Представьте, что вы наблюдаете за рождением мысли. Не абстрактно, а буквально: видите, как вспыхивают мириады звёзд-нейронов, как волны активности катятся по галактикам мозговых зон, чтобы в итоге вылиться в простое решение: налево или направо? Именно это и удалось зафиксировать международному коллективу нейробиологов в результате грандиозного семилетнего эксперимента.
Двадцать две лаборатории по всему миру объединились в Международном консорциуме мозга (IBL), чтобы совершить то, что ещё вчера считалось фантастикой, — создать полную динамическую карту активности мозга в момент принятия решения. Учёные записали «кино» с участием 600 тысяч нейронов в 279 регионах мозга 139 мышей, охватив почти 95% его объема. Это беспрецедентный масштаб!
«Нейропиксели» штурмуют мозг
Как же им это удалось? Десятилетиями нейрофизиологи изучали мозг с помощью микроэлектродов, которые могли «подслушать» разговоры сотни-другой нервных клеток. Процесс был мучительно медленным. Прорыв совершила разработка сверхчувствительных цифровых зондов нового поколения — «нейропикселей» (neuropixels). Эти миниатюрные устройства позволили одновременно считывать активность сотен тысяч нейронов по всему мозгу!
«Мы совершили прыжок от изучения крошечного квартала к картографированию целого мегаполиса», — с восторгом комментирует профессор Александр Пуже из Женевского университета, один из ключевых авторов исследования.
Мыши-пилоты и сахарная награда
Эксперимент напоминал создание космического симулятора для грызунов. Мыши, оснащённые миниатюрными «шлемами» с электродами, вращали крошечный руль, управляя полосатым шариком на экране. Задача — поймать его в центре и получить заслуженную порцию сладкой воды. Каждое движение, каждый выбор — поворот руля влево или вправо — сопровождался колоссальным объёмом данных, которые жадно поглощали «нейропиксели».
И карта ожила! Учёные увидели, как вспышка активности, приняв визуальный сигнал, зарождается в затылочных долях. Затем, словно цунами, она распространяется по всему мозгу, вовлекая в работу не только ожидаемые сенсорные и моторные зоны, но и практически все остальные регионы. Мозг работал как единая сеть, а не как набор изолированных модулей.
Сила ожидания: мышь помнит!
Но и это ещё не всё. Исследователи усложнили задачу, сделая шарик почти невидимым. Чтобы сделать выбор, мышь должна была опереться на предыдущий опыт — на то, что она видела в прошлых заездах. Это и есть априорное знание, основа любого сложного поведения.
«Каждое ваше решение именно таково — вы не просто реагируете на стимул, а действуете, опираясь на свои ожидания», — поясняет Пуже. Карта блестяще подтвердила гипотезу: мозг подключает багаж прошлого опыта на самых ранних этапах формирования выбора.
«Слоуновский атлас» для нейронауки
Что же означают эти два исследования (именно поэтому исследования опубликованы в виде двух статей в журнале Nature)? Это не просто прорыв в понимании мозга. Это смена парадигмы во всей нейронауке.
Доктор Пол Глимчер из NYU, не участвовавший в работе, провёл brilliantную аналогию: раньше биология была наукой одиночек, теперь же она выходит на уровень big data, как в физике или астрономии. Межлабораторный консорциум IBL ставит перед собой амбициозную цель — создать аналог Слоуновского цифрового обзора неба (SDSS), который в своё время перевернул астрономию, составив детальнейшую 3D-карту Вселенной.
«IBL — это и есть “Слоуновский атлас” для мозга», — заявил Глимчер. И это только первый шаг. Учёные надеются, что их пример вдохновит мировое сообщество на новые коллаборации, ведь именно так и будет покорён последний рубеж человечества — тайна собственного сознания.