Мышь серая, но гениальная

Я начал с этого эпизода из «Приключений Алисы», потому что в конце статьи — как стреляет ружье в третьем акте пьесы — наша гениальная мышка Доги окажется именно в таком положении и будет искать, как ей выбраться из лужи.

Группа Джо Тсиена, которая вывела необычную мышь, занимается изучением тонких молекулярных механизмов памяти. А память, как и большинство иных свойств мозга, остается для ученых тайной «за семью печатями».

Чтобы объяснить, насколько хитроумны были ученые, «изготовляя» с помощью генной инженерии смекалистую мышь, необходимо сказать о предыстории вопроса.

Несколько тезисов. Головной мозг человека содержит около ста миллиардов нервных клеток, которые очень сложно соединены друг с другом. Число соединений между ними достигает ошеломляющих величин. В 1949 году канадский психолог Дональд Хебб предположил, что память возникает в том случае, когда между двумя нейронами головного мозга происходит соединение, в результате чего они активируются, и вещества под названием нейротрансмиттеры (посредники, передатчики сигнала) перетекают из одного типа клеток в другой.

В 1973 году Тимоти Близз и Тери Ломо обнаружили, что этот механизм начинает работать намного лучше, когда происходит стимуляция головного мозга высокочастотными электрическими импульсами. Впоследствии Марк Беар и другие ученые обнаружили роль уже низкочастотных воздействий на головной мозг — они существенно уменьшали силу взаимодействия двух нейронов.

Перейдем теперь на молекулярный уровень. Большая группа ученых в восьмидесятых и девяностых годах обнаружила, что при соединении двух нейронов активизируются так называемые NMDA рецепторы. На картинке, взятой из журнала «Сайентифик Америкэн», показан сложный и многоступенчатый механизм обмена химическими веществами между нейронами, в котором ключевую роль играют рецепторы, то есть приемники NMDA. Но при чем здесь память, спросите вы. Ричард Моррис из университета Эдинбурга ответил на этот вопрос следующим образом: крысы, которые были накормлены специальными таблетками, блокирующими рецепторы NMDA, не смогли пройти тестов на память и обучение, которые прошли все «нормальные» крысы.

Вот на этом этапе за дело взялась команда генетиков из Принстонского университета под руководством Джо Тсиена. Начали они с попыток изменить уровень содержания различных химических веществ на стыке двух нейронов. Используя методы генной инженерии, ученые изменили гены, ответственные за этот процесс. Но мыши умирали. И это понятно: прекращение контактов между нервными клетками в жизненно важных участках мозга приводит к блокаде жизнедеятельности всего организма.

Тогда генетики решили действовать только в определенном отделе головного мозга — в гипоталамусе.

Гипоталамус (отдел промежуточного мозга) ответствен за множество функций, обеспечивающих жизнедеятельность организма. Среди прочего — за действие механизмов бодрствования, сна, эмоций. Клетки гипоталамуса вырабатывают также ряд нейрогормонов, обеспечивающих взаимодействие нервных клеток. Определенную роль играет гипоталамус и в процессах памяти.

Не буду мучить вас дальше подробностями изменения генома мыши, скажу лишь, что ученым удалось в одном случае заблокировать действие рецепторов NMDA в этом отделе головного мозга, а в другом — «вставить» дополнительные. Дело еще осложнялось тем, что при взаимодействии двух нейронов работают два типа рецепторов NMDA: один — преимущественно во взрослом состоянии, а другой, более активный — в раннем детстве. (Видимо, с этим связано лучшее усвоение фактов человеком в молодости.)

Понятно, что генетикам были интересны мыши с дополнительными, активными рецепторами. Одна из них, очаровательная Доги, и стала королевой бала. Каналы обмена химическими веществами при соединении двух нейронов у нее работали в два раза быстрее, чем у обычной мыши.

Все это пока теория. Какая нам с вами, собственно, разница, сколько миллисекунд были активны какие-то рецепторы в одной из частей головного мозга мыши? Двести тридцать или сто пятнадцать? Сейчас попробую объяснить.

Создав Доги, ученые решили проверить ее способности, не только измеряя эти хитроумные параметры, но и испытав ее в нескольких экспериментах.

Первый заключался в том, что Доги вместе с обычной мышью помещали на пять минут в коробку с различными предметами. Предметы каждый день меняли. Выяснилось, что Доги «помнит» уже знакомые предметы в четыре-пять раз дольше, чем обычные мыши.

Второй тест был музыкальным. И тут Доги была вне конкуренции — она «отзывалась» на знакомую мелодию тогда, когда все ее сородичи уже помнить не помнили о такой. Ученые придумали любопытное продолжение этого эксперимента. Они помещали мышей в короб, в котором раньше раздавались звуки. Для того чтобы обнаружить, что связи между окружающей средой и звуками не существует, Доги потребовалось в два с половиной раза меньше времени.

Ну и наконец самый интересный, на мой взгляд, тест. Большая емкость была заполнена водой, слегка подкрашенной молоком в белый цвет. Емкость была окружена шторкой, на которой в определенном месте горела красная лампочка. А на поверхности, вровень с уровнем воды, располагалась платформа, по которой мыши могли выбраться из воды. Платформа тоже была белой — как и емкость, как и вода: ученые все сделали, чтобы окончательно запутать мышек.

Итак, несмотря на все протесты мышей, их выпускали поплавать в молочные воды. Доги и тут не обманула ожиданий ученых. Конечно, она быстрее находила платформу у борта емкости. Но интересно другое: когда платформу убирали, умная мышь, ориентируясь на красную лампочку, также быстро плыла к предполагаемому местонахождению спасительной земли. И помнила она о ней, безусловно, дольше, чем остальные ее сородичи.

Я употребил словосочетание «умная мышь», но вы, надеюсь, понимаете всю условность такого эпитета. Конечно, память и способность к обучению являются частью интеллекта. Однако работы Джо Тсиена и его группы затрагивают лишь один крошечный участок из того множества, которое в совокупности называется проблемой памяти. Напомню, что в ней различают процессы запоминания, сохранения и воспроизведения, собственно припоминания, организации запомненного. И все это опирается на тонкие молекулярные механизмы. Так что впереди у исследователей путь еще дальний.

А можно ли применить технологию, опробованную на мышах, для блага человека? Пока еще рано говорить о пилюлях для забывчивых людей, но «отец» мыши Доги Джо Тсиен уже основал фармакологическую компанию «Eureka Pharmaceuticals», целью которой является разработка лекарств для людей с болезнью Альцгеймера и другими повреждениями памяти.

Вполне возможно, что скоро мы если не поумнеем сразу, то хотя бы перестанем забывать собственную историю, чтобы не переживать ее еще один раз.