Довольно рано – а именно, в шестом классе средней школы, – я начала интересоваться наукой, которая стала для меня делом всей жизни. В том году наш учитель по естествознанию, мистер Коннор, рассказывал нам о костях человеческого тела. Потом была «контрольная работа»: мы должны были сунуть руку в темный ящик и распознать кость на ощупь. Я обожала этим заниматься! Никакого страха – мне все это ужасно нравилось. Я испытала еще больший восторг, когда дело дошло до первых вскрытий морских свинок и лягушек. Несмотря на отвратительный запах, я четко понимала, что должна узнать больше. Как все эти органы так компактно и красиво уместились в маленьком тельце морской свинки? Почему они работают так слаженно? Если так выглядят внутренности морской свинки, то как построен изнутри человек? Процесс биологического вскрытия захватил мое воображение с того мгновения, когда я впервые вдохнула удушающие пары формальдегида.
Кроме того, ученый, который зарождался во мне, был заворожен самым популярным на тот момент лакомством – конфетами Pop Rocks. И если моим одноклассникам хватало ощущения сладкого взрыва во рту, то мне хотелось понять, в чем причина этих взрывов? Какие еще необычайные сенсорные/химические ощущения можно получить во рту, если сочетать конфеты с другими вещами – такими как пенистая газировка, горячий чай или ледяная вода. К несчастью, моя мама считала, что при подобных экспериментах можно подавиться и умереть, так что очень скоро я вынуждена была с ними покончить.
Другой мой учитель, мистер Троподи, с нежной заботой знакомил меня с красотой и логикой тригонометрии на курсе продвинутой математики. Я обожала элегантность математических уравнений: если решать их правильно, они открывают дверь в первозданный мир, уравновешенный по обе стороны знака равенства. У меня уже тогда было ощущение, что знание математики – ключ к тому, чем мне хочется заниматься (хотя в старших классах я еще слабо представляла себе, чем именно). И я упорно работала, чтобы стать первой в классе по этому предмету. Мистер Троподи с мелодичным итальянским акцентом повторял нам снова и снова, что мы, выбравшие углубленный курс математики, «лучшие из лучших». Я воспринимала эти слова одновременно как поощрение к дальнейшим усилиям, как серьезную ответственность и как обязанность в полной мере использовать свои математические способности. Я была серьезным и старательным ребенком, а в скором времени мне предстояло стать еще более серьезным подростком.
К тому моменту единственной отдушиной для моей внутренней тяги к бродвейскому жанру были походы в кино. Спрашивая у родителей разрешения посмотреть «Лихорадку субботнего вечера» в одиночестве, я сказала, что это музыкальный фильм, но предусмотрительно забыла упомянуть, что у него есть возрастные ограничения (мне было всего 12 лет). Когда они поняли, что именно я увидела, то, естественно, не обрадовались. Позже я увлеклась фильмами вроде «Грязных танцев». Я воображала, как без труда держу зал в напряжении, летая в объятиях Джонни Кастла (в исполнении Патрика Суэйзи), хотя в последний раз занималась танцами еще в дошкольные времена на уроках ритмики.
В старших классах многое изменилось. Сияющие огни Бродвея померкли, и я превратилась в упорную, увлеченную и целеустремленную ученицу. В науке я чувствовала себя как дома. Мысленно вижу себя-старшеклассницу: плечи ссутулены, лицо серьезно, в руках стопка тяжеленных книг, я пробираюсь по школьным коридорам, стараясь не привлекать к себе внимания. Да, я по-прежнему переживала свои бродвейские фантазии всякий раз, когда смотрела по телевизору любимые музыкальные фильмы, но теперь я держала мечты взаперти, в укромном уголке, а реальной жизнью единолично распоряжалась прилежная девочка. Я была полностью погружена в учебу, стремилась получать только самые высокие оценки и планировала поступить в лучший колледж. У меня просто не оставалось времени, чтобы задуматься о своих легкомысленных интересах и увлечениях, – и уж тем более я не могла позволить им существовать рядом с моей преданностью естественным наукам и математике.
Кроме того, я была болезненно стеснительна. В школе мне не хватало смелости даже подружиться с мальчиком, не говоря уже о свиданиях. Четыре года (с 9 по 12 класс) я играла в теннис в школьной команде. Но как, спрашивается, я могла не играть? Моя мама была увлеченной и активной теннисисткой-любительницей, она позаботилась о том, чтобы я круглый год играла в теннис и каждое лето ездила в теннисный лагерь. Считалось, что теннис полезен для «общего развития», но на самом деле я отчаянно нуждалась совершенно в другом: мне нужен был лагерь, где учили бы разговаривать с мальчиками. К сожалению, с таким лагерем мне не повезло, и все старшие классы я ни разу не сходила на свидание и даже на вечеринку. В общем, если бы в США устраивали конкурс на лучшую «Даму без кавалера», то среди скучных поклонниц науки я без труда заняла бы первое место. Я бы просто снесла конкуренток.
Помните стереотипы о придурковатых, странных и одиноких ученых-ботаниках? Это все было обо мне!
Открытие мозга
Мое увлечение естественными науками, хорошие оценки и усердие в учебе не помогли мне завоевать сердца парней, но все же они дали мне кое-что… кое-что хорошее. Хотя тогда я еще не определилась, какой именно наукой хочу заниматься, но точно знала, где именно хочу изучать эту науку. В Университете Калифорнии в Беркли – традиционной Alma Mater моей семьи. Конечно, иногда у меня мелькала мысль, что хорошо бы уехать куда-нибудь подальше и пожить самостоятельно. Была даже идея поступить в женский колледж свободных искусств Уэллсли, расположенный на другом конце страны. Но, откровенно говоря, я всегда была влюблена в прекрасный кампус университета в Беркли, в причудливую и мощную энергетику этого города. Я твердо знала: эта школа мне подходит. Я подала документы в университет, была принята и чувствовала себя счастливейшей девушкой в мире. Быстро собрав вещи, я с нетерпением ждала новых приключений.
Оказалось, что моя научная страсть совсем рядом и ждать встречи с ней осталось недолго. Эта встреча состоялась на специальном углубленном семинарском курсе для новичков. Курс назывался «Мозг и его потенциал» – на него я записалась на первом же семестре в Беркли. Занятия вела известный нейробиолог профессор Мариан Даймонд. В нашей группе было всего пятнадцать студентов, что позволяло поддерживать близкий контакт с преподавателем.
Никогда не забуду наш первый семинар.
Начну с того, что профессор Даймонд выглядела как ученая рок-звезда в белом лабораторном халате поверх шелковой блузки и строгой юбки. Это была высокая спортивная женщина с горделивой осанкой и пышными светлыми волосами. Прическа делала ее зрительно еще выше.
На столе перед доктором Даймонд стояла большая шляпная картонка в цветочек. Поприветствовав нас, профессор надела смотровые перчатки, открыла картонку и медленно, очень осторожно вынула оттуда НАСТОЯЩИЙ ЗАКОНСЕРВИРОВАННЫЙ ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ МОЗГ.
Именно тогда я впервые в жизни увидела это чудо – и была совершенно околдована.
Доктор Даймонд сообщила нам, что держит в руках самый сложный объект, известный человечеству. Именно от него зависит, как и что мы видим, слышим, ощущаем вокруг себя, какой чувствуем вкус и запах. Мозг определяет, как мы воспринимаем окружающий мир. Он влияет на личность человека и позволяет ему в мгновение ока переходить от плача к смеху или наоборот.
Помню, как она держала мозг в руках. Прежде он был для кого-то самой жизнью, и по тому, как бережно профессор обращалась с драгоценным препаратом, было ясно: она с огромным уважением и даже благоговением относится к этому факту.
Цвет у мозга был светло-бежевым – позже я узнала, что этим оттенком он обязан химикатам, используемым для консервации. Верхняя часть мозга казалась плотной массой толстых неровных трубок. Мозг целиком имел овальную форму и чуть сужался к одному концу. Когда профессор повернула мозг боком к аудитории, я смогла разглядеть, что он имеет более сложную структуру, а его передняя часть короче задней. То, что мозг разделен на две половины, было очевидно с самого начала, – но теперь оказалось, что правая и левая его половины тоже, в свою очередь, разделены на части, или доли.
Как и положено хорошему преподавателю, доктор Даймонд сделала совершенно очевидным то, что поначалу казалось нам непостижимо сложным: она рассказала, что эта большая и сложная масса биологической ткани на самом деле состоит всего из двух типов клеток – нейронов и клеток нейроглии. Нейроны – рабочие лошадки мозга. Каждый из них состоит из тела клетки (или «центра управления»), «входных» структур, именуемых дендритами и внешне напоминающих древесные ветви (они получают информацию, поступающую в тело клетки) и тонкую структуру вывода, которая называется аксон и тоже может иметь множество ветвей. От всех прочих клеток человеческого организма нейроны отличаются тем, что умеют обмениваться сигналами. Они делают это при помощи коротких импульсов электрической активности, называемых потенциалами действия, или пиковыми потенциалами. Передача сигнала от аксона одного нейрона дендриту второго происходит в особой коммуникационной точке между ними – синапсе. Именно электрическая «болтовня» мозга, то есть передача информации от аксона к дендриту, составляет основу всего, что делает мозг.
МОЗГ И ВСЕ ЕГО ЧАСТИ
Когда-то нейробиологи считали, что в разных частях мозга «размещаются» его определенные функции. Теперь мы знаем, что это верно лишь отчасти. Хотя конкретные области мозга действительно имеют свои функции (я перечислю их ниже), важно помнить, что все части мозга соединены между собой. Эти соединения похожи на запутанную сеть.
• Лобная доля. В этой передней секции мозга размещается префронтальная кора (ПФК) – считается, что именно здесь живет личность. Без этой важнейшей части мозга невозможны планирование и внимание, кратковременная память, принятие решений и управление социальным поведением. Самую заднюю границу лобной доли образует первичная двигательная кора – область, которая позволяет нам управлять движениями тела.
• Теменная доля. Играет важную роль в визуально-пространственных функциях, работает с лобной долей, помогая ей принимать решения. В самой передней части теменной доли располагается часть коры, которая обеспечивает нам телесные ощущения (она больше известна как первичная осязательная кора).
• Затылочная доля. Часть мозга, которая «отвечает» за зрение.
• Височная доля. Часть мозга, задействованная в обеспечении слуха, зрения и памяти.
• Гиппокамп. Эта область, расположенная глубоко внутри височной доли, необходима для формирования долговременных воспоминаний. Она задействована также в «создании» настроения и воображения.
• Мозжечковая миндалина. Также расположена глубоко внутри височной доли – непосредственно перед гиппокампом. Она необходима для обработки эмоций – таких как страх, гнев, влечение и т. п. Когда мы сталкиваемся с этими эмоциями у других людей, реагирует на них тоже мозжечковая миндалина.
• Полосатое тело. Эту область лучше всего видно из центрального разреза мозга. Она задействована в двигательной функции и играет важную роль в формировании привычек (и в том, почему с ними так трудно бороться!). Кроме того, полосатое тело «отвечает» за развитие болезненных пристрастий (аддикций).
А какова роль клеток нейроглии? «Глия» означает «клей». Свое название глия получила потому, что ученые в XIX веке ошибочно считали: эти клетки имеют какое-то отношение к обеспечению целостности мозга. Действительно, некоторые клетки нейроглии выполняют в мозгу роль своеобразного каркаса. Но сегодня мы знаем, что на самом деле нейроглия обеспечивает широкий спектр поддерживающих функций для нейронов. Клетки нейроглии поставляют нейронам питательные вещества и кислород. Они формируют на нейронах особое покрытие – миелин, необходимый для нормальной синаптической передачи. Они нападают на микробы и служат санитарной командой, удаляя из мозга останки мертвых нейронов. Очень интересные новые данные свидетельствуют, что клетки нейроглии, возможно, играют важную роль в определенных когнитивных функциях, включая память. Многие уверены: в мозгу в 10–50 раз больше клеток глии, нежели нейронов, но новые исследования не подтверждают этой статистики. Современные данные скорее позволяют предположить, что соотношение тех и других клеток близко к 1:1.
Затем профессор Даймонд сказала, что теоретически, имея по ведру нейронов и клеток глии, можно построить мозг. Мозг вообще. Главная загадка – как именно следует собирать эти клетки в единую конструкцию, чтобы она работала так же красиво и элегантно – так же идеально и неидеально, так же правильно и некорректно, как настоящий мозг. В тот день я узнала, что специализация профессора Даймонд – изучение мозговых связей и нейроанатомия, то есть наука о том, как устроен мозг.
Но что полностью ошеломило меня, как начинающего ученого, в тот первый день занятий – это описание пластичности мозга. Разумеется, наш мозг не сделан из пластика, речь идет о том, что он обладает принципиальной способностью меняться (подобно куску пластилина) в результате опыта. Причем под изменениями профессор подразумевала формирование новых связей. Я до сих пор помню аналогию, которую она привела: если учиться по-настоящему упорно, то мозг может болеть просто оттого, что аксоны и дендриты в нем растут и стремятся образовать новые связи.
Мы тогда этого не знали, но профессор Даймонд (как одна из очень немногих в то время женщин в науке) принимала участие в исследовании, которое стартовало в начале 1960-х годов, и позже стало классическим: ученые пытались разобраться, насколько наш мозг пластичен и способен к изменениям. Было известно, что мозг может меняться и быстро растет с младенчества до взрослого состояния. Но считалось, что, достигнув зрелости, мозг застывает, как каменный, и полностью теряет способность к росту и изменению.
Доктор Даймонд и ее коллеги в Университете Калифорнии в Беркли поставили эту точку зрения под сомнение и провели масштабный эксперимент. В своем знаменитом исследовании они задались вопросом: что произойдет с мозгом взрослой крысы, если вырастить ее в том, что ученые назвали «обогащенной средой». Животных предлагалось выращивать в своего рода крысином Диснейленде, где было много ярких игрушек, приятелей для игр (других крыс) и больших пространств. Ученые пытались опровергнуть идею о том, что взрослый человеческий мозг – это навсегда фиксированная система. Итак, чтобы доказать обратное, Даймонд и ее команда изменили среду обитания крыс и стали наблюдать: влияет ли это на физическую структуру их мозга. Если бы им удалось обнаружить свидетельства таких изменений у крыс, это означало бы, что при определенных условиях человеческий мозг тоже способен расти, адаптироваться и меняться.