8.4.9. Контроль формирования нейронной сети

8.4.9. Контроль формирования нейронной сети

Одним из главных ожиданий, связанных с открытием функциональной значимости “молчащих” областей генома (параграф 8.4.5.), является подтверждение гипотезы о записи в них программ, управляющих развитием и деятельностью мозга. В первую очередь, как несколько более продвинутую, рассмотрим проблему формирования нейронной сети. Суть этого процесса состоит в установлении межнейронных контактов, причем все контакты вполне конкретные: каждый нейрон протягивает свой длинный отросток (аксон) к определенному нейрону (клетке-мишени), даже если их разделяет значительное расстояние, и устанавливает с ним контакт (синапс). При этом аксон, ведомый находящимся на его конце конусом роста, двигаясь по сложной траектории, минует множество других нейронов, которым предназначены свои контакты. Формально многие детали этого процесса хорошо изучены (Tessier-Lavigne and Goodman, 1996; Dickson, 2002). Движение конуса роста контролируют размещенные вдоль всего маршрута внеклеточные белки-ориентиры, взаимодействующие с белками-рецепторами, интегрированными в мембрану конуса роста. Результатом такого взаимодействия является перестройка тубулин-актинового скелета конуса роста, непосредственно влияющая на направление следования конуса роста на данном этапе его маршрута до встречи с очередным ориентиром. Очевидно, что в каждом нейроне должна быть реализована программа, контролирующая маршрут его аксона. На каждом этапе маршрута программа предоставляет информацию о синтезах и модификациях определенных компонентов конуса роста (белков, липидов и образованных ими структур), необходимых на этом этапе для его продвижения по направлению к следующему ориентиру и т. д. до установления конусом роста синаптического контакта с клеткой-мишенью.

Выше мы говорили о возможности искусственного повышения интеллекта путем образования нестандартных межнейронных контактов с помощью оперативного вмешательства. Необходимость операции отпадет после расшифровки программ, контролирующих установление конкретных контактов, т. к. появится возможность внесения изменений в определенные программы (мутаций), которые заставят управляемые ими конусы роста отклониться от стандартного маршрута и образовать синапс с новой клеткой. Однако на этом пути еще много трудностей. Очевидно, что управляющие программы весьма сложны. Возможный схематический вариант такой программы был рассмотрен ранее (Мосевицкий, 2003).

Предопределенность межнейронных контактов предполагает передачу необходимой информации по наследству из поколения в поколение, т. е. запись ее в клеточном геноме. Если принять, что в отдельном нейроне реализуется одна определенная программа, то всего таких программ по числу нейронов не менее 10¹¹ (фактически, управляющих программ должно быть значительно больше, т. к. аксоны ветвятся, и конусы роста ответвлений направляются к собственным клеткам-мишеням). Здесь мы обратим внимание на тот общеизвестный факт, что состав генома во всех клетках организма одинаков. Следовательно, в нем закодированы все управляющие программы, формирующие нейронную сеть мозга. Активирование этих программ происходит только в нейронах – в каждом по одной, специфичной для данного нейрона. Возникает вопрос, где и как может быть записано такое количество информации. Привлечение не кодирующей белки “теневой” части генома не дает решения этого вопроса без дополнительных предположений, т. к. число программ, которые должны быть переданы по наследству, многократно превышает число нуклеотидов (3. 10⁹) в полном геноме человека.

Представляется очевидным, что решение проблемы записи и использования всего этого массива информации, когда оно придет, не будет тривиальным. Это решение расширит наши представления о способах хранения наследуемой информации в клетке. В настоящее время нельзя предсказать, когда все эти исследования и, тем более, связанные с ними практические проекты будут осуществлены. Они могут потребовать столетий, но решение может прийти и значительно быстрее. Вспомним, что современная молекулярная генетика зарождалась в 50-е годы прошлого столетия. Вряд ли тогда сами зачинатели новой науки могли предсказать достижения предстоящего десятилетия (расшифровку генетического кода, раскрытие механизма синтеза белка и т. д.) и, тем более, пятидесятилетия (полная расшифровка генома человека, конструирование трансгенных животных, клонирование животных, а в скорой перспективе – клонирование человека).

Решение вопросов, связанных с контролем формирования нейронной сети, может оказаться ступенькой к решению самой интригующей задачи: выяснению природы мыслительной деятельности человека. Не исключая другие подходы, следует признать, что синапсы, первоначально образованные при формировании нейронной сети, благодаря их астрономическому количеству (10¹²-10¹³), многообразию деталей структуры и сменам локализаций (пластичность синапсов), обеспечивают практически неограниченное число ячеек памяти (Markus and Petit, 1989; Marrone and Petit, 2002). Следовательно, синапсы могут послужить материальной базой обучения и памяти (Verhage et al., 2000; Geinisman, 2000; Muller et al., 2000). Согласно наиболее распространенной концепции запоминание любой информации сопряжено с переключением синапсов или с их структурной модификацией. Пока реформированные синапсы сохраняются, жива память о сопряженном с ними событии. Эта концепция пока весьма формальна. Она не объясняет, как событие (впечатление) фиксируется в синапсах, как при воспоминании “высвечиваются” именно синапсы, имеющие отношение к вспоминаемому событию, наконец, как структурные детали этих синапсов трансформируются в воспоминаемые образы, ощущения, мысли. И это неудивительно, т. к. отсутствует даже приблизительное понимание природы этих, как считают некоторые исследователи, “нематериальных” эффектов, которые, однако, действенно влияют на разнообразные реакции организма.