26.11.2018 | Наука

Червь в сомнении

Многообещающий шаг в понимании того, как работа отдельных нейронов складывается в целостное поведение организма.

«Даже у червяка есть свободная воля». Эта фраза взята не из верлибра или философского трактата – ею открывается пресс-релиз нью-йоркского Рокфеллеровского университета. Речь в нем идет об экспериментах, поставленных сотрудниками университетской лаборатории нейронных цепей и поведения на нематодах (круглых червях) Caenorhabditis elegans. Этот крохотный (около миллиметра длиной), живущий всего трое суток червячок в последние десятилетия стал одним из любимейших объектов сразу в нескольких областях биологии – генетике, биологии старения, эмбриологии и т. д. Не обходят его вниманием и нейробиологи – которым он приглянулся тем, что при относительно простой и жестко детерминированной (ровно 302 нейрона на всё про всё) нервной системе C. elegans имеет довольно развитое поведение.

На таком объекте гораздо больше надежд разобраться в том, как нервная система это поведение формирует – чем и занимались нью-йоркские биологи во главе с Эндрю Гордасом.

Обычно C. elegans проводит время, рыская в поисках пищи – как правило, какой-нибудь разлагающейся органики. Почуяв вкусный запах (например, изоамилового спирта – верного знака гниющих фруктов), червь обычно прекращает хаотические блуждания и устремляется прямиком к источнику запаха. Но изредка он почему-то этого не делает или делает не сразу – даже если микроэлектрод, вживленный в обонятельный нейрон, показывает, что заветный аромат пойман. Группе Гордаса удалось расшифровать нейронный механизм этого непостоянства.

В маленькой нервной системе C. elegans каждый нейрон уникален, его можно определить индивидуально и находить потом такой же нейрон на том же месте у других особей. Естественно, все они давно получили кодовые обозначения – «имена». В принятии решения, поворачивать или не поворачивать на запах, как оказалось, ключевую роль играют три вставочных (т. е. не являющихся рецепторами внешних раздражений и не отдающих непосредственно команд мышцам) нейрона, известные как AIB, RIM и AVA. Эти нейроны обладают спонтанной активностью, т. е. могут генерировать импульсы даже тогда, когда сами не получают сигналов от других нейронов. Но могут и «молчать». Гордас и его коллеги выяснили, что у этой тройки есть три стабильных состояния: все трое «молчат», все трое активны или активен только AIB, а два остальных «молчат». Для того, чтобы червяк пошел на запах, нужно, чтобы все три нейрона «молчали». Если в момент ощущения запаха они и так «молчат», нематода без раздумий поворачивает на запах. Если активен только AIB, он тут же замолкает – и поворот совершается опять-таки неотвратимо. А вот если активны все трое, то они еще некоторое время обмениваются импульсами между собой и могут так и не «замолкнуть». В этом случае червь, проигноровав запах, продолжит свои блуждания. Можно предположить, что изученная троица нейронов – это блок контроля, притормаживающий нейроны, обеспечивающие целеустремленное движение на запах, и что нейроны RIM и AVA получают импульсы от других рецепторов (или еще откуда-то). Если они активны – значит, есть какая-то информация, которую следует учесть. Коллективная работа всех трех нейронов, вероятно, и состоит в оценке: есть ли в этой информации что-то, что не позволяет червяку немедленно предаться чревоугодию? И в зависимости от результатов этой оценки нейроны либо «замолкают», либо нет.

Работа действительно очень интересная и представляет собой хоть и небольшой, но весьма многообещающий шаг в понимании того, как работа отдельных нейронов складывается в целостное поведение организма. И возможно, что именно взаимодействия такого типа служат материальной основой наших раздумий, колебаний, сомнений и принимаемых в итоге решений. Но говорить о том, что в этих экспериментах удалось раскрыть тайну феномена свободы воли или показать, что поведение червя зависит от того, «что он думает» – это примерно то же самое, что, изучив взаиморасположение трех кирпичей в кладке, полагать, что раскрыл глубинный смысл готических соборов.

 

Источник: «Знание – сила», №7, 2015 год,