Всемирный разум

Однако Тсьен все равно пытался добиться своего. Он попросил Хагеманна выслать ему чувствительный к свету ген хламидомонады. Тот не был уверен, какой именно требуется, и поэтому выслал два варианта. Тсьен и его студенты-выпускники должным образом встроили в нейроны, с которыми тогда работали, оба. Однако ни один из них не отреагировал на облучение светом. Тсьен повторил попытку, используя теперь лишь один ген. С тем же результатом. «Получив два сокрушительных удара подобного рода, вы должны признать, – говорил он впоследствии, – что находитесь на ложном пути и вам следует попробовать нечто иное». Так он и переключился на другое направление исследований, а четвертый ген нетронутым положил на хранение в холодильник, стоявший в его лаборатории.

Прошло не менее трех лет, прежде чем Хагеманн и его сотрудники в конце концов обнаружили нужный ген. Они встроили его в яйцеклетку лягушки, подали на него луч света и – вуаля! Электрический ток заструился по мембране лягушачьей яйцеклетки.

Как только Тсьену на глаза попалась написанная Хагеманном и его коллегами научная статья, он сразу понял, какой ген ему нужен. Разумеется, тот самый, что был когда-то отложен. Очень похоже на то, как вы покупаете четыре лотерейных билета, обнаруживаете, что три из них пустые, и раздраженно отбрасываете четвертый. После чего видите, как кто-то другой подбирает этот билет и выигрывает по нему 10 миллионов. «Мы ошиблись не в том, – оглядываясь назад, признавался с натянутой улыбкой Тсьен, – что положили его в холодильник, а в том, что упустили время извлечь обратно». Однако такова природа науки: «Порой вы выигрываете, порой – проигрываете». (Дело закончилось тем, что Тсьен кое-что выиграл. Нобелевскую премию 2008 года – за свои новые исследования, посвященные тому, как с помощью генной инженерии заставить светиться клетки определенного типа).

Хагеманн и его команда назвали принесший успех ген ченнелродопсином ( channelrhodopsin) . В 2003 году они опубликовали научную статью с потрясающим заявлением: «ChR2 (разновидность ченнелродопсина. – Прим. автора ) может быть использован для деполяризации животных клеток… посредством облучения светом» [120] . Однако до применения этого открытия на практике было еще очень и очень далеко.

Практическое применение: свет и два переключателя – On/Off

Карл Дейсерот (Karl Deisseroth), психиатр из Стэнфордского университета, видел немало людей с тяжелыми заболеваниями. Но двое из его пациентов особенно часто заставляют вспоминать о себе. Как-то ему пришлось лечить блестящую студентку колледжа: девушка страдала от жестокой депрессии, из-за умственного расстройства принявшей угрожающий характер. Вторая пациентка была скована во всех своих движениях практически в буквальном смысле – из-за болезни Паркинсона. И этот недуг медленно разрушал участки ее мозга, контролирующие двигательную активность. Больная не могла ходить, улыбаться, есть. «Я не сумел спасти ни одну из них, – говорил мне Дейсерот. – И эта неспособность вылечить их, несмотря на все усилия, постоянно напоминает о себе. Я часто думаю об этих больных».

Карл Дейсерот, невысокий мужчина с фигурой борца, около 40 лет, – не только психиатр, но и нейроученый. Как психиатр он принимает пациентов один день в неделю, а оставшиеся четыре рабочих дня посвящает руководству нейролабораторией в Стэнфорде. В 2004 году он прочитал статью Хагеманна и задал себе тот же вопрос, что и Тсьен в 1999-м: можно ли при болезни Паркинсона генетически видоизменить неправильно функционирующие клетки головного мозга таким образом, чтобы управлять ими посредством светового воздействия?

Однако проблема, связанная с болезнью Паркинсона, не сводится только к выявлению поврежденных структур мозга. Да, травмы такого рода – это плохо. Но еще хуже отсутствие легких путей восстановления нормальной работы нейронных цепочек. Врачи могли либо, введя электроды глубоко в поврежденную область, подвергнуть всю ее электрошоку, либо наполнить весь мозг лекарствами. Подобные методы иногда помогали. Однако, даже в случае успешного лечения, возникали побочные эффекты.

Дейсерот понимал: намного лучшей тактикой было бы восстановление нормальной деятельности поврежденных нейронов при помощи технологии, нацеленной на каждую нуждающуюся в лечении нервную клетку. Однако в первую очередь следовало определить, на какие именно нейроны нужно воздействовать.

Чтобы исследовать этот вопрос, Дейсерот собрал нескольких студентов-выпускников, в числе которых были Фенг Занг (Feng Zhang) и Эд Бойден (Ed Boyden). Занг говорит, очень точно подбирая выражения, и его скупая речь с легким бостонским акцентом сочетается с манерами китайского мандарина. Бойден, напротив, говорит так быстро, что порой проглатывает слова, и иногда кажется, будто его мысли заметно опережают сказанное. Он из тех, кто всегда торопится. В свои 19 лет Эд успел закончить учебу в Массачусетском технологическом институте, защитив диплом по квантовым вычислениям, и устремился в докторантуру по стезе нейронауки.

В 2005 году Занг и Бойден повторили эксперимент Тсьена. Правда, им не пришлось искать необходимый ген. Они встроили его требуемым образом, поместили лабораторный образец ткани с нейронами на предметное стекло микроскопа и ввели тонкий электрод в одну из нервных клеток – чтобы наблюдать за ее возбуждением. После чего направили на эту клетку луч синего света. (Ченнелродопсин в наибольшей мере реагирует на свет с длиной волны 480 нм – то есть на лучи сине-голубой части спектра). Микроскоп, который использовали эти ребята, чем-то напоминал накачанного культуриста. В окуляр была встроена камера, на предметное стекло нацелился лазер, а в больших коробах размещалась аппаратура, предназначенная для усиления слабого тока, который, как они надеялись, должен был появиться. Если в нервной клетке возникнет импульс возбуждения, то на мониторе компьютера должен появиться огромный зубец. Все в точности так и произошло. При каждой вспышке света нейрон приходил в возбуждение, а по белому полю экрана один за другим двигались большие зубцы [121] .

Так у них появился «включатель» нейронов. Однако Бойден понимал: нужно научиться не только «включать», но и «выключать» это возбуждение. Некоторые недуги (например, эпилепсия) связаны с нарушением в нервной системе механизмов торможения. При этом нейроны остаются в перевозбужденном состоянии, изменить которое не удается. Уметь гасить возбуждение нервных клеток мозга – задача не менее важная, чем приводить их в состояние активации. Отсутствие возбуждения – это тоже информация. Допустим, если вы обещаете позвонить кому-то и сказать, что уже пришли домой, то отсутствие такого звонка тоже о чем-то говорит. Или, применительно к компьютерам, 0 не менее важен, чем 1.

Итак, теперь нужно было найти вторую составляющую – «выключатель» нейронного возбуждения. Бойден закончил свою диссертацию, получил еще год для дополнительной работы, а затем вернулся в Массачусетский технологический институт, чтобы в возрасте 27 лет возглавить собственную лабораторию. Он нашел бактериальный ген халорходопсин (halorhodopsin), полагая, что его свойства окажутся противоположны ченнелродопсину (channelrhodopsin). В 2006 году Бойден и его коллега Ксю Хан (Xue Han) встроили халорходопсин в нейроны, которые затем облучили желтым светом, – и возбуждение последних прекращалось. На следующем этапе работы ученые встроили в нервные клетки оба гена – и, варьируя сине-голубой и желтый свет, получили возможность как инициировать, так и подавлять возбуждение нейронов [122] .

Замечательно. Теперь в руках ученых находились и «включатель», и «выключатель» (ON / OFF switches). Они не только давали возможность контролировать активность нейронов, но и позволяли воздействовать на нервные клетки с исключительной точностью. Фактически, в то же самое время Фенг Занг открыл это явление в Стэнфорде: с помощью желтого света ему удавалось останавливать движение червей [123] . В других лабораториях экспериментаторы заставляли мух подниматься в воздух при облучении их сине-голубым светом. В телепередаче The Tonight Show Джей Лено (Jay Leno) даже позволил себе пошутить по поводу этой технологии: в видеоклипе он, осуществляя «контроль с удаленным доступом», пытался управлять мухой, летящей в рот Джорджу Бушу. Аналогичные исследования множились, как грибы после дождя, и вскоре с просьбой выслать им гены к Дейсероту стали обращаться десятки лабораторий.