42. Узор, который помнит

Мышь сидит в камере, где с ней ни разу не случалось ничего плохого. Из её головы тянется тонкое световое волокно. Исследователь включает лазер, и мышь замирает, как замирают мыши от страха. Боли нет, тока нет, опасности нет. Свет включил воспоминание. Это было в 2012 году в лаборатории Сусуму Тонегавы, который получил Нобелевскую премию за работы об антителах, а потом ушёл изучать мозг. Опыт ставили его молодые сотрудники Сюй Лю и Стив Рамирес.

Перед этим ту же мышь пугали слабым ударом тока в другой камере. Её заранее устроили так, что нейроны, работавшие, пока открыто окно пометки, встраивали в оболочку пору, которая открывается от света. Окно открывали, убирая из корма антибиотик. Пока мышь пугали, окно было открыто, и метку получили клетки на входе гиппокампа, участка мозга, где записываются события и места. Потом антибиотик вернули в корм, и окно закрылось. В безопасной камере свет зажигал только помеченные клетки, и страх возвращался вместе с ними. Клетки, помеченные в спокойной обстановке, страха не вызывали.

Слово «выключатель» тут просится само, но это метафора: пометили лишь часть клеток одного участка, и мышь под светом замирала не всё время. Что она при этом переживает, узнать нельзя, снаружи видно только замирание. Но след памяти впервые стал вещью, которую можно найти и зажечь снова.

Один нейрон так не умеет. Он складывает тысячи входов и либо стреляет, либо молчит, а импульс прошёл и исчез. Нейроны соединены синапсами, крошечными контактами, где одна клетка выбрасывает к другой молекулы-посыльных через узкую щель. Если раздуть синапс до спортзала, щель будет шириной в шаг. У каждого такого контакта есть сила, и она меняется.

Канадский психолог Дональд Хебб в 1949 году предположил, как именно: если одна клетка раз за разом помогает зажечь другую, связь между ними крепнет. Короткую присказку «вместе срабатывают — вместе связываются» часто приписывают ему, но её придумала много позже нейробиолог Карла Шатц. Так протаптывается тропинка на газоне: где много раз прошли, там дорожка, и по ней потом идут сами собой. Физический след такой тропинки заметил в 1966 году в Осло Терье Лёмо. Он подавал на вход гиппокампа кролика под наркозом короткую частую серию импульсов, и после неё обычный слабый сигнал вызывал ответ сильнее прежнего, и так оставалось часами, как будто в линии прибавили громкость и не убавили. Статью об этом он потом написал вместе с британцем Тимом Блиссом.

Вот что появляется на этом этаже: запись. Её нет ни в одной клетке. Она лежит между клетками, в том, какие из них связаны и насколько крепко. Мышь Тонегавы замерла не от одной клетки: свет включил группу, которую связал испуг.

Связи не только хранят, они и узнают. Дэвид Хьюбел и Торстен Визел искали, на что отвечают клетки зрительной коры кошки, и неделями не получали ничего внятного. Потом одна клетка вдруг затрещала в динамике, как пулемёт. Её разбудило не чёрное пятнышко на слайде, а тень от края стекла, когда слайд вставляли в проектор. Она отвечала на полоску под определённым наклоном. Эту разборчивость ей дала проводка: к ней сведены входы от нейронов, чьи точки на сетчатке лежат вдоль одной линии, как буквы, собранные в слово. Ни одна точка сетчатки не знает, что линия косая, а клетка, в которую сходится целый ряд точек, это знает. Позже в гиппокампе крысы нашлись клетки, вспыхивающие в одном и том же месте комнаты, хотя ни одна из них комнату целиком не видела.

У записи есть странность, о которой в 1984 году написал Фрэнсис Крик, один из открывателей двойной спирали ДНК. Белки синапса живут дни, от силы недели, а детское воспоминание держится десятилетиями. Так старый деревянный мост, в котором за годы по одной сменили все доски, держит всё ту же дорогу. В 2024 году группа Тодда Сактора предложила ответ: у мышей долгую память держит пара белков, и новые молекулы снова и снова садятся на уже усиленные синапсы, как на метку. Когда пару разрывали, мыши теряли память о месте, выученном месяц назад. Спор не закрыт: мыши, рождённые без гена одного из этих белков, всё равно помнят. Сторонники считают, что его место занимает родственный белок, скептики — что роль пары преувеличена.

Запись к тому же не каменная. При каждом извлечении воспоминание снова становится хрупким и пересохраняется, иногда с правками: у крыс, которым сразу после напоминания мешали собирать новые белки, выученный страх пропадал. А через год после первого опыта Рамирес и Лю показали, что память можно смонтировать, как кино. Они зажгли светом клетки воспоминания о безопасной камере в тот момент, когда мышь били током в другой. После этого мышь боялась места, где с ней никогда ничего не случалось.

Можно ли, зная все провода, прочитать поведение? В Кембридже группа Джона Уайта больше десяти лет восстанавливала нервную систему червя длиной в миллиметр. Червей резали на тысячи тонких срезов, снимали в электронный микроскоп и вручную обводили на отпечатках каждый отросток, следя, куда он уходит на следующем снимке. В 1986 году вышла статья в 340 страниц: 302 нейрона и все их контакты. Этих клеток хватает, чтобы червь искал еду, уползал от прикосновения и привыкал к тому, что не опасно.

Весь червь размером с запятую, а чертёж его нервной системы — толстый том. И по этому тому поведение червя до конца не предсказать до сих пор: поверх проводов разлита химия, которая перенастраивает схему целиком, а сигналы между клетками бегут не совсем так, как нарисовано. По схеме проводки в доме не узнать, в каких комнатах сейчас горит свет.

Теперь схемы снимают машинами. В 2025 году вышла схема кубического миллиметра коры мыши: сначала записали, как работают её нейроны, пока она смотрела видеоролики, потом этот кусочек нарезали, сняли и разметили. В крупинке размером с зерно соли уложено больше пяти километров проводов, час пешей дороги. У мухи уже есть полная схема мозга, который меньше макового зерна. От червя к мухе и мыши контуров становится всё больше, и в большом мозге они перестают работать поодиночке и начинают звучать вместе.