В конце января 2013 г. Еврокомиссия объявила о финансовой поддержке проекта под названием Human Brain Project, наделив его грантом Future and Emerging Technologies (Будущее и передовые технологии) в сумме 1,2 миллиардов евро. Это должно способствовать повышению и консолидации усилий более чем 80 исследовательских институтов, включающих ведущих нейробиологов, медиков, физиков, математиков и программистов по созданию единой информационной платформы. Главной целью проекта является не появление библиотеки-гиганта, а создание «обсерваторий сознания и мышления», изучающих тайны не космоса, а человеческого мозга.
«Десять лет для решения этой задачи – весьма амбициозная цель», – заявляет П. Йонас (Р. Jonas), профессор института 1ST Austria (Institute of Science Technology), один из австрийских партнеров Human Brain Project. Конечно, определяющей целью является расшифровка функций мозга в целом, но в настоящее время приоритетными являются исследования в области причин возникновения и методов лечения около 500 известных на сегодняшний день заболеваний мозга, которыми в одной лишь Европе страдают более 180 млн. человек. Естественно, что разработка новых медикаментов является одним из важнейших двигателей экономической составляющей этого грандиозного проекта. Кроме того, более глубокое проникновение в глубины структур мозга для всеобъемлющего познания и понимания его функций может привести к ускорению создания принципиально новых суперкомпьютеров, которые, в свою очередь, абсолютно необходимы для реализации идеи компьютерного симулятора нашего думающего органа.
Основой этого огромного проекта послужил эффект, знакомый каждому школьнику: если капнуть на «промокашку» растительное масло, она становится прозрачной. Подобным принципом воспользовались X. Додт (Н. Dodt) и его коллеги из центра исследований мозга Венского медицинского университета при создании, так называемого, «стеклянного мозга». Для получения желаемого эффекта, ученые обезвожили мозг мыши и поместили его в масляный раствор, чтобы сделать его прозрачным. В своей работе исследователи использовали мозг особых, клонированных мышей, гены которых содержат протеин, светящейся зеленым цветом медузы. Если облучать полученный таким способом препарат мозга синим спектром, нервные клетки флуоресцируют насыщенным зеленым светом.
Продукт этих манипуляций можно рассматривать на экране обычного компьютера, ибо он является результатом использования специальной филигранной техники, разработанной и запатентированной Додтом совместно со специалистом по лазерной физике С. Сагхафи (S. Saghafi). Тончайшие, размером в несколько микрометров срезы мозга сбоку подсвечиваются лазером, при этом одновременно посредством микроскопа фокусируются сверху иллюминированные нейроны. Картинки нейронов, «ощупанных» пучок за пучком с помощью электрокабеля, подаются на компьютер, делающий изображение трехмерным. «Нам удалось впервые использовать микроскопическую технику в комбинации с прозрачным мозгом!» – восторгается Додт.
ЭКСПЕРИМЕНТ, ПРОВЕДЕННЫЙ АВСТРИЙСКИМ ИНСТИТУТОМ ПРИ БОЛЬШОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ ФИНАНСИРОВАНИИ, ПОЗВОЛЯЕТ НЕ ТОЛЬКО НАБЛЮДАТЬ НЕЙРОНЫ, НО И ОЦЕНИТЬ КОЛИЧЕСТВО И КАЧЕСТВО ОТЛОЖЕНИЙ, ИГРАЮЩИХ ВАЖНУЮ РОЛЬ В РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА.
Полученный результат впечатляет даже несведущих: на экране происходит настоящее путешествие по многочисленным таинственным лабиринтам мозга, совершаются открытия отдельных его составляющих, таких, например, как гиппокамп, ответственный за функции памяти. Взор наблюдателя проникает даже внутрь отдельных нервных клеток, завораживается целым морем светящихся зеленых точек, являющихся клеточными телами нейронов, прослеживает путаницу тончайших нитей – дендритов – отростков нервных клеток.
Визуализация мозга – возможность вживую подсмотреть за волшебной игрой нейронов – является совместным проектом исследовательских групп медицинского и технического университетов г. Вены. Их достижения, удостоенные титульной статьи научно-популярного журнала «Nature», имеют, кроме всего прочего, грандиозное значение для фармакологической индустрии: эта модель позволяет не только наблюдать нейроны, но и оценить количество и качество отложений, играющих важную роль в развитии болезней, например, Альцгеймера и Паркинсона. С помощью такого трехмерного симулятора врачи-нейрологи получат возможность виртуально определять действие различных медикаментов на роковые по своей фатальности отложения и новообразования и подбирать идеальную для каждого пациента терапию. Мало того, можно будет наблюдать в динамике действие медикамента на патологические изменения и регулировать целенаправленно дозировку лекарства без причинения повреждениий окружающим органам и тканям.
Модель мозга Додта еще на один шаг приблизила ученых и к цели реализации величайшего замысла в истории человечества: создание комплексного, функционирующего компьютерного симулятора думающего органа – виртуального человеческого мозга. Эта сверхзадача, по своей дерзновенности и смелости превосходящая миссию декодирования человеческого генома, возложена на созданный в ЕС в январе 2013 г. Human Brain Project.
Human Brain Project – не единственный по амбициям и масштабу проект, направленный на разгадку тайн головного мозга, и европейские ученые отнюдь не одиноки в своем исследовательском усердии. В ближайшем будущем США планируют создание информационного банка под названием «Brain Aktivity Мар», задачей которого является создание комплексной карты мозга. В 1990 г. в Америке уже стартовал проект «Human Connectome Projekt», главная задача которого состояла в том, чтобы с помощью методов нейровизуализации как можно точнее описать нейрональные пути прохождения информационных потоков, обеспечивающие функционирование головного мозга.
Девяностые годы прошлого столетия были определены как «Десятилетие мозга» («Decade of the Brain»). «В то время стало возможным пролить свет на многие проблемы, – подтверждает Йонас, – но одновременно возникали все новые вопросы, и их становилось все больше».
Подобную судьбу эксперты предсказывают и новому проекту. «Это очень тщеславная идея. Я считаю, что приблизиться к поставленной цели в такой короткий срок невозможно», – заявляет Ю. Сандкюлер (J. Sandkiihler), руководитель центра исследования мозга Венского медицинского университета. – «Однако занимаясь лишь теми исследованиями, которые приведут к успеху уже через 2–3 года, мы тормозим развитие науки. Нужно ставить перед собой перспективные цели, оставаться визионерами».
Несмотря на огромное количество накопленных высокоспециализированных знаний в области исследований мозга, детальный процесс взаимодействия анатомических «стройматериалов», формирующих процесс мышления, осознано отвечающего за нормальное функционирование нашей жизнедеятельности, представляет все еще загадку. «В своей комплексности и пластичности мозг все еще остается великим чудом природы, недоступным для нашего понимания», – говорит Ю. Сандкюлер.
Микромир мозга и архитектура нервной клетки
В течение многих столетий при помощи все более совершенных инструментов исследователи препарировали и анализировали это загадочное, весом около 1,5 кг, содержимое нашего черепа. Мы знаем, что миллиарды нейронов человеческого мозга образуют субстанции с яркими названиями – пирамидные, зернистые, звездчатые, канделябровидные, веретеновидные. Кроме того, нам известно, что в мозге есть приблизительно такое же количество клеток, не являющихся нейронами – по большей части это глиальные клетки, участвующие в многочисленных процессах деятельности мозга.
Да и сама внутренняя архитектура нервной клетки или нейрона уже не является для нас тайной. Он состоит из ядра, являющегося основным строительным материалом серого вещества, тела клетки и двух видов отростков; аксона – длинного отростка нейрона, представляющего собой белое вещество, а также дендритов – тонких, коротких и сильно разветвлённых отростков нейрона, передающих возбуждение к соседнему нейрону (рис. 5).
