Зачем учёные хотят внедрять воспоминания в мозг

Подумайте хорошенько. Хорошо ли Вы помните, что с Вами было в прошлом году, вчера, часом ранее… пять минут назад? Отлично? Уверены? А теперь задумайтесь: где гарантия, что эти воспоминания — именно Ваши, а не искусственно сгенерированные и внедрённые в Ваш мозг извне? Ведь в наше время наука способна и на такое!

 

Можете успокоиться: я немного преувеличиваю. Но лишь самую малость. Ведь учёные уже не один и не два года действительно проводят эксперименты по изменению памяти живых существ — в основном на лабораторных животных (как это ни печально), но и люди там тоже фигурируют. Ложные воспоминания, манипуляция поведением, подмена негативных ощущений позитивными… Что там ещё по списку?

Разберёмся со всем этим поподробнее. Пока память позволяет.

Зачем нам это нужно?

Одно из важнейших предназначений работ по изменению памяти — лечение такого явления, как посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). Этим тяжёлым психическим расстройством страдают люди, побывавшие один или несколько раз в тяжёлых ситуациях, травмировавших их психику. Типичные примеры — военные, имеющие опыт серьёзных боевых действий, жертвы катастроф или изнасилований. Яркие симптомы ПТСР —

• высокая тревожность,
• кошмарные сны,
• состояние подавленности

— могут сохраняться как минимум месяц после травмирующего события, а могут и беспокоить человека всю жизнь. Такой вот несмешной парадокс получается: чтобы избавить от мучений собратьев по разуму, приходится медикам мучить подопытных зверей.

Чудеса оптогенетики

Пока технологии манипуляций с памятью имеют мало общего с лёгкостью и простотой, с которыми подобные операции производятся в фантастике.

Большинство экспериментов над памятью проводятся при помощи оптогенетики — особого метода управления мозгом живого существа при помощи света. В этом специалистам помогают особые светочувствительные белки-родопсины. Чтобы в организмах подопытных животных появились эти вещества, учёные предварительно вводят в мозг мышей при помощи инъекций специальные вирусы, которые заставляют организм животных самостоятельно производить родопсины.

 

Польза родопсинов заключается в двух свойствах.

1. Во-первых, синтез этих белков можно "настроить" так, чтобы ими избранно "помечались" только нейроны, отвечающие за формирование и хранение конкретного воспоминания.
2. Во-вторых, если посветить на "заражённые" родопсинами нейроны синим светом, можно их "активировать" — и манипулировать воспоминаниями так, как заблагорассудится.

Процесс сам по себе достаточно непростой и громоздкий. Плюс, чтобы технология работала, подопытным нужно дополнительно провести операцию: сделать отверстие в черепе и внедрить в мозг оптоволокно, передающее световое излучение. И, хотя мыши с электроникой в голове могут передвигаться без особых затруднений, понятно, что с человеком такое в лечебных целях навряд ли будет проделываться.

Стоит, пожалуй, отметить и то, что мышиная память устроена намного более примитивно, чем наша, поэтому внушить грызунам какое-то ложное воспоминание легче, чем человеку: в нашем мозге придётся дольше "копаться", чтобы найти необходимый участок памяти, который требуется подвергнуть изменению. Да и сам по себе мозг человека — структура более массивная и громоздкая, чем мозг мыши, что также создаёт дополнительные сложности.

"Конечно, для человека это не годится. Потому что, во-первых, нам нужно вставлять это оптоволокно, которое будет светить в мозг. И если так светить на обычного человека, не модифицированного, то ничего не произойдёт. <…> И там, когда у мышей вмешивались, воздействовали как раз на одну из узловых частей системы. А у нас эта узловая часть системы в глубине мозга сидит, туда чтобы пролезть, нужно сантиметров десять мозговой ткани пройти", — комментирует перспективы оптогенетики в лечении людей молекулярный биолог, профессор Сколковского института Филипп Хайтович в интервью "Бизнес FM".

В любом случае, эта технология помогает лучше разобраться в принципах работы мозга живых существ и может стать ценным подспорьем в дальнейшей разработке методов борьбы с различными психологическими проблемами у людей.

Одни из самых ярких экспериментов над памятью, связанные с оптогенетикой — опыты Судзуми Тонегавы, лауреата Нобелевской премии по медицине. Ложные воспоминания, манипуляции ощущениями и управление поведением через изменение памяти — это точно по его части.

Первый эксперимент, поставленный командой Тонегавы, связан с созданием ложных эмоций, основанных на манипулировании памятью. Если точнее, то учёным удалось заставить подопытных мышей при стимуляции светом бояться тогда, когда реальных поводов для страха у них не было.

Сначала специалисты помещали мышей в незнакомую клетку — и давали по ней небольшой электрический удар. В результате у подопытных формировался страх перед новой клеткой — и, оказываясь в ней вновь, они инстинктивно замирали, ожидая нового удара. Эта реакция логична: в мозгу мышей формировались нейронные цепочки, связанные с воспоминанием о конкретной опасной обстановке, в которой они испытывали дискомфорт.

После учёные помещали мышей в другую клетку, сильно отличающуюся от "пыточной". В этой обстановке мыши не боялись нападения и вели себя спокойно. Но затем учёные воздействовали светом на нейроны в мозге мышей, где хранились воспоминания о "пыточной" клетке. И тогда мыши немедленно замирали, ожидая электрического удара — хотя при этом находились в "безопасной" клетке. Таким образом специалистам успешно удалось искусственно вызвать у подопытных ощущение страха в безопасной обстановке.

 

Спустя несколько лет команда Тонегавы поставила ещё один эксперимент. На этот раз учёные попытались выяснить, можно ли искусственно вызвать у подопытных существ приятные воспоминания — и манипулировать их поведением: например, чтобы вывести из депрессии.

В первую очередь специалисты создали у подопытных мышей-самцов приятные воспоминания, дав им провести время с самками. В результате в мозге животных были отмечены группы нейронов, которые отвечали за память об удовольствии в процессе спаривания. Затем учёные намеренно вызвали у подопытных депрессию, поместив их в тиски, ограничивающие движение. В конце первой недели мыши стали демонстрировать признаки психического расстройства: отказывались от угощения и не пытались вырваться, когда их брали за хвост.

Но, как только специалисты активировали в мозге мышей нейроны, где были "закодированы" воспоминания о самках, все симптомы депрессии пропадали у подопытных в считанные минуты! Впоследствии у мышей регулярно активировали эти приятные воспоминания — и они избавились от депрессии всего за неделю.

Интересно, что живое общение с самками не оказывало такого эффекта: состояние депрессивных самцов не улучшалось и они продолжали игнорировать своих потенциальных партнёрш.

Однако, во всех вышеперечисленных случаях "обман" мозга достаточно прост.

Организм всего лишь заставляют насильственным образом "вспомнить" в конкретное время приятные или неприятные события и связанные с ними ощущения. А можно ли полностью сгенерировать воспоминание, навсегда связав болезненный опыт с местом, где его никогда не было?

Можно — с уверенностью ответили всё те же специалисты из команды Судзуми Тонегавы. В своём следующем эксперименте они пошли дальше и заставили подопытных мышей постоянно бояться места, в котором с ними никогда ничего не случалось.

Сначала подопытных животных разместили в клетке №1 и дали им запомнить её (при этом, в мозгах у подопытных успешно "пометились" родопсинами нейроны, отвечающие за память об этой клетке). Затем мышей переместили в клетку №2 — и пустили по ней ток. Только при этом, когда животные запоминали болезненные ощущения, мозг мышей облучали светом, заставляя "активироваться" нейроны, отвечающие за воспоминания о клетке №1.

В итоге неприятный опыт успешно "записался" в память мышей — только связывали они его не с клеткой №2, где в тот момент находились в реальности, а с клеткой №1 — которую их заставляли "вспоминать" в момент пытки. Подтверждением этому стало то, что, оказавшись в "безопасной" клетке, мыши замирали в испуге, ожидая электрического удара — хотя на самом деле опасным для них было совершенно другое место.

Стоит отметить, что воспоминание получилось достаточно устойчивым и конкретным: при помещении в клетку №3, непохожую на первые две, мыши вели себя спокойно, что показывает, что изменение памяти было точечным — и повлияло только на воспоминание о конкретном месте. Кроме того, даже в реально "опасной" клетке №2 мыши пусть и реагировали испугом, но также довольно слабо — то есть ложному воспоминанию удалось даже частично перекрыть истинное.

Итак, "включать" воспоминания — как ложные, так и истинные — у учёных уже получается. А стирать?…

…И стирать — подтвердили специалисты из группы ещё одного японского учёного Танаки Казумасы. Они поставили над мышами эксперимент с клеткой и электрошоком, аналогичный опыту Тонегавы. Отличие было в том, что вместо искусственного "вызывания" неприятных воспоминаний память о травмирующем событии, наоборот, стиралась — путём блокировки при помощи света групп нейронов, отвечавших за хранение воспоминания об электрическом ударе. Эксперимент прошёл успешно: когда мышам, находившимся в "опасной" клетке, "отключали" память, они не испытывали страх — в противовес контрольной группе подопытных, которые замирали в ожидании новой пытки.