Эксперимент, восстановивший клеточную функцию в мозге свиней спустя несколько часов после их смерти, может способствовать прогрессу в нейробиологических исследованиях.

Одно из двух юридических определений смерти гласит, что это необратимое прекращение мозговой активности, или «смерть мозга». (Согласно второму определению, смерть — это прекращение дыхания и кровообращения.) Широко распространено мнение, что сразу после смерти клетки мозга необратимо разрушаются. Но в апреле в журнале Nature было опубликовано поразительное исследование. Оно свидетельствует, что даже спустя несколько часов после смерти функционирование мозга может быть в достаточной степени сохранено или восстановлено. Группа исследователей из Йельской школы медицины смогла вернуть часть функций мозга свиней, забитых четырьмя часами ранее, и поддерживать эти функции на протяжении еще шести часов.

Решение провести исследование было обусловлено тем, что клетки можно забрать из уже мертвого мозга и сохранить для исследования клеточных культур. Нейробиолог и руководитель группы Ненад Сестан объяснил на брифинге: «Если мы можем изучать клетки в чашке Петри, то получится ли исследовать в полноценном мозге?». Система, разработанная Сестаном и его коллегами, называется BrainEx и состоит из трех элементов: компьютеризированной системы насосов, фильтров и емкостей; заменителя крови, не содержащего клеток, но способного переносить кислород и компоненты, защищающие клетки; и хирургической операции, которая все это связывает.

Исследователи сравнили мозги, активность которых они поддерживали с помощью BrainEx с теми, в которые была введена инертная жидкость или которые не были подключены к аппарату, оценивающему динамику их состояния. Система уменьшила количество мертвых клеток, сохранила анатомическую целостность и восстановила кровообращение, метаболизм и некоторые клеточные функции. Ученым даже удалось вызвать воспалительные реакции иммунных клеток глии, введя молекулу, которая имитирует бактериальную инфекцию. Результаты показывают, что клетки мозга гораздо более устойчивы к повреждениям, вызванным прекращением кровообращения и, как следствие, к лишению кислорода (ишемии), чем считалось ранее. «Мы не думали, что сможем так хорошо восстановить функции клеток», — поделился Сестан с журналистами.

Эксперимент может поспособствовать созданию нового метода изучения мозга. Исследование спонсировал Национальный институт здравоохранения США в рамках программы BRAIN (англ. Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies — исследование мозга через развитие инновационных нейротехнологий). «Это настоящий прорыв в изучении мозга. Этот новый инструмент убирает разрыв между нейробиологией и клиническими исследованиями, — сказала Андреа Бекель-Митченер, руководитель программы. — Теперь у нас есть доступ к экспериментам, которые не проводились раньше, и мы намерены исследовать процессы обращения жидкостей в мозге, метаболизма клеток и составить схему связей между нейронами».

Недавние открытия могут повлиять на наше представление о смерти мозга. «Ученым и врачам вбито в голову, что спустя пару минут пути назад нет; уже сейчас это можно опровергнуть», — утверждает Маделин Ланкастер, эксперт из Кембриджского университета. Она занимается исследованием органоидов мозга (т.н. мини-мозгов, формирующихся из стволовых клеток) и не участвовала в исследовании. «В краткосрочной перспективе наибольший потенциал состоит в том, чтобы изменить наше представление о смерти и тщательнее изучить людей, находящихся на грани смерти мозга, чтобы понять, как можно вернуть их к жизни». Отсрочка смерти мозга имеет и другие последствия — органы человека будут позже становиться доступными для трансплантации другим, как обсуждалось в комментарии к статье в Nature. Один из плюсов в краткосрочной перспективе — возможность больше узнать об ишемии. «Мы надеемся, что сможем лучше понять, как клетки мозга реагируют на остановку кровообращения, и можем ли мы вмешаться и спасти их, — сообщил Сестан. — В случае успеха мы сможем разработать более эффективные методы лечения инсультов и других заболеваний, ведущих к смерти клеток мозга».

В долгосрочной перспективе эта система может дать возможность тщательно исследовать связи мозга, функции нейронных связей и протекание болезней. Что-то можно узнать уже сейчас, изучив срезы мозга, органоиды и мертвый мозг, но у новой системы как минимум два преимущества. Во-первых, неповрежденный мозг дает уникальную возможность изучить схемы связей между нейронами. «Если ситуация такова, что нужно знать состояние всего органа, то система вроде BRAIN определенно дает преимущество, — поясняет Ланкастер. — Если нейронные связи в какой-то степени функционируют, то взглянуть на неповрежденную систему будет действительно полезно». Во-вторых, изучая мертвый мозг, мы лишь наблюдаем его дискретное состояние в определенный момент, что не дает полной картины о течении болезни. Например, считается, что нейродегенеративные болезни, как Альцгеймер, развиваются, распространяя токсичные белки в мозге. «В этом случае можно попробовать ввести прион-протеин или бета-амилоид и посмотреть, как они будут распространяться, — говорит Ланкастер. — Возможность наблюдения в реальном времени сыграет ключевую роль в понимании болезни».

В работе команда исследователей учитывала этические нормы еще на этапе планирования. Самый главный вопрос — может ли реанимированный мозг проявлять признаки наличия сознания? Ученые намеренно пытались избежать даже отдаленной вероятности возвращения сознания и были готовы понизить температуру и ввести препараты для наркоза, если такие признаки появятся. Они постоянно отслеживали электрические сигналы с поверхности головного мозга. «Я абсолютно уверен, что в реанимированном мозге не было ни намека на сознание», — заявил Кристоф Кох из Института головного мозга им. Аллена в Сиэтле, ведущий исследователь нейробиологии сознания. По его словам, не было ни одного признака, который можно было бы отнести к состоянию сна или сознанию. «Только ровная линия, что значит его полное отсутствие».

Но отсутствие электрических сигналов активности мозга может быть связано с тем, что раствор содержал блокаторы нейронной активности. Исследователи включили их в состав раствора, чтобы максимизировать восстановление клеток. Активному мозгу потребовалось бы гораздо больше энергии, и только само по себе подключение к аппарату могло нанести вред нейронам (этот феномен называется эксайтотоксичность). Исследователи взяли образец ткани и увидели, что отдельные нейроны все еще могли подавать электрические сигналы активности, но для этого при подготовке образцов к записи электрофизиологических показателей обязательно нужно было смыть раствор.

Но что бы случилось, если бы блокаторы не использовались? «Мы не можем быть в чем-то уверены, так как мы не проводили эти эксперименты», — сказал Стефан Даниэль, соавтор исследования. Если в будущем такие эксперименты приблизят мозг к состоянию сознания, это вызовет дискуссии о том, когда можно начинать считать его действительно мертвым. Эти соображения отдельно рассматривается в статье, написанной в соавторстве с биоэтиком Нитой Фарахани, членом рабочей группы по биоэтике в программе BRAIN, которая помогала исследователям на ранней стадии.

Команда также обратилась в Институциональный комитет по уходу и содержанию животных, расположенный в Йеле, и им ответили, что исследования не нарушали законы о защите животных. Очевидно, свиньи были уже мертвы: исследователи получили мозг со скотобойни, специально для исследований свиней не убивали. В любом случае такие законы не относятся к животным, выращенным на убой.

В дальнейшем исследование необходимо повторить в других лабораториях, которым придется вникнуть в тонкости управления системой. Команда хочет установить, как долго можно продержать мозг свиньи в таком состоянии. Стадия, где его заполняли раствором, продлилась только шесть часов: мозги, не подключенные к BrainEx, слишком сильно изменились, и проведение сравнительного анализа стало невозможным.

Если функционирование мозга можно сохранить в течение длительного времени и исследователи вместо восстановления клеток займутся возвращением электрических сигналов активности, они окажутся на нерегулируемой этической территории. «Сначала необходимо ответить на некоторые вопросы, — уверена Фарахани. — Возможно ли в принципе добиться активности на электроэнцефалограмме? Если да, то в какой степени? Какие последствия это будет иметь для исследований животных и людей?». Ответы на эти вопросы могут создать для мертвых тканей отдельную этическую категорию. «Более серьезное восстановление создает другой моральный статус, и, как следствие, наше отношение тоже должно быть другим, — рассуждает Фарахани. — Самый безопасный подход в этой ситуации — действовать в соответствии со схожими законами, которые применимы в экспериментах на животных». Сначала исследования такого рода проводят на грызунах, убирая вещества, блокирующие электрическую активность мозга. Если обнаружится что-то близкое к сознанию, нам понадобятся новые этические законы. «В этот момент нужно думать о подопытном как о живом существе и минимизировать боль и стресс животного, — говорит Фарахани. — Сейчас проблема заключается в том, что ткань, которую мы исследуем, уже не мертва. Но и не жива тоже».

По материалам The Scientific American за авторством Саймона Мэкина

Переводила: Ирина Черняева
Редактировала: Анастасия Железнякова

Что мы знаем о преимуществах этого синдрома

Синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) обычно описывают через неудобства, которые он доставляет. Это неврологическое расстройство, характерные признаки которого — отвлекаемость, импульсивность и гиперактивность — проявляются с детства, сохраняясь и во взрослом возрасте. СДВГ может оказывать негативное влияние на учебную успеваемость, карьерные достижения и отношения с окружающими.

Но синдром может также нести в себе одно преимущество: способность мыслить творчески. Креативное мышление включает в себя три аспекта: дивергентное мышление, расширение границ привычного и преодоление стереотипов. Дивергентное мышление, или способность развить множество идей из одной исходной концепции — важнейшая составляющая креативного мышления. В ходе проведенного ранее исследования было установлено, что испытуемые с СДВГ прекрасно справляются с задачами, требующими дивергентного мышления, например, изобретением нестандартных способов использования предметов повседневного быта и новых функций для суперсовременного смартфона. В новом исследовании студенты с СДВГ при выполнении двух заданий, требующих расширения границ привычного и умения преодолевать стереотипы, показали более высокие результаты по сравнению со сверстниками, у которых синдром отсутствует. Данные обоих исследований позволяют установить связь СДВГ со всеми элементами «триады креативного мышления».

Накопленные знания порой препятствуют креативности. Ища вдохновения в уже знакомых модели или примере, мы можем застопориться. Это явление дизайнеры называют «фиксацией». Когда участникам исследования формирования творческих идей демонстрировали примеры перед тем, как дать задание на изобретение чего-то нового, скажем, игрушки, в их решениях наблюдались некоторые сходства с примерами — а значит, было меньше новизны. Следовательно, умение игнорировать недавно полученную информацию является ключевым аспектом креативного мышления.

Аналогично, знания о мире порой мешают нам представить, что он мог бы выглядеть иначе. Если испытуемых просили придумать растение или животное, которое могло бы обитать на другой планете, большинство сначала представляло себе обычное земное животное или растение, а потом каким-либо образом модифицировало его, превращая в «инопланетное». Авторы исследования полагают, что, когда люди придумывают инопланетных созданий, опираясь на конкретные земные примеры, их творения выходят менее оригинальными в сравнении с теми, которые созданы без опоры на земные образцы. В данных обстоятельствах мыслить нестандартно позволяет расширение границ привычного — иначе говоря, умение раздвинуть рамки концепта. Например, скрепка предназначена для того, чтобы соединять листы бумаги. За счет расширения границ привычного мы можем представить скрепку в другом качестве, допустим, как приспособление, с помощью которого можно поддеть крышку аккумуляторного отсека на наручных часах. Придумывая инопланетное животное, кто-то может предположить, что оно должно быть зеркально симметричным, поскольку большинство земных животных обладают этим свойством. Однако можно вообразить себе животное ассиметричной формы, непохожее на многих животных, обитающих на Земле.

Данные свидетельствуют о том, что СДВГ в некотором роде нивелирует ограничивающий эффект знаний. В исследовании подростков сравнивалось, как выполняют задание на изобретение игрушки испытуемые с СДВГ и их сверстники. Сначала участникам показали для примера ряд игрушек, объединенных некими общими характеристиками, например, наличием мяча, затем просили придумать игрушки, совершенно непохожие ни на одну из представленных. В сравнении с игрушками, предложенными подростками без СДВГ, у примеров, созданных испытуемыми с СДВГ, наблюдалось меньше сходств с образцами. Различий в выполнении заданий на расширение границ привычного между группами испытуемых с СДВГ и без в том же исследовании обнаружено не было. Однако исследование с участием студентов колледжа выявило более высокую частоту семантической активации, то есть «включения» хранящихся в памяти концептов и идей у испытуемых с СДВГ в сравнении со сверстниками без СДВГ, что хорошо соотносится с результатами других исследований феномена расширения границ привычного. Принимая во внимание связь СДВГ с дивергентным мышлением и умением при выполнении заданий преодолевать ограничивающий эффект образца, более близкое изучение взаимосвязи СДВГ с третьим элементом триады креативного мышления — расширением границ привычного — напрашивалось само собой.

Я сравнила, как выполняют два задания студенты колледжа с СДВГ и без. В первом случае я попросила испытуемых вообразить себя сотрудниками рекламного агентства, которым велели придумать новые названия для трех категорий товаров (макаронных изделий, элементов периодической таблицы и болеутоляющих препаратов). Для каждой категории предлагалось по шесть примеров — слов с определёнными окончаниями (так, названия болеутоляющих препаратов оканчивались на «-ол»: мидол, тайленол, панадол). Затем я попросила участников придумать название для нового продукта из каждой категории, не используя никакие части предложенных образцов. А затем, дабы исследовать феномен расширения границ привычного, я попросила участников нарисовать и описать растение, которое могло бы существовать на планете, совершенно непохожей на Землю. При этом творения должны быть как можно оригинальнее и не походить ни на одно растение, существующее на нашей планете.

Как и ожидалось, студенты с СДВГ были меньше ограничены примерами из задания на придумывание нового названия продукта. В сравнении со своими сверстниками без СДВГ они реже использовали окончания из примеров, в то же время изобретая названия, четко описывающие категорию продукта. В задании с инопланетным растением студенты с СДВГ придумывали растения, более необычные и менее похожие на земные, нежели их сверстники без СДВГ. Хотя обе группы студентов наделяли свои творения типичными для растений признаками, такими как семена и стебли, студенты с СДВГ гораздо чаще добавляли необычные характеристики — антенны, языки, трубочки и молоточки. Также студенты с СДВГ продемонстрировали большую степень расширения границ привычного, идя вопреки традиционным представлениям о категории растений — например, делали свое растение ядовитым или наделяли его свойствами неживых объектов, например, подручных приспособлений. Схожие результаты были получены на выборке одаренных испытуемых, у которых СДВГ отсутствует.

На первый взгляд, нонконформизм и расширение границ привычного не кажется чем-то слишком впечатляющим. Но в контексте креативных инноваций даже малое изменение может привести к прорыву. Возьмем для примера швейную иглу. Базовый дизайн (ушко для нитки на тупом конце) был изобретён нашими помнящими динозавров предками по меньшей мере 50 тысяч лет назад. В начале 19 века изобретатель Бальтазар Кремс перевернул этот дизайн вверх тормашками. Так появилась первая в мире игла с ушком на остром конце, давшая дорогу швейной машинке.

СДВГ может осложнить человеку жизнь во многих ситуациях, в которых следует сосредоточиться и удерживать внимание — например, в школе, где от учеников требуется усидчивость и наблюдательность. С другой стороны, отвлекаемость и беспорядочность мыслей могут дать людям с СДВГ неоспоримое преимущество, когда дело касается нестандартного мышления. Новое исследование указывает на то, что СДВГ может сослужить особую службу, если нужно создать или изобрести нечто новое, преодолевая ограничения старых моделей и условий. Инновационный стиль мышления людей с СДВГ великолепно подходит для тех сфер деятельности, где исключительно важно быть в авангарде.

Оригинал: Scientific American
Автор: Холли Уайт

Переводила: Маргарита Мельникова
Редактировала: Анастасия Железнякова