Керри Ресслер, профессор психиатрии и поведенческих наук в университете Эмори, изучал, как мыши выбирают пищу под давлением окружающей среды. Как мы уже знаем, у грызунов и людей практически одинаковые системы вознаграждения с прилежащим ядром мозга, которое активируется, предвосхищая вкусную награду. Соседние области мозга – мозжечковая миндалина и островковая доля – связаны с эмоциями, в частности со страхом. Керри исследовал взаимодействие между этими частями мозга. Мышам давали нюхать ацетофенон – химическое вещество, придающее вишне сладкий запах, – и одновременно с этим поражали их разрядом тока. В нейтральных условиях животные принюхивались и искали сладкую вишню, а их прилежащее ядро активировалось в ожидании вкусной пищи. Но раз за разом мыши учились связывать сладкий запах с неприятными ощущениями и застывали, едва учуяв его. У них даже начали появляться новые нейронные ответвления и проводящие контуры в частях мозга, отвечающих за обработку запахов. Это объясняется необходимостью надежного закрепления нового поведения. Невероятно, но эта приобретенная поведенческая реакция была передана детенышам мышей и их потомству. Последующие поколения грызунов замирали, почувствовав запах вишни, хотя их никогда не било током при его появлении.
Это открытие стало откровением. Как опыт, приобретенный во взрослом возрасте – связь электрошока с запахом вишни, – передается по наследству? Если коротко, все дело в эпигенетической модификации. Оказывается, внушенный страх вызвал генетические изменения, но не в самой ДНК, а в том, как она использовалась в организме мышей. Настройки рецепторных нейронов, воспринимавших запах вишни, а также их расположение и количество были перестроены и закреплены в сперматозоидах мышей, через которые они передались следующим поколениям. Исследователи попробовали ассоциировать электрический разряд с алкоголем и убедились, что спиртные напитки отпугивали, а не привлекали мышей на протяжении всей их жизни. Если это открытие справедливо и для людей, с его помощью можно объяснить, как фобии передаются от человека к человеку, даже когда тот ни разу не испытывал триггеров, и как сложные виды поведения могут наследоваться потомками, даже когда у них не было возможности обучаться этому через наблюдение.
Появляется все больше и больше свидетельств того, что все виды пищевого поведения задаются окружающей средой, в которой жили наши родители еще до нашего зачатия.
Нет, я вовсе не предлагаю вам бить себя слабым электрическим разрядом каждый раз, когда вы проходите мимо булочной. И все же результаты исследований говорят, что окружающую среду и генетическую предрасположенность можно обмануть во благо будущих поколений, изменив эмоциональный отклик и даже наши генетические реакции на еду. Многообещающий эксперимент, посвященный употреблению алкоголя, предполагает, что аддиктивное или компульсивное поведение можно преодолеть и тем самым серьезно повлиять на жизнь миллионов людей.
Парадоксально, но факт: поняв, как программируются наши предпочтения и аппетиты, мы сможем использовать этот же механизм, чтобы менять черты характера, передаваемые из поколения в поколение. Также эпигенетика демонстрирует, что у эволюционных генетических изменений, на которые уходят тысячи лет, есть альтернатива, а между унаследованными нейронными связями и средой, в которой мы живем, существует очень сложная связь. Мы еще только начинаем понимать, как она устроена, и нам предстоит долгий путь к полному раскрытию ее потенциала. Однако, учитывая темпы научного прогресса, у нас есть основания надеяться, что однажды мы научимся преодолевать соблазн съесть пончик.
Эпигенетика – не единственная научная отрасль, дающая надежду на решение проблем человеческого питания. Есть и другие технологические открытия, позволяющие понять, как мозг принимает решения, как работает мышление и как формируются эмоции. В первом десятилетии XXI века появилось одно из самых революционных направлений в этой области – оптогенетика. Я уверена, что люди, стоявшие у его истоков и внесшие значительный вклад в его развитие: Эрнст Бамберг, Эд Бойден, Карл Диссерот, Петер Хегеманн, Геро Мизенбек и Георг Нагель, – однажды получат Нобелевскую премию. Этот метод использует генную инженерию для контроля электрической активности нервной системы с помощью света и позволяет исследователям анализировать сложные микросхемы разума не только с точки зрения анатомии, но и функциональности. С помощью оптогенетики мы можем мгновенно и точно включать или выключать отдельные проводящие нейронные пути. Только лишь это демонстрирует, как в мозге генерируются сложные виды поведения – от любви до социальной тревоги или зависимости. В следующих главах мы еще вернемся к тому, как оптогенетика открыла беспрецедентное понимание психических расстройств, и рассмотрим, как оно повлияло на больных.
Пока же я хочу вернуться к вопросу, поднятому эпигенетическими исследованиями, о том, как дефицит питательных веществ до рождения человека влияет на его пищевые привычки во взрослом возрасте, а также на питание будущих поколений. Мы понимаем, что информация передается с помощью механизмов эпигенетической модификации, но по-прежнему не знаем, какие именно мозговые цепи поддерживают этот процесс. Может быть, в этом нам поможет оптогенетика?
С помощью оптогенетики и других технологий доктор Денис Бурдаков из лондонского института Фрэнсиса Крика выяснил, какие микросхемы мозга управляют нашими реакциями на потребление питательных веществ. Его лаборатория исследовала гипоталамус – небольшую структуру в промежуточном мозге, – который участвует в контроле таких базовых функций млекопитающих, как температура тела, жажда, голод и сон. Кроме того, в нем происходит экспрессия FTO-гена. Его вариации способны привести к тому, что человек не может удовлетворить свой аппетит, даже когда сыт. Такие люди, как правило, имеют избыточный вес.
В гипоталамусе находятся специфические нейроны, определяющие баланс макроэлементов в рационе. Они не столько следят за калорийностью пищи, сколько измеряют диетический баланс. Эксперименты Дениса показали, что эти нейроны помогают анализировать, достаточно ли в рационе мыши незаменимых аминокислот и других питательных веществ, в которых организм нуждается, но не умеет вырабатывать самостоятельно, а потому должен получать их из пищи. Завершив анализ, нервные клетки отправляют дофаминовый сигнал в систему вознаграждения. Этот отточенный молекулярный механизм действует на нейронные контуры по принципу двойного отрицания: пока в доступной пище недостаточно питательных веществ, мышь продолжает искать еду. И наоборот, при достижении правильного аминокислотного баланса животное почувствует сытость и прекратит есть. Вслед за этим гипоталамус посылает сигнал, призывающий ко сну. Раз больше не нужно добывать питательные вещества для организма, почему бы не отдохнуть? И, по-видимому, в этом процессе участвует FTO-ген.
Исследования Дениса открывают новые горизонты в области сознательного управления балансом питательных веществ в нашем рационе для достижения чувства сытости. Возможно, если мы сможем настроить систему вознаграждения так, чтобы она помогала нам выбирать более здоровое питание (особенно те из нас, кто из-за специфической вариации FTO-гена склонен к ожирению), у нас появится шанс обмануть свою судьбу. Я уже применяла результаты этого исследования на личном опыте, и в целом я довольна. Например, если я не могу уснуть из-за тревоги и гиперактивности, а утром мне нужно рано проснуться и быть в форме, я ем на ночь продукты, богатые незаменимыми аминокислотами, например сою, гречку, киноа, яйца и курицу. Таким образом мой мозг получает сигнал ко сну.
Новые революционные открытия в области вмешательств на биологическом уровне возможны именно благодаря таким технологическим прорывам, как мыши Брэйнбоу, оптогенетика и генная инженерия. Их обобщенно называют методами глубокой стимуляции мозга. Вероятно, в будущем они позволят по-новому лечить зависимости, депрессию и ожирение. В клинических испытаниях уже готовы участвовать пациенты, которым не помогли другие способы лечения. Предварительные результаты обнадеживают, но нельзя забывать, что это глубокая инвазия, а потому нужно соблюдать максимальную осторожность. Хирург вскрывает череп и встраивает крошечное дистанционно управляемое устройство электрической стимуляции в прилежащее ядро мозга, а затем возвращает кости в исходное положение и накладывает шов. Подключение устройства мгновенно активирует систему вознаграждения, выключая симптомы болезни. Человек получает награду, не употребив желаемое вещество. Так можно буквально включать и выключать унаследованное пристрастие к сахару и жирным продуктам. Глубокую стимуляцию мозга уже с успехом применяли в отношении людей, страдающих героиновой зависимостью и тяжелой депрессией, а сейчас идут испытания лечения болезни Паркинсона.
Даже имея все современные знания о работе мозга, трудно не испытывать сильные эмоции, наблюдая, как изменение электрического тока в определенном мозговом контуре способно радикально изменить давно укоренившиеся модели поведения. Но еще поразительнее то, что таким образом можно избавить человека от тяжелейших симптомов болезни. Благодаря глубокой стимуляции мозга достижения в области нейробиологии могут привести к более избирательным терапевтическим техникам и позволят нам как биологическому виду ослабить нежелательные черты нашей природы. Несомненно, в мире есть и другие, не менее захватывающие открытия и методы лечения, разработанные на основе нейробиологических исследований, однако их могут применять только врачи. Но существуют ли менее инвазивные способы, которые позволяют использовать новые знания в области нейробиологии, чтобы изменить свою судьбу в вопросе питания, прежде чем разовьются такие патологии, как ожирение, зависимости или диабет?
Как обмануть предрасположенность к полноте
В своей беседе с Джайлсом, экспертом по генетике и питанию, я спросила, как люди относятся к тестированию на генетическую предрасположенность к ожирению. Что будет, если каждый из нас сделает такой тест, чтобы узнать степень своей склонности к лишнему весу и свои опасные триггеры? Ведь эта процедура вполне доступна и обойдется совсем недорого. Если бы мы знали, что биология подталкивает нас, например, к патологическому ожирению, то стала бы мозжечковая миндалина генерировать страх перед нездоровой пищей, заставляя нас остерегаться вредных продуктов?