Как формируется наша память и происходит процесс обучения
Джо Дзен увлекся изучением нейронов, когда был студентом-второкурсником, посвящая любимому занятию почти все свободное от учебы время. Однажды его внимание привлекла лаборатория по изучению деятельности мозга при Шанхайском восточно-китайском университете. "В помещении было темно, только светился макет с изображением человеческого мозга. В тот самый момент я понял, в чем мое предназначение", говорит д-р Дзен из Медицинского колледжа штата Джорджия.
"Мы занимаемся изучением вопросов, которые постоянно волнуют умы людей - как работает наш мозг и память; какова молекулярная основа процесса обучения или какие гены участвуют в формировании памяти на элементарном уровне. В ходе эксперимента мы научились определять ключевые гены памяти и управлять ими по своему усмотрению - либо включать, ускоряя процесс обучения Дуги, либо, наоборот, выключать, вызывая торможение памяти". Речь идет о подопытном мышонке, который сверх-экспрессирует "умный" ген в гиппокампе. Эта часть мозга критична для формирования памяти и подвержена болезни Альцгеймера. NMDA-рецепторы представляют собой микроскопические поры на клеточных мембранах, которые проводят ионы, повышая нейрональную активность и коммуникацию. У молодых людей в рецепторах клеток гиппокампа находится больше субъединиц NMDA, NR2B, которые имеют способность удерживать коммуникационные каналы открытыми дольше, благодаря чему происходит гиперактивный обмен сигналами. С возрастом люди переключаются на субъединицы NR2A, возможно, потому что, согласно законам эволюции, к этому времени должны передавать свои гены потомкам. Д-р Дзен вместе с коллегами получили Дуги путем форсированной экспрессии гена NR2B, а "условный нокаут" - удалением другой субъединицы NMDA-рецептора.
У мышонка лучше получалось запоминать и распознавать вещи в конкретной обстановке. Он быстро узнавал знакомые предметы и затем приступал к исследованию новых. В 1999 году Дуги стал настоящей сенсацией, украсив собой обложку журнала Time. Он также попал в десятку самых передовых открытий в мире науки. Но, с другой стороны, "глупый" мышонок не смог найти выход из лабиринта. Д-р Дзен понял, что интеллектуальность требует групповых усилий. Нейроны работают ансамблями, чтобы фиксировать не только частности, но и общую информацию, что в огромной степени обеспечивает свойство интеллектуальности.
Чтобы определить уровень одновременной активности нейронов, д-р Дзен вместе с бывшим коллегой-аспирантом д-ром Лонианом Лином разработали технологию, фиксирующую работу порядка 200 нейронов мышат! Ранее речь могла идти лишь о 20-30. Они обнаружили в гиппокампе мышонка в малом количестве нейроны, постоянно реагирующие на концепцию "постель" или "гнездо". Когда ученые накрывали гнездо стаканом, мышонок терял к нему всякий интерес. Результаты этого исследования опубликованы в Докладах Национальной академии наук за 2007 год.
"Интеллект напрямую зависит от нашей памяти, когда, сталкиваясь с новой ситуацией, мы анализируем опыт прошлого и принимаем решение", говорит д-р Дзен. "Память помогает человеку не только идентифицировать предметы, но и понимать их общее предназначение. Забронировав для себя номер в гостинице, вы не будете ночевать в другом месте. Заходя в мой офис, вы не сядете, куда попало - на пол или на стол. Вы сразу же сообразите, что нужно сесть на стул, который, возможно, отличается своим дизайном от стульев, которые вы видели раньше. Это элементарный уровень интеллекта".
Следующий проект д-ра Дзена будет посвящен расшифровке мозга. Ради этого д-р Дзен перешел в Медицинский колледж, приведя с собой из Бостонского университета еще десятерых ученных. "Цель эксперимента - понять основные принципы деятельности мозга", говорит он. "Возможно, это не самая удачная аналогия, но, тем не менее, она весьма родственна попытке познать человеческий геном и расшифровать код. Раскрыв этот механизм, мы поймем не только основные принципы биологии, но и какие терапевтические стратегии необходимо разрабатывать. Это систематичное крупномасштабное исследование, направленное на изучение мозга".
Важно понять, что биология зашла в тупик, если взять, к примеру, болезнь Альцгеймера. В лаборатории д-ра Дзена ученые создали модель животного с ранней стадией болезни, чтобы найти способ замедлить ее развитие. "Если мозг не разовьет болезнь Альцгеймера до 90 лет, это и есть исцеление", говорит ученый. Дуги сможет помочь нам научиться оптимально использовать здоровые нейроны у пациентов с прогрессирующей болезнью, увеличивая экспрессию умного гена. Если нам удастся "докопаться" до сути, мы сможем создавать компьютеры и роботы нового поколения. Понимание генов и генетических кодов прольет свет на то, как связаны мутации с развитием болезней. Например, на данном этапе практически невозможно изобрести лекарство от шизофрении. Проблема в том, что сложно найти подходящую модель. Как мы можем определить, страдает ли подопытное животное галлюцинациями или депрессией? Такого рода исследования возможны только при наличии большого числа нейрофизиологических факторов и других биологических маркеров".
Д-р Дзен с большим энтузиазмом готовится вместе с коллегами-нейробиологами к эксперименту по взлому мозгового кода, чтобы изучить "нейронный язык" или тишину. "Я очень рад, что могу возглавить этот проект. Научный альянс штата Джорджия может предоставить ученым все необходимые условия, для того чтобы заниматься серьезными исследованиями". "Джо Дзен - энергичный ученый, который уже сделал огромный вклад в понимание такого сложного устройства, как человеческий мозг, определяющий каждого из нас", говорит д-р Дуглас Миллер, декан Медицинского колледжа. "Он занимается как раз той проблемой, которая лежит во главе угла нашего нового Института по изучению мозга. На основании всех научных открытий в этой области д-р Дзен пытается составить полную картину функционирования мозга и найти оптимальные способы лечения людей. Работа Джо Дзена приблизила нас к расшифровке ключевого кода памяти", говорит Майк Кассиди, президент Альянса. "Его уникальные открытия уже применяются в разработке интеллектуальных компьютеров нового поколения. Я думаю, с приходом Джо в наш колледж нейронауку ждет удивительное будущее".
