И почему же это открытие можно считать величайшим в истории нейробиологии? Потому что практически то же самое происходит и внутри нас, когда мы становимся теми людьми, которые жмут на спуск или врываются в горящее здание, чтобы спасти ребенка, или тянут лишнее печенье, или отстаивают жесткий инкомпатибилизм в книге, которую прочтут два с половиной человека, да и тем она не понравится. Нейронные сети и молекулы, действующие в аплизии, – вот и все строительные блоки, которые нужны нам, чтобы понять, как меняется наше собственное поведение.
Конечно, прыжок от аплизии к человеку кажется абсурдным и совершенно необоснованным. Поэтому мы преодолеем это расстояние с помощью нескольких промежуточных примеров (но не в таких мучительных подробностях, в которых нам пришлось разбирать поведенческие механизмы аплизии). Когда мы закончим, суровая реальность покажет, что мы, пусть и устроены невообразимо сложнее калифорнийского морского зайца, тем не менее есть биологические машины, состоящие ровно из тех же строительных блоков и снабженные теми же механизмами изменения.
Aplysia californica. Сразу видно: та, что слева, счастлива и беззаботна. Та, что справа, – мягкая игрушка, с которой ваш ребенок будет засыпать вплоть до поступления в институт
Нам уже подмигивает следующая нейронная машина. Подойдите к ней, дуньте ей в глаз, и веко автоматически захлопнется – это защитный рефлекс. Мы уже знаем, какая простая нейронная схема за этим стоит. Есть сенсорный нейрон, в котором в ответ на воздушный удар возникает потенциал действия, после чего возбуждение передается моторному нейрону, а тот уже заставляет веко на миг опуститься (см. рис.).
А теперь давайте дополним схему совершенно бесполезной деталью. Пусть у нас будет еще один сенсорный нейрон, и пусть на тактильную стимуляцию воздушной струей он не реагирует. Пусть реагирует на слуховой раздражитель, на звук. Нейрон 3 подключен к моторному нейрону, который отвечает за моргание, но возбуждение в нем слишком слабое, чтобы вызвать потенциал действия в нейроне 2. Воспроизведите звук, и в нейроне 2 ничего не произойдет.
Давайте теперь сделаем этот путь еще более замысловатым в своей бесполезности. Звук активирует нейрон 3. Как и раньше, нейрон 3 не способен вызвать потенциал действия в нейроне 2; а вот в нейроне 4 ему это удается. Но сила возбуждения в нейроне 4 оказывается в два раза меньше той, которая нужна, чтобы вызвать потенциал действия в нейроне 5. Итак, стимулируйте нейрон 3 при помощи звука, и ни в нейроне 2, ни в нейроне 5 ничего не произойдет: звук по-прежнему не имеет никакого отношения к морганию.
Давайте дополним эту сеть еще одной бесполезной связью. Теперь нейрон 1 посылает проекцию к нейрону 5 (и, как и раньше, к нейрону 2). Но когда воздушный удар возбуждает потенциал действия в нейроне 1, его сила оказывается в два раза меньше той, что нужна для передачи возбуждения нейрону 5. Итак: воздушный удар, нейрон 2 возбуждается, в нейроне 5 ничего не происходит.
Но теперь давайте активируем и нейрон 1, и нейрон 3. Воспроизведите звук и нанесите воздушный удар. Обратите внимание: звук должен поступать за секунду до воздушного удара, также секунда нужна для потенциала действия, чтобы достичь окончаний аксона. Итак.
В момент ноль: воспроизведите звук, и в нейроне 3 возникает потенциал действия.
Через одну секунду: в нейроне 4 возникает потенциал действия (благодаря нейрону 3). Одновременно воздушный удар вызывает потенциал действия в нейроне 1.
Через две секунды: в нейроне 2 возникает потенциал действия (благодаря нейрону 1), глаз моргает. Тем временем потенциалы действия от нейронов 4 и 1 передаются нейрону 5. И снова – ни одного из этих входных сигналов по отдельности недостаточно, чтобы вызвать потенциал действия в нейроне 5, но, когда они суммируются, нейрон 5 возбуждается. Другими словами, в нейроне 5 потенциал действия возникает тогда и только тогда, когда воспроизводится звук, а через секунду наносится воздушный удар. Эта схема позволяет нейрону 5 обнаружить совпадение двух стимулов. Или, говоря на профессиональном языке, нейрон 5 – детектор совпадений.
Через три секунды: в нейроне 5 возникает потенциал действия, заставляющий его стимулировать аксонные окончания нейрона 3. Что, как выясняется, ничего не дает – возбуждение недостаточно сильное, чтобы, скажем, заставить окончания аксона выделить достаточное количество нейромедиатора.
Но воспроизведите звук, за которым последует воздушный удар, во второй раз. В десятый раз, в сотый раз. Каждый раз, когда нейрон 5 стимулирует окончания аксона нейрона 3, он постепенно заставляет нейрон 3 накапливать больше нейромедиатора и с каждым разом выделять его все больше, и… наконец… когда нейрон 3 стимулируется звуковым раздражителем, он вызывает потенциал действия в нейроне 2. И машина моргает до того, как получает воздушный удар, моргает в ожидании удара (см. рис.).
Это называется формированием условного мигательного рефлекса, и так оно работает у млекопитающих – у лабораторных крыс, у кроликов, у людей. Это полезная, адаптивная вещь – это здорово: научиться закрывать глаза до, а не после появления болевого раздражителя. Нейронная схема, лежащая в основе этого феномена, известна нам из другого знаменитого примера, того, что дал ему имя: павловское обусловливание. Старина Павлов дает собаке понюхать еду; у собаки начинает течь слюна. Это цепь, состоящая из нейронов 1 и 2. Нейрон 1 чувствует запах еды, нейрон 2 стимулирует слюнную железу, собака пускает слюни. Безусловный стимул (запах) автоматически вызывает безусловный ответ в виде слюноотделения. Теперь позвоните в колокольчик как раз перед тем, как подать еду; совмещайте два стимула снова и снова, и благодаря нейронам 1, 3, 4 и 5 вы введете условный стимул и сформируете условную реакцию – колокольчик звонит, и собака выделяет слюну в предвкушении запаха пищи.
Ключевое место, где происходят изменения, – это точка, в которой нейрон 5 соединяется с нейроном 3. Каким образом первый, раз за разом стимулируя аксонные окончания второго, заставляет его выделять больше нейромедиатора, так чтобы в итоге он смог самостоятельно вызвать моргание? Вернитесь к описанию внутренних процессов в сенсорном нейроне аплизии. Как происходит формирование условного мигательного рефлекса? Нейромедиатор нейрона 5 инициирует высвобождение cAMP в нейроне 3, что снимает с тормозов РКА, что активирует МАРК и CREB, что включает определенные гены, что, наряду с другими изменениями, приводит к образованию новых синапсов[259]. Это не «нейрон 5 вызывает внутриклеточное высвобождение химических веществ, которые вроде работают, как и у аплизии». Это те же самые химические мессенджеры{312}.
Задумайтесь вот о чем: общий предок людей, у которых вырабатывается условный мигательный рефлекс, и морского слизня, у которого вырабатывается условный рефлекс втягивания жабр, жил не менее полумиллиарда лет назад. И вот мы здесь, и их и наши нейроны используют одни и те же внутриклеточные механизмы для изменения в ответ на опыт. Вы с аплизией могли бы обменяться своими cAMP, PKA, MAPK и так далее, и у вас обоих все бы прекрасно работало[260]. И вы оба для запуска всего процесса используете серотонин. Такое сходство между человеком и аплизией должно бы развеять все сомнения в отношении эволюции{313}.
Что еще важнее для наших целей, эти открытия показывают, что (как и с рефлексом втягивания жабр у аплизии) мы можем построить детерминированные схемы из детерминированных нейронов, которые объясняют адаптивные изменения в поведении человека в ответ на опыт[261]. И нам не придется ссылаться на идею, будто мы «решили» моргнуть, услышав звук{314}.
Ура, мы в пух и прах разнесли философов, работа всей жизни которых основана на представлении о том, что мы обладаем свободой воли, поскольку у нас можно выработать условный мигательный рефлекс. Да, да, это не самый интересный пример человеческого поведения. Тем не менее он интереснее, чем вы могли бы подумать.
Чтобы это понять, посмотрим, что происходит с лабораторными крысами, если в детстве их периодически на некоторое время забирали у матерей. Крысы, пережившие в раннем возрасте такое «разлучение с матерью», вырастают в совершеннейших недотёп. У них повышена тревожность, они демонстрируют более выраженный глюкокортикоидный ответ на легкий стресс, плохо учатся, легче подсаживаются на алкоголь или вещества. Это модель того, как один только тип неблагоприятного детского опыта взращивает дисфункциональных взрослых, и нам хорошо известно, как такие изменения реализуются в мозге{315}.
Только представьте себе – если взять крысенка и разлучить его с матерью, то, когда он вырастет, сформировать у него условный мигательный рефлекс будет труднее. Другими словами, кроме всех прочих пагубных последствий разлуки с матерью, эти животные не смогут достаточно быстро выработать простую адаптивную реакцию. Это следствие эпигенетических изменений в мозге, в результате которых в нейронах, соответствующих нейрону 2 в нашей схеме, у них на протяжении всей жизни сохранится большее количество рецепторов к глюкокортикоидным гормонам стресса. Заблокируйте действие глюкокортикоидов у такой взрослой крысы, и условный мигательный рефлекс сформируется у нее нормально[262]. Вывод: пережитые в детстве невзгоды нарушают работу этой сети, повышая чувствительность ее главного нейрона к стрессу