Ученые врезали окно в мозг мыши, а затем включили лазер, чтобы вызвать галлюцинации.
Это странно - но результаты исследования, опубликованного сегодня (18 июля) в журнале Science, оказались еще более странными. Примечательно, что исследователи обнаружили, что, хотя у мышей много миллионов нейронов или клеток мозга, лазерный свет должен был касаться только около 20 из них, чтобы заставить мышь распознать рисунок на стене, которого на самом деле не было.
Эти результаты вдохновили исследователей задавать редко задаваемый вопрос: почему мыши (и люди) не отключаются постоянно?
«Мозг мыши содержит миллионы нейронов, а мозг человека - много миллиардов», - говорится в заявлении старшего автора исследования Карла Дайссерота, невролога и психиатра из Стэнфордского университета. «Если только 20 или около того могут создать восприятие, то почему мы не галлюцинируем все время из-за ложной случайной активности?»
Эта невероятная психическая чувствительность позволяет предположить, что мозг млекопитающих, возможно, даже более тонко настроенный механизм, чем считалось ранее, добавил Дайссерот, способный реагировать на чрезвычайно низкое количество клеток мозга, не отвлекаясь слишком случайно включенными нейронами. Хотя в настоящем эксперименте рассматривается только распознавание простых визуальных моделей, возможно, что более сложные психические ощущения, такие как эмоции или воспоминания, также контролируются удивительно небольшим количеством клеток мозга.
Спотыкаясь на лазеры
Как сделать галлюцината мыши, не говоря, не подсунув ей психоделические препараты? Для этого эксперимента исследователи использовали технику, называемую оптогенетикой - по сути, введение светочувствительных генов в мозг животного, которые вызывают срабатывание определенных нейронов при воздействии света определенной длины волны.
Техника использовалась в предыдущих исследованиях, чтобы превратить мышей в безумных «зомби» и помочь крысам избавиться от привычки кокаина. Здесь он использовался для изучения того, как мозг мыши реагирует, когда показаны различные образцы горизонтальных и вертикальных линий, и для того, чтобы увидеть, могут ли эти нейронные реакции быть воссозданы исключительно путем пульсации небольших групп нейронов целевым светом.
Исследователи выполнили эту задачу, вырезав буквальное окно в черепах мышей (в комплекте с прозрачным стеклом и всем остальным). Эта операция выявила зрительную кору - область мозга, ответственную за обработку визуальной информации как у мышей, так и у людей. Ученые также вставили гены мышам, чтобы произвести два разных белка, один из которых заставлял нейроны светиться зеленым всякий раз, когда они были активированы, а другой вызывал срабатывание нейронов при воздействии определенного инфракрасного лазерного излучения.
Затем исследователи показали мышам рисунок движущихся параллельных линий и научили их облизывать носик воды, когда линии были совершенно вертикальными или совершенно горизонтальными. Благодаря белкам, светящимся зеленым цветом, ученые увидели, какие именно нейроны запускаются, когда мыши распознают и реагируют на различные ориентации линий. Это позволило исследователям разработать специальную трехмерную «голограмму» лазерного света, которую можно было бы направить точно в нужные точки мозга мыши, чтобы нацеливать только те нейроны, которые участвуют в распознавании горизонтальных или вертикальных линий.
Теперь о «галлюцинациях». Постепенно исследователи показали, что у мышей все более тусклые проекции горизонтальных и вертикальных линий, в то же время вызывая соответствующие нейроны в мозге мышей с помощью специального лазера. К концу эксперимента исследователи перестали показывать линии мышей в целом - но, когда лазер ударил по нейронам, ответственным за просмотр горизонтальных или вертикальных линий, мыши все же отреагировали, облизывая соответствующий излив воды.
Была ли это настоящая галлюцинация? Действительно ли мыши «видели» невидимые линии? Это невозможно знать наверняка, сказал Дейссерот в статье, сопровождающей исследование. Тем не менее, по словам Дейссерота, мозговые клетки грызунов и их поведенческие реакции на лазерное излучение выглядели точно так же, как и во время естественного восприятия. По сути, лазерное излучение заставляло мозг мыши реагировать на специфический зрительный стимул, которого там не было.
Примечательно, что, как писали исследователи, они смогли вызвать эти специфические нервные реакции у своих мышей, нацеливая от 10 до 20 нейронов - часть процента от многомиллионного общего количества мышей.
«Мы не знаем, сколько клеток может потребоваться, чтобы вызвать у человека более сложные мысли, сенсорные переживания или эмоции, - сказал Диссерот, - но это, вероятно, будет удивительно небольшое количество, учитывая то, что мы видим в мышь."
