Интересующимся работой мозга известен следующий мысленный эксперимент. Человеку заменяют нейрон на искусственный чип, выполняющий ту же функцию. В ответ на входящий импульс чип генерирует электрическую активность, которую выдал бы удаленный нейрон. По всей видимости, подмена одного нейрона не скажется на работоспособности мозга, его возможностях памяти и мышления. Следовательно, можно повторить процедуру. Манипуляцию последовательно проводят со всеми нервными клетками, помещая на их место правильно запрограммированные чипы. В итоге мозг будет состоять целиком из искусственных элементов, обменивающихся сигналами между собой. Для философов данный эксперимент служит поводом поставить ряд важных вопросов о природе сознания.

Физиологи и биоинженеры подходят к проблеме менее глобально, но гораздо более практично: они пытаются выяснить, выполнима ли функция нейрона искусственными средствами в живом мозге. Иначе говоря, возможен ли в действительности нейропротез. Реальные (не мысленные) эксперименты на эту тему имеют не столь долгую историю. Как правило, исследуется деятельность нервных клеток, связанных с моторикой и движением. Однако в этом месяце в журнале Journal of Neural Engineering вышла знаковая статья. Впервые ученым удалось переложить с нейронов на электроды обеспечение когнитивной функции – долговременной памяти.

Исследователи создали способ произвольно включать и выключать память у крыс с помощью мультиэлектродной матрицы. «Щелкните переключатель, и крысы будут запоминать; щелкните обратно, и крысы потеряют эту способность», - с нездоровым блеском в глазах признается первый автор публикации Theodore Berger. Подчеркну, электроды использовались не для разрушения, а для восстановления памяти. Это принципиально важно. Суть эксперимента вкратце: крысы учились нажимать на педаль, основываясь на памяти о прошлом нажатии. Чтобы получить порцию воды, им следовало нажать правую педаль, если до этого они нажимали левую, и наоборот. В голову крысы имплантировали 32 электрода, по 16 с каждой стороны, направляя их в две области гиппокампа, т.н. CA3 и CA1. В процессе обучения и выполнения заданий регистрировалась активность нейронов. Показания обрабатывались на компьютере специальной программой multi-input/multi-output (MIMO), которой авторы очень гордятся и чья предсказательная способность, собственно, проверялась данным экспериментом. На основании входящих сигналов от нейронов CA3 эта MIMO должна была спрогнозировать исходящие сигналы нейронов CA1. Чтобы понять, насколько верно ей это удается, исследователи нарушали связь между этими участками, вводя в гиппокамп крысы блокатор глутаматных NMDA-рецепторов (MK801). После инъекции препарата животные утрачивали способность помнить прошлые действия, и не могли выполнить задачу. И вот тогда ученые включали электроды в режим стимуляции, которые по алгоритму MIMO генерировали спайки вместо молчащих нейронов. Функция памяти возвращалась. Ничего не подозревающие крысы снова могли запоминать.

Таким образом, ученым удалось показать, что искусственный протез может выполнять работу, которая в естественных условиях выполняется нейронами, даже когда речь идет о поддержании когнитивной функции, в данном случае памяти. В дальнейшем подобный эксперимент ученые планируют провести на обезьянах (если им, конечно, позволят). Сложно предвидеть, насколько далеко наука сможет продвинуться в данном вопросе. Тем не менее, первый шаг сделан. И этот шаг исторический.


Theodore W Berger et al (2011) A cortical neural prosthesis for restoring and enhancing memory. -- J. Neural Eng. doi: 10.1088/1741-2560/8/4/046017

В конце 1990-х в медицинский центр в Бостоне (BIDMC) поступила пациентка 52-х лет, которой требовалась пересадка почки. В поисках подходящего донора врачи первым делом обратились к ближайшим родственникам женщины и взяли пробы крови у мужа и трех ее сыновей. К удивлению пациентки генетический анализ показал, что биологической матерью она является только одному, двое других сыновей – чужие. Женщина полагала, что в данные вкралась ошибка, поскольку всех трех детей она рожала лично. Однако повторный тест показал, что ошибки не было – гаплотип двух сыновей не совпадал с гаплотипом матери.

Врач Margot Kruskall была озадачена. Она обратилась за помощью к коллегам из разных стран мира. Те прислали различные версии детективного свойства, от подмены младенцев в роддоме до секретного оплодотворения, в котором женщина не хочет признаваться. Научного объяснения никто не предложил. Тогда Марго решила провести дополнительное исследование. Вместо анализа крови она взяла тест из других тканей пациентки (щитовидная железа, рот, волосы и др.). Результаты поразили всех: часть тканей имели один гаплотип, а часть – совсем другой, подтверждающий родство сыновей. Иными словами, тело женщины состояло из двух генетически разнородных типов клеток.

Более 50 лет назад во чреве матери этой женщины произошло очень редкое событие: два эмбриона, два разнояйцевых близнеца женского пола срослись на ранней стадии беременности, образовав один эмбрион. В медицинской терминологии пациентка являет собой тетрагаметическую химеру (tetragametic chimera), т.е. организм, возникший на основе четырех половых клеток - двух яйцеклеток и двух сперматозоидов.

Никто не может точно знать, насколько распространены химеры. Без специальных тестов их не обнаружить. Последнее время множатся свидетельства, что часть материнских клеток могут перебираться в организм ребенка и продолжать функционировать и делиться там десятилетиями. Это явление называется микрохимеризм, про него был пост три года назад, оно уже не считается экзотикой.

Недавно установлено, что морские актинии охотно образуют химеры, причем сращиваться между собой могут сразу до шести эмбрионов. Химеры развиваются в личинку, внешне неотличимую от обычной. Зоолог Энни Мерсье признается: “Если бы я не была свидетелем ранних стадий развития, я бы не догадалась, что выросшие актинии на самом деле слиты из нескольких. Химеризм может быть гораздо более частым явлением, чем мы думаем, потому что у нас нет возможности легко его отличать». Мерсье является первым автором публикации, в которой ученые высказывают предположение, что химерами являются до 90% актиний.

A. Mercier et al. (2011) Internal brooding favours pre-metamorphic chimerism in a non-colonial cnidarian, the sea anemone Urticina felina -- Proceedings of the Royal Society: B [ Abstract ]

Yu N. et al. (2002) Disputed Maternity Leading to Identification of Tetragametic Chimerism -- The New England Journal of Medicine [ PDF ]

Chimeras on the rise -- The Scientist
The Stranger Within -- New Scientist
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

P.S. Некоторые сожалеют, что я не ставлю кнопку перепоста. Но это утратило актуальность, потому что теперь она автоматически встроена в любой пост жж. Кнопка расположена сверху, там же, где и пиктограмма «в избранное!». Нажав на «плюс», можно выбрать сервис, с помощью которого поделиться ссылкой (жж, фейсбук, твиттер и др.).

Патриарх Сербский Павел

О том, что Патриарх Павел был очень близок к народу и народ его очень любит, свидетельствуют многочисленные истории. Особенно среди них много примеров аскетизма и нестяжательства сербского Патриарха.

Так, известно, что по городу он либо ходил пешком, либо ездил на общественном транспорте – среди людской давки без охраны, без сопровождающих лиц. Каждый мог подойти к нему и поговорить с ним.



Одна из историй о нем, опубликованная в издании "Татьянин день", гласит, как однажды, подходя к зданию патриархии, святейший Павел заметил у входа много иномарок и поинтересовался, чьи это машины. Ему сказали, что это машины архиереев. На что патриарх с улыбкой сказал: "Если они, зная заповедь Спасителя о нестяжательстве, имеют такие машины, то какие же машины у них были бы, если бы этой заповеди не было?

( Читать дальше ПРО ПАТРИАРХА ... )

Рентгеновский снимок пациента, находящегося в состоянии минимального сознания, в голову которого
имплантированы электроды для глубокой стимуляции мозга.


Это был успешный эксперимент целой команды медиков и неврологов, которые сумели восстановить ключевые функции мозга у мужчины, шесть с половиной лет находившегося в состоянии минимального сознания. В результате разбойного нападения в 1999 году он получил обширные повреждения головы и потерял способность к коммуникации и целенаправленному поведению. Как позже показали томографические исследования, некоторые важные участки коры остались нетронутыми, но не функционировали. Это обстоятельство заинтересовало ученых. Они предположили, что в результате травм был отключен механизм, активирующий кору. Ключевая роль здесь принадлежит таламусу - структуре, в которой происходит обработка и интеграция практически всех сигналов, идущих в кору большого мозга от спинного, среднего мозга, моз¬жечка и базальных ганглиев. Если подвергнуть электростимуляции ядра таламуса, возможно, это приведет к пробуждению сохраненных участков коры. Однако таламус находится глубоко в мозге, поэтому никакая неинвазивная техника до него не достанет. Единственная возможность – внедрить электроды хирургическим путем.

Удивляет сам факт получения разрешения на такую операцию, учитывая трепетное отношение к подобного рода этическим коллизиям в наши дни. Тем не менее, после долгих обсуждений, процедура была исполнена. Практически сразу же, в первые два дня работы электродов, состояние пациента заметно улучшилось. Он стал держать глаза открытыми продолжительное время и отзываться на голоса, поворачивая голову. Ученые, однако, были вынуждены сделать паузу на 50 дней, чтобы удостовериться, что улучшение не является неизвестным эффектом хирургического вмешательства. Затем на протяжении 18 недель таламус стимулировали различными сочетаниями частоты и продолжительности возбуждений, дабы найти наилучший вариант.

Больной фактически вернулся к жизни. Он стал отвечать на вопросы, мог держать в руках предметы и двигать конечностями. Он начал глотать пищу: до этого шесть лет его кормили через гастрономическую трубку. Его мать в интервью для прессы едва сдерживала слезы: «Теперь мой сын может говорить, есть и смотреть кино. Он может пить из кружки. Он может выражать боль. Он может смеяться и плакать…»

Это был первый случай, когда методом глубокой стимуляции мозга (Deep brain stimulation) удалось вытащить пациента из состояния минимального сознания.

N. D. Schiff et al. (2007) Behavioural improvements with thalamic stimulation after severe traumatic brain injury – Nature [PDF]