Невероятно...

Интеллект усиливает боль

«Блаженны нищие духом». С недавних пор эта евангельская мудрость применима и к генетически измененным мышам. Лабораторные эксперименты американских исследователей показали, что самые умные мыши дольше испытывают боль, чем их нормальные сородичи.
В 1999 году Джой Цинь из Принстонского университета обнаружил, что память мышей и способность их к обучению можно повысить путем генетической манипуляции. Очевидно, сделал вывод исследователь, точно так же можно «учить уму-разуму» других млекопитающих и человека.
После этой манипуляции мозг мышей начинал вырабатывать в избытке определенный протеин. Теперь у них дольше сохранялись воспоминания, и они лучше ориентировались в пространстве. В остальном животные вели себя вроде бы так же, как их сородичи. Когда Цинь обнародовал эти результаты, разгорелась дискуссия о том, не стоит ли повысить интеллект человека, вмешавшись в его генетику?
Однако выяснилось, что за все надо платить. За память и ум — тоже. Исследователь из Вашингтонского университета Мин Чжоу обнаружил, что генетически измененные мыши дольше страдают от боли. Так, если в лапу подобной мышки вводили формалин, зверек на час-два дольше зализывал ранку, чем обычные животные. Даже через несколько дней после инъекции чувствовалось, что любое прикосновение к лапе «умного» зверька болезненно для него.
«Подобные результаты показывают, — комментировал Мин Чжоу, — что простейшая генетическая манипуляция может иметь самые неожиданные последствия». Вообще поведение живых существ — например, подопытных мышей — нельзя сводить к примитивной генетической программе, которую можно изменить внедрением «гена интеллекта». Иначе селекционеры давно бы вывели исключительно одаренные породы животных.
Примечательно, что те же «умные» мыши быстро глупеют, если их содержать в изоляции, где они получают крайне мало новых впечатлений. Во время экспериментов они ведут себя хуже тех «заурядных» мышей, которые росли в обстановке, где для них постоянно открывалось что-то новое, — в «развивающей среде», добавил бы педагог. Очевидно, такие качества животного — и человека! — как интеллект, развиваются под влиянием и собственной генетики, и окружающей среды.

Серая мышка Доги – дитя генетического эксперимента – вряд ли догадывается, что она – самая умная мышь на свете
Группа Джо Тсиена, которая вывела необычную мышь, занимается изучением тонких молекулярных механизмов памяти. А память, как и большинство иных свойств мозга, остается для ученых тайной за семью печатями.
Чтобы объяснить, насколько хитроумны были ученые, “изготовляя” с помощью генной инженерии смекалистую мышь, необходимо рассказать о предыстории вопроса.
Головной мозг человека содержит около ста миллиардов нервных клеток, которые очень сложно соединены друг с другом. Число соединений между ними достигает ошеломляющих величин. В 1949 году канадский психолог Дональд Хебб предположил, что память возникает в том случае, когда между двумя нейронами головного мозга происходит соединение, в результате чего они активируются, и вещества под названием “нейротрансмиттеры” (посредники, передатчики сигнала) перетекают из одного типа клеток в другой.
В 1973 году Тимоти Близз и Тери Ломо обнаружили, что этот механизм начинает работать намного лучше, когда происходит стимуляция головного мозга высокочастотными электрическими импульсами. Впоследствии Марк Беар и другие ученые обнаружили роль уже низкочастотных воздействий на головной мозг – они существенно уменьшали силу взаимодействия двух нейронов.
Перейдем теперь на молекулярный уровень. Большая группа ученых в восьмидесятых и девяностых годах обнаружила, что при соединении двух нейронов активизируются так называемые NMDA-рецепторы. Но при чем здесь память, спросите вы? Ричард Моррис из университета Эдинбурга ответил на этот вопрос следующим образом: крысы, которые были накормлены специальными таблетками, блокирующими рецепторы NMDA, не смогли пройти тестов на память и обучение, которые прошли все “нормальные” крысы.
Вот на этом этапе за дело взялась команда генетиков из Принстонского университета под руководством Джо Тсиена. Начали они с попыток изменить уровень содержания различных химических веществ на стыке двух нейронов. Используя методы генной инженерии, ученые изменили гены, ответственные за этот процесс. Но мыши умирали. И это понятно: прекращение контактов между нервными клетками в жизненно важных участках мозга приводит к блокаде жизнедеятельности всего организма.
Тогда генетики решили действовать только в определенном отделе головного мозга – в гипоталамусе.
Гипоталамус (отдел промежуточного мозга) ответствен за множество функций, обеспечивающих жизнедеятельность организма. Среди прочего – за действие механизмов бодрствования, сна, эмоций. Клетки гипоталамуса вырабатывают также ряд нейрогормонов, обеспечивающих взаимодействие нервных клеток. Определенную роль играет гипоталамус и в процессах памяти.
Не буду мучить вас дальше подробностями изменения генома мыши, скажу лишь, что ученым удалось в одном случае заблокировать действие рецепторов NMDA в этом отделе головного мозга, а в другом – “вставить” дополнительные. Дело еще осложнялось тем, что при взаимодействии двух нейронов работают два типа рецепторов NMDA: один – преимущественно во взрослом состоянии, а другой, более активный – в раннем детстве. (Видимо, с этим связано лучшее усвоение фактов человеком в молодости.)
Понятно, что генетикам были интересны мыши с дополнительными, активными рецепторами. Одна из них, очаровательная Доги, и стала королевой бала. Каналы обмена химическими веществами при соединении двух нейронов у нее работали в два раза быстрее, чем у обычной мыши.
Все это пока теория. Какая нам с вами, собственно, разница, сколько миллисекунд были активны какие-то рецепторы в одной из частей головного мозга мыши? Двести тридцать или сто пятнадцать? Сейчас попробую объяснить.
Создав Доги, ученые решили проверить ее способности, не только измеряя эти хитроумные параметры, но и испытав ее в нескольких экспериментах.
Первый заключался в том, что Доги вместе с обычной мышью помещали на пять минут в коробку с различными предметами. Предметы каждый день меняли. Выяснилось, что Доги “помнит” уже знакомые предметы в четыре-пять раз дольше, чем обычные мыши.
Второй тест был музыкальным. И тут Доги была вне конкуренции – она “отзывалась” на знакомую мелодию тогда, когда все ее сородичи уже помнить не помнили о такой. Ученые придумали любопытное продолжение этого эксперимента. Они помещали мышей в короб, в котором раньше раздавались звуки. Для того чтобы обнаружить, что связи между окружающей средой и звуками не существует, Доги потребовалось в два с половиной раза меньше времени.
Ну и наконец самый интересный, на мой взгляд, тест. Большая емкость была заполнена водой, слегка подкрашенной молоком в белый цвет. Емкость была окружена шторкой, на которой в определенном месте горела красная лампочка. А на поверхности, вровень с уровнем воды, располагалась платформа, по которой мыши могли выбраться из воды. Платформа тоже была белой – как и емкость, как и вода: ученые все сделали, чтобы окончательно запутать мышек.
Итак, несмотря на все протесты мышей, их выпускали поплавать в молочные воды. Доги и тут не обманула ожиданий ученых. Конечно, она быстрее находила платформу у борта емкости. Но интересно другое: когда платформу убирали, умная мышь, ориентируясь на красную лампочку, также быстро плыла к предполагаемому местонахождению спасительной земли. И помнила она о ней, безусловно, дольше, чем остальные ее сородичи.
Я употребил словосочетание “умная мышь”, но вы, надеюсь, понимаете всю условность такого эпитета. Конечно, память и способность к обучению являются частью интеллекта. Однако работы Джо Тсиена и его группы затрагивают лишь один крошечный участок из того множества, которое в совокупности называется проблемой памяти. Напомню, что в ней различают процессы запоминания, сохранения и воспроизведения, собственно припоминания, организации запомненного. И все это опирается на тонкие молекулярные механизмы. Так что впереди у исследователей путь еще дальний.
А можно ли применить технологию, опробованную на мышах, для блага человека? Пока еще рано говорить о пилюлях для забывчивых людей, но “отец” мыши Доги Джо Тсиен уже основал фармакологическую компанию “Eureka Pharmaceuticals”, целью которой является разработка лекарств для людей с болезнью Альцгеймера и другими повреждениями памяти.
Вполне возможно, что скоро мы если не поумнеем сразу, то хотя бы перестанем забывать собственную историю, чтобы не переживать ее еще один раз.

МЫШИ С БОЛЬШЕЙ МАССОЙ МОЗГА - НЕ БОЛЕЕ УМНЫЕ, А МЕНЕЕ ПУГЛИВЫЕ
В лаборатории физиологии и генетики поведения кафедры высшей нервной деятельности Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова исследователи Н.В.Маркина и О.В.Перепелкина под руководством доктора биологических наук И.И.Полетаевой изучают поведение двух групп мышей, полученных в результате селекции на большую (БМ) и малую (ММ) массу мозга. Отличия по этому показателю у них достигают 18--20%. А различаются ли их поведение и когнитивные (умственные) способности? Исследования последних двух лет показали, что мыши линии БМ менее пугливы, менее возбудимы и устойчивы к стрессу. Алкоголь в одной и той же дозе при однократной инъекции усиливал двигательную активность у БМ мышей и снижал ее у ММ мышей. В то же время мыши ни той, ни другой линии не проявили способности к решению сложной логической задачи - экстраполировать движение раздражителя - и к пространственному обучению в водном лабиринте.
Тест на экстраполяцию направления движения раздражителя состоит в том, что животное определяет (или не определяет), с какой стороны надо обойти ширму, за которую на его глазах уехала кормушка с кормом. Это тест на элементарную рассудочную деятельность. В тесте водного лабиринта (лабиринт Морриса) мышь или крыса в бассейне с непрозрачной водой обучается поиску спрятанной под водой платформы (для отдыха от плавания), ориентируясь по внешним стимулам. Найдя платформу один раз, при следующих попаданиях в бассейн она использует пространственную память, и путь поиска сокращается.
Влияет ли величина мозга не интеллект? Этот вопрос человек задает себе уже в течение многих лет. Казалось бы, его масса увеличивается за счет количества нервных клеток, что должно повышать сложность межнейронных взаимодействий и как следствие - усложнять высшую нервную деятельность. Тем не менее эксперименты показали, что увеличение мозга у мышей привело к другим изменениям в их центральной нервной системе - повысилась устойчивость к стрессу и снизилась возбудимость.

Некоторые мыши могут быть умнее, чем остальные
Некоторые мыши могут быть умнее, чем остальные, к такому выводу пришли американские исследователи мозга. Исследования мышиного IQ могут облегчить исследования и поиск человеческих генов, отвечающих за интеллект.
Для определения умственных способностей людей ученые в течение долгого времени использовали так называемый "g" фактор (general intelligence), или фактор "общего интеллекта".
Для того, чтобы оценить этот фактор нужно выполнить различные устные, логические и математические задания. Люди с высоким "фактором общего интеллекта", как правило, получают более высокие результаты и в других тестах по определению IQ (коэффициента умственного развития).
Группа ученых под руководством Льюиса Метцела из Университета Ратджерса в штате Нью-Джерси, утверждает: у мышей тоже существует градация интеллекта. Исследователи обнаружили, что животные, оказавшиеся лучшими в одном из обучающих тестов, зачастую показывают такие же результаты и в других.
Например, мышь, которая быстрее всех находит выход из лабиринта, может обладать также очень тонким обонянием. "Некоторые мыши обладают поистине феноменальными способностями", - сказал доктор Метцел.
Результаты этих исследований говорят о том, что некоторые мыши не просто хорошо ориентируются в пространстве и распознают предметы, но обладают способностью к обучению. Этот фактор объясняет, почему при выполнении одних и тех же заданий существует 40% разница в результатах разных особей.
Кстати, человеческий фактор "g" тоже ответственен примерно за 40% вариаций в IQ тестах.
"Это исследование имеет огромную важность, - рассказал Роберт Пломин, ученый из Королевского колледжа в Лондоне. - Это самое серьезное испытание для гипотезы, что у мышей тоже существует IQ".
Однако скептики заявляют, что обнаруженный Метцелом фактор "g" на самом деле является лишь повышенным уровнем любопытства, мотивации и физического состояния мышей.
Если гипотеза американских ученых подтвердится, то мышиный вариант фактора "g" может помочь исследователями найти у мышей (а в перспективе, быть может, и у людей) те гены, которые отвечают за выдающиеся способности.
К тому же уже целый ряд исследований показал, что фактор "g" частично передается по наследству, однако найти соответствующие ему гены у человека очень сложно.

Кому нужны умные мыши?
В Бостоне ученым из двух медицинских центров удалось генетическим путем увеличить объемы головного мозга у мышей. По мнению экспериментаторов, их работа может пролить дополнительный свет на самые различные области медико-биологических наук - от всевозможных патологий мозга до эволюции разума, сообщает агентство ЮПИ. Мозг этих грызунов производит большое количество вещества бета-катенина, которое значительно влияет на умственную деятельность.
Дело в том, что бета-катенин - биохимическое соединение, участвующее в формировании коры головного мозга практически у всех млекопитающих. За счет мутации одного-единственного гена ученые добились повышенной концентрации этого протеина в тех клетках мышиных зародышей, которые при делении образуют клетки мозга. В результате были получены эмбрионы с поверхностью головного мозга, примерно вдвое превышающей нормальную. Рост мозга ведет соответственно и к росту черепа. Умственные способности выведенных мышей с аномально большими головами оказались почти такими же, как у человека, хотя и были необъясненные различия в поверхностной структуре.
Известно, что именно строение коры головного мозга позволяет ставить человека на несколько ступеней выше животных. У большинства животных она гладкая, а у человека - изборождена складками. Ведь кора представляет собой лист нейронов или ячеек нерва чуть-чуть толще обычной кожи. У людей мозг чрезвычайно морщинистый. Дело в том, что в маленькую черепную коробку втиснут огромный лист нервных клеток, рассказывает исследователь Кристофер Валш. Это похоже на то, как если взять лист бумаги, смять его и засунуть в коробочку. Благодаря такой структуре человек обладает даром речи, осознает собственную личность и окружающую действительность, его мозговые клетки могут осуществлять друг с другом сложное взаимодействие.
Ученым, к сожалению, пока не удалось выяснить, умнее ли "мыши с извилинами" своих обычных собратьев: сразу после рождения мышата были умерщвлены. Даже данных о том, как размеры мозга могли повлиять на сообразительность "гениальных" мышей, у ученых нет. Один из исследователей посетовал на то, что не смог посмотреть, как поведут себя эти экспериментальные создания в кругу себе подобных. Впрочем, человеческий медицинский опыт свидетельствует о том, что у людей макроцефалия - аномально увеличенный размер головы - сопровождается обычно слабоумием.
Так что уровень интеллекта генетически модифицированных грызунов в дальнейшем еще предстоит выявить. Однако, по мнению американских ученых, их разработка может способствовать появлению принципиально новых препаратов для лечения человеческих болезней и, вероятно, дать толчок работе над новыми методами умственного развития.
Бостонские специалисты считают, что их работа может пролить свет на всю работу мозга - начиная от появлений опухолей и заканчивая развитием интеллекта.