За пределами генома
Немногие научные открытия могут сравниться по важности с расшифровкой генома человека. Когда летом 2000 года на знаменитой пресс‑конференции президент США Билл Клинтон объявил, что геном человека расшифрован, не только в зале, но и во всем научном сообществе ощущалось заметное волнение. «Это самая важная, самая удивительная карта, когда‑либо созданная человечеством… Человечество стоит на пороге овладения новой силой исцеления», – с гордостью заявил Клинтон, сообщая эту потрясающую новость[11].
Без сомнения, расшифровка конечной последовательности трех миллиардов пар нуклеотидов, служащих строительными блоками для человеческой ДНК, – самое амбициозное научное достижение в истории. По мнению некоторых, оно даже затмило высадку человека на Луну. Теперь в распоряжении научного сообщества появились данные о секвенировании приблизительно 23 000 генов, служащих шаблоном для человечества. Это достижение открыло формулу жизни или, скорее, формулу человеческой природы.
Но действительно ли это так? Через десять с лишним лет после того заявления ученые разных биомедицинских дисциплин признали, что выгоды от этого научного прорыва реализовались гораздо медленнее, чем ожидалось вначале. Хотя биологические науки явно выиграли от расшифровки генома и наметился прогресс в таких областях, как генетическое секвенирование, в клинической медицине польза оказалась гораздо менее ощутимой. Несмотря на то что ученые определили специфические гены, ответственные за развитие заболеваний, сегодня, по прошествии многих лет, лечение упомянутых президентом Клинтоном болезней все еще находится в стадии разработки. После того как волнение улеглось, стало очевидно, что формула человеческой природы гораздо сложнее той, что может быть передана последовательностью нуклеотидов, определяющих гены. Расшифровка последовательности в цепочке ДНК была, несомненно, важна, и нельзя отрицать ее научную значимость, но в то же время стало ясно, что эта цепочка представляет только один компонент формулы жизни.
Очевидно, необходимы дополнительные важные ингредиенты для определения природного рецепта рождения человека, которые позволят больше узнать о том, какие специфические нуклеотидные последовательности отвечают за здоровую и счастливую жизнь. Цель этой книги – сфокусировать внимание на работе высшего достижения эволюции, человеческого мозга, и на вопросах о том, как он определяет оптимальные действия для достижения желаемых результатов, связанных со здоровьем и выживанием. Исследуя различные реакции мозга, мы подойдем ближе к пониманию особенностей человеческого успеха. С улучшением понимания усиливается ответственность за то, как в течение жизни мы обращаемся с собственным мозгом. Накапливая больше информации об оптимизации работоспособности, мы лучше подготавливаемся к тому, чтобы противостоять психическим заболеваниям и избегать опасностей, связанных с образом жизни и окружающей средой. По мере создания собственного эмпирического резерва, или контингентного капитала (англ. contingency capital), позволяющего нам жить более полной жизнью, мы также начинаем лучше понимать связи между нашими действиями и их последствиями. Например, богатый прошлый опыт общения с собаками подскажет вам, как вести себя с незнакомой собакой, которая подошла к вам и вашему той‑пуделю в парке.
Не все вероятностные стратегии информативны и продуктивны. Карикатурист XX века Руби Голдберг создавал замечательные рисунки невероятно сложных изобретений, которые позволяли бы нам без усилий производить самые элементарные действия, например прихлопывать мух. В изобретении Голдберга «Автоматическая салфетка» желаемый результат – вытирание лица во время еды – достигался сложной последовательностью событий, зависящих от нескольких отдельных действий (см. рис. 1). Такой процесс, представленный в виде карикатуры, действительно выглядел комично. Однако в реальной жизни, избегая более традиционных реакций, которые могут привести к намеченным результатам, мы все чаще отказываемся от контроля над нашими жизненными контингенциями, или альтернативами. Не сможет ли использование такой хитроумной автоматической салфетки привести к тому, что человек разучится самостоятельно вытирать лицо, когда подобного изобретения не окажется под рукой? Если бы мы зависели от человека, который выгуливает собак, то в случае с упомянутым той‑пуделем смогли бы мы эффективно отреагировать на появление злой собаки? Наша способность производить достаточно точные вероятностные расчеты устаревает и искажается по мере того, как мы избираем кратчайшие пути и предпочитаем пассивные реакции, приводящие к желаемым результатам. Учитывая, что мы должны уметь делать точные предсказания, нам совершенно необходимо любой ценой избегать устаревших вероятностных расчетов, выдаваемых нейронными сетями.
Рис. 1. Передача вероятностных, или контингентных, расчетов. Карикатурист XX века Руби Голдберг развлекал публику, изображая ситуации пассивного отклика для решения различных рутинных задач – например вытереть лицо салфеткой, прихлопнуть муху или выдавить пасту на зубную щетку. Хотя создание подобных сложных конструкций вместо элементарного ответного действия – простого вытирания лица салфеткой – кажется странным (как показано на этой карикатуре), люди постоянно изобретают способы избегания обычных действий для получения важных ресурсов, необходимых для их благополучия. Интересно, не разрушат ли в будущем такие пассивные отклики способность человека принимать умные решения и выдавать эффективные реакции? © TM Rube Goldberg Inc.; rubegoldberg.com
В этой книге будет обсуждаться важность прошлого опыта по предсказанию неопределенных жизненных результатов, или жизненных контингенций. Все более очевидно, что происходящее в нашей жизни часто зависит от тех действий, которыми мы руководствуемся на основании собственного опыта. Отличаясь от элементарных вероятностных расчетов, хорошо настроенные контингентные расчеты требуют от нас личной заинтересованности и участия. Прошлый опыт становится настоящим компасом, позволяющим пройти через те неопределенности, с которыми мы сталкиваемся в жизни. Для предсказания продолжительности жизни демографической группы нужно иметь достаточно данных, чтобы создать точные таблицы дожития[12]; но лишь опираясь на собственный опыт, основанный на прошлых результатах, можно определить, получится ли завязать дружеские отношения или подойдет ли выбранная программа обучения для достижения карьерного успеха. Другими словами, когда мы обращаем внимание на прошлый опыт, наш поведенческий выбор становится более обоснованным. Благодаря жизненному опыту накапливается контингентный капитал, который помогает рационально планировать последствия и защищает от иррационального избытка, способствующего возникновению мозговых пузырей. А они достаточно часто сопровождаются эмоциональным крахом (см. рис. 2).
Рис. 2. Разрывая мозговой пузырь. С помощью настоящего контингентного тестирования важно удалять мозговые пузыри до того, как они исказят реальность настолько, что это приведет к развитию психического заболевания
Расшифровывая мозг
Долгое время мозг оставался крепким орешком. Ирония метафизической загадки состояла в том, что только мозг мог декодировать мозг. Уже триста лет назад люди, вероятно, считали, что расположенный в голове орган отвечает за поведение человека. Если окружающие замечали странности в поведении человека, лекарь просверливал в его черепе отверстие, то есть проводил трепанацию, якобы выпуская наружу вредных «духов». Несмотря на достаточно ранний старт, прогресс в изучении мозга шел очень медленно. Многие научные дисциплины интересовались изучением мозга и его функционированием, включая философию, биологию, психиатрию, психологию и нейробиологию (мы перечислили лишь некоторые), но прогресс в этой области, вероятно, замедлялся присутствием на этой кухне слишком большого количества академических поваров, каждый со своими рецептами и взглядами.
Сейчас, возможно, многие из вас подумают: подожди‑ка, но ведь мы уже многое знаем о мозге, и мы располагаем этой информацией достаточно давно. В конце концов, еще в IV веке до н. э. Гиппократ вполне красноречиво и кратко перечислил функции мозга, написав в одном из трудов:
Люди должны знать, что только из мозга исходят радость и восторг, веселье и спортивные игры, печаль и горе, уныние и стенания. Посредством этого мы приобретаем мудрость и знание, мы видим, слышим и понимаем, что безобразно и что красиво, что есть зло и что есть добро, что сладко, а что горько… Посредством этого органа мы сходим с ума и бредим, нас атакуют страхи и ужасы… Все эти чувства мы испытываем через мозг, когда он не здоров… И поэтому я стою на том, что мозг является в человеке величайшей силой[13].
Соглашусь, что для своего времени это было невероятно глубокое утверждение, и я ежегодно цитирую его на первой странице своего учебного курса по клинической неврологии. Хотя это заявление содержательно, оно далеко не полное, и в нем не хватает полезной информации о том, как поддерживать здоровье мозга с его способностью оптимизировать возможности. Что может исказить «мудрость и знание», о которых говорил Гиппократ? И какие факторы заставляют здоровый мозг «сходить с ума и бредить»? Нейробиологи до сих пор ищут ответы на эти вопросы.
С другими органами человеческого тела дела обстоят намного проще. Вплоть до XVII века строились предположения о том, как функционирует сердце человека, считалось, что это местоположение сознания, но ответ был дан Уильямом Харви, который определил его как насос для прокачивания крови через тело[14]. Благодаря этому базовому пониманию в области сердечно‑сосудистой медицины были совершены многие открытия и найдены новые способы лечения. Большую половину XX века Фрейд и его ставшие популярными субъективные идеи морочили людям голову своими фантазийными теориями о бессознательных мотивах, суперэго и психосексуальных ступенях развития, которые не очень‑то подходили для эмпирических научных исследований. И все же в XIX веке в изучении мозга были сделаны открытия. Научному сообществу представили красивые и замысловатые клетки и сети, а также дали важные подсказки об их сложных механизмах работы. Были присуждены Нобелевские премии за определение этих ключевых структур и элементов, но полная картина самой важной и главной задачи этого органа оставалась расплывчатой.
Однако в то же время появились заметные проблески в знаниях об основных средствах и функциям мозга. Зародившаяся в начале XX века новая дисциплина – физиология бихевиоризма – не только описала регулирование основных физиологических систем, но и открыла перед энтузиастами новые возможности[15]. В научной литературе появились серьезные работы пионеров в области бихевиоризма Ивана Павлова, Джона Б. Уотсона, Эдварда Ли Торндайка и Б. Ф. Скиннера. Учитывая, что реальное участие мозга в этих уникальных поведенческих исследовательских программах не упоминалось, то и связь между мозгом и поведением зачастую игнорировалась этими пионерами, особенно Скиннером. Даже сегодня, когда бихевиористические исследования стали более глубокими и детальными, а технологии в нейробиологии позволяют исследователям заглянуть в каждый уголок и закоулок мозга, его истинная идентичность покрыта тайной. Позже мы еще вернемся к проницательным открытиям пионеров бихевиоризма и стратегически рассмотрим их в контексте нейробиологии, чтобы получить ценные подсказки о самых важных функциях мозга.
Отсутствие понимания результата работы мозга и его функций наиболее заметно в области психических заболеваний. В то время как технологический прогресс способствовал успехам в лечении почти во всех медицинских областях, с психическими заболеваниями дело обстоит иначе. Мне всегда неловко, когда я читаю лекцию о развитии методов лечения психических расстройств, потому что отсутствие прогресса печально сказывается на судьбах людей, страдающих от подобных заболеваний. Томас Инсел, бывший директор Национального института психического здоровья США, отметил, что, хотя медицинское сообщество и может праздновать радикальное снижение заболеваемости от основных болезней (например, смертность среди детей с диагнозом лейкемия за последние полвека снизилась на колоссальные 85 %, а затрагивающая большую часть населения планеты смертность от сердечно‑сосудистых заболеваний снизилась на 63 %), с психическими заболеваниями ситуация не столь радостная[16]. Высока частотность большого депрессивного расстройства, которое ассоциируется с сильной эмоциональной болью и значительными личностными и социальными затратами. По данным Всемирной организации здравоохранения, у депрессии незавидный статус, это серьезное заболевание, лишающее человека трудоспособности[17]. Я часто говорю своим студентам, что отсутствие прогресса в лечении психических заболеваний недопустимо. Если мы хотим, чтобы появилась надежда на радикальное изменение ситуации с психическими расстройствами, мы должны проявить больше стратегической мудрости в попытках расшифровать мозг и его самые важные функции.
Уникальные поведенческие приложения мозга
Сердце гоняет кровь, легкие качают воздух, желудок перемешивает пищу, а мозг не просто выполняет функцию насоса. Полагаю, можно утверждать, что мозг гоняет ионы и нейрохимические вещества, но в таком описании будет не хватать грамотного определения его самых важных функций. На самом деле мозг функционирует на разных уровнях, в том числе он управляет насосами, что позволяет сохранять жизнеспособность организма. В случае прекращения работы мозга врачам, чтобы избежать летального исхода, приходится подключать человека к системе искусственного поддержания жизни. Но помимо физиологических основ, у мозга млекопитающих припрятано еще несколько козырей. Например, человеческий мозг задействует 86 миллиардов нервных клеток, что позволяет ему дирижировать стратегическими движениями и сложными формами поведения, которые на многих уровнях увеличивают шансы человека на выживание.
Сложное поведение, возможно самый уникальный продукт мозга, отличает млекопитающих от их кузенов‑рептилий. Хотя популярный рекламный персонаж геккон – эмблема страховой компании Geico – производит впечатление разумного, поскольку советует, как лучше сделать страховое вложение, рептилии в реальном мире демонстрируют очень простые поведенческие реакции и ориентируются в своей среде обитания благодаря врожденным рефлексам. Положите ящерицу перед зеркалом, и она, повинуясь рефлексу, начнет нападать на собственное отражение, поскольку это пресмыкающееся неспособно верно оценивать окружающую среду и понимать, что ее атаки не имеют смысла. Когда на эволюционной сцене появились млекопитающие, мозг вложился в недвижимость и орудия труда, приобрел новые формы поведения и научился принимать решения в режиме реального времени, что до максимума повысило шансы на выживание. Учитывая, что примерно 84 % из более 20 000 генов в геноме человека сосредоточены в мозге (который потребляет до 20 % ресурсов организма, но при этом составляет лишь 2 % веса тела), почти не остается сомнений, что мозг – неотъемлемый компонент формулы, или шаблона, человечества[18].
Как специалист в области поведенческой неврологии, почти три десятилетия занимающийся преподаванием и проведением исследований, я часто задумываюсь о том, почему для раскрытия тайн мозга потребовалось так много времени. Как упоминалось, еще со времен древних греков люди изучали функции мозга, однако реальный прогресс в этой области, как правило, оказывался случайным. Хотя в области нейробиологии был достигнут выдающийся прогресс, эти разработки следует оценивать в разных ситуациях и у разных биологических видов, чтобы вычленить важную информацию, понять схемы функционирования мозга и научиться эффективно лечить психические заболевания. Мозг существует не в вакууме; поэтому понимание того, как мозг влияет на поведение в тех или иных ситуациях, даст ключ к пониманию эффективности его функций. Подобно кардиологу, рекомендующему аэробную нагрузку для лечения больного сердца, человеку для поддержания психического здоровья нужно практиковать надлежащие образцы поведения. Но какие же это практики?
Важность поведения для психического здоровья стала еще больше понятна, когда мы с моими студентами разработали модели поведения для грызунов, требующие определенных поведенческих стратегий, которые помогают справляться со стрессом, предвестником многих психических расстройств. В одной поведенческой модели, которую мы назвали модель вознаграждения за усилия, крысы, чтобы заработать лакомство, должны были затратить некоторые физические усилия. В частности, группа обучаемых на результат крыс за этими стратегическими действиями проводила всего шесть минут в день. Их выпустили в лабораторные «поля» на поиски желанных хлопьев Froot Loops, чтобы таким образом выстроить связь между действием (копанием) и результатом (поеданием вкусных хлопьев). Этот результат показал, что по сравнению со своими собратьями, которые не имели обусловленного поощрения и получали лакомство без каких‑либо усилий, работающие крысы улучшили свою эмоциональную устойчивость и обрели способность в трудные времена быстрее восстанавливаться. Такая способность может стать мощным буфером, спасающим от развития такого психологического заболевания, как депрессия. Эта модель для грызунов напоминает нам о важности создания прочных ассоциаций между действиями и последующим результатом[19].
На протяжении эволюции человека отношения между нашими действиями и последствиями с точки зрения выживания изменились кардинальным образом. Наши предки должны были оставаться предельно внимательными к ответным реакциям, которые либо помогали добывать ресурсы, либо давали возможность избежать опасности; в современном мире такие действия во многих, но не во всех областях стали менее значимыми. Попробовать новую, возможно, ядовитую еду, перенести стоянку в незнакомое место или поохотиться на опасное животное и добыть себе кусок мяса на обед – на смену этим решениям пришли другие: какую еду заказать навынос, какие песни загрузить в плейлист и твитнуть ли сообщение о новых социальных поражениях своих друзей. Разумеется, в нашем мире еще сохранились районы, где для выживания требуется достаточно высокий, а то и максимальный уровень бдительности, но все же сценарий развития человечества изменился в сторону обществ большого изобилия. Учитывая, что в целом мозг остался таким же, каким был у предков, стоит задуматься о последствиях этих радикальных перемен и о том, влияют ли эти перемены на рост числа психических заболеваний.
Если мы перестанем об этом думать, то не нужно будет удивляться, что секвенирование генома идет слишком медленно, чтобы можно было помочь страдающим психическими расстройствами. Помимо неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или Паркинсона, ответственность за которые возлагают на модифицированные белки и нейрохимические вещества, психические заболевания (шизофрения, депрессия, тревожные расстройства и т. д.) можно считать связанными с множественными факторами, и вряд ли они зависят от единственного гена, ответственного за производство конкретного белка. В своем нынешнем состоянии секвенированный геном можно сравнить с картой, на которую нанесены улицы и магистрали, но отсутствуют пункты назначения, такие как города или государства, и нет ландшафта – гор, океанов, рек, пустынь или лесов. Эту карту нужно дополнять этими интересными объектами, чтобы максимально увеличить ее ценность. Соответственно, прежде чем мы сможем заняться разработкой генетических методов лечения психологических заболеваний, таких как обсессивно‑компульсивное расстройство или депрессия, геном человека, сравнимый с картой человеческого мира, должен быть совмещен с нейронными и поведенческими функциями и связанными с ними эмоциями и мыслями.
Запуск в 2007 году гарвардским генетиком Джорджем Чёрчем амбициозного проекта «Личный геном» (Personal Genome Project) стал положительным шагом в направлении нанесения на карту генома важной информации. В то время как первый расшифрованный геном человека обошелся Национальному институту здоровья в 3 миллиарда долларов, сегодня стоимость подобной операции значительно снизилась и составляет чуть больше тысячи долларов. Цель проекта «Личный геном» – расшифровать геном тысяч людей, получив от каждого волонтера образец крови, слюны и клеток кожи, а также, что актуально для ученых, информацию о поведении и образе жизни. Эти данные помогут составить более точную карту влияния генов на поведение и определить специфические гены в контексте переменных определенного образа жизни, которые могут представлять самый большой риск для человека. Как только эта информация будет получена, системный анализ поведенческих функций значительно увеличит ценность этих гигантских объемов персональных данных[20].
Чтобы не отстать от медицинского прогресса и улучшить меры профилактики и лечения психических заболеваний, необходимо систематически исследовать поведение, чтобы дополнить ценной информацией таблицу психического здоровья. Способность мозга обрабатывать данные о взаимоотношениях между нашими действиями и их последствиями – важная поведенческая стратегия для выживания и личного успеха. В научной литературе для обозначения отношения между поведением и его последствиями используется термин контингенции действия‑результата (action‑outcome contingencies) и контингенции реакции‑результата (response‑outcome contingencies). В этой книге я буду использовать оба термина. Независимо от специфичности термина, вычисление вероятности желаемого результата важно во многих областях психического здоровья и нейробиологии. Одна важная область – это увлекательное и получившее весьма широкое определение поле нейроэкономики. Стоит ли сделать еще одну ставку за игровым столом в «двадцать одно» или уйти с имеющимся выигрышем? Продать дом сейчас или подождать повышения цен на рынке недвижимости? Записать малыша Бобби в детскую бейсбольную команду или подождать, пока он подрастет? Способность поддерживать здоровье наших вероятностных, или контингентных, калькуляторов (contingency calculators), чтобы реагировать на неопределенности жизни, исходя из собственных стратегических интересов, важна для психического здоровья и благополучия и может считаться одной из самых важных функций мозга. Сердце качает кровь, легкие качают кислород, а мозг прокачивает вероятности, или контингенции, чтобы выдавать наиболее адаптивные поведенческие реакции.