-белками, играет важную роль во многих формах имплицитной памяти у множества других видов, от пчел до мышей и людей.

Таким образом, совмещая анализ поведения вначале с клеточной нейробиологией, а затем с молекулярной биологией, мы смогли общими усилиями поучаствовать в закладке фундамента молекулярной биологии элементарных психических процессов.

Тот факт, что механизм преобразования кратковременной памяти в долговременную при обучении несложным реакциям оказался одинаковым у множества простых животных, обнадеживал нас и подтверждал убеждение, что базовые механизмы работы памяти эволюционно консервативны. Но с ним был связан непростой вопрос из области клеточной биологии нейронов. У одного сенсорного нейрона около 1200 синаптических окончаний, связывающих его примерно с 25 клетками-мишенями: мотонейронами жабр, мотонейронами сифона, мотонейронами чернильной железы и возбуждающими и тормозными интернейронами. Мы установили, что кратковременные изменения происходят лишь в некоторых из этих синапсов и не происходят в других. Это было вполне логично, потому что однократный удар током в заднюю часть тела или однократное введение серотонина вызывает локальное повышение концентрации циклического АМФ, затрагивающее только определенный набор синапсов. Но долговременные синаптические изменения требуют транскрипции генов, которая происходит в ядре и приводит к синтезу новых белков. Можно было ожидать, что эти белки будут поступать во все синаптические окончания нейрона. Тем самым, если только какой-то особый клеточный механизм не ограничивает эффект изменений некоторыми определенными синапсами, долговременное усиление должно происходить во всех синаптических окончаниях нейрона. Если бы это было так, каждое долговременное изменение закреплялось бы во всех синапсах участвующих этом процессе нейронов. Возникает вопрос, как обеспечивается локализация механизмов долговременного обучения и памяти в определенных синапсах.

Мы с Гелетом немало размышляли над этим вопросом и в 1986 году в своей обзорной статье в Nature предложили схему, которая стала известна под названием синаптической маркировки. Мы предположили, что мимолетные изменения в определенном синапсе, обеспечивающие кратковременную память, каким-то образом маркируют его, и эта маркировка позволяет распознавать и задерживать белки в районе данного синапса.

Вопрос о том, как клетка направляет белки к определенным синапсам, как нельзя лучше подходил для Келси Мартин — необычайно одаренной специалистки по клеточной биологии, получившей двойную степень доктора медицины и доктора философии в Йельском университете. После окончания Гарвардского колледжа Келси и ее муж работали в Африке по программе Корпуса мира[29]. Когда они начали исследования в Колумбийском университете, у них уже был сын Бен. В период работы Келси в нашей лаборатории у них родилась дочь Майя. Присутствие Келси придавало жизни нашей лаборатории особый дух — не только потому, что она с редким мастерством занималась наукой самого высокого уровня, но и потому, что у всех нас поднималось настроение, когда она с 16:00 до 18:00 превращала наш небольшой конференц-зал — столовую в веселый детский сад для одаренных детей.

Отследив поступление протеинкиназы А в ядро и обнаружив в нем CREB-белки, мы прошли по пути внутриклеточных реакций от синапса до ядра. Теперь нам предстояло пойти в обратном направлении. Нам с Келси нужно было выяснить, чем синапс сенсорного нейрона, обрабатываемый серотонином и претерпевающий долговременные структурные изменения, отличается от необработанных синапсов того же нейрона. Мы это сделали в культуре клеток с помощью полученной нами новой экспериментальной системы.

Мы выращивали отдельный сенсорный нейрон с разветвленным аксоном, образовывавшим синаптические связи с двумя разными мотонейронами. Затем мы имитировали поведенческое обучение, как и раньше, вводя в область синапсов серотонин, но при этом обрабатывая только синапсы, связывающие сенсорный нейрон с одним из двух моторных. Однократное введение серотонина, как и ожидалось, приводило к кратковременному усилению связи только в этих синапсах. Но и пятикратное введение серотонина вызывало долговременное усиление связи и отрастание новых синаптических окончаний только в тех синапсах, которые мы обрабатывали. Результат был удивителен тем, что для долговременного усиления связей и отрастания новых окончаний требуется активация генов CREB-белком, которая происходит в ядре клетки и должна, казалось бы, действовать на все ее синапсы. Когда Келси блокировала работу CREB-белка в ядре, это подавляло усиление связи и рост новых окончаний в области обрабатываемых синапсов (рис. 19–2).

19–2. Экспериментальная система для изучения роли серотонина в синаптических изменениях. Сенсорный нейрон (обозначенный CH на фото вверху) с разветвленным аксоном образует синапсы с двумя мотонейронами (МН). Только на один из этих синапсов воздействуют серотонином. В результате только в этом синапсе происходят кратковременные и долговременные изменения. (Фото любезно предоставила Келси Мартин).

Открытие продемонстрировало нам одно важное свойство вычислительных способностей нервной системы. Оно показало, что, хотя нейрон может образовывать тысячу или больше синаптических связей с разными клетками-мишенями, отдельные синапсы могут видоизменяться независимо при формировании как кратковременной, так и долговременной памяти. Независимость долговременной деятельности синапсов дает нейрону необычайную вычислительную пластичность.

Но чем обеспечивается эта поразительная избирательность? Мы рассмотрели два возможных ответа: что нейрон направляет информационную РНК и белки только к тем синапсам, которые маркированы для формирования долговременной памяти, и что информационная РНК и белки поступают ко всем синапсам нейрона, но только маркированные синапсы могут использовать их для отращивания новых окончаний. Начали мы со второй гипотезы, потому что ее было проще проверить.

Что же позволяет осуществлять эту «маркировку для роста»? Келси установила, что в маркированном синапсе должны происходить две вещи. Первая — просто активация протеинкиназы А. Если в области синапса не активируется протеинкиназа А, никакого усиления связи вообще не происходит. Вторая — активация механизма, управляющего локальным синтезом белков. Это было совершенно неожиданное открытие, позволившее по-новому взглянуть на одну замечательную область клеточной нейробиологии, которую до того недооценивали и поэтому не обращали на нее особого внимания. В начале восьмидесятых годов Освальд Стьюард, теперь работающий в Калифорнийском университете в Ирвайне, обнаружил: несмотря на то что в подавляющем большинстве случаев синтез белков в нейронах происходит в теле клетки, некоторые белки синтезируются локально, непосредственно в синапсах.

Наше новое открытие указывало на то, что одна из функций локального синтеза белков состоит в поддержании долговременного усиления синаптических связей. Когда мы подавляли локальный синтез белка в области определенного синапса, процесс долговременного усиления все же запускался, и в этой области начинался рост новых окончаний с использованием белков, поступающих от тела клетки. Однако этот рост не поддерживался и через день обращался вспять. Таким образом, белков, синтезируемых в теле клетки и поступающих к окончаниям, достаточно для запускания синаптического роста, но для его поддержания необходимы белки, синтезируемые локально (рис. 19–3).

19–3. Два механизма долговременных изменений. Новые белки поступают ко всем синапсам (вверху), но только в синапсах, обрабатываемых серотонином, они вызывают отрастание новых окончаний аксона. Для поддержания роста, вызываемого экспрессией генов, необходимы белки, синтезируемые на месте.

Эти результаты позволяли по-новому взглянуть на долговременную память. Они заставляли предположить, что в ее формировании задействованы два независимых механизма. Один запускает долговременное усиление синаптических связей, направляя в ядро протеинкиназу А, которая активирует CREB-белок, тем самым включая структурные гены, кодирующие белки, необходимые для роста новых синаптических связей. Другой закрепляет сформированную память, поддерживая новообразованные синаптические окончания, для чего требуется локальный синтез белков. Так мы поняли, что запуск и поддержание обеспечиваются здесь двумя разными механизмами. Как же работает второй?

Как раз тогда, в 1999 году, в нашу лабораторию пришел Каусик Си — необычайно самобытный и способный ученый. Каусик вырос в небольшом городке в Индии, где его отец работал школьным учителем. Когда отец понял, что Каусик увлекается биологией, он попросил своего коллегу, местного учителя биологии, взять мальчика под свою опеку. Этот учитель многому научил Каусика и способствовал развитию его интереса к молекулярной генетике. Кроме того, он убедил Каусика поехать учиться в магистратуру в Соединенные Штаты, в результате чего он стал постдоком у меня в Колумбийском университете.

Диссертации Каусика на соискание степени доктора философии была посвящена синтезу белков у дрожжей, а в Колумбийском университете он занялся проблемой локального синтеза белков в нейронах аплизии. Мы знали, что молекулы информационной РНК синтезируются в ядре, а затем в определенных синапсах на их матрице происходит синтез белков. В связи с этим нужно было ответить на вопрос, поступает ли информационная РНК в окончания в активном состоянии или в неактивном, как спящая красавица, в ожидании того, что в области маркированных синапсов ее поцелует какой-то молекулярный прекрасный принц.

Каусик склонялся к гипотезе спящей красавицы. Он доказывал, что неактивные молекулы информационной РНК активируются только в том случае, если достигают соответствующим образом маркированного синапса и встречаются там с определенным сигналом. Он проводил параллель с интересным примером такой регуляции, который наблюдается в развитии лягушек. В ходе оплодотворения и созревания яйцеклетки лягушки неактивные молекулы информационной РНК пробуждаются и активируются под действием недавно открытого белка, регулирующего локальный синтез других белков. Этот белок называется CPEB (cytoplasmic polyadenylation element-binding protein — белок, связывающий элемент цитоплазматического полиаденилирования).

Мы проникали в лабиринты молекулярных механизмов памяти все глубже, и Каусику удалось выяснить, что неизвестная ранее форма CPEB-белка в нейронах аплизии и есть тот прекрасный принц, которого мы искали. Этот белок присутствует только в нервной системе, локализуется во всех синапсах нейрона, активируется серотонином, и его наличие в активированных синапсах требуется для поддержания синтеза белка и отрастания новых синаптических окончаний. Однако открытие Каусика отвечало на один вопрос, но задавало другой. Большинство белков в клетке распадается и разрушается в течение нескольких часов. Что же поддерживает рост синаптических окончаний в течение более длительного времени? Какой принципиальный механизм мог поддерживать мои воспоминания о Митци в течение всей жизни?

Внимательно изучая последовательность аминокислот нового CPEB-белка, Каусик обнаружил весьма примечательную вещь. Один из концов цепочки этого белка обладал всеми признаками приона.

Прионы — это, наверное, самые странные из белков, известных современной биологии. Их открыл Стэнли Прузинер из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Это были факторы, вызывающие несколько загадочных нейродегенеративных заболеваний, таких как коровье бешенство (губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота) и болезнь Кройцфельдта — Якоба у людей (именно эта болезнь стала причиной трагической смерти Ирвинга Купфермана в 2002 году — на пике его научной карьеры). Прионы отличаются от других белков тем, что их цепочки могут сворачиваться двояко, образуя две функционально различные формы или конформации: доминантную и рецессивную. Экспрессия генов, кодирующих прионы, приводит к синтезу рецессивной формы, но рёцессивная форма может превращаться в доминантную или по чистой случайности, как это, вероятно, произошло у Ирвинга, или в связи с употреблением в пищу продуктов, содержащих доминантную форму этого белка. В доминантной форме прионы могут убивать клетки собственного организма. Еще одно отличие прионов от других белков состоит в том, что их доминантная форма способна самоподдерживаться. Под действием доминантной формы рецессивная меняет конформацию и тоже превращается в доминантную, получая способность к самоподдержанию (рис. 19–4).

19–4. Долговременная память и обладающий прионными свойствами CPEB-белок. Введение серотонина вызвало поступление из ядра сенсорного нейрона неактивной информационной РНК (иРНК) ко всем окончаниям его аксона (1). Пятикратное введение серотонина в область одного из окончаний приводит к переходу обладающего прионными свойствами белка (CPEB), присутствующего в клетке в районе всех синапсов, в доминантную, самоподдерживающуюся форму (2). Доминантный CPEB способен переводить рецессивный CPEB в доминантную форму (3). Доминантный CPEB активирует неактивную иРНК (4). Активированная и РНК управляет синтезом белков в новых синаптических окончаниях, укрепляет синаптическую связь и обеспечивает поддержание памяти.

Я помню, как однажды в 2001 году чудесным весенним днем, когда солнечный свет отражался от ряби на реке Гудзон за окнами моего кабинета, ко мне зашел Каусик и спросил: «Что вы скажете, если я сообщу вам, что у CPEB есть прионные свойства?»

Безумная идея! Но если правда, это позволило бы объяснить, как долгосрочная память может неограниченно долго поддерживаться в синапсах, несмотря на постоянный распад и обновление белков. Самоподдерживающееся вещество вполне может сохраняться в области синапса неограниченно долго, регулируя локальный синтез белков, необходимых для поддержания новообразованных синаптических окончаний.

В ходе моих ночных раздумий о долговременной памяти однажды ненадолго уже приходила в голову мысль, что прионы могут быть каким-то образом задействованы в хранении этой памяти. К тому же я был знаком с новаторскими работами Прузинера, посвященными прионам и прионным заболеваниям, за исследование которых он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1997 года. Поэтому, хотя я никак не ожидал, что недавно открытая разновидность CPEB-белка может оказаться прионом, я сразу воспринял идеи Каусика с энтузиазмом.

Прионы особенно активно изучали у дрожжей, но никому еще не удавалось выяснить, какую функцию эти белки играют в норме, пока Каусик не открыл новую форму CPEB-белка, выделенную из нейронов. Поэтому его открытие было не только серьезным шагом вперед в исследовании обучения и памяти, но и новым словом для биологии в целом. Вскоре мм установили, что в сенсорных нейронах, участвующих в рефлексе втягивания жабр, превращением CPEB-белка из неактивной неразмножающейся формы в активную и размножающуюся управляет серотонин — нейромедиатор, необходимый для превращения кратковременной памяти в долговременную (рис. 19–4). В этой самоподдерживающейся форме CPEB обеспечивает также поддержание локального синтеза белков. Кроме того, обратить вспять переход в это самоподдерживающееся состояние сравнительно непросто.

Благодаря этим двум свойствам новая разновидность прионов как нельзя лучше подходит для хранения памяти. Самоподдержание, необходимое для локального синтеза белков, позволяет надолго избирательно сохранять информацию в одних синапсах, но, как вскоре установил Каусик, не влияет на множество других синапсов того же нейрона.

Помимо открытия роли нового приона в длительном сохранении памяти и в работе нервной системы в целом мы с Каусиком также обнаружили два неизвестных ранее биологических свойства прионов. Во-первых, нормальный физиологический сигнал (серотонин) обеспечивает превращение CPEB-белка из одной формы в другую. Во-вторых, новый CPEB-белок был первой самоподдерживающейся формой приона, для которой удалось установить физиологическую функцию — в данном случае поддержание усиления синаптической связи и хранение памяти. Во всех других исследованных ранее случаях самоподдерживающаяся форма приона или вызывала болезнь и смерть, убивая нервные клетки, или, реже, была неактивна.

Мы пришли к убеждению, что открытие Каусика может быть лишь надводной частью нового биологического айсберга. Такой механизм (активация ненаследуемых, самоподдерживающихся изменений белка) вполне мог быть задействован и во многих других биологических процессах, в том числе в развитии и транскрипции генов.

Это замечательное открытие, сделанное в моей лаборатории, может служить примером того, как похожа бывает фундаментальная наука на детективный роман с неожиданными поворотами сюжета: какие-то новые удивительные процессы таятся в неизведанных уголках жизни, и впоследствии выясняется, что они играют важную роль во многих событиях. Наше открытие было необычно тем, что молекулярные процессы, лежащие в основе ряда редких заболеваний мозга, помогли разобраться в одном из механизмов долговременной памяти — неотъемлемой функции здорового мозга. Хотя обычно как раз фундаментальная биология помогает разобраться в тех или иных заболеваниях, а не наоборот.

Теперь мы можем отметить, что наши исследования, посвященные долговременной сенсибилизации, и открытие прионного механизма выдвинули на передний план три новых принципа, которые относятся не только к аплизии, но и к работе памяти всех животных, в том числе людей. Во-первых, для активации долговременной памяти требуется включение определенных генов. Во-вторых, существуют биологические ограничения, накладываемые на то, какой опыт может сохраняться в памяти. Чтобы включить гены, обеспечивающие долговременную память, необходимо активировать молекулы белка CREB-1 и инактивировать молекулы белка CREB-2, который подавляет работу генов, усиливающих память. Поскольку люди не помнят все, чему они обучались (да никто и не пожелал бы все помнить), ясно, что гены, кодирующие белок-репрессор, задают довольно высокий порог для преобразования кратковременной памяти в долговременную. Именно поэтому мы надолго запоминаем только некоторые события и ощущения своей жизни. Большинство же вещей мы просто забываем. Снятие этих биологических ограничений запускает перевод кратковременной памяти в долговременную. Гены, активируемые белком CREB-1, необходимы для отрастания новых синаптических связей. Тот факт, что для формирования долговременной памяти необходимо включить определенные гены, ясно свидетельствует о том, что гены не только определяют поведение, но и реагируют на внешние раздражители, например в процессе обучения.

Наконец, длительное сохранение памяти обеспечивается ростом и поддержанием новых синаптических окончаний. Так что, если вы запомните что-то из этой книги, так произойдет потому, что ваш мозг будет немного другим после ее прочтения. Эта способность отращивать новые синаптические связи под действием опыта, судя по всему, крайне консервативна в эволюционном плане. Один из примеров такого консерватизма состоит в том, что и у людей, и у намного проще устроенных животных карты тела в коре головного мозга постоянно видоизменяются в ответ на изменения сигналов, поступающих по сенсорным проводящим путям.

Часть четвертая

Эти сцены <…> почему они сохраняются нетронутыми год за годом, если только они сделаны из чего-то сравнительно долговечного?

Вирджиния Вулф «Итог» (1939)

20. Возвращение к сложной памяти

Когда я только начинал изучать биологические памяти, я сосредоточился на ее формировании, возникающем при трех простейших формах обучения: привыкании, сенсибилизации и выработке классического условного рефлекса. Я выяснил, что, когда простая форма двигательного поведения изменяется под действием обучения, эти изменения непосредственно затрагивают нейронные цепи, ответственные за данную форму поведения, и меняют силу существующих связей. Память, записанная в нейронной цепи, сразу после этого уже может считываться.

Это открытие дало нам первые сведения о биологии имплицитной памяти — формы памяти, которая считывается бессознательно. Имплицитная память обеспечивает не только простые навыки восприятия и моторные навыки, но также в принципе и пируэты Марго Фонтейн[30] и техник игры на трубе Уинтона Марсалиса[31], и точные удары Агасси[32], и движения ног любого взрослого человека, едущего на велосипеде. Имплицитная память служит проводником устоявшейся повседневной деятельности, не контролируемой сознанием.

Более сложные формы памяти, вдохновившие меня на первые исследования (эксплицитная память людей, предметов и мест), считываются сознательно и обычно могут находить выражение в образах или словах. Эксплицитная память устроена намного сложнее, чем простой рефлекс, который я изучал у аплизии. Ее обеспечивают сложнейшие нейронные сети гиппокампа и средней части височной доли, и есть множество мест, где она может храниться.

Эксплицитная память высокоиндивидуальна. Некоторых людей такие воспоминания никогда не покидают. К таким людям относилась Вирджиния Вулф. Ее детские воспоминания всегда оставались где-то на грани сознания, готовые явиться по первому зову и стать частью событий повседневной жизни, и она умела необычайно точно и подробно описывать события прошлого. Поэтому воспоминания Вирджинии Вулф о своей матери были свежи даже через много лет после ее смерти: «…она была там, в самом центре великого собора, который зовется детством, была там с самого начала. Мое первое воспоминание — о том, как я сидела у нее на коленях. <…> Затем я вижу ее в белом халате на балконе. <…> Чистая правда, что я неотступно думала о ней, пока мне не исполнилось сорок четыре, несмотря на то что она умерла, когда мне было тринадцать… эти сцены <…> почему они сохраняются нетронутыми год за годом, если только они не сделаны из чего-то сравнительно долговечного?»

Другие люди вспоминают прошлое лишь от случая к случаю. Я периодически задумываюсь о прошлом и вспоминаю тех двух полицейских, которые в день перед Хрустальной ночью пришли к нам в квартиру и приказали ее покинуть. Когда такие воспоминания всплывают в сознании, я как будто снова вижу этих людей и ощущаю их присутствие. Я могу зрительно представить встревоженное лицо мамы, физически почувствовать испытанный тогда страх и отметить, как уверенно действовал мой брат, когда брал с собой свои коллекции монет и марок. Когда я помещаю эти воспоминания в воображаемое пространство нашей маленькой квартиры, остальные детали на удивление отчетливо всплывают в моей памяти.

Мы вспоминаем события прошлого в подробностях примерно так, как сновидения, как будто мы смотрим фильм, в котором сами играем главную роль. Мы можем вспомнить даже свое эмоциональное состояние в тот или иной момент времени, хотя зачастую и в сильно упрощенном виде. Я до сего дня отчасти помню те эмоции, которые вызвал у меня мой первый сексуальный опыт с нашей домработницей Митци.

Как писал Теннесси Уильямс в пьесе «Молочный фургон здесь больше не останавливается», описывая то, что мы теперь называем эксплицитной памятью, «тебе когда-нибудь приходило в голову <…> что вся жизнь — это воспоминания, кроме одного мгновения настоящего, которое проходит так быстро, что ты едва успеваешь его уловить? Все это и правда воспоминания <…> кроме каждого уходящего мгновения».

Эксплицитная память дает нам возможность преодолевать пространство и время и воскрешать события и эмоциональные состояния, которые давно ушли в прошлое, но каким-то образом продолжают жить в нашем сознании. Но когда мы вызываем в памяти какое-то воспоминание (не имеет значения, насколько важное), мы выполняем больше работы, чем когда просто смотрим на фотографию 8 альбоме. Воскрешение событий в памяти — творческий процесс. По-видимому, наш мозг сохраняет только основу воспоминания. Когда мы вызываем его в памяти, основа проходит доработку и реконструкцию, в ходе которой в ней что-то пропадает, а что-то добавляется, что-то уточняется, а что-то искажается. Какие биологические процессы позволяют мне пересматривать историю собственной жизни с такой эмоциональной отчетливостью?

Когда мне исполнилось шестьдесят, я наконец набрался смелости, чтобы вернуться к изучению гиппокампа и эксплицитной памяти. Мне давно хотелось знать, применимы ли какие-то фундаментальные молекулярные принципы, которые мы открыли, изучая нейронную цепь простого рефлекса у аплизии, к сложным нейронным цепям головного мозга млекопитающих. К 1989 году в науке было совершено три серьезных прорыва, дававших возможность исследовать этот вопрос в лаборатории.

Первым было открытие, что пирамидальные клетки гиппокампа играют ключевую роль в восприятии животными окружающего пространства. Вторым — открытие замечательного механизма синаптического усиления в гиппокампе, названного долговременной потенциацией. Многие исследователи считали, что этот механизм может лежать в основе эксплицитной памяти. Третьим прорывом, непосредственно связанным с моим молекулярным подходом к обучению, было изобретение эффективных новых методов генетической модификации мышей. Мы с коллегами собирались приспособить эти методы для исследований мозга и попытаться с их помощью изучить работу эксплицитной памяти в гиппокампе в таких же молекулярных подробностях, в каких мы исследовали имплицитную память у аплизии.

Новая эпоха началась в 1971 году, когда Джон О'Киф из университетского колледжа Лондона сделал поразительное открытие, касающееся механизма обработки сенсорной информации в гиппокампе. Он обнаружил, что нейроны гиппокампа крысы регистрируют информацию не о какой-то одной форме сенсорных ощущений (такой как зрение, слух, осязание или боль), а обо всем пространстве, окружающем животное, то есть об ощущении, зависящем от информации, поступающей от разных органов чувств. Затем О'Киф обнаружил, что в гиппокампе крысы содержится отображение (карта) окружающего пространства, а элементами этой карты служат пирамидальные клетки гиппокампа, которые обрабатывают информацию о месте. Более того, характер последовательности потенциалов действия этих нейронов так четко связан с определенными участками пространства, что О'Киф назвал их «клетками места». Вскоре после этого открытия другие эксперименты, поставленные на грызунах, показали, что повреждения гиппокампа приводят к серьезным нарушениям способности животных к обучению навыкам, зависящим от пространственной информации. Это открытие свидетельствовало о том, что обнаруженная О'Кифом карта играет ключевую роль в восприятии пространства, то есть в нашем осознании окружающей среды.

Поскольку восприятие пространства возникает благодаря нескольким сенсорным ощущениям, это поднимало следующие вопросы: как совмещаются ощущения? как формируется карта пространства? как она, будучи сформированном, поддерживается?

Первые ключи к ответам на эти вопросы были подучены в 1973 году, когда Терье Лемо и Тим Блисс, работавшие постдоками в лаборатории Пера Андерсена в Осло, открыли, что связи в нейронных проводящих путях, ведущих в гиппокамп кролика, могут усиливаться под действием краткого всплеска нейронной активности. Лемо и Блисс тогда еще не были знакомы с работами О'Кифа и не попытались исследовать работу гиппокампа в контексте памяти, связанной с какой-то определенной формой поведения, как мы сделали с рефлексом втягивания жабр у аплизии. Вместо этого они применили подход, аналогичный тому, которым мы с Ладиславом Тауцем впервые воспользовались в 1962 году: они стали работать с нейронным аналогом обучения. Но их нейронный аналог был основан не на общеизвестных формах обучения, таких как привыкание, сенсибилизация и выработка классического условного рефлекса, а на нейронной активности как таковой. Они воздействовали на нейронный путь, ведущий в гиппокамп, очень быстрой последовательностью электрических стимулов (сто импульсов в секунду) и обнаружили, что в результате синаптические связи в этом пути усиливаются на время от нескольких часов до одного или нескольких дней. Лемо и Блисс назвали такую форму усиления синаптических связей долговременной потенциацией.

Вскоре выяснилось, что долговременная потенциация происходит во всех трех проводящих путях гиппокампа и что это далеко не единственный случай, где наблюдается подобный процесс. Долговременная потенциация оказалась целым набором слегка отличных друг от друга механизмов, каждый из которых увеличивает силу синапсов в ответ на стимуляцию разной частоты и характера. Долговременная потенциация сходна с долговременным усилением связей сенсорных нейронов с мотонейронами у аплизии: в обоих случаях наблюдается усиление синаптических связей. Но если долговременное усиление связей у аплизии имеет гетеросинаптическую природу и осуществляется за счет действия модуляторного нейромедиатора на гомосинаптический проводящий путь, то многие формы долговременной потенциации могут запускаться исключительно за счет гомосинаптической активности. Однако, как выяснили впоследствии и мы, и другие ученые, в преобразовании кратковременной гомосинаптической пластичности в долговременную гетеросинаптическую обычно задействованы нейромодуляторы.

В начале восьмидесятых Андерсен существенно упростил методику Лемо и Блисса, извлекая гиппокамп из мозга крысы, разрезая его на тонкие слои и помещая их в питательную среду. Это позволило ему наблюдать работу нескольких нейронных путей в определенном сегменте гиппокампа. Как ни удивительно, такие срезы мозга могут функционировать часами, если их правильно подготовить. Теперь вооруженные новым методом исследователи получили возможность изучать биохимию долговременной потенциации и наблюдать эффекты воздействия препаратов, блокирующих определенные компоненты передачи сигналов.

В ходе этих исследований начали выявляться основные вещества, задействованные при долговременной потенциации. В шестидесятых годах Дэвид Кертис, работая совместно с Джеффри Уоткинсом, открыл, что обычная глутаминовая аминокислота (глутамат) играет роль одного из главных нейромедиаторов в мозгу позвоночных (впоследствии мы выяснили, что в мозгу беспозвоночных тоже). Затем Уоткинс и Грэм Коллингридж установили, что глутамат воздействует в гиппокампе на два разных типа ионотропных рецепторов: AMPA и NMDA. AMPA-рецептор обеспечивает нормальную синаптическую передачу и реагирует на отдельные потенциалы действия в пресииаптическом нейроне. NMDA-рецептор, напротив, реагирует только на очень быстрые серии стимулов и требуется для долговременной потенциации.

Когда постсинаптический нейрон многократно стимулируют, как в экспериментах Блисса и Лемо, AMPA-рецепторы обеспечивают развитие сильного синаптического потенциал, который деполяризует клеточную мембрану на двадцать или даже тридцать милливольт. Эта деполяризация вызывает открывание ионных каналов NMDA-рецепторов, которые впускают в клетку кальций. Роджер Николл из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Гэри Линч из Калифорнийского университета в Ирвайне независимо друг от друга выяснили, что приток ионов кальция в постсинаптическую клетку при этом играет роль вторичного посредника (подобно циклическому АМФ), запуская долговременную потенциацию. Таким образом, NMDA-рецепторы способны переводить электрический сигнал синаптического потенциала в сигнал биохимической природы.

Эти биохимические реакции важны тем, что запускают молекулярные сигналы, которые могут передаваться по всей клетке и участвовать в длительных изменениях ее синапсов. В ходе этих реакций кальций активирует одну из киназ (так называемую кальциевую или кальмодулин-зависимую протеинкиназу), которая увеличивает синаптическую силу примерно на час. Николл впоследствии доказал, что притон кальция и активация этой киназы приводят к усилению синаптических связей за счет того, что вызывают сборку дополнительных AMPA-рецепторов и их встраивание в мембрану постсинаптической клетки.

Результаты исследований работы NMDA-рецепторов были с восторгом встречены нейробиологами, потому что показывали: эти рецепторы играют в нервной системе роль детектора совпадений. По своим каналам они пропускают в клетку кальций тогда и только тогда, когда отмечают совпадение двух нейронных событий, одного пресинаптического и одного постсинаптического. Для этого, во-первых, пресинаптический нейрон должен быть активирован и выделять глутамат, а во-вторых, AMPA-рецепторы постсинаптической клетки должны связывать глутамат и делоляризовывать клетку. Только в этом случае активируются NMDA-рецепторы, которые впускают в клетку кальций, вызывая долговременную потенциацию. Интересно, что еще в 1949 году психолог Дональд Хебб предсказал возможность обнаружения в мозгу нейронного детектора совпадений, задействованного в обучении: «Когда аксон клетки А <…> возбуждает клетку В и многократно или постоянно участвует в ее активации, в одной из этих клеток или в них обеих происходят какие-то процессы роста или метаболические изменения, и эффективность работы клетки А повышается».

Аристотель, а вслед за ним британские философы-эмпирики и многие другие мыслители, предполагал, что обучение и память каким-то образом обеспечиваются способностью к ассоциативной деятельности и формированию длительных мысленных связей между двумя идеями или раздражителями. Открытие NMDA-рецепторов и долговременной потенциации позволило нейробиологам выявить молекулярный и клеточный процесс, способный осуществлять эту ассоциативную деятельность.

21. Синапсы хранят и наши самые теплые воспоминания

Новые открытия, связанные с гиппокампом (клетки места, NMDA-рецепторы и долговременная потенциация), открывали перед нейробиологами увлекательные перспективы. Но оставалось непонятным, как карта пространства и долговременная потенциация связаны друг с другом и с работой эксплицитной памяти. Начать с того, что, хотя долговременная потенциация в гиппокампе и оказалась интереснейшим и широко распространенным явлением, это был во многом искусственный способ вызывать изменения синаптической силы. Даже Лемо и Блисс в связи с этой искусственностью задавались вопросом, «пользуются или нет интактные животные в своей естественной среде тем свойством, которое было выявлено с помощью повторяющихся синхронных импульсов». Более того, казалось маловероятным, что серии импульсов того же характера возникают и в ходе обучения. Многие ученые сомневались, что изменения синаптической силы, происходящие при долговременной потенциации, играют какую-либо роль в пространственной памяти или в формировании и поддержании карты пространства.

Я начал понимать, что идеальным способом изучения этих связей было бы использование генетических методов, подобных тем, которые применял Сеймур Бензер в исследованиях обучения у дрозофил. В восьмидесятые годы биологам удалось объединить методы селекции с методом рекомбинантной ДНК для получения генетически модифицированных мышей. Эта технология позволяла манипулировать генами, лежащими в основе долговременной потенциации, в поисках ответа на некоторые актуальные вопросы, которые меня интересовали. Состоит ли долговременная потенциация из разных фаз подобно долговременному усилению синаптических связей у аплизии? Если да, то соответствуют ли эти фазы формированию кратковременной и долговременной пространственной памяти? Если между ними есть соответствие, мы могли бы вмешаться в одну из фаз долговременной потенциации и определить, что происходит с картой пространства в гиппокампе в процессе обучения и запоминания новой окружающей среды.

Я был счастлив вернуться к работе с гиппокампом — вновь обретенным предметом давней страсти. Я следил за успехами исследований в этой области, поэтому не почувствовал, что прошло уже тридцать лет. С Пером Андерсоном, как и с Роджером Николлом, меня связывали дружеские отношения. Но главным побудительным мотивом были воспоминания о совместных экспериментах с Олденом Спенсером, поставленных, когда мы работали в Институтах здоровья. Я снова испытал восторг работы на пороге новых открытий, но на этот раз я был вооружен молекулярно-генетическими методами, об избирательности и других возможностях которых мы с Олденом не могли и мечтать.

Эти достижения молекулярной генетики стали возможными благодаря успехам селекции мышей. Эксперименты поставленные в конце XX века, показали, что разные линии лабораторных мышей отличаются не только геномами, но и поведением. У одних обнаружились исключительные способности к выполнению различных заданий, в то время как другие проявляли в тех же экспериментах исключительную бестолковость. Эти результаты показывали, что гены играют в обучении заметную роль. Мыши разных линий отличаются друг от друга также по степени пугливости, общительности и развития материнских способностей. С помощью близкородственного скрещивания и выведения линий с повышенной или пониженной пугливостью исследователям генетики поведения удалось преодолеть случайный характер естественного отбора. Так селекция стала первым шагом на пути выявления генов, ответственных за определенные формы поведения. Теперь метод рекомбинантной ДНК давал возможность не только выявлять задействованные гены, но и исследовать их роль в изменении синапсов, лежащем в основе определенных форм поведения, эмоциональных состояний или способностей к обучению.

До 1980 года молекулярная генетика мышей полагалась на классические методы так называемой прямой генетики, которыми, в частности, пользовался Бензер в экспериментах с дрозофилами. Сначала мышей подвергали воздействию вещества, которое обычно повреждает лишь один из 15 тыс. генов, содержащихся в геноме мыши. При этом повреждения происходят случайным образом, поэтому заранее не известно, какой ген окажется поврежден. Выведенным мышам дают ряд заданий, чтобы проверить, у кого из них изменение повлияло на способности. Для этого необходимо разводить мышей в течение ряда поколений, поэтому прямая генетика требует немалых затрат времени и других ресурсов, но имеет важное преимущество объективности. Этот способ отбора генов не предполагает проверки никаких гипотез, поэтому влияние субъективных факторов в нем сведено к минимуму.

Революционный метод рекомбинантной ДНК позволил биологам разработать требующие меньших затрат, в том числе времени, методы обратной генетики. Она позволяет извлекать из генома мыши определенный ген или, напротив, вводить его в геном и изучать, как это влияет на синаптические изменения и обучение. В обратной генетике больше субъективности, потому что она предполагает проверку гипотез, например задействованы ли определенный ген и кодируемый им белок в определенной форме поведения.

Обратная генетика мышей стала возможной благодаря двум методам модификации отдельных генов. Первый — трансгеноз, позволяющий вводить чужеродный ген, так называемый трансген, в ДНК яйцеклетки мыши. После оплодотворения яйцеклетки трансген становится частью генома будущего мышонка. Затем взрослых трансгенных мышей разводят, чтобы получить генетически чистую линию, у всех представителей которой экспрессируется этот трансген. Во втором методе генетической модификации мышей задействовано выключение («нокаут») генов в мышином геноме. Этого добиваются посредством введения в ДНК мыши особого фрагмента генетического материала, который делает определенный ген нефункциональным и тем самым обеспечивает отсутствие белка, кодируемого данным геном, в организме мыши.

Мне становилось ясно, что эти достижения генной инженерии делали мышей превосходными подопытными животными для выявления генов и белков, ответственных за размыв формы долговременной потенциации. Теперь можно было узнать, как эти гены и белки связаны с формированием пространственной памяти. Хотя мыши — сравнительно простые млекопитающие, их головной мозг анатомически похож на человеческий, а гиппокамп у них, как и у людей задействован в формировании памяти о местах и предметах. Кроме того, мыши размножаются намного быстрее, чем более крупные млекопитающие, такие как кошки, собаки, обезьяны и люди. Благодаря этому большие популяции мышей с одинаковыми генами, в том числе трансгенами или нокаутными генами, можно получать за несколько месяцев.

Новые, революционные экспериментальные методы имели серьезные последствия для биомедицинских исследований. Почти каждый ген человеческого генома представлен несколькими вариантами, так называемыми аллелями, которые по-разному распределены среди людей. Генетические исследования неврологических и психических расстройств человека позволили выявить некоторые аллели, ответственные за поведенческие различия между здоровыми людьми, а также аллели, лежащие в основе многих неврологических заболеваний, таких как боковой амиотрофический склероз, раннее развитие болезни Альцгеймера, болезнь Паркинсона, хорея Хантингтона и некоторые формы эпилепсии. Возможность вводить болезнетворные аллели в геном мыши и исследовать, какие нарушения они вызывают в мозгу и поведении, произвела революцию в неврологии.

Последней из причин, побудивших меня заняться исследованиями генетически модифицированных мышей, стал приход в нашу лабораторию нескольких талантливых постдоков, среди которых были Сет Грант и Марк Мейфорд. Грант и Мейфорд намного лучше меня разбирались в генетике мышей и сильно повлияли на направление наших исследований. Грант был инициатором начала работ с генетически модифицированными мышами, а критическое мышление Мейфорда сыграло важную роль впоследствии, когда мы начали совершенствовать методы, которые использовали для первого поколения экспериментов по генетике поведения мышей.

Первые использованные нами методы получения трансгенных мышей сказывались на всех без исключения клетках в организме мыши. Нам нужно было найти способ ограничить свои генетические манипуляции мозгом, а именно теми его участками, в которых формируются нейронные цепи, обеспечивающие работу эксплицитной памяти. Мейфорд разработал приемы, позволяющие ограничить экспрессию внедренных в геном мыши генов определенными участками мозга. Он также разработал метод, позволяющий управлять временем экспрессии генов в мозгу, включая и выключая их. Эти достижения начали очередной этап нашей работы и нашли широкое применение у других исследователей. Они остаются краеугольными камнями современных методов изучения поведения на генетически модифицированных мышах.

Первые попытки связать долговременную потенциацию с пространственной памятью были предприняты в конце восьмидесятых. Ричард Моррис, физиолог из Эдинбургского университета, показал, что, блокируя NMDA-рецепторы определенными препаратами, можно блокировать и долговременную потенциацию, тем самым мешая работе пространственной памяти. Мы с Грантом в Колумбийском университете и Сусуму Тонегава и его постдок Алсино Силва в Массачусетском технологическом институте независимо друг от друга сделали еще один важный шаг вперед в этом направлении. Нашим группам удалось получить генетически модифицированных мышей по одной линии, у которых отсутствовал важный белок, который, как считалось, задействован в долговременной потенциации. Затем мы исследовали, как изменилось поведение генетически модифицированных мышей по сравнению с нормальными мышами.

Мы проверяли способности этих мышей, наблюдая за тем, как они выполняют некоторые стандартные задания по ориентации в пространстве. Например, мы помещали мышь в центр большой, хорошо освещенной круглой площадки белого цвета, вдоль края которой расположены сорок отверстий. Только одно из этих отверстий вело в убежище. Площадка находилась в небольшом помещении, все стены которого были украшены непохожими друг на друга узорами. Мыши не любят открытое пространство, особенно хорошо освещенное. В таких условиях они чувствуют себя беззащитными и пытаются скрыться в убежище. Единственный способ бежать с этой платформы состоял в том, чтобы найти отверстие, ведущее в убежище. Рано или поздно мышь обучается находить это отверстие, запоминая пространственную связь между ним и узорами на стенах помещения.

Пытаясь скрыться, мышь использует одну за другой три стратегии: случайную, последовательную и пространственную. Любая из этих стратегий позволяет найти нужное отверстие, но они сильно отличаются друг от друга по эффективности. Вначале мышь суется в разные отверстия в случайном порядке и быстро обучается тому, что это неэффективная стратегия. Затем она начинает последовательно изучать отверстия одно за другим, пока не находит путь в убежище. Данная стратегия лучше, но и она не оптимальна. Обе эти стратегии не относятся к пространственным: для их использования мышам не требуется иметь внутреннюю карту пространственного устройства окружающей среды, записанную в мозгу (не требуется и участие гиппокампа). Наконец мышь начинает использовать пространственную стратегию, в которой задействован гиппокамп. Она запоминает, на какую стену смотрит искомое отверстие, и направляется к нему по прямой, ориентируясь по узорам на стенах. Большинство мышей быстро проходит первые две стратегии и вскоре обучается использовать пространственную.

Затем мы сосредоточились на изучении долговременной потенциации в одном проводящем пути гиппокампа — так называемых коллатералях Шаффера. Ларри Сквайр из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружил, что повреждения этого пути вызывают нарушения памяти, похожие на те, которыми страдал Г. М. (пациент Бренды Милнер). Мы установили, что, нокаутируя определенный ген, который кодирует белок, играющий важную роль в долговременной потенциации, можно нарушить синаптическое усиление в коллатералях Шаффера. Кроме того, с этим генетическим нарушением у мышей было связано нарушение пространственной памяти.

Лаборатория в Колд-Спринг-Харбор каждый год проводит симпозиум, посвященный какой-то одной важной биологической теме. Темой симпозиума 1992 года была поверхность клеток, но, поскольку наши исследования и исследования Сусуму Тонегавы сочли достаточно интересными, ради нас решили устроить отдельную секцию, не связанную с поверхностью клеток, чтобы мы могли выступить на ее заседании. Мы с Тонегавой представили наши эксперименты, посвященные тому, как нокаутирование единственного гена подавляет и долговременную потенциацию в одном из проводящих путей гиппокампа, и пространственную память. Эти наблюдения были пределом того, что было известно не тот момент о связи долговременной потенциации с пространственной памятью. Вскоре после этого мы оба сделали еще один шаг вперед, изучив связь долговременной потенциации с пространственной картой окружающей среды, представленной в гиппокампе.

До этого симпозиума мы с Тонегавой были немного знакомы. В семидесятых годах ему удалось разобраться в генетических основах разнообразия антител. Это был выдающийся вклад в иммунологию, за который в 1987 году он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Оставив позади это достижение, он решил обратиться к нейробиологии и завоевывать новые научные миры. Он дружил с Ричардом Акселем, который и предложил ему встретиться со мной.

В 1987 году, когда Тонегава пришел ко мне, его особенно интересовала проблема сознания. Я старался поддержать его интерес к нейробиологии, но в то же время убедить отказаться от идеи изучать сознание, потому что для того времени эта область была слишком сложной и неопределенной, чтобы применять к ней молекулярный подход. Сусуму уже использовал генетически модифицированных мышей для изучения иммунной системы, поэтому намного более естественным и практичным выбором для него было обратиться к исследованию обучения и памяти, что он и сделал, когда в его лабораторию пришел Силва.

После 1992 года многие другие исследовательские группы тоже получили результаты, аналогичные нашим. Хотя связь между нарушениями долговременной потенциации и проблемами с пространственной памятью и не наблюдается в некоторых довольно важных случаях, тем не менее эта связь оказалась подходящим предметов исследования для изучения молекулярных механизмов долговременной потенциации и роли этих механизмов в работе памяти.

Мне было известно, что у мышей пространственная память, как и имплицитная память аплизий и дрозофил, состоит из двух компонентов: кратковременной памяти, которая не требует синтеза белков, и долговременной, которая требует его. Теперь мне хотелось выяснить, задействованы ли в формировании эксплицитной кратковременной и долговременной памяти особые синаптические и молекулярные механизмы. У аплизии формирование кратковременной памяти требует кратковременных синаптических изменений, вызываемых исключительно работой вторичных посредников. Для долговременной же требуются более устойчивые синаптические изменения, также основанные на изменениях в экспрессии генов.

Мы с коллегами исследовали срезы гиппокампа генетически модифицированных мышей и обнаружили, что в каждом из трех главных проводящих путей гиппокампа долговременная потенциация включает две фазы, похожие на фазы долговременного усиления связей у аплизии. Однократное воздействие серией электрических разрядов вызывает непродолжительную раннюю фазу долговременной потенциации, которая длится всего час, два или три и не требует синтеза новых белков. Реакция нейронов на подобную стимуляцию была именно такой, как ее описывал Роджер Николл: в постсинаптической мембране активировались NMDA-рецепторы, обеспечивая приток ионов кальция в постсинаптическую клетку. Кальций при этом действует как вторичный посредник, запуская долговременную потенциацию за счет усиления реакции AMPA-рецепторов на глутамат и стимуляции встраивания новых AMPA-рецепторов в постсинаптическую мембрану. Кроме того, в ответ на стимуляцию определенного характера постсинаптическая клетка может посылать сигнал в обратную сторону, в пресинаптическую клетку, чтобы та выделяла больше глутамата.

Многократное воздействие сериями электрических разрядов приводит к развитию поздней фазы долговременной потенциации, которая длится больше суток. Мы установили, что по своим свойствам эта фаза, которую детально еще никто не изучал, похожа на долговременное усиление синаптических связей у аплизии. В обоих случаях важную роль играют модуляторные интернейроны, которые у мышей служат для преобразования кратковременных гомосинаптических изменений в долговременные гетеросинаптические. У мышей эти нейроны выделяют дофамин — нейромедиатор, с помощью которого в мозгу млекопитающих работают механизмы внимания и подкрепления. Дофамин в гиппокампе мышей, подобно серотонину у аплизий, связывается с рецептором, который активирует фермент, повышающий концентрацию циклического АМФ. При этом существенно, что повышение концентрации циклического АМФ в гиппокампе мышей происходит в том числе и в постсинаптических клетках, в то время как у аплизии концентрация этого вещества повышается только в пресинаптических сенсорных нейронах. Циклический АМФ в обоих случаях активирует протеинкиназу А и другие протеинкиназы, что приводит к активации CREB-белка и включению структурных генов.

Одним из необычных открытий, сделанных нами ходе исследований памяти у аплизии, было обнаружение подавляющего работу памяти гена, кодирующего белок CREB-2. Подавление экспрессии этого гена у аплизии ускоряет увеличение силы синапсов и повышение их числа, связанные с долговременным усилением синаптических связей. Наши эксперименты на мышах показали, что у них подавление этого и других аналогичных генов, угнетающих работу памяти, усиливает долговременную потенциацию в гиппокампе и улучшает пространственную память.

В ходе этой работы у меня снова появилась приятная возможность сотрудничать со Стивеном Зигельбаумом. Нам нужно было разобраться с одним ионным каналом, подавляющим синаптическое усиление, особенно в некоторых дендритах. Мы с Олденом Спенсером уже исследовали эти дендриты в 1959 году и пришли к выводу, что потенциалы действия в них возникают в ответ на активацию перфорантного пути, ведущего из энторинальной коры в гиппокамп. Мы со Стивом вывели мышей, у которых не работал ген данного ионного канала. Оказалось, что у этих мышей долговременная потенциация в ответ на стимуляцию перфорантного пути существенно усилена, отчасти за счет дендритных потенциалов действия. В результате эти мыши отличались блестящими способностями: пространственная память у них была намного лучше, чем у нормальных мышей!

Кроме того, мы с коллегами выяснили, что для работы эксплицитной памяти в мозгу млекопитающих, в отличие от имплицитной у аплизий и дрозофил, требуется участие нескольких регуляторных генов в дополнение и генам CREB-белков. Хотя это требует уточнения, судя по всему, включение определенных генов у мышей тоже вызывает в анатомические изменения, а именно отрастание новых синаптических связей.

Несмотря на существенные поведенческие различия между имплицитной и эксплицитной памятью, некоторые механизмы работы имплицитной памяти, возникшие сотни миллионов лет назад у беспозвоночных, почти не изменились в ходе эволюции и легли в основу работы эксплицитной памяти в мозгу позвоночных. Хотя великий нейрофизиолог Джон Экклс и убеждал меня в начале моей научной карьеры не бросать исследования несравненного мозга млекопитающих ради работы с безмозглыми морскими слизнями, сегодня уже ясно, что существует целый ряд ключевых молекулярных механизмов работы памяти, общих для всех животных.

22. Мозг и его картина окружающего мира

Изучение эксплицитной пространственной памяти у мышей не могло не привести меня к более общим вопросам, которые в самом начале моей научной карьеры стимулировали увлечение психоанализом. Я снова стал размышлять о природе внимания и сознания — явлений психики, связанных не с простыми рефлекторными действиями, а со сложными психологическими процессами. Мне хотелось сосредоточиться на том, как представлен в мышином мозгу образ пространства, то есть внутренняя картина окружающего, в котором мышь ориентируется, и как внимание видоизменяет этот образ. Мне нужно было оставить работу с уже неплохо изученной нервной системой аплизии и перейти к изучению систем мозга млекопитающих, которое пока приносило (а отчасти и по-прежнему приносит) лишь немного интереснейших результатов и множество неразрешенных вопросов. Тем не менее пришло время попытаться продвинуть молекулярную биологию когнитивных функций еще на один шаг вперед.

Для исследования имплицитной памяти у аплизии я разработал нейробиологический и молекулярный подход к психическим процессам, который был построен на основаниях, заложенных Павловым и бихевиористами. Их методы были точны, но связаны с поведением в узком и ограниченном смысле, то есть прежде всего с двигательными реакциями. Наши же исследования эксплицитной памяти и гиппокампа ставили перед нами новую, сложнейшую научную задачу не в последнюю очередь потому, что запись и считывание пространственной памяти требуют участия осознанного внимания.

Я начал размышления о комплексной пространственной памяти и внутреннем отображении пространства в гиппокампе с того, что перевел внимание с бихевиоризма на когнитивную психологию — преемницу научного психоанализа. Ее создатели впервые занялись методичным исследованием того, как окружающий мир воссоздается и отображается у нас в мозгу.

Когнитивная психология возникла в начале шестидесятых как ответ на самоограничения бихевиоризма. Пытаясь сохранить в экспериментах свойственную бихевиоризму точность, основатели этой дисциплины сосредоточились на более сложных психических процессах, ближе к предмету психоанализа. Они, как и их предшественники, основавшие психоанализ, не удовлетворялись простым описанием моторных реакций, вызываемых сенсорными раздражителями. Их скорее интересовало изучение работающих в мозгу механизмов, которые обеспечивают связь раздражителя с реакцией на него, то есть преобразуют сенсорную реакцию в моторную. В рамках когнитивной психологии были разработаны эксперименты с поведением, позволяющие делать выводы о том, как сенсорная информация, поступающая от глаз и ушей, преобразуется в мозгу в образы, слова и действия.

Теоретическую основу когнитивной психологии составили два фундаментальных положении. Первым было кантовское представление о том, что в мозгу есть врожденные априорные знания — «знания, не зависимые от опыта». Эту идею впоследствии развили представители европейской школы гештальтпсихологии — еще одной предшественницы современной когнитивной психологии наряду с психоанализом. Гештальтпсихологи доказывали, что связность нашего восприятия есть конечный результат врожденной способности мозга находить смысл во всех явлениях окружающего мира, лишь некоторые черты которых отслеживаются органами чувств. Причина, по которой мозг может найти смысл, например, в ограниченных сведениях о видимой в поле зрения картине, состоит в том, что зрительная система не записывает картину пассивно, как видеокамера, а делает это творчески. Наше восприятие креативно: на основе двухмерных картин попадающего на сетчатку глаз света оно создает логически связное и устойчивое представление о воспринимаемом трехмерном мире. В нейронные проводящие пути мозга встроен сложный набор правил угадывания. Эти правила позволяют мозгу извлекать информацию из неполных картин, слагаемых входящими нейронными сигналами, и создавать на ее основе осмысленные образы. При этом наш мозг работает как настоящая машина для разгадывания всевозможных двусмысленностей.

Когнитивная психология продемонстрировала эту способность мозга в опытах с иллюзиями, то есть случаями, когда мозг неверно трактует зрительную информацию. Например, изображение, которое не содержит полных контуров треугольника, тем не менее воспринимается как треугольник, потому что мозг ожидает от зрительной информации, что она будет складываться в определенные образы (рис. 22–1). Подобные ожидания мозга встроены в анатомическую и функциональную структуру зрительных путей. Отчасти они определяются опытом, но во многом — врожденными особенностями строения зрительной системы.

22–1. Мозг достраивает картину, поступающую от органов чувств. Наш мозг интерпретирует двусмысленности, создавая на основе неполных данных цельные образы — например, дорисовывая недостающие границы треугольников. Если закрыть некоторые участки этих изображений, мозгу не на чем будет строить интерпретации, и треугольники пропадут.

Чтобы по достоинству оценить выработанные эволюцией навыки восприятия, стоит сравнить вычислительные способности нашего мозга и искусственных вычислительных устройств. Когда мы сидим в кафе под открытым небом и смотрим на прохожих, мы можем по совсем немногим признакам без труда отличать мужчин от женщин и знакомых от незнакомых. Нам кажется, что восприятие и распознавание предметов и людей не требуют особых усилий. Однако специалисты по информатике, которые разрабатывали искусственные распознавательные устройства, убедились, что для выявления таких отличий необходимы расчеты, которые еще не под силу современным компьютерам. Простая способность узнавать людей в лицо была бы огромным достижением для вычислительной техники. Все формы нашего восприятия (зрение, слух, обоняние и осязание) представляют собой колоссальные достижения в области вычислительных способностей.

Второе из положений, составивших основу когнитивной психологии, заключалось в том, что все эти достижения работают путем создания в мозгу внутреннего отображения окружающего мира (когнитивной карты), которое используется для формирования осмысленного образа всего, что мы видим и слышим. Затем эта когнитивная карта совмещается с информацией о событиях прошлого и настраивается через механизмы внимания. И наконец, полученные представления об окружающем мире используются для организации и планирования наших целенаправленных действий.

Идея когнитивной карты оказалась серьезным шагом вперед в изучении поведения и сблизила когнитивную психологию и психоанализ. Кроме того, она дала науке намного более общую и интересную концепцию психики, чем та, что была у бихевиористов. Но и у этой концепции имелись недостатки. Самый серьезный из них состоял в том, что понятие внутренних представлений, разработанное когнитивной психологией, было лишь хорошо продуманным предположением. Эти представления нельзя было напрямую исследовать, в связи с чем их сложно было подвергнуть объективному анализу. Чтобы увидеть эти внутренние представления, заглянув в черный ящик нашей психики, когнитивная психология должна была объединить усилил с биологией.

К счастью, в то самое время, когда зарождалась когнитивная психология, то есть в шестидесятые годы XX века, в биологии созревала другая дисциплина — физиология высшей нервной деятельности. В семидесятых и восьмидесятых годах началось сотрудничество бихевиористов и специалистов по когнитивной психологии с нейробиологами. В результате нейробиология — биологическая наука о нервной системе — начала сливаться с бихевиоризмом и когнитивной психологией — науками о психических явлениях. Из их слияния возникла синтетическая дисциплина — когнитивная нейробиология, важнейшим предметом которой стала биология внутренних представлений, а основу методологии составили два направления: электрофизиологические исследования того, как сенсорная информация отображается в мозгу животных, и томографические исследования работы сенсорных и других внутренних представлений в мозгу интактных, пребывающих в сознании людей.

Оба подхода были применены для исследований внутреннего представления пространства, которое мне и хотелось изучать, и результаты исследований показали, что ощущение пространства — действительно самое сложное из всех ощущений. Чтобы хоть как-то в нем разобраться, для начала нужно было принять к сведению все, что ученым уже удалось выяснить в ходе исследований более простых ощущений. К счастью для меня, самый большой вклад в эту область внесли Уэйд Маршалл, Вернон Маунткасл, Дэвид Хьюбел и Торстен Визел — люди, которых я знал и с работами которых был лично и хорошо знаком.

Электрофизиологические исследования сенсорных представлений начались с работ моего учителя Уэйда Маршалла, который первым исследовал, как осязание, зрение и слух представлены в коре головного мозга. Начал он с изучения осязания. В 1936 году он открыл, что соматосенсорная кора кошки содержит карту поверхности тела. Затем совместно с Филипом Бардом и Клинтоном Вулзи он очень подробно закартировал, как представлена вся поверхность тела в мозгу обезьян. Через несколько лет после этого Уайлдер Пенфилд закартировал соматосенсорную кору человека.

Эти физиологические исследования позволили открыть два принципа устройства сенсорных карт. Во-первых, как у людей, так и у обезьян каждая часть тела представлена в коре головного мозга в соответствии с определенной системой. Во-вторых, сенсорные карты — это не просто уменьшенные отображения поверхности тела в мозгу, а отображения с сильными искажениями. Каждая часть тела представлена в них пропорционально ее значению для сенсорного восприятия, а не размеру. Поэтому особо чувствительные кончики пальцев и губы представлены непропорционально шире, чем кожа спины, у которой намного больше площадь, но намного меньше чувствительность. Эти искажения отражают плотность сенсорной иннервации разных участков тела. Вулзи впоследствии обнаружил аналогичные искажения и у других подопытных животных. Например, у кроликов наиболее обширно представлена в мозгу поверхность морды и носа, потому что с их помощью кролики изучают окружающий мир. Как мы уже знаем, с опытом эти карты могут видоизменяться.

В начале пятидесятых Вернон Маунткасл из Университета Джонса Хопкинса сделал следующий шаг в изучении сенсорных карт, регистрируя сигналы в отдельных клетках. Он обнаружил, что отдельные нейроны соматосенсорной коры реагируют лишь на сигналы, поступающие от очень небольшого участка кожи, который он назвал рецептивным полем нейрона. Например, отдельный нейрон в области соматосенсорной коры левого полушария, соответствующей кисти прямой руки, будет реагировать лишь на раздражение определенного участка на кончике среднего пальца этой руки и ни на что другое.

Кроме того, Маунткасл установил, что осязание на самом деле состоит из нескольких подчиненных ощущений (субмодальностей). Например, чувствительность к прикосновению включает субмодальности сильного давления на кожу и слабого касания ее поверхности. Маунткасл обнаружил, что каждой субмодальности соответствует свой собственный проводящий путь в нервной системе и что обособленность этих путей поддерживается при каждой ретрансляции в мозговом стволе и таламусе. Интереснейшее проявление этой обособленности можно наблюдать в соматосенсорной коре, которая составлена из колонок нервных клеток, ведущих от поверхности в глубину. Каждая из этих колонок соответствует единственной субмодальности и единственному участку кожи. Поэтому все клетки одной колонки получают, например, только информацию о слабом прикосновении к самому кончику указательного пальца, а клетки другой — о сильном давлении на тот же участок. Работы Маунткасла показали, до какой степени сенсорная информация об осязательных раздражителях разбирается на составляющие. Все субмодальности анализируются отдельно и вновь собираются воедино лишь на поздних этапах обработки информации. Маунткасл также предложил ставшую теперь общепринятой идею, что эти колонки в коре головного мозга образуют элементарные модули обработки информации.

Другие ощущения (сенсорные модальности) устроены сходным образом. Особенно продвинутый анализ задействован у нас в зрительном восприятии. Зрительная информация, ретранслируемая из одной точки в другую по проводящему пути, ведущему от сетчатки в кору, тоже преобразуется строго определенным образом, вначале разбирается на составляющие, а затем вновь собирается воедино, причем мы всего этого не осознаем.

В начале пятидесятых годов Стивен Куффлер регистрировал сигналы отдельных клеток сетчатки и сделал неожиданное открытие: эти клетки передают сигналы вовсе не об абсолютном уровне освещенности, а скорее о контрасте между светлым и темным. Он обнаружил, что самым эффективным раздражителем, возбуждающим клетки сетчатки, служит не рассеянный свет, а маленькие пятнышки света. Дэвид Хьюбел и Торстен Визел установили, что аналогичный принцип работает и на следующем этапе ретрансляции — в таламусе. При этом они открыли одну поразительную вещь: как только сигнал достигает коры, он сразу преобразуется. Большинство нейронов коры не будет заметно реагировать на маленькие пятнышки света. Вместо этого они будут реагировать на контуры, протяженные границы между более светлыми и более темными участками, такими как края находящихся в нашем поле зрения предметов.

Самое удивительное, что каждый нейрон первичной зрительной коры отвечает только на границы светлого и темного, расположенные в поле зрения под определенным углом. Поэтому, если медленно вращать у нас перед глазами прямоугольный предмет, от чего будут изменяться углы наклона всех его сторон, на разные углы будут реагировать разные нейроны. Некоторые нейроны сильнее всего реагируют на вертикальные линии, другие — на горизонтальные, третьи — на расположенные под углом. Разборка зрительных образов на разнонаправленные линии служит, судя по всему, первым этапом кодирования формы видимых нами предметов. Впоследствии Хьюбел и Визел выяснили, что в зрительной коре, как и в соматосенсорной, нейроны со сходными свойствами (в данном случае — реагирующие на контуры со сходным углом наклона) тоже объединяются в колонки.

Эти работы вызвали у меня огромный интерес. Их вклад в развитие нейробиологии был очень велик: это были самые серьезные достижения в изучении устройства коры головного мозга со времен трудов Кахаля в конце XIX вена. Кахаль открыл, что популяции нейронов связаны друг с другом строго определенным образом, а Маунткасл, Хьюбел и Визел выяснили функциональное значение характера связей. Они показали, что эти связи позволяют фильтровать и преобразовывать сенсорную информацию на пути к коре и внутри коры и что кора состоит из функциональных модулей.

Благодаря работам Маунткасла, Хьюбела и Визела можно было начинать исследовать основы когнитивной психологии на клеточном уровне. Эти ученые подтвердили предположения гештальтпсихологов, показав, что наша уверенность в точности и непосредственности собственного восприятия представляет собой иллюзию вроде обмана зрения. Мозг не просто берет и воспроизводит поступающие от органов чувств необработанные данные. Каждая из его сенсорных систем вначале разбирает эти данные на составляющие и анализирует их, а затем вновь собирает воедино в соответствии со встроенными в данную систему связями и правилами — отголосками идей Иммануила Канта!

Наши сенсорные системы служат генераторами гипотез. Мы воспринимаем мир не напрямую и не таким, какой он есть, а так, как писал Маунткасл: «…от мозга, связанного с внешним миром несколькими миллионами тончайших нервных волокон — наших единственных информационных каналов, бесценных нитей, соединяющих нас с реальностью. Они же дают нам то, без чего невозможна сама жизнь: внешнюю стимуляцию, которая поддерживает наше сознание, чувство собственного „я“. Наши ощущения обеспечиваются кодировкой информации в сенсорных нервных окончаниях и работой интегрирующего нейронного аппарата центральной нервной системы. Чувствительные нервные волокна — это не высокоточные датчики, потому что одни свойства раздражителя они подчеркивают, а другими пренебрегают. Нейроны центральной нервной системы по сравнению с ними — настоящие выдумщики, которым никогда нельзя вполне доверять, потому что они допускают как качественные, так и количественные искажения. <…> Наше восприятие не воспроизводит окружающий мир, а создает его абстрактные модели».

Последующие исследования зрительной системы показали, что не только линии, образующие контуры зрительных образов, но и другие стороны зрительного восприятия (движение, удаленность, форма и цвет) тоже отделяются друг от друга и передаются по обособленным нейронным путям в мозг, где вновь собираются вместе и формируют согласованную единую картину. Важный этап этого обособления происходит в первичной зрительной коре, откуда берут начало два параллельных нейронных пути. Один из них (путь «что») передает информацию о форме видимых объектов, то есть о том, на что они похожи. Другой (путь «где») — о положении этих объектов в пространстве, то есть о том, где они находятся. Эти нейронные пути ведут в высшие области коры, которые осуществляют более сложную обработку информации.

Открытие того, что разные стороны зрительного восприятии могут обрабатываться в разных участках мозга, было предсказано Фрейдом еще в конце XIX века, когда он предположил, что неспособность некоторых пациентов распознавать определенные черты видимой картины мира связана не с расстройствами зрения (вызванными повреждениями сетчатки или зрительного нерва), а с нарушениями работы коры, влияющими на осмысление разных сторон этой картины. Такие нарушения, которые Фрейд назвал агнозиями (потерями знания), бывают весьма специфичными. Существуют, например, расстройства, вызываемые повреждениями нейронного пути «где» или нейронного пути «что». Человек с агнозией глубины, связанной с нарушением системы «где», не способен различать степень удаленности объектов, но в остальном может обладать прекрасным зрением. Один из таких людей не мог «оценить удаленность и толщину видимых объектов. <…> Даже очень полный человек мог быть движущейся картонной фигурой; все кажется совершенно плоским». В свою очередь люди с агнозией движения не ощущают движения объектов, но в остальном их восприятие может быть вполне нормальным.

Есть поразительные свидетельства того, что определенный участок пути «что» специализируется на распознавании лиц. Некоторые люди, перенесшие инсульт, понимают, что лицо — это лицо, но не способны увидеть в нем лицо конкретного человека. Люди с этим расстройством (прозопагнозией) нередко не узнают своих близких родственников и даже собственное лицо. Они не утрачивают способность отличать одного человека от другого, но утрачивают связь между лицом и конкретным человеком. Близких друзей и знакомых им приходится узнавать по голосу и другим не связанным со зрением признакам. Оливер Сакс в своей классической книге «Человек, который принял жену за шляпу» описывает страдавшего прозопагнозией пациента, который не узнал собственную жену, сидящую рядом с ним, и, думая, что это его шляпа, попытался взять ее и надеть себе на голову, прежде чем покинуть кабинет Сакса.

Как информация о движении, удаленности, цвете и форме, передаваемая по разным нейронным путям, собирается в единую связную картину восприятия? Эта проблема, так называемая проблема связывания, имеет отношение к проблеме единства сознательного опыта, то есть того, почему мы видим мальчика, едущего на велосипеде, не как движение без зрительного образа и не как неподвижную картинку, а как единый цветной и трехмерный движущийся образ. Считается, что проблема связывания решается путем временной ассоциации нескольких независимых нейронных проводящих путей, выполняющих разные функции. Как и где происходит это связывание? Об этом очень метко написал Семир Зеки — один из ведущих исследователей зрительного восприятия, работающий в Университетском колледже Лондона: «На первый взгляд проблема интеграции может показаться совсем простой. Логически она не требует ничего, кроме того, чтобы все сигналы, поступающие от специализированных зрительных областей, сошлись вместе, чтобы „отчитаться“ о результатах деятельности какой-то одной, главной области коры. Затем эта главная область должна произвести синтез информации, поступающей от этих разных источников, и дать нам окончательный образ — по крайней мере, так может показаться. Но у мозга своя логика. <…> Если все зрительные области отчитываются перед какой-то одной главной областью коры, то перед кем или чем отчитывается сама область? Сформулируем это более наглядно: кто смотрит на зрительный образ, выдаваемый этой главной областью? Данная проблема относится не только и зрительному образу и зрительной коре. Кто, например, слышит музыку, выдаваемую главной слуховой областью, или ощущает запах, выдаваемый главной областью обонятельной коры? На самом деле следовать этой красивой схеме нет смысла. Потому что здесь мы подходим к одному важному анатомическому факту, который может показаться не столь красивым, но, возможно, в итоге прольет больше света: единственной области коры, перед которой отчитываются все другие, не существует ни в зрительной, ни в какой-либо другой системе. Иначе говоря, кора должна использовать какую-то другую стратегию для создания интегрированного зрительного образа».

Ученый, занимающийся когнитивной нейробиологией, может, заглянув в мозг подопытного животного, увидеть, в каких клетках запускаются потенциалы действия, прочесть, что они говорят, и разобраться в том, что при этом воспринимает мозг. Но какой стратегией пользуется сам мозг, когда читает свои сигналы? Этот вопрос, связанный с природой единства нашего сознательного опыта, остается одной из многих неразгаданных тайн новой науки о психике.

Первые подходы к его исследованию разработали Эд Эвартс, Роберт Вурц и Майкл Голдберг из Национальных институтов здоровья. Они воспользовались методами, позволяющими регистрировать активность отдельных нейронов в мозгу интактных, находящихся в сознании обезьян, сосредоточившись на когнитивных заданиях, требующих действий и внимания. Эти новые методы позволили другим исследователям, таким как Энтони Мовшон из Нью-Йоркского университета и Уильям Ньюсом из Стэнфорда, найти связь между сигналами отдельных клеток мозга и сложным поведением (то есть восприятием и действиями) и отследить эффект стимуляции или подавления активности небольшой группы клеток на такое поведение.

Кроме того, эти методы дали возможность исследовать, как под действием концентрации внимания и принятия решений видоизменяются сигналы отдельных нервных клеток, задействованных в обработке информации, связанной с восприятием и двигательной активностью. Таким образом, в отличие от бихевиоризма, который сосредоточился на абстрактном понятии внутреннего представления, наука, возникшая из слияния когнитивной психологии с клеточной нейробиологией, открыла настоящие материальные представления (механизмы обработки информации), обеспечивающие определенные поведенческие реакции. Эти работы продемонстрировали, что неосознанные умозаключения, описанные Гельмгольцем в 1860 году, то есть процессы неосознанной обработки информации на пути от раздражителя до реакции, можно исследовать и на клеточном уровне.

Клеточные исследования внутренних представлений сенсорной и моторной деятельности в коре головного мозга получили дальнейшее развитие в восьмидесятые годы в связи с внедрением методов функциональной томографии мозга. Методы типа позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и функциональной магнитно-резонансной томографии (ФМРТ) позволили найти в мозгу места, ответственные за множество сложных поведенческих функций. Это был колоссальный шаг вперед на пути, который проложили Поль Брока, Карл Вернике, Зигмунд Фрейд и британские неврологи Джон Хьюлингс Джексон и Оливер Сакс. Благодаря новым методам исследователи смогли заглянуть в работающий мозг и увидеть в действии не только отдельные клетки, но и целые нейронные цепи.

Я пришел и убеждению, что для того, чтобы понять молекулярные механизмы пространственной памяти, нужно было прежде всего разобраться, как информация о пространстве представлена в гиппокампе. В связи с важностью пространственной памяти для эксплицитной памяти в целом можно было ожидать, что пространственная память об окружающем мире имеет обширное внутреннее представление в гиппокампе. Это ясно даже из анатомических соображений. У птиц, для которых пространственная память особенно важна (например, у тех, которые прячут запасы еды во множестве разных мест), гиппокамп крупнее, чем у других.

Еще один наглядный пример — лондонские таксисты. В отличие от работающих в других городах, в Лондоне таксистам нужно сдавать серьезный экзамен, чтобы получить право заниматься извозом. В ходе этой проверки они должны продемонстрировать, что знают названия всех улиц в Лондоне и наилучшие маршруты из одной точки в другую. Функциональная магнитно-резонансная томография показала, что после двух лет такого серьезного изучения ориентации по улицам города у лондонских таксистов развивается более крупный гиппокамп, чем у других людей того же возраста. Более того, размер их гиппокампа продолжает увеличиваться, пока они работают таксистами. Томографические исследования также показали, что гиппокамп активируется во время воображаемого движения, когда таксиста просят вспомнить, как доехать до того или иного места. Как же информация о пространстве представлена в гиппокампе на клеточном уровне?

Чтобы найти ответ на этот вопрос, я воспользовался методами и достижениями молекулярной биологии в экспериментах, основанных на уже проводившихся ранее опытах с внутренним представлением пространства у мышей.

Мы начали с того, что использовали генетически модифицированных мышей для исследования влияния работы отдельных генов на долговременную потенциацию в гиппокампе и на эксплицитную пространственную память. Теперь мы были готовы заняться вопросом, как долговременная потенциация помогает стабилизировать внутреннее представление пространства и как внимание (необходимая составляющая формирования эксплицитной памяти) видоизменяет это представление. Комбинированный подход (включающий все от молекул до психики) открывал дорогу молекулярно-биологическим исследованиям обучения и внимания и дорисовывал контуры той синтетической дисциплины, из которой возникла новая наука о психике.

23. Концентрация внимания

Знания о пространстве играют ключевую роль в поведении всех живых существ, от моллюсков до людей. Как отмечал Джон О'Киф, «пространство играет заметную роль во всем нашем поведении. Мы в нем живем и передвигаемся, исследуем его и защищаем». Ощущение пространства — не только важное, но и интересное явление, потому что, в отличие от других ощущений, у него нет собственного органа чувств. Как же наш мозг получает внутреннее представление о пространстве?

Кант, один из тех мыслителей, чьи идеи лежат у истоков когнитивной психологии, доказывал, что способность представлять пространство встроена в наш мозг. Он писал, что в людях от рождения заложены основы восприятия пространства и времени, поэтому, когда у нас возникают какие-либо ощущения (будь то зрительные образы, звуки или что-то осязаемое), они автоматически определенным образом соотносятся с нашими представлениями о пространстве и времени. О'Киф применил логику кантовских рассуждений о пространстве к эксплицитной памяти. Он доказывал, что во многих формах эксплицитной памяти (например, в памяти на людей и предметы) используются пространственные координаты, то есть людей и события мы обычно запоминаем в пространственном контексте. Эта идея была не нова. Еще в 55 году до н. э. Цицерон, великий древнеримский поэт и оратор, описывал греческий метод запоминать слова (по сей день используемый некоторыми актерами), представляя себе ряд комнат в большом доме, ассоциируя слова с каждой из них, а затем мысленно проходя по этим комнатам в правильном порядке.

Поскольку у нас нет специального органа чувств для восприятия пространства, представление о пространстве является в полной мере когнитивной способностью, имеющей самое непосредственное отношение к проблеме связывания. Для получения этого представления мозг должен объединять входящие сигналы, получаемые от нескольких разных сенсорных модальностей (ощущений), а затем создавать единое внутреннее представление, которое основано на сигналах, поступающих от всех модальностей вместе, а не от какой-то одной из них. Информация о пространстве обычно представлена у нас в мозгу во многих участках и многими разными способами, причем свойства каждого из этих представлений могут меняться в зависимости от того, какой цели они служат. Для некоторых представлений пространства мозг обычно использует эгоцентрические координаты (сосредоточенные на получателе сигналов), в которых кодируется, например, положение пятна света на сетчатке, или источника запаха, или осязательных ощущений относительно тела. Эгоцентрическое представление служит людям и обезьянам для ориентации на источник внезапного звука, в сторону которого направляется взгляд, дрозофилам — для избегания источника запаха, с которым связаны неприятные ассоциации, и аплизиям — для работы рефлекса втягивания жабр. Для других форм поведения, например связанных с пространственной памятью у мышей или людей, мозг должен кодировать положение организма по отношению к окружающему миру и положение объектов по отношению друг к другу. Для этих целей мозг пользуется аллоцентрическими (сосредоточенными на окружающем) координатами.

Исследования более простых осязательных и зрительных сенсорных карт головного мозга, основанных на эгоцентрических координатах, стали плацдармом для исследований более сложных аллоцентрических представлений пространства. Но пространственная карта, которую открыл О'Киф в 1971 году, принципиально отличается от эгоцентрических осязательных и зрительных сенсорных карт (которые открыли Уэйд Маршалл, Вернон Маунткасл, Дэвид Хьюбел и Торстен Визел), потому что она основана на разных ощущениях, а не на каком-то одном из них. В самом деле, когда мы с Олденом Спенсером в 1959 году пытались разобраться в том, как сенсорная информация поступает в гиппокамп, мы регистрировали сигналы отдельных нейронов, действуя раздражителями на разные органы чувств, но не смогли получить ярко выраженной реакции. Тогда мы еще не понимали, что гиппокамп задействован в восприятии окружающего, поэтому в нем представлены сложные мультисенсорные (связанные с несколькими органами чувств) ощущения.

Джон О'Киф первым понял, что в гиппокампе крыс содержится мультисенсорное представление окружающего пространства. Он выяснил, что, когда крыса ходит по клетке, в некоторых нейронах места потенциалы действия запускаются лишь тогда, когда она занимает определенное положение, а если она переходит в другое место, потенциалы действия запускаются в других нейронах. Мозг разбивает окружающее на множество небольших перекрывающихся областей, похожих на элементы мозаики, и каждая из них представлена активностью определенных клеток гиппокампа. После того как крыса попадает в новую среду, у нее за минуты вырабатывается эта внутренняя пространственная карта.

Я начал размышлять о пространственных картах в 1992 году и задумался, как они формируются, как поддерживаются и как внимание управляет их формированием и поддержанием. Меня поразил тот установленный О'Кифом и его коллегами факт, что даже пространственная карта очень просто устроенного места формируется не мгновенно, а в течение десяти — пятнадцати минут после того, как крыса попадает в новую среду. Этот факт заставлял предположить, что формирование пространственной карты есть процесс обучения и что повторение — мать учения и в случае с пространством. При оптимальных условиях эта карта не меняется неделями или даже месяцами, совсем как некоторые формы памяти.

В отличие от зрения, осязания и обоняния, обеспечиваемых врожденными системами и основанных на кантовских априорных знаниях, пространственные карты демонстрируют новый тип сенсорных представлений, основанный на сочетании априорных знаний и обучения. Общая способность формировать сенсорные карты встроена в мозг, но частные сенсорные карты в него не встроены. Клетки места, в отличие от нейронов сенсорных систем, включаются не внешними раздражителями. Совместная деятельность этих клеток соответствует месту, в котором животное думает, что находится.

Мне же теперь хотелось узнать, не служат ли для формирования и поддержания пространственной карты те же молекулярные механизмы, которые обеспечивали долговременную потенциацию и работу пространственной памяти в наших экспериментах с гиппокампом. Хотя О'Киф открыл клетки места еще в 1971 году, а Блисс и Лемо обнаружили долговременную потенциацию в гиппокампе в 1973 году, никто еще не пытался связать эти два открытия друг с другом. В 1992 году, когда мы начали изучать пространственные карты, о молекулярных процессах, обеспечивающих их формирование, еще не было известно. Эта ситуация лишний раз доказывает, почему работа на стыке двух дисциплин (в данном случае — клеточной биологии нейронов места и молекулярной биологии межклеточной передачи сигналов) нередко оказывается очень плодотворной. Задачи и результаты научного эксперимента во многом определяются интеллектуальным контекстом, в рамках которого работает экспериментатор. Мало что в науке может сравниться по увлекательности с внедрением нового образа мышления, связанного с одной дисциплиной, в другую. Именно такое перекрестное оплодотворение научных дисциплин и имели в виду мы с Джимми Шварцем и Олденом Спенсером, когда в 1965 году назвали наше новое подразделение Нью-Йоркского университета отделением нейробиологии и поведения.

Наша совместная работа с Робертом Маллером, одним из первых исследователей клеток места, показала, что некоторые молекулярные процессы, обеспечивающие долговременную потенциацию, действительно необходимы и для долговременного сохранения пространственной карты. Мы знали, что протеинкиназа А включает структурные гены, тем самым запуская синтез белков, необходимых для осуществления поздней фазы долговременной потенциации. Аналогичным образом, хотя ни протеинкиназа А, ни синтез белков не требуется для запуска формирования пространственной карты, и то и другое необходимо для того, чтобы надолго закрепить эту карту, давая мыши возможность вспоминать ее каждый раз, когда она попадает в ту же среду.

Открытие того, что протеинкиназа А и синтез белков требуются для закрепления пространственной карты, поднимало еще один вопрос. Дает ли животным эксплицитную пространственную память именно та карта, которую мы наблюдаем в гиппокампе, то есть она ли позволяет им демонстрировать свое знакомство с соответствующей средой? Составляют ли такие карты то самое внутреннее представление пространства — нейронную основу эксплицитной пространственной памяти? О'Киф с самого начала рассматривал когнитивные карты как внутренние представления пространства, которые служат животным для ориентирования. Поэтому он видел в таких картах орудие ориентирования вроде компаса, а не собственно память. Мы исследовали этот вопрос и выяснили, что, если блокировать работу протеинкиназы А или подавлять синтез белков, это приводит к нарушениям не только долговременной устойчивости пространственной карты, но и способности к долговременному сохранению пространственной памяти. Таким образом, мы получили прямые генетические свидетельства того, что данные карты связаны с пространственной памятью. Кроме того, мы установили, что пространственная память, как и простая эксплицитная память, связанная с рефлексом втягивания жабр у аплизии, тоже делится на краткосрочную и долгосрочную составляющие, то есть процессы, задействованные в выработке карты (и сохранении ее в течение нескольких часов) и долговременном поддержании ее в устойчивом форме.

Несмотря на некоторые черты сходства, между нашей эксплицитной пространственной памятью и имплицитной памятью есть принципиальные отличия. В частности, для записи и считывания эксплицитной памяти требуется избирательное внимание. Поэтому теперь, чтобы исследовать связь эксплицитной памяти с нервной деятельностью, нам нужно было обратиться к проблеме внимания.

Считается, что избирательное внимание играет немалую роль в восприятии, действии и памяти, обеспечивая единство сознательного опыта. На каждое животное в любой момент времени действует море разнообразных сенсорных раздражителей, но животное обращает внимание лишь на один или очень немногие из них, игнорируя или подавляя действие остальных. Способность мозга обрабатывать сенсорную информацию намного скромнее, чем способность связанных с ним рецепторов собирать эту информацию из окружающей среды. Внимание служит фильтром, отбирающим некоторую часть поступающих сведений для дальнейшей обработки. Во многом именно благодаря избирательному вниманию внутренние представления не воспроизводят окружающий мир во всех его подробностях, а по одним лишь сенсорным раздражителям нельзя предсказать любую моторную реакцию. В своих сиюминутных ощущениях мы настроены на какие-то определенные компоненты сенсорной информации, а всеми остальными пренебрегаем (в той или иной степени). Когда вы отрываете взгляд от этой книги, чтобы посмотреть на человека, входящего в комнату, вы уже не обращаете внимания на слова, напечатанные на странице. При этом вы не обращаете внимания и на то, как выглядит комната, и на других людей, которые могут в ней находиться. Если впоследствии вас попросят описать свои ощущения, вы, скорее всего, вспомните, что в комнату вошел человек, а не то, что на стене была небольшая царапина. Эта способность настраивать сенсорный аппарат есть неотъемлемое свойство всего восприятия, как еще в 1890 году отмечал Уильям Джеймс в своем эпохальном труде «Принципы психологии»: «Миллионы объектов <…> действуют на мои органы чувств, но никогда не станут частью моего опыта. Почему? Потому что они не представляют для меня никакого интереса. Мой опыт — это то, на что я готов обратить внимание. <…> Все знают, что такое внимание. Это сосредоточенность сознания в ясной и отчетливой форме на каком-то одном из нескольких кажущихся доступными объектов или направлений мысли. По сути, это настройка, концентрация сознания. Внимание предполагает отказ от одних вещей ради того, чтобы успешнее заниматься другими».

Внимание также позволяет нам связывать разные компоненты пространственного образа в единое целое. Постдок Клифф Кентрос и я решили исследовать связь внимания с пространственной памятью, задавшись вопросом о том, необходимо ли внимание для создания пространственной карты, а если необходимо, то как именно оно влияет на ее формирование и закрепление. Чтобы это проверить, мы испытывали мышей в четырех опытах, требующих разных степеней концентрации внимания. Первая степень — это базовое или поверхностное внимание, работающее даже в отсутствие дополнительных раздражителей. В соответствующем опыте мыши бегали по клетке, где их не отвлекали никакие раздражители. Во втором опыте они должны были находить еду (для чего требуется немного больше внимания), в третьем — отличать одну среду от другой, а в четвертом — выполнять задание на запоминание пространства. Мы сделали экспериментальную установку; где мыши, которые бегали по клетке, периодически подвергались воздействию неприятных звуков и вспышек света. Единственный способ их выключить состоял в том, чтобы найти небольшой, никак не обозначенный безопасный участок и сидеть там какое-то время. Мыши умеют находить такой участок без особого труда.

Мы установили, что даже поверхностного внимания достаточно, чтобы у мыши сформировалась и закрепилась на несколько часов пространственная карта, но через три — шесть часов такая карта становится неустойчивой. Долговременное закрепление карты сильно и последовательно зависит от степени, с которой мыши приходится уделять внимание определенным особенностям окружающей среды. Так, если мыши приходится концентрировать внимание на новой среде, выполняя одновременно с исследованием этой среды задание на запоминание пространства, то пространственная карта сохраняет устойчивость на много дней, и мышь без труда вспоминает, как выполнять это задание, пользуясь полученными сведениями об окружающей среде.

Каков механизм концентрации внимания в мозгу? Какую роль он играет в ускоренном кодировании информации об окружающем пространстве и облегченном считывании этой информации по прошествии долгого времени? Мне уже было известно, что внимание — это не просто загадочная сила, действующая в мозгу, а модуляторный процесс. Майкл Гольдберг и Роберт Вурц из Институтов здоровья установили, что внимание усиливает реакцию нейронов зрительной системы на раздражители. Судя по всему, в явлениях, связанных с вниманием, был задействован модуляторный проводящий путь, медиатором в котором служит дофамин. Клетки, вырабатывающие дофамин, сосредоточены в среднем мозге, а их аксоны доходят до гиппокампа. Более того, мы выяснили, что подавление действия дофамина в гиппокампе отключает закрепление пространственной карты у животных, внимание которых было сконцентрировано на окружающем пространстве, а активация дофаминовых рецепторов гиппокампа, напротив, приводит к закреплению пространственной карты у животных, внимание которых не было сконцентрировано. Аксоны выделяющих дофамин нейронов среднего мозга посылают сигналы в несколько разных областей мозга, в том числе в гиппокамп и префронтальную кору. При этом префронтальная кора, которая участвует в преднамеренных действиях, передает сигналы обратно в средний мозг, корректируя активность этих нейронов. Наше открытие того, что некоторые из областей мозга, участвующих в произвольных действиях, участвуют также в работе внимания, подкрепляло представление о том, что избирательное внимание играет принципиальную роль в единстве сознательного опыта.

Уильям Джеймс в книге «Принципы психологии» отмечал, что есть разные формы внимания. Внимание бывает по крайней мере двух типов: непроизвольное и произвольное. Непроизвольное внимание обеспечивается нейронными механизмами, действующими автоматически, и особенно ярко проявляется в формировании имплицитной памяти. Например, в опытах с выработкой классических условных рефлексов животные будут обучаться ассоциировать один раздражитель с другим в том и только в том случае, если условный раздражитель будет заметным или неожиданным. Непроизвольное внимание активируется определенными свойствами окружающего мира (или раздражителя): его привлекает, по Джеймсу «все большое, яркое, движущееся или кровь». Произвольное внимание, такое как внимание на дороге и на движение при вождении машины, напротив, свойственно именно эксплицитной памяти и возникает из внутренней потребности обрабатывать информацию о раздражителях, которые автоматически не привлекают внимания.

Джеймс утверждал, что наше произвольное внимание это явно сознательный процесс. Поэтому у нас есть все основания полагать, что он запускается в коре головного мозга. Исходя из редукционистского подхода, в обеих формах внимания должны быть задействованы биологические сигналы о заметности раздражителя, например передаваемые модуляторными нейромедиаторами, которые регулируют деятельность или конфигурацию нейронных сетей.

Наши молекулярные работы с аплизией и мышами подтверждали представления Джеймса о существовании двух форм внимания, произвольной и непроизвольной. Принципиальное различие между ними состоит не в отсутствии или присутствии заметных раздражителей, а в том, сознательно или бессознательно воспринимается сигнал о заметности. Так, когда мне нужно было научиться находить дорогу от моего дома в Ривердейле до дома моего сына в Вестчестере, я концентрировал свое внимание сознательно. Но когда мою машину, едущую по дороге, внезапно подрезала другая, я нажимал на тормоз машинально. Результаты ряда исследований также заставляют предположить, что, как и утверждал Джеймс, фактором, определяющим, какая формируется память, имплицитная или эксплицитная, служит способ получения сигнала о заметности, вызывающего концентрацию внимания.

Как мы убедились, в обоих типах памяти преобразование кратковременной памяти в долговременную требует активации генов и, судя по всему, в обоих случаях модуляторные нейромедиаторы служат для передачи сигнала, обеспечивающего концентрацию внимания, который говорит о значимости раздражителя. В ответ на этот сигнал включаются гены и синтезируются белки, которые поступают во все синапсы. Например, у аплизии протеинкиназу А активирует серотонин, а у мыши — дофамин. Но между механизмами возникновения сигналов о заметности при работе имплицитной памяти, лежащей в основе сенсибилизации у аплизии, и при работе эксплицитной памяти, необходимой для формирования пространственной карты у мыши, есть принципиальная разница.

При формировании имплицитной памяти у аплизии сигнал, концентрирующий внимание, возникает рефлекторно и идет снизу вверх: удар током вызывает активацию сенсорных нейронов задней части тела, которые воздействуют непосредственно на клетки, выделяющие серотонин. А при формировании пространственной памяти у мышей выделение дофамина, судя по всему, вызывается произвольно, сверху вниз: кора головного мозга активирует клетки, выделяющие дофамин, а дофамин регулирует активность нейронов гиппокампа (рис. 23–1).

23–1. Сигнал о значимости а долговременной имплицитной и эксплицитной памяти. В случае имплицитной (бессознательной) памяти действие внешнего раздражителя автоматически вызывает сигнал о значимости (выделение серотонина), который вызывает активацию генов и обеспечивает формирование долговременной памяти. В случае эксплицитной (сознательной) памяти кора головного мозга произвольно посылает сигнал о значимости (выделение дофамина), вызывающий концентрацию внимания, которая регулирует активность нейронов гиппокампа и обеспечивает формирование долговременной памяти.

Эта идея о том, что в обеспечивающих концентрацию внимания процессах, запускаемых снизу вверх и сверху вниз, используются сходные молекулярные механизмы, подтверждалась еще одним открытым нами механизмом, который мог быть задействован в закреплении памяти в обоих рассматриваемых случаях. В гиппокампе мыши содержится по крайней мере один прионоподобный белок, похожий на те, что Каусик Си открыл у аплизии. Мартин Тайс, постдок из Германии, и я установили, что дофамин регулирует количество прионоподобного CPEB-белка (CPEB-3) в гиппокампе мыши примерно так же, как серотонин — количество и состояние CPEB-белка у аплизии. Этот результат открывал интересную возможность (пока еще только возможность), что пространственные карты могут закрепляться за счет того, что концентрация внимания приводит к выделению дофамина в гиппокампе, которое вызывает переход в самоподдерживающееся состояние, тоже обеспечиваемое CPEB-белком. Открытие важной роли внимания в закреплении пространственной карты поднимает еще один вопрос: похожи ли у всех нас пространственные карты, формируемые в ходе обучения? А именно — одинаковы ли стратегии, которыми пользуются мужчины и женщины для ориентации в окружающем мире? Это интереснейший вопрос, который биологи еще только начинают исследовать.

О'Киф, открывший клетки места в гиппокампе, продолжил исследования пространственной ориентации, обратившись к вопросу о различиях между полами. Он обнаружил отчетливую разницу между способами концентрации внимания при ориентации в окружающем пространстве у мужчин и женщин. Женщины пользуются при этом ближайшими ориентирами. Поэтому, если спросить у женщины дорогу, она, скорее всего, скажет: «Возле аптеки поверните направо, а потом поезжайте прямо, пока не увидите по левую руку белый дом в колониальном стиле с зелеными ставнями». Мужчины же больше полагаются на внутренние геометрические карты. Мужчина, скорее всего, скажет: «Когда проедете пять миль на север, поверните направо и оттуда еще полмили на восток». Томографические исследования мозга показывают, что у мужчин и женщин, когда они думают о пространстве, активируются разные участки мозга: гиппокамп левого полушария у мужчин и теменная и префронтальная кора правого полушария у женщин. Результаты этих исследований свидетельствуют о возможных выгодах групповой работы, позволяющей оптимальным образом совмещать обе стратегии.

Различия между полами в способе формирования пространственных карт приобретают дополнительное значение, если рассмотреть их в более широком контексте. В какой степени у мужчин и женщин различаются строение мозга и стиль работы памяти? врожденные ли это отличия или они развиваются под влиянием обучения и социальных стереотипов? Ответив на эти вопросы, нейробиология поможет нам в принятии многих важных решений, регулирующих жизнь общества.

Часть пятая

Есть немало сторон человеческой природы, в которых нам еще предстоит разобраться и для исследования которых у нас нет подходящих моделей. Возможно, нам стоит сделать вид, что законы этики известны только богам, и рассматривать людей как модельные объекты для исследования богов. Так, изучая самих себя, мы разберемся в природе этих богов.

Сидней Бреннер Нобелевская лекция (2002)

24. Маленькая красная таблетка

Занимаясь проблемами памяти, нельзя не осознавать, как велика потребность в препаратах, улучшающих ее, нарушенную болезнью или ослабленную возрастом. Но прежде, чем новые препараты поступят в продажу, они должны пройти проверку на подопытных животных. Учитывая, что мы как раз занимались изучением имплицитной и эксплицитной памяти у животных, мы решили заняться поиском новых подходов к борьбе с нарушениями памяти. И снова время сыграло нам на руку. Как раз в начале девяностых, когда мы начали получать генетически модифицированных мышей для исследования природы памяти и ее нарушений, в разработке лекарственных препаратов возникало новое направление.

До 1976 года внедрение новых научных открытий в медицинскую практику в Соединенных Штатах шло медленно, а люди вроде меня, занимающиеся академической наукой, не особенно интересовались сотрудничеством с фармацевтической промышленностью для разработки лекарственных препаратов. Но в тот год ситуация радикально изменилась. Роберт Суонсон, двадцативосьмилетний рисковый инвестор, понял, какие возможности для фармацевтики открывает генная инженерия, и убедил Герберта Бойера, профессора Калифорнийского университета в Сан-Франциско и одного из новаторов в этой области, основать вместе с ним корпорацию Genentech (Genetic engineering technologies — «Генно-инженерные технологии»). Это была первая биотехнологическая компания, специализировавшаяся на внедрении в производство лекарственных препаратов на основе белков, полученных с помощью генной инженерии. Суонсон и Бойер вложили в это предприятие по пятьсот долларов и скрепили договор рукопожатием. После этого Суонсон добыл еще несколько сотен тысяч, и компания заработала. В настоящее время ее стоимость составляет около 20 млрд[33].

Незадолго до этого биологи научились быстро считывать последовательность нуклеотидов в ДНК и разработали ряд эффективных методов генной инженерии. Эти методы позволяли вырезать определенные последовательности хромосом, сшивать их друг с другом и вставлять в геном кишечной палочки, получая множество копий нового гена, которые могли экспрессироваться в бактериальной клетке и производить соответствующий белок. Бойер одним из первых понял, что гены многоклеточных животных, в том числе человеческие, можно экспрессировать в бактериальных клетках. Более того, он сыграл заметную роль в разработке методов, позволяющих это делать.

Основатели корпорации Genentech планировали использовать метод рекомбинантной ДНК, чтобы в большом количестве синтезировать два человеческих гормона, имеющих немалое медицинское значение: инсулин и гормон роста. Инсулин, выделяемый в кровь поджелудочной железой, позволяет регулировать уровень сахара в крови, а гормон роста, выделяемый гипофизом, регулирует процессы роста и развития. Чтобы доказать возможность широкомасштабного производства этих двух довольно сложных белков, корпорация Genentech начала с получения более простого белка[34] соматостатина — гормона, выделяемого в кровь поджелудочной железой и подавляющего выделение инсулина.

До 1976 года количество соматостатина, инсулина и гормона роста, доступного для медицинского использования, было ограничено. Инсулина и соматостатина было мало, потому что их приходилось выделять из организмов свиней и коров. Поскольку последовательности аминокислот в соответствующих гормонах людей и этих животных немного отличаются, иногда гормоны животных вызывали у людей аллергические реакции. Гормон роста добывали из человеческих гипофизов, извлеченных из трупов. Помимо того что получаемого препарата тоже не хватало, иногда он оказывался зараженным прионами — инфекционными белками, вызывающими болезнь Кройцфельдта — Якоба — смертельное заболевание, вызывающее прогрессирующее слабоумие, от которого умер Ирвинг Купферман. Использование рекомбинантной ДНК открывало возможность синтезировать эти гормоны с помощью человеческих генов и производить их в неограниченных количествах намного более дешевым способом, не заботясь о безопасности. Бойер и Суонсон понимали, что, клонируя человеческие гены, можно будет получать для медицинских нужд эти и другие белки, а когда-нибудь и лечить наследственные заболевания, заменяя поврежденные гены пациентов клонированными нормальными генами.

В 1977 году через год после основания совместного предприятия с Суонсоном, Бойер разработал метод клонирования генов, позволяющий в больших количествах синтезировать соматостатин, тем самым продемонстрировав, что с помощью рекомбинантной ДНК можно наладить производство препаратов, обладающих большой медицинской и коммерческой ценностью. Три года спустя сотрудникам Genentech удалось клонировать ген человеческого инсулина.

Через два года после корпорации Genentech была основана компания Biogen — второе ведущее биотехнологическое предприятие. Но за эти два года произошли колоссальные изменения. Компания Biogen была создана не молодым предпринимателем, поначалу действовавшим в одиночку, а Кевином Лэндри и Дэниэлом Адамсом — двумя крупными инвесторами, представлявшими серьезные венчурные фирмы. Они начали не с тысячи долларов и рукопожатия, а с 750 тыс. долларов и пакета контрактов, позволивших собрать несравненную команду биотехнологов. Инвесторы обратились с предложениями к лучшим и способнейшим специалистам: вначале к Уолтеру Гилберту из Гарварда, а затем к Филлипу Шарпу из Массачусетского технологического института, Шарлю Вайсману из Цюрихского университета, Петеру Хансу Хофшнайдеру из мюнхенского Института биохимии Макса Планка и Кеннету Марри из Эдинбургского университета. После некоторых переговоров все они согласились работать на новое предприятие, а Гилберт даже возглавил научно-консультативный совет.

Вскоре из этих начинаний возникла отдельная отрасль. Биотехнологическая промышленность не только ввела в производство собственную новую продукцию, но и изменила всю фармацевтическую промышленность. В 1976 году большинству крупных фармацевтических компаний не хватало смелости и гибкости, чтобы самим организовать исследования, связанные с рекомбинантной ДНК, но, вкладывая в одни биотехнологические предприятия и покупая другие, они быстро вошли в курс дела.

Биотехнологические компании изменили и научное сообщество, особенно его отношение к коммерциализации науки. Американские ученые относились к участию в производстве отрицательно, в отличие от ученых из большинства европейских стран. Великий французский биолог Луи Пастер, заложивший в конце XIX века основы наших представлений о возбудителях инфекционных заболеваний, имел немало связей с производством. Он открыл биологические основы брожения, с помощью которого производят вино и пиво. Изобретенные им методы определения и уничтожения бактерий, заражающих гусениц тутового шелкопряда, вино и молоко, позволили спасти винную и молочную промышленность и внедрить пастеризацию молока, предотвращающую его заражение и порчу. Пастеру удалось впервые получить вакцину от бешенства, и Институт Пастера в Париже, учрежденный и названный в его честь еще при жизни ученого, получает немалую долю доходов от производства этой вакцины. Генри Дейл, английский ученый, сыгравший важную роль в открытии химических основ синаптической передачи, свободно перешел со своей должности в Кембриджском университете на работу в Физиологические исследовательские лаборатории Уэллкома, фармацевтическую компанию, а затем снова стал работать в научном учреждении — лондонском Национальном институте медицинских исследований.

В Америке дела обстояли иначе. Но Гилберт быстро понял, какие три условия могут заставить его и других биологов из университетской среды изменить отношение к совмещению научной работы и бизнеса. Во-первых, доказательства того, что компания сможет сделать что-то полезное. Во-вторых, гарантии того, что участие в работе компании не будет слишком сильно отвлекать их от фундаментальных научных исследований. И в-третьих, уверенность в том, что ничто не будет угрожать их научной независимости, которой так дорожат университетские профессора.

К 1980 году, когда компания Genentech наладила выпуск человеческого инсулина, первое условие (доказательство полезности) было выполнено. Все больше биологов налаживало связи с биотехнологической промышленностью. Совершив грехопадение, они с удивлением обнаружили, что им это нравится. Им нравилось, что наука позволяла получить ценные лекарственные препараты и что сами ученые могут преуспеть в финансовом отношении, принося пользу обществу — зарабатывая деньги на создании жизненно необходимых препаратов. До этого большинство университетских ученых старалось не связываться с промышленностью и презрительно относилось к коллегам, консультировавшим фармацевтические компании, но после 1980 года ситуация в корне изменилась. Более того, ученые поняли, что, приняв соответствующие меры, они могут ограничивать затрачиваемое время и сохранять независимость. Более того, большинство осознало, что они не только делятся своими знаниями, но и находят в процессе работы в промышленности новые пути научных исследований.

В результате университеты начали поощрять предпринимательскую деятельность своих сотрудников. Одним из первых такую политику стал проводить Колумбийский университет. В 1982 году Ричард Аксель и несколько его коллег разработали метод, позволяющий экспрессировать любой ген, в том числе человеческий, в клетке, выращиваемой в культуре. Поскольку Аксель был университетским сотрудником, Колумбийский университет запатентовал этот метод. Его сразу взяли на вооружение несколько ведущих фармацевтических компаний, которые начали производить с его помощью новые препараты, важные для медицины. За следующие двадцать лет (время действия патента) на одном этом патенте Колумбийский университет заработал пятьсот миллионов долларов. Эти средства позволили университету взять на работу новых сотрудников и вложить дополнительные деньги в научные исследования. Аксель и другие изобретатели тоже получили свою долю доходов.

Примерно в то же время в Англии Сезар Мильштейн из лаборатории Медицинского исследовательского совета в Кембридже изобрел способ получения моноклональных антител — высокоспециализированных молекул, связывающихся с определенными участками молекул белков. Этот способ тоже сразу оказался востребованным фармацевтической промышленностью и стал использоваться для получения новых препаратов. Но Медицинский исследовательский совет и Кембриджский университет продолжали мыслить по-старому. Они не запатентовали этот метод и лишились возможности получить по праву причитающиеся доходы, которые можно было бы использовать для финансирования важных исследований. Эти события не ускользнули от внимания других университетов, и в тех из них, где еще не было отделений, занимающихся интеллектуальной собственностью, стали организовывать такие отделения.

Вскоре большинство уважающих себя специалистов по молекулярной биологии вошло в состав консультативного совета какой-нибудь из новых биотехнологических компаний. На том раннем этапе компании занимались преимущественно гормональными и противовирусными препаратами, но к середине восьмидесятых предприниматели начали задумываться и о том, нельзя ли использовать для производства новых средств борьбы с неврологическими и психическими заболеваниями последние достижения нейробиологии. В 1985 году Ричард Аксель попросил меня выступить с докладом о болезни Альцгеймера на проходившем в Нью-Йорке заседании совета директоров израильской компании Biotechnology General, которую Аксель консультировал. В своем докладе я вкратце рассказал об этой болезни, подчеркнув, что в последнее время она приобретает характер эпидемии в связи с резким увеличением числа людей, которым перевалило за шестьдесят пять. Средство от этой болезни стало бы огромным достижением для здравоохранения.

Факты, которые я излагал, были вполне очевидны для нейробиологов, но не для рисковых инвесторов. После того заседания Фред Адлер, председатель совета директоров Biotechnology General, пригласил нас с Ричардом пообедать с ним на следующий день. За обедом он предложил основать новую биотехнологическую компанию, которая будет заниматься исключительно нервной системой и использовать достижения молекулярной биологии для борьбы с заболеваниями этой системы.

Поначалу я не хотел ввязываться в биотехнологию, потому что думал, что это занятие будет для меня неинтересным. Я разделял мнение, которого ранее придерживалась значительная часть научного сообщества, что биотехнологические и фармацевтические компании занимаются скучной наукой и что ввязываться в коммерческое предприятие — дело неблагодарное в интеллектуальном плане. Однако Ричард убеждал меня этим заняться и доказывал, что такая работа вполне может быть увлекательной. В 1987 году мы основали компанию Neurogenetics, впоследствии получившую название Synaptic Pharmaceuticals. Ричард и Адлер попросили меня возглавить научно-консультативный совет.

Я пригласил Уолтера Гилберта войти в состав этого совета. Мы познакомились с Уолли в 1984 году. Он замечательный человек и один из самых интеллектуально одаренных и разносторонних биологов второй половины XX века. Пойдя по стопам Жакоба и Моно, авторов теории регуляции генов, он впервые выделил вещество-регулятор и показал, что это, как и ожидалось, был белок, связывающийся с молекулами ДНК. После столь замечательного достижения Уолли продолжил молекулярно-биологические исследования и разработал метод считывания последовательности нуклеотидов в ДНК, за который в 1980 году получил Нобелевскую премию по химии. Кроме того, будучи одним из основателей компании Biogen, Уолли теперь разбирался и в бизнесе. Я подумал, что он был бы ценнейшим кадром для нас, принимая во внимание его научные достижения в сочетании с коммерческими навыками.

Уолли ушел из компании Biogen в 1984 году и вернулся в Гарвард, где обратился к нейробиологии, которой особенно заинтересовался в последнее время. Поскольку он был новичком в этой области, я подумал, что ему может понравиться идея присоединиться к нам и побольше узнать о ней. Он согласился и стал для нас очень ценным приобретением. У нас с Дениз возникла традиция, которой мы продолжаем следовать по сей день, ужинать с Уолли, обычно в каком-нибудь прекрасном ресторане, вечером перед заседанием нашего научно-консультативного совета.

Среди других ученых, приглашенных мной и Ричардом в консультативный совет новой компании, были Том Джееселл (наш коллега по Колумбийскому университету и талантливый специалист по нейробиологии развития). Пол Грингард (новатор в области исследования работы вторичных посредников в нервной системе, перешедший из Йеля в Рокфеллеровский университет), Льюис Роуланд (председатель отделения неврологии Колумбийского университета) и Пол Маркс (бывший декан Колледжа терапевтов и хирургов Колумбийского университета, а впоследствии — президент Мемориального онкологического центра Слоана — Кеттеринга). Это была необычайно сильная команда. Несколько месяцев мы посвятили изучению вопроса, какое направление стоит выбрать нашей компании.

Вначале мы обсуждали возможность специализироваться на боковом амиотрофическом склерозе (болезни, от которой умер Олден Спенсер), а затем на рассеянном склерозе, опухолях головного мозга или инсультах, но в итоге решили, что лучше всего будет, наверное, заняться чем-то имеющим отношение к рецепторам нейромедиатора серотонина. Многие важные препараты (например, почти все антидепрессанты) действуют на эти рецепторы, а Ричард недавно как раз впервые выделил и клонировал такой рецептор. Выяснение молекулярно-биологических основ работы этих рецепторов могло бы открыть новые возможности для исследования целого ряда заболеваний. Кроме того, клонированный Ричардом рецептор был лишь одним из большой группы метаботропных рецепторов, чувствительных к другим нейромедиаторам, действующим через вторичные посредники.

Обратиться к этой теме нас всячески убеждала Кэтлин Маллиникс, проректор Колумбийского университета, которую мы пригласили на должность главного исполнительного директора нашей компании. Хотя она и не разбиралась в нейробиологии, зато имела представление о том, что рецепторы можно использовать для поиска новых медикаментов. Наш совет проработал эту идею. Мы решили клонировать рецепторы серотонина и дофамина, выяснить, как они работают, а затем получить химические соединения, которые позволят управлять их работой. Пол Грингард и я составили документ, в котором все это было изложено, и мы приступили к изучению первого образца — успешно клонированного Ричардом Акселем рецептора серотонина.

Работа нашей компании началась, и началась успешно. Мы наняли прекрасных научных сотрудников, которым удалось клонировать ряд новых рецепторов, и наладили плодотворное сотрудничество с компаниями Eli Lilly и Merck. В 1992 году наша фирма была преобразована в открытую компанию, и ее незаурядный научно-консультативный совет был расформирован. Некоторое время я оставался ее научным консультантом, но через три года основал другую компанию, специализировавшуюся на моей собственной области исследований.

Идея организовать это новое предприятие возникла однажды вечером в 1995 году, когда мы с Дениз в очередной раз ужинали с Уолтером Гилбертом. Мы с Уолли обсуждали полученные мной незадолго до этого результаты, которые заставляли предположить, что потеря памяти у старых мышей обратима, и Дениз предложила нам организовать компанию, которая разработала бы «маленькую красную таблетку» для лечения возрастной потери памяти. Мы с Уолли согласились и объединили усилия с Джонатаном Флемингом, инвестором из объединения Oxford Partners, которое участвовало а финансировании компании Synaptic Pharmaceuticals. Джонатан помог нам привлечь в этот проект Акселя Унтербека из компании Bayer. В 1996 году мы вчетвером организовали новую компанию — Memory Pharmaceuticals.

Создавать компанию, деятельность которой была столь непосредственно связана с моей научной работой, посвященной памяти, было увлекательно, но руководство компанией, даже возникшей на базе собственных исследований, требует слишком больших затрат времени. Некоторые ученые для этого оставляют работу в университете. Но я не собирался уходить из Колумбийского университета и из Медицинского института Говарда Хьюза. Мне хотелось принять участие в создании компании, после чего работать на нее консультантом по совместительству. И в Колумбийском университете, и в Институте Говарда Хьюза были опытные юристы, которые помогли мне подготовить соответствующие договоры — вначале с Synaptic Pharmaceuticals, а затем с Memory Pharmaceuticals, — которые соответствовали как требованиям университета и института, так и моим собственным интересам.

Участие в работе этих двух биотехнологических компаний расширило мой кругозор. Работа в Memory Pharmaceuticals позволила мне на основе результатов моих собственных фундаментальных исследований принять участие в создании лекарственных средств, которые могли помочь людям. Кроме того, в ходе этой работы я познакомился с тем, как функционирует коммерческое предприятие. Младшие сотрудники научно-образовательного учреждения обычно независимы: предполагается, что на ранних этапах карьеры они будут не помогать старшим сотрудникам, а развивать собственные исследовательские проекты. Но в коммерческих организациях все должны совместно работать на благо компании, используя имеющиеся интеллектуальные и финансовые ресурсы, чтобы продвигать каждый возможный продукт в потенциально успешных направлениях. Хотя такое коллективное участие в производстве редко встречается в университетах, из этого правила есть важные исключения, например проект «Геном человека», который потребовал похожего объединения индивидуальных усилий множества людей в интересах общего дела.

В основу деятельности новой компании легла идея, что исследование памяти должно вылиться в прикладную науку и что однажды совершенствование наших представлений о механизмах работы памяти должно привести к изобретению средств, которые позволят лечить нарушения когнитивных функций. Как я отмечал в своем докладе на заседании совета директоров Biotechnology General, сегодня проблема нарушений памяти стала очевиднее, чем была пятьдесят лет назад, когда я начал работать врачом, и произошло это потому, что люди стали дольше жить. Даже в нормальной, здоровой человеческой популяции среди людей старше семидесяти лет лишь примерно у 40 % память не хуже, чем была лет тридцать пять назад. У остальных 60 % память в той или иной степени слабеет. На ранних этапах этот процесс не влияет на другие когнитивные функции, например на речь или способность решать различные задачи. У половины из этих 60 % наблюдается легкое нарушение памяти, иногда называемое доброкачественной старческой забывчивостью, которое развивается со временем и с возрастом довольно медленно, если вообще развивается. Однако у оставшейся половины (то есть у 30 % людей старше семидесяти лет) начинается болезнь Альцгеймера — прогрессирующее дегенеративное заболевание нервной системы.

На ранних этапах своего развития болезнь Альцгеймера характеризуется слабым нарушением когнитивных функций, неотличимым от симптомов доброкачественной старческой забывчивости. Но на более поздних этапах развития этой болезни наблюдаются сильные и прогрессирующие нарушения памяти и других когнитивных функций. Подавляющее большинство симптомов этой поздней, дегенеративной стадии болезни, по-видимому, связано с утратой синаптических связей и гибелью нервных клеток. Это разрушение нервной ткани во многом вызывается накоплением аномального вещества, так называемого амилоида, в форме нерастворимых бляшек в промежутках между клетками мозга.

Доброкачественная старческая забывчивость впервые привлекла мое внимание в 1993 году. Этот термин смягчен и не совсем точен, потому что данное расстройство может начинаться и не в старости, а также потому, что оно не вполне доброкачественно. Первые его проявления наблюдаются у некоторых людей уже на пятом десятке и обычно слегка усиливаются со временем. Я надеялся, что непрекращающееся накопление знаний о механизмах формирования памяти у аплизии может позволить нам разобраться в нарушениях, лежащих в основе этого печального проявления старости, а затем и разработать лечение.

Читая литературу, посвященную доброкачественной старческой забывчивости, я убедился, что по своим симптомам, если не по тяжести, это расстройство напоминает одно нарушение памяти, связанное с повреждениями гиппокампа, а именно неспособность к формированию долговременной памяти. Люди, страдающие доброкачественной старческой забывчивостью, подобно пациенту Г. М., могут нормально поддерживать разговор и сохранять мысли в кратковременной памяти, но с трудом переводят кратковременную память в долговременную. Например, пожилой человек, которого знакомят на званом ужине с каким-то новым гостем, может запомнить его имя на непродолжительное время, но забудет его на следующее утро. Это сходство дало мне основания предположить, что в возрастной потере памяти тоже может быть задействован гиппокамп. Последующие опыты с людьми и животными показали, что это действительно так. Еще одним основанием для такого вывода стало открытие того, что с возрастом в гиппокампе исчезают синапсы, выделяющие дофамин. Ранее мы уже выяснили, что дофамин играет важную роль в поддержании долговременного усиления синаптических связей и в регуляции внимания, задействованной в формировании пространственной памяти.

Чтобы лучше разобраться в этой форме потери памяти, я и мои коллеги воспользовались природной моделью этого явления, наблюдаемой у мышей. Лабораторные мыши доживают до двухлетнего возраста. Таким образом, в возрасте от трех до шести месяцев мыши могут считаться молодыми, начиная с двенадцати месяцев — среднего возраста, а с восемнадцати — пожилыми. Мы использовали для своих экспериментов плоский лабиринт, похожий на тот, который служил нам ранее для изучения роли генов в работе пространственной памяти. Мышей помещали в центр большой круглой площадки с сорока отверстиями по краю, после чего они учились находить то единственное, которое вело в убежище, ориентируясь по положению этого отверстия в пространстве относительно узоров на стенах. Мы установили, что большинство молодых мышей быстро проходит этапы случайной и последовательной стратегий поиска отверстия и скоро обучается использовать более эффективную пространственную стратегию. Однако у многих пожилых мышей были трудности с обучением пространственной стратегии (рис. 24–1).

24–1. Возрастная потеря памяти у мышей, демонстрируемая при выполнении задания на пространственную память. В лабиринте Барнса (вверху) мышь может найти единственное отверстие, ведущее с площадки в укрытие, ориентируясь по меткам на стенах. Старые мыши с трудом запоминают, как метки пространственно соотносятся с отверстием (внизу). Этому нарушению памяти сопутствует нарушение работы гиппокампа.

При этом, как мы выяснили, такое нарушение наблюдалось не у всех старых мышей: у некоторых память была не хуже, чем у молодых. Кроме того, у мышей, обладавших этим нарушением, оно затрагивало только эксплицитную память. Мы провели ряд проверок характера их поведения и установили, что у этих мышей была вполне нормальная имплицитная память на простые навыки восприятия и моторные навыки. И наконец, нарушения памяти наблюдались не только в старости — иногда они начинались в среднем возрасте. Эти результаты заставляли предположить: то, что относится к людям, относится и к мышам.

Если у мыши нарушена пространственная память, значит, у нее что-то не так с гиппокампом. Мы исследовали коллатерали Шаффера в мозгу более старых мышей с возрастной потерей памяти и установили, что у них нарушена поздняя фаза долговременной потенциации, которая, по нашим данным и данным других авторов, связана с долговременной эксплицитной памятью. Более того, у тех из более старых мышей, у кого не было нарушений памяти, долговременная потенциация работала нормально, как и у молодых мышей с нормальной пространственной памятью.

Ранее мы установили, что поздняя фаза долговременной потенциации осуществляется с помощью циклического АМФ и протеинкиназы А и что этот сигнальный путь активируется дофамином. Когда дофамин связывается со своим рецептором а пирамидальных клетках гиппокампа, в них повышается концентрация циклического АМФ. Оказалось, что препараты, которые активируют дофаминовые рецепторы и тем самым повышают концентрацию циклического АМФ, исправляют нарушения поздней фазы долговременной потенциации, а также связанные с работой гиппокампа нарушения памяти.

Постдок Марк Барад и я решили узнать, можно ли с помощью каких-то других манипуляций с сигнальным путем циклического АМФ улучшить нарушенную память у более старых мышей. В норме циклический АМФ расщепляется особым ферментом, не позволяющим сигналу действовать неограниченно долго. Препарат ролипрам подавляет работу этого фермента, продлевая жизнь молекулам циклического АМФ и усиливая сигнал. Мы с Барадом выяснили, что ролипрам существенно улучшает связанные с гиппокампом способности к обучению у более старых мышей: после приема этого препарата старые мыши решали задание на проверку памяти не хуже молодых. Даже у молодых мышей ролипрам усиливал долговременную потенциацию и улучшал связанную с работой гиппокампа память.

Эти результаты подтверждали идею, что возрастное снижение связанных с гиппокампом способностей к обучению обусловлено, по крайней мере отчасти, нарушениями в работе поздней фазы долговременной потенциации. Должно быть, еще важнее было то, что эти результаты заставляли предположить: доброкачественная старческая забывчивость обратима. Если так, то в ближайшем будущем пожилые люди смогут улучшать память, принимая препараты, разработанные с помощью подобных экспериментов на мышах.

Перспективы лечения доброкачественной старческой забывчивости заставили руководство Memory Pharmaceuticals задуматься о том, сможем ли мы лечить и другие формы нарушений памяти, если больше узнаем о молекулярных механизмах, лежащих в основе ее формирования. Чтобы это выяснить, мы обратились к изучению ранней фазы развития болезни Альцгеймера.

Одно из интересных свойств болезни Альцгеймера состоит в том, что формированию амилоидных бляшек в гиппокампе предшествует слабое нарушение памяти. Поскольку ранние нарушения когнитивных функций при болезни Альцгеймера очень похожи на возрастную потерю памяти, Майкл Шелански, сотрудник нашего университета, задался вопросом, не нарушаются ли при этом одни и те же сигнальные пути. Чтобы это выяснить, он занялся изучением работы мышиного гиппокампа.

Он подвергал гиппокамп мышей воздействию самого токсичного из компонентов амилоидных бляшек, так называемого бета-амилоида, и выяснил, что это вызывает нарушения долговременной потенциации задолго до гибели нейронов и формирования бляшек. Кроме того, у животных, служащих модельными объектами для изучения ранних этапов развития болезни Альцгеймера, нарушения памяти наблюдались до того, как удавалось выявить образование бляшек или гибель нейронов. Изучая экспрессию генов в клетках гиппокампа, подвергнутых воздействию бета-амилоида, Шелански обнаружил, что это вещество вызывает снижение активности циклического АМФ и протеинкиназы А. Результат заставлял предположить, что бета-амилоид может вызывать нарушения работы системы циклического АМФ и протеинкиназы А на ранних этапах развития болезни. Более того, Шелански выяснил, что, активируя работу циклического АМФ с помощью ролипрама, можно сделать бета-амилоид нетоксичным для нейронов мышей.

Тот же препарат, который предотвращал у мышей возрастную потерю памяти, предотвращал у них и нарушения памяти на ранних этапах развития болезни Альцгеймера. После этого другой сотрудник нашего университета, Оттавио Аранчио, обнаружил, что ролипрам защищает нейроны от некоторых повреждений, сопровождающих болезнь Альцгеймера. Это заставляло предположить, что циклический АМФ не только усиливает работу ослабленных проводящих путей, но и помогает защищать нейроны от повреждений, а возможно, даже восстанавливать утраченные связи у мышей, служащих модельными объектами для изучения болезни Альцгеймера.

В настоящее время Memory Pharmaceuticals и другие компании, занимающиеся созданием препаратов против потери памяти, ищут способы лечения обеих болезней. Кроме того, большинство компаний с момента основания расширило свою деятельность и теперь разрабатывает препараты для лечения не только возрастной потери памяти и болезни Альцгеймера, но и ряда других нарушений памяти, сопровождающих иные неврологические и психические расстройства. Одно из таких расстройств — депрессия, которая в наиболее тяжелых формах связана с сильной потерей памяти, другое — шизофрения, для которой характерны нарушения рабочей памяти и организующих функций, таких как определение порядка событий или приоритетов внимания.

Memory Pharmaceuticals теперь переместилась в Монтвейл (штат Нью-Джерси). В 2004 году она стала открытой компанией. В ней были разработаны новые семейства препаратов для лечения возрастной потери памяти, существенно превосходящие те вещества, которые были доступны в то время, когда мы с коллегами проводили с такими препаратами свои эксперименты. Некоторые из этих новых веществ позволяют улучшать крысиную память о способе выполнения нового задания на многие месяцы!

Эпоха биотехнологий сулит огромные успехи в разработке новых препаратов для лечения людей, страдающих психическими заболеваниями. Возможно, не пройдет и десяти лет, как наши исследования молекулярных механизмов, лежащих в основе формирования памяти, позволят внедрить новые методы лечения, которые в девяностые годы сложно было даже представить. Медицинское значение таких препаратов очевидно. Не столь очевидно влияние развития биотехнологической промышленности на новую науку о психике и жизнь ученых. Теперь университетские ученые не только работают в научно-консультативных советах, некоторые из лучших уходят с прекрасной работы в университетах в биотехнологические компании, работа в которых, по их мнению, приоритетнее. Ричард Шеллер, замечательный специалист по молекулярной биологии, работавший постдоком у Ричарда Акселя и у меня в те времена, когда мы только начали применять молекулярно-биологические методы для изучения нервной системы, ушел из Стэнфордского университета и Медицинского института Говарда Хьюза на должность вице-президента по науке корпорации Genentech. Вскоре после этого к нему присоединился Марк Тессье-Лавинь — выдающийся специалист по нейробиологии развития из Стэнфорда. Кори Гудман, признанный ведущий исследователь развития нервной системы дрозофилы, ушел из Калифорнийского университета в Беркли, чтобы руководить работой собственной компании Renovts. Этот список можно продолжать и продолжать.

Биотехнологическая промышленность теперь дает как зрелым, тем и молодым ученым дополнительный возможный путь научной карьеры. Качество исследований проводимых в лучших биотехнологических компаниях очень высоко, поэтому вполне вероятно, что ученые будут свободно переходить из научно-образовательных учреждений в биотехнологические компании и обратно.

Появление Memory Pharmaceuticals и других биотехнологических компаний питает наш у надежду найти средства от потери памяти и дает возможность альтернативной карьеры ученым, занимающимся исследованиями мозга, но также поднимает этическую проблему, связанную с усилением когнитивных функций. Стоит ли стремиться к улучшению памяти у здоровых людей? Давать ли молодым людям, имеющим на это средства, возможность покупать препараты, усиливающие память, и принимать их при подготовке к поступлению в колледж? Мнения по этому вопросу сильно расходятся, но мое состоит в том, что здоровые молодые люди способны учиться (самостоятельно и в учебных заведениях) и без помощи химических средств усиления памяти (проблему молодежи с нарушениями когнитивных способностей можно рассматривать отдельно). Лучший усилитель когнитивных функций для людей, способных к обучению, несомненно, состоит в том, чтобы хорошо учиться.

В целом это направление поднимает этические проблемы, у которых есть нечто общее с проблемами, связанными с клонированием генов и изучением стволовых клеток. Работа биологов затрагивает некоторые области, в которых честные и хорошо информированные люди расходятся во взглядах на этическую сторону плодов научных исследований.

Как добиться непредвзятого и последовательного обсуждения этической стороны научных достижений? Здесь сходятся две проблемы. Первая касается научной работы. Свобода научных исследований подобна свободе слова, и мы как представители демократического общества должны защищать право ученых заниматься широкомасштабным исследованием всего, что им заблагорассудится. Если мы в Соединенных Штатах запретим научные исследования в какой-то области, то можно не сомневаться, что это сделают и в других странах, возможно, и там, где человеческую жизнь ценят не так высоко, как у нас, и меньше о ней задумываются. Вторая проблема касается оценки того, как использовать те или иные научные открытия и стоит ли их вообще использовать. Решение этой проблемы нельзя отдать на откуп ученым, потому что оно влияет на все общество. Ученые могут участвовать в обсуждении того, как использовать плоды научных исследований, но окончательные решения по таким вопросам должны приниматься при участии не только ученых, но и специалистов по этике, юристов, групп защиты прав пациентов и священнослужителей.

Этика, один из разделов философии, с давних времен занимается стоящими перед людьми проблемами морали. Развитие биотехнологии привело к возникновению специальной области этой дисциплины — биоэтики, которая занимается социальными и моральными аспектами биологических и медицинских исследований. Уильям Сэфайр, журналист из New York Times и председатель благотворительного фонда Dana, деятельность которого направлена на ознакомление общественности с достижениями нейробиологии, для решения этических проблем, поднимаемых новой наукой о психике, в 2002 году организовал поддержку фондом исследований в области нейроэтики. Чтобы запустить проект. Сэфайр профинансировал организацию симпозиума на тему «Нейроэтика: картирование области». На этот симпозиум собрались ученые, философы, юристы и священнослужители для обсуждения того, как новые представления о психике влияют на широкий круг проблем, от ответственности за свои поступки и свободы воли до подсудности психически больных и значения новых фармакологических методов лечения для общества и отдельных людей.

Чтобы участвовать в обсуждении проблем, связанных с препаратами, усиливающими когнитивные функции в 2004 году я присоединился к группе, в состав которой вошли Марта Фара из Пенсильванского университета, Джуди Иллес из центра биомедицинской этики при Стэнфордском университете, Робин Кук-Диган из центра этических, юридических и политических аспектов геномных исследований при Университете Дьюка и ряд других ученых. Мы подготовили совместную декларацию и опубликовали ее в журнале Nature Reviews Neuroscience в качестве обзорной статьи, озаглавленной «Нейрокогнитивное усиление: что можно сделать и что следует делать?»

Фонд Dana продолжает курировать открытую дискуссию, посвященную проблемам нейроэтики. Как заметил недавно в опубликованной этим фондом статье проректор Гарвардского университета Стивен Хайман, различные вопросы, «от неприкосновенности сферы мозга до препаратов, улучшающих настроение и память, следует активно обсуждать, и, в идеале, эти обсуждения достигнут зрелости раньше, чем непрерывное развитие науки потребует неотложной реакции общества».

25. О мышах, людях и психических заболеваниях

Подобно тому как в девяностые наши исследования эксплицитной памяти вновь привлекли мое внимание к проблемам, которые еще в колледже привели к увлечению психоанализом, в начале нового тысячелетия возможность исследовать связанные с возрастом нарушения памяти у мышей неудержимо влекла к вопросам, которые интересовали меня во время резидентуры по психиатрии. Этот возобновившийся интерес к психическим заболеваниям был вызван несколькими факторами.

Во-первых, биологические исследования памяти, которыми я занимался, достигли того этапа, когда я мог обратиться к проблемам, связанным со сложными формами памяти и с ролью избирательного внимания в ее работе, и это побуждало меня к поиску новых модельных объектов для изучения психических заболеваний. Меня также привлекало открытие того, что некоторые формы психических заболеваний, в частности посттравматические стрессовые расстройства, шизофрения и депрессия, сопровождаются той или иной разновидностью нарушений памяти. Теперь, когда я глубже разобрался в молекулярной биологии памяти и убедился, как много могут сказать о возрастных проблемах с памятью такие модельные объекты, как мыши можно было задуматься и о роли нарушений памяти в других психических заболеваниях и даже в биологических основах психического здоровья.

Во-вторых, за годы моей научной карьеры психиатрия основательно сблизилась с биологией. В шестидесятые когда я проходил резидентуру в Массачусетском центре психического здоровья, большинство психиатров считало, что социальные детерминанты поведения совершенно независимы от биологических и что и те и другие действуют на разные стороны психики. На основании предполагаемых различий в их происхождении психические заболевания разделяли на две основные группы — органические и функциональные. Такое разделение, впервые предложенное еще в XIX веке, опиралось на результаты вскрытия трупов психически больных людей.

Доступные в то время методы патологоанатомических исследований мозга еще не позволяли выявлять изменения в его тонком строении. Поэтому органическими, то есть вызываемыми биологическими причинами, считались лишь те психические заболевания, которые были сопряжены с ощутимым разрушением нервных клеток и тканей мозга, например болезнь Альцгеймера, синдром Хантингтона и хронический алкоголизм. Шизофрения, различные формы депрессии и неврозы тревоги не провоцировали ни разрушения нервных клеток, ни каких-либо других явных изменений в строении мозга, поэтому считались функциональными, то есть не вызываемыми биологическими причинами. Функциональные психические заболевания нередко воспринимались обществом как особое клеймо, потому что считалось, что они существуют «лишь в мыслях пациента». Этому представлению сопутствовало предположение, что заболевание могло проникнуть в мысли пациента по вине родителей.

Теперь мы больше не считаем, что лишь некоторые психические заболевания влияют на психику за счет биологических изменений, происходящих в мозгу. Более того, в основе всей новой науки о психике лежит принцип, согласно которому все психические процессы имеют биологическую природу: все они обеспечиваются химическими реакциями и клеточными механизмами, которые в прямом смысле происходят «у нас в голове». Поэтому любое нарушение или изменение работы этих механизмов также должно иметь биологическую основу.

Наконец, в 2001 году мне предложили написать статью о вкладе молекулярно-биологических исследований в неврологию и психиатрию для Journal of the American Medical Association в соавторстве с Максом Кауаном, моим давним другом, вице-президентом и старшим научным сотрудником Медицинского института Говарда Хьюза. Пока я работал над этой обзорной статьей, я поразился, как радикально методы молекулярной генетики и использование животных в качестве модельных объектов преобразовали неврологию. Это заставило меня задуматься, почему молекулярная биология не оказала подобного преобразующего влияния и на психиатрию.

Основная причина состоит в том, что между неврологическими и психическими заболеваниями есть несколько важных отличий. Неврология уже давно строится на знании того, какие именно области нервной системы поражает каждое заболевание. Болезни, которыми занимается неврология (инсульты, опухоли мозга и нейродегенеративные расстройства), сопровождаются вполне заметными структурными повреждениями. Исследование этих болезней научило нас, что главное для нейробиологии — местоположение. Мы уже почти сто лет знаем, что синдром Хинтингтона — это расстройство хвостатого ядра, болезнь Паркинсона — черного вещества, а боковой амиотрофический склероз (БАС) — мотонейронов. Мы уверены, что каждая из этих болезней вызывает характерные нарушение движений, потому что все они затрагивают разные компоненты моторной системы.

Кроме того, выяснилось, что механизм наследования ряда распространенных неврологических заболеваний (например, синдрома Хантингтона, синдрома ломкой Х-хромосомы, некоторых разновидностей БАС и ранней формы болезни Альцгеймера) сравнительно прост, и каждое из таких заболеваний, судя по всему, вызывается нарушением в единственном гене. Найти гены, ответственные за эти заболевания, было довольно легко. Когда болезнетворная мутация выявлена, можно получить мышей или мух, у которых она будет проявляться, и разобраться, каким образом данная мутация вызывает соответствующее заболевание.

Благодаря знаниям об анатомическом положении, характере и механизме работы ответственных за неврологические заболевания генов врачи уже давно диагностируют такие заболевания не только на основании симптомов, связанных с поведением. Начиная с девяностых годов помимо клинических обследований врачи могут направлять пациентов на анализы, позволяющие выявить нарушения в работе определенных генов, белков и компонентов нервных клеток, а также на томографические исследования мозга, которые позволяют устанавливать, как болезнь повлияла на определенные его участки.

Установить причины психического заболевания намного сложнее, чем определить местоположение структурных повреждений в мозгу. За сотню лет исследований мозга психически больных людей патологоанатомам не удалось найти у них отчетливых локальных повреждений, которые наблюдаются у людей, страдавших неврологическими заболеваниями. Кроме того, психические заболевания затрагивают высшие психические функции. Неврозы тревоги и разные формы депрессии представляют собой эмоциональные расстройства, а шизофрения — это расстройство мышления. Эмоции и мышление суть сложные психические процессы, обеспечиваемые работой сложных систем нейронных цепей. До недавнего времени мало что было известно о нейронных цепях, задействованных в нормальных эмоциях и мышлении.

Более того, хотя большинство психических заболеваний и имеет важную генетическую составляющую, механизм их наследования непрост, потому что их вызывают не мутации в единственном гене. Таким образом, не существует какого-то одного гена шизофрении, как не существует и гена неврозов тревоги, депрессии и большинства других психических заболеваний. Генетические составляющие этих заболеваний определяются взаимодействием нескольких генов и среды, в которой живет и развивается человек. Эффект каждого из этих генов сравнительно невелик, но вместе они дают генетическую предрасположенность, то есть потенциал для развития болезни. Большинство психических заболеваний вызывается сочетанием такой предрасположенности и дополнительных факторов среды. Например, у однояйцевых близнецов гены одинаковы. Если у одного из них будет синдром Хантингтона, он будет и у другого. Но если у одного из них разовьется шизофрения, то у другого она может развиться лишь с вероятностью около 50 %. Для этого ее должны вызвать другие, негенетические факторы, действующие на ранних этапах жизни, например внутриматочнал инфекция, неправильное питание или стресс. В связи со сложностью механизмов наследования основных психических заболевании нам пока удалось найти лишь немногие из генов, задействованных в их развитии.

Перейдя от исследований имплицитной памяти аплизии к исследованиям эксплицитной памяти и внутреннего представления пространства у мышей, я перешел из сравнительно простой области в более сложную, задающую много важных вопросов, но дающую мало однозначных ответов о поведении людей. Принимаясь за исследование психических заболеваний, используя животных в качестве модельных объектов, я делал еще один шаг в глубины неопределенности. Кроме того, исследованиями имплицитной памяти у аплизии я занялся на самом раннем этапе работы, а к изучению эксплицитной памяти мышей подключился на интересном промежуточном звене, но в биологию психических заболеваний пришел сравнительно поздно. Многие другие ученые уже изучали психические заболевания на модельных объектах задолго до меня.

Недостаток знаний об анатомии, генетике и нейронных механизмах психических расстройств затруднял изучение этих расстройств на модельных объектах. Единственным явным исключением, которым я для начала и решил заняться, были неврозы тревоги. Сложно узнать, страдают ли мыши шизофренией, могут ли они бредить или галлюцинировать. Также сложно выявить мышей, страдающих психотической депрессией. Но все животные с хорошо развитой центральной нервной системой, от моллюсков до мышей, обезьян и людей, могут испытывать страх, то есть чувство тревоги. Кроме того, у каждого из этих животных страх имеет отчетливые, легко распознаваемые проявления. Поэтому животные не только боятся, но и позволяют нам отмечать, когда это с ними происходит. Мы можем, так сказать, читать их мысли. На это впервые обратил внимание Чарльз Дарвин в своем классическом труде «Выражение эмоций у человека и животных», опубликованном в 1872 году.

Важнейший биологический факт, отмеченный Дарвином и позволивший исследовать состояния тревоги на модельных объектах, состоит в том, что тревога (то есть страх как таковой) представляет собой универсальную инстинктивную и необходимую для выживания реакцию на что-либо, угрожающее жизни, здоровью или социальному статусу. Тревога сигнализирует о потенциальной угрозе, которая требует некой приспособительной реакции. Как отмечал Фрейд, нормальная тревога помогает справиться с трудными ситуациями, тем самым способствуя росту личности. Есть две основные формы нормальной тревоги: инстинктивная (инстинктивный, или врожденный страх), встроенная в организм и в большей степени определяемая генами, и приобретенная («выученный» страх), к которой у организма может быть генетическая предрасположенность, но в целом приобретаемая с опытом. Как мы уже убедились, в ходе обучения легко может сформироваться ассоциация инстинктивной тревоги и безразличного раздражителя. Поскольку все способности, повышающие шансы на выживание, проявляют тенденцию к эволюционной консервативности, реакции инстинктивного и приобретенного страха сходны у всех представителей животного мира (рис. 25–1).

25–1. Эволюционно консервативный механизм защитных реакций страха.

Обе формы страха могут быть и патологическими. Инстинктивная тревога имеет патологический характер, когда она чрезмерна и достаточно постоянна, чтобы парализовать способность к действиям. Приобретенная тревога имеет патологический характер, когда ее вызывают события, не представляющие реальной угрозы, как в тех случаях, когда безразличный раздражитель ассоциируется мозгом с инстинктивной тревогой. Состояния тревоги меня особенно интересовали, потому что это самое распространенное из психических расстройств: на том или ином этапе своей жизни от невроза тревоги страдают от 10 % до 30 % людей!

Исследуя инстинктивный и приобретенный страх у людей и подопытных животных, мы многое выяснили о поведенческих и биологических механизмах этих реакций. Одно из первых открытий из области поведенческих механизмов страха было сделано благодаря теориям Фрейда и американского философа Уильяма Джеймса, которые поняли, что страх имеет как сознательную, так и бессознательную составляющую. Оставалось неясным, как обе составляющие взаимодействуют друг с другом.

Традиционно считалось, что страх у человека начинается с сознательного восприятия какого-либо важного события, например с того, что человек видит в своем доме пожар. Осознание этого вызывает в коре головного мозга эмоциональную реакцию (страх), запускающую сигналы, которые поступают к сердцу, кровеносным сосудам, надпочечникам и потовым железам, мобилизуя силы организма для борьбы или бегства. Таким образом, в соответствии с этими представлениями сознательная эмоциональная реакция запускает дальнейшие бессознательные, рефлекторные и вегетативные защитные реакции организма.

Джеймс отверг это представление. В опубликованной им в 1884 году и оказавшей большое влияние на развитие науки статье «Что такое эмоции?» он выдвинул идею, что когнитивный эмоциональный опыт вторичен по отношению к физиологическим выражениям эмоций. Он предположил, что, когда мы попадаем в потенциально опасную ситуацию, например видим сидящего перед нами медведя, понимание исходящей от медведя опасности еще не вызывает у нас осознанного чувства страха. Мы начнем испытывать страх лишь после того, как спасемся от медведя бегством. Вначале мы действуем инстинктивно и лишь затем запускаем когнитивные процессы, которые объясняют нам изменения, произошедшие в организме в связи с нашими действиями.

Исходя из этой идеи, Джеймс и датский психолог Карл Ланге выдвинули предположение, что мы испытываем осознанные эмоциональные ощущения уже после того, как кора головного мозга получает сигналы об изменениях физиологического состояния организма. Иными словами, сознательным ощущениям предшествуют определенные бессознательные физиологические изменения, такие как повышение или понижение давления крови, частоты сердцебиения и напряжения мышц. Поэтому при виде пожара мы испытываем страх, поскольку кора нашего мозга только что получила сигналы о том, что наше сердце заколотилось, колени задрожали, а ладони начали потеть. Джеймс писал: «Мы горюем оттого, что плачем, злимся оттого, что деремся, боимся оттого, что дрожим, а не плачем, деремся или дрожим оттого, что горюем, злимся или боимся». Согласно этому представлению, эмоции — это когнитивные реакции на информацию о состояниях организма, во многом обеспечиваемых вегетативной нервной системой. Наш повседневный опыт подтверждает, что информация, поступающая от организма, влияет на эмоциональные ощущения.

Некоторые аспекты теории Джеймса — Ланге были вскоре подтверждены экспериментальными данными. Например, выяснилось, что объективно различимые эмоции связаны с вегетативными, эндокринными и произвольными реакциями определенного характера. Более того, люди, у которых в результате несчастного случая был поврежден спинной мозг и из-за этого в головной мозг не поступают сигналы от участков вегетативной нервной системы, расположенных ниже травмы, судя по всему, испытывают более слабые эмоции.

Однако со временем стало ясно, что теория Джеймса — Ланге объясняет лишь один из аспектов эмоционального поведения. Если бы поступающая в головной мозг информация была единственным определяющим фактором, эмоции не продолжались бы после окончания физиологических изменений. Однако наши чувства (мысли и действия, которыми мы отвечаем на эмоции) могут долгое время поддерживаться и тогда, когда нам, например, уже ничто не угрожает. И, напротив, некоторые чувства возникают у нас намного раньше, чем с организмом происходят изменения. Поэтому надо полагать, что эмоции — это не только интерпретация поступающих в мозг сигналов о происходящих в организме физиологических изменениях.

Теорию Джеймса — Ланге существенно переработал невролог Антонью Дамазью, в работах которого доказывается, что эмоциональные ощущения — это, по сути, более высокого порядка представление реакций организма, которое может быть устойчивым и продолжительным. Благодаря работам Дамазью наука приблизилась к консенсусу по вопросу о механизме возникновения эмоций. Теперь считается, что первый этап их появления — бессознательная, имплицитная оценка раздражителя, за которой следуют физиологическая реакция и, наконец, сознательное ощущение, которое может быть как продолжительным, так и непродолжительным.

Чтобы непосредственно определить, в какой степени первоначальное эмоциональное ощущение зависит от сознательных, а в какой — от бессознательных процессов, ученые прибегли к исследованию внутреннего представления эмоций с помощью тех же методов клеточной и молекулярной биологии, которые используются для изучения сознательных и бессознательных когнитивных процессов. Это удалось сделать, совместив результаты исследований, проведенных на модельных объектах, с теми, что дали исследования, проведенные на людях. В итоге за последние два десятилетия были довольно точно определены нейронные проводящие пути, лежащие в основе эмоций. Бессознательная составляющая эмоций, изученная преимущественно на модельных объектах, включает работу вегетативной нервной системы и регулирующего ее гипоталамуса. Сознательная составляющая, которую изучали на людях, включает оценочную работу коры головного мозга, осуществляемую поясной извилиной. Ключевую роль в работе обеих составляющих играет миндалевидное тело — группа собранных вместе ядер, расположенная в глубине каждого полушария. Миндалевидное тело, судя по всему, осуществляет координацию сознательного чувственного опыта и физиологических проявлений эмоций, в особенности страха.

Исследования, проведенные на людях и грызунах, показали, что нейронные системы, в которых хранится бессознательные, имплицитные, эмоциональные воспоминания, отличаются от систем, где формируется память о сознательных, эксплицитных, чувственных состояниях. Повреждения миндалевидного тела, задействованного в работе памяти связанной со страхом, нарушают возникновение эмоциональных реакций в ответ на раздражители, вызывающие такие реакции у здоровых людей. Повреждения гиппокампа задействованного в работе сознательной памяти, напротив сказываются на способности запоминать контекст, в котором происходило воздействие того или иного раздражителя. Сознательные когнитивные системы дают нам выбор возможных действий, а бессознательные механизмы эмоциональной оценки ограничивают этот выбор действиями, уместными в данной ситуации. Эта концепция хороша тем, что позволяет связать исследования эмоций с изучением механизмов работы памяти. Уже доказано, что в бессознательных проявлениях эмоциональных воспоминаний задействована имплицитная память, а в сознательном припоминании чувственных состояний — эксплицитная, значит, для него необходимо участие гиппокампа.

Одна из характерных особенностей страха состоит в том, что в результате обучения он легко ассоциируется с безразличными раздражителями. У человека, в мозгу которого возникла подобная ассоциация, безразличный раздражитель может действовать как эффективный стимул к формированию долговременных эмоциональных воспоминаний. Приобретенный страх составляет главный компонент посттравматических стрессовых расстройств, а также социальных фобий, агорафобии (боязни открытого пространства) и боязни сцены. В случае с боязнью сцены и некоторыми другими формами страха ожидания какое-то будущее событие (например, выход на сцену) ассоциируется с перспективой того, что что-то пойдет не так (например, выступающий забудет текст). Посттравматические стрессовые расстройства возникают вслед за событиями, вызывающими сильнейший стресс, такими как опасная для жизни борьба, пытки, изнасилование, жестокое обращение или стихийные бедствия. Эти расстройства проявляются в повторно испытываемом страхе, нередко вызываемом чем-то, что напоминает о полученной психической травме. Одна из характерных особенностей и этих расстройств, и приобретенного страха в целом состоит в том, что воспоминания о полученной травме могут десятилетиями оставаться в силе и легко всплывать под действием различных стрессовых обстоятельств. Даже после однократного столкновения с угрозой миндалевидное тело может сохранять память об этой угрозе на протяжении всей жизни организма. Как у него это получается?

Начало моих исследований приобретенного страха у мышей было в некотором роде естественным продолжением экспериментов с аплизией. В случае с аплизией животное, у которого вырабатывается классический условный рефлекс, учится ассоциировать два раздражителя: безразличный (легкое прикосновение к сифону) и другой, достаточно сильный, чтобы вызывать инстинктивный страх (удар током в заднюю часть тела). У мышей удар током по ногам, подобно удару в заднюю часть тела у аплизии, вызывает инстинктивные реакции страха: отдергивание, прижимание к субстрату и замирание. Воздействие безразличного раздражителя, такого как простой звуковой сигнал, не вызывает таких реакций. Однако после неоднократного воздействия звукового сигнала в сочетании с ударом тока мышь общается ассоциировать эти два раздражителя. Она запоминает, что звуковой сигнал предшествует удару томом. В итоге звук сам по себе начинает вызывать у нее реакцию страха (рис. 25–2).

25–2. Формирование у мышей приобретенного страха.

Хотя система нейронных цепей, лежащая в основе приобретенного страха у мышей, намного сложнее, чем соответствующая система у аплизии, о ее устройстве уже кое-что известно благодаря исследованиям Джозефа Леду из Нью-Йоркского университета и Майла Дэвиса, работающего сейчас в Университете Эмори. Они установили, что и у грызунов, и у людей в механизмах как врожденного, так и приобретенного страха задействована определенная нейронная цепь, связанная с миндалевидным телом. Кроме того, они выяснили принципиальную схему поступления информации о безусловных и условных раздражителях в миндалевидное тело и запускания миндалевидным телом сигналов, вызывающих реакции страха.

Когда звуковой сигнал сопровождается ударом тока по ногам, информация о звуке и ударе вначале передается по двум разным путям. Звук (условный раздражитель) вызывает активацию сенсорных нейронов так называемой улитки — отдела внутреннего уха, отвечающего за восприятие звуков. Аксоны этих нейронов ведут к группе нейронов таламуса, связанных со слухом. Нейроны образуют два проводящих пути: прямой, ведущий непосредственно в боковое ядро миндалевидного тела, вообще не заходя в кору, и непрямой, ведущий сначала в слуховую кору, а затем в боковое ядро миндалевидного тела (рис. 25–3). Эти два пути, передающие информацию о звуке, заканчиваются синаптическими связями с пирамидальными нейронами, представляющими главный тип клеток бокового ядра.

25–3. Нейронные проводящие пути, обеспечивающие реакцию приобретенного страха.

Болевое воздействие удара тока (безусловного раздражителя) вызывает активацию проводящего пути, ведущего к другой группе нейронов таламуса, осуществляющей обработку болевых сигналов. Эти нейроны тоже образуют как прямой, так и непрямой пути, ведущие к пирамидальным клеткам бокового ядра. Непрямой путь в данном случае проходит через соматосенсорную кору.

Открытие двух отдельных путей (проходящего через кору и не заходящего в нее) непосредственно доказывало, что бессознательная оценка пугающего раздражителя предшествует сознательной — в соответствии с предсказаниями теории Джеймса — Ланге. Вызывая активацию более быстрого прямого проводящего пути, не заходящего в кору пугающий раздражитель может заставить наше сердце колотиться, а ладони — потеть еще до того, как активация более медленного пути позволит нам осознать, например, что где-то рядом раздался выстрел.

Боковое ядро не только служит местом встречи для информации об условном (звуке) и безусловном (ударе током) раздражителях, но и вызывает мобилизацию адаптивных реакций, осуществляемую через связи нейронов этого ядра с гипоталамусом и поясной извилиной коры. Гипоталамус играет ключевую роль в физиологических проявлениях страха, запуская реакцию «борьбы или бегства» (повышенная частота сердцебиения, потоотделение, сухость во рту и напряжение мышц). Работа поясной извилины связана с сознательной оценкой страха.

Так каков же механизм работы приобретенного страха у мышей? Включает ли он изменения синаптической силы в проводящих путях под действием условного раздражителя, как это происходит у аплизии? Чтобы найти ответ, ряд ученых, в том числе я и мои коллеги, работали со срезами миндалевидного тела мышей. Результаты предшествующих исследований показали, что стимуляция как прямого, так и непрямого проводящего пути с частотой, близкой к той, что использовали Блисс и Лемо в своих экспериментах с гиппокампом, приводит к усилению этих путей, представляющему собой разновидность долговременной потенциации. Мы исследовали эту разновидность биохимическими методами и установили: хотя она немного отличается от той, что происходит в гиппокампе, зато почти ничем не отличается от долговременного усиления синаптических связей, задействованного у аплизии в сенсибилизации и выработке классического условного рефлекса (двух форм приобретенного страха). В обоих случаях работает молекулярный сигнальный путь, в котором участвуют циклический АМФ, протеинкиназа А и регуляторный белок CREB. Эти открытия в очередной раз показывали, что долговременное усиление синапсов у аплизии и различные формы долговременной потенциации у млекопитающих входят в одно семейство молекулярных процессов, позволяющих надолго усиливать синаптические связи.

В 2002 году моим сотрудником стал Майкл Роган, ранее работавший у Джозефа Леду, и мы с ним перешли от изучения срезов мозга мышей к экспериментам с интактными животными. Мы исследовали реакцию нейронов миндалевидного тела мышей на звуковой сигнал и обнаружили то же, что Роган и Леду выявили ранее про крыс, а именно: приобретенный страх усиливает эту реакцию (рис. 25–4). Такое явление напоминало долговременное усиление синаптических связей, которое мы наблюдали в срезах миндалевидного тела. Тогда сотрудничавший с нами Вадим Большаков из Гарварда предположил, что если синапсы в миндалевидном теле интактной мыши усилены приобретенным страхом, то электрическая стимуляция синапсов в срезах миндалевидного тела той же мыши не будет приводить к дальнейшему существенному усилению этих синапсов. Так и оказалось. То есть изменения, происходящие в миндалевидном теле живых мышей в результате обучения, похожим образом проявляются в тех же точках, что и изменения, вызываемые электрической стимуляцией срезов миндалевидного тела.

25–4. Изменения в работе нейронных путей, связанных со страхом, происходящие в результате обучения.

Затем мы воспользовались хорошо отработанным методом поведенческого тестирования на приобретенный страх. Мы помещали мышь в большой открытый ярко освещенный ящик. Мыши — ночные животные, поэтому они боятся яркого света и в норме будут носиться по дну ящика вдоль стенок, лишь изредка забегая в его середину. Такая форма защитного поведения представляет собой компромисс между потребностью животного в обследовании окружающей среды и в избегании хищников. Когда мы включали звуковой сигнал, мышь продолжала бегать вдоль стенок ящика как ни в чем не бывало. Но после того как мы неоднократно сопровождали звуковой сигнал ударом тока, мышь обучалась ассоциировать эти два раздражителя. Теперь, услышав звук, она переставала бегать вдоль стенок, изредка забегая в середину, и сидела, прижавшись ко дну, в одном из углов, обычно в позе замирания (рис. 25–2).

Разобравшись в особенностях анатомии и физиологии приобретенного страха, мы почувствовали, что можем изучить молекулярные основы этого явления. Вместе с постдоком Глебом Шумяцким я занялся поиском генов, которые экспрессировались бы только в боковом ядре миндалевидного тела — уже исследованном нами участке. Мы выяснили, что в пирамидальных клетках экспрессируется ген, который кодирует определенный нейромедиатор — так называемый гастрин-высвобождающий пептид. Пирамидальные клетки используют этот пептид в качестве возбуждающего нейромедиатора в дополнение к глутамату и совместно с ним, выделяя эти медиаторы из пресинаптических окончаний, ведущих к клеткам-мишеням бокового ядра. Затем мы обнаружили, что клетки-мишени относятся к особой популяции тормозных интернейронов, в мембране которых содержатся рецепторы к гастрин-высвобождающему пептиду. Как и все тормозные интернейроны бокового ядра, клетки-мишени выделяют нейромедиатор ГАМК. Клетки-мишени могут передавать сигналы обратно на пирамидальные клетки и, активируясь, выделяют в синаптические щели ГАМК, тем самым тормозя работу пирамидальных клеток.

Обнаруженная нами нейронная цепь представляет собой так называемую систему с отрицательной обратной связью: возбуждающий нейрон активирует тормозный, который, в свою очередь, тормозит активировавший его возбуждающий нейрон. Не может ли такая система служить для контроля над страхом? Чтобы это выяснить, мы тестировали генетически модифицированных мышей, у которых был отключен ген рецептора, реагирующего на гастрин-высвобождающий пептид, а значит, вышеописанная система с обратной связью не могла работать. Из нашего предположения следовало, что повышенная возбудимость таких мышей могла приводить к усиленному бесконтрольному страху.

В соответствии с нашим предположением в боковом ядре миндалевидного тела этих мышей мы наблюдали резко усиленную долговременную потенциацию наряду с достоверно повышенной и более продолжительной памятью, связанной со страхом. Примечательно, что такой эффект затрагивал только приобретенный страх: те же мутантные мыши демонстрировали в разных других тестах нормальный врожденный страх. Этот факт согласуется с тем, что известно о принципиальных отличиях приобретенного страха от врожденного. Так комплексный подход с использованием методов клеточной биологии и молекулярной генетики позволил нам найти нейронную цепь, которая играет важную роль в осуществлении контроля над приобретенным страхом. Это открытие могло привести к разработке препаратов, которые позволят бороться с приобретенным страхом, связанным с такими синдромами, как посттравматические стрессовые расстройства и фобии.

А как обстоят дела с противоположностью страха — чувством безопасности, уверенности в себе и счастья? Не могу не вспомнить первое предложение «Анны Карениной», романа Льва Толстого о трагических последствиях любовной связи, неприемлемой в глазах общества: «Все счастливые семьи похожи друг на друга, каждая несчастливая семья несчастлива по-своему». Это утверждение, в котором больше литературной, чем научной силы, предполагает, что тревога и депрессия могут принимать много разных форм, в то время как позитивные эмоции (чувство благополучия, безопасности и счастья) имеют общие черты.

Чтобы это проверить, мы с Роганом исследовали нейробиологические свойства приобретенного чувства безопасности, которое можно считать разновидностью чувства счастья. Мы рассуждали следующим образом. Когда звуковой сигнал действует в сочетании с ударом тока, животное запоминает, что этот сигнал предвещает удар тока. Так что если звуковой сигнал и удар тока никогда не будут действовать в сочетании, животное запомнит, что сигнал не предвещает удара, а предвещает, напротив, безопасную ситуацию. Проведя эксперимент, мы получили в точности такой результат, какой и предсказывали: когда попавшая в новую среду мышь, на которую до того воздействовали звуковыми сигналами и ударами тока, никогда не сочетавшимися друг с другом, слышала тот же звук, она переставала демонстрировать защитное поведение. Она расхаживала в центре открытого пространства как у себя дома, не проявляя никаких признаков страха (рис. 25–5). Исследовав боковое ядро миндалевидного тела мышей, обученных подобным образом, мы обнаружили эффект, противоположный долговременной потенциации, а именно долговременное подавление нейронной реакции на звук, предполагавшее, что поступление сигналов в миндалевидное тело было резко ограничено (рис. 25–4).

25–5. Действие сигналов, вызывающих формирование приобретенного страха и чувства безопасности.

Затем мы задались вопросом, дает ли такое обучение подлинное чувство безопасности, то есть настоящее ощущение уверенности в себе, или же просто снижает базовый уровень тревоги, всегда присутствующей в каждом. Чтобы отличить одно от другого, мы регистрировали сигналы в полосатом теле — участке мозга, который в норме задействован в положительном подкреплении и в обеспечении чувства благополучия. (Именно этот участок активируется кокаином и другими вызывающими привыкание наркотиками, которые вторгаются в нейронную систему положительного подкрепления и заставляют человека принимать наркотик все чаще). Оказалось, что, когда у животного формируется приобретенный страх, то есть оно обучается ассоциировать звуковой сигнал с ударом тока, нейронная активность в его полосатом теле не меняется. Но когда животное обучается ассоциировать звуковой сигнал с безопасностью, реакция полосатого тела заметно усиливается, что соответствует связанному с безопасностью позитивному ощущению.

Наши исследования приобретенного чувства безопасности позволили в новом свете увидеть позитивные ощущения счастья и благополучия, а также негативные чувства тревоги и страха. Они указывали на существование в глубинах мозга второй системы, связанной с позитивными эмоциями, поскольку и нейроны таламуса, реагирующие на звуковой сигнал, и нейроны бокового ядра миндалевидного тела связаны с полосатым телом и передают в него информацию о счастье и благополучии. Полосатое тело, в свою очередь, связано со многими участками мозга, в том числе с префронтальной корой, которая подавляет активность миндалевидного тела. Поэтому есть все основания полагать, что приобретенное чувство безопасности, усиливая сигналы, поступающие в полосатое тело, не только увеличивает ощущение безопасности и благополучия, но и ослабляет ощущение тревоги, подавляя активность миндалевидного тела.

Судя по этим результатам, мы, возможно, стоим на пороге эпохи, когда молекулярная биология когнитивных функций и эмоций откроет новые способы повышения самооценки и ощущения благополучия. Не окажется ли при этом, например, что некоторые неврозы тревоги вызываются нарушениями работы нейронных сигналов которые в норме обеспечивают чувство благополучия? В нашем распоряжении начиная с шестидесятых годов имеются лекарства, позволяющие облегчать ряд форм тревоги, но эти препараты помогают не при всех неврозах тревоги, лишь при некоторых, а, например, лоразепам и диазепам вызывают привыкание, поэтому за их использованием приходится очень внимательно следить. Средства, усиливающие активность нейронных цепей, которые обеспечивают ощущение безопасности и хорошее самочувствие, могут дать нам более эффективный способ борьбы с неврозами тревоги.

26. Новый способ лечения психических заболеваний

Можно ли использовать мышей в качестве модельных объектов для изучения других психических расстройств, более сложных, более серьезных и тяжелых, чем неврозы тревоги? Можно ли использовать их для изучения шизофрении — самого стойкого и разрушительного из психических заболеваний человека, которое сильнее других нуждается в новых методах лечения?

Шизофрения, как ни странно, распространена довольно широко. От нее страдает около 1 % населения Земли. У мужчин она, по-видимому, встречается несколько чаще, чем у женщин, и принимает более тяжелые формы. Еще 2–3 % людей страдают шизотипичным личностным расстройством, которое нередко считают более мягкой формой той же болезни, не вызывающей явного психотического поведения.

Шизофрения характеризуется тремя типами симптомов: позитивными, негативными и когнитивными. Позитивные симптомы наблюдаются в течение не меньше шести месяцев и представляют собой странное и иногда очень причудливое поведение, сопровождаемое нарушениями психических функций. Эти симптомы особенно заметны во время психотических эпизодов — фаз заболевания, во время которых пациент не способен правильно трактовать действительность. В это время пациент не может реалистично оценивать свои убеждения и плоды восприятия и сравнивать их с тем, что на самом деле происходит в окружающем мире. Характерным признаком неспособности трактовать действительность служат иллюзии (ненормальные убеждения, противоречащие фактам, которые не меняются под действием доказательств их неразумности), галлюцинации (плоды восприятия, не вызываемые внешними раздражителями, например внутренние голоса, комментирующие поступки человека) и нелогичное мышление (утрата нормальных связей или ассоциаций между идеями — так называемое ослабление или крушение ассоциаций, в тяжелых формах приводящее к бессвязности мыслей и речи).

Негативные симптомы шизофрении — это отсутствие некоторых форм нормального социального и межличностного поведения, сопровождающееся самоизоляцией, бедностью речи и утратой способности испытывать и выражать эмоции (так называемым уплощением аффекта). Когнитивные симптомы включают расстройства внимания и нарушения одной из форм эксплицитной кратковременной памяти — так называемой рабочей памяти, играющей ключевую роль в осуществлении исполнительных функций типа организации распорядка дня или планирования и выполнения какой-либо последовательности действий. Когнитивные симптомы шизофрении носят хронический характер и сохраняются даже во время непсихотических периодов. Бороться с такими симптомами особенно сложно.

В промежутках между психотическими эпизодами пациенты проявляют преимущественно негативные и когнитивные симптомы: они ведут себя эксцентрично, изолируются от общества и демонстрируют низкий уровень эмоциональной активации, обедненные социальные потребности, бедность речи, пониженный объем внимания и недостаток мотивации.

Большинство исследователей шизофрении давно отметило, что весь спектр ее симптомов невозможно изучать на таком модельном объекте, как мыши. Позитивные симптомы у мышей сложно наблюдать, потому что мы не знаем, как выявлять их иллюзии и галлюцинации. Столь же сложно наблюдать у них негативные симптомы. Но после новаторских экспериментов на обезьянах, поставленных Патрисией Голдман-Ракич из Йельского университета, я и мои коллеги Элинор Симпсон, Кристоф Келлендонк и Джонатан Полан решили выяснить, нельзя ли использовать мышей в качестве модельных объектов для изучения молекулярных основ некоторых аспектов когнитивных симптомов шизофрении. Мы полагали, что сможем моделировать такой ключевой компонент когнитивных симптомов, как нарушение рабочей памяти. Рабочая память уже была хорошо описана, и мы знали, что для ее функционирования необходима префронтальная кора — часть лобной доли, обеспечивающая работу самых сложных из наших психических процессов. Кроме того, мы полагали, что, если сможем разобраться в этих когнитивных нарушениях, будем лучше представлять и то, как функционирует префронтальная кора в нормальных психических состояниях.

Исследования префронтальной коры начались еще в 1848 году, когда Джон Харлоу описал ставший впоследствии знаменитым случай с пациентом по имени Финеас Гейдж, работавшим прорабом на строительстве железной дороги. В результате взрыва его голову пробил металлический прут, прошедший сквозь префронтальную кору. Гейдж выжил, и его общий интеллект, восприятие и долговременная память не пострадали, но у него произошли изменения личности. До получения травмы он был добросовестным и трудолюбивым, а после запил и стал ненадежным работником, постоянно менявшим работу Последующие исследования людей с повреждениями префронтальной коры подтвердили, что этот участок мозга играет ключевую роль в оценочной деятельности и долговременном планировании.

В тридцатых годах психолог Карлайл Якобсен из Йельского университета начал исследования функций префронтальной коры обезьян и получил первые свидетельства того, что она задействована в работе кратковременной памяти. Сорок лет спустя британский специалист по когнитивной психологии Алан Бэддли описал форму кратковременной памяти, которую назвал рабочей, потому что она суммирует сиюминутные ощущения за сравнительно краткий период и связывает их с закрепленными воспоминаниями о предшествующем опыте, что необходимо для планирования и осуществления сложных форм поведения. Вскоре после этого Хоакин Фустер из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Патрисия Голдман-Ракич связали результаты, полученные Якобсеном в его исследованиях префронтальной коры, с результатами, которых достиг Бэддли в исследованиях рабочей памяти. Они выяснили, что удаление префронтальной коры у обезьян приводит к нарушению не всей кратковременной памяти, а лишь тех ее функций, которые Бэддли описал под названием рабочей.

Открытие того, что префронтальная кора задействована в планировании и осуществлении сложных форм поведения (функций, которые нарушаются при шизофрении). заставило исследователей заняться изучением префронтальной коры пациентов, страдающих шизофренией, результаты функциональной томографии мозга показали, что метаболическая активность в префронтальной коре таких пациентов ниже нормы, даже если они не заняты никакой особенной психической деятельностью. Когда здоровые испытуемые получают задания, для выполнения которых нужна рабочая память, метаболическая активность в их префронтальной коре сильно повышается. У шизофреников при этом повышение метаболической активности более слабое.

Учитывая, что у шизофрении есть генетическая составляющая, нет ничего удивительного, что умеренные нарушения рабочей памяти наблюдаются также у 40–50 % родственников первой степени родства (родителей, детей, братьев и сестер) пациентов, страдающих шизофренией, хотя у них нет клинических симптомов шизофрении. Более того, у тех же родственников больных наблюдаются аномалии в работе префронтальной коры, что лишний раз подчеркивает значение этого участка мозга для генетической предрасположенности к шизофрении.

Тот факт, что когнитивные симптомы шизофрении напоминают нарушения поведения, наблюдаемые у подопытных животных, у которых фронтальные доли коры были хирургическим путем отделены от остального мозга, заставил нас задаться вопросом, каковы молекулярные основы нарушений рабочей памяти, связанных с префронтальной корой.

Значительную часть того, что мы знаем о биологии шизофрении, удалось выяснить в поисках лекарственных препаратов для борьбы с этим заболеванием. В пятидесятых годах французский нейрохирург Анри Лабори выдвинул идею, что тревога, которую многие пациенты испытывают перед операцией, может быть вызвана тем, что их организм в большом количестве выделяет гистамин. Это сходное с гормонами вещество выделяется в состоянии стресса и вызывает расширение кровеносных сосудов и понижение давления крови. Лабори доказывал, что избыток гистамина может участвовать в возникновении некоторых неблагоприятных побочных эффектов обезболивания, таких как тревожное возбуждение, шок и скоропостижная смерть. В ходе поисков препарата, который подавлял бы действие гистамина и успокаивал пациентов, Лабори вышел на хлорпромазин, недавно разработанный французской фармацевтической фирмой Rhone-Poulenc. Успокоительное действие хлорпромазина произвело на Лабори такое впечатление, что он задумался, нельзя ли использовать этот препарат для успокоения возбужденных пациентов, страдающих психическими расстройствами. Французские психиатры Жан Деле и Пьер Деникер занялись разработкой этой идеи и выяснили, что высокие дозы хлорпромазина действительно успокаивают возбужденных и агрессивных пациентов с симптомами шизофрении.

Впоследствии выяснилось, что хлорпромазин и близкие ему препараты можно использовать не только как транквилизаторы, эффективно, но не чрезмерно успокаивающие пациентов, но и в качестве антипсихотических средств, успешно подавляющих психотические симптомы шизофрении. Эти препараты, первые эффективные средства борьбы с серьезным психическим заболеванием, произвели революцию в психиатрии. Кроме того, они привлекли внимание психиатров к вопросу о механизме действия подобных средств.

Первые сведения о механизме действия хлорпромазина были получены в ходе исследований одного из его побочных эффектов — синдрома, напоминающего болезнь Паркинсона. В 1960 году Арвид Карлссон, профессор фармакологии из Гетеборгского университета в Швеции, впоследствии разделивший со мной Нобелевскую премию, сделал три замечательных открытия, которые позволили разобраться в принципиальных вопросах, связанных с болезнью Паркинсона и шизофренией. Во-первых, он открыл дофамин и показал, что это вещество играет в мозгу роль нейромедиатора. Во-вторых, он выяснил, что если опустить концентрацию дофамина в мозгу подопытного животного ниже определенного порогового уровня, то у животного разовьется подобие болезни Паркинсона. Исходя из этих данных Карлссон доказывал, что болезнь Паркинсона может быть результатом понижения концентрации дофамина в участках мозга, задействованных в регуляции моторики. Он и его коллеги проверили это предположение и выяснили, что, давая пациентам препараты дофамина, можно остановить развитие симптомов болезни Паркинсона.

В ходе этих исследований Карлссон отметил, что, когда пациентам давали слишком большие дозы дофамина, у них возникали психотические симптомы, напоминающие проявления шизофрении. Это наблюдение заставило его предположить, что первопричиной шизофрении служит перепроизводство дофамина и что терапевтическое действие антипсихотических средств связано с тем, что они блокируют работу дофаминовых рецепторов, ослабляя дофаминовую передачу в каких-то ключевых нейронных путях и тем самым уменьшая эффект перепроизводства дофамина. Впоследствии предположение Карлссона получило экспериментальные подтверждения. Еще одно свидетельство в пользу этой идеи было получено, когда выяснилось, что в качестве побочного эффекта у пациентов, которых лечили антипсихотическими средствами, нередко возникали симптомы, напоминающие проявления болезни Паркинсона, что тоже говорило в пользу предположения о подавлении этими препаратами работы дофамина в мозгу.

Карлссон считал, что чрезмерная активность производящих дофамин нейронов ответственна за все симптомы шизофрении: позитивные, негативные и когнитивные. Он предположил, что избыток дофамина в проводящем пути, ведущем в гиппокамп, миндалевидное тело и другие связанные с ними структуры, может вызывать позитивные симптомы, а избыток дофамина в проводящем пути, ведущем в кору, особенно учитывая множество синаптических связей, которые этот путь образует с префронтальной корой, может вызывать негативные и когнитивные симптомы. Со временем стало ясно, что все лекарства, подавляющие симптомы шизофрении, действуют преимущественно на один тип дофаминовых рецепторов — рецепторы D_2. Соломон Снайдер из Университета Джонса Хопкинса и Филип Симан из Торонтского университета обнаружили сильную связь между эффективностью антипсихотических препаратов и их способностью блокировать рецепторы D_2. В то же время выяснилось, что антипсихотические препараты помогают только против позитивных симптомов шизофрении. Они ослабляют или даже устраняют иллюзии, галлюцинации и некоторые типы расстройств мышления, но не оказывают существенного влияния на негативные и когнитивные симптомы болезни. Объяснить это избирательное действие было трудно.

В 2004 году работы ряда исследователей показали, что одним из факторов генетической предрасположенности к шизофрении служит аномально высокая концентрация рецепторов D_2 в полосатом теле — области мозга, которая, как мы уже убедились, обычно задействована в обеспечении хорошего самочувствия. Повышенная концентрация рецепторов D_2, способных связывать дофамин, приводит к усилению дофаминовой передачи. Симпсон, Келлендонк, Полан и я решили исследовать роль этого фактора генетической предрасположенности в возникновении когнитивных нарушений, связанных с шизофренией. Для этого мы получили генетически модифицированных мышей, у которых работал ген, обеспечивающий перепроизводство рецепторов D_2 в полосатом теле. Оказалось, что у таких мышей действительно наблюдаются нарушения рабочей памяти, в соответствии с предсказаниями гипотезы Карлссона.

Нам хотелось узнать, почему препараты, блокирующие работу рецепторов D_2, не могут подавить когнитивные симптомы шизофрении. Для этого мы провели еще один эксперимент, воспользовавшись генетическими методами, которые были разработаны нами десятью годами раньше. Когда мышь становилась взрослой, мы отключили внедренный в нее ген, вызывающий перепроизводство рецепторов дофамина, и обнаружили, что это не привело к устранению нарушений рабочей памяти. Иными словами, исправление молекулярного дефекта в мозгу взрослого организма не исправляло наблюдаемого когнитивного дефекта.

Результат заставлял предположить, что переизбыток рецепторов D_2 в процессе развития вызывает в мозгу изменения, которые сохраняются и у взрослого организма. Возможно, именно из-за таких изменений антипсихотические препараты не помогали бороться с когнитивными симптомами шизофрении. Перепроизводство рецепторов D_2 в полосатом теле начинает действовать уже на ранних стадиях развития, задолго до появления первых симптомов болезни, возможно, за счет того, что вызывает устойчивые и необратимые изменения дофаминовой системы в какой-то другой части мозга. После этого нарушения работы префронтальной коры и структур полосатого тела, задействованных в когнитивных симптомах шизофрении уже нельзя исправить, понизив концентрацию рецепторов D_2 до нормального уровня.

К настоящему времени нам удалось найти по крайней мере одно изменение, происходящее в префронтальной коре в результате перепроизводства рецепторов D_2: подавление активации другого типа дофаминовых рецепторов — Di. Результаты экспериментов, проведенных ранее Патрисией Голдман-Ракич, заставляли предположить, что подавление активации рецепторов D_2 вызывает снижение концентрации циклического АМФ, что приводит к нарушению рабочей памяти.

Эксперименты доказали, что генетически модифицированных мышей можно с успехом использовать в качестве модельных объектов для изучения сложных психических заболеваний. Эти объекты позволяют нам разбивать заболевание на более простые и лучше поддающиеся анализу молекулярные компоненты. С помощью мутантных мышей мы можем не только исследовать генетические факторы, приводящие к шизофрении, но и, манипулируя средой развития мышей в утробе матери и на ранних стадиях после рождения, изучать взаимодействия генов и среды, которые могут вызывать развитие болезни.

Депрессия, еще одно распространенное заболевание, разрушительно влияющее на психическое здоровье, была впервые описана в v веке до н. э. древнегреческим врачом Гиппократом, который полагал, что настроение определяется равновесием четырех «соков» организма: крови, слизи, желтой желчи и черной желчи. Считалось, что депрессию вызывает избыток черной желчи. Само слово «меланхолия», которым древние греки называли депрессию, означает черную желчь. Хотя Гиппократово объяснение депрессии и кажется нам фантастическим, лежащее в его основе представление о том, что психические заболевания являются отражением физиологических процессов, получает в наши дни всеобщее признание.

Клинические признаки депрессии можно лаконично описать словами Гамлета: «Каким докучным, тусклым и ненужным мне кажется все, что ни есть на свете!»[35] Если не лечить депрессию, отдельный ее эпизод обычно длится от четырех месяцев до года. Для нее характерны плохое настроение, которое сохраняется большую часть времени изо дня в день, а также сильная душевная боль, неспособность испытывать удовольствие и общая потеря интереса к окружающему. Депрессия нередко сопровождается бессонницей, потерей аппетита, веса, подавленным половым влечением и замедленным мышлением.

На том или ином этапе жизни эпизоды депрессии переживает около 5 % людей. В Соединенных Штатах в каждый отдельно взятый момент от депрессии страдают около 8 млн человек. Глубокие формы депрессии могут быть очень серьезными: в наиболее тяжелых случаях пациент способен прекратить питаться или соблюдать элементарные правила личной гигиены. Хотя некоторые люди испытывают за свою жизнь только один эпизод депрессии, обычно у этой болезни бывают рецидивы. Около 70 % людей, испытавших один серьезный эпизод депрессии, рано или поздно испытывают по крайней мере еще один. Средний возраст, в котором развивается депрессия, составляет около двадцати восьми лет, но первый эпизод может произойти почти в любом возрасте. Депрессия способна поражать даже маленьких детей, хотя у них она обычно остается недиагностированной. Эпизоды депрессии бывают и у пожилых, причем нередко у тех, у кого раньше не было таких эпизодов, у них лечить депрессию сложнее. Женщины страдают от депрессии в два-три раза чаще, чем мужчины.

Для борьбы с депрессией было разработано несколько эффективных средств. Первое — ингибитор моноаминоксидазы (ИМАО) — первоначально было получено для борьбы с совсем другой болезнью, туберкулезом. Действие ИМАО связано с подавлением расщепления серотонина и норадреналина, благодаря чему в синапсах оказывается больше нейромедиаторов, которые могут выделяться в синаптическую щель. Врачи вскоре заметили, что пациенты, употреблявшие ИМАО, отличались на удивление хорошим настроением, хотя по-прежнему страдали от серьезной болезни. Вскоре врачи выяснили, что ИМАО — более эффективное средство для борьбы с депрессией, чем с туберкулезом. Это открытие привело к разработке целого класса препаратов, которые сегодня успешно помогают 70 % пациентов, страдающих глубокой депрессией.

Открытие антидепрессантов, последовавшее за открытием антипсихотических средств, означало для психиатрии старт новой эпохи. Теперь психиатрия перестала быть областью, которая мало что могла сделать для тяжелобольных пациентов: в ее распоряжении был набор действенных лекарственных средств, сравнимый с таковым в других областях медицины.

Эффективные средства для борьбы с депрессией действуют преимущественно на две системы мозга, в которых задействованы модуляторные нейромедиаторы серотонин и норадреналин. Однозначные данные получены по серотонину; работа которого напрямую связана с настроением человека: повышенные концентрации серотонина сопряжены с хорошим самочувствием, пониженные — с симптомами депрессии. Более того, у людей, совершающих самоубийство, концентрация серотонина обычно сильно понижена.

Самые эффективные из известных антидепрессантов — так называемые селективные ингибиторы обратного захвата серотонина. Эти препараты повышают концентрацию серотонина в мозгу, подавляя (ингибируя) работу системы молекулярного переноса, которая позволяет захватывать серотонин обратно из синаптической щели, куда его выделяет пресинаптический нейрон. На основании этого открытия была выдвинута гипотеза, согласно которой депрессию вызывает недостаток серотонина, норадреналина или обоих веществ в мозгу.

Хотя эта гипотеза и позволяет объяснить некоторые стороны реакции пациентов на антидепрессанты, она не объясняет ряд других важных явлений. В частности, почему при использовании антидепрессантов, которые всего за несколько часов подавляют обратный захват серотонина нейронами, требуется не менее трех недель на то, чтобы ослабить симптомы депрессии. Если все действие антидепрессантов связано с подавлением обратного захвата и последующим накоплением серотонина в синапсах, то как объяснить задержку реакции на эти препараты? Возможно, не менее трех недель требуется, чтобы серотонин повлиял на ключевые нейронные цепи во всем мозгу — чтобы мозг «обучился» тому, как снова стать счастливым. Кроме того, теперь мы знаем, что антидепрессанты влияют и на другие процессы, а не только на обратный захват и накопление серотонина.

Одно из важнейших открытий, касающихся депрессии, сделали Рональд Думан из Йеля и Рене Хен из Колумбийского университета. Они выяснили, что антидепрессанты также повышают способность небольшого участка гиппокампа — зубчатой извилины — производить новые нервные клетки. Подавляющее большинство нервных клеток не делится, но в этом небольшом гнезде стволовых клеток происходит деление, благодаря которому возникают новые дифференцированные нервные клетки. В течение двух или трех недель (времени, которое требуется на то, чтобы антидепрессанты заработали) некоторые из этих клеток входят в состав нейронных цепей зубчатой извилины. Функции этих стволовых клеток не ясны. Чтобы их исследовать, Хен с помощью радиации разрушал зубчатую извилину мышей, служивших модельными объектами для изучения депрессии, вызываемой стрессом. Оказалось, что антидепрессанты уже не подавляли депрессивных симптомов у мышей, лишенных этих стволовых клеток.

Такие замечательные открытия говорят о возможности того, что воздействие антидепрессантов на поведение отчасти связано именно со стимуляцией производства новых нейронов в гиппокампе. Эта идея согласуется с данными о том, что депрессия нередко приводит к серьезным нарушениям памяти. Возможно, повреждения мозга, вызываемые депрессией, способны исправляться благодаря умению гиппокампа производить новые нервные клетки. Прекрасная идея! Для ее разработки и проверки потребуются воображение и способности нового поколения исследователей психики, которое будет работать в ближайшие десятилетия.

Молекулярной биологии, очевидно, предстоит сделать для психиатрии то, что она уже начала делать для неврологии. Использование генетически модифицированных мышей в качестве модельных объектов для изучения важнейших психических заболеваний может служить этому делу по крайней мере в двух направлениях. Во-первых, благодаря тому что изучение психически больных людей позволило найти ряд генов, способствующих предрасположенности к психическим заболеваниям (например, разновидность гена рецептора D_2, которая служит фактором риска для заболевания шизофренией), эти гены можно внедрять в геном мышей и использовать для проверки различных гипотез о происхождении и развитии каждого из таких заболеваний. Во-вторых, генетические исследования, проводимые на мышах, позволят изучать лежащие в основе заболеваний сложные молекулярные сигнальные пути подробнее и точнее, чем на людях. Такие фундаментальные нейробиологические исследования дадут дополнительные возможности для диагностирования и классификации психических заболеваний и рациональную основу для разработки новых лекарственных средств.

В целом мы сейчас переходим из десятилетия, посвященного исследованию тайн работы мозга, в десятилетие, посвященное поиску средств лечения нарушений его работы. За пятьдесят лет, прошедших с тех пор, как я начал заниматься медициной, фундаментальная наука и клинические исследования перестали быть двумя разобщенными дисциплинами. Некоторые из интереснейших вопросов, изучаемых сегодня нейробиологией, непосредственно связаны с актуальными проблемами неврологии и психиатрии. В результате работа на стыке обеих дисциплин перестала быть уделом немногих людей в белых халатах. Теперь перспективы медицинского применения служат одним из направляющих факторов значительной части нейробиологических исследований.

За девяностые годы, которые теперь называют «десятилетием мозга», все мы стали работать на стыке фундаментальной науки и медицины. Благодаря нашим достижениям первое десятилетие XXI века стало «десятилетием лечения заболеваний мозга». В результате такие дисциплины, как психиатрия и неврология, сближаются друг с другом. Можно предвидеть, что в недалеком будущем молодые врачи, проходящие резидентуру по каждой из этих дисциплин, будут в течение одного года обучаться вместе, подобно тому как те, кто собирается выбрать целый ряд медицинских специальностей, от кардиологии до гастроэнтерологии, в течение года занимаются в резидентуре внутренней медициной в целом.

27. Биология и возрождение психоанализа

Когда в первые десятилетия XX века в Вене возник психоанализ, он представлял собой революционный способ осмысления психики и ее расстройств. К середине века энтузиазм, вызванный теорией бессознательных психических процессов, достиг пика, и как раз тогда психоанализ пришел в Соединенные Штаты вместе с эмигрантами из Германии и Австрии.

Когда я учился в Гарвардском колледже, я разделял этот энтузиазм не только потому, что предлагаемое психоанализом представление о психике позволяло многое объяснить, но и потому, что психоанализ был неразрывно связан с интеллектуальной атмосферой Вены начала XX века, которую я ценил и в которую не успел попасть. Надо сказать, что в интеллектуальной среде, окружавшей Анну Крис и ее родителей, меня особенно привлекало то, что я узнавал там о жизни Вены в тридцатые годы. Там говорили о важнейшей венской газете Neue Freie Presse («Новая свободная пресса»), которая, по словам родителей Анны, не была ни такой уж новой, ни такой уж свободной. Там вспоминали выдающиеся и даме исторические лекции Карла Крауса, исследователя языка и художественного критика, которым я восхищался. Краус резко критиковал венское лицемерие, а в его великой пьесе «Последние дни человечества» были предсказаны будущие события — Вторая мировая война и холокост.

Но к 1960 году, когда я начал учиться клинической психиатрии, энтузиазма у меня поубавилось. Это было связано с моей женитьбой на Дениз, которая занималась эмпирической социологией, и моими собственными исследованиями (вначале в лаборатории Гарри Грундфеста в Колумбийском университете, а затем у Уэйда Маршалла в Национальном институте психического здоровья). Хотя меня по-прежнему восхищала глубокая и тонкая концепция психики, внедренная психоанализом, в ходе клинической подготовки я был разочарован тем, как мало психоанализу удалось сделать в направлении становления его как эмпирической дисциплины и проверки его собственных идей. Меня также разочаровали многие из моих гарвардских преподавателей — врачей, которые, как и я, пришли в клинический психоанализ из интереса к гуманитарным дисциплинам, но которых, в отличие от меня, не особенно интересовали естественные науки. Я чувствовал, что психоанализ идет в обратном направлении, удаляясь от естественных наук, и уводит за собой психиатрию.

Под влиянием психоанализа психиатрия за первые десятилетия после Второй мировой войны преобразилась из экспериментального раздела медицины, тесно связанного с неврологией, в неэмпирический, сконцентрированный на искусстве психотерапии. В пятидесятых годах академическая психиатрия частично отбросила свои корни, связанные с биологией и экспериментальной медициной, и постепенно превратилась в терапевтическую дисциплину, основанную на теоретических построениях психоанализа.

В новом качестве она странным образом утратила интерес к эмпирическим данным и мозгу как органу психической деятельности. Напротив, за это время медицина в целом преобразилась из терапевтического искусства в науку, основанную на редукционистском подходе, заимствованном вначале из биохимии, а затем и молекулярной биологии.

За время обучения в медицинской школе я попал под влияние этого преобразования. Поэтому я не мог не замечать особого положения психиатрии в рамках медицины.

Психоанализ внедрил в медицину новый метод исследования психической жизни пациентов, основанный на свободных ассоциациях и интерпретациях. Фрейд учил психиатров прислушиваться к пациентам и делать это по-новому.

Он подчеркивал необходимость отмечать нюансы как скрытого, так и явного смысла того, что может сообщить пациент. Он также создал предварительную систему интерпретации того, что раньше могло показаться несвязанными и бессвязными сообщениями.

Новизна и возможности этого подхода были таковы, что в течение многих лет не только Фрейд, но и другие высокоинтеллектуальные и творческие психоаналитики небезуспешно доказывали, что взаимодействие с пациентом во время сеансов психотерапии создавало наилучшие условия для научного исследования психики, особенно ее бессознательных процессов. Действительно, на раннем этапе развития этого направления психоаналитики, внимательно слушая то, что говорили им пациенты, и проверяя возникающие в ходе анализа идеи (такие как детская сексуальность) путем наблюдения за развитием нормальных людей, получили немало ценных оригинальных данных, которые помогли нам многое понять в человеческой психике. Еще одна сторона уникального вклада психоанализа в развитие психиатрии связана с открытием разных типов бессознательных и предсознательных психических процессов, сложной структуры мотивации, переноса аффекта (то есть переноса связей, которые были у пациента в прошлом, на его нынешнюю жизнь) и сопротивления (бессознательной склонности противостоять попыткам психотерапевта изменить поведение пациента).

Однако через шестьдесят лет после внедрения психоанализа в медицинскую практику этот метод во многом исчерпал возможности исследования психики. К 1960 году многим, даже мне, стало ясно, что, просто наблюдая за отдельными пациентами и внимательно прислушиваясь к тому, что они могут рассказать, мы уже мало что нового узнаем и откроем. Хотя исторически психоанализ претендовал на научность (его задача всегда состояла в том, чтобы разработать основы эмпирической, проверяемой науки о психике), он редко применял научный подход на практике. За многие годы психоаналитикам так и не удалось подвергнуть свои положения воспроизводимой экспериментальной проверке. Надо сказать, что у них всегда лучше получалось выдвигать идеи, чем проверять их. В результате психоанализ не смог добиться таких успехов, как некоторые другие области психологии и медицины. Более того, мне казалось, что его развитие пошло по ложному пути. Вместо того чтобы сосредоточиться на вопросах, поддающихся эмпирической проверке, психоанализ расширял область своего применения, берясь за психические и иные заболевания, для лечения которых он подходил не лучшим образом.

Первоначально психоанализ использовали для лечения так называемых невротических расстройств: фобий, навязчивых неврозов, истерии и неврозов тревоги. Однако психоаналитическую терапию постепенно стали применять для лечения почти всех психических заболеваний, в том числе шизофрении и депрессии. К концу сороковых годов многие психиатры, отчасти вдохновленные своими успехами в лечении людей, у которых психические проблемы развились в результате участия в боевых действиях, уверовали в то, что достижения психоанализа можно успешно использовать и для борьбы с рядом других расстройств, не поддающихся медикаментозному лечению. Такие заболевания, как гипертония, астма, язва желудка и неспецифический язвенный колит, считались психосоматическими, то есть вызываемыми неосознанными психическими противоречиями. В результате к 1960 году теория психоанализа стала для многих психиатров, особенно работающих на Восточном и Западном побережьях США, основной моделью понимания всех психических и некоторых других заболеваний.

Это расширение области терапевтического применения на первый взгляд увеличивало возможности использования психоанализа для объяснения наблюдаемых явлений и лечения болезней, но в действительности сделало психиатрию менее эффективной и помешало ее становлению как эмпирической дисциплины, ориентированной на биологию. В 1894 году, когда Фрейд впервые занялся исследованием роли бессознательных психических процессов в поведении, он также принимал участие в попытках создать новую, эмпирическую психологию. Он даже пытался разработать нейронную модель поведения, но в связи с неразвитостью нейробиологии того времени решил оставить эту биологическую модель и перейти к другой, основанной на устных сообщениях пациентов об их субъективном опыте. К тому времени, когда я пришел в Гарвард учиться психиатрии, биология начала совершать успешные набеги в область изучения высших психических процессов. Но, несмотря на эти достижения, многие психоаналитики заняли более радикальную позицию: они доказывали, что биология вообще не имеет никакого отношения к психоанализу.

Это безразличие к биологии (если не пренебрежение к ней) было одной из двух главных проблем, с которыми я столкнулся, проходя резидентуру. Другая, еще более серьезная, состояла в том, что психоаналитики мало задумывались о проведении объективных исследований и даже об учете влияния предвзятости исследователя на результаты. В других областях медицины это влияние учитывали, используя в экспериментах так называемый двойной слепой метод, при котором ни исследователь, ни исследуемые не знают, на ком из пациентов испытывается новый метод лечения, а кто служит контролем. Однако данные, получаемые в ходе сеансов психоанализа, почти всегда конфиденциальны. Комментарии, ассоциации, молчание, позы, движения и другие формы поведения пациента сохраняются в тайне. Разумеется, конфиденциальность имеет принципиальное значение для доверия, которое должен завоевать у пациента психоаналитик, но в этом-то и проблема. Почти во всех случаях единственная форма записи данных — это составляемые психоаналитиками субъективные описания того, что, по их мнению, имело место быть. Как утверждал психоаналитик-исследователь Хартвиг Даль, такие интерпретации в большинстве случаев нельзя считать научными данными. Однако психоаналитики редко задумываются о том, что их описания сеансов психотерапии неизбежно субъективны.

С самого начала резидентуры по психиатрии я чувствовал, что психоанализ может неизмеримо обогатиться, объединив усилия с биологией. Кроме того, я полагал, что если биологии XX века удастся ответить на некоторые из давних вопросов о человеческой психике, то полученные ответы будут глубже и осмысленнее, если биология придет к ним в сотрудничестве с психоанализом. К тому же такое сотрудничество могло бы дать психоанализу более надежную естественнонаучную базу. Я был убежден тогда и еще сильнее убежден теперь, что биология дает нам возможность узнать механизм психических явлений, составляющих основу психоанализа. Это относится к бессознательным процессам, психической предопределенности (благодаря которой никакие действия, формы поведения и оговорки не могут быть абсолютно случайными или произвольными), роли бессознательного в психопатологии (определяемой бессознательным связыванием психических событий, даже не имеющих отношения друг к другу), а также к терапевтическому эффекту самого психоанализа. В связи с моим увлечением биологией памяти меня особенно интересовала возможность того, что психотерапия, эффект которой, предположительно, отчасти связан с созданием среды для изменения психики в процессе обучения, вызывает в мозгу пациентов структурные изменения и что теперь у нас в распоряжении могут быть орудия для непосредственной оценки этих изменений.

К счастью, далеко не все психоаналитики считали, что будущее психоанализа не связано с получением эмпирических данных. За те сорок лет, что прошли с момента завершения моей клинической подготовки, набрали силу две тенденции, которые теперь начинают оказывать заметное влияние на психоанализ. Первая связана с требованием эмпирической проверки методов психотерапии. Вторая, с которой все не так просто, — со стремлением ориентировать психоанализ на возникающую сегодня биологию человеческой психики.

Быть может, важнейшей из движущих сил первой тенденции был Аарон Век из Пенсильванского университета. Это психоаналитик, на работу которого оказала влияние современная когнитивная психология, выяснил, что одним из ключевых элементов ряда расстройств, таких как депрессия, неврозы тревоги и синдром навязчивых состояний, является ведущий когнитивный стиль пациента (то есть его способ воспринимать, представлять и осмысливать окружающий мир). Обращая особое внимание на когнитивный стиль и работу — я, он развил то направление психоанализа, которое заложили в свое время Хайнц Хартманн, Эрнст Крис и Рудольф Левенштейн.

Особое внимание, которое Бек уделял роли сознательных мыслительных процессов в психических заболеваниях, было новинкой для психоанализа. Традиционно психоаналитики учили, что психические проблемы возникают из-за неосознанных противоречий. Например, депрессию в конце пятидесятых, когда Бек начинал исследования, было принято считать продуктом «интроекции гнева». Фрейд доказывал, что пациенты, страдающие депрессией, испытывают враждебность и гнев по отношению к любимым людям. Поскольку пациент не может совладать с негативными эмоциями, направленными на тех, кто для них важен, нужен и ценен, он подавляет эти чувства и бессознательно направляет их на самого себя. Именно направленные на самого себя гнев и неприязнь приводят человека к заниженной самооценке и ощущению собственной бесполезности.

Бек проверил идею Фрейда, сравнивая сновидения пациентов, страдающих депрессией, со сновидениями тех, у кого депрессии не было, и обнаружил, что первые демонстрируют не больший, а меньший уровень враждебности, чем вторые. Проводя исследование и внимательно прислушиваясь к тому, что рассказывали пациенты, Бем выяснил, что люди, страдающие депрессией, демонстрируют не враждебность, а последовательное негативное смятение всего образа мыслей. Они почти всегда предъявляют и себе нереалистично завышенные требования, болезненно реагируют на любые разочарования, осуждают себя везде, где это возможно, и с пессимизмом смотрят в будущее. Бем понял, что такой искаженный образ мыслей представляет собой не просто симптом, то есть отражение скрытого в глубинах психики противоречия, а ключевой фактор наблюдаемого развития и сохранения депрессии. Бек выдвинул смелое предположение, что, выявив негативные убеждения, мыслительные процессы и формы поведения и занявшись ими, психотерапевт в состоянии помочь пациенту заменить их здоровыми, позитивными убеждениями. Более того, он предположил, что это можно сделать независимо от личностных факторов и неосознанных противоречий, которые могут лежать в их основе.

Для клинической проверки своей идеи Бек приводил пациентам аргументы, заимствованные из их собственного опыта, касающиеся их ощущений, действий и достижений и предназначенные для исправления их негативного мировосприятия. Он обнаружил, что такие пациенты нередко быстро шли на поправку и уже после нескольких сеансов функционировали и чувствовали себя лучше. Положительный результат вдохновил Бека на разработку системы краткого психологического лечения депрессии, сосредоточенного не на неосознанных противоречиях, а на сознательном когнитивном стиле и искаженном образе мыслей пациента.

Бек и его сотрудники организовали серию клинических испытаний для оценки эффективности этого способа терапии в сравнении с эффектом плацебо и антидепрессантов.

Они выяснили, что когнитивная поведенческая терапия обычно работает не менее эффективно, чем прием антидепрессантов, для лечения людей с мягкими и умеренными формами депрессии. В некоторых исследованиях новый метод показал даже лучшие результаты в предотвращении рецидивов. Последующие клинические испытания обнаружили, что когнитивную поведенческую терапию можно с успехом применять и для лечения неврозов тревоги, особенно приступов паники, посттравматических стрессовых расстройств, социальных фобий, нарушений питания и синдромов навязчивых состояний.

Бек не только внедрил новую форму психотерапии и осуществил ее эмпирическую проверку. Он также составил шкалы и каталоги, позволяющие оценивать симптомы и степени депрессии и других психических расстройств. Использование этих орудий придало дополнительную научную строгость исследованиям, связанным с психотерапией. Кроме того, он и его коллеги подготовили руководства по применению этих методов лечения. Тем самым Бек внедрил в методологию терапевтического психоанализа критический подход, поиск эмпирических данных и стремление к проверке эффективности методов терапии.

Под влиянием использованного Беком подхода Джеральд Клерман и Мирна Вайсман разработали вторую научно обоснованную форму краткой психотерапии — так называемую межличностную терапию. В основе этого метода лежит исправление ошибочных убеждений пациентов и изменение характера их общения с другими людьми в ходе разного рода взаимодействий. Как и когнитивная поведенческая терапия, этот метод показал свою эффективность в качестве средства борьбы с мягкими и умеренными формами депрессии в ходе клинических испытаний с участием контрольных групп пациентов и впоследствии попал в учебники. Судя по всему, межличностная терапия особенно эффективна при ситуационных кризисах, таких как потеря любимого человека или ребенка, а когнитивная — при лечении хронических заболеваний. Питер Сифнеос и Хабиб Даванлоо внедрили еще один аналогичный, хотя пока не столь подробно исследованный метод краткой терапии — краткую динамическую терапию, в основе которой лежит воздействие на защитные механизмы и сопротивление пациента, а Отто Кернберг ввел метод психотерапии, позволяющий воздействовать на перенос аффекта.

В отличие от традиционного психоанализа все методы краткой психотерапии используются для сбора эмпирических данных и определения эффективности лечения на их основе. В результате они привели к существенным изменениям практики краткой (и даже длительной) психотерапии и положили начало движению психоанализа в сторону эмпирической проверки хода и результатов лечения.

Однако долговременные последствия использования новых методов психотерапии по-прежнему не вполне ясны. Хотя эти методы нередко позволяют за небольшое, от пяти до пятнадцати, число сеансов добиться желаемых результатов, как терапевтических, так и научных, наблюдаемое улучшение не всегда сохраняется надолго. С некоторыми же пациентами, чтобы добиться устойчивых улучшений, терапия должна, судя по всему, продолжаться год или два, возможно, в связи с тем что лечение симптомов их расстройств без обращения к лежащим в их основе противоречиям не всегда эффективно. С научной точки зрения еще большее значение имеет тот фаю; что Бек и большинство других сторонников эмпирически проверяемой терапии вышли из психоанализа, ориентированного на наблюдения, а не из биологии, ориентированной на эксперименты. Ведущие представители этого направления психоанализа, за редким исключением, еще не обратились к биологии для выяснения механизмов, лежащих в основе наблюдаемого поведения.

Биологический подход — вот в чем нуждается психотерапия. Еще совсем недавно существовало лишь немного биологически безупречных способов проверки концепций психодинамики или оценки сравнительной эффективности разных психотерапевтических подходов. Теперь эффективные методы краткой психотерапии в сочетании с функциональной томографией мозга могут дать именно это — возможность одновременно изучать психодинамику и работу мозга живого человека. Если при этом окажется, что вызываемые психотерапией изменения сохраняются надолго, то у нас будут основания сделать вывод, что разные формы психотерапии вызывают в мозгу разные структурные изменения, точно так же, как это делают разные формы обучения.

Как показали исследования, посвященные синдрому навязчивых состояний, идея использовать функциональную томографию мозга для оценки результатов применения разных форм психотерапии — это не какая-то недостижимая мечта. Этот синдром долгое время считали связанным с нарушением работы базальных ядер — группы структур, расположенных в глубине мозга и играющих ключевую роль в управлении поведением. Одна из этих структур, хвостатое ядро, служит первичным получателем информации, поступающей из коры и других участков мозга. С помощью функциональной томографии удалось выяснить, что синдром навязчивых состояний связан с повышенным уровнем метаболизма в хвостатом ядре. Льюис Бэкстер-младший и его коллеги из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе установили, что синдром навязчивых состояний поддается лечению методом когнитивной поведенческой психотерапии. Поддается он и фармакологическому лечению путем подавления обратного захвата серотонина. И лекарственные препараты, и психотерапия в данном случае снижают уровень метаболизма в хвостатом ядре.

Томографические исследования пациентов, страдающих депрессией, часто демонстрируют повышенную активность в дорсальной части префронтальной коры, но пониженную активность в ее вентральной части. При этом и психотерапия, и лекарственные препараты позволяют бороться с этими аномалиями. Если бы в 1895 году, когда Фрейд работал над «Проектом научной психологии», уже были доступны методы функциональной томографии, вполне возможно, что психоанализ пошел бы по другому пути, сохраняя тесную связь с биологией, намеченную в этом проекте. Поэтому использование томографии мозга в сочетании с психотерапией позволяет исследовать психику «сверху вниз» и развивать научную программу, возможность которой в свое время предвидел Фрейд.

Как мы убедились, краткая психотерапия применяется в настоящее время по крайней мере в четырех различных формах, а функциональная томография мозга дает научный подход, который может позволить выявить разницу между ними. Если так, то ее применение может показать, что все эффективные методы психотерапии работают за счет одних и тех же анатомических и молекулярных механизмов. С другой стороны, более вероятно, что механизмы, обеспечивающие эффект разных методов психотерапии, тоже окажутся совершенно разными. Кроме того, вполне вероятно, что у методов психотерапии есть нежелательные побочные эффекты, точно таи же, как у лекарственных препаратов. Эмпирическая проверка методов психотерапии может позволить мам обеспечить максимальную безопасность и эффективность этих важных способов лечения, примерно так, как это делается для используемых в медицине лекарств. Она также может позволить нам предсказывать результаты применения конкретных методов психотерапии и даст пациентам возможность самим выбирать наиболее устраивающие их методы лечения.

Сочетание краткой психотерапии и томографии мозга может наконец позволить психоанализу внести свой особый вклад в новую науку о психике. Давно пора! Здравоохранение остро нуждается в эффективных методах терапии для борьбы с легкими и умеренно тяжелыми психическими заболеваниями. Судя по результатам исследований Рональда Кесслера из Гарварда, почти 50 % людей на каком-то этапе своей жизни страдали от того или иного психического расстройства. В прошлом многих из них лечили медикаментами. Использование медикаментов сыграло колоссальную роль в развитии психиатрии, но у всех лекарств могут быть побочные эффекты. Более того, применение одних лишь медикаментов нередко малоэффективно. Многим пациентам лучше помогает применение какой-либо формы психотерапии в сочетании с фармакологическим лечением, а другим, на удивление многочисленным, неплохо помогает одна лишь психотерапия.

Кей Джеймисон в своей книге «Душевный непокой» описывает историю успешного применения обоих подходов даже для лечения серьезного психического заболевания, в ее случае — биполярного аффективного расстройства (маниакально-депрессивного психоза). Литиевая терапия помогла ей избавиться от тяжелых маниакальных фаз, выйти из больницы, спасла ее от самоубийства и дала возможность пройти длительное психотерапевтическое лечение. Она пишет: «Это невозможно выразить, но психотерапия действительно лечит. Она позволяет найти смысл в неразберихе, обуздать страшные мысли и чувства, вернуть самоконтроль, надежду и возможность извлечь из всего этого урок. Таблетки при всем желании не могут вернуть человека в реальный мир».

В откровениях Кей Джеймисон о том, как психотерапия позволила ей собрать воедино распавшиеся нити восприятия, меня особенно привлекает сама история ее жизни. Разумеется, именно память сплетает нашу жизнь в единое целое. Когда эффективность психотерапии пройдет более строгую проверку, а биологические аспекты будут лучше изучены, мы будем способны исследовать психиатрическими методами механизмы работы памяти и вообще психики. Например, мы сможем изучить различные стили мышления и понять, как они влияют на восприятие окружающего мира и поведение.

Применение в психоанализе редукционистского подхода также позволит нам лучше разобраться в человеческом поведении. Важнейшие шаги в этом направлении были сделаны в исследованиях развития ребенка — области, которая будоражила воображение Эрнста Криса. Одаренная исследовательница Анна Фрейд, дочь Зигмунда Фрейда, изучала травматическое воздействие на детей разделения семей во время Второй мировой войны и получила первые убедительные свидетельства важности связи между родителями и детьми в период стресса. Дальнейшие исследования последствий разделения семей проводил нью-йоркский психоаналитик Рене Шпиц, который сравнивал две группы детей, отделенных от матерей. Представители одной группы выросли в детском доме, где о них заботились воспитательницы, каждая из которых отвечала за семерых детей, представители другой — в частном приюте при женской тюрьме, где о них ежедневно в течение непродолжительного времени заботились собственные матери. К концу первого года моторные и интеллектуальные способности у детей из детского дома сильно отставали от таковых у детей из приюта: дети первой группы были склонны к замкнутости и слабо проявляли любознательность и жизнерадостность. Эти классические исследования были опубликованы в ежегоднике The Psychoanalytic Study of the Child («Психоаналитические исследования детей»), редакторами которого были трое основоположников эмпирического изучения детской психологии: Анна Фрейд, Хайнц Хартманн и Эрнст Крис.

Гарри Харлоу из Университета Висконсина продолжил работу в этом направлении, применяя редукционистский подход в исследовании психологических процессов. Он использовал обезьян в качестве модельных объектов для изучения синдрома лишения матери и обнаружил, что новорожденные обезьяны, которых изолировали на срок от шести месяцев до одного года, а затем возвращали в общество других обезьян, были физически здоровы, но их поведение было глубоко нарушено. Они сидели, сжавшись, в углу клетки, раскачиваясь взад и вперед, как сильно подавленные или страдающие аутизмом дети. При этом они никак не взаимодействовали с другими обезьянами, не дрались, не играли и совершенно не проявляли интерес к противоположному полу. Изоляция взрослых животных на такой же период не приводила к серьезным последствиям. Таким образом, обезьянам, как и людям, свойствен период, имеющий принципиальное значение для социального развития.

После этого Харлоу выяснил, что нарастание этого синдрома можно отчасти предотвратить, предоставив изолированной обезьянке покрытую материей деревянную куклу в качестве суррогатной матери. К такой суррогатной матери изолированные детеныши прижимались, как к настоящей, но этого было недостаточно для полноценного развития социального поведения. Нормального социального развития удавалось добиться лишь в том случае, когда в дополнение к суррогатной матери изолированный детеныш имел возможность ежедневно в течение нескольких часов общаться с другим, нормальным детенышем, проводившим остаток дня в обезьяньей колонии.

Работы Анны Фрейд, Шлица и Харлоу продолжил Джон Боулби, сформулировавший гипотезу, что беззащитный ребенок поддерживает тесную связь с тем, кто о нем заботится, посредством системы эмоциональных и поведенческих реакций определенного характера, которую он назвал системой привязанности. Система привязанности, по Боулби, представляет собой врожденную систему инстинктов и мотиваций (таких как голод или жажда), организующую работу памяти младенца и направляющую его на поиск близости к матери и взаимодействия с ней. С эволюционной точки зрения система привязанности явно повышает шансы младенца на выживание, позволяя его незрелому мозгу прибегать к помощи зрелого поведения родителей для обеспечения собственных потребностей. Детский механизм привязанности находит отражение в эмоционально чувствительных реакциях родителей на сигналы, поступающие от детей. Родительские реакции служат как для усиления и закрепления позитивных эмоциональных состояний ребенка, так и для смягчения его негативных эмоциональных состояний. Многократные повторения такого опыта записываются в процедурной памяти как ожидания, помогающие ребенку чувствовать себя безопасности.

Эти подходы к изучению развития ребенка в настоящее время применяют в исследованиях с использованием генетически модифицированных мышей, чтобы еще лучше разобраться в природе взаимоотношений родителей и детей.

Есть и другие современные методы, позволяющие проверять и разрабатывать концепции психоанализа, описывающие работу психики. Например, существуют способы, помогающие отличать процедурные (имплицитные) психические процессы, которые проявляются в памяти, обеспечивающей навыки восприятия и моторные навыки, от двух других типов бессознательных психических процессов: динамического бессознательного (представляющего наши внутренние противоречия, половое влечение, подавленные мысли и действия) и предсознательного бессознательного (ответственного за организацию и планирование и имеющего непосредственный доступ к сознанию).

Биологические подходы к теории психоанализа могут позволить изучить все эти типы бессознательных процессов. Один из способов (его суть я объясню в следующей главе) состоит в том, чтобы, сравнивая результаты томографического исследования активности мозга, наблюдаемой при связанных с восприятием бессознательных и сознательных состояниях, выявлять те участки, которые работают в каждом из этих состояний. Большинство аспектов наших когнитивных процессов основано на неосознанных умозаключениях — процессах, происходящих без нашего ведома. Мы видим окружающий мир без усилий и как единое целое именно потому, что зрительное восприятие, то есть объединение разных элементов зрительной картины, осуществляется бессознательно. Большинство исследователей мозга, как и Фрейд в свое время, убеждены в том, что мы не осознаем большей части когнитивных процессов, а осознаем только конечный их результат. Судя по всему, похожий принцип относится и к нашему сознательному ощущению свободы собственной воли.

Использование биологического подхода применительно к идеям психоанализа должно увеличить роль психиатрии в современной медицине и способствовать тому, чтобы идеи психоанализа, получившие эмпирический фундамент, стали частью сил, благодаря которым в наши дни оформляется новая наука о психике. Цель этого — объединить радикальный редукционизм, движущий фундаментальной биологией, с гуманитарным стремлением разобраться в человеческой психике, движущим психиатрией и психоанализом. В этом и состоит конечная цель нейробиологии — связать физические и биологические исследования природы и населяющих ее существ с пониманием внутреннего устройства человеческой психики и человеческого опыта.

28. Сознание

Благодаря психоанализу я познакомился с разными формами бессознательного. Как и многих ученых, занимающихся сегодня исследованиями мозга, меня давно интриговал самый главный вопрос, касающийся мозга: какова природа сознания и как различные бессознательные психологические процессы связаны с сознательным мышлением. Во время первого разговора с Гарри Грундфестом о Фрейдовой структурной теории психики («я», «оно» и «сверх-я») моей главной заботой был вопрос, чем отличаются друг от друга механизмы сознательных и бессознательных процессов. Но лишь недавно новая наука о психике разработала орудия, позволяющие исследовать этот вопрос экспериментально.

Чтобы добиться успехов в изучении сознания, новая наука о психике должна была вначале договориться о рабочем определении сознания как состояния осознанности восприятия, или избирательного внимания в широком смысле. В основе человеческого сознания лежит осознание собственного «я» — осознание самоосознания. Поэтому понятие сознания относится к нашей способности не только испытывать удовольствие или боль, но и обращать внимание на разные аспекты этого опыта и обдумывать его, причем в контексте всей жизни в настоящем и в прошлом. Осознанное внимание позволяет нам отгородиться от посторонних ощущений и сосредоточиться на принципиально важном событии, с которым мы сталкиваемся, будь то радость или горе, синева неба, холодный северный свет на картине Вермеера или красота и безветрие на берегу моря.

Разобраться в сознании — сложнейшая из всех задач, стоящих перед наукой. В справедливости этого утверждения можно убедиться, рассмотрев карьеру Фрэнсиса Крика — возможно, самого одаренного и влиятельного из биологов второй половины XX века. После Второй мировой войны, когда Крик начал заниматься биологией, считалось, что перед наукой стоят два великих неразрешимых вопроса: что отличает живое от неживого и какова биологическая природа сознания. Вначале Крик обратился к более простому вопросу об отличии живой материи от неживой и занялся исследованием природы гена. В 1953 году, всего после двух лет совместной работы, он и Джим Уотсон помогли науке разгадать эту тайну. Как Уотсон впоследствии писал в своей книге «Двойная спираль», «во время обеда Фрэнсис залетел в [паб] „Орел“, чтобы рассказать всем, кто сидел достаточно близко, чтобы его услышать, что мы открыли тайну жизни». За следующие два десятилетия Крик помог науке расшифровать генетический код и разобраться в том, как на ДНК синтезируется РНК, а на РНК — белок.

В 1976 году, когда ему было шестьдесят. Крик обратился к оставшейся научной загадке — биологической природе сознания. Ею он занимался до конца своей жизни в сотрудничестве с Кристофом Колом — молодым специалистом по вычислительной нейробиологии. Крик приложил к исследованию этого вопроса весь оптимизм и незаурядный интеллект. Именно благодаря ему научное сообщество, которое ранее игнорировало этот вопрос, теперь сосредоточилось на проблеме сознания. Но за тридцать лет непрерывной работы Крику удалось продвинуться в изучении природы сознания лишь ненамного. Более того, некоторые ученые и философы, занимающиеся психикой, до сих пор находят сознание непостижимым и склоняются к мнению, что его никогда не удастся объяснить в биологических терминах. Они сомневаются в принципиальной возможности узнать, как биологическая система, биологическая машина может что-то чувствовать. Еще большие сомнения вызывает у них вопрос, как она может размышлять о самой себе.

Эти вопросы не новы. Впервые в истории западной мысли их сформулировал Гиппократ в v веке до н. э., а после него Платон, основатель афинской академии. Гиппократ был первым врачом, отбросившим суеверия и положившим в основу своих представлений данные клинических наблюдений. Он доказывал, что все психические процессы возникают в мозгу. Платон, отвергавший наблюдения и эксперименты, считал, что единственная причина, по которой мы можем думать о самих себе и о своем смертном теле, состоит в том, что у нас есть нематериальная и бессмертная душа. Идея бессмертной души впоследствии вошла в христианскую философию и была разработана св. Фомой Аквинским в XIII веке. Фома Аквинский и последующие религиозные мыслители утверждали, что душа (источник сознания) не только отлична от тела, но и имеет божественное происхождение.

В XVII веке Рене Декарт разработал концепцию, согласно которой человек имеет двойственную природу: у него есть тело, состоящее из материальной субстанции, и нематериальная душа. Душа получает от тела сигналы и может влиять на его действия, но сама она состоит из нематериальной субстанции, присущей из всех живых организмов только людям. Идеи Декарта легли в основу представления о том, что действия, такие как прием пищи или ходьба, а также сенсорное восприятие, потребности, влечения и даже простые формы обучения осуществляются при посредничестве мозга и доступны для научного исследования, однако психика, то есть душа, священна и как таковая не должна и не может быть предметом научного анализа.

Примечательно, что эти идеи XVII века были по-прежнему в ходу и в восьмидесятые годы XX века. Карл Поппер, великий философ науки, и Джон Экклс, нейробиолог и нобелевский лауреат, всю жизнь были сторонниками дуализма. Они соглашались с Фомой Аквинским, что душа бессмертна и независима от мозга. Британский философ науки Гилберт Райл называл эту концепцию души «призраком в машине».

Сегодня большинство философов, занимающихся психикой, согласно: то, что мы называем сознанием, порождается материальным мозгом, но не все согласны с Криком, что к сознанию в принципе применим научный подход. Некоторые, например Колин Макгинн, полагают, что сознание вообще невозможно изучить, потому что само устройство мозга накладывает ограничения на когнитивные способности человека. По мнению Макгинна, человеческий разум может оказаться просто не способен решать некоторые проблемы. Другой крайней точки зрения придерживаются такие философы, как Дэниэл Деннетт, отрицающий само существование этой проблемы. Деннетт доказывает, примерно таи, как это делал столетием ранее Джон Хьюлингс Джексон, что сознание представляет собой не какую-то отдельную функцию мозга, а совокупность результатов разных вычислительных процессов, происходящих в участках норы высшего порядка, связанных с поздними этапами обработки информации.

Наконец, такие философы, как Джон Серль и Томас Нагель, занимают промежуточную позицию и считают, что сознание представляет собой вполне определенный набор биологических процессов. Эти процессы доступны для изучения, но мы пока мало продвинулись в этом направлении, потому что они очень сложны и составляют нечто большее, чем сумма своих частей. Таким образом, сознание намного сложнее, чем какая-либо функция мозга, в которой нам удалось разобраться.

Серль и Нагель приписывают сознанию как состоянию две особенности: единство и субъективность. Единство как свойство сознания отражает тот факт, что мы воспринимаем свои ощущения как единое целое. Все наши сенсорные модальности сливаются в единый, связный, сознательный опыт. Поэтому, когда я подхожу к розовому кусту в ботаническом саду в поместье Уэйв-Хилл, я чувствую тонкий аромат цветов и одновременно воспринимаю их красный цвет и форму и при этом вижу этот розовый куст на фоне реки Гудзон и утесов хребта Пэлисейдс на другом берегу. Воспринимаемый мной образ будет цельным не только в этот момент, но и через две недели, когда мне захочется совершить мысленное путешествие во времени и восстановить его в памяти. Несмотря на то что чувства обоняния и зрения связаны с разными органами и что каждый из них использует собственные, отдельные проводящие пути, эти пути сходятся в мозгу так, что я воспринимаю единую, цельную картину.

С единством сознания связана сложная проблема, но, возможно, она разрешима. Это единство иногда может распадаться. У пациентов, у которых хирургическим путем отделены друг от друга два полушария мозга, есть как бы два сознания, каждое из которых воспринимает собственную единую картину мира.

Со второй особенностью сознания — субъективностью — связана более сложная научная проблема. Каждый из нас живет в мире уникальных ощущений, которые для нас более реальны, чем ощущения других. Мы воспринимаем свои мысли, настроения и чувства непосредственно, в то время как опыт других людей мы способны оценить лишь опосредованно, с помощью зрения или слуха. Поэтому мы можем задаться следующим вопросом. Совпадают ли ваша реакция на синий цвет, который вы видите, или запах жасмина, который вы чувствуете, и смысл, который все это имеет для вас, с моей реакцией на синий цвет, который я вижу, и запах жасмина, который я чувствую, и со смыслом, который все это имеет для меня?

Проблема касается не только восприятия как такового. Вопрос здесь не в том, видим ли мы очень похожие оттенки одного и того же голубого цвета. Это сравнительно просто узнать, регистрируя сигналы отдельных нервных клеток в зрительной системе каждого. Мозг воспроизводит наше восприятие объекта, но, судя по всему, и сам воспринимаемый объект (например, синий цвет или нота до первой октавы на фортепиано) обладает соответствующими физическими свойствами, такими как длина волны отражаемого света или частота издаваемого звука. Вопрос же касается значения этих цвета и звука для каждого из нас. Мы пока не разобрались, как электрическая активность нейронов обеспечивает тот смысл, который мы приписываем данному цвету или звуку. Тот факт, что сознательный опыт каждого человека уникален, поднимает вопрос, возможно ли выделить какие-либо объективные особенности сознания, общие для всех нас. Если наши чувства в итоге порождают ощущения, которые целиком и полностью субъективны, то мы, согласно этой аргументации, не можем прийти ни к какому общему определению сознания, основанному на личном опыте.

Нагель и Серль показывают сложность объяснения субъективной природы сознания в биологических терминах на следующем примере. Представим себе, что в определенном участке мозга, про который известно, что он играет важную роль в работе сознания, мы научились регистрировать электрическую активность нейронов, в то время как испытуемый выполняет некоторое задание, требующее сознательного внимания. Предположим, что мы нашли клетки, в которых возникает потенциал действия, когда я осознанно вижу красные цветы на розовом кусте в поместье Уэйв-Хилл. Тем самым мы сделали первый шаг в изучении сознания, а именно нашли для восприятия данного объекта то, что Крик и Кох назвали нейронными коррелятами сознания. Для большинства это будет большим шагом вперед, потому что он указывает на материальную единицу, связанную с сознательным восприятием. После этого мы можем пойти дальше и поставить новые эксперименты, чтобы определить, сливаются ли такие корреляты в единое связное целое, то есть объединяют ли они образ розового куста с образами реки Гудзон и утесов на другом ее берегу. Но Нагель и Серль считают, что это наиболее простая из двух проблем сознания. Более сложная — вторая загадка, загадка субъективного опыта.

Как получается, что я реагирую на образ красной розы определенными, характерными для меня чувствами? Или, если рассмотреть другой пример, какие основания считать, что, когда мать смотрит на своего ребенка, сигналы, передаваемые нейронами в участке коры ее мозга, связанном с восприятием лиц, отвечают за эмоции, которые она испытывает, и за ее способность вспомнить эти эмоции и образ своего ребенка?

Мы пока еще не знаем, даже в самых простых случаях, как сигналы отдельных нейронов обеспечивают субъективную составляющую осознанного восприятия. Более того, Серль и Нагель утверждают, что у нас пока нет даже подходящей теории того, как объективное явление, такое как электрические сигналы в мозгу, может обеспечивать субъективный опыт, такой как ощущение боли. А поскольку современная наука есть редукционистское, аналитическое представление о сложных явлениях, а субъективная природа сознания не поддается упрощению, такая теория пока находится для нас вне пределов досягаемости.

Согласно Нагелю, наука не может взяться за изучение сознания, не внеся в свою методологию существенных изменений, которые позволят ученым выявлять и анализировать элементы субъективного опыта. Эти элементы, скорее всего, представляют собой базовые компоненты работы мозга (подобно тому как атомы и молекулы представляют собой базовые компоненты вещества), но мы пока не можем представить ту форму, в которой они существуют. Нагель утверждает, что проблема связана не с редукцией, к которой постоянно прибегает наука. Наука может без труда объяснить, как свойства определенной разновидности вещества возникают из объективных свойств составляющих его молекул. Но у науки нет правил, которые позволили бы объяснить, как субъективные свойства сознания возникают из объективных свойств нейронов, связанных друг с другом.

При этом Нагель доказывает, что полное отсутствие у нас представлений об элементах субъективного опыта не должно мешать находить нейронные корреляты сознания и правила, которые связывают явления сознания с процессами, происходящими с клетками мозга. Более того, только накопление такой информации и может позволить нам придумать, как редуцировать нечто субъективное, сведя его к материальному и объективному. Но, чтобы прийти к теории, которая подкрепит такую редукцию, нам придется вначале открыть элементы субъективного сознания. Это открытие, по словам Нагеля, будет достижением огромной значимости, потребует революции в биологии и, скорее всего, полной трансформации научной мысли.

Большинство нейробиологов, занимающихся исследованиями сознания, ставят перед собой намного более скромные цели, чем предполагает этот величественный план. Они не стремятся произвести революцию в научной мысли и не ждут такой революции. Хотя им приходится преодолевать трудности, связанные с экспериментальным определением явлений сознания, они не видят в этих трудностях препятствий для любых экспериментальных исследований сознания в рамках существующих моделей. Нейробиологи считают, и в этом с ними согласен Серль, что им удалось достичь немалых успехов в выяснении нейробиологической природы восприятия и памяти, даже не принимая во внимание индивидуальный опыт. Например, когнитивная нейробиология продвинулась в выяснении нейронных основ восприятия синего цвета, не задаваясь вопросом, как на один и тот же синий цвет реагирует каждый из нас.

Но в сложной проблеме сознания — механизме возникновения субъективного опыта из нейронной активности — нам пока не удалось разобраться. Крик и Кох доказывали, что, когда мы решим простую задачу (проблему единства сознания), мы сможем экспериментально манипулировать нейронными системами для решения сложной.

Проблема единства сознания представляет собой вариант проблемы связывания, впервые сформулированной в ходе исследований зрительного восприятия. Неотъемлемая часть того субъективного удовольствия, которое я испытываю, когда смотрю на розы в поместье Уэйв-Хилл, состоит в том, как вид и запах этих роз связываются друг с другом, совмещаясь с видом Гудзона, утесов на его берегу и других компонентов воспринимаемой мной картины. Существование каждого из этих компонентов обеспечивается разными участками зрительной, обонятельной и эмоциональной систем моего мозга. Единство моего сознательного опыта предполагает, что этот процесс связывания должен как-то соединять друг с другом и интегрировать разные участки.

Чтобы сделать первый шаг на пути к решению простой проблемы сознания, нужно задаться вопросом, локализовано ли единство сознания (которое, как мы считаем, достигается за счет нейронных систем, обеспечивающих избирательное внимание) в каком-то одном или немногих местах. Если так, то это дало бы нам возможность манипулировать единством сознания биологическими методами. Ответ отнюдь не очевиден. Джеральд Эдельман, один из ведущих теоретиков проблем мозга и сознания, доказывал, что нейронный аппарат, обеспечивающий единство сознания, скорее всего, широко разбросан по коре и таламусу. В результате, как утверждал Эдельман, маловероятно, что мы сможем найти сознание в каком-то небольшом наборе нейронных коррелятов. Крик и Кох, напротив, полагали, что у единства сознания окажутся прямые нейронные корреляты, потому что в его механизме, вероятно, задействован особый набор нейронов, обладающих специфическими молекулярными или нейроанатомическими признаками. Они доказывали, что эти нейронные корреляты, по-видимому, требуют лишь небольшого числа нейронов, работающих подобно прожектору, направляющему луч избирательного внимания. По их мнению, наша первоначальная задача состоит в том, чтобы выяснить, где именно в мозгу располагается этот небольшой набор нейронов, активность которых лучше всего коррелирует с единством сознательного опыта, а затем выявить нейронные цепи, в состав которых входят эти нейроны.

Но как нам найти небольшую популяцию нейронов, которая может обеспечивать единство сознания? Каким критериям должны удовлетворять эти нейроны? В своей последней статье (которую Крик продолжал править по дороге в больницу за несколько часов до смерти 28 июля 2004 года) Крик и Кох выдвинули предположение, что участком, обеспечивающим единство нашего опыта, может быть так называемая ограда — прослойка мозговой ткани, расположенная под корой. Об ограде мало известно, не считая того, что она связана почти со всеми сенсорными и моторными участками коры, а также с миндалевидным телом, играющим важную роль в работе эмоций, и обменивается со всеми этими структурами информацией. Крик и Кох сравнили ограду с дирижером, управляющим оркестром. В самом деле, нейроанатомические связи ограды удовлетворяют требованиям, которые можно предъявить дирижеру: она способна связывать и координировать работу различных участков мозга, необходимых для единства сознательного опыта.

Идея, которой был так увлечен Крик в конце жизни (что ограда играет роль центра внимания — места, в котором различные компоненты восприятия связываются воедино), была последней из ряда выдвинутых им важных идей. Колоссальный вклад Крика в науку (двойная спираль ДНК, природа генетического кода, открытие информационной РНК, механизм синтеза последовательности аминокислот белка на матрице информационной РНК и введение биологии сознания в свои права) ставит его в один ряд с Коперником, Ньютоном, Дарвином и Эйнштейном. Но его глубокое, сохраненное на всю жизнь увлечение наукой и существованием разума разделяют многие представители научного сообщества. Такая увлеченность характерна для науки в лучших ее проявлениях. Вилаянур Рамачандран, специалист по когнитивной психологии, друг и коллега Крика, описал увлечение Крика оградой в последние недели его жизни: «За три недели до его смерти я навещал его у него дома в Ла-Хойе. Ему было восемьдесят восемь, он умирал от рака, страдал от болей и проходил химиотерапию, но было ясно, что он тратит весь остаток сил на непрерывную работу над своим последним проектом. Его обширный стол (занимавший полкомнаты) покрывали статьи, письма, конверты, свежие номера журнала Nature, ноутбук (несмотря на его нелюбовь к компьютерам) и последние книги по нейроанатомии. За те два часа, что я провел у него, не прозвучало ни одного упоминания о болезни — только полет идей, посвященных нейронным основам сознания. Его особый интерес вызывала крошечная структура, называемая оградой, которой, как он чувствовал, напрасно пренебрегали ученые традиционных направлений. Когда я собрался уходить, он сказал мне: „Рама, по-моему, тайна сознания — в ограде, как по-твоему? Иначе зачем этой крошечной структуре столько связей с разными участками?“ И он хитро, заговорщицки подмигнул мне. Это была наша последняя встреча».

Поскольку об ограде было известно так мало, Крик хотел основать институт, который занимался бы изучением ее функций. В частности, он хотел выяснить, включается ли ограда, когда бессознательное, подпороговое восприятие определенного раздражителя органами чувств человека переходит в осознанное ощущение.

Один из примеров таких переходов, заинтересовавших Крика и Коха, касается бинокулярной конкуренции. В этом примере человеку одновременно показывают два изображения (скажем, вертикальные и горизонтальные полоски) таким образом, что каждый его глаз видит только один набор полосок. Мозг испытуемого может совместить эти изображения, и тогда испытуемый скажет, что видел решетку, но обычно люди видят то одно, то другое изображение, так что вертикальные и горизонтальные полоски спонтанно сменяют друг друга.

Используя магнитно-резонансную томографию, Эрик Лумер и его коллеги из Университетского колледжа Лондона установили, что, когда осознанное внимание человека переключается с одного образа на другой, у него происходит активация определенных участков лобной и теменной долей коры. Эти участки играют особую роль в концентрации осознанного внимания на объектах, обладающих определенным положением в пространстве. Префронтальная кора и задняя часть теменной коры, судя по всему, ретранслируют решение, какое из воспринимаемых зрительной системой изображений усилить, что приводит к появлению соответствующего образа в сознании. В связи с этим люди с повреждениями префронтальной коры с трудом переключаются с одного изображения на другое в экспериментах с бинокулярной конкуренцией. Крик и Кох могли бы предположить, что участки лобной и теменной коры при этом подчиняются ограде, которая и переключает внимание с одного глаза на другой и составляет в единое целое изображение, поступающее в сознание от каждого глаза.

Из вышесказанного ясно, что проблема сознания еще очень далека от решения. Но благодаря усилиям Эдельмана, с одной стороны, и Крика и Коха — с другой в нашем распоряжении теперь есть две конкретные проверяемые теории, которые стоят того, чтобы исследовать их в дальнейшем.

Как человек, интересующийся психоанализом, я хотел сделать следующий шаг в направлении, намеченном Криком и Кохом, а именно в сравнении бессознательного и сознательного восприятий одного и того же раздражителя, а также в изучении связи эмоций с работой зрительной системы. Эмоциональное зрительное восприятие, в отличие от неэмоционального, должно быть разным у разных людей. Отсюда возникает вопрос, как и когда происходит бессознательная обработка эмоционально воспринимаемых образов.

Смелый и одаренный аспирант Амит Эткин и я исследовали этот вопрос совместно с Джой Хирш, специалистом по томографии мозга из нашего университета. В ходе исследования мы вызывали у испытуемых сознательное и бессознательное восприятие стимулирующих эмоции раздражителей. Использованный нами для изучения эмоциональной сферы подход был аналогом подхода, который Крик и Кох применяли для изучения когнитивной сферы. Мы исследовали, как нормальные испытуемые сознательно и бессознательно реагируют на изображения людей с почти нейтральным или с испуганным выражением лиц. Эти изображения нам предоставил Пол Экман из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Экман, составивший каталог, в состав которого вошло более 100 тыс. выражений человеческих лиц, вслед за Чарльзом Дарвином продемонстрировал, что сознательное восприятие семи выражений лиц (радости, страха, отвращения, презрения, гнева, удивления и грусти) имеет почти одинаковое значение для всех людей независимо от пола и особенностей культуры (рис. 28–1). Поэтому мы предположили, что изображения испуганных лиц должны вызывать сходную реакцию у здоровых молодых студентов и аспирантов, согласившихся принять участие в исследовании. Сознательное восприятие страха у них мы вызывали, демонстрируя изображения испуганных лиц в течение долгого времени, чтобы испытуемые успевали задумываться о каждом из этих изображений. Бессознательное восприятие страха мы вызывали, демонстрируя те же изображения, но так быстро, что испытуемые не могли сказать, какое выражение лица они видели. Более того, они не были уверены, что видели лицо!

28–1. Семь универсальных выражений лица по Экману. (Фотографии любезно предоставил Пол Экман).

Поскольку даже здоровые люди по-разному реагируют на одну и ту же угрозу, мы давали всем испытуемым анкету, с помощью которой можно было оценить их фоновую тревогу. В отличие от сиюминутной тревоги, которую большинство людей испытывает, оказавшись в новой ситуации, фоновая тревога отражает стабильный базовый уровень.

Как и следовало ожидать, когда мы показывали испытуемым изображения испуганных лиц, у них наблюдалась ярко выраженная активность миндалевидного тела — расположенной в глубине мозга структуры, обеспечивающей реакцию страха. Неожиданным было другое: сознательно и бессознательно воспринимаемые раздражители действовали на разные участки миндалевидного тела, причем у разных людей в разной, зависящей от базового уровня их тревоги степени.

Бессознательное восприятие изображений испуганных лиц вызывало активацию базолатерального ядра. У людей, как и у мышей, этот участок миндалевидного тела получает большую часть входящей сенсорной информации и служит основным посредником при взаимодействии миндалевидного тела и коры. Степень активации базолатерального ядра в результате бессознательного восприятия изображений испуганных лиц была прямо пропорциональна фоновой тревоге испытуемого: чем выше уровень фоновой тревоги, тем сильнее испытуемый реагировал на этот раздражитель. Люди с низким уровнем фоновой тревоги не демонстрировали вообще никакой реакции. Сознательное восприятие испуганных лиц, напротив, вызывало активацию дорсального участка миндалевидного тела, в котором расположено центральное ядро, причем степень этой реакции не зависела от уровня фоновой тревоги. Центральное ядро миндалевидного тела посылает информацию в вегетативную нервную систему, которая обеспечивает активацию организма и многие из его защитных реакций. Таким образом, неосознанно воспринимаемая угроза оказывает непропорционально сильное воздействие на людей с высоким уровнем фоновой тревоги, в то время как сознательно воспринимаемая угроза запускает реакцию защиты или бегства у всех испытуемых.

Мы также обнаружили, что бессознательное и сознательное восприятие испуганных лиц вызывает активацию разных нейронных сетей за пределами миндалевидного тела. При этом, опять же, нейронные сети, реагирующие на бессознательно воспринимаемую угрозу, активировались только у испытуемых, находившихся в состоянии повышенной тревоги. Как это ни странно, даже в бессознательном восприятии были задействованы некоторые участки коры.

Таким образом, восприятие пугающих раздражителей вызывает активацию двух разных систем мозга, одна из которых включает осознанное внимание, предположительно действующее сверху вниз, а другая — неосознанное, действующее снизу вверх, то есть настороженность, подобно тому как действует сигнал о значимости при формировании эксплицитной и имплицитной памяти у аплизии и у мыши.

Это интереснейшие результаты. Во-первых, они показывают, что в сфере эмоций, как и в сфере восприятия, действие раздражителя может восприниматься как бессознательно, так и сознательно. Кроме того, они говорят в пользу идеи Крика и Коха, что с сознательным и бессознательным восприятием раздражителей связаны разные участки мозга. Во-вторых, эти результаты дают биологическое подтверждение важности идеи психоанализа о бессознательных эмоциях. Они заставляют предположить, что действие тревоги проявляется в мозгу особенно сильно, когда раздражитель отдается на откуп воображению, а не тогда, когда он воспринимается осознанно. Когда же изображение испуганного лица обдумывается сознательно, даже встревоженный человек может адекватно оценить, представляет ли оно какую-то угрозу.

Через столетие после того, как Фрейд предположил, что психопатологии возникают из противоречий, работающих на бессознательном уровне, и что их можно регулировать, сознательно задумываясь об истоках этих противоречий, наши томографические исследования продемонстрировали возможный механизм их работы в мозгу. Кроме того, наше открытие связи фоновой тревоги испытуемых с бессознательными процессами, происходящими в их нервной системе, дает биологическое подтверждение идеи Фрейда о том, что бессознательные психические процессы составляют часть системы обработки информации нашего мозга. Хотя этим идеям больше ста лет, ни в одном из предшествующих томографических исследований не делалось попытки оценить, как различия в поведении людей и их интерпретаций окружающего мира возникают из различий в том, как их мозг осуществляет бессознательную обработку эмоций. Открытие того, что бессознательное восприятие страха вызывает активацию базолатерального ядра миндалевидного тела, прямо пропорциональную фоновому уровню тревоги испытуемого, дает нам биологический маркер для диагностики состояний тревоги и оценки эффективности различных препаратов и форм психотерапии.

Обнаруженная нами связь между активностью определенных нейронных цепей и бессознательным и сознательным восприятием угрозы стала первым шагом на пути выяснения нейронных коррелятов одной из эмоций — страха. Описание этих коррелятов вполне может привести нас к научному объяснению осознанно воспринимаемого страха. Оно также способно позволить в общих чертах разобраться, как работа нейронов порождает психический процесс, входящий в наше сознание. Так, через полвека после того, как я оставил психоанализ, чтобы заняться биологией психики, новая наука о психике начала готовиться к тому, чтобы взяться за некоторые ключевые для психоанализа и исследований сознания вопросы.

Один из таких вопросов касается природы свободной воли. Учитывая открытую Фрейдом психическую предопределенность (тот факт, что значительная часть нашей когнитивной и эмоциональной жизни бессознательна), что же остается нашему личному выбору, свободе действий?

Ряд важнейших экспериментов, связанных с этим вопросом, провел в 1983 году Бенджамин Либет из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. За отправную точку он взял открытие, которое сделал немецкий нейробиолог Ханс Корнхубер. В своем эксперименте Корнхубер просил испытуемых двигать указательным пальцем правой руки. Затем он измерял это произвольное движение с помощью тензометрического датчика, одновременно регистрируя электрическую активность мозга с помощью электрода, закрепленного на голове испытуемого. Проведя сотни таких испытаний, Корнхубер выяснил, что каждому движению неизменно предшествовал небольшой всплеск электрической активности мозга — искра свободной воли! Он назвал этот потенциал, возникающий в мозгу, потенциалом готовности и выяснил, что тот наблюдается за секунду до произвольного движения.

Либет воспользовался открытием Корнхубера, проведя эксперимент, в котором просил испытуемых поднимать палец всякий раз, когда у них появится желание это сделать. На голове испытуемого он закреплял электрод и подтвердил, что примерно за секунду перед тем, как испытуемый поднимает палец, в его мозгу наблюдается потенциал готовности. Затем Либет сравнил момент времени, когда у человека появлялось желание поднять палец, с моментом возникновения потенциала готовности, и обнаружил поразительную вещь. Оказалось, потенциал готовности возникал не после, а за двести миллисекунд до того, как у испытуемого появлялось желание поднять палец! Таким образом, с помощью простой регистрации электрической активности мозга Либет мог предсказать, что человек собирается сделать, до того как сам человек осознавал, что он решил это сделать.

Это открытие заставило философов, занимающихся психикой, задаться вопросом: если наш выбор уже определен в мозгу до того, как мы решили совершить действие, где же свобода воли? Не является ли ощущение, что мы совершаем действия по собственной воле, всего лишь иллюзией, последующим обоснованием факта, который уже случился? Или мы совершаем выбор свободно, но бессознательно? Если так, то наш выбор при совершении действий, как и при работе восприятия, может свидетельствовать о важности неосознанных умозаключений. Либет предположил, что процесс запуска произвольного действия происходит в бессознательной части мозга, но непосредственно перед запуском в дело вступает сознание, которое может одобрить или запретить это действие. За те двести миллисекунд, которые предшествуют движению пальца, сознание определяет, двигаться ему или нет.

В чем бы ни была причина задержки, разделяющей решение и его осознание, открытие Либета также поднимает вопрос морали: как может человек отвечать за свои поступки, если его решения принимаются на бессознательном уровне? Психологи Ричард Грегори и Вилаянур Рамачэндран указали на жесткие ограничения, в рамках которых применим этот аргумент. Они отметили, что «даже если у нашего сознания и нет свободного выбора того, что делать, у него есть свободный выбор того, чего не делать». Член Американского совета по биоэтике Майкл Гадзанига, один из тех, кто стоял у истоков когнитивной нейробиологии, добавил к этому: «Мозг работает механически, но человек свободен». Мы не можем делать выводов о суммарной работе нашей нервной системы, рассмотрев всего несколько нейронных цепей у нас в мозгу.

Часть шестая

Человек, который по-настоящему любит Вену, живет чужими воспоминаниями. С горько-сладкой болью ностальгии он вспоминает вещи, свидетелем которых никогда не был. <…> Эта Вена, которой никогда не было, остается прекраснейшим городом всех времен.

Орсон Уэллс «Вено» (1968)

29. Как я заново открыл для себя Вену через Стокгольм

В день праздника Йом-Кипур 9 октября 2000 года в 5:15 утра меня разбудил телефонный звонок. Телефон у нас стоит с той стороны кровати, где спит Дениз, поэтому она взяла трубку и ткнула меня в бок:

— Эрик, звонят из Стокгольма. Должно быть, это тебя. Никак не меня!

Мне звонил Ханс Йернвалль, генеральный секретарь Нобелевского фонда. Я молча выслушал его известие о том, что мне присудили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за исследования передачи сигналов в нервной системе, которую я разделю с Арвидом Карлссоном и моим старым другом Полом Грингардом. Мне было сложно поверить, что этот разговор происходит на самом деле.

Обсуждение претендентов на Нобелевскую премию — должно быть, одно из самых секретных мероприятий на свете. В результате заранее узнать, кому в октябре текущего года будет присуждена премия, почти невозможно. Но мало для кого из лауреатов Нобелевская премия оказывается полным сюрпризом. Большинство претендентов чувствует, что им могут присудить премию, потому что об этой возможности говорят коллеги. Кроме того, Каролинский институт периодически проводит симпозиумы, приглашая ведущих биологов со всего мира в Стокгольм, и я как раз участвовал в таком симпозиуме за несколько недель до того. Тем не менее я не ожидал такого звонка. Многие в высшей степени достойные этой премии ученые, о возможности награждения которых говорят, так никогда ее и не получают, и я считал маловероятным, что мне будет оказана эта честь.

С трудом веря в происходящее, я не знал, что сказать, кроме слов благодарности. Йернвалль попросил меня никому не звонить до 6:00 утра, когда о премии будет сообщено прессе, после чего мне можно было звонить кому угодно.

Дениз забеспокоилась. Я лежал молча с трубкой, прижатой к уху, казалось, бесконечно долго. Дениз знала, что такая неразговорчивость мне несвойственна, и беспокоилась, что я слишком ошеломлен полученным известием. Когда же я закончил разговор и сообщил ей, что я только что узнал, она была вдвойне взволнована, испытав радость по поводу присужденной мне премии и облегчение по поводу того, что я жив и со мной все в порядке. Затем она сказала:

— Слушай, еще так рано. Может, тебе еще поспать?

— Ты шутишь? — ответил я. — Разве я смогу теперь заснуть?

Я терпеливо подождал полчаса, а затем начал всех обзванивать. Я позвонил нашим детям, Полу и Минуш, разбудив Минуш на Западном побережье посреди ночи. Затем я позвонил Полу Грингарду, чтобы поздравить его с нашей общей удачей. Я обзвонил своих друзей из Колумбийского университета, чтобы не только поделиться с ними новостью, но и сказать им, чтобы они были готовы к пресс-конференции, которую, скорее всего, мне предстояло провести днем. Мне стало ясно: несмотря на то что этот звонок пришелся на Йом-Кипур, День искупления, самый важный из иудейских праздников, пресс-конференцию все же придется провести.

Еще до того как я переговорил со всеми по телефону, раздался звонок в дверь, и, к моему удивлению и радости, оказалось, что на пороге с бутылкой вина в руках стоят наши соседи. Том Джесселл, его жена Джейн Додд и три их дочери. Хотя для вина было еще слишком рано, мы были очень рады их приходу, который на время вернул нас в реальный мир из головокружительной страны чудес, в которую мы попали. Дениз предложила нам всем сесть за стол и позавтракать, что мы и сделали, несмотря на то что телефон звонил не умолкая.

Звонили отовсюду: с радио, с телевидения, из газет, звонили и наши друзья. Самым интересным, по-моему, был звонок из Вены, потому что оттуда мне позвонили, чтобы сообщить, как рады в Австрии еще одной австрийской Нобелевской премии. Мне пришлось напомнить им, что это американская премия. Затем мне позвонили из пресс-центра Колумбийского университета и попросили принять участие в пресс-конференции в Аудитории выпускников в 13:30.

По дороге на пресс-конференцию я ненадолго зашел в нашу синагогу для участия в обряде искупления и чтобы отпраздновать свою удачу, а затем отправился в лабораторию, где меня встретило общее ликование. Я был просто ошеломлен! Я сказал всем, как благодарен им за их работу и что считаю эту премию признанием далеко не только моих заслуг.

На пресс-конференцию пришли многие сотрудники нашего университета, которые устроили мне овацию. Были там и руководители научной администрации университета. Дэвид Хирш, исполняющий обязанности декана медицинской школы, кратко представил меня прессе, и я сказал несколько слов благодарности в адрес университета и моей семьи. Затем я очень сжато изложил суть моей работы. За следующие несколько дней я получил более тысячи электронных и обычных писем, телефон звонил не переставая. Со мной связались люди, от которых я не получал известий уже не один десяток лет. Девушки, с которыми я встречался в школьные годы, вдруг снова мной заинтересовались. Среди всей этой суеты и неразберихи очень кстати пришлось обязательство, которое я взял на себя еще за несколько месяцев до объявления лауреатов, когда согласился поехать в Италию, чтобы 17 октября прочитать там лекцию памяти Массимилиано Алоизи, почтенного профессора из Падуанского университета. Для нас с Дениз это была прекрасная возможность сбежать от той суматохи, в центре которой мы оказались. Поездка в Падую оказалась очень приятной и дала нам возможность посетить Капеллу Скровеньи, где находятся несравненные фрески Джотто. Я также решил совместить свой визит с пленарным докладом в Туринском университете, где мне предстояло получить почетную ученую степень.

В Падуе, а затем в Венеции, куда мы тоже незадолго заехали, мы занимались поиском платьев, которые Дениз могла бы надеть во время нобелевских торжеств в Стокгольме. Наконец мы нашли то, что искали, в Турине, где Дениз посоветовали обратиться к портнихе Адрианне Пастроне. Дениз была в восторге от ее работ и купила у нее несколько платьев. Я испытываю по отношению к Дениз не только любовь, но и чувство глубокой благодарности за поддержку меня и моей работы на протяжении всей нашей совместной жизни. Она сама сделала прекрасную карьеру в области эпидемиологии в Колумбийском университете, но для меня совершенно очевидно, что ей приходилось много жертвовать своей работой и еще больше — своим свободным временем, заботясь о том, на что меня из-за моей одержимости наукой просто не хватало.

29 ноября, перед самым отъездом в Стокгольм, шведский посол в Соединенных Штатах пригласил семерых американских лауреатов в Вашингтон, чтобы дать возможность нам и нашим супругам познакомиться. В ходе этого визита нам устроили прием в Овальном кабинете у президента Клинтона, который был с нами очень любезен, обсуждал вопросы макроэкономики с лауреатами-экономистами и согласился позировать для фотографии со мной и с Дениз, как и со всеми остальными лауреатами и их супругами. Его последний президентский срок подходил к концу, и он тепло отзывался о своей работе и говорил, что так хорошо научился размещать людей, позирующих для фотографий, что вместе со своим фотографом мог бы открыть собственное фотоателье. За визитом в Овальный кабинет последовал ужин в шведском посольстве, во время которого мы с Дениз общались с лауреатами по другим дисциплинам.

Нобелевская премия обязана своим существованием замечательной идее, которая пришла в голову одному человеку — Альфреду Нобелю. Он родился в Стокгольме в 1833 году и покинул Швецию в возрасте девяти лет, после чего возвращался туда лишь очень ненадолго. Он свободно говорил по-шведски, по-немецки, по-английски, по-французски, по-русски и по-итальянски, но у него не было настоящей родины. Блистательный изобретатель, он получил больше трехсот патентов и на всю жизнь сохранил глубокий интерес к науке.

Изобретением, благодаря которому он сделал состояние, был динамит. В 1866 году он открыл, что жидкий нитроглицерин теряет свою неустойчивость, если пропитать им богатую кремнеземом рыхлую породу — так называемый кизельгур. В таком виде из него можно делать бруски и использовать их, не подвергая себя опасности, ведь, чтобы взорвать такой брусок, нужен детонатор. Бруски динамита проложили дорогу горнодобывающей промышленности и беспрецедентному развитию общественных проектов в XIX веке. Строить железные дороги, каналы (в том числе Суэцкий), порты, дороги и мосты стало сравнительно просто во многом благодаря возможности передвигать огромные объемы грунта с помощью динамита.

Нобель ни разу не был женат, и, когда 10 декабря 1896 года он умер, после него осталось состояние в тридцать один миллион шведских крон, что тогда соответствовало 9 млн долларов — огромная сумма по тем временам. В его завещании было сказано: «Все оставшееся после меня и могущее быть реализованным имущество должно <…> составить фонд, проценты от которого должны ежегодно распределяться в форме премий тем, кто в течение предшествующих лет сделал особенно много на благо человечества». Далее Нобель перечислил пять областей, в которых должны были вручаться эти премии: физика, химия, физиология и медицина, литература и дело мира — «человеку, который больше или лучше всех работал на благо братства между народами».

Несмотря на всю ясность этого замечательного завещания, с ним возникли проблемы, которые несколько лет не удавалось решить. Во-первых, в том, чтобы распоряжаться этим наследством, были заинтересованы родственники Нобеля, некоторые шведские академии, шведское правительство и, что особенно важно, французское правительство. Французы заявили, что законное место жительства Нобеля было во Франции. После девяти лет он редко приезжал в свою родную страну, никогда не платил в Швеции налогов (что могло бы служить доказательством его гражданства) и почти тридцать лет прожил во Франции. Однако Нобель никогда не подавал заявки на получение французского гражданства. Рагнар Сульман, помощник Нобеля и его душеприказчик (впоследствии показавший себя способным и дальновидным директором-распорядителем Нобелевского фонда), для начала объединил усилия со шведским правительством, чтобы доказать, что Нобель был шведом. Они доказывали, что Нобель должен по закону считаться шведом на основании того, что он составил свое завещание на шведском языке, назначил своим душеприказчиком шведа и указал различные шведские академии в качестве исполнителей условий этого завещания. В 1897 году шведское правительство официально предписало своему министру юстиции обеспечить исполнение завещания под шведской юрисдикцией.

Но это снимало лишь часть проблемы: оставались еще колебания шведских академий. Они предупреждали, что для присуждения премии им потребуется найти компетентных лиц, выдвигающих кандидатуры на ее соискание, а также переводчиков, консультантов и экспертов по оценке, в то время как в завещании Нобеля не оговаривалось финансирование всех этих расходов. В итоге Сульман убедил шведские власти принять закон, по которому каждому из присуждающих премии комитетов отводилась определенная доля от размера премии на гонорары и другие расходы для членов комитета и его консультантов. Вознаграждение члену комитета составило около трети средней годовой зарплаты шведского профессора.

Первые Нобелевские премии были присуждены то декабря 1901 года, в пятую годовщину смерти Нобеля. Сульман разумно инвестировал капитал Нобеля, и размер фонда к тому времени вырос до 3.9 млрд шведских крон, что составляло немногим более 1 млрд долларов. Размер каждой премии составил девять миллионов шведских крон. Научные премии и премия по литературе были вручены на церемонии в Стокгольме, повторявшейся с тех пор каждый год, за исключением периодов Первой и Второй мировых войн.

Когда 2 декабря мы с Дениз прибыли к стойке регистрации компании Scandinavian Airlines, нам устроили торжественную встречу. Она продолжилась, когда мы прибыли в Стокгольм. Нас встречал профессор Йернвалль, и на время пребывания в Стокгольме нам предоставили лимузин и водителя. Ирэн Кацман, сотрудница шведской дипломатической службы, помогала нам в роли официального координатора нашего визита. В «Гранд-отеле», главной стокгольмской гостинице, нас поселили в прекрасном номере с окнами на гавань. В тот первый вечер мы поужинали вместе с Ирэн, ее мужем и их детьми. На следующий день Ирэн по нашей просьбе устроила нам частный тур по Еврейскому музею, экспозиция которого рассказывает о том, как шведские евреи помогли значительной части датских евреев спастись от гитлеровского режима.

За этим последовал ряд мероприятий, каждое из которых было по-своему впечатляющим и приятным. Днем 7 декабря Арвид Карлссон, Пол Грингард и я провели пресс-конференцию. В тот вечер мы были приглашены на ужин с членами Нобелевского комитета по физиологии и медицине — теми, кто выбрал нас для награждения премией. Они сказали, что, возможно, знают нас не хуже, чем наши супруги, потому что уже больше десяти лет занимались подробным изучением всего, что с нами связано.

В Стокгольме к нам с Дениз присоединились наши дети — Минуш со своим мужем Риком Шайнфнлдом и Пол со своей женой Эмили — и наши старшие внуки (дочери Пола и Эмили) — восьмилетняя Эллисон и пятилетняя Либби. (Когда Минуш присоединилась к нам в Стокгольме, ее дочь Майя еще не родилась, но должна была вскоре родиться, а ее сын Иззи, которому было два года, остался с родителями Рика).

Кроме того, по нашему приглашению к нам присоединились наши старшие коллеги из Колумбийского университета: Джимми и Кэти Шварц, Стив Зигельбаум и Эми Бедик, Ричард Аксель, Том Джесселл и Джейн Додд и Джон Кестер и Кэти Хилтен. Все это мои давние друзья, которым я многим обязан. Эти две группы соединяли Рут и Джерри Фишбах. Рут — троюродная сестра Дениз и директор центра по биоэтике Колумбийского университета, а ее муж Джерри — выдающийся нейробиолог и один из лидеров научного сообщества Соединенных Штатов. Незадолго до нашей поездки в Стокгольм ему предложили пост декана Колледжа терапевтов и хирургов и вице-президента по медицинским наукам в Колумбийском университете. Когда он приехал в Стокгольм, он уже принял это предложение и был моим новым начальником.

Повод был слишком хорош, чтобы упустить возможность его отпраздновать. В единственный свободный вечер за время нашего пребывания в Стокгольме мы с Дениз устроили в прекрасном отдельном зале «Гранд-отеля» ужин для всех наших гостей и родственников, которых мы пригласили в Стокгольм. Нам хотелось отблагодарить всех за то, что они приехали, и отпраздновать это знаменательное событие вместе с ними. К тому же мы хотели отпраздновать назначение Джерри деканом и вице-президентом университета. Это был замечательный вечер (рис. 29–1).

29–1. Моя семья в Стокгольме. Стоят, слева направо: Алекс и Энни Бистрен (мои племянник и племянница), Жан-Клод Бистрен (их отец, брат Дениз), Рут Фишбах (троюродная сестра Дениз) и ее муж Джерри Фишбах, Марсия Бистрен (жена Жан-Клода). Сидят, слева направо: Либби, Эмили и Пол Кандель, Дениз, я, Минуш и ее муж Рик Шайнфилд и Эллисон. (Фото из архива Эрика Канделя).

Днем 8 декабря Аренд, Пол и я прочитали свои Нобелевские лекции в Каролинском институте перед его сотрудниками и студентами, а также перед нашими гостями и друзьями. Я рассказал о своей работе и, представляя аудитории аплизию, не мог не отметить, что это животное не только отличается красотой, но и внесло немалый вклад в науку. Затем я ненадолго показал на экране прекрасную картинку, которую мне прислал Джек Бирн, один из моих первых аспирантов. На ней была изображена гордая аплизия с Нобелевской медалью на шее (рис. 29–2). Аудитория разразилась смехом.

29–2. Аплизия с Нобелевской медалью. (Фото любезно предоставил Джек Бирн).

По традиции каждый год в ближайшее к церемонии вручения премий воскресенье еврейское сообщество Стокгольма, объединяющее около семи тысяч человек, приглашает нобелевских лауреатов — евреев в Большую стокгольмскую синагогу, чтобы лично получить благословение раввина и символический подарок. Я посетил эту синагогу 9 декабря в сопровождении немалой свиты из коллег и членов семьи. Во время службы меня попросили сказать краткое слово и подарили мне прекрасную маленькую модель Большой синагоги, сделанную из стекла. Дениз получила в подарок красную розу от одной из прихожанок, тоже прятавшейся во Франции во время войны.

На следующий день, 10 декабря, мы получили Нобелевские премии из рук короля Карла XVI Густава. Церемония, проходившая в Стокгольмском концертном зале, была самым замечательным и запоминающимся событием этих дней. Малейшие детали были доведены до совершенства в 10 столетие, в течение которого эта церемония проводится В память об Альфреде Нобеле концертный зал был украшен цветами из города Сан-Ремо в Италии, где Нобель провел последние годы жизни. Все присутствующие мужчины были во фраках с белыми галстуками-бабочками, и чудесное праздничное настроение царило в воздухе. Музыка Стокгольмского филармонического оркестра, сидевшего на балконе за сценой, неоднократно звучала в ходе церемонии.

Церемония началась в 16:00. Когда все лауреаты и члены Нобелевской ассамблеи были на сцене, явился король в сопровождении королевы Сильвии, их трех детей и тетки короля, принцессы Лилианы. Когда королевская семья заняла свои места, зазвучал королевский гимн, которому стоя подпевала аудитория из двух тысяч высокопоставленных гостей. Большой живописный портрет Альфреда Нобеля был, казалось, главным лицом на этом мероприятии.

Награждение началось со вступительного слова на шведском языке, которое произнес Бенгт Самуэльсон, председатель правления Нобелевского фонда. Вслед за ним выступили представители пяти присуждающих премии комитетов, рассказавшие об открытиях и достижениях лауреатов. Нашу премию представлял Урбан Унгерстадт — выдающийся нейробиолог и член Нобелевского комитета при Каролинском институте. Рассказав по-шведски о достижениях каждого из нас, он повернулся и обратился к нам на английском:

Дорогие Арвид Карлссон, Пол Грингард и Эрик Кандель! Ваши открытия, связанные с «передачей сигналов в нервной системе», поистине изменили наши представления о работе мозга.

Благодаря исследованиям Арвида Карлссона мы теперь знаем, что болезнь Паркинсона вызывается нарушением выделения дофамина в синапсах. Мы знаем, что можем восстанавливать эту нарушенную функцию с помощью препаратов несложного вещества, которое называется леводопа и позволяет восполнять утраченные запасы дофамина, тем самым улучшая жизнь миллионов людей. Благодаря работам Пола Грингарда мы знаем, каков механизм этих процессов: как вторичные посредники активируют протеинкиназы, приводя к изменениям клеточных реакций. Мы начали понимать ту ключевую роль, которую играет фосфорилирование в самой координации сигналов, поступающих в нервные клетки через разные медиаторы. Наконец, работы Эрика Канделя показали нам, как эти медиаторы через вторичные посредники и фосфорилирование белков обеспечивают формирование кратковременной и долговременной памяти, составляя саму основу нашей способности к существованию и осмысленному взаимодействию в этом мире.

От имени Нобелевской ассамблеи Каролинского института я хочу передать наши сердечнейшие поздравления и прошу вас выйти вперед, чтобы получить Нобелевскую премию из рук Его Величества Короля.

Арвид, Пол и я один за другим встали и вышли вперед. Каждый из нас пожал руку королю и получил от него украшенную грамоту в кожаной папке, в которую также была вложена золотая Нобелевская медаль. На одной стороне этой медали представлен профиль Альфреда Нобеля (рис. 29–3), а на другой — две женские фигуры, одна из которых изображает гения медицины, а другая — больную девушку. Гений медицины, держа на коленях раскрытую книгу, собирает воду, текущую из скалы, чтобы утолить жажду больной. Под звуки труб я трижды поклонился, как положено по этикету: королю, Нобелевской ассамблее и, наконец, Дениз, Полу, Эмили, Минуш, Рику и всем остальным почетным гостям. Когда я вернулся на свое место, Стокгольмский филармонический оркестр сыграл третью часть непревзойденного моцартовского концерта для кларнета. В этот торжественный момент мелодичные соло, написанные для слушателей с венским темпераментом, таких как я, звучали еще прекраснее, чем обычно.

29–3. Мои внучки Либби и Эллисон вместе со мной на сцене во время перерыва на церемонии вручения Нобелевских премий. В руках у нас Нобелевская медаль. (Фото из архива Эрика Канделя).

Сразу после церемонии награждения мы направились в банкетный зал в городской ратуше. Это великолепное здание, завершенное в 1923 году, было построено по проекту великого шведского архитектора Рагнара Эстберга по мотивам архитектуры площадей севера Италии. За стоящим в центре большого зала столом, накрытым на восемьдесят персон, разместились лауреаты, королевская семья, премьер-министр и другие высокопоставленные гости. Гости лауреатов, члены присуждающих премии комитетов, представители ведущих университетов, а также правительства и бизнеса расселись за двадцатью шестью столами, окружающими центральный стол. Вдоль стен сидели студенты, по несколько человек из каждого шведского университета и некоторых колледжей.

После ужина каждый лауреат или один представитель от группы лауреатов поднимался на подиум, чтобы сказать несколько слов. От нашей группы выступил я:

Над входом в храм Аполлона в Дельфах было выбито изречение «Познай себя». Со времен первых рассуждений Сократа и Платона о природе человеческой психики многие выдающиеся мыслители — от Аристотеля до Декарта, от Эсхила до Стриндберга и Ингмара Бергмана — на протяжении многих веков видели мудрость в стремлении разобраться в самом себе и в собственном поведении. <…>

Арвид Карлссон, Пол Грингард и я, которым вы оказываете честь сегодня, и другие ученые нашего поколения попытались перевести абстрактные философские вопросы о психике на эмпирический язык биологии. Ключевой принцип, направляющий нашу работу; состоит в том, что психика представляет собой набор операций, выполняемых мозгом — поразительно сложным вычислительным устройством, которое создает наше восприятие окружающего мира, направляет наше внимание и управляет нашими действиями.

Мы трое сделали первые шаги в направлении поиска связей психики с молекулами, определяя, как биохимия передачи сигналов в пределах нервных клеток и между ними связана с психическими процессами и психическими расстройствами. Мы установили, что нейронные сети мозга не остаются неизменными и что взаимодействие между мереными метлами могут регулировать молекулы нейромедиаторов открытые здесь, в Швеции, представителями вашей вели кой школы молекулярной фармакологии.

Глядя в будущее, наше поколение ученых пришло к убеждению, что биология психики будет не менее важна для науки этого века, чем для науки XX века была биология гена В целом биологические исследования психики — это нечто большее, чем многообещающее естественнонаучное направление: это также важный гуманитарный проект. Биология психики устраняет разрыв между естественными науками, которые занимаются миром природы, и гуманитарными, которые занимаются смыслом человеческого опыта. Открытия, которые будут получены этой новой объединенной наукой, не только позволят нам лучше разобраться в психических и неврологических расстройствах, но и приведут к более глубокому пониманию самих себя. Наконец, еще при жизни нашего поколения нам удалось получить первые биологические данные, приближающие к этому более глубокому пониманию собственного «я». Мы знаем, несмотря на то что слова того изречения больше не запечатлены в камне в Дельфах, они запечатлены у нас в мозгу. Это изречение на века сохранилось в человеческой памяти посредством тех самых происходящих в мозгу молекулярных процессов, которые вы отметили сегодня высокой наградой и в которых мы еще только начинаем разбираться.

За банкетом последовали танцы. Мы с Дениз взяли несколько уроков, чтобы улучшить наше слабое и редко практикуемое умение вальсировать, но, к сожалению и бесконечному разочарованию Дениз, нам почти не представилось возможности потанцевать. Как только закончился ужин, к нам подошли наши друзья, и разговор с ними доставил мне такое удовольствие, что было трудно от него оторваться.

Следующим вечером, 11 декабря, мы были приглашены королем и королевой на ужин в королевский дворец. Утром 13 декабря, в день св. Луции и первый день принятого в Швеции месячного празднования Рождества, Пола, Арвида и меня разбудили юные студентки и студенты колледжа (в основном студентки) со свечами в руках, исполняющие праздничные песнопения в нашу честь. После этого мы уехали из столицы, чтобы прочитать серию лекций в Уппсальском университете. Мы вернулись к шумному ужину по случаю праздника св. Луции, устроенному в Стокгольме студентами-медиками. На следующий день мы отправились обратно в Нью-Йорк.

Через четыре года, 4 октября 2004 года, мы с Дениз летели на самолете компании Lufthansa из Вены в Нью-Йорк, когда стюардесса передала мне сообщение, в котором говорилось, что мой друг и коллега Ричард Аксель и Линда Бак, некогда работавшая у него постдоком, получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за свои новаторские исследования чувства обоняния, выполненные в Колумбийском университете. В декабре 2004 года все мы снова отправились в Стокгольм, чтобы отпраздновать вручение премии Ричарду и Линде. Поистине жизнь — это круговорот!

Через несколько недель после того, как мне позвонили из Стокгольма, чтобы сообщить, что я получил Нобелевскую премию, мне написал поздравительное письмо Томас Клестиль, президент Австрии. Он выразил желание каким-то образом воздать мне должное как уроженцу Вены и нобелевскому лауреату. Я воспользовался случаем и предложил, чтобы мы организовали симпозиум на тему «Реакция Австрии на национал-социализм: последствия Для естественных и гуманитарных наук». Моя цель состояла в том, чтобы сравнить реакцию Австрии на гитлеровский период, которая состояла в отрицании каких-либо грехов с реакцией Германии, где попытались честно пересмотреть свое прошлое.

Президент Клестиль с энтузиазмом принял мое предложение и прислал копии текстов нескольких произнесенных им речей о непростом положении евреев в современной Вене. Затем он связал меня с министром образования Элизабет Герер, чтобы та помогла мне организовать симпозиум. Я сообщил ей, что надеюсь, что симпозиум выполнит три функции: во-первых, будет способствовать признанию роли Австрии в усилиях нацистов по уничтожению евреев во время Второй мировой войны, во-вторых, станет попыткой осмыслить умалчивание Австрией ее роли в нацистский период, и в-третьих, поможет оценить значение исчезновения еврейского сообщества Вены для науки.

Роль Австрии, которой касаются первые два вопроса, вполне ясна. В течение десятка лет до присоединения Аварии к Германии значительная часть австрийского населения состояла в нацистской партии. После присоединения австрийцы составили около 8 % населения Третьего рейха, однако их доля среди должностных лиц, занимавшихся уничтожением евреев, превышала 30 %. Австрийцы командовали четырьмя лагерями смерти на территории Польши и занимали другие руководящие посты в Третьем рейхе: кроме Гитлера австрийцами были также Эрнст Кальтенбруннер, начальник над гестапо, и Адольф Эйхман, руководивший программой уничтожения евреев. По оценкам историков, примерно половина из 6 млн евреев, сгинувших за время холокоста, была убита австрийскими функционерами под руководством Эйхмана.

И все же, несмотря на свое активное участие в холокосте, австрийцы заявили, что стали жертвами гитлеровской агрессии. Отто фон Габсбург, претендент на австрийский престол, сумел убедить союзников, что Австрия была первым свободным государством, которое пало жертвой развязанной Гитлером войны. В 1943 году, незадолго до окончания войны, и Соединенные Штаты, и Советский Союз согласились принять эту точку зрения, потому что фон Габсбург считал, что она будет способствовать сопротивлению австрийцев нацистам во время этой затяжной фазы войны. В последующие годы обе страны союзников поддерживали этот миф, чтобы обеспечить сохранение Австрией нейтралитета в холодной войне. Поскольку Австрии не пришлось держать ответ за свои действия с 1938 по 1945 год, ее обошли стороной те переоценка ценностей и самоочищение, которые проделала после войны Германия.

Австрия охотно приняла вид оскорбленной невинности, и это отношение характеризовало многие ее действия после войны, в том числе решение вопроса о финансовых претензиях евреев. Позиция Австрии по вопросу о репарациях евреям с самого начала была бескомпромиссной, основанной на том положении, что Австрия сама была жертвой агрессии. Таким образом, после войны выжившим представителям старейшего, крупнейшего и самого выдающегося из еврейских сообществ было, по сути, повторно отказано в правах как финансового, так и морального плана.

Союзники с самого начала утвердили эту мнимую невинность, освободив Австрию от уплаты репараций. В 1945 году оккупационные власти союзников добились от австрийского парламента принятия закона о военных преступниках, но специальный орган прокуратуры для приведения закона в действие был организован только в 1963 году. Судили в итоге немногих, а большинство из тех, кого судили, было оправдано.

С огромным интеллектуальным уроном, понесенным Австрией, тоже все ясно. Через считанные дни после вступления Гитлера в Вену ее интеллектуальную жизнь постигло разорение. Около 50 % сотрудников медицинского факультета Венского университета (одного из крупнейших и лучших в Европе) уволили за то, что они были евреями. Венская медицина так никогда и не оправилась от этой «чистки». Особенно прискорбно то, как мало было сделано после падения Третьего рейха для исправления беззаконий, жертвами которых стали ученые-евреи, и для восстановления австрийского научного сообщества. Лишь небольшое число этих ученых было приглашено обратно в Вену, и еще меньшее их число получило компенсации за отнятые собственность или доходы. Из тех, кто вернулся, некоторые не были восстановлены на своих университетских должностях и почти всем стоило большого труда вернуть жилье и даже гражданство, которого они были лишены.

Другой не менее печальный факт состоит в том, что многие из тех сотрудников медицинского факультета, которые не были евреями и оставались в Вене во время войны, были нацистами, но впоследствии сохранили свои университетские должности. Более того, некоторые из тех, кто вначале был вынужден уйти из университета из-за совершенных ими преступлений против человечности, впоследствии были восстановлены в своих должностях.

Приведу только один пример. Эдуард Пернкопф, декан медицинского факультета с 1938 по 1943 год и ректор Венского университета с 1943 по 1945 год, был нацистом еще задолго до прихода Гитлера в Австрию. Ом был «сочувствующим» национал-социалистической партии с 1932 года и ее официальным членом с 1933-го. Через три недели после присоединения Австрии к Германии он был назначен деканом. Он пришел в нацистской униформе на встречу с сотрудниками факультета, откуда уволил всех врачей-евреев, и приветствовал их нацистским «Хайль Гитлер!» (рис. 29–4). После войны Пернкопф был посажен союзниками в тюрьму в Зальцбурге, но через несколько лет его освободили, а статус военного преступника заменили на менее серьезный. Что еще отвратительнее, ему разрешили завершить книгу «Атлас анатомии» — работу, основанную на вскрытиях трупов людей, убитых в австрийских концлагерях.

29–4. Эдуард Перикопф, декан медицинского факультета Венского университета, на встрече со своими сотрудниками в апреле 1938 года через несколько недель после вступления Гитлера в Вену. Декан и заранее подготовленные сотрудники приветствуют друг друга нацистским приветствием и словами «Хайль Гитлер!» (Фото любезно предоставило Австрийское общество современной истории).

Пернкопф был одним из многих австрийцев, реабилитированных в послевоенный период. Их реабилитация подчеркивает австрийскую склонность забывать, замалчивать и отрицать события нацистского периода. В австрийских книгах по истории участие Австрии в преступлениях против человечности не упоминалось, и откровенные нацисты продолжали учить новое поколение австрийцев после окончания войны. Антон Пелинка, один из ведущих специалистов по политической истории Австрии, назвал это явление «великим австрийским табу». Именно этот моральный вакуум побудил Симона Визенталя основать свой центр документации военных преступлений нацистов в Австрии, а не в Германии.

В некоторой степени этому табу способствовала и робость австрийских евреев — моя в том числе. Когда я впервые вернулся в Вену в 1960 году и ко мне на улице подошел человек, узнавший во мне сына Германа Канделя, ни один из нас даже не упомянул о событиях прошедших лет. Через двадцать лет, когда нас со Стивеном Куффлером принимали в почетные члены Австрийского физиологического общества, ни один из нас не стал протестовать, когда представлявший нас профессор умолчал о нашем бегстве из Вены, как будто ничего этого не было.

Но к 1989 году я понял, что больше не могу молчать. Весной того года Макс Бирнштиль, замечательный швейцарский специалист по молекулярной биологии, пригласил меня в Вену для участия в симпозиуме, посвященном открытию Института молекулярной патологии. Макс, очевидно, решил оживить научную жизнь Вены. Симпозиум проходил в апреле, когда со дня моего отъезда из Вены прошло почти пятьдесят лет, и это совпадение тоже меня вдохновило.

Я начал свое выступление с нескольких слов о причинах отъезда из Вены и о том, какие противоречивые чувства вызывало у меня возвращение в этот город. Я рассказал о своей любви к Вене, где я впервые познакомился с музыкой и искусством, ценителем которых стал, а также о возмущении, разочаровании и боли, вызванных унижениями, которые я здесь испытал. Я добавил, как мне повезло, что у меня была возможность уехать в Соединенные Штаты.

По окончании этих вступительных слов никто не аплодировал, не было никакой реакции. Уже после моего доклада ко мне подошла одна маленькая пожилая дама и сказала, очень по-венски: «Вы знаете, не все венцы были плохими!»

Симпозиум, провести который я предложил президенту Клестилю, состоялся в июне 2003 года. Его помог организовать Фриц Штерн, мой добрый друг и коллега по Колумбийскому университету. Кроме него в симпозиуме приняли участие и другие выдающиеся историки — эксперты по вопросам, которым был посвящен симпозиум. В докладах обсуждались различия между Германией, Швейцарией и Австрией в их отношении к прошлому и опустошительные последствия утраты множества великих ученых для интеллектуальной жизни Вены. В число этих ученых входили Поппер, Витгенштейн и ключевые фигуры из числа философов Венского кружка, Фрейд, признанный во всем мире лидер психоанализа, а также лидеры великих венских школ медицины и математики. В последний день симпозиума выступили три венских эмигранта, рассказавшие о влиянии свободы американской университетской жизни, а Вальтер Кои, тоже венский эмигрант и лауреат Нобелевской премии по химии из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, и я поведали о том, что нам пришлось пережить.

Этот симпозиум также дал мне возможность установить контакт с еврейским сообществом Вены и задуматься об особенностях того, что пережили венские евреи. Я прочитал лекцию в Еврейском музее, после которой пригласил нескольких слушателей на ужин в расположенный неподалеку ресторан, где мы говорили о прошлом и о будущем.

Представители венского еврейского сообщества, с которыми я ужинал, напомнили мне о том, что было утрачено. История австрийской культуры и науки современной эпохи во многом шла бок о бок с историей австрийского еврейства. Только в Испании xv века европейскому еврейскому сообществу довелось пережить еще более продуктивный период, чем в Вене в позднюю эпоху правления династии Габсбургов, с 1860 по 1918 год и в следующее десятилетие. В 1937 году Ханс Титце сказал: «Без евреев Вена не была бы тем, чем она является, а евреи без Вены лишились бы ярчайшей эпохи своего существования за последние несколько веков».

Обсуждая значение евреев для венской культуры, Роберт Вистрих писал: «Можно ли представить культуру XX века без вклада Фрейда, Витгенштейна, Малера, Шенберга, Карла Крауса, Теодора Герцля? <…> Эти представители светской еврейской интеллигенции изменили облик Вены, да и всего мира. Они помогли превратить город, который находился не на переднем плане европейской интеллектуальной и культурной жизни (за исключением музыкальной), в настоящую лабораторию по созданию творческих триумфов и трагедий современного мира».

После симпозиума я еще раз встретился с некоторыми из тех венских евреев, с которыми ужинал ранее, и поговорил с ними о том, что они думают о результатах симпозиума. Они согласились, что симпозиум помог университетской молодежи вены понять, что Австрия с энтузиазмом сотрудничала с германскими нацистами в ходе холокоста. Кроме того, он привлек внимание (с помощью газет, журналов, телевидения и радио) к тому факту, что лишь немногие представители международного сообщества задумывались о роли Австрии в гитлеровскую эпоху. Это обнадежило меня: положение дел может постепенно измениться.

Но один случай указывает на то, что Австрии по-прежнему сложно признать свой тяжкий долг и ответственность перед еврейским сообществом. Когда мы с Вальтером Коном были в Вене в июне 2003 года, мы узнали, что венская Israelitische Kultusgemeinde (Еврейская община — общественная организация, ответственная за содержание синагог, еврейских школ и больниц, а также венского еврейского кладбища) приблизилась к банкротству, стараясь уберечь все эти объекты от продолжающегося вандализма. Европейские правительства обычно компенсируют еврейским организациям такие расходы, но компенсация австрийского правительства была недостаточной. В результате общине пришлось опустошить собственную казну и истратить все деньги. Президент Еврейской общины Ариэль Музикант обращался к правительству с прошениями об увеличении субсидий, но получил отказ.

Вернувшись в Соединенные Штаты, мы с Вальтером Коном объединили усилия, чтобы узнать, можем ли мы как-то помочь в этой ситуации. Петер Лаунски-Тиффенталь, австрийский генеральный консул в Лос-Анджелесе, с которым познакомился Вальтер, согласился организовать встречу, в которой должны были участвовать он сам, Музикант, Вольфганг Шюссель (канцлер Австрии), Вальтер и я.

Мы считали вопрос об этой встрече решенным, но в последний момент Шюссель отказался в ней участвовать. Он сделал это по двум причинам. Во-первых, он беспокоился о том, что его участие может быть воспринято как признание того, что австрийское правительство слишком мало делает для еврейского сообщества, а он это отрицал. Во-вторых, он готов был говорить с Вальтером Коном, но не со мной потому что я был известен своей критикой Австрии.

К счастью, когда мы с Вальтером приехали в Вену на симпозиум, мы познакомились там с Михаэлем Хойплем — мэром города Вены, составляющего одну из федеральных земель Австрии. Хойпль, бывший биолог, произвел на нас огромное впечатление, и мы очень приятно провели с ним вечер. Он признавал, что Еврейской общине выделяется недостаточно средств. После того как с нами отказался разговаривать Шюссель, Вальтер написал Хойплю, который сразу развил бурную деятельность на уровне федеральных земель. Мы с Вальтером были очень рады узнать, что ему удалось убедить губернаторов австрийских земель оказать Венской еврейской общине финансовую помощь. В июне 2004 года общину удалось спасти от банкротства, по крайней мере на время.

Занимаясь этими переговорами, я чувствовал, что мы должны помогать венской Еврейской общине из принципа, руководствуясь моральными соображениями. Насколько я знал, у меня не было никакой личной ответственности перед этой организацией. Но несколько недель спустя я узнал, что ошибался. Помимо принципов у меня был и личный долг, который обязывал меня поддерживать Венскую еврейскую общину.

В июле 2004 года из Еврейской общины я получил через Музей холокоста в Вашингтоне досье на моего отца. В нем сохранились его прошения о средствах для оплаты дороги до Соединенных Штатов для моего брата и меня, а также для самих наших родителей. Проще говоря, я обязан своим существованием в Соединенных Штатах щедрости Венской еврейской общины.

Несмотря на успех предприятия мэра Хойпля, некоторые из венских евреев не видят для себя и своих детей будущего в Австрии. Численность евреев в современной Вене невелика. В настоящее время лишь около девяти тысяч венцев официально зарегистрированы в Еврейской общине, и кроме них может быть еще около восьми тысяч незарегистрированных. Эти немногие включают представителей той малой доли венских евреев, которым удалось пережить войну и которые вернулись в Вену, а также тех, кто переселился сюда из стран Восточной Европы. Немногочисленность этого сообщества показывает, что австрийское правительство не остановило еврейскую эмиграцию и не преуспело, в отличие от Германии, в поощрении иммиграции восточноевропейских евреев в свою страну.

Современное положение дел в Вене напоминает мне сатирический роман Хуго Беттауэра «Город без евреев: роман про послезавтра», написанный в 1922 году. Беттауэр описал будущую Вену как город, из которого антисемитское правительство изгнало всех евреев, в том числе тех, кто обратился в христианство, потому что даже они не вызывали доверия. Без евреев интеллектуальная и общественная жизнь Вены, равно как и ее экономика, пришла в упадок. Один из героев говорит о городе, в котором больше нет евреев, следующее: «Я всегда внимательно приглядываюсь и прислушиваюсь к окружающему: утром, когда я хожу за покупками, на концертах, в опере, в трамвае. И при этом я слышу, что люди все чаще с тоской вспоминают о прошлом и говорят так, будто оно было прекрасным. <…> „В старые времена, когда здесь еще были евреи“, — говорят они со всевозможными интонациями, но никогда не с ненавистью. Знаете, по-моему, люди и правда начинают тосковать по евреям».

Отцы города в книге Беттауэра поняли, что у них нет иного выбора, кроме как уговорить евреев вернуться в Вену. К сожалению, сегодня такой финал кажется столь же неправдоподобным, как и восемьдесят лет назад.

Я вернулся в Вену в сентябре 2004 года, чтобы отпраздновать публикацию материалов симпозиума и принять участие в осенней встрече кавалеров ордена Pour le Merite («За заслуги»). Этим орденом, первоначально учрежденным в 1748 году прусским королем Фридрихом Великим награждают выдающихся ученых и художников, половина из которых немцы, а другая половина — иностранцы, говорящие по-немецки. Кроме того, наши дети уговорили нас с Дениз отметить Йом-Кипур в главной венской синагоге.

Когда мы подошли к синагоге, она была окружена охраной из опасения насильственных действий как австрийских, так и арабских антисемитов. Когда нам разрешили войти, оказалось, что прихожане зарезервировали для нас места в первом ряду мужской и женской половин. В ходе службы раввин Пауль Хаим Айзенберг хотел оказать мне честь и попросил меня подняться на возвышение и открыть завесу ковчега, где хранятся свитки Торы. Мои глаза наполнились слезами, я застыл на месте и не мог заставить себя это сделать.

На следующий день я посетил встречу кавалеров ордена Pour le Merite. Вместе с нами на эту встречу собрались кавалеры австрийского почетного знака Ehremeichen fur Wissenschaft und Kunst («За науку и искусство»). Мы выслушали антиамериканскую лекцию о будущем Европы, которую прочитала энергичная восьмидесятилетняя дама Элизабет Лихтенбергер, известный специалист по географии городов, исследовательница социальной и экономической структуры венском Рингштрассе. Во время обеденного перерыва она нашла меня, чтобы расспросить о том, что я думаю об отличиях жизни в Соединенных Штатах и Австрии. Я сказал, что она обратилась не по адресу: для меня это несравнимые вещи. Мне едва удалось бежать из Вены в 1939 году, спасая жизнь, а в Соединенных Штатах я жил среди привилегированных слом общества.

Тогда она наклонилась ко мне и сказала: «Позвольте мне объяснить, что произошло в тридцать восьмом и тридцать девятом. До тридцать восьмого года в Вене была массовая безработица. Я ощущала это и в моей семье, народ был беден и угнетен. Всем заправляли евреи — банками, газетами. Большинство врачей были евреями, и они просто выжимали последние гроши из этого обнищавшего народа. Это было ужасно. Вот почему все это произошло».

Поначалу я подумал, что она шутит, но когда понял, что она говорит это всерьез, я повернулся к ней и буквально закричал: Ich glaube nicht was Sie mirsagen! — «Мне не верится, что вы мне это говорите! Вы, ученый, беззастенчиво ведете нацистскую антисемитскую пропаганду!»

Вскоре все, кто был вокруг нашего стола, повернулись к нам в изумлении, а я тем временем продолжал свою возмущенную речь в ее адрес. Наконец, увидев, что мои слова не производят на нее никакого впечатления, я повернулся к ней спиной и заговорил с человеком, сидевшим с другой стороны от меня.

Мое столкновение с Элизабет Лихтенбергер было первым из трех характерных разговоров с австрийцами разного возраста, в которых я участвовал во время той поездки в Вену в сентябре 2004 года. Второй разговор был с женщиной лет пятидесяти, уроженкой Вены, секретаршей Антона Цайлингера, специалиста по квантовой физике, австрийского кавалера ордена Pour le Merite. Повернувшись ко мне, она сказала: «Я так рада, что прочитала ваш доклад на прошлогоднем симпозиуме. До этого я ничего не знала о Хрустальной ночи!» И наконец, один молодой австрийский бизнесмен, встретившийся мне в вестибюле гостиницы, узнал меня и сказал: «Как замечательно, что вы снова приехали в Вену! Это, должно быть, так непросто дли вас!»

Эти мнения, по-видимому, точно отражают спектр отношений австрийцев к евреям, во многом зависящий от возраста. Надеюсь, что разница в отношениях этих трех поколений может говорить о том, что антисемитизм в Австрии ослабевает. Даже некоторые из живущих в Вене евреев отмечают это.

Два других события были еще более обнадеживающими Первое случилось на конференции, посвященной книгам где меня представлял аудитории Георг Винклер, ректор Венского университета. Винклер сделал все что мог, чтобы признать сотрудничество университета с нацистами и извиниться за него. «Венскому университету давно пора провести собственное исследование и опубликовать все данные о своей роли в национал-социализме», — заявил он.

Второе событие произошло на рауте с участием кавалеров ордена Pour le Merite, проходившем в императорском дворце Хофбург, бывшей резиденции Габсбургов. Находясь в Вене, я узнал, что недавно скончался президент Клестиль, за четыре года до этого пригласивший меня в Вену организовать симпозиум. На встрече в Хофбурге я познакомился с недавно избранным новым президентом Австрии Хайнцем Фишером. Он сразу вспомнил мое имя и пригласил нас с Дениз поужинать с ним и его женой в неофициальной обстановке в отеле «Захер». За этим ужином президент рассказал нам, что отца его жены нацисты посадили в 1938 году в концлагерь и отпустили только потому, что ему удалось получить шведскую визу. И президент Фишер, и его жена приложили немало усилий, чтобы убедить Карла Поппера и других эмигрантов-евреев вернуться и остаться жить в Вене.

Новый президент проявляет еще большее участие в жизни венских евреев, чем его предшественник. Кроме того, меня порадовала мысль, что через шестьдесят пять лет после того, как мне пришлось бежать из Вены, президент Австрии приглашает меня на неофициальный и откровенный разговор о жизни венских евреев за ужином с вином и тортом в отеле «Захер».

В наш последний день в Вене, 4 октября, мы с Дениз остановились по дороге в аэропорт возле дома номер 8 на Северингассе. Мы не пытались зайти в дом и еще раз взглянуть на ту маленькую квартирку, которую я покинул шестьдесят пять лет назад, а просто постояли снаружи, глядя на облупленную деревянную дверь, залитую солнечным светом. Настроение у меня было удивительно мирное. Я был так рад, что выжил и что, покинув этот дом, спасся от холокоста, почти не пострадав.

30. Уроки памяти: перспективы

Более пятидесяти лет занимаясь исследованиями и преподаванием, я по-прежнему нахожу занятие наукой в университете (в моем случае — Колумбийском) бесконечно интересным. Мне доставляют немало радости размышления о том, как работает память, развитие отдельных идей о механизмах ее сохранения, оформление этих идей в ходе обсуждений со студентами и коллегами и наблюдение за тем, как такие идеи доводятся до ума на следующем этапе — в ходе экспериментальной проверки. Я продолжаю научную работу, которой занимаюсь почти по-детски — с простодушной радостью, любопытством и удивлением. Я чувствую, что мне особенно повезло заняться биологией психики — областью, в которой (в отличие от моей первой любви — психоанализа) за последние пятьдесят лет удалось добиться колоссальных успехов.

Когда я вспоминаю эти годы, я поражаюсь, как мало было оснований с самого начала заподозрить, что биология станет главным увлечением моей профессиональной жизни. Если бы в лаборатории Гарри Грундфеста я не испытал восторга от работы исследователя, от проведения экспериментов, которые позволяют открыть что-то новое, моя карьера — да и вся жизнь, наверное, — сложилась бы совсем по-другому. За первые два года обучения в медицинской школе я прошел требуемые базовые естественнонаучные курсы, но, пока сам не начал проводить исследования, я видел в своем естественнонаучном образовании лишь необходимые условия, чтобы заняться тем, что меня по-настоящему интересовало, то есть медициной: работать с пациентами, разбираться в их болезнях и готовиться стать психоаналитиком. Я с удивлением открыл для себя, что работа в лаборатории, собственно научная работа в сотрудничестве с интересными и творческими людьми, сильно отличается от прохождения курсов и чтения литературы, посвященной науке.

При этом я обнаружил, что сам процесс научной работы, повседневного изучения биологических тайн приносит глубокое удовлетворение не только в интеллектуальном, но и в эмоциональном и социальном плане. Проведение экспериментов дает мне радость открытия чудес окружающего мира. Кроме того, научная работа ведется в бурной и бесконечно захватывающей социальной среде. Жизнь ученого-биолога в Соединенных Штатах полна обсуждений и споров, это талмудическая традиция в явном виде! Но вместо комментариев к религиозным текстам мы готовим комментарии к текстам, написанным процессами эволюции, работавшими на протяжении сотен миллионов лет. Мало какое из человеческих дел вызывает столь сильное чувство товарищества с молодыми и старыми коллегами, студентами и учителями, как совместное совершение интересного открытия.

Эгалитарная социальная структура американской науки способствует этому товариществу. Сотрудничество в современной биологической лаборатории работает динамично, действуя не только сверху вниз, но также, что важно, и снизу вверх. Жизнь американского университета преодолевает барьеры, разделяющие людей разного возраста и статуса, и это своеобразное явление всегда меня вдохновляло. Франсуа Жакоб, французский специалист по молекулярной генетике, работы которого так повлияли на мой образ мыслей, говорил мне, что во время первого визита в Соединенные Штаты его более всего поразило то, что аспиранты по имени обращаются к Артуру Корнбергу — всемирно известному исследователю биохимии ДНК. Меня же это нисколько не удивляло. И Грундфест, и Пурпура, и Куффлер всегда обходились со мной и со всеми своими учениками как с равными. Но этого не было и не могло быть в Австрии, Германии и Франции, а возможно, даже в Англии в 1955 году.

В Соединенных Штатах молодые люди не боятся выражать вслух свои мысли, и если им есть что сказать, к ним прислушиваются. Поэтому я многому научился не только у своих наставников, но и из ежедневного взаимодействия с замечательной командой аспирантов и постдоков.

Когда я думаю о студентах и постдоках, с которыми мне довелось сотрудничать в своей лаборатории, мне вспоминается мастерская Андреа Верроккьо — живописца эпохи Возрождения. В период с 1470 по 1475 год в его мастерской работал целый ряд одаренных молодых художников, в том числе Леонардо да Винчи, который учился у Верроккьо живописи и в процессе обучения внес ощутимый вклад в картины, над которыми работал его учитель. По сей день люди указывают на картину Верроккьо «Крещение Христа», висящую в галерее Уффици во Флоренции, и говорят: «Этот прекрасный коленопреклоненный ангел в левом углу был написан в 1472 году Леонардо». Похоже на то, как я, читая лекции и показывая на экране огромные изображения нейронов аплизии и их синапсов, говорю слушателям: «Эту клеточную культуру научилась получать Келси Мартин, эти CREB-белки, активатор и репрессор, открыл Душам Барч, а эти замечательные молекулы в синапсах, работающие как прионы, открыл Каусик Си!»

Научное сообщество в лучших своих проявлениях проникнуто чудесным духом коллегиальности и стремления к общей цели — не только в Соединенных Штатах, но и во всем мире. Как бы я ни гордился вкладом, который мне и моим коллегам удалось внести в вырисовывающуюся сегодня картину механизмов работы памяти, я еще больше горжусь тем, что участвовал в работе и достижениях международного сообщества ученых, стараниями которого возникла новая наука о психике.

На протяжении моей научной карьеры сообщество биологов почти безошибочно продвигалось от открытия молекулярной природы гена и генетического кода к прочтению всего человеческого генома и выяснению генетических основ человеческих болезней. Теперь мы стоим на пороге открытия многих аспектов работы психики, в том числе психических расстройств, а впоследствии, быть может, сумеем разобраться и в биологической природе сознания. Наше общее достижение — та синтетическая дисциплина, которая возникла в рамках биологических наук за последние пятьдесят лет, — поистине феноменально. Оно вывело биологию, некогда бывшую описательной наукой, на новый уровень точности, механистического понимания и научного энтузиазма, сравнимого с физикой и химией. Когда я только поступил в медицинскую школу, большинство физиков и химиков считало биологию «неточной» наукой, сегодня же физики и химики наряду со специалистами по информатике, математиками и инженерами толпами приходят в биологию.

Вот один из примеров, говорящих о появлении этой синтетической биологической дисциплины. Вскоре после того как я начал применять методы клеточной биологии для поиска связи нейронов и работы нервной системы с поведением у аплизии, Сидней Бреннер и Сеймур Бензер занялись поиском генетических подходов, которые позволили бы найти связь нейронов с работой нервной системы и поведением у двух других простых животных. Бреннер изучал поведение крошечного червя Caenorhabditis elegans в центральном нервном тяже которого всего 302 клетки а Бензер — поведение плодовой мухи дрозофилы. У этих трех объектов есть как явные преимущества, так и недостатки. У аплизии крупные и легко доступные нейроны, но для традиционных генетических экспериментов она подходит не идеально, а С. elegans и дрозофила хорошо подходят для таких экспериментов, но их нервные клетки малы и с трудом поддаются исследованию методами клеточной биологии.

За двадцать лет экспериментальные исследования с использованием этих объектов развивались в рамках разных научных школ и шли во многом отдельными путями. Сходство путей было неочевидно. Но возможности современной биологии привели к их постепенному сближению. В экспериментах с аплизией, вначале с использованием метода рекомбинантной ДНК, а теперь — почти полной карты генома моллюска, мы можем переносить гены и манипулировать ими в отдельных клетках. В экспериментах с С elegans и дрозофилой, в свою очередь, новые достижения клеточной биологии и внедрение более продвинутых методов анализа поведения дают возможность изучать поведение с использованием методов клеточной биологии.

В итоге эволюционный консерватизм молекулярных механизмов, который так помог исследованиям биологии генов белков, теперь способствует и исследованиям биологии клеток, нейронных цепей, поведении и обучения.

Несмотря на то глубокое удовлетворение, которое может приносить занятие наукой, делать научную карьеру отнюдь не просто. На своем пути мне довелось вкусить немало радостей, а повседневная научная работа служит прекрасной зарядкой для ума. Но прелесть занятия наукой состоит в исследовании частично или полностью неизведанных областей знания. Как и всякий, кто вступает в область неизведанного, я иногда чувствовал одиночество и неуверенность от невозможности идти по проторенной дороге. Всякий раз, когда я выбирал новый курс, как среди коллег, так и среди не связанных с моей работой друзей находились люди, которые советовали мне не делать этого. Мне рано пришлось научиться не страдать от неуверенности и доверять собственным суждениям по ключевым вопросам.

Этот мой опыт отнюдь не уникален. Большинство ученых, которые пытались выбирать в своих исследованиях хотя бы отчасти новые направления, со всеми трудностями и разочарованиями, которые это может сулить, рассказывают похожие истории о предостережениях людей, советовавших им не рисковать. Однако такие предостережения у большинства из нас только разжигают страсть к неизведанному.

Самым сложным профессиональным выбором в моей жизни было решение отказаться от благополучия психиатра ради научной работы со всей ее неопределенностью. Несмотря на то что я получил хорошую подготовку как психиатр и мне нравилось работать с пациентами, в 1965 году при поддержке Дениз я решил посвятить свое время научным исследованиям. В приподнятом настроении, оставив это решение позади, мы с Дениз взяли небольшой отпуск и приняли приглашение моего доброго друга Генри Нуцберга провести несколько дней в летнем доме его родителей в поселке Йорктаун-Хайтс в штате Нью-Йорк. Генри в то время проходил резидентуру в Массачусетском центре психического здоровья — там же, где и я. Мы с Дениз были более или менее знакомы с его родителями.

Его отец Герман Нунберг был выдающимся психоаналитиком и влиятельным преподавателем. Его учебники я очень ценил за доходчивость изложения. Он отличался широким, хотя и догматическим интересом ко многим аспектам психиатрии. Во время нашего первого совместного ужина я с энтузиазмом описал ему планы своей новой работы, связанной с исследованием механизмов обучения у аплизии. Герман Нунберг посмотрел на меня в изумлении и пробормотал: «У меня такое ощущение, что ваш психоанализ был не вполне успешным. Похоже, вы так толком и не разобрались со своим переносом аффекта».

Это замечание показалось мне комичным и неуместным, а также характерным для многих американских психоаналитиков шестидесятых годов, которые просто не могли понять, что интерес к нейробиологии не обязательно предполагает отрицание психоанализа. Сегодня же почти невозможно представить, чтобы Герман Нунберг, если бы он был жив, высказал подобное суждение ориентированному на психоанализ психиатру, решившему заняться нейробиологией.

Эта тема периодически всплывала на протяжении первых двадцати лет моей научной карьеры. В 1986 году, когда Мортон Райзер уходил на пенсию с поста председателя отделения психиатрии Йельского университета, он пригласил нескольких коллег, меня в том числе, выступить с докладами на симпозиуме, проводившемся в его честь. Одним из приглашенных был Маршалл Эдельсон, близкий соратник Райзера, известный профессор психиатрии и руководитель педагогических и медицинских исследований йельского отделения психиатрии. В своем докладе Эдельсон доказывал, что попытки связать теорию психоанализа с нейробиологической основой или развивать идеи о том, как различные психические процессы осуществляются нейронными системами мозга, являются следствием глубокой логической ошибки. Психикой и телом, продолжал он, необходимо заниматься по отдельности. Причинно-следственных связей между ними искать нельзя. Ученые, говорил он, рано или поздно придут к выводу, что разница между психикой и телом представляет собой не временный методологический камень преткновения, связанный с неадекватностью наших нынешних подходов, а абсолютный, логический и концептуальный барьер, который не смогут преодолеть никакие будущие достижения.

Когда настала моя очередь выступать, я представил статью, посвященную обучению и памяти у моллюсков. В своем докладе я отметил, что все психические процессы, от самых приземленных до самых возвышенных, порождаются мозгом. Более того, все психические расстройства независимо от их симптомов должны быть связаны с определенными изменениями, происходящими в мозгу. Во время обсуждения моего доклада Эдельсон встал и сказал, что, хотя он согласен с тем, что психотические заболевания представляют собой нарушения работы мозга, те расстройства, которые описывал Фрейд и которыми на практике занимаются психоаналитики, например синдром навязчивых состояний и неврозы тревоги, работой мозга объяснить невозможно.

Взгляды Эдельсона и более частное суждение Германа Нунберга представляют собой отдельные крайности, но не так уж много лет назад они отражали образ мыслей на удивление большого числа психоаналитиков. Уметь их представлений и особенно нежелание рассматривать психоанализ в более широком контексте нейробиологии препятствовали развитию психоанализа на протяжении начавшегося некоторое время назад золотого века биологии. Теперь я думаю, что Нунбергу, а возможно, даже Эдельсону в действительности не было свойственно мнение, что психика и мозг отделены друг от друга: они просто не знали, как связать одно с другим.

Начиная с восьмидесятых годов способы, позволяющие связывать психику и мозг, вырисовались более отчетливо. В связи с этим психиатрия приняла на себя новую роль. Она стала не только получать выгоду от достижений современной биологии, но и способствовать ее развитию. За последние несколько лет я стал свидетелем заметного интереса психоаналитиков к биологии психики. Теперь мы понимаем, что любое психическое состояние есть состояние мозга, а любое психическое расстройство есть расстройство работы мозга. Эффект всех способов лечения психических нарушений связан с воздействием на структурные и функциональные изменения мозга.

Когда я перешел от изучения гиппокампа млекопитающих к исследованиям простых форм обучения у морского моллюска, я столкнулся с другой разновидностью негативных реакций на мою работу. Ученым, работавшим в то время с мозгом млекопитающих, было свойственно ярко выраженное ощущение, что нервная система млекопитающих сильно отличается от нервной системы более примитивных позвоночных, таких как рыбы или лягушки, и что она несопоставимо сложнее, чем нервная система беспозвоночных. Тот факт, что Ходжкин, Хаксли и Кац заложили фундамент для исследований нервной системы, работая с гигантским аксоном кальмара и нервно-мышечными синапсами лягушки, те «маммальные[36] шовинисты» рассматривали как исключение. Они готовы были признать, что все нервные клетки похожи, но были убеждены, что системы нейронных цепей и поведение у позвоночных и беспозвоночных принципиально отличаются друг от друга. Такая ересь пользовалась успехом, пока биология не начала получать свидетельства поразительного эволюционного консерватизма генов и белков.

Не утихали споры и о том, можно ли переносить на более сложные организмы какие-либо из результатов, полученных в ходе исследований простых животных и касающихся клеточных и молекулярных механизмов обучения и памяти. В частности, некоторые ученые спорили с тем, что сенсибилизация и привыкание представляют собой формы памяти, пригодные для ее изучения. Этологи, которые исследуют поведение животных в их естественной среде, давно подчеркивали важность и универсальность этих двух простых форм памяти. Но бихевиористы прежде всего отмечали ассоциативные формы поведения, такие как выработка классических и инструментальных условных рефлексов, которые явно сложнее, чем привыкание и сенсибилизация.

Эти споры были разрешены благодаря двум открытиям. Во-первых, Бензер доказал, что циклический АМФ, который, как мы выяснили, играет важную роль в кратковременной сенсибилизации у аплизии, необходим и для более сложных форм обучения более сложного животного, а именно для выработки классического условного рефлекса дрозофилы. Во-вторых, что еще важнее, оказалось, что регуляторный белок CREB, первоначально обнаруженный у аплизии, служит важным компонентом преобразования кратковременной памяти в долговременную, причем во многих формах обучения и у разных организмов, от моллюсков до мух, мышей и людей. Кроме того, стало ясно, что обучение и память, а также синаптическая и нейронная пластичность представляют семейство процессов, объединяемых общей логикой и некоторыми ключевыми компонентами, но отличающихся деталями молекулярного механизма.

Когда осела пыль, стало ясно, что в основном эти споры оказались полезны для науки: они помогли отчетливее сформулировать обсуждаемый вопрос и способствовали научному прогрессу. Для меня было важно именно это — ощущение того, что мы движемся в правильном направлении.

В каком направлении будет развиваться новая наука о психике в дальнейшем? В своих исследованиях работы памяти мы пока находимся лишь у подножия огромного хребта. Нам удалось в какой-то степени разобраться в клеточных и молекулярных механизмах формирования памяти, теперь нужно перейти к ее системным свойствам и задаться новыми вопросами. Какие нейронные цепи задействованы в разных формах памяти? Как внутренние представления о каком-то лице, месте, напеве или ощущении закодированы у нас в мозгу?

Чтобы преодолеть барьер, отделяющий нынешнее положение нашей науки от того, к которому мы стремимся, в методологии исследований мозга должны произойти серьезные концептуальные изменения. Одним из таких изменений будет переход от изучения элементарных процессов (то есть отдельных белков, отдельных генов и отдельных клеток) к исследованию системных свойств (механизмов, в которых задействованы многие белки, сложные нейронные системы, работа всего организма и групп организмов друг с другом). Клеточные и молекулярные подходы, несомненно, будут поставлять нам важную информацию и в дальнейшем, но сами по себе они не позволит раскрывать тайны механизмов внутреннего представления окружающего мира в нейронных цепях и их системах, то есть на главных уровнях организации, связывающих клеточную и молекулярную нейробиологию с когнитивной нейробиологией.

Для разработки подхода, который позволил бы связать сложные когнитивные функции с нейронными системами, нам придется перейти на уровень нейронных цепей, а также определить, как те или иные формы активности в различных нейронных цепях соединяются друг с другом, образуя единое связное представление. Для изучения механизма восприятия и извлечения из памяти сложных ощущений нам потребуется определить, как устроены нейронные сети и как внимание и осознание регулируют и перестраивают в них работу нейронов. Поэтому биологам придется сосредоточиться на исследованиях с людьми и другими приматами как наилучшими модельными объектами. Для этого нам понадобятся методы функциональной томографии, разрешение которых позволит отслеживать активность отдельных нейронов и нейронных сетей.

Эти соображения заставили меня задуматься о том, какими вопросами я стал бы заниматься, если бы заново начал научную работу. Научная проблема, которую я считаю достойной исследования, должна удовлетворять двум условиям. Во-первых, дать мне возможность открыть новую область, работа в которой займет меня на долгое время. Мимолетным романам в предпочитаю долгие отношения. Во-вторых, мне нравится заниматься проблемами, которые находятся на стыке двух или большего числа дисциплин. Имея это в виду, я выдели три вопроса, которые меня особенно привлекают.

Во-первых, мне бы хотелось разобраться в том, как осуществляется бессознательная обработка сенсорной информации и как осознанное внимание направляет те механизмы, которые обеспечивают закрепление памяти Только после этого мы сможем в терминах, имеющих биологический смысл, переформулировать теории осознанных и неосознанных противоречий и памяти, выдвинутые Фрейдом в 1900 году. Мне запала в душу идея Крика и Коха о том что избирательное внимание важно для нас не только само по себе, но и как один из самых прямых путей к сознанию. Мне хотелось бы разработать редукционистский подход к проблеме внимания, сосредоточившись на механизме, благодаря которому клетки гиппокампа создают долговечную пространственную карту только тогда, когда животное обращает внимание на окружающую среду. Какова природа этого прожектора внимания? Каким образом он обеспечивает первоначальную кодировку запоминаемого во всей системе нейронных цепей, задействованных в работе пространственной памяти? Какие еще регуляторные системы мозга, помимо дофаминовой, обеспечивают концентрацию внимания и как они это делают? Используют ли они для закрепления клеток места и долговременной памяти прионный механизм? Было бы, конечно, неплохо исследовать эти процессы и у людей. Каким образом внимание позволяет мне совершать мысленные путешествия во времени, вновь и вновь попадая в нашу маленькую квартирку в Вене?

Второй интересующий меня вопрос, связанный с предыдущим, касается взаимоотношений наших бессознательных психических процессов с сознательными. Идея, что мы не осознаем значительной части нашей психической жизни, впервые выдвинутая Германом Гельмгольцем, играет ключевую роль в психоанализе. Фрейд дополнил n другой интересной идеей — что, хотя мы и не осознаем большей масти своих психических процессов, наше сознание может получать доступ ко многим из них путем концентрации внимания. Исходя из этих представлений, которые сегодня разделяет большинство нейробиологов, наша психическая жизнь по большей части бессознательна и становится сознательной только в форме слов и образов. Томографические исследования мозга могут позволить нам связать психоанализ с анатомией мозга и нейрофизиологией, выяснив, как нарушаются эти бессознательные процессы в патологических состояниях и как психотерапия может исправлять эти нарушения. Учитывая важность бессознательных психических процессов, очень обнадеживает мысль о том, что современная биология в состоянии многое рассказать нам о них.

Наконец, мне нравится идея использовать молекулярно-биологические методы для того, чтобы связать область моих исследований (молекулярную биологию психики) с той, которой занимается Дениз (социологией), и получить на их основе практическую молекулярную социобиологию. Несколько исследователей уже сделало замечательные первые шаги в этом направлении. Генетик Кори Баргманн, работающая сейчас в Рокфеллеровском университете, изучила две разновидности червя Caenorhabditis elegans, которые отличаются друг от друга пищевым поведением. Одна из них ведет одиночный образ жизни и в одиночку ищет себе пропитание. Другая социальна, ее представители добывают пищу совместно. Генетически они отличаются лишь единственном аминокислотой в белке-рецепторе, который в остальном совершенно одинаков у обеих разновидностей. Внедрение гена этого белка от социального червя одиночному приводит и превращению одиночного в социального.

Ухаживание у самцов дрозофилы представляет собой инстинктивную форму поведения, для которой необходим особый белок, называемый бесплодным. Этот белок существует в двух немного разных формах: одна свойственна самцам, другая — самкам. Эбру Демир и Барри Диксон сделали замечательное открытие: если свойственная самцам форма этого белка синтезируется у самок, такие самки ухаживают подобно самцам, за другими самками — или за генетически модифицированными самцами, которые выделяют характерное для самок пахучее вещество (феромон). Впоследствии Диксон установил, что ген бесплодного белка требуется для развития системы нейронных цепей, устройство которой обеспечивает ухаживание и половое предпочтение Итальянский нейробиолог Джакомо Ридзолатти открыл что, когда обезьяна совершает кистью руки некоторое действие, например кладет себе в рот арахис, в ее премоторной коре активируются определенные нейроны. Примечательно, что те же нейроны активируются, когда обезьяна только наблюдает за тем, как другая обезьяна (или даже человек) кладет себе в рот еду. Ридзолатти назвал такие нейроны зеркальными и предположил, что их открытие приближает нас к пониманию нейронных механизмов подражания, распознавания, сопереживания, а возможно, также и способности имитировать издаваемые звуки — то есть психических процессов, без которых люди не могли бы общаться друг с другом. Вилаянур Рамачандран получил данные о существовании подобных нейронов и а премоторной коре людей.

Эти три направления исследований знаменуют собой начало новой области биологии, которая может дать нам представление о том, что делает нас существами социальными, взаимодействующими друг с другом. Смелые работы в этом направлении могут не только позволить нам узнать факторы, благодаря которым члены сплоченной группы узнают друг друга, но и что-то рассказать о факторах, вызывающих трибализм (фанатичную приверженность своему племени), который нередко приводит к страху, ненависти и нетерпимости к чужакам.

Меня часто спрашивают: «Что дала вам психиатрическая подготовка? Помогла ли она в вашей нейробиологической работе?»

Меня всегда удивляют такие вопросы, потому что для меня очевидно, что психиатрическая подготовка и интерес к психоанализу лежат в самой основе моих естественнонаучных исследований. Они дали мне представление о поведении, которое повлияло едва ли не на все стороны моей работы. Если бы я отказался от резидентуры по психиатрии и сразу поехал во Францию, а также проводил бы часть времени в какой-нибудь молекулярно-биологической лаборатории, возможно, я немного раньше начал бы заниматься молекулярной биологией регуляции работы генов в нервной системе. Но те наиболее общие идеи, которые всегда влияли на мою работу и подогревали интерес к сознательной и бессознательной памяти, происходят из представлений о психике, открытых психиатрией и психоанализом. Поэтому первый этап карьеры начинающего психоаналитика едва ли был шагом в сторону от моей дальнейшей работы. Напротив, эта школа дала тот фундамент, на котором построено все, чего мне с тех пор удалось достичь.

Выпускники медицинской школы, которые хотят заниматься научной работой, нередко спрашивают меня, стоит ли им еще поучиться фундаментальным наукам или лучше сразу заняться исследованиями. Я всегда советую пойти работать в хорошую лабораторию. Курсы фундаментальных наук, разумеется, важны. Я продолжал ходить на такие курсы на протяжении всей моей работы в Национальном институте психического здоровья и по сей день продолжаю многому учиться на семинарах и конференциях у своих коллег и студентов. Но в чтении научной литературу по вопросам, связанным с экспериментами, которыми сам занимаешься, намного больше смысла и удовольствия чем в абстрактном изучении наук.

Мало что в этой жизни оживляет и стимулирует воображение больше, чем совершение собственного открытия каким бы скромным оно ни было. Собственное открытие позволяет человеку впервые увидеть какую-то частицу природы — маленькую деталь того пазла, собрав который можно понять, как работает тот или иной механизм. После того как мне удалось вникнуть в суть проблемы, мне очень помогает получить более полное представление о ней то, что о ней думали мои предшественники. Мне хочется не только понять какие направления мысли оказались наиболее продуктивными, но и разобраться в том, в чем другие оказались непродуктивными и почему это произошло. Поэтому огромное влияние на меня оказала психология Фрейда и таких его предшественников, занимавшихся обучением и памятью, как Джеймс, Торндайк, Павлов, Скиннер и Ульрик Найссер. Их идеи и даже ошибки дали мне удивительно богатый культурный фундамент для собственной работы.

Я также считаю, что важно быть смелым и браться за сложные проблемы, даже такие, которые поначалу кажутся сумбурными и бессистемными. Не нужно бояться пробовать свои силы в чем-то новом, например переходить из одной области в другую или работать на стыке разных дисциплин, потому что именно там можно найти некоторые из самых интересных проблем. Люди, которые занимаются научной работой, постоянно узнают что-то новое и не должны бояться вторгаться в малознакомые области. Ученый следует своим интересам инстинктивно и по ходу работы обучается всему необходимому. Нет ничего такого, что способствовало бы самообразованию больше, чем работа в новой области. Я не был по-настоящему подготовлен к естественнонаучным исследованиям, когда начал работать под руководством Грундфеста и Пурпуры, я очень мало знал о биохимии, когда объединил усилия с Джимми Шварцем, и я ничего не знал о молекулярной генетике, когда стартовало мое сотрудничество с Ричардом Акселем. И всегда оказывалось, что попытки испробовать свои силы в чем-то новом меня пугают, но также и вдохновляют. Лучше потерять несколько лет, пробуя свои силы в чем-то принципиально новом, чем проводить отработанные эксперименты, которыми занимаются все кому не лень и которые кто-то другой может провести не хуже (если не лучше), чем вы.

По-моему, важнее всего определить проблему или круг взаимосвязанных проблем, над которыми перспективно будет работать. Мне повезло с самого начала наткнуться на интересную проблему в ходе работы с гиппокампом и памятью, а затем решительно переключиться на исследование механизмов обучения у простого организма. Этим проблемам свойственны широта и размах, которые помогли мне преодолеть разочарования и неудачи в экспериментах.

В результате мне не довелось испытать тот недуг, который описывали некоторые коллеги, когда в среднем возрасте человеку наскучивает наука, которой он занимается, и он обращается к другим вещам. В ходе работы в университете я занимался многими другими делами помимо исследований, например писал учебники, участвовал в работе ряда университетских и национальных комитетов, а также приложил руку и основанию биотехнологической компании. Но всем этим я занимался отнюдь не потому, что мне наскучила научная работа. Ричард Аксель говорит о подкрепляющем свойстве научных данных (обыгрывании в своей голове новых интересных находок), что оно вызывает привыкание. Если Ричард не получает никаких новых данных, он приходит в подавленное состояние. Многим из нас тоже свойственно это чувство.

Моей научной работе в немалой степени способствовало и увлечение искусством и музыкой, которое со мной разделяет Дениз. В декабре 1964 года, когда мы переехали из Бостона в Нью-Йорк, мы купили столетний дом в квартале Ривердейл района Бронкс с прекрасным видом на реку Гудзон и хребет Пэлисейдс. За прошедшие с тех пор годы мы заполнили этот дом гравюрами, рисунками и картинами — произведениями декоративного искусства начала XX века, истоки которого связаны с Веной, а также с Францией. Мы собираем французскую мебель в стиле ар-нуво, вазы и лампы работы Луи Мажореля, Эмиля Галле и братьев Дом. Инициатором этого увлечения была Дениз. Ее мать положила начало нашей коллекции, подарив нам на свадьбу прекрасный чайный столик, сделанный Галле для его первой выставки.

Поселившись в Нью-Йорке, мы сосредоточили свой интерес к графике на австрийских и немецких экспрессионистах, таких как Климт, Кокошка и Шиле из австрийцев и Макс Бекман, Эмиль Нольде и Эрнст Кирхиер из немцев. Инициатором этого увлечения, в свою очередь, был я. Почти на каждую круглую дату, на дни рождения (а иногда и в промежутках между ними, когда нам не хочется ждать) мы с Дениз дарим друг другу что-нибудь, что, нам кажется, должно понравиться другому. Обычно мы вместе выбираем эти подарки. Описывая это сейчас, я начинаю подозревать, что наше коллекционирование вполне может быть попыткой частично вернуть безнадежно утраченную молодость. Когда я вспоминаю свой путь из Вены в Стокгольм, он кажется мне очень длинным. Благодаря своевременному отъезду из Вены мне удалось прожить в Соединенных Штатах удивительно счастливую жизнь. Свобода, которую я ощутил в Америке и ее университетах, дала мне, как и многим другим ученым, возможность удостоиться Нобелевской премии. Я рад, что, получив в колледже историческое и гуманитарное образование, которое учит тому, какой мрачной бывает жизнь, я в итоге переключился на биологию, где обманчивый оптимизм по-прежнему бьет через край.

Время от времени в конце еще одного долгого дня, утомительного, но нередко приносящего вдохновение, когда, глядя на темнеющую за окном реку Гудзон, я задумываюсь о годах моей работы в науке, я исполняюсь удивления по поводу того, чем занимаюсь. Я поступил в Гарвард, собираясь стать историком, окончил его, собираясь стать психоаналитиком, и все только для того, чтобы отказаться от этих планов и последовать зову интуиции, который убеждал меня, что путь к подлинному пониманию психики должен идти через изучение работы нервных клеток. Послушавшись своих инстинктов, своих бессознательных мыслительных процессов и следуя к зову; который казался тогда невообразимо далеким, я пришел к жизни, которая принесла мне удивительно много радости.

Словарь терминов

Агнозия — «потеря знания»: неспособность сознательно распознавать объекты или явления определенного рода. При этом в остальном сенсорные проводящие пути функционируют нормально. Например, агнозия глубины, агнозия движения, агнозия цвета и прозопагнозия (нарушение узнавания лиц).

Аксон — длинный исходящий отросток нейрона, ведущий к пресинаптическим окончаниям и посылающий через них сигналы другим нейронам.

Ассоциативное обучение — процесс, в ходе которого человек или животное запоминает связь между двумя раздражителями или между раздражителем и поведенческой реакцией.

Афазия — разновидность нарушений речи, вызываемых повреждением определенных структур головного мозга. Такие нарушения могут приводить к неспособности воспринимать речь (афазия Вернике), строить речь (афазия Брока) или к тому и другому одновременно.

Ацетилхолин — нейромедиатор, выделяемый мотонейронами а синапсах, соединяющих нейроны с мышечными клетками, а также в синапсах между нейронами.

Базальные ядра — группа структур головного мозга, расположенных в глубине обоих полушарий и участвующих в регуляции двигательной активности и когнитивных процессов. В состав базальных ядер входят скорлупа хвостатое ядро, бледный шар и черное вещество. Скор, лупа и хвостатое ядро входят в состав полосатого тела.

Безусловный раздражитель — раздражитель, который может служить наказанием или наградой при выработке условного рефлекса. Всегда вызывает явную рефлекторную реакцию.

Безусловный рефлекс — врожденная непроизвольная реакция на воздействие раздражителя. К таким реакциям относятся спинномозговые рефлексы, для работы которых не требуется посылать сигналы в спинной мозг (Ср. условный рефлекс).

Белок — большая молекула, состоящая из одной или нескольких цепочек аминокислот, свернутых в сложную трехмерную структуру. Белки выполняют в живых организмах регуляторные, структурные и каталитические функции.

Бензодиазелины — класс лекарственных препаратов, используемых для борьбы с неврозами тревоги и для релаксации мускулатуры. Класс включает диазепам (валиум) и лоразелам (ативан). Подавляют синаптическую передачу, связываясь с рецепторами тормозного нейромедиатора ГАМК и усиливая тормозящее действие этих рецепторов на нейроны.

Биохимия — раздел биологии, с помощью исследований химических сигнальных путей и реакций изучающий (баз явления живой природы, особенно роль белков в этих явлениях.

Бихевиоризм — теория, впервые сформулированная в начале XX века, согласно которой поведение можно изучать исключительно путем непосредственного наблюдения за действиями испытуемых или подопытных животных. «Психические функции», согласно этой теории, не поддаются наблюдению. Бихевиоризм противоположен когнитивным подходам к изучению поведения, преобладавшим в психологических исследованиях последних десятилетий.

Вегетативная нервная система — один из двух основных отделов периферической нервной системы. Управляет работой внутренних органов, гладкой мускулатуры и желез внешней секреции, а также обеспечивает непроизвольную регуляцию частоты сердцебиения, давления крови и дыхания.

Височная доля — одна из четырех долей коры головного мозга. Расположена ниже лобной и теменной долей. Задействована преимущественно в работе слуха и зрения, а также в ряде аспектов обучения, памяти и эмоций (Ср. затылочная доля, лобная доля, теменная доля).

Возбуждающий нейрон (или синапс) — вызывает деполяризацию мембраны постсинаптической клетки, повышая вероятность возникновения в ней потенциала действия. (Ср. тормозный нейрон).

Возбуждение (клетки) — деполяризация мембраны постсинаптической клетки, повышающая вероятность возникновения потенциала действия.

Волокно (нервное) — аксон.

Вторичный посредник (вторичный мессенджер) — вещество, синтезируемое внутри клетки в ответ на связывание нейромедиатора с рецепторами определенного типа на поверхности клеточной мембраны. Одни из обычных вторичных посредников нервных клеток служит циклический АМФ. (Ср. первичный посредник см. метаботропный рецептор, циклический АМФ).

ГАМК (гамма-аминомасляная кислота) — основной тормозный нейромедиатор в головном мозгу, способный вызывать в числе прочего сон, релаксацию мускулатуры и снижение эмоциональной активности.

Ганглий (нервный узел) — группа тел функционально связанных нейронов в периферической нервной системе позвоночных или в центральной нервной системе аплизии и других беспозвоночных.

Ген — определенная последовательность нуклеотидов в ДНК, расположенная в специфическом участке хромосомы и содержащая инструкции для синтеза соответствующего белка.

Гетеросинаптическая пластичность — любые (будь то повышение или понижение) изменения силы синаптической связи между двумя клетками, вызываемые активностью третьей клетки или группы клеток.

Гетеросинаптическое усиление — нейронный механизм, обеспечивающий сенсибилизацию. При гетеросинаптическом усилении повышенная сила синаптической связи между двумя клетками вызывается активностью еще одной клетки или группы клеток.

Гештальтпсихология — психологическая школа, которая специализировалась прежде всего на изучении зрительного восприятия и подчеркивала тот факт, что механизм работы восприятия связан с реконструкцией сенсорной информации в мозгу на основе анализа связей видимых объектов и их окружения.

Гиперполяризация — измерение мембранного потенциала клетки в сторону отрицательных значений. Снижает (вероятность того, что в нейроне возникнет потенцией действия, то есть приводит к торможению нейроне. (Ср. деполяризация).

Гипоталамус — структура головного мозга, расположенная непосредственно под таламусом и регулирующая вегетативные, эндокринные и висцеральные функции. (См. головной мозг).

Гиппокамп — структура головного мозга, задействованная в формировании эксплицитной памяти. Расположен в глубине височной доли каждого полушария. Гиппокамп и зубчатая извилина составляют единую систему обработки информации.

Глутамат — ион одной из обычных аминокислот (глутаминовой), служащий важнейшим возбуждающим нейромедиатором в головном и спинном мозгу.

Головной мозг — орган, обеспечивающий работу всех психических процессов и поведения. Условно подразделяется на несколько основных частей: мозговой ствол, таламус и гипоталамус, мозжечок и два больших полушария.

Гомосинаптическая депрессия — нейронный механизм, обеспечивающий привыкание. При гомосинаптической депрессии сила синаптической связи между двумя клетками уменьшается в результате активности одной из них или обеих. Ослабление синаптической связи происходит в пределах того самого проводящего пути, который неоднократно стимулируют.

Гомосинаптическая пластичность — любые (будь то повышение или понижение) изменения силы синаптической связи между двумя клетками, вызываемые активностью одной из этих клеток или обеих.

Гормон — вещество, выделяемое эндокринными железами и осуществляющее передачу химического сигнала по телу. Эндокринные железы обычно выделяют гормоны непосредственно в кровоток, по которому они достигают своих мишеней. (См. эндокринные железы).

Дендриты — ветвистые отростки большинства нейронов через которые нейрон получает сигналы от других.

Деполяризация — измерение мембранного потенциала клетки в сторону положительных значений, то есть в направлении порогового значения для запуска потенциала действия. Повышает вероятность того, что в нейроне возникнет потенциал действия, то есть приводит к возбуждению нейрона. (Ср. гиперполяризация).

Динамическая поляризация — принцип, согласно которому информация передается по нейрону лишь в одном постоянном и предсказуемом направлении.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — материал из которого состоят пены. Молекулы ДНК представляют собой цепочки из соединенных в разной последовательности четырех составляющих — нуклеотидов. В этих последовательностях записаны инструкции, по которым синтезируются белки. В мозгу происходит считывание большей доли закодированной в ДНК генетической информации, чем в каком-либо другом органе. (См. хромосомы).

Дофамин — работающий в мозгу нейромедиатор, играющий важную роль в долговременной потенциации, управлении вниманием, произвольных движениях и когнитивных функциях. С ним связано действие многих стимуляторов (например, кокаина). Дефицит дофамина приводит к болезни Паркинсона, а с избытком дофамина частично связаны позитивные симптомы шизофрении.

Затылочная доля — одна из четырех долей коры головного мозга, расположенная а задней части коры. Играет важную роль в работе зрения. (Ср. височная доля, лобная доля, теменная доля).

Зона Брока — участок в задней части коры лобной доли левого полушария, необходимый для построения речи. (Ср. зона Вернике).

Зона Вернике — участок теменной доли левого полушария, задействованный в восприятии речи. (Ср. зона Брока).

Зрительная система — нейронный путь, ведущий от сетчатки в кору, воспринимающий зрительные раздражители и обеспечивающий восприятие видимой картины мира.

Извилина (мозга) — выступающая складка на наружной поверхности коры головного мозга. Многие извилины имеют постоянное положение и помогают картировать различные участки коры. Углубления между извилинами называют бороздами. Зубчатая извилина входит в состав системы гиппокампа и посылает информацию в гиппокамп.

Изменения возбудимости — изменения порогового значения для запускания потенциала действия в нейроне.

Имплицитная память — сохранение информации, для считывания которой не требуется осознанное внимание. Обычно касается привычек, моторных стратегий или стратегий восприятия и ассоциативных и неассоциативных условных рефлексов. Называется также процедурной памятью. (Ср. эксплицитная память).

Инструментальный условный рефлекс — реакция, обеспечиваемая имплицитной ассоциативной памятью, благодаря которой через награду или наказание организм обучается выполнять или не выполнять определенное действие (его невыполнение ранее было безусловным рефлексом) в ответ на воздействие изначально безразличного условного раздражителя. Называется также оперантным условным рефлексом. (См. условный рефлекс, ср. классический условный рефлекс).

Интеграция (в нейронах) — процесс, в ходе которого все поступающие на нейрон возбуждающие и тормозные сигналы суммируются, и их сумма определяет, возникнет ли потенциал действия.

Интернейрон (вставочный нейрон) — один из трех главных функциональных типов нейронов. Интернейроны обеспечивают связь или регуляцию работы других нейронов. Многие интернейроны — тормозные. (Ср. мотонейрон сенсорный нейрон).

Информационная РНК (матричная РНК) — форма рибонуклеиновой кислоты (РНК), переносящая инструкции для синтеза определенного белка от ДНК, расположенной в ядре, к аппарату синтеза белков; расположенному в цитоплазме. Процесс синтеза информационной РНК на матрице ДНК называется транскрипцией. (См. транскрипция, трансляция).

Ион — частица, состоящая из одного или нескольких атомов и обладающая суммарным положительным или отрицательным зарядом. Основные ионы внутри и снаружи мембраны нервной клетки — это ионы калия, натрия, хлора, кальция и магния, а также органические ионы, например кислотные остатки ряда аминокислот.

Ион калия (K+) — положительно заряженный ион, необходимый для работы нервной системы. В состоянии покоя концентрация ионов калия внутри нейронов выше, чем снаружи.

Ион натрия (Na+) — положительно заряженный ион, необходимый для работы нервной системы. В состоянии покоя концентрация ионов натрия внутри нейрона ниже, чем снаружи.

Ионная гипотеза — выдвинутая Ходжкином и Хаксли концепция, согласно которой движение ионов натрия и калия сквозь мембрану нейрона регулируется независимо и обеспечивает как поддержание потенциала покоя, так и развитие потенциалов действия.

Ионный канал — см. канал (ионный).

Ионотропный рецептор — белок, пронизывающий клеточную мембрану насквозь. В его состав входит участок, с которым связывается нейромедиатор, и канал, по которому могут проходить ионы. Связывание соответствующего нейромедиатора открывает или закрывает канал для ионов. (См. медиатор-зависимый канал, ср. метаботропный рецептор).

Ионы кальция (Ca2+) — положительно заряженные ионы, необходимые для выделения нейромедиаторов в синапсах. Приток в клетку ионов кальция, управляемый потенциал-зависимыми кальциевыми каналами в мембране нейрона, запускает выделение нейромедиатора в синаптическую щель.

Ионы хлора (Сl-) — отрицательно заряженные ионы, которые обеспечивают торможение нейронов, вызываемое ГАМК.

Канал (ионный) — проходящий сквозь мембрану белок, обеспечивающий приток ионов внутрь клетки и отток их наружу. В нервных клетках (нейронах) одни каналы отвечают за поддержание потенциала покоя, другие запускают изменения мембранного потенциала, которые приводят к возникновению потенциала действия, а третьи меняют возбудимость клетки. Ионные каналы могут открываться и закрываться за счет изменений мембранного потенциала (потенциал-зависимые каналы) или за счет связывания нейромедиаторов (медиатор зависимые каналы) либо пассивно пропускать ионы (проточные каналы). (Ср. медиатор-зависимые каналы потенциал-зависимые каналы и проточные каналы).

Кванты (в нейробиологии) — небольшие порции, содержащие около 5000 молекул нейромедиатора, выделяемые в синаптическую щель из пресинаптических окончаний аксонов. Каждый квант заключен в одном синаптическом пузырьке. (См. синаптическая передача, синаптические пузырьки).

Классический условный рефлекс — реакция организма открытая Иваном Павловым. Обеспечивается одной из форм имплицитной памяти, при формировании которой организм обучается ассоциировать изначально безразличный условный раздражитель с безусловным раздражителем, в норме вызывающим рефлекторную реакцию. Например, в экспериментах с собаками подача пищи (безусловный раздражитель) обычно вызывает слюноотделение. Павлов установил, что если подаче пищи всякий раз предшествует звон колокольчика (условный раздражитель, изначально безразличный), то собака обучается ассоциировать звук колокольчика с пищей, и этот звук будет вызывать у нее слюноотделение независимо от того, подается ли после этого пища. Если же звуковой сигнал, напротив, предшествует удару тока по ноге, заставляющему собаку резко поднимать ногу, через некоторое время она будет поднимать ее в ответ только на звуковой сигнал. (См. условный рефлекс, ср. инструментальный условный рефлекс).

Клетки места — нейроны гиппокампа, которые активируются только тогда, когда животное оказывается а определенном, известном ему месте. В совокупности образуют когнитивную карту пространства. Когда животное перемещается в другое место, в его гиппокампе активируются другие клетки места.

Клеточная биология (цитология) — раздел биологии, изучающий явления живой природы, такие как рост, развитие, адаптацию и размножение, в контексте работы клеток, входящих в их состав структур и происходящих в них физиологических процессов.

Клеточная теория — концепция, которую сформулировали в тридцатых годах XIX века анатомы Маттиас Шлейден и Теодор Шванн. Согласно этой концепции, все ткани и органы живых организмов состоят из похожих структурных и функциональных единиц — клеток. Впоследствии клеточная теория была дополнена положением о том, что все клетки возникают только из клеток.

Когнитивная карта — представление определенного окружающего пространства в мозгу. Один из примеров — пространственная карта, наблюдаемая в гиппокампе.

Когнитивная нейробиология — сочетание концепций и методов когнитивной психологии, изучающей психические процессы, и нейробиологии, изучающей работу нервной системы. Методология этой комплексной дисциплины основана на методах нейробиологии (в том числе нейробиологии поведения), когнитивной психологии и информатики.

Коллатерали Шаффера — нейронные проводящие пути в гиппокампе, играющие важную роль в формировании эксплицитной памяти и поэтому используемые для экспериментального изучения обеспечивающих работу памяти синаптических изменений.

Кора головного мозга — внешний слой больших полушарий головного мозга. Разделена на доли (лобную, теменную; височную и затылочную).

Культура клеток — живые клетки, извлеченные из животного или растения, которые содержатся в лабораторных условиях на питательной среде в чашке Петри.

Лобная доля — одна из четырех долей коры головного мозга. Работа лобной доли связана прежде всего с организующими функциями, рабочей памятью, мышлением планированием, речью и движениями. У людей, страдающих шизофренией, работа лобных долей нарушена (Ср. височная доля, затылочная доля, теменная доля).

Магнитно-резонансная томография (MPT) — метод, позволяющий без хирургического вмешательства исследовать внутреннее строение мозга живых людей с помощью мощного магнита. Используется для построения трехмерных моделей мозга.

Медиатор — см. нейромедиатор.

Медиатор-зависимые каналы — ионные каналы, открывание и закрывание которых регулируется связыванием молекул медиатора. Делятся на возбуждающие и тормозные. Задействованы в передаче сигналов между нейронами, в отличие от потенциал-зависимых каналов, задействованных в возникновении потенциала действия и его распространении по нейрону. (Ср. потенциал-зависимые каналы).

Мембранная гипотеза — концепция, согласно которой даже в состоянии покоя на мембране нервных клеток сохраняется постоянная разность потенциалов.

Мембранный потенциал — см. потенциал покоя.

Метаботропный рецептор — белок, пронизывающий клеточную мембрану насквозь. Не наружной стороне мембраны с ним связывается специфический нейромедиатор или гормон (первичный посредник), вызывая активацию определенного вещества внутри клетки (вторичного посредника), которая обеспечивает реакцию всей клетки на полученный сигнал. (Ср. ионотропный рецептор).

Миндалевидное тело — участок головного мозга, отвечающий за работу эмоций, таких как страх. Осуществляет координацию вегетативных и эндокринных реакций, связанных с эмоциональными состояниями, и лежит в основе эмоциональной памяти. Представляет собой группу из нескольких ядер, расположенных в глубине височных долей полушарий головного мозга.

Модуляторная цепь — нейронная цепь, регулирующая рефлекторные реакции, например при сенсибилизации и выработке классического условного рефлекса. Изменяет работу первичной (основной) цепи, обеспечивающей регулируемую форму поведения. (Ср. основная цепь).

Мозговой ствол — собирательный термин, которым обозначают совокупность трех анатомических структур: продолговатого мозга, моста и среднего мозга, расположенных в нижней части головного мозга, над спинным мозгом. Осуществляет обработку сенсорных сигналов, поступающих от кожи и суставов головы и шеи, а также от специализированных органов чувств: слух, вкус и равновесие. Кроме того, управляет некоторыми функциями жизнеобеспечения, такими как дыхание, сердцебиение и пищеварение. Входящие сенсорные сигналы и исходящие моторные сигналы мозгового ствола передаются по черепно-мозговым нервам. (См. головной мозг).

Мозжечок — одна из основных частей головного мозга, отвечающая за управление моторикой. Регулирует силу и амплитуду движений и задействован в координации движений и в обучении моторным навыкам.

Молекулярная биология — синтетическая дисциплина, порожденная генетикой и биохимией, изучающая явления живой природы на уровне структуры и функций макромолекул клетки.

Мотонейрон (двигательный нейрон) — один из трех главных функциональных типов нейронов. Мотонейроны образуют с мышечными клетками синапсы, по которым передают информацию из центральной нервной системы и преобразуют ее в движение. (Ср. интернейрон, сенсорный нейрон).

Моторная система — часть нервной системы, обеспечивающая движение и другие активные функции, в противоположность сенсорной системе, обеспечивающей получение и обработку информации, поступающей от раздражителей.

Неврология — классический раздел медицины, занимающийся нервной системой как здоровых, так и больных людей. Клиническая неврология занимается диагностикой и лечением расстройств нервной системы, которые обычно влияют не на психические процессы. К таким расстройствам относятся инсульты, эпилепсия, синдром Хантингтона, болезни Альцгеймера и Паркинсона. Неврология сформулировала многие из принципиальных вопросов, исследованием которых занималась когнитивная нейробиология. Психиатрия, в отличие от неврологии, занимается расстройствами мозга, влияющими на психические процессы.

Нейромедиатор — химическое вещество, выделяемое одним нейроном и связывающееся с рецепторами на мембране другого нейрона, приводя к изменениям в движении ионов через эту мембрану или к определенным биохимическим событиям внутри второго нейрона. Специфика действия нейромедиатора зависит от свойств реагирующих на него рецепторов На один нейромедиатор могут реагировать рецепторы многих разных типов.

Нейрон (нервная клетка) — основная единица любой нервной системы. В головном мозгу человека содержится порядка 100 миллиардов нейронов, каждый из которых образует около 1000 синапсов. Нейроны похожи на другие клетки чертами строения молекулярного аппарата, обеспечивающего их работу, но отличаются уникальной способностью быстро передавать друг другу информацию на большие расстояния и с большой точностью.

Нейронная доктрина — теория, согласно которой отдельные нейроны являются основными сигнальными элементами нервной системы.

Нейронная карта — топографически упорядоченная система нейронов в мозгу, отражающая пространственное соотношение чувствительных нейронов в органах чувств либо мотонейронов, управляющих движениями.

Нейронная цепь — группа из нескольких нейронов, взаимосвязанных и взаимодействующих друг с другом.

Нейронные аналоги обучения — модели для экспериментального исследования обучения, в которых в качестве аналога действия сенсорных раздражителей используется электрическая стимуляция аксонов, ведущих к клеткам-мишеням в выделенном из организма ганглии.

Нейронные корреляты сознания — процессы, происходящие в нейронах в то время, когда человек занимается деятельностью, требующей сознательной концентрации внимания.

Непроизвольное внимание — внимание, сосредоточенное на определенном внешнем или внутреннем раздражителе в результате рефлекторной реакции на каком-либо аспект этого раздражителя, обычно его силу, неприятность или новизну.

Нерв — пучок аксонов.

Нервная клетка — см. нейрон.

Нуклеотиды — единицы, из которых составлены молекулы ДНК и РНК. Эти молекулы содержат четыре типа нуклеотидов, в последовательности которых закодирована последовательность аминокислот в молекулах белков В ДНК это тимин, аденин, цитозин и гуанин, а в РНК вместо тимина — урацил.

Обратная генетика — генетический подход, обычно предполагающий выключение или внедрение определенного гена в геном мыши и изучение последствий этого изменения с целью проверки гипотез о функциях исследуемого гена. (Ср. прямая генетика).

Органические ионы — частицы, содержащие атомы углерода и несущие электрический заряд, например кислотные остатки аминокислот и некоторые белки. Задействованы во многих биологических процессах.

Основная цепь — нейронная цепь, обеспечивающая рефлекторную реакцию. Состоит из мотонейронов, сенсорных нейронов и интернейронов, непосредственно задействованных в осуществлении реакции. (Ср. модуляторная цепь).

Отростки (нейронов) — выросты нервных клеток, на которых могут образовываться синапсы. (См. аксон, дендриты).

Память — хранение полученной из опыта информации. Существует по крайней мере два этапа работы памяти: кратковременный (длящийся минуты или часы) и долговременный (длящийся дни, недели или больше). Также подразделяется на две формы: имплицитную и эксплицитную (см. имплицитная память, эксплицитная память).

Первичный посредник (первичный мессенджер) — нейромедиатор или гормон, который связывается с рецептором на поверхности клетки, вызывая активацию определенного вещества (вторичного посредника) внутри клетки.

Периферическая нервная система — часть нервной системы (включающая вегетативную нервную систему), управляющая работой моторных и вегетативных реакций за счет нейронов, тела которых расположены за пределами спинного мозга и мозгового ствола. Функционально связана с центральной нервной системой. (Ср. центральная нервная система).

Пирамидальные клетки — особый тип нейронов, обычно возбуждающих и расположенных в коре головного мозга, по форме напоминающих пирамидки. Основной тип нейронов гиппокампа, где они задействованы в восприятии определенных мест. (См. клетки места).

Пластичность (пластические изменения) — способность синапсов, нейронов или участков мозга менять свои свойства в результате работы или в ответ на изменения характера стимуляции.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — не требующий хирургического вмешательства метод компьютерной томографии, дающий возможность изучать распределение активности в работающем мозгу живого организма. Концептуально близок к функциональной магнитно-резонансной томографии, но отличается тем, что для отслеживания таких проявлений активности мозга, как изменения кровотока и метаболические реакции, используется не магнит, а вводимые в организм радиоактивные вещества. (Ср. функциональная магнитно-резонансная томография).

Полосатое тело — часть базальных ядер, играющая определенную роль в моторике и когнитивных функциях В его состав входят скорлупа и хвостатое ядро. У людей страдающих болезнью Паркинсона, его работа нарушена. Задействовано в чувстве удовольствия. У шизофреников наблюдаются аномалии полосатого ядра. (См базальные ядра).

Полушария головного мозга — большие, относительно симметричные части мозга, расположенные с каждой его стороны и соединенные совокупностью множества аксонов (мозолистым телом), обеспечивающих единство сознательного опыта. В состав каждого полушария входят кора головного мозга и три расположенные в глубине структуры: базальные ядра, гиппокамп и миндалевидное тело. (См. головной мозг).

Постсинаптическая клетка — нейрон или мышечная клетка, получающая сигналы (электрические или химические) от другой клетки через синапс. Эти сигналы влияют на возбудимость постсинаптической клетки.

Потенциал действия — сильный и быстрый электрический сигнал, амплитуда которого составляет около 0,1 вольта, а продолжительность — от 1 до 2 миллисекунд. Распространяется по аксону, не пропадая и не слабея, и достигает пресинаптического окончания нейрона. В пресинаптическом окончании запускает выделение нейромедиатора в синаптическую щель.

Потенциал покоя — электрическое напряжение на клеточной мембране, связанное с неравномерным распределением ионов натрия, калия и хлора снаружи и внутри клетки и, следовательно, разным электрическим зарядом по разные стороны мембраны. Величина мембранного потенциала покоя большинства нейронов млекопитающих составляет около -60… -70 милливольт.

Потенциал-зависимые каналы — ионные каналы, открывающиеся и закрывающиеся в ответ на изменения мембранного потенциала клетки. Могут пропускать ионы натрия, калия или кальция. В частности, такие каналы разного типа и расположенные в разных местах вызывают возникновение потенциала действия и его распространение по клетке или впускают в клетку кальций, вызывающий выделение нейромедиатора в синаптическую щель. (Ср. медиатор-зависимые каналы).

Потенциация — процесс, в результате которого активность нейрона вызывает усиление его синаптической связи с клеткой-мишенью. Долговременная потенциация представляет собой длительное (сохраняющееся от нескольких часов до нескольких дней) усиление синаптической реакции постсинаптического нейрона в ответ на неоднократную стимуляцию пресинаптического нейрона.

Пресинаптическая клетка — нейрон, посылающий сигналы (электрические или химические) другой клетке (нервной или мышечной) через синапс.

Пресинаптическое окончание — концевой участок аксона пресинаптического нейрона, в котором располагаются синаптические пузырьки, содержащие нейромедиатор и выделяющие его в синаптическую щель (в химических синапсах) или образующие электрическое соединение с постсинаптической клеткой (в электрических синапсах).

Префронтальная кора — самая передняя часть лобной доли коры. Ее работа связана с планированием, принятием решений, высшими когнитивными функциями, вниманием и рядом аспектов моторики.

Привыкание — простая, неассоциативная форма обучения, в ходе которой происходит запоминание свойств какого-либо безвредного раздражителя. Обучаемый при этом учится игнорировать данный раздражитель, в результате чего нейронная реакция на него оказывается ослабленной.

Прионы (prions, от proteinaceous infectious particles заразные белковые частицы) — очень небольшой класс инфекционных белков, способных принимать две функционально разные формы: рецессивную, которая неактивна или выполняет какую-то обычную физиологическую функцию, и доминантную, которая способна к самоподдержанию и токсична для нервных клеток. В доминантной форме прионы могут вызывать нейродегенеративные заболевания, такие как коровье бешенство (губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота) у коров и болезнь Кройцфельдта — Якоба у людей.

Продолговатый мозг — одна из составляющих мозгового ствола, расположенная непосредственно над спинным мозгом. В продолговатом мозге находится несколько центров, ответственных за такие жизненно важные вегетативные функции, как пищеварение, дыхание и регуляция сердцебиения.

Произвольное внимание — внимание, сосредоточенное на определенном внешнем или внутреннем раздражителе, зависящее от предрасположенности организма. Определяется внутренними процессами, происходящими в мозгу. (Ср. рефлекс).

Промотор — специфический участок ДНК, с которым могут связываться регуляторные белки, включая или выключая ген, перед которым расположен этот участок.

Пространственная карта — внутреннее представление окружающей среды, находящееся в гиппокампе и представляющее собой совокупность множества клеток места. Разновидность когнитивной карты.

Протеинкиназа А — фермент, на который действует циклический АМФ. Катализирует фосфорилирование определенных белков. Состоит из четырех субъединиц: двух регуляторных и двух каталитических, работа которых подавляется регуляторными.

Протеинкиназы — белки, катализирующие фосфорилирование других белков, тем самым вызывая в них функциональные изменения.

Проточные каналы — ионные каналы в клеточной мембране нейронов, пассивно проводящие ионы (чаще всего ионы калия) через мембрану. С идущим по таким каналам потоком ионов связан потенциал покоя. Известны также как каналы покоя. (Ср. медиатор-зависимые каналы и потенциал-зависимые каналы).

Процедурная память — см. имплицитная память.

Прямая генетика — генетический подход, обычно предполагающий использование мутагенного вещества, которое вызывает случайные мутации в каком-то одном гене. Затем среди мутантных особей отбирают обладающих какими-то определенными признаками и работают с ними. (Ср. обратная генетика).

Психиатрия — раздел медицины, занимающийся психическими функциями как здоровых, так и больных людей. Клиническая психиатрия занимается такими расстройствами, как шизофрения, депрессия, неврозы тревоги и наркомания.

Психические явления высшего порядка — нейронные процессы обработки информации, происходящие за пределами первичных сенсорных и моторных участков головного мозга.

Работа гена — см. экспрессия гена.

Рабочая память — разновидность кратковременной памяти, отчасти обеспечиваемая работой префронтальной коры. Суммирует сиюминутные ощущения за сравнительно краткий период и комбинирует их с воспоминаниями о прошлом опыте. Необходима для многих кажущихся простыми аспектов повседневной жизни, таких как поддержание разговора, подсчет суммы многих слагаемых или вождение автомобиля. Нарушена у больных, страдающих шизофренией.

Раздражитель — любое событие, которое может вызывать реакцию организма. У каждого раздражителя можно выделить четыре свойства: модальность (сенсорный путь), интенсивность, продолжительность и местоположение.

Редукционизм (редукционистский анализ) — научный подход, основанный на стремлении исключить из рассмотрения черты исследуемого процесса, которые не являются необходимыми условиями его работы, и тем самым выделить наиболее важные его черты. К способам его применения относится использование модельных объектов для изучения в упрощенном виде процессов, которые слишком сложны для того, чтобы успешно изучать их в исходном виде.

Рекомбинантная ДНК — молекула ДНК, полученная в результате соединения отрезков других молекул ДНК.

Репликация ДНК — создание копий двухцепочечных молекул ДНК. При этом две цепочки исходной молекулы расплетаются, и каждая из них служит матрицей для синтеза соответствующей ей (комплементарной) новой цепочки.

Репрессор — регуляторный белок, который связывается с промотором и препятствует экспрессии гена.

Рефлекс — стереотипная реакция организма на определенное воздействие, происходящая при участии нервной системы. (См. безусловный рефлекс, условный рефлекс).

Рефрактерный период — следующий за потенциалом действия промежуток времени, в течение которого пороговое значение мембранного потенциала для запускания нового потенциала действия остается повышенным.

Рецептивное поле нейрона — часть картины, получаемой органами чувств, вызывающая активацию отдельного сенсорного нейрона. Например, рецептивное поле одного из нейронов сетчатки может реагировать на свет в левой верхней части поля зрения.

Рецептор (молекулярная структура) — особый белок в мембране постсинаптической клетки, узнающий и связывающий определенный нейромедиатор, выделяемый пресинаптической клеткой. Все рецепторы нейромедиаторов выполняют две функции: узнают молекулы нейромедиатора и вызывают изменения в постсинаптической клетке. Например, рецептор может открывать и закрывать проходящий сквозь него ионный канал или активировать вторичные посредники. На основе этих функций рецепторы делят на две основные разновидности: ионотропные и метаботропные. (См. ионотропный рецептор, метаботропный рецептор).

Рецептор (клетка) — сенсорный нейрон, реагирующий на какую-то определенную форму физического воздействия, например на прикосновение, свет или температуру.

РНК (рибонуклеиновая кислота) — вещество, родственное ДНК. Одна из разновидностей — информационная РНК.

Свод мозга — пучок аксонов, переносящий информацию в гиппокамп и из гиппокампа.

Сенсибилизация — разновидность неассоциативного обучения, при котором воздействие неприятного раздражителя вызывает усиление рефлекторной реакции на другие раздражители, даже безвредные. (См. гетеросинаптическое усиление).

Сенсорный нейрон (чувствительный нейрон) — один из трех главных функциональных типов нейронов. Сенсорные нейроны передают информацию о внешних раздражителях от рецепторов другим нейронам сенсорного проводящего пути. (Ср. интернейрон, мотонейрон рецептор).

Серотонин — модуляторный нейромедиатор, работающий в головном мозгу и задействованный в изменениях настроения, в том числе связанных с депрессией, тревогой, приступами ярости и приемом пищи.

Сигнал (в нервной системе) — изменение мембранного потенциала нейрона в результате воздействия на него другого нейрона или при активации рецепторной клетки. Существует два типа сигналов: локальные и передаваемые. Локальные — это синаптические потенциалы. Они ограничены в пространстве и не передаются по клеткам активно. Передаваемые — это потенциалы действия. Они передаются по всей длине аксона к синаптическим окончаниям. Эти сигналы в целом однотипны в нервной системе. Смысл передаваемого таким сигналом «сообщения» зависит от проводящего пути, в состав которого входит активный нейрон.

Синапс — особый участок, обеспечивающий передачу сигналов с нейрона на другой нейрон или мышечную клетку. Состоит из трех компонентов: пресинаптического окончания, синаптической щели и постсинаптической мембраны (участка мембраны постсинаптической клетки). Выделяют две разновидности синапсов в зависимости от способа синаптической передачи, определяемого устройством синапса: химические и электрические.

Синаптическая маркировка — процесс приведения синапсов а состояние готовности к долговременному усилению.

Синаптическая передача — механизм, позволяющий нейрону вызывать возбуждение в другой клетке либо химическим, либо электрическим путем. Химическая синаптическая передача обеспечивается выделением в синаптическую щель нейромедиатора, воздействующего на рецепторы на мембране постсинаптической клетки. Электрическая синаптическая передача обеспечивается электрическим током, проходящим по межклеточным каналам между нейронами.

Синаптическая пластичность — кратковременное или долговременное повышение или снижение синаптической силы, вызываемое нейронной активностью определенного характера. Играет принципиальную роль в обучении и работе памяти.

Синаптическая щель — зазор между двумя клетками в химическом синапсе.

Синаптический потенциал — ступенчатое изменение мембранного потенциала постсинаптической клетки, вызываемое сигналом, обычно химическим, поступающим от пресинаптической клетки. Может быть возбуждающим или тормозным. Возбуждающий синаптический потенциал достаточной силы запускает в постсинаптической клетке потенциал действия. Таким образом, представляет собой промежуточный этап, обеспечивающий связь потенциала действия в пресинаптическом окончании с потенциалом действия в постсинаптической клетке.

Синаптический пузырек — окруженный мембраной пузырек, содержащий около 5000 молекул нейромедиатора, которые могут либо оставаться в пресинаптическом окончании, либо все вместе выделяться в синаптическую щель. (См. квант, синаптическая передача).

Синаптическое окончание — см. пресинаптическое окончание.

Система с отрицательной обратной связью (в нейронных сетях) — система, в которой возбуждающий нейрон возбуждает тормозный интернейрон, который, в свою очередь, связан с первым нейроном и тормозит его работу. Такие системы обеспечивают одну из форм саморегуляции.

Соматосенсорная кора — часть теменной доли коры головного мозга, осуществляющая обработку сенсорной информации, в том числе связанной с прикосновениями, вибрацией, давлением и положением частей тела. (См. теменная доля).

Соматосенсорная система — сенсорная система, отвечающая за восприятие действия раздражителей на поверхность тела (прикосновений, вибрации, давления, боли) и положения частей тела. Передает сигналы по периферической нервной системе в головной мозг.

Специфичность связей — сформулированный Кахалем принцип, согласно которому нейроны образуют друг с другом специфические функциональные связи. Основан на трех анатомических фактах: нейроны, как и другие клетки, отделены друг от друга клеточной мембраной; нейроны не связываются друг с другом в случайном порядке и не образуют неупорядоченных сетей; каждый нейрон передает сигналы лишь определенным клеткам-мишеням и лишь через особые участки (синапсы).

Спинной мозг — часть центральной нервной системы, управляющая движениями конечностей и туловища, обрабатывающая сенсорную информацию, поступающую от кожи, суставов и мышц конечностей и туловища, и управляющая вегетативными функциями.

Спинномозговой рефлекс — непроизвольное движение, вызываемое воздействием определенного раздражителя и осуществляемое проходящими через спинной мозг нейронными цепями без участия головного мозга.

Средний мозг — верхняя часть мозгового ствола. Управляет многими сенсорными и моторными функциями, в том числе движением глаз и координацией зрительных и слуховых рефлексов.

Таламус — одно из важнейших мест ретрансляции в головном мозгу. Осуществляет обработку сенсорной информации, поступающей в кору головного мозга от различных сенсорных систем и моторной информации, передаваемой от моторных участков коры к мышцам и обеспечивающей движения.

Тело нейрона — метаболический центр нервной клетки. В нем содержится ядро, в котором заключены хромосомы. От тела отходят отростки двух типов: дендриты и аксоны, по которым передаются электрические сигналы.

Теменная доля — одна из четырех долей коры головного мозга, расположенная между лобной и затылочной долями. Участвует в обработке информации, связанной с ощущениями прикосновения, давления и боли. Играет важную роль в объединении различных ощущений в единый опыт. (Ср. височная доля, затылочная доля, лобная доля).

Теория действующих масс (в нейробиологии) — в первой половине XX века продвигаемая Флуранс и Лешли концепция, согласно которой функции психики обеспечиваются работой мозга в целом, причем мозг не разделен на специализированные единицы, в которых локализованы разные функции. Сторонники этой теории считали, что потеря функций, вызванная повреждениями мозга, должна быть прямо пропорциональна количеству поврежденной ткани и не должна зависеть от места повреждения. Также известна как теория совокупного поля. (Ср. теория локализации функций).

Теория локализации функций — концепция, согласно которой за разные функции психики отвечают разные специализированные участки нервной системы. (Ср. теория действующих масс).

Торможение (клетки) — изменение мембранного потенциала в сторону отрицательных значений, снижающее вероятность возникновения потенциала действия или делающее его невозможным.

Тормозный нейрон (или синапс) — вызывающий гиперполяризацию мембраны постсинаптической клетки, снижая вероятность возникновения в ней потенциала действия. (Ср. возбуждающий нейрон).

Трансген — чужеродный ген, внедренный в геном другого организма.

Трансгенный организм — организм, в геном которого внедрен ген из другого организма таким образом, чтобы он мог передаваться потомству.

Транскрипция — синтез РНК на матрице ДНК.

Трансляция — синтез белка на матрице информационной РНК в соответствии с генетическим кодом.

Усиление синаптической связи — процесс, в результате которого синапсы, соединяющие две клетки, лучше проводят сигналы.

Условный раздражитель — изначально безразличный раздражитель, который до обучения не вызывает никакой реакции, но в ходе обучения может быть ассоциирован с безусловным раздражителем. (См. классический условный рефлекс).

Условный рефлекс — рефлекторная реакция на воздействие условного раздражителя, вырабатываемая в ходе обучения. (См. инструментальный условный рефлекс, классический условный рефлекс).

Участок коры высшего порядка — любой из нескольких участков коры головного мозга, осуществляющий обработку информации, поступающей из первичных сенсорных или моторных участков.

Ферменты — белки-катализаторы, ускоряющие определенные химические реакции.

Фосфорилирование — присоединение к белку фосфатной группы, которое может вызывать изменения его структуры, заряда и функций. Осуществляется особым классом ферментов, называемых протеинкиназами.

Френология — популярная в XIX веке теория, постулировавшая связь личных качеств с формой черепа. Согласно этой теории считалось, что частое использование тех или иных структур головного мозга приводит к их увеличению, вызывающему образование шишек на черепе.

Функциональная магнитно-резонансная томография (ФМРТ) — не требующая хирургического вмешательства биомедицинская технология, дающая возможность изучать распределение активности в мозгу живого человека, например в процессе выполнения определенных заданий, с помощью мощного магнита, позволяющего отслеживать изменения кровотока и потребления кислорода в мозгу. Кровоток и потребление кислорода усиливаются в тех участках мозга, где нейроны более активны.

Химическая теория синаптической передачи — теория, согласно которой определенные химические вещества (нейромедиаторы) служат посредниками в синаптической передаче сигналов между нейронами.

Химический синапс — участок, где один нейрон передает другому химический сигнал, выделяя нейромедиатор который связывается с рецепторами на соседнем нейроне, возбуждая или тормозя этот нейрон. (Ср. электрический синапс).

Хромосомы — структуры, в которых содержится генетический материал организма, обычно в форме плотно свернутой двухцепочечной молекулы ДНК, переплетенной с различными белками. Хромосомы могут реплицироваться (удваиваться), тем самым позволяя клеткам делиться и передавать генетический материал следующим поколениям. (См. ДНК).

Центральная нервная система — одна из двух основных частей нервной системы наряду с периферической нервной системой. Включает головной и спинной мозг. Анатомически центральная и периферическая нервная система отличаются друг от друга, но функционально они взаимосвязаны.

Циклический АМФ (циклический аденозинмонофосфат) — вещество, играющее в клетках роль вторичного посредника, вызывая структурные и функциональные изменения в белках. Активирует фермент цАМФ-зависимую протеинкиназу, которая может действовать на многие белки, регулируя их работу, в том числе на ионные каналы и на белки, регулирующие транскрипцию (синтез РНК на матрице ДНК). (См. вторичные посредники, протеинкиназа А, транскрипция, фосфорилирование).

Цитоплазма — весь материал, содержащийся внутри клетки, за исключением ядра. Именно в цитоплазме работает аппарат синтеза белков.

Эксплицитная память — сохранение информации о людях, местах и предметах, для считывания которой требуется осознанное внимание. Такие воспоминания можно описать словами. Когда люди говорят о памяти, они обычно имеют в виду именно эксплицитную память. Называется также декларативной памятью. (Ср. имплицитная память).

Эксплицитное обучение — тип обучения, требующий участия сознания и касающийся приобретения информации о людях, местах и предметах. Называется также декларативным обучением. (Ср. имплицитное обучение).

Экспрессия гена (работа гена) — синтез белка в соответствии с информацией, записанной в данном гене.

Электрический синапс — участок, где один нейрон связывается с другим, передавая сигналы посредством электрического тока в месте соединения этих двух нейронов. (Ср. химический синапс).

Электрод — датчик, изготовленный из стекла или металла и имеющий форму иглы. Стеклянные электроды вводят в нейроны для регистрации электрической активности на их наружной мембране. Металлические электроды используют для наружной регистрации сигналов, не вводя электрод в клетку.

Эндокринные железы (железы внутренней секреции) — железы, выделяющие определенные вещества (гормоны) непосредственно в кровоток. После этого гормоны достигают тканей-мишеней и оказывают на них специфическое воздействие.

Этология — наука, изучающая поведение животных в их естественной среде.

Ядро (клеточное) — информационный центр клетки, в котором находится ее генетический материал. Ядро окружено оболочкой, отделяющей его от цитоплазмы. (Ср. цитоплазма).

Ядро (структура нервной системы) — группа тел функционально связанных нейронов в центральной нервной системе позвоночных. В периферической и центральной нервной системе беспозвоночных такие группы образуют ганглии. (См. тело нейрона).

AMPA-рецептор (рецептор альфа-амино-3-гидрокси-5-метилизоксазол-4-пропионовой кислоты — a-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid, AMPA) — один из двух типов постсинаптических рецепторов глутамата. Активируется в ответ на нормальную синаптическую передачу. (Ср. NMDA-рецептор).

CPEB (cytoplasmic potyadenylation element-binding protein — белок, связывающий элемент цитоплазматического полиаденилирования) — белок, регулирующий локальный синтез белков в районе синапсов. По-видимому, задействован в закреплении долговременной памяти.

CREB (cyclic AMP response element-binding protein — белок, связывающий элемент, реагирующий на циклический АМФ) — белок, регулирующий работу генов, активируемый сигнальным путем, включающим циклический АМФ и протеинкиназу А. Активирует гены, ответственные за долговременную память. (См. протеинкиназа А, циклический АМФ).

MAP-киназа (mitogen-activated protein kinasa — активируемая митогенами протеинкиназа) — белок, нередко действующий в сочетании с протеинкиназой А, обеспечивая формирование долговременной памяти. У аплизии, по-видимому, воздействует на белок CREB-2 (подавляющий экспрессию генов, запускаемую белком CREB-1). (См. CREB, протеинкиназа А).

NMDA-рецептор (рецептор N-метил-D-аспартата — N-methyl-D-aspartate, NMDA) — один из двух типов постсинаптических рецепторов глутамата, обсуждаемых в этой книге. Играет ключевую роль в долговременной потенциации. (Ср. AMPA-рецептор).

Примечания и источники

Этот раздел позволит читателю найти источники цитат и другие публикации, упоминаемые в каждой главе, а также литературу, из которой можно почерпнуть дополнительные сведения по обсуждаемым вопросам.

Предисловие

Об открытии структуры ДНК и предполагаемого этой структурой механизма репликации Уотсон и Крик доложили в двух статьях:

J. D. Watson & F. Н. С. Crick, Molecular structure of nucleic acids; A structure for deoxyribose nucleic acid, Nature 171 (1953): 737–738.

J. D. Watson & F. H. C. Crick, Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid, Nature 171 (1953): 964–967.

Первое издание нашего учебника вышло в 1981 году: E. R. Kan d el & J. H. Schwartz, Principles of Neural Science (New York: Elsevier, 1981).

Некоторые из автобиографических подробностей, обсуждаемых в этой книге, были в сильно сокращенном виде описаны в моей Нобелевской лекции, впоследствии опубликованной: E. R. Kandel, The Molecular Biology of Memory Storage: A Dialog Between Genes and Synapses, Les Prix Nobel (Stockholm: Almquist 81 Wiksell International, 2001).

1. Личные воспоминания и биология памяти

Идея мысленных путешествий во времени обсуждается в книге:

D. Schacter, Searching for Memory: The Brain, the Mind and the Past (New York: Basic Books, 1996).

История возникновения генетики и молекулярной биологии превосходно описана в следующих двух книгах: Н. F. Judson, The Eighth i Day of Creation (New York: Simon & Schuster, 1979); F. Jacob, The Logic of Life: A History of Heredity (New York: Pantheon, 1982).

Биология памяти подробно обсуждается в книге: L. Squire & E. R. Kandel, Memory-Front Mind to Molecules (New York: Scientific American Books, 1999).

Для истории биологии особенно ценны следующие четыре книги:

С. Darwin, On the Origin of Species (1859; одно из переизданий:! Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1964); E. Mayr, The Growth of Biological Thought: Diversity, Evolution and Inheritance (Cambridge, Mass.: Belknap, 1982); R. Dawkins, The Ancestor’s Tale: A Pilgrimage to the Dawn of Evolution (New York: Houghton Mifflin, 2004); Medicine, Science, and Society, ed. K. J. Isselbacher (New York: Wiley, 1984) — см. главу S. J. Gould, Evolutionary Theory and Human Origins.

Возникновение новой науки о психике подробно обсужда-, ется в следующих публикациях: Т. D. Albright, Т. М. Jessell, E. R. Kandel & М. I. Posner, Neural science: A century of progress and the mysteries that remain, Neuron (Suppl.) 25 (S2) (2000): 1–55; E. R. Kandel, J. H. Schwartz & Т. M. Jessell, Principles of Neural Science, 4th ed. (New York: McGraw-Hill, 2000).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из книги:

Y. Dudai, Memory from A to Z (Oxford: Oxford University Press, 2002).

2. Детство в Вене

На меня оказало большое влияние обсуждение истории венских евреев в следующих двух книгах: G. Е. Berkley, Vienna and Its Jews: The Tragedy of Success, 1880s — 1980s (Cambridge, Mass.: Abt Books, 1988) и C. E. Schorske, Fin de Siecle Vienna: Politics & Culture (New York: Alfred A. Knopf, 1980). Из книги Беркли взяты цитата о том, что “венцам удалось за одну ночь сделать” (ар. 45), слова Уильяма Джонстона о Вене (стр. 75), слова Ханса Ружички (стр. 303) и цитата из редакторской статьи в газете Reichspost (стр. 307). Обсуждение культурного расцвета Вены на рубеже XIX и XX веков в книге Шорске уже стало классикой; цитата о культуре среднего класса — ар. 298.

06 ожиданиях Гитлера до Аншлюсса см.: I. Kershaw, Hitler, 1936–1945: Nemesis (New York: W. W. Norton, 2000) и E. В. В и key, Hitler's Austria: Popular Sentiment in the Nazi Era, 1938–1945 (Chapel Hill: University of North Carolina Press, 2000).

Описание встречи кардинала Иннитцера с Гитлером взято из книги: G. Brook-Sh ерн erd, Anschluss (London: Macmillan, 1963), стр. 201–202. Эта встреча также обсуждается в книгах Беркли (Berkley, Vienna and Its Jews, стр. 323) и Кершо (Kershaw, Hitler, стр. 81–82).

Карл Цукмайер описывает Вену в 1938 году в своей автобиографии: С. Zuckmayer, Als Wars ein Stuck von Mir (Frankfurt: Fischer Tochenbuch Verlag, 1966), стр. 84; английский перевод:

C. Zuckmayer, A Part of Myself: Portrait of an Epoch, trans. Richard & Clara Winston (New York: Carroll & Graf, 1984).

О стремлении Гитлера стать художником и его художественных достижениях см.: P. Schjeldahl, The Hitler show, The New Yorker, April 1, 2002, стр. 87.

О присвоении венцами собственности своих сограждан-евреев см.: Т. Walzer & S. Tempi, UnserWen: “Arisierung”aufosterreichisch (Berlin: Aufbau-Verlag, 2001), стр. 110.

О роли католической церкви в распространении антисемитизма см.: F. Schweitzer, Jewish-Christian Encounters over the Centuries: Symbiosis, Prejudice, Holocaust, Dialogue, ed. M. Perry (New York: P. Lang, 1994), особенно стр. 136–137.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из досье моего отца из Венской еврейской общины и из следующих источников:

Applefeld, A. Always, darkness visible. New York Times, January 27, 2005, стр. A25.

Beller, S. Vienna andthe Jews, 1867–1938: A Cultural History. Cambridge: Cambridge University Press, 1989.

Clare, G. Last Waltz in Vienna. New York: Avon, 1983, особенно стр. 176–177.

Freud, S. The Psychopathology of Everyday Life. Translated by James Strachey. 1901. Reprint, New York: W. W. Norton, 1989.

Gedye, G. E. R. Betrayal in Central Europe: Austria and Czechoslovakia, The Fallen Bastions. New York: Harper 81 Brothers, 1939, особенно стр. 284.

Kamper, E. Derschlechte Ortzu Wien: ZurSituation der WienerJuden um Anschluss zum Novemberprogrom 1938. In: Der Novemberprogrom 1938: Die “Reichkristallnacht” in Wien. Vienna: Wienkultur, 1988, особенно стр. 36.

Lee, A. La ragazza, The New Yorker, February 16–23, 2004:174–187, особенно стр. 176.

Lesky, E. The Vienna Medical School of the Nineteenth Century. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 1976.

McCragg, W. O. Jr. A History of the Hapsburg Jews, 1670–1918. Bloomington: Indiana University Press, 1992.

Neusner, J. A Life ofYohanan benZaggai: Ca. 1–8 °C. E. 2nded. Leiden: Brill, 1970.

Pulzer, P. The Rise of Political Anti-Semitism in Germany and Austria. Cambridge, Mass: Harvard University Press, 1988.

Sachar, H. M. Diaspora: An Inquiry into the Contemporary Jewish World. New York: Harper 81 Row, 1985.

Schutz, W. The medical faculty of the University of Vienna sixty years following Austria’s annexation. Perspectives in Biology and Medicine 43 (2000): 389–396.

Spitzer, L. Hotel Bolivia. New York: Hill & Wang, 1998.

Stern, F. Einstein’s German World. Princeton, N. J.: Princeton University Press, 1999.

Weiss, D. W. Reluctant Return: A Survivor’s Journey to an Austrian Town. Bloomington: Indiana University Press, 1999.

Zweig, S. World of Yesterday. New York: Viking, 1943.

3. Американское образование

Об учебной мотивации юных эмигрантов из Вены см.: G. Holton & G. Sonnert, What happened to Austrian refugee children in America? in Osterreichs Umgang mit dem Nationalsozialismus (Vienna: Springer Verlag, 2004).

Еврейская школа Флэтбуша стала теперь крупнейшей еврейской дневной школой в США и по-прежнему остается одной из лучших. В 1927 году родительский совет, организовавший эту школу, предложил выдающемуся деятелю образования доктору Джоэлу Брейверману ее возглавить. Брейверман собрал незаурядный педагогический коллектив говоривших на иврите учителей из тогдашней Палестины и Европы и положил начало радикальным изменениям в еврейском образовании в США. Эти изменения включали три компонента. Во-первых, Брейверман настаивал, чтобы уроки религии (на которые приходилось не меньше половины всех учебных часов) велись не на английском и не на идише (распространенном языке среди иммигрантов-евреев того времени), а исключительно на иврите — языке, на котором в то время мало кто говорил за пределами Палестины. Еврейская школа Флэтбуша была первой школой в США, в которой на практике внедрили принцип Hebrew in Hebrew (иудаизм на иврите). Во-вторых, не меньший упор был сделан на светские предметы, преподавание которых велось на английском превосходными учителями. И в-третьих, это была современная школа, в которой обучалось почти одинаковое число девочек и мальчиков. Впоследствии многие другие дневные школы пошли по стопам Еврейской школы Флэтбуша. Об истории этого учебного заведения можно прочитать в книге: J. Bodner Du Bow, ed., The Yeshivah of Flatbush: The First Seventy-five Years (Brooklyn: Yeshivah of Flatbush, 2002).

Средняя школа Эразмус-Холл была основана в 1787 году. В тот год в нее набрали двадцать шесть мальчиков. Это была первая средняя школа, получившая лицензию совета регентов Университета штата Нью-Йорк. Школа, которую нередко называют “матерью средних школ”, немало способствовала развитию системы средних школ в штате Нью-Йорк. Первое здание, которое по-прежнему стоит в центре ее кампуса, было построено в год ее основания на пожертвования, которые внесли, в частности, Джон Джей, Аарон Берр и Александр Гамильтон. Об истории школы Эразмус-Холл можно прочитать в книге: R. Rush, еd., The Chronicles of Erasmus Hall High School (New York: Board of Education, 1987). Ежегодник моего класса от 1948 года, озаглавленный The Arch, послужил еще одним ценным источником информации для этого раздела.

Гарвардский колледж был основан в городе Кембридже в штате Массачусетс в 1636 году. В те годы, когда я учился в этом колледже, им руководил выдающийся химик Джеймс Конант. Он ввел четыре новшества, которые упрочили интеллектуальное лидерство университета. Первым была система целевых комиссий из независимых экспертов, принимающих решения о возможности предоставления каждой постоянной ставки. Эта мера гарантировала предоставление постоянных ставок на основании научных достижений, а не социального статуса и других посторонних факторов. Вторым нововведением была Программа национальных стипендий, предусматривавшая оплату обучения двум достойным студентам от каждого штата, что обеспечивало как географическое разнообразие, так и высокий уровень гарвардского студенчества. В-третьих, Конант внедрил программу общего образования, требующую от студентов выбирать и естественнонаучные, и гуманитарные курсы, благодаря чему все студенты колледжа получали хорошую подготовку по общеобразовательным дисциплинам. В-четвертых, он подписал соглашение с женским Рэдклифф-колледжем, которое давало его студенткам возможность свободно посещать занятия в Гарварде. См. Н. Hawkins, Between Harvard and America: The Educational Leadership of Charles W. Eliot (New York: Oxford University Press, 1972) и R. A. McCaughey, The transformation of American academic life: Harvard University 1821–1892, Perspectives in American History 8 (1974): 301–305.

О Фрейде см. P. Gay, Freud: A Life for Our Time (New York: W. W. Norton, 1988) и E. Jones, The Life and Work of Sigmund Freud, 3 vols. (New York: Basic Books, 1952–1957).

О бихевиоризме см.: E. Kandel, Cellular Basis of Behavior: An Introduction to Behavioral Neurobiology (San Francisco: Freeman, 1976); J. A. Gray, Ivan Pavlov (New York: Penguin Books, 1981); G. A. Kimble, Hilgard and Marquis’ Conditioning a Learning, 2nd ed. (New York: Appleton-Century-Crofts, 1961).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Freud, S. Beyond the Pleasure Principle. Translated by James Strachey. 1922. Reprint, New York: Liveright, 1950; цитата — стр. 83.

Kandel, E. Carl Zuckmayer, Hans Carossa, and Ernst JUnger: A study of their attitude toward National Socialism. Senior thesis, Harvard University, June 1952.

Stern, F. Dreams and Delusions. New York: Alfred A. Knopf, 1987.

Stern, F. Einstein’s German World. Princeton, N. J.: Princeton University Press, 1999.

Vietor, K. GeorgBuchner. Bern: A. Francke AG Verlag, 1949.

Vietor, K. Goethe. Bern: A. Francke AG Verlag, 1949.

Vietor, K. Derjunge Goethe. Bern: A. Francke AG Verlag, 1950.

4. По одной клетке

О психоанализе и работе мозга см.: L. S. Kubie, Some implications for psychoanalysis of modern concepts of the organization of the brain, Psychoanalytic Quarterly 22 (1953): 21–68; M. Ostow, A psychoanalytic contribution to the study of brain function. I: The frontal lobes, Psychoanalytic Quarterly 23 (1954): 317–338; M. Ostow, A psychoanalytic contribution to the study of brain function II: The temporal lobes, Psychoanalytic Quarterly 24 (1955): 383–423.

06 истории клеточной теории и нейронной доктрины см.:

E. Mayr, The Growth of Biological Thought: Diversity, Evolution and Inheritance (Cambridge, Mass.: Belknap, 1982); P. Mazzarello, The Hidden Structure: The Scientific Biography of Camillo Golgi (Oxford: Oxford University Press, 1999); G. M. Shepherd, Foundations of the Neuron Doctrine (New York: Oxford University Press, 1991).

Шеррингтон написал о Кахале очерк, озаглавленный A memorial on Ramon у Cajal, который был впервые опубликован в книге:

D. F. Cannon, ed., Explorers of the Human Brain: The Life of Santiago Ramon у Cajal (New York: Henry Schuman, 1949), а впоследствии перепечатан в книге: J. C. Eccles & W. C. Gibson, Sherrington: His Life and Thought (Berlin: Springer Verlag, 1979): отрывок “описывая видимое под микроскопом” — стр. 204, “Насыщенные антропоморфные описания…” — стр. 204–205, “Будет ли преувеличением сказать о нем…” — стр. 203.

Воспоминания Кахаля были переведены на английский в 1937 году и опубликованы в журнале Am. Philos. Soc. Mem. 8 (S. R. Cajal, Recollections of My Life, translated by E. H. Craigie & J. Cano); он сравнивает нейроны со “зрелым лесом” на стр. 324–325 и сравнивает себя и Гольджи с “сиамскими близнецами” на стр. 553. Нобелевская лекция Гольджи была перепечатана в собрании его сочинений:

C. Golgi, Opera Omnia, ed. L. Sala, E. Veratti & G. Sala, vol. 4 (Milan: Hoepl, 1929); приведенная цитата — стр. 1259; эта лекция была издана в английском переводе под названием The neuron theory: Theory and facts, in: Nobel Lectures: Physiology or Medicine, 1901–1921, ed. Nobel Foundation (Amsterdam: Elsevier, 1967).

Ходжкин писал о зависти в научном мире в своем автобиографическом очерке: A. L. Hodgkin, Autobiographical essay, in: The History of Neuroscience in Autobiography, ed. L. R. Squire, vol. 1 (Washington, D. C.: Society for Neuroscience, 1996); приведенная цитата — стр. 254. Слова Дарвина на эту же тему цитируются по статье: R. К. Merton, Priorities in scientific discovery: A chapter in the sociology of science, Am. Soc. Rev. 22 (1957): 635–659.

Подробнее о жизни и исследованиях Шеррингтона можно прочитать в книгах: С. Sherrington, The Integrative Action of the Nervous System (New Haven: Yale University Press, 1906) и R. Gran it, Charles Scott Sherrington: A Biography of the Neurophysiologist (Garden City, N. Y.: Doubleday, 1966).

Слова Роберта Холта о Фрейде цитируются по книге:

F. J. Sulloway, Freud, Biologist of the Mind (New York: Basic Books, 1979). стр. 17. Собственные слова Фрейда об этом счастливом периоде его жизни приведены в книге: W. R. Ever dell, The First Modems (Chicago: University of Chicago Press, 1997), стр. 131.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Сajal, S. R. The Croonian Lecture: La fine structure des centres nerveux. Proc. R. Soc. London Ser. В 55 (1894): 444–467.

Cajal, S. R. Histologie du systeme nerveux de i'homme et des vertebres. 2 vols. Madrid: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, 1909–1911. (Английский перевод: Histology of the Nervous System. Translated by N. Swanson & L. W. Swanson. 2 vols. New York: Oxford University Press, 1995.)

Cajal, S. R. Neuron Theory or Reticular Theory: Objective Evidence of the Anatomical Unity of Nerve Cells. Translated by M. U. Purkiss and C. A. Fox. Madrid: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, 1954.

Cajal, S. R. History of the synapse as a morphological and functional structure. In: Golgi Centennial Symposium: Perspectives in Neurobiology, ed. M. Santini, 39–50. New York: Raven Press, 1975.

Freud, S. New Introductory Lectures on Psychoanalysis. Translated by James Strachey. 1933. Reprint, New York: W. W. Norton, 1965.

Kandel, E. R., J. H. Schwartz & Т. M. Jessell. Principles of Neural Science. 4th ed. New York: McGraw-Hill, 2000.

Katz, B. Electrical Excitation of Nerve. London: Oxford University Press, 1939.

Reuben, J. P. Harry Grundfest. January 10, 1904 — October 10, 1983. Biog. Mem. Natl. Acad. Sci. 66 (1995): 151–166.

5. О чем говорит нервная клетка

Эдриан красноречиво пишет о нервных импульсах в своей книге: E. D. Adrian, The Basis of Sensation: The Action of the Sense Organs (London: Christopher, 1928). Моторные сигналы обсуждаются в статье:

E. D. Adrian 81 D. W. Bronk, The discharge of impulses in motor nerve fibers. Part I: Impulses in single fibers of the phrenic nerve, J. Physiol. 66 (1928): 81–101; отрывок “моторные волокна…” — стр. 98. Слова Эдриана о Шеррингтоне цитируются по книге: J. C. Eccles 81 W. C. Gibson, Sherrington: His Life and Thought (Berlin: Springer Verlag, 1979). стр. 84.

Выдающийся вклад Германа Гельмгольца в изучение проведения нервных импульсов, восприятия и неосознанных умозаключений обсуждается в книге: E. G. Boring, A History of Experimental Psychology, 2nd ed. (New York: Appleton-Century-Crofts, 1950).

О вкладе Юлиуса Бернштейна в изучение работы нервной системы см.: A. L. Hodgkin, The Conduction of the Nervous Impulse (Liverpool: Liverpool University Press, 1967); A. Huxley, Electrical activity in nerve: The background up to 1952, in: The Axon: Structure, Function and Pathophysiology, ed. S. G. Waxman, J. D. Kocsis, and P. K. Stys, 3–10 (New York: Oxford University Press, 1995); B. Katz, Nerve, Muscle, Synapse (New York: McGraw-Hill, 1966); S. M. Schuetze, The discovery of the action potential, Trends in Neuroscience 6 (1983): 164–168.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Adrian, E. D. The Mechanism of Nervous Action: Electrical Studies of the Neuron. (London: Oxford University Press, 1932).

Bernstein, J. Investigations on the thermodynamics of bioelectric currents. Pflugers Arch. 92 (1902): 521–562. (Английский перевод опубликован в кн.: Cell Membrane Permeability and Transport, ed. G. R. Kepner, 184–210. Stroudsburg, Pa.: Dowden, Hutchinson 81 Ross, 1979).

Doyle, D. A., J. M. Cabral, R. A. Pfuetzner, A. Kuo, J. M. G и lb is, S. L. Cohen, B. T. Chait & R. MacKinnon. The structure of the potassium channel: Molecularbasis of K+ conduction and selectivity. Science 280 (1998): 69–77.

Galvan 1, L. Commentary on the Effect of Electricity on Muscular Motion. Translated by Robert Montraville Green. Cambridge, Mass.: E. Licht, 1953. (Перевод книги Луиджи Гальвани: De viribus electricitatis in motu musculari commentaries, 1791).

Hodgkin, A. L. Chance and Design. Cambridge: Cambridge University Press, 1992.

Hodgkin, A. I. Autobiographical essay. In: The History of Neuroscience in Autobiography, ed. L. R. Squire. Vol. 1., 253–292. Washington, D. C.: Society for Neuroscience, 1996.

Hodgkin, A. L. 81A. F. Huxley. Action potentials recorded from inside a nerve fibre. Nature 144 (1939): 710–711.

Young, J. Z. The functioning of the giant nerve fibers of the squid. J. Exp. Biol. 15 (1938): 170–185.

6. Разговор нервных клеток

Грундфест оставался “искровиком” очень долго, даже после того, как Экклс и большинство других нейрофизиологов пришли к убеждению, что синаптическая передача имеет химическую природу. Только в сентябре 1954 года, за год до моего прихода в его лабораторию, на важном симпозиуме, посвященном нервным импульсам, Грундфест изменил свою позицию. Он писал: “Экклс недавно принял точку зрения, что эта передача [от нейрона к нейрону] осуществляется химическим путем. Некоторые из нас спорили с таким представлением. <…> Возможно, мы заблуждались”. (D. Nachmansohn & Н. Н. Merrit, eds., Nerve Impulses; Transactions [New York: Josiah Macy Jr. Foundation, 1956], стр. 184).

Об истории изучения синаптической передачи см.: W. М. Cowan 81 E. R. Kandel, A brief history of synapses and synaptic transmission, in: Synapses, ed. W. M. Cowan, Т. C. Sudhof, and C. F. Stevens (Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2000), 1–87.

Бернард Кац вспоминает свое прибытие в Великобританию в очерке То tell you the truth, sir, we do it because it’s amusing! опубликованном в книге: The History of Neuroscience in Autobiography, ed. L. R. Squire, vol. 1 (Washington, D. C.: Society for Neuroscience, 1996): 348–381; приведенная цитата — стр. 373.

О Поппере Экклс пишет в очерке Under the spell of the synapse, опубликованном в книге: The Neurosciences: Paths of Discovery, ed.

F. G. Worden, J. P. Swazey & G. Adelman (Cambridge, Mass.: MIT Press, 1976), 159–180; приведенные цитаты — стр. 162 и 163. Другие воспоминания об истории изучения синапсов и о споре “суповиков” с “искровиками" см.: S. R. Cajal, Recollections of My Life, translated by E. H. Craigie &. J. Cano, Am. Philos. Soc. Mem. 8 (1937); H. H. Dale, The beginnings and the prospects of neurohumoral transmission, Pharmacol. Rev. 6 (1954): 7–13; 0. Loewi, From the Workshop of Discoveries (Lawrence: University of Kansas Press, 1953). Обзорная статья Пола Фэтта о синаптической передаче: P. Fatt, Biophysics of junctional transmission, Physiol. Rev. 34 (1954): 674–710; приведенная цитата — стр. 704.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Brown, G. L., Н. Н. Dale & W. Feldberg. Reactions of the normal mammalian muscle to acetylcholine and eserine. J. Physiol. 87 (1936): 394–424.

Eccles, J. С. Physiology of the Synapses. Berlin: Springer Vertag, 1964.

Furshpan, E. J. & D. D. Potter. Transmission at the giant motor synapses of the crayfish. J. Physiol. 145 (1959): 289–325.

Grundfest, H. Synaptic and ephaptic transmission. In: Handbook of Physiology. Section I: Neurophysiology, 147–197. Washington, D. C.: American Physiological Society, 1959.

Kandel, E. R., J. H. Schwartz & Т. M. Jessell. Principles of Neural Science. 4th ed. New York: McGraw-Hill, 2000.

Katz, B. Electric Excitation of Nerve. Oxford: Oxford University Press, 1939.

Katz, B. The Release of Neural Transmitter Substances. Liverpool: University Press, 1969.

Katz, B. Stephen W. Kuffler. In: Steve: Remembrances of Stephen W. Kuffler, ed. O. J. McMahan. Sunderland, Mass.: Sinauer Associates, 1990.

Loewi, 0. & E. Navratil. On the humoral propagation of cardiac nerve action. Communication X: The fate of the vagus substance. In: Cellular Neurophysiology: A Source Book, ed. I. Cooke & M. Lipkin Jr., 478–485. New York: Holt, Rinehart and Winston, 1972. (Оригинал был опубликован на немецком в 1926 году.)

Раlay, S. L. Synapses in the central nervous system. J. Biophys. Biochem. Cytol. 2 (Suppl.) (1956): 193–202.

Popper, K. R. & J. C. Eccles. The Self and Its Brain. Berlin: Springer Verlag, 1977.

7. Простые и сложные нейронные системы

Зрительные ощущения, вызываемые ЛСД, описаны в следующих публикациях: A. L. Huxley, The Doors of Perception (New York: Harper and Brothers, 1954); J. H. Jaffe, Drugs of addiction and drug abuse, in: The Pharmacological Basis of Therapeutics, 7th ed., ed. L. S. Goodman & A. Gilman (New York: Macmillan, 1985); D. W. Woolley & E. N. Shaw, Evidence for the participation of serotonin in mental processes. Annals N. Y. Acad, of Sci. 66 (1957): 649–665, обсуждение — стр. 665–667.

Восстановить в памяти для этой главы то, что я знал об Уэйде Маршалле, мне помогли беседы с Уильямом Ландау, Стэнли Рапопортом и Томом Маршаллом — сыном Уэйда Маршалла.

Первыми из важнейших работ Маршалла были следующие: R. W. Gerard, W. Н. Marshall & L. J. Saul, Cerebral action potentials, Proc. Soc. Exp. Biol, and Med. 30 (1933): 1123–1125 и R. W. Gerard, W. H. Marshall & L. J. Saul, Electrical activity of the cat’s brain, Arch. Neurol, and Psychiat. 36 (1936): 675–735. К его последующим классическим работам относятся следующие две: W. Н. Marshall, С. N. Woolsey & P. Bard, Observations on cortical somatic sensory mechanisms of cat and monkey, J. Neurophysiol. 4 (1941): 1–24 и W. H. Marshall & S. A. Talbot, Recent evidence for neural mechanisms in vision leading to a general theory of sensory acuity, in: Visual Mechanisms, ed. H. Kluver, 117–164 (Lancaster, Pa.: Cattell, 1942).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Eyzaguirre, С. & S. W. Kuffler. Processes of excitation in the dendrites and in the soma of single isolated sensory nerve cells of the lobster and crayfish. J. Gen. Physiol. 39 (1955): 87–119.

Eyzaguirre, C. & S. W. Kuffler. Further study of soma, dendrite and axon scitation in single neurons. J. Gen. Physiol. 39 (1955): 121–153.

Jackson, J. H. Selected Writings of John Hughlings Jackson. Ed. J. Taylor. Vol. 1. London: Hodder & Stoughton, 1931.

Katz, B. Stephen W. Kuffler. In: Steve: Remembrances of Stephen W. Kuffler. Ed. O. J. McMahan. Sunderland, Mass.: Sinauer Associates, 1990.

Kuffler, S. W. & C. Eyzaguirre. Synaptic inhibition in an isolated nerve cell. J. Gen. Physiol. 39 (1955): 155–184.

Penfield, W. & E. Boldrey. Somatic motor and sensory representation in the cerebral cortex of man as studied by electrical stimulation. Brain 60 (1937): 389–443-

Penfield, W. & T. Rasmussen. The Cerebral Cortex of Man: A Clinical Study of Localization of Function. New York: Macmillan, 1950.

Purpura, D. P., E. R. Kandel & G. F. Gestrig. LSD-serotonin interaction on central synaptic activity. Цитируется в статье: D. P. Purpura. Experimental analysis of the inhibitory action of lysergic acid diethylamide on cortical dendritic activity in psychopharmacology of psychotomimetic and psychotherapeutic drugs. Annals N. Y. Acad, of Sci. 66 (1957): 515–536.

Sulloway, F. J. Freud: Biologist of the Mind. New York: Basic Books, 1979.

8. Разные воспоминания — разные участки мозга

О Галле см.: A. Harrington, Medicine, Mind, and the Double Brain: A Study in Nineteenth-Century Thought (Princeton, N. J.: Princeton University Press, 1987) и R. M. Young, Mind, Brain and Adaptation in the 19th Century (Oxford: Clarendon Press, 1970).

Публикация Брока 1864 года, в которой было показано, что левое полушарие управляет речью, была перепечатана в статье: Surlesiege de la faculte du langue articule, Buli. Soc. Antropol. 6 (1868): 337–393; приведенная цитата — ар. 378. Английский перевод этой статьи: E. A. Berker, А. Н. Berker & A. Smith, Localization of speech in the third left frontal convolution. Arch. Neurol. 43 (1986): 1065–1072.

Рассказ Бренды Милнер о пациенте Г. М. приведен в книге: P. j. Hills, Memory’s Ghost (New York: Simon 81 Schuster, 1995), стр. 110.

Обсуждение открытий Брока и Вернике см. в книгах: N. Geschwind, Selected Papers on Language and the Brain, Boston Studies in the Philosophy of Science 16 (Norwell, Mass.: Kluwer, 1974) и T. F. Feinberg & M. J. Farah, Behavioral Neurology and Neuropsychology (New York: McGraw-Hill, 1997).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Bruner, J. S. Modalities of memory. In: The Pathology of Memory, ed. G. A. Talland & N. C. Waugh. New York: Academic Press, 1969.

Flourens, P. Recherches experimentales sur les proprietes et les fonctions du systeme nerveux, dans les animaux vertebres. Paris: Chez Crevot, 1824.

Gall, F. J. & G. Spurzheim. Anatomie et physiologie du systeme nerveux en general, et du cerveau en particulier, avec des observations sur ia possibilite de reconnoitre plusiers dispositions intellectuelles et morales de i’homme et des animaux, par la configuration de leurs tetes. Paris: Schoell, 1810.

James, W. The Works of William James: The Principles of Psychology. Ed. F. Burkhardt 8» F. Bowers. 3 vols. 1890. Reprint, Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1981.

Lashley, K. S. In search of the engram. Soc. Exp. Biol. 4 (1950): 454–482.

Milner, B., L. R. Squire 81 E. R. Kandel. Cognitive neuroscience and the study of memory. Review. Neuron 20 (1998): 445–468.

Ryle, G. Concept of Mind. New York: Barnes and Noble, 1949.

Schacter, D. Searching for Memory: The Brain, the Mind and the Past. New York: Basic Books, 1996.

Scoville, W. В. & В. Milner. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesion. J. Neurol. Neurosurg. Psychiat. 20 (1957): 411–421.

Searle, J. R. Mind: A Brief Introduction. London: Oxford University Press, 2004.

Spurzheim, J. G. A View of the Philosophical Principles of Phrenology, 3rd ed. London: Knight, 1825.

Squire, L. R. Memory and Brain. New York: Oxford University Press, 1987.

Squire, L. R. & E. R. Kandel. Memory: From Mind to Molecules. New York: Scientific American, 1999.

Squire, L. R., P. C. Slater & P. M. Chace. Retrograde amnesia: Temporalgradientin very long term memory following electroconvulsive therapy. Science 187 (1975): 77–79.

Warren, R. M. Helmholtz on Perception: Its Physiology and Development. New York: John Wiley 81 Sons, 1968.

Wernicke, C. Der Aphasische Symptomen comp lex. Breslau: Cohn and Weigert, 1874.

9. В поисках идеального объекта для изучения памяти

Мы с Олденом Спенсером опубликовали несколько совместных статей о гиппокампе. См.: E. R. Kandel, W. A. Spencer & F. J. Br in ley Jr., Electrophysiology of hippocampal neurons, i: Sequential invasion and synaptic organization, J. Neurophysiol. 24 (1961): 225–242; E. R. Kandel & W. A. Spencer, Electrophysiology of hippocampal neurons. 11: Afterpotentials and repetitive firing, J. Neurophysiol. 24 (1961): 243–259; W. A. Spencer & E. R. Kandel, Electrophysiology of hippocampal neurons, ill: Firing level and time constant, J. Neurophysiol. 24 (1961): 260–271; W. A. Spencer & E. R. Kandel, Electrophysiology of hippocampal neurons, iv: Fast prepotentials. J. Neurophysiol. 24 (1961): 272–285; E. R. Kandel & W. A. Spencer, The pyramidal cell during hippocampal seizure. Epilepsia 2 (1961): 63–69; W. A. Spencer & E. R. Kandel, Hippocampal neuron responses to selective activation of recurrent collaterals of hippocampofugal axons, Exptl. Neurol. 4 (1961): 149–161.

Результаты исследования роли перфорантного пути в обучении, проведенного в 2004 году, были опубликованы в статье: М. F. Nolan, G. Malleret, J. T. Dudman, D. L. Buhl, В. Santoro, E. Gibbs, S. Vronskaya, G. Buzsaki, S. A. Siegelbaum, E. R. Kandel & A. Morozov, A behavioral role for dendritic integration: HCNi channels constrain spatial memory and plasticity at inputs to distal dendrites of CAl pyramidal neurons. Cell 119 (2004): 719–732.

Достоинства аплизии как подопытного животного и особенности ее биологии описаны в книгах: E. R. Kandel, Cellular Basis of Behavior: An Introduction to Behavioral Neurobiology (San Francisco: Freeman, 1976) и The Behavioral Biology of Aplysia: A Contribution to the Comparative Study of Opisthobranch Molluscs (San Francisco: Freeman, 1979) — Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Brenner, S. My Life in Science. London: Biomed Central, 2002. “Вот что нужно делать…” — стр. 56–60. Nature’s gift to science. In: Les Prix Nobel/The Nobel Prizes, ed. Nobel Foundation, 268–283. Stockholm: Almquist 81 Wiksell International, 2002.

Hilgard, E. Theories of Learning. New York: Appleton-Century-Crofts, 1956.

10. Нейронные аналоги обучения

О Массачусетском центре психического здоровья я уже писал ранее в статье: E. R. Kandel, A new intellectual framework for psychiatry, Am. J. Psych. 155 (1998): 457–469. Результаты исследования, которое я проводил, когда проходил резидентуру, опубликованы в статье: E. R. Kandel, Electrical properties of hypothalamic neuroendocrine cells. J. Gen. Physiol. 47 (1964): 691–717.

О бихевиоризме см.: I. P. Pavlov, Conditioned Reflexes: An Investigation of the Physiological Activity of the Cerebral Cortex, trans.

G. V. Anrep (London: Oxford University Press, 1927); B. F. Skinner, The Behavior of Organisms (New York: Appleton-Century-Crofts, 1938); E. G. Boring, A History of Experimental Psychology, 2nd ed. (New York: Appleton-Century-Crofts, 1950); G. A. Kimble, Hilgard and Marquis’ Conditioning and Learning, 2nd ed. (New York: Appleton-Century-Crofts, 1961); and J. Konorski, Conditioned Reflexes and Neuron Organization (Cambridge: Cambridge University Press, 1948; приведенная цитата — стр. 79–80).

Слова Макса Перутца о Джиме Уотсоне цитируются по книге:

H. F. Judson, The Eighth Day of Creation (New York: Simon 81 Schuster, 1979). стр. 21.

Слова Экклса — из раздела: J. С. Eccles, Conscious experience and memory, in: Brain and Conscious Experience, ed. J. C. Ecctes (New York: Springer, 1966): 314–344; приведенная цитата — стр. 330.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Cajal, S. R. The Croonian Lecture. La fine structure des centres nerveux. Proc. R. Soc. London Ser. В 55 (1894): 444–467. “Использование психических функций…” — стр. 466.

Doty, R. W. & C. Guirgea. Conditioned reflexes established by coupling electrical excitation to two cortical areas. In: Brain Mechanisms and Learning, ed. A. Fessard, R. W. Gerard, and J. Konorski, 133–151. Oxford: Blackwell, 1961.

Kimble, G. A. Foundations of Conditioning and Learning. New York: Appleton-Century-Crofts, 1967.

11. Усиление синаптических связей

Исследования аналогов привыкания и сенсибилизации проводились на клетке R2, которую ранее называли гигантской клеткой аплизии. Результаты этих исследований были опубликованы в статье: E. R. Kandel & L. Tauc, Mechanism of heterosynaptic facilitation in the giant cell of the abdominal ganglion of Aplysia depilans, J. Physiol. (London) 181 (1965): 28–47. Исследования аналога классического условного рефлекса проводились на соседних клетках намного меньшего размера; см.: E. R. Kandel 81 L. Tauc, Heterosynaptic facilitation in neurons of the abdominal ganglion of Aplysia depilans, J. Physiol. (London) 181 (1965): 1–27; цитата (“Тот факт, что связи…”) — стр. 24.

Слова Конрада Лоренца о дождевом черве цитируются по книге: Y. Dudai, Memory from A to Z (Oxford: Oxford University Press, 2002), стр. 225.

Слова Каца о Хилле приведены в его очерке: В. Katz, То tell the you truth, sir, we do it because it’s amusing! in: The History of Neuroscience in Autobiography, ed. L. R. Squire, vol. 1, 348–381 (Washington, D. C.: Society for Neuroscience, 1996).

Превосходные обсуждения экспериментов с обучением, от которых я отталкивался, можно прочитать в книгах: Е. Hilgard, Theories of Learning (New York: Appleton-Century-Crofts, 1956) и G. A. Kimble, Foundations of Conditioning and Learning (New York: Appleton-Century-Crofts, 1967).

Об истории антисемитизма во Франции см.: I. Y. Zingular & S. W. Bloom, eds. Inclusion and Exclusion: Perspectives on Jews from the Enlightenment to the Dreyfus Affair (Leiden and Boston: Brill, 2003).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Kandel, E. R. Cellular Basis of Behavior: An Introduction to Behavioral Neurobiology. San Francisco: Freeman, 1976.

Kandel, E. R. & L. Tauc. Mechanism of prolonged heterosynaptic facilitation. Nature 202 (1964): 145–147.

Kandel, E. R. & L. Tauc. Heterosynaptic facilitation in neurons of the abdominal ganglion of Aplysia depilans. J. Physiol. (London) 181 (1965): 1–27.

Kandel, E. R. & L. Tauc. Mechanism of heterosynaptic facilitation in the giant cell of the abdominal ganglion of Aplysia depilans. J. Physiol. (London) 181 (1965): 28–47.

12. Центр нейробиологических и поведенческих исследований

Среда, которая сложилась в Гарварде при Куффлере, хорошо описана в книгах: O. J. McMahan, ed., Steve: Remembrances of Stephen W. Kuffler (Sunderland, Mass.: Sinauer Associates, 1990) и D. H. Hubel & T. N. Wiesel, Brain and Visual Reception (Oxford: Oxford University Press, 2005).

Слова Пера Андерсена — из его статьи: P. Andersen, A prelude to long-term potentiation, in: LTP: Long-Term Potentiation, ed. T Bliss, G. Collingridge 81 R. Morris (Oxford: Oxford University Press, 2004). Наша с Олденом Спенсером обзорная статья: E. R. Kandel 81 W. A. Spencer, Cellular neurophysiological approaches in the study of learning, Physiol. Rev. 48 (1968): 65–134.

13. Даже простое поведение может видоизменяться под действием обучения

Картирование связей между идентифицированными клетками описано в работах: W. Т. Frazier, E. R. Kandel, I. Kupfermann, R. Waziri & R. E. Cog g es hall, Morphological and functional properties of identified neurons in the abdominal ganglion of Aplysia californica. j. Neurophysiol. 30 (1967): 1288–1351; E. R. Kandel, W. T. Frazier, R. Waziri &. R. E. Coggeshall, Direct and common connections among identified neurons in Aplysia, j. Neurophysiol. 30 (1967): 1352–1376; I. Kupfermann & E. R. Kandel, Neuronal controls of a behavioral response mediated by the abdominal ganglion ofAplysia, Science 164 (1969): 847–850. В своих первых экспериментах в качестве сильного безусловного раздражителя, вызывающего сенсибилизацию, мы нередко использовали удар током в голову, а не в заднюю часть тела.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Arvanitaki, А. & N. Chalazonitis. Configurations modales de 1’activite, propres a differents neurons d’un тёте centre. J. Physiol. (Paris) 50 (1958): 122–125.

Byrne, J., V. Castellucci & E. R. Kandel. Receptive fields and response properties of mechanoreceptor neurons innervating siphon skin and mantle shelf of Aplysia. J. Neurophysiol. 37 (1974): 1041–1064.

Byrne, J., V. Castellucci & E. R. Kandel. Contribution of individual mechanoreceptor sensory neurons to defensive gill-withdrawal reflex in Aplysia. J. Neurophysiot. 41 (1978): 418–431.

Cajal, S. R. The Croonian Lecture: La fine structure des centres nerveux. Proc. R. Soc. London Ser. В 55 (1894): 444–467.

Carew, T. J., R. D. Hawkins 81 E. R. Kandel. Differential classical conditioning of a defensive withdrawal reflex in Aplysia californica. Science 219 (1983): 397–400.

Goldschmidt, R. Das Nervensystem von Ascaris lumbricoides und megalocephala: Ein Versuch in den Aufbau eines einfachen Nervensystems einzudringen. Erster Teil. Z. Wiss. Zool. 90 (1908): 73–126.

Hawkins, R. D., V. F. Castellucci 81 E. R. Kandel. Interneurons involved in mediation and modulation of the giU-withdrawalreflex in Aplysia. II: Identified neurons produce heterosynaptic facilitation contributing to behavioral sensitization. J. Neurophysiol. 45 (1981): 315–326.

Kandel, E. R. Cellular Basis of Behavior: An Introduction to Behavioral Neurobiology. San Francisco: Freeman, 1976.

Kandel, E. R. The Behavioral Biology of Aplysia: A Contribution to the Comparative Study of Opisthobranch Molluscs. San Francisco: Freeman, 1979.

Kohler, W. Gestalt Psychology. An Introduction to New Concepts of Modern Psychology. Denver: Mentor Books/New American Library, 1947.

Pinsker, Н., I. Kupfermann, V. Castellucci & E. R. Kandel. Habituation and dishabituation of the gill-withdrawalreflex in Aplysia. Science 167 (1970): 1740–1742.

Thorpe, W. H. Learning and Instinct in Animals. Rev. ed. Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1963.

14. Полученный опыт изменяет синапсы

О Фрейдовых теориях синаптической пластичности и памяти см.: S. Freud, Project for a scientific psychology, in: Standard Edition, trans. and ed. James Strachey et al., vol. 1, 281–397 (New York: W. W. Norton, 1976); К. H. Pribram & М. M. Gill, Freud’s Project Reassessed: Preface to Contemporary Cognitive Theory and Neuropsychology (New York: Basic Books, 1976); F. J. Sulloway, Freud: Biologist of the Mind (New York: Basic Books, 1979).

Я и мои коллеги изучали также механизмы выработки классических условных рефлексов. В 1983 году Хокинс, Кэрью и я выделили пре-синаптический компонент этого процесса — усиление механизмов, способствующих сенсибилизации. В 1992 году Николас Дейл и я установили, что исследуемые сенсорные нейроны используют в качестве медиатора глутамат. В 1994 году мой бывший постдок Дэвид Гланц-ман, а вслед за ним Роберт Хокинс и я обнаружили, что важную роль в этом процессе играет и пресинаптический компонент. См.: X. Y. Lin & D. L. Glanzman, Long-term potentiation of Aplysia sensorimotor synapses in cell culture regulation by postsynaptic voltage, Biol. Sci. 255 (1994): 113–118 и I. Antonov, I. Antonova, E. R. Kandel & R. D. Hawkins, Activity-dependent presynaptic facilitation and Hebbian LTP are both required and interact during classical conditioning in Aplysia, Neuron 37 (2003): 135–147.

Об альтернативных представлениях о механизмах обучения см.: R. Adey, Electrophysiological patterns and electrical impedance characteristics in orienting and discriminative behavior, Proc. Int. Physiol. Soc. (Tokyo) 23 (1965): 324–329; приведенная цитата — стр. 235.

В. D. Burns, The Mammalian Cerebral Cortex (London: Arnold, 1958); приведенная цитата — стр. 96; S. R. Caial, The Croonian Lecture. La fine structure des centers nerveux, Proc. R. Soc. London Ser. В 55 (1894): 444–467; D. 0. Hebb, The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory (New York: John Wiley, 1949).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Castellucci, V., H. Pinsker, I. Kupfermann & E. R. Kandel. Neuronal mechanisms of habituation and dishabituation of the gill-withdrawal reflex in Aplysia. Science 167 (1970): 1745–1748. “Эти данные указывают…” — стр. 1748.

Hawkins, R. D., T. W. Abrams, T. J. Carew 81 E. R. Kan d el. A cellular mechanism of classical conditioning in Aplysia: Activity-dependent amplification ofpresynaptic facilitation. Science 219 (1983): 400–405.

Kandel, E. R. A Cell-Biological Approach to Learning. Grass Lecture Monograph I. Bethesda, Md.: Society for Neuroscience, 1978.

Kupfermann, I., V. Castellucci, H. Pinsker & E. R. Kandel. Neuronal correlates of habituation and dishabituation of the gill-withdrawalreflex in Aplysia. Science 167 (1970): 1743–1745.

Pinsker, H., I. Kupfermann, V. Castellucci & E. R. Kandel. Habituation and dishabituation of the gill-withdrawal reflex in Aplysia. Science 167 (1970): 1740–1743. “Судя no преимуществам…” — стр. 1740.

15. Биологические основы индивидуальности

Обсуждение работ Гельмгольца, посвященных бессознательным умозаключениям, основано на материалах следующих публикаций: С. Frith, Disorders of cognition and existence of unconscious mental processes: An introduction, in: E. Kandel et al., Principles of Neural Science, 5th ed. (New York: McGraw-Hill, forthcoming); R. M. Warren 81 R. P. Warren, Helmholtz on Perception: Its Physiology and Development (New York: John Wiley & Sons, 1968); R. J. Herrnstein 81 E. Boring, eds., A Source Book in the History of Psychology (Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1965), особенно стр. 189–193; R. L. Gregory, ed., The Oxford Companion to the Mind (Oxford: Oxford University Press, 1987), стр. 308–309.

Об Эббингаузе см.: Н. Ebbinghaus, Memory: A Contribution to Experimental Psychology, trans. H. A. Ruger & C. E. Bussenius (New York: Teacher’s College/Columbia University, 1913); оригинал опубликован на немецком в 1885 году.

О структурных изменениях в нервной системе аплизии см.:

С. Н. Bailey & М. Chen, Long-term memory in Aplysia modulates the total number of varicosities of single identified sensory neurons, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85 (1988): 2373–2377; C. H. Bailey & M. Chen, Time course of structural changes at identified sensory neuron synapses during long-term sensitization in Aplysia, J. Neurosci. 9 (1989): 1774–1780; С. Н. Bailey & E. R. Kandel, Structural changes accompanying memory storage, Annu. Rev. Physiol. 55 (1993): 397–426.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Cajal, S. R. The Croonian Lecture: La fine structure des centres nerveux. Proc. R. Soc. London Ser. В 55 (1894): 444–467.

Dudai, Y. Memory from A to Z. Oxford: Oxford University Press, 2002.

Duncan, C. P. The retroactive effect of electroshock on learning. J. Comp. Physiol. Psychol. 42 (1949): 32–44.

Ebert, Т., C. Pantev, C. Wienbruch, B. Rockstroh, and E. Taub. Increased cortical representation of the fingers of the left hand in string players. Science 270 (1995): 305–307.

Flexner, J. B., L. B. Flexner & E. Stellar. Memory in mice as affected by intracerebral puromycin. Science 141 (1963): 57–59.

Jenkins, W. М., M. M. Merzenich. M. T. Ochs, T. Allard 81 E. Guic-Robles. Functional reorganization of primary somatosensory cortex in adult owl monkeys after behaviorally controlled tactile stimulation. J. Neurophysiol. 63 (1990): 83–104.

16. Молекулы и кратковременная память

О механизмах работы циклического АМФ в целом см.: R. J. DeLange, R. G. Kemp, W. D. Riley, R. A. Cooper & E. G. Krebs. Activation of skeletal muscle phosphorylase kinase by adenosine triphosphate and adenosine 3’, 5’ — monophosphate. J. Biol. Chem. 243, no. 9 (1968): 2200–2208; E. G. Krebs, Protein phosphorylation and cellular regulation, I in: Les Prix Nobel (The Nobel Prizes), ed. Nobel Foundation (Stockholm: Almquist & Wiksell International, 1992); T. W. Rail & E. W. Sutherland, The regulatory role of adenosine 3’, 5’ — phosphate. Cold SpringHarborSymp., Quant. Biol. 26 (1961) 347–354; A. E. Gilman, Nobel lecture. G Proteins and regulation of adenylyl cyclase, Biosci. Reports 15 (1995): 65–97; P. Greengard, The neurobiology of dopamine signaling, in: Les Prix Nobel (The Nobel Prizes), ed. Nobel Foundation, 262–281 (Stockholm: Almquist & Wiksell International, 2000).

О работе циклического АМФ в нервной системе аплизии: см. J. Н. Schwartz, V. F. Castellucci & E. R. Kandel, Functioning of identified neurons and synapses in abdominal ganglion of Aplysia in absence of protein synthesis, J. Neurophysiol. 34 (1971): 939–953;

H. Cedar, E. R. Kandel, and J. H. Schwartz, Cyclic adenosine monophosphate in the nervous system of Aplysia californica: Increased synthesis in response to synaptic stimulation. J. Gen. Physiol. 60 (1972): 558–569; M. Brunelli, V. Castellucci & E. R. Kandel, Synaptic facilitation and behavioral sensitization in Aplysia: Possible role of serotonin and cyclic AMP. Science 194 (1976): 1178–1181; V. F. Castellucci, E. R. Kandel, J. H. Schwartz, F. D. Wilson, A. C. Nairn & P. Greengard. Intracellular injection of the catalytic subunit of cyclic AMP-dependent protein kinase simulates facilitation of transmitter release underlying behavioral sensitization in Aplysia. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 11 (1980): 7492–7496.

О работе циклического АМФ в нервной системе дрозофилы см.: S. Benzer, Behavioral mutants of Drosophila isolated by counter current distribution, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 58 (1967): 1112–1119; D. Byers, R. L. Davis & J. R. Kiger Jr., Defect in cyclic AMP phosphodiesterase due to the dunce mutation of learning in Drosophila melanogaster, Nature 289 (1981): 79–81; Y. Dudai, Y. N. Jan, D. Byers, W. G. Quinn 81 S. Benzer. Dunce, a mutant of Drosophila deficient in learning. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 73, no. 5 (1976): 1684–1688.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Castellucci, V. & E. R. Kandel. Presynaptic facilitation as a mechanism for behavioral sensitization in Aplysia. Science 194 (1976): 1176–1178.

Dale, N. & E. R. Kandel. L-glutamate may be the fast excitatory transmitter of Aplysia sensory neurons. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 90 (1993): 7163–7167.

Jacob, F. The Possible and the Actual. New York: Pantheon, 1982; приведенная цитата — стр. 33–35.

Jacob, F. The Statue Within. Translated by F. Philip. New York: Basic Books, 1988.

Kandel, E. R. Cellular Basis of Behavior: An Introduction to Behavioral Neurobiology. San Francisco: Freeman, 1976.

Kandel, E. R., M. Klein, B. Hochner, M. Shuster, S. Siegelbaum, R. Hawkins, D. Glanzman, V. F. Castellucci & T. Abrams. Synaptic modulation and learning: New insights into synaptic transmission from the study of behavior. In: Synaptic Function, ed. G. M. Edelman, W. E. Gall 81 W. M. Cowan, 471–518. New York: John Wiley 81 Sons, 1987.

Kistler, H. B. Jr., R. D. Hawkins, J. Koester, H. W. M. Steinbusch, E. R. Kandel 81 J. H. Schwartz. Distribution of serotonin-immunoreactive cell bodies and processes in the abdominal ganglion of mature Aplysia. J. Neurosci. 5 (1985): 72–80.

Kriegstein, A., V. F. Castellucci 81 E. R. Kandel. Metamorphosis of Aplysia californica in laboratory culture. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 71 (1974): 3654–3658.

Kuffler, S. 81 J. Nicholls. From Neuron to Brain: A Cellular Approach to the Function of the Nervous System. Sunderland, Mass.: Sinauer Associates, 1976.

Siegelbaum, S., J. S. Camardo & E. R. Kandel. Serotonin and cAMP close single K+ channels in Aplysia sensory neurons. Nature 299 (1982): 413–417.

17. Долговременная память

О дневной и ночной науке Франсуа Жакоб пишет в своей книге:

F. Jacob, The Statue Within, trans. F. Philip (New York: Basic Books, 1988), стр. 296–297.

О Томасе Моргане см. две его биографии: G. Е. Allen, Thomas Hunt Morgan: The Man and His Science (Princeton, N. J.: Princeton University Press, 1978) и A. H. Sturtevant, Thomas Hunt Morgan (New York: National Academy of Sciences, 1959). См. также: E. R. Kandel, Thomas Hunt Morgan at Columbia: Genes, chromosomes, and the origins of modern biology, стр. 29–35 и E. R. Kandel, An American century of biology, стр. 36–39 — In: Living Legacies: Great Moments in the Life of Columbia for the 250th Anniversary, осенний (fall) выпуск журнала Columbia: The Magazine of Columbia University за 1999 год.

Уотсон и Крик впервые доложили о своем открытии в статье: J. D. Watson & F. Н. С. Crick, Molecular structure of nucleic acids: А structure of deoxyribose nucleic acid, Nature 171 (1953): 737–738; приведенная цитата — стр. 738. См. также: J. D. Watson & F. Н. С. Crick, Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid, Nature 171 (1953): 964–967; J. D. Watson, The Double Helix (1968; reprint, New York: Touchstone/Simon & Schuster, 2001); J. D. Watson 81 A. Berry, DNA: The Secret of Life (New York: Alfred A. Knopf, 2003). Цитируемые слова Уотсона — из последней книги (стр. 88). Первое издание книги Шредингера: Е. Schrodinger, What Is Life: The Physical Aspect of the Living Cell. 1944. (Переиздание: Cambridge: Cambridge University Press, 1947).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Avery, О. Т., С. М. MacLeod & М. McCarty. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types: Induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from Pneumococcus Type III. J. Exp. Med. 19 (1944): 137–158. Chimpanzee Genome. Special issue on chimpanzees. Nature 437, September 1, 2005.

Cohen, S. N., A. C. Chang, H. W. Boyer & R. B. Helling. Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 70, no. 11 (1973): 3240–3244.

Crick, F. H., L. Barnett, S. Brenner & R. J. Watts-Tobin. General nature of the genetic code for proteins. Nature 192 (1961): 1227–1232.

Gilbert, W. DNA sequencing and gene structure. Science 214 (1981): 1305–1312.

Jackson, D. A., R. H. Symons, & P. Berg. Biochemical method for inserting new genetic information into DNA Simian Virus 40: circular SV40 DNA molecules containing lambda phage genes and the galactose operon of Escherichia coli. Proc. Nat. Acad. Sri. USA 69 (1972): 2904–2909.

Jessell, Т. M. & E. R. Kandel. Synaptic transmission: A bidirectional and a self-modifiable form of cell-cell communication. Cell 72 / Neuron 10 (Suppl.) (1993): 1–30.

Matthaei, H. & M. W. Nirenberg. The dependence of cell-free protein synthesis in E. coli upon RNA prepared from ribosomes. Biochem. Biophys. Res. Commun. 4 (1961): 404–408.

Sanger, F. Determination of nucleotide sequences in DNA. Science 214 (1981): 1205–1210.

18. Гены памяти

Классическая статья Жакоба и Моно: F. Jacob & J. Monod, Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins, J. Molec. Biol. 3 (1961): 318–356.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Buck, L. & R. Axel. Novel multigene family may encode odorant receptors: A molecular basis for odor recognition. Cell 65, no. 1 (1991): 175–187.

Jacob, F. The Statue Within. Translated by F. Philip. New York: Basic Books, 1988.

Kandel, E. R., A. Kriegstein & S. Schacher. Development of the central nervous system of Aplysia in the terms of the differentiation of its specific identifiable cells. Neuwsci. 5 (1980): 2033–2063.

Scheller, R. H., J. F. Jackson, L. B. McAllister, J. H. Schwartz, E. R. Kandel & R. Axel. A family of genes that codes for ELH, a neuropeptide eliciting a stereotyped pattern of behavior in Aplysia. Cell 28 (1982): 707–719; приведенная цитата — стр. 707.

Weinberg, R. A. Racing to the Beginning of the Road: The Search for the Origin of Cancer. San Francisco: Freeman, 1998; приведенная цитата — стр. 162–163.

19. Диалог генов и синапсов

Две обзорные статьи Филипа Гелета: P. Goelet, V. Castellucci, S. Schacher & E. R. Kandel, The long and short of long-term memory — a molecular framework, Nature 322 (1986): 419–422 и P. Goelet & E. R. Kandel, Tracking the flow of learned information from membrane receptors to genome, Trends Neurosci. 9 (1986): 472–499.

В исследовании перемещения цАМФ-зависимой протеинкиназы с нами был Роджер Цянь, сотрудник Института Говарда Хьюза из Калифорнийского университета в Сан-Диего, разработавший метод, которым мы воспользовались, чтобы отследить поступление цАМФ-зависимой протеинкиназы в ядро. Эта работа описана в статье: В. J. Bacskai, В. Hochner, М. Mahaut-Smith, S. R. Adams, В. К. Kaang, E. R. Kandel & R. Y. Tsien , Spatially resolved dynamics of cAMP and protein kinase A subunits in Aplysia sensory neurons, Science 260 (1993): 222–226.

Инициатором разработки методов поддержания клеточных культур для экспериментов с нейронами аплизии был Сэм Шахер, с которым сотрудничали мои ученики Стивен Рейпорт, Пьер Джорджо Монтароло и Эрик Прошански.

Первые данные о роли CREB-белка в синаптической пластичности, связанной с обучением, опубликованы в статье: Р. К. Dash, В. Hochner & E. R. Kandel, Injection of cAMP-responsive element into the nucleus of Aplysia sensory neurons blocks long-term facilitation, Nature 345 (1990): 718–721.

Открытие белка-репрессора аплизии описано в статье: D. Bartsch, М. Ghirardi, P. A. Skehel, К. A. Karl, S. P. Herder, М. Chen, С. Н. Bailey & E. R. Kandel, Aplysia CREB-2 represses long-term facilitation: Relief of repression converts transient facilitation into long-term functional and structural change, Cell 83 (1995): 979–992.

О новом экспериментальном методе изучения памяти у дрозофилы см.: Т. Tully, Т. Preat, S. С. Boynton & М. Del Vecchio, Genetic dissection of consolidated memory in Drosophila melanogaster, Cell 79 (1994): 35–47.

Результаты исследований приобретенного страха, указывающие на роль CREB-penpeccopa в подавлении долговременной памяти, а CREB-активатора — в ее усилении, опубликованы в статьях: J. С. P. Yin, J. S. Wallach, М. Del Vecchio, E. L. Wilder, H. Zhuo, W. G. Quinn & T. Tully, Induction of a dominant negative CREB transgene specifically blocks long-term memory in Drosophila, Cell 79 (1994): 49–58; J. C. P. Yin, M. Del Vecchio, H. Zhou & T. Tully, CREB as a memory modulator: Induced expression of a dCREB2 activator isoform enhances long-term memory in Drosophila. Cell 81 (1995): 107–115.

Данные о работе CREB-белков у пчел приведены в статье: D. Eisenhardt, A. Friedrich, N. Stollhoff, U. Muller, Н. Kress & R. Menzel, The AmCREB gene is an ortholog of the mammalian CREB/CREM family of transcription factors and encodes several splice variants in the honeybee brain, Insect Molecular Biol. 12 (2003): 373–382.

Данные о роли CREB-белков в приобретенном страхе у мышей приведены в статьях: Р. W. Frankland, S. A. Josselyn, S. G. Anag-n о star as et AL., Consolidation of CS and US representations in associative fear conditioning, Hippocampus 14 (2004): 557–569 и S. Kida, S. A. Josselyn, S. P. de Ortiz et al., CREB required for the stability of new and reactivated fear memories, Nature Neurosci.

Данные о роли CREB-белков в обучении у человека приведены в статьях: B. М. Alarcon, G. Malleret, К. Touzani, S. Vronskaya, S. Ishii, E. R. Kandel & A. Barco, Chromatin acetylation, memory, and LTP are impaired in СВР+/ — mice: A model for the cognitive deficit in Rubinstein-Taybi Syndrome and its amelioration, Neuron 42 (2004): 947–959.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Bailey, С. Н., P. Montarolo, М. Chen, E. R. Kandel & S. Schacher. Inhibitors of protein and RNA synthesis block structural changes that accompany long-term heterosynaptic plasticity in Aplysia. Neuron 9 (1992): 749–758.

Bartsch, D., A. Casadio, К. A. Karl, P. Serodio & E. R. Kandel. CREB-i encodes a nuclear activator, a repressor, and a cytoplasmic modulator that form a regulatory unit critical for long-term facilitation. Cell 95 (1998): 211–223.

Bartsch, D., M. Ghirardi, A. Casadio, M. Giustetto, K. A. Karl, H. Zhu & E. R. Kandel. Enhancement of memory-related long-term facilitation by ApAF, a novel transcription factor that acts downstream from both CREB-i and CREB-2. Cell 103 (2000): 595–608.

Casadio, А., К. C. Martin, M. Giustetto, H. Zhu, M. Chen, D. Bartsch, C. H. Bailey & E. R. Kandel. A transient neuron-wide form ofCREB-mediated long-term facilitation can be stabilized at specific synapses by local protein synthesis. Cell 99 (1999)= 221–237.

Chain, D. G., A. Casadio, S. Schacher. A. N. Hegde. M. Valbrun, N. Yamamoto, A. L. Goldberg, D. Bartsch, E. R. Kandel & J. H. Schwartz. Mechanisms for generating the autonomous cAMP-dependent protein kinase required for long-term facilitation in Aplysia. Neuron 22 (1999): 147–156.

Dale, N. 81 E. R. Kandel. L-glutamate may be the fast excitatory transmitter of Aplysia sensory neurons, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90 (1993): 7163–7167.

Glanzman, D. L, E. R. Kandel & S. Schacher. Target-dependent structural changes accompanying long-term synaptic facilitation in Aplysia neurons. Science 249 (1990): 799–802.

Kaang, B. K., E. R. Kandel & S. G. N. Grant. Activation of cAMP-responsive genes by stimuli that produce long-term facilitation in Aplysia sensory neurons. Neuron 10 (1993): 427–435.

Lorenz, K. Z. The Foundations of Ethology. New York: Springer Verlag, 1981.

Martin, K. C., D. Michael, J. C. Rose, M. Barad, A. Casadio, H. Zhu & E. R. Kandel. MAP kinase translocates into the nucleus of the presynaptic cell and is required for long-term facilitation in Aplysia. Neuron 18 (1997): 899–912.

Martin, К. C., A. Casadio, H. Zhu, E. Yaping, J. Rose, C. H. Bailey, M. Chen & E. R. Kandel. Synapse-specific transcription-dependent long-term facilitation of the sensory to motor neuron connection in Aplysia: A function for local protein synthesis in memory storage. Cell 91 (1997): 927–938.

Mayford, М., A. Barzilai, F. Keller, S. Schacher & E. R. Kandel. Modulation of an NCAM-related adhesion molecule with long-term synaptic plasticity in Aplysia. Science 256 (1992): 638–644.

Montarolo, P. G., P. Goelet, V. F. Castellucci, J. Morgan, E. R. Kandel & S. Schacher. A critical period for macromolecular synthesis in long-term heterosynaptic facilitation in Aplysia. Science 234 (1986): 1249–1254.

Montminy, M. R., K. A. Sevarino, J. A. Wagner, G. Mandel 8» R. H. Goodman. Identification of a cyclic-AMP-responsive element within the rat somatostatin gene. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83, no. 18 (1986): 6682–6686.

Prusiner, S. B. Prions. Les Prix Nobel/The Nobel Prizes, ed. Nobel Foundation. Stockholm: Almquist & Wiksell International, 1997.

Ray port, S. G. & S. Schacher. Synaptic plasticity in vitro: Cell culture of identified Aplysia neurons mediating short-term habituation and sensitization. J. Neurosci. 6 (1986): 759–763.

Schacher, S., V. F. Castellucci & E. R. Kandel. cAMP evokes longterm facilitation in Aplysia sensory neurons that requires new protein synthesis. Science 240 (1988): 1667–1669.

Si, К., M. Giustetto, A. Etkin, R. Hsu, A. M. Janisiewicz, М. C. Miniасi, J. H. Kim, H. Zhu &. E. R. Kandel. Aneuronaliso-form ofCPEB regulates local protein synthesis and stabilizes synapse-specific long-term facilitation in Aplysia. Cell 115 (2003): 893–904.

Si, K., S. Lindquist 81 E. R. Kandel . A neuronal isoform of the Aplysia CPEB has prion-like properties. Cell 115 (2003): 879–891.

Steward, O. & E. M. Schuman. Protein synthesis at synaptic sites on dendrites. Annu. Rev. Neurosci. 24 (2001): 299–325.

20. Возвращение к сложной памяти

Вирджиния Вулф писала о своих воспоминаниях о матери в “Очерках о прошлом” (W. Woolf, Sketches of the Past), перепечатанных в книге: J. Schulkind, ed., Moments of Being (New York: Harcourt Brace, 1985), стр. 98, и цитируемых в книге: S. Nalbation, Memory in Literature: Rousseau to Neuroscience (New York: Palgrave Macmillan, 2003).

Кристоф Кох цитирует пьесу Теннесси Уильямса "Молочный фургон здесь больше не останавливается” на стр. 187 книги: С. Коен, The Quest for Consciousness: A Neurobiological Approach (Englewood, Col.: Roberts, 2004).

Клетки места были впервые описаны в статье: J. O’Keefe & J. D Ostrovsky. The hippocampus as a spatial тар. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Res. 34, no. 1 (1971): 171–175.

Прекрасный обзор долговременной потенциации можно найти в книге: Т. Bliss, G. Collingridge & R. Morris, eds., LTP: Long-Term Potentiation (Oxford: Oxford University Press, 2003). В этом сборнике опубликовано немало полезных статей, в частности следующие: P. Andersen, A prelude to long-term potentiation; R. Malinow, AMPA receptor trafficking and long-term potentiation; R. G. M. Morris, Longterm potentiation and memory; R. A. Nicoll, Expression mechanisms underlying long-term potentiation: a postsynaptic view.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Baudry, М., R. Siman, Е. К. Smith & G. Lynch. Regulation by calcium ions of glutamate receptor binding in hippocampal slices. Euro. J. Pharmacol. 90, no. 2–3 (1983): 161–168.

Bliss, Т. V. & T. Lamo. Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate gyrus of the anesthethized rabbit following stimulation oftheperforantpath. J. Physiol. 232 (1973): 331–356.

Collingridge, G. L., S. J. Kehl 81 H. McLennan. Excitatory amino acids in synaptic transmission in the Schaffer collateral-commissural pathway of the rat hippocampus. J. Physiol. (London) 334 (1983): 33–46.

Curtis, D. R., j. W. Phillis & J. C. Watkins. The chemical excitation of spinal neurons by certain acidic amino acids. J. Physiol. 150 (1960): 656–682.

Eccles J. C. The Physiology of Synapses. Berlin: Springer Verlag, 1964.

Hebb, D. 0. The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory. New York: Wiley, 1949; приведенная цитата — стр. 62.

Nowak, L., P. Bregestovski, P. Ascher, A. Herbet & A. Prochiantz. Magnesium gates glutamate-activated channels in mouse central neurons. Nature 307 (1984): 462–465.

O’Dell, T. J., S. G. N. Grant, K. Karl, P. M. Soriano & E. R. Kandel. Pharmacological and genetic approaches to the analysis of tyrosine kinase function in long-term potentiation. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 57 (1992): 517–526.

Roberts, P. J. &. J. C. Watkins. Structural requirements for inhibition for L-glutamate uptake by glia and nerve endings. Brain Res. 85, no. 1 (1975): 120–125.

Schacter, D. L. Searching for Memory: The Brain, the Mind and the Past. New York: Basic Books, 1996.

Spencer, W. A. & E. R. Kandel. Electrophysiology of hippocampal neurons. IV: Fast prepotentials. J. Neurophysiol. 24 (1961): 272–285. Westbrook, G. L. & M. L. Mayer. Glutamate currents in mammalian spinal neurons resolution of a paradox. Brain Res. 301, no. 2 (1984): 375–379.

21. Синапсы хранят и наши самые теплые воспоминания

Методы получения генетически модифицированных мышей описаны в статьях: R. L. Brinster & R. D. Palmiter. Induction of foreign genes in animals. Trends Biochem. Sri. 7 (1982): 438–440 и M. R. Capecchi, High-efficiency transformation by direct microinjection ofDNA into cultured mammalian cells. Cell 22, no. 2 (1980): 479–488.

Первые данные об эффекте нокаута генов на долговременную потенциацию и пространственную память были опубликованы в статьях: S. G. N. Grant, Т. J. O’Dell, К. A. Karl, P. L. Stein, P. Soriano & E. R. Kandel, Impaired long-term potentiation, spatial learning, and hippocampal development in fyn mutant mice. Science 258 (1992): 1903–1910; A. J. Silva, R. Paylor, J. M. Wehner & S. Tonegawa, Impaired spatial learning in alpha-calcium-calmodulin kinase II mutant mice. Science 257 (1992): 206–211.

Эксперименты с участием Стивена Зигельбаума, упоминаемые также в главе 9, вместе с ним проводили Мэтт Нолан и Джош Дадман. Эти эксперименты описаны в статьях: М. F. Nolan, G. Malleret, J. Т. Dudman, D. Buhl, В. Santoro, Е. Gibbs, S. Vronskaya, G. Buzsaki, S. A. Siegelbaum, E. R. Kandel & A. Morozov, A behavioral role for dendritic integration: HCNi channels constrain spatial memory and plasticity at inputs to distal dendrites of CAi pyramidal neurons. Cell 119 (2004): 719–732.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Mayford, М., Т. Abel & E. R. Kandel. Transgenic approaches to cognition. Curr. Opin. Neurobiol. 5 (1995): 141–148.

Mayford, М., М. E. Bach, Y. Y. Huang, L. Wang, R. D. Hawkins & E. R. Kandel. Control of memory formation through regulated expression of a CaMUIa transgene. Science 274 (1996): 1678–1683.

Mayford, М., D. Baranes, K. Podyspanina & E. R. Kandel. The 3' — untranslated region of CaMUIa is a cis-acting signal for the localization and translation ofmRNA in dendrites. Proc. Natl. Acad. Sri. USA 93 (1996): 13 250-13255.

Silva, A. J., C. F. Stevens, S. Tonegawa & Y. Wang. Deficient hippocampal long-term potentiation in alpha-calcium-calmodulin kinaseII mutant mice. Science 257 (1992): 201–206.

Tsien, J. Z., D. F. Chen, D. Gerber, C. Tom, E. H. Mercer, D. J. Anderson, M. Mayford, E. R. Kandel & S. Tonegawa. Subregion and cell-type restricted gene knockout in mouse brain. Cell 87 (1996): 1317–1326.

Tsien, J. Z., P. T. Huerta & S. Tonegawa. The essential role of hippocampal CAi NMDA receptor-dependent synaptic plasticity in spatial memory. Cell 87 (1996): 1327–1338.

22. Мозг и его картина окружающего мира

О когнитивных функциях с точки зрения невролога см.: S. Freud, The Interpretation of Dreams, 1900 (reprint, London: Hogarth, 1953) и О. Sacks, The Man Who Mistook His Wife for a Hat (New York: Alfred A. Knopf, 1985).

О когнитивной психологии см.: G. A. Miller, Psychology: The Science of Mental Life (New York: Harper & Row, 1962) и U. Neisser, Cognitive Psychology (New York: Appleton-Century-Crofts, 1967), приведенная цитата — ар. 3.

О работах Маунткасла, Хьюбела и Визела см.: D. Н. Hubel & Т. N. Wiesel, Brain and Visual Perception (New York: Oxford University Press, 2005); V. B. Mountcastle, Central nervous mechanisms in mechanoreceptive sensibility, in: Handbook of Physiology. Section 1, The Nervous System. Vol. 3, Sensory Processes, Part 2, 789–878, ed.

I. Darian Smith (Bethesda, Md.: American Physiological Society, 1984); V. B. Mountcastle, The view from within: Pathways to the study of perception, Johns Hopkins Med. J. 136, no. 3 (1975): 109–131, приведенная цитата — стр. 109 (курсив автора).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Evarts, Е. V. Pyramidal tract activity associated with a conditioned hand movement in the monkey. J. Neurophysiol. 29 (1966): 1011–1027.

Gregory, R. L. ed. The Oxford Companion to the Mind. Oxford: Oxford University Press, 1987.

Marshall, W. H., C. N. Woolsey 81 P. Bard. Observations on cortical somatic sensory mechanisms of cat and monkey.]. Neurophysiol. 4 (1941): 1–24.

Marshall, W. H. & S. A. Talbot. Recent evidence for neural mechanisms in vision leading to a general theory of sensory acuity. In: Visual Mechanisms, ed. H. Kluver, 117–164. Lancaster, Pa.: Cattell, 1942.

Movshon, J. A. Visual processing of moving images. In: Images and Understanding: Thoughts About Images; Ideas About Understanding, ed. H. Barlow, C. Blakemore & M. Weston — Smith, 122–137. New York: Cambridge University Press, 1990.

Tolman, E. C. Purposive Behavior in Animals and Men. New York: Century, 1932.

Wurtz, R. H., М. E. Goldberg, and D. L. Robinson. Brain mechanisms of visual attention. Sci. Am. 246, no. 6 (1982): 124.

Zeki, S. M. A Vision of the Brain. Oxford: Oxford University Press, 1993; приведенная цитата — стр. 295–296 (курсив автора).

23. Концентрация внимания

Подробности о гиппокампе и восприятии пространства можно узнать из книги: O’Keefe & L. Nadel, The Hippocampus as a Cognitive Map (Oxford: Clarendon Press, 1978), приведенная цитата — стр. 5.

О внимании см.: W. James, The Works of William James. The Principles of Psychology, ed. F. Burkhardt & F. Bowers, 3 vols. (1890) (reprint, Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1981), цитата — том 1, стр. 380–381 (курсив автора).

О внимании, пространстве и памяти см.: F. A. Yates, The Art of Memory (Chicago: University of Chicago Press: London: Routledge 81 Kegan Paul, 1966).

О различиях между полами см.: Е. A. Maguire, N. Burgess & J. O’Keefe, Human spatial navigation: Cognitive maps, sexual dimorphism and neural substrates, Current Opin. Neurobiol. 9, no. 2 (1999): 171–177.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Agnihotri, N. Т., R. D. Hawkins, E. R. Kandel & C. G. Kentros. The long-term stability of new hippocampal place fields requires new protein synthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101 (2004): 3656–3661.

Bushnell, М. С., М. E. Goldberg 81 D. L. Robinson. Behavioral enhancement of visual responses in monkey cerebral cortex. 1: Modulation in posterior parietal cortex related to selective visual attention. J. Neurophysiol. 46, no. 4 (1981): 755–772.

Kentros, C. G., N. T. Agnihotri, S. Streater, R. D. Hawkins & E. R. Kandel. Increased attention to spatial context increases both place field stability and spatial memory. Neuron 42 (2004): 283–295.

McHugh, T. J., К. I. Blum, J. Z. Tsien, S. Tonegawa & M. A. Wilson. Impaired hippocampal representation of space in CAI-specific NMDARi knockout mice. Cell 87 (1996): 1339–1349.

O’Keefe, J., & J. Dostrovsky. The hippocampus as a spatial map: Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Res. 34, no. 1 (1971): 171–175.

Rotenberg, A., M. Mayford, R. D. Hawkins, E. R. Kandel & R. U. Muller. Mice expressing activated CaMKII lack low frequency LTP and do not form stable place cells in the CAi region of the hippocampus. Cell 87 (1996): 1351–1361.

Theis, М., K. Si & E. R. Kandel. Two previously undescribed members of the mouse CPEB family of genes and their inducible expression in the principal cell layers of the hippocampus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100 (2003): 9602–9607.

Zeki, S. M. A Vision of the Brain. Oxford: Oxford University Press, 1993.

24. Маленькая красная таблетка

О вкладе Пастера в развитие науки и промышленности см.: R. J. Dubos, Louis Pasteur (Boston: Little, Brown, 1950) и M. Perutz, Deconstructing Pasteur, in: I Wish I’d Made You Angry Earlier: Essays on Science, Scientists and Humanity (Plainview, N. Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1998), стр. 119–130.

О работе Дейла в университетской среде и в промышленности см.: Н. Н. Dale, Adventures in Physiology (London: Pergamon, 1953).

О раннем этапе развития биотехнологий см.: S. Hall, Invisible Frontiers: The Race to Synthesize a Human Gene (New York: Atlantic Monthly Press, 1987) и J. D. Watson & A. Berry, DNA: The Secret of Life (New York: Alfred A. Knopf, 1987); Kenney M. Biotechnology. The University-Industrial Complex. New Haven: Yale University Press, 1986. Из первой книги (стр. 94) почерпнута история “грехопадения”.

О нейроэтике см.: M. J. Farah, J. Illes, R. Cook-Deegan, H. Gardner, E. R. Kandel, P. King, E. Parens, В. Sahakian & P. R. Wolpe. Science and society: Neurocognitive enhancement: What can we do and what should we do? Nat. Rev. Neurosci. 5 (2004): 421–425; S. Hyman, Introduction: The brain’s special status, Cerebrum 6, no. 4 (2004): 9–12, приведенная цитата — стр. 9; S. J. Marcus, ed. Neuroethics: Mapping the Field (New York: Dana Press, 2004).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Bach, М. E., М. Barad, Н. Son, М. Zhuo, Y. F. Lu, R. Shih, I. Mansuy, R. D. Hawkins & E. R. Kandel. Age-related defects in spatial memory are correlated with defects in the late phase of hippocampal long-term potentiation in vitro and are attenuated by drugs that enhance the cAMP signaling pathway. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 (1999): 5280–5285.

Barad, М., R. Bourtchouladze, D. Winder, H. Golan & E. R. Kandel. Rolipram, a type IV-specific phosphodiesterase inhibitor, facilitates the establishment of long-lasting long-term potentiation and improves memory. Proc Natl. Acad. Sci. USA 95 (1998): 15 020-15025.

25. О мышах, людях и психических заболеваниях

Еще одной важной движущей силой, способствовавшей становлению молекулярной неврологии, было развитие групп защиты прав пациентов. Такие группы, в состав которых входили как пациенты, так и их родные и близкие, начали появляться еще в тридцатые годы, когда Фонд борьбы с полиомиелитом создал организацию “Марш десятицентовиков” (March of Dimes) при активном содействии президента Франклина Рузвельта, который сам заразился полиомиелитом в 1921 году. Этот фонд финансировал фундаментальные и клинические исследования, которые привели к разработке вакцины против полиомиелита, позволившей в конечном итоге победить болезнь. Это было большое дело, обязанное своим успехом ощутимым денежным средствам, которые удалось собрать фонду, а также удачному подбору научных советников фонда, поощрявших смелые и доскональные исследования.

В шестидесятых годах похожий подход начали применять по отношению к генетическим заболеваниям нервной системы. Как пишет историк Элис Векслер, которая сама входит в группу защиты прав пациентов: “Шестидесятые годы — десятилетие расцвета движений социальных активистов — также способствовали возникновению политической атмосферы, благоприятной для объединения семей, непосредственно задетых той или иной болезнью. Деятельность правозащитников, движение феминисток за здравоохранение и движения защиты прав пациентов шестидесятых и семидесятых годов все вместе создали среду, которая убеждала родителей [пациентов, страдающих генетическими заболеваниями нервной системы,] <…> действовать, представляя их интересы” (A. Wexler, Mapping Fate: AMemoir of Family, Risk, and Genetic Research [New York: Times Books/Random House, 1995], стр. 25).

В 1967 году поэт-песенник Вуди Гатри умер от синдрома Хантингтона. После его смерти от этого ужасного заболевания его бывшая жена танцовщица Марджори Гатри решила организовать группу родственников людей, страдающих этой болезнью, получившую название Комитета по борьбе с синдромом Хантингтона (Committee to Combat Huntington’s), впоследствии развившуюся в Американское общество борьбы с синдромом Хантингтона (Huntington’s Disease Society of America). Это общественное движение добилось принятия Конгрессом ряда мер, направленных на ускорение поисков эффективных средств против этой болезни и на поддержку усилий по борьбе с ее последствиями, таких как курсы для родственников пациентов и подготовка медицинского персонала.

В тот же год, когда умер Вуди Гатри, синдром Хантингтона был диагностирован у Леоноры Векслер, сестры двух других пациентов, у которых развилась эта болезнь. Муж Леоноры, Милтон Векслер, одаренный и прозорливый психоаналитик, у которого была успешная практика в Лос-Анджелесе, понял: это означает, что их дочери, историк Элис и психолог Нэнси (с которой я впоследствии подружился, когда она перешла на работу в Колумбийский университет), с вероятностью 50 % каждая могли унаследовать от матери болезнь. Тревога за дочерей и боль, вызванная болезнью бывшей жены, подвигли Векслера на то, чтобы организовать Фонд борьбы с наследственными заболеваниями (Hereditary Disease Foundation). Фонд стал работать в ином направлении, нежели комитет Марджори Гатри, и произвел революцию не только в защите прав пациентов, но и в методах исследования генетических заболеваний.

Векслер решил сосредоточиться на фундаментальных исследованиях, а не на поисках способа лечения этой болезни, о которой тогда было известно слишком мало, чтобы такие поиски могли увенчаться успехом. Ему удалось добыть средства для финансирования поиска и изучения мутантного гена, вызывающего эту болезнь. Однако он не только добывал необходимые для исследований средства. Он также организовывал и возглавлял рабочие группы из лучших ученых для обсуждения альтернативных стратегий и выяснения, какая из них имеет наибольшие шансы на успех. Он брал на работу ученых, умеющих принимать такие стратегические решения, финансировал их исследования и регулярно встречался с ними, чтобы оценить успехи их работы и спланировать следующие шаги.

Эта стратегия, внедренная Милтоном и развиваемая последующие тридцать лет его дочерью Нэнси, оказалась удивительно успешной. Она позволила выявить многих людей, страдающих синдромом Хантингтона, подготовить базу данных об истории заболевания в их семьях и организовать хранение и исследование образцов ихтканей. Обо всей этой деятельности постоянно информировали научное сообщество, и каждый новый шаг, сделанный фондом, от выявления гена (который нашли Нэнси Векслер и Джим Гузелла) до его клонирования и получения модельных объектов для исследования болезни, был поводом для общего ликования всего научного сообщества.

Обо всем этом рассказано в книге: A. Wexler, Mapping Fate: A Memoir of Family, Risk, and Genetic Research (New York: Times Books/Random house, 1995).

Успехи Фонда борьбы с наследственными заболеваниями не ускользнули и от внимания родственников психически больных пациентов. Возник целый ряд групп защиты прав пациентов, страдающих различными психическими заболеваниями, самой влиятельной из которых стала Национальная ассоциация исследования шизофрении и депрессии (National Association for Research in Schizophrenia and Depression, NARSAD), организованная в 1986 году Конни и Стивом Либер и Гербертом Пардесом, бывшим директором Национального института психического здоровья. Эта ассоциация сыграла важную роль в координации и финансировании исследований психических заболеваний. В настоящее время работает и ряд других фондов, основанных группами защиты прав пациентов и оказывающих немалое влияние на исследования психических болезней. К таким фондам относятся Национальный союз по борьбе с психическими болезнями (National Alliance for Mental Illness), Фонд борьбы с синдромом ломкой Х-хромосомы (Fragile-X Foundation) и организация “Вылечим аутизм сегодня” (Cure Autism Now).

О биологии эмоций в целом см.: С. Darwin, The Expression of Emotion in Man and Animals (New York: Appleton, 1873); W. B. Cannon, The James — Lange theory of emotions: A critical examination and an alternative theory, Am. Psychol. 39 (1927): 106–124; W. B. Cannon, The Wisdom of the Body (New York: W. W. Norton, 1932); A. R. Damasio, The Feeling of What Happens: Body and Emotion in the Making ofConsciousness (New York: Harcourt Brace, 1999); M. Davis, The role of the amygdala in fear and anxiety, Annu. Rev. Neurosci. 15 (1992): 353–375; J. E. LeDoux, The Emotional Brain (New York: Simon & Schuster, 1996); J. Panskseep, Affective Neuroscience: The Foundations of Human and Animal Emotions (New York: Oxford University Press, 1998); W. James, What is an emotion? Mind 9, no. 34 (1884): 188–205; C. G. Lange, От Sindsbe Vaegelser et Psycho (Copenhagen: Kromar, 1885). Джеймс перепечатал работу Ланге, в которой была изложена его теория, в своем труде “Принципы психологии” (Principles of Psychology), переизданном недавно в трехтомном собрании сочинений Джеймса: The Works of William James, ed. F. Burkhardt and F. Bowers (1890; reprint, Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1981).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Cowan, W. М. & E. R. Kandel. Prospects for neurology and psychiatry, JAMA 285 (2001): 594–600.

Huang, Y. Y., К. C. Martin & E. R. Kandel. Both protein kinase A and mitogen-activated protein kinase are required in the amygdala for the macromolecular synthesis-dependent late phase of long-term potentiation. J. Neurosci. 20 (2000): 6317–6325.

Kandel, E. R. Disorders of mood: Depression, mania and anxiety disorders, in: Principles of Neural Science, 4th ed., E. R. Kandel, J. H. Schwartz & Т. M. Jessell, eds. New York: McGraw-Hill, 2000, стр. 1209–1226.

Rogan, М. T, M. G. Weisskopf, Y. Y. Huang, E. R. Kandel & J. E. LeDoux. Long-term potentiation in the amygdala: Implications for memory. Chapter 2 in: Neuronal Mechanisms of Memory Formation: Concepts of Long-term Potentiation and Beyond, ed. C. Holscher, 58–76. Cambridge: Cambridge University Press, 2001.

Rogan, М. Т., K. S. Leon, D. L. Perez & E. R. Kandel. Distinctneu-ral signatures for safety and danger in the amygdala and striatum of the mouse. Neuron 46 (2005): 309–320.

Shumyatsky, G. P., E. Tsvetkov, G. Malleret, S. Vronskaya, M. Hatton, L. Hampton, J. F. Battey, C. Dulac, E. R. Kandel & V. Y. Bolshakov. Identification of a signaling network in lateral nucleus of amygdala important for inhibiting memory specifically related to learned fear. Cell 111 (2002): 905–918.

Snyder, S. H. Drugs and the Brain. New York: Scientific American Books, 1986.

Tsvetkov, E., W. A. Carlezon Jr., F. M. Benes, E. R. Kandel & V. Y. Bolshakov. Fear conditioning occludes LTP-induced presynap-tic enhancement of synaptic transmission in the cortical pathway to the lateral amygdala. Neuron 34 (2002): 289–300.

26. Новый способ лечения психических заболеваний

Сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Abi-Dargham, A., D. R. Hwang, У. Huang, Y. Zea-Ponce, D. Martinez, I. Lombardo, A. Broft, T. Hashimoto, M. Slifstein, O. Mawlawi, R. VanHeertum & M. Laruelle. Quantitative analysis of striatal and extrastriatal D2 receptors in humans with [18F] fallypride: Validation and reproducibility. In preparation.

Ansorge, M. S., M. Zhou, A. Lira, R. Hen & J. A. Gingrich. Early-life blockade of the 5 — HT transporter alters emotional behavior in adult mice. Science 306 (2004): 879–881.

Baddeley, A. D. Working Memory. Oxford: Clarendon Press, 1986.

Carlsson, M. L., A. Carlsson 81 M. Nilsson. Schizophrenia: From dopamine to glutamate and back. Curr. Med. Chem. 11, no. 3 (2004): 267–277.

Fuster, J. M. The prefrontal cortex — an update: Time is of the essence. Neuron 30, no. 2 (2001): 319–333.

Goldman-Rakic, P. The ‘psychic’ neuron of the cerebral cortex. An n. N. У. Acad. Sci. 868 (1999): 13–26.

Huang, Y. Y., E. Simpson, C. Kellendonk 81 E. R. Kandel. Genetic evidence for the bi-directional modulation of synaptic plasticity in the prefrontal cortex by Di receptors. Proc. Nad. Acad. Sci. USA 101 (2004): 3236–3241.

Jacobsen, C. F. Studies of Cerebral Function in Primates. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 1936.

Kandel, E. R. Disorders of thought: Schizophrenia. In: Principles of Neural Science. 3rd ed. Ed. E. R. Kandel, J. H. Schwartz & Т. M. jessell, 853–868. New York: Elsevier, 1991.

Lawford, B. R., R. M. Young, E. P. Noble, B. Kann, L. Arnold, J. Rowell 81 T. L. Ritchie. D2 dopamine receptor gene polymorphism: Paroxetine and social functioning in posttraumatic stress disorder. Euro. Neuropsychopharm. 13, no. 5 (2003): 313–320.

Santarelli, L., M. Saxe, C. Gross, A. Surget, F. Battaglia, S. Dulawa, N. Weisstaub, J. Lee, R. Duman, 0. Arancio, C. Belzung 81 R. Hen. Requirement of hippocampal neurogenesis for the behavioral effects of antidepressants. Science 301 (2003): 805–809.

Seeman, P., T. Lee, M. Chau-Wong & K. Wong. Antipsychotic drug doses and neuroleptic/dopamine receptors. Nature 261 (1976): 717–719.

Snyder, S. H. Drugs and the Brain. New York: Scientific American Books, 1986.

Schwartz, J. М., P. W. Stoessel, L. R. Baxter, К. M. Martin & М. E. Phelps. Systematic changes in cerebral glucose metabolic rate after successful behavior modification treatment of obsessive-compulsive disorders. Arch. Gen. Psychiatry 53 (1996): 109–113.

27. Биология и возрождение психоанализа

Об основах психоанализа см.: С. Brenner, An Elementary Textbook of Psychoanalysis, rev. ed. (New York: International University Press, 1973). О работах Аарона Бека см.: J. S. Beck, Cognitive Therapy: Basics and Beyond (New York: Guilford, 1995).

Один из примеров конструктивной критики эмпирически проверенных методов психотерапии: D. Westen, С. М. Novotny & Н. Thompson Brenner, The empirical status of empirically supported psychotherapies: Assumptions, findings, and reporting in controlled clinical trials, Psychol. Bull. 130 (2004): 631–663.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Etkin, А., К. С. Klemenhagen, J. T. Dudman, М. Т. Rogan, R. Hen, E. R. Kandel & J. Hirsch. Individual differences in trait anxiety predict the response of the basolateral amygdala to unconsciously processed fearful faces. Neuron 44 (2004): 1043–1055.

Etkin, A., C. Pittenger, H. J. Polan &. E. R. Kandel. Towards a neurobiology of psychotherapy: Basic science and clinical applications. J. Neuropsychiatry Clin. Neurosci. 17 (2005): 145–158.

Jamison, K. R. An Unquiet Mind. New York: Alfred A. Knopf, 1995; приведенная цитата — ар. 88–89.

Kandel, E. R. A new intellectual framework for psychiatry. Am. J. Psych. 155, no. 4 (1998): 457–469.

Kandel, E. R. Biology and the future of psychoanalysis: A new intellectual framework for psychiatry revisited. Am. J. Psych. 156, no. 4 (1999): 505–524 (см. в особенности список цитируемой в этой статье литературы).

Kandel, E. R. Psychiatry, Psychoanalysis and the New Biology of Mind. Arlington, Va.: APA Publishing, 2005.

28. Сознание

О концепции дуализма психики и мозга см.: P. S. Church lan d, Brain-wise: Studies in Neurophilosophy (Cambridge, Mass.: MIT Press, 2002);

A. R. Dam as 10, Descartes: Error, Emotion, Reason and the Human Brain (New York: Putman, 1994); R. Descartes, The Philosophical Writings of Descartes, trans. E. S. Haldane & G. R. T. Ross, vol. 1 (New York: Cambridge University Press, 1972); J. C. Eccles, Evolution of the Brain: Creation of the Self (London/New York: Routledge, 1989); M. S. Gazzaniga & M. S. Steven, Free will in the twenty-first century: A discussion of neuroscience and the law, in: Neuroscience and the Law, ed. B. Garland (New York: Dana Press, 2004), отрывок из воспоминаний Рамачанд-рана о его последней встрече с Криком — стр. 57.

О роли бессознательных процессов в восприятии см.: С. Frith, Disorders of cognition and existence of unconscious mental processes: An introduction, in E. R. Kandel et al., Principles of Neural Science, 5th ed. (New York: McGraw-Hill, forthcoming).

О проблеме свободной воли см. там же, а также: S. Blackmore, Consciousness: An Introduction (Oxford/New York: Oxford University Press, 2004); L. Deecke, B. Grozinger & H. H. Kornhuber, Voluntary finger movement in man: Cerebral potential and theory, Biol. Cyber. 23 (1976): 99–119; B. Li bet, Autobiography, in: History of Neuroscience in Autobiography, ed. L. R. Squire, vol. 1, 414–453 (Washington, D. C.: Society for Neuroscience, 1996); B. Libet, C. A. Gleason, E. W. Wright & D. K. Pearl, Time of conscious intention to act in relation to onset of cerebral activity (readiness-potential): The unconscious initiation of a freely voluntary act, Brain 106 (1983): 623–642; M. Wegner, The Illusion of Conscious Will (Cambridge, Mass.: MIT Press, 2002).

Афинская академия, основанная Платоном, существует и сегодня. В 2005 году меня приняли туда в качестве иностранного члена!

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Вloom, P. Dissecting the right brain, Book review of The Ethical Brain, by M. Gazzaniga. Nature 436 (2005): 178–179; приведенная цитата — стр. 178.

Crick, F. C., and C. Koch. What is the function of the claustrum? Philos. Trans. R. Soc. Lond. В Biol. Sci., June 30, 2005:1271–1279.

Durnwald, M. The psychology of facial expression. Discover 26 (2005): 16–18.

Edelman, G. Wider than the Sky: The Phenomenal Gift of Consciousness. New Haven: Yale University Press, 2004.

Etkin, A., K. C. Kiemenhagen, J. T. Dudman, M. T. Rogan, R. Hen, E. R. Kandel 81 J. Hirsch. Individual differences in trait anxiety predict the response of the basolat — eraI amygdala to unconsciously processed fearful faces. Neuron 44 (2004): 1043–1055.

Kandel, E. R. From nerve cells to cognition: The internal cellular representation required for perception and action. In: Principles of Neural Science, 4th ed., ed. E. R. Kandel, J. H. Schwartz & Т. M. Jessell. New York: McGraw-Hill, 2000, стр. 381–403.

Koch, C. The Quest for Consciousness: A Neurobiological Approach. Denver, Col.: Roberts, 2004.

Lumer, E. D., K. J. Friston, and G. Rees. Neural correlates of perceptual rivalry in the human brain. Science 280 (1998): 1930–1934.

Miller, K. Francis Crick, 1916–2004. Discover 26 (2005): 62.

Nagel, T. What is the mind-brain problem? In: Experimental and Theoretical Studies of Consciousness, 1–13. CIBA Foundation Symposium Series 174. New York: John Wiley 81 Sons, 1993.

Polonsky, A., R. Blake, J. Braun 81 D. J. Heeger. Neuronal activity in human primary visual cortex correlates with perception during binocular rivalry. Nature Neurosci. 3 (2000): 1153–1159.

Ramachandran, V. The astonishing Francis Crick. Perception 33 (2004): 1151–1154; приведенная цитата — ар. 1154.

Searle, J. R. Mind: A Brief Introduction. Oxford: Oxford University Press, 2004.

Searle, J. R. Consciousness: What we still don’t know. Review of The Quest for Consciousness, by Christof Koch. New York Review of Books 52 (2005): 36–39.

Stevens, C. F. Crick and the claustrum. Nature 435 (2005): 1040–1041.

Watson, J. D. The Double Helix. 1968. Reprint, New York: Touchstone, 2001; приведенная цитата — стр. 115.

Zimmer, С. Soul Made Flesh: The Discovery of the Brain and How It Changed the World. New York: Free Press, 2004.

29. Как я заново открыл для себя Вену через Стокгольм

Альфреду Нобелю посвящено несколько хороших биографий. См., например, краткое жизнеописание: Т. Frangsmyr, Alfred Nobel, trans. J. Black (Stockholm: Swedish Institute, 1996), а также книгу Рагнара Сульмана, душеприказчика Нобеля: R. Sohlman, The Legacy of Alfred Nobel: The Story Behind the Nobel Prize, trans. E. Schubert (London: Bodley Head, 1983).

О Нобелевской премии, в том числе вкратце об истории завещания Нобеля, можно прочитать в книгах: В. Feldman, The Nobel Prize (New York: Arcade, 2000) и I. Hargittai, Nobel Prizes, Science, and Scientists (Oxford: Oxford University Press, 2002).

Социологическое исследование, посвященное американским лауреатам, представлено в книге: Н. Zuckerman, Scientific Elite: Nobel Laureates in the United States (New York: Free Press, 1977).

О судьбе евреев-медиков см. отдельный выпуск (за 27 февраля 1998 г.) журнала Wiener Klinische Wucheschrift (важнейшего из венских медицинских журналов), посвященный шестидесятой годовщине изгнания евреев с медицинского факультета Венского университета. Там же, на стр. 193–201, см. статью Петера Малины (Peter Malina) об Эдуарде Пернкопфе. См. также очерк Джеральда Вайсмана о Пернкопфе: G. Weissmann, Springtime for Pernkopf, Hospital Practice 30 (1985): 142–168.

Бесценным источником сведений для этой главы послужила книга Джорджа Беркли: G. Berkley, Vienna and Its Jews: The Tragedy of Success, 1880s — 1980s (Cambridge, Mass.: Abt Books, 1988). Цифры об участии австрийцев в холокосте приведены на стр. 318, цитата из Ханса Титце — стр. 41.

Материалы симпозиума, состоявшегося летом 2003 года, были опубликованы в книге: F. Stadtler, E. R. Kandel, W. Kohn, F. Stern 81 A. Zeilinger, eds., Osterreichs Umgang mit dem Nationalsozialismus (Vienna: Springer, 2004).

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

Bettauer, Н. The City Without Jews: A Novel of Our Time. Translated by S. N. Brainin. New York: Bloch, 1926; приведенная цитата — стр. 130.

Sachar, H. M. Diaspora: An Inquiry into the Contemporary Jewish World. New York: Harper 8t Row, 1985.

Wistrich, R. The Jews of Vienna in the Age of Franz Joseph. Oxford: Oxford Univeristy Press, 1989; приведенная цитата — стр. 8.

Young, J. E. The Texture of Memory: Holocaust Memorials and Meaning. New Haven: Yale University Press, 1993.

30. Уроки памяти: перспективы

Об ученичестве Леонардо да Винчи в мастерской Андреа Верроккьо см.: E. Т. DeWald, History of Italian Painting, 1200–1600 (New York: Holt Rinehart and Winston, 1961), особенно стр. 356–357.

Другие сведения, приведенные в этой главе, почерпнуты из следующих источников:

De Bono, М. & C. I. Bargmann. Natural variation in a neuropeptide Y receptor homolog modifies social behavior and food responses in C. elegans. Cell 94 (1998): 679–689.

Demir, E. & B. J. Dickson. Fruitless splicing specifies male courtship behavior in Drosophila. Cell 121 (2005): 785–794.

Insel, T. R. & L. J. Young. The neurobiology of attachment. Nat. Rev. Neurosci. 2 (2001): 129–136.

Kandel, E. R. Psychiatry, Psychoanalysis and the New Biology of Mind. Arlington, Va.: APA Publishing, 2005.

Rizzolatti, G., L. Fadiga, V. Gallese & L. Fogassi. Premotorcortex and the recognition of motor actions. Cogn. Brain Res. 3 (1996): 131–141.

Stockinger, P., D. Kvitsiani, S. Rotkopf, L. Titian & B. J. Dickson. Neural circuitry that governs Drosophila male courtship behavior. Cell 121 (2005): 795–807.

Благодарности

За время моей карьеры мне довелось работать со многими одаренными коллегами, сотрудниками и студентами и многому у них научиться. На протяжении этой книги я старался воздать им должное. Помимо отдельных людей, с которыми я сотрудничал, моим научным исследованиям принесла огромную пользу вся продуктивная среда, сложившаяся в Центре нейробиологических и поведенческих исследований Колледжа терапевтов и хирургов Колумбийского университета. Трудно было бы найти более подходящую среду, чтобы состояться как ученому. Особенно большую пользу мне принесла давняя дружба с такими коллегами, как Ричард Аксель, Крейг Бейли, Майкл Голдберг, Томас Джесселл, Джейн Додд, Стивен Зигельбаум, Джон Кестер, Роберт Хокинс, Сэмюэль Шахер, Джеймс Шварц и Джеральд Фишбах, нынешний декан Колледжа терапевтов и хирургов. Джону Кестеру я также благодарен за превосходное руководство Центром нейробиологических и поведенческих исследований.

Мои исследования проводились при щедрой финансовой поддержке Института Говарда Хьюза и Национальных институтов здоровья. Особенно многим я обязан руководителям Медицинского института Говарда Хьюза. Это Дональд Фредериксон, Макс Кауан, Джордж Кейхилл, Дональд Хартер, Пернелл Чопин, а также, в последние годы, Джерри Рубин и Том Чек. Их прозорливость позволяла исследователям, которых поддерживал институт, работать над проектами, требующими немалого времени, и браться за сложные проблемы. К исследованиям обучения и памяти несомненно, относится и то и другое!

Я благодарен Фонду Слоана за грант, который помог мне начать работать над этой книгой, и моим литературным агентам Джону Брокману и Катинке Мэтсон, которые помогли мне подготовить проект договора и проследили за процессом редактирования книги.

Многие люди частично или полностью ознакомились с несколькими черновыми вариантами этой книги. Профессор Эдвард Тимме, историк современной Австрии из Университета Сассекса, и Дитер Куль, исследователь венской культуры, любезно прочитали главы 2 и 24 и поделились со мной своими замечаниями. Психоаналитик Дэвид Олдс, мой коллега по Колумбийскому университету, поделился своими замечаниями к главам 3, 22 и 27. Несколько других моих коллег по научной работе прочитали один или два черновых варианта всего текста. Вот те из них, кому я особенно признателен за ценные замечания: Том Джесселл, Джимми Шварц, Том Кэрью, Джек Бирн, Ядин Дудай, Тамаш Бартфаи, Роджер Николл, Стен Грилльнер, Дэвид Олдс, Род Маккиннон, Майкл Беннетт, Доминик Пурпура, Душан Барч, Роберт Вурц, Тони Мовшон, Крис Миллер, Анна Крис Вулф, Марианна Гольдбергер, Кристоф Кох и Бертиль Хилле. Мне также помогли несколько человек, не занимающихся естественными науками, которые вдумчиво прочитали ранний вариант книги и обратили мое внимание на трудности, связанные с некоторыми техническими подробностями.

Это были Конни Кейси, Эми Бедник, Джун Брингам Бирдж, Натали Леман Хаупт, Роберт Корнфельд и Сара Мэк.

Джейн Невинс, главный редактор фонда Dana, и Сибил Голден прочитали поздние варианты рукописи и помогли мне сделать более доступными для понимания читателей некоторые разделы, в которых обсуждаются технические подробности. Говард Бекман, мой давний друг, редактировавший несколько изданий «Принципов нейробиологии», любезно прочитал текст этой книги и поделился со мной замечаниями, а великолепный популяризатор науки Джеффри Монтгомери переработал вместе со мной несколько глав, стремясь их оживить. Более всех я бесконечно благодарен моему превосходному редактору — Блэр Бернс Поттер, которая прочитала почти все варианты текста и подписей к иллюстрациям и помогла сделать каждый из них более понятным и связным. Еще до начала работы над этой книгой я был наслышан о талантах Блэр, но общался с ней довольно мало. В ходе нашей продолжительной переписки по электронной почте я оценил ее как замечательного друга.

Мне очень повезло, что в работе над иллюстрациями к этой книге мне помогали Майя Пайнс, мой давний друг, работающая научным редактором в Медицинском институте Говарда Хьюза, и Сара Мэк, моя коллега по Колумбийскому университету и главный художник «Принципов нейробиологии». Я признателен Саре и Чарльзу Лэм, которые тоже участвовали в работе над иллюстрациями и вдохнули жизнь в мои замыслы, поначалу несколько смутные. Кроме того, я хочу поблагодарить моих помощников из Колумбийского университета: Авива Олсавски помогла мне как с текстом книги, так и со словарем терминов, Шошана Вашеец — с электронной обработкой текста, Сета Измирли, Ариэль Родман Брайан Скорни и Хайди Смит — с чтением корректуры. а Мария Палилео оказала неоценимую помощь, усердно упорядочивая каждый из множества вариантов рукописи.

Ангела фон дер Липпе, мой редактор из издательства Norton, помогла мне переработать и перекомпоновать некоторые части книги, что позволило во многом ее улучшить. Я также благодарен коллегам Ангелы по издательству, особенно Ванессе Левин-Смит, Винфриде Мбеве и Тренту Даффи, моему литературному редактору. Все они заботливо помогали мне привести книгу в ее нынешний вид и все заслуживают моей глубочайшей признательности.

Примечания

1

Английское слово mind не имеет в русском языке однозначного соответствия. В этой книге оно используется в основном в самом широком значении, приблизительно соответствующем русскому слову «психика», но может означать также, например, «разум», «мышление», «мнение». Термин biology of mind можно дословно перевести как «биология психики». С определенным артиклем (biology of the mind) этот термин приобретает несколько иные смысловые оттенки, разъясняемые здесь автором. (Здесь и далее — прим. перев).

2

В США медицинская школа (medical school) — высшее учебное заведение (или подразделение высшего учебного заведения), выпускник которого получает степень доктора медицины (doctor of medicine). В медицинские школы принимают выпускников колледжей и университетов, имеющих степень бакалавра. Обучение в них обычно занимает четыре года.

3

Schulgasse — Школьная улица (австр. нем).

4

Имеется в виду Польша как историческая область: Польши как независимого государства в то время не существовало, территория страны была разделена между Россией, Германией и Австро-Венгрией.

5

Free at last — наконец свободен (англ).

6

The Dutchman — «Голландец». Школа Эразмус-Холл названа в честь Эразма Роттердамского, а он был голландцем.

7

Fair означает как «прекрасный», так и «справедливый».

8

Обучение в Гарвардском колледже (как и в других американских колледжах высшей ступени) занимает четыре года. Выпускники колледжа получают диплом бакалавра.

9

Рэдклифф-колледж был женским колледжем Гарвардского университета (впоследствии его объединили с Гарвардским колледжем).

10

В американских учебных заведениях есть традиция публиковать ежегодники (yearbooks) — сборники, содержащие фотографии учеников (студентов) и преподавателей и отражающие события прошедшего года.

11

Гарвардский университет находится в городе Кембридже (штат Массачусетс).

12

Доктор философии (doctor of philosophy, PhD) — степень в США и ряде других стран, приблизительно соответствующая российской кандидатской степени. Философия в данном случае понимается очень широко и включает большинство естественных и ряд гуманитарных наук.

13

Постдок (postdoc, postdoctoral fellow) — временная (обычно на несколько лет) научная должность для тех, кто недавно получил докторскую степень. Опыт работы постдоком рассматривается как повышение квалификации и часто необходим для перехода на более высокую должность.

14

Пятая поправка к Конституции США, принятая в 1791 году, гарантирует право на надлежащее судебное разбирательство и запрещает принуждать к свидетельским показаниям против самого себя.

15

Строго говоря, далеко не все ионы можно назвать электрически заряженными атомами. Многие ионы Состоят из двух и более атомов. Но ключевую Роль в работе нервной клетки играют именно одноатомные нейроны, поэтому автор и упростил подобным образом определение иона.

16

Voltage-gated channels — дословно «вольтаж-воротные каналы» (в русскоязычной научной литературе прижился термин «потенциал-зависимые каналы»).

17

Ныне — Вроцлав, Польша.

18

Стипендия Родса (Rhodes scholarship) позволяет студентам из ряда стран учиться в магистратуре и аспирантуре Оксфордского университета.

19

Генри Молезон (1926–2008). При жизни Г. М. его имя и фамилию не разглашали, оберегая его частную жизнь.

20

Олбани — столица штата Нью-Йорк (в котором находится и город Нью-Йорк).

21

Когда Ежи Конорский работал а СССР, его называли русским вариантом имени — Юрий, по имени и отчеству — Юрий Маврикиевич.

22

Не подвергавшихся экспериментальному воздействию.

23

Т. е. порядка 30 м.

24

В редких случаях состояние больных БАС стабилизируется. Самый известный пример — британский физик Стивен Хокинг (р. 1942).

25

Русский перевод этой книги вышла в издательстве «Мир» в 1980 году.

26

Русский перевод этой книги вышла в издательстве «Мир» в 1979 году.

27

Хотя в основе центральной догмы молекулярной биологии и лежит совместим открытие Уотсона и Крика, эту концепцию Крик разработал без участия Уотсона. Авторство термина тоже принадлежит Крику.

28

Сокращение MAP (mitogen-activated protein — активируемая митогенами, т, е. веществами, вызывающими деление клеток, белковая) записывается латинскими буквами.

29

Корпус мира (Peace Corps) — федеральное агентство США, посылающее добровольцев в зарубежные страны для содействия различным правительственным и неправительственным организациям в делах образования, здравоохранения и некоторых других.

30

Марго Фонтейн (1919–1991) — английская балерина.

31

Уинтон Марсалис (р. 1961) — американский джазмен, трубач и композитор.

32

Андре Агасси (р. 1970) — американский теннисист.

33

В 2009 году швейцарская фармацевтическая компания Roche выкупила Genentech за сумму, превышающую 40 млрд долларов.

34

Вещества, молекулы которых состоят из цепочек аминокислот, называют пептидами. Белками называют пептиды с очень длинными цепочками. Обсуждаемые здесь гормоны (инсулин, гормон роста и серотонин) — пептиды, но не белки, потому что их молекулы представляют собой сравнительно короткие цепочки. Но механизм синтеза таких пептидов в клетках аналогичен механизму синтеза белков, а их молекулы отличаются от молекул белков только размерами, поэтому автор для простоты называет их белками.

35

Перевод М. Л. Лозинского.

36

Маммальный — относящийся к млекопитающим (Mammalia).

Content

Эрик Кандель
В поисках памяти
Возникновение новой науки о человеческой психике

Предисловие

Часть первая

1. Личные воспоминания и биология памяти

2. Детство в Вене

3. Американское образование

Часть вторая

4. По одной клетке

5. О чем говорит нервная клетка

6. Разговор нервных клеток

7. Простые и сложные нейронные системы

8. Разные воспоминания — разные участки мозга

9. В поисках идеального объекта для изучения памяти

10. Нейронные аналоги обучения

Часть третья

11. Усиление синаптических связей

12. Центр нейробиологических и поведенческих исследований

13. Даже простое поведение может видоизменяться под действием обучения

14. Полученный опыт изменяет синапсы

15. Биологические основы индивидуальности

16. Молекулы и кратковременная память

17. Долговременная память

18. Гены памяти

19. Диалог генов и синапсов

Часть четвертая

20. Возвращение к сложной памяти

21. Синапсы хранят и наши самые теплые воспоминания

22. Мозг и его картина окружающего мира

23. Концентрация внимания

Часть пятая

24. Маленькая красная таблетка

25. О мышах, людях и психических заболеваниях

26. Новый способ лечения психических заболеваний

27. Биология и возрождение психоанализа

28. Сознание

Часть шестая

29. Как я заново открыл для себя Вену через Стокгольм

30. Уроки памяти: перспективы

Словарь терминов

Примечания и источники

Предисловие

1. Личные воспоминания и биология памяти

2. Детство в Вене

3. Американское образование

4. По одной клетке

5. О чем говорит нервная клетка

6. Разговор нервных клеток

7. Простые и сложные нейронные системы

8. Разные воспоминания — разные участки мозга

9. В поисках идеального объекта для изучения памяти

10. Нейронные аналоги обучения

11. Усиление синаптических связей

12. Центр нейробиологических и поведенческих исследований

13. Даже простое поведение может видоизменяться под действием обучения

14. Полученный опыт изменяет синапсы

15. Биологические основы индивидуальности

16. Молекулы и кратковременная память

17. Долговременная память

18. Гены памяти

19. Диалог генов и синапсов

20. Возвращение к сложной памяти

21. Синапсы хранят и наши самые теплые воспоминания

22. Мозг и его картина окружающего мира

23. Концентрация внимания

24. Маленькая красная таблетка

25. О мышах, людях и психических заболеваниях

26. Новый способ лечения психических заболеваний

27. Биология и возрождение психоанализа

28. Сознание

29. Как я заново открыл для себя Вену через Стокгольм

30. Уроки памяти: перспективы

Благодарности

Примечания