Память во плоти: радикальные исследования на границах науки

Бомба была размером в коробку для обуви. Коричневая упаковочная бумага была стандартной для почты США того времени, и его содержание не имело никаких особых признаков - не тикали часы, не горели лампочки, не было щелчка - ничто не предвещало возможного взрыва. Профессор психологии Джеймс МакКоннелл стоял у кухонного стола который разделял его и аспиранта Никлауса Суино, который в это время лишь слегка отворачивал оберточную бумагу, чего и хватило что бы привести бомбу в действие.

Несмотря на близость к взрыву, МакКоннелл и Суино выжили. Молодой аспирант получил ожоги и осколочные ранения; МакКоннелл - временную потерю слуха. "Доктор МакКоннелл и я, время спустя все еще испытывали шок от громких звуков," - рассказывает Суино.

Это случилось 15 ноября 1985 года, МакКоннелл оказался мишенью Теодора Качинского (известного как Унабомбер); десятой по счету бомбы. Почему анархисту Качинскому, человеку одержимым поисками избавления мира от угрозы со стороны современной науки и техники, захотелось пойти против профессора психологии в университете Мичигана?

Многие считали, что это было связано с высказываниями МакКоннелла сделанными в 70-х, когда он предположил, что заключенным в тюрьмах можно "промыть мозги" и избавить от антисоциального поведения. Но МакКоннелл был также известен за то что в 50-х и 60-х годах, проводил ряд экспериментов с памятью в Университете штата Мичиган, где Качинский был студентом. Эксперименты, которые принесли Джеймсу репутацию не нравились юному анархисту и бросали вызов всем знаниям о памяти как таковой. Радикальные исследования МакКоннелла предположили, что воспоминания могут существовать вне мозга - и даже передаваться между организмами. Выводы были настолько нелепыми и мрачными, что некоторые полагали, они и привлекали гнев Качинского.

Но Джеймс МакКоннелл, возможно, был прав в своих исследованиях.

Эксперименты МакКоннелла в значительной степени исчезли из научного ореола - те, которые помнят их, как правило, используют их в качестве поучительной сказки. Но тогда в конце 50-х годов, МакКоннелл был "большой рыбой": его харизматическая личность, в сочетании с его спорными научными достижениями неоднократно появлялась по телевизору, в частности, на шоу Стива Аллена. Вместо сложной обоснованной наукой, МакКоннелл пленил аудиторию впечатляющими концепциями. В самом деле, эксперимент, который принес ему славу был удивительно простым.

В 1959 году, МакКоннелл стремился показать, что память может быть сохранена в клетках вне мозга. Чтобы сделать это, он обратился за помощью к пресноводным плоским червям - Dugesia japonica. Плоские черви были идеальными, потому что в отличие, скажем от медуз, они имеют централизованный мозг, а также исключительную способность к регенерации. Можно разрезать этих червей в каком угодно месте тела, и головная часть отрастит новый хвост, а хвостовая – новую голову (видео внизу статьи). Кроме того, плоские черви можно научить выполнять определенные действия.

"Мы не знали, что хвост будет помнить, потому что вырастает совершенно новый мозг, новые глаза, нервная система," пишет МакКоннелл в серии статей The Worm Re-Turns в 1965 году. Исследователи выработали условный рефлекс, сочетая со светом действие электрического тока. Обученных червей разрезали пополам и половинки помещали в разные сосуды. После полной регенерации обеих половинок проверяли сохранность условных рефлексов. МакКоннелл показал, что червь мог вспомнить чему его обучали после того как его голова была отрезана, и его мозг вырос заново. Оказалось, что оба червя (один из них с заново выросшим головным концом) сохранили ранее выработанные рефлексы.

Работа была опубликована в журналах: Comparative and Physiological Psychology, Time, Medical World News, Newsweek. Исследования МакКоннелла демонстрировали что не только нейроны могут сохранять информацию, это многих ученых ставило в тупик. В 1960 году, он опубликовал второй эксперимент, который вышел далеко за границы представляемого, поставив всех снова в ступор.

Широко известное как "эксперимента каннибализма", исследование проверило другую теорию МакКоннелла: память может быть передана химически от одного плоского червя к другому через так называемою "память-РНК." Это был особый вид РНК - посредник формы генетической информации, которая заполняет пробелы между ДНК и белками и может хранить долгосрочные воспоминания вне мозга. Его метод был неортодоксальным, и это по меньшей мере. Кусочками обученных плоских червей, МакКоннелл кормил других плоских червей, которые не проходили никаких испытаний. В результате, МакКоннелл заявил, что неподготовленные плоские черви получили поведение которое обученные черви уже имели. Короче говоря, воспоминания умерших плоских червей нашли новый дом.

"Биологи и химики сказали, 'быть не может'," вспоминает Рива Кимбл. В 1959-1960 году она была студенткой МакКоннелла, вместе с будущим мужем, так же студентом, Даниелом Кимблом, они помогали в исследовании регенерации. Противники работы МакКоннелла не могли понять его выводов. Для них "не было никакого механизма, чтобы понять его результат," рассказывает Рива.
"Эксперимент каннибализма" МакКоннелла был воспринят скептически. Группы исследователей из конкурирующих университетов сделали все возможное, чтобы повторить свое исследование для того, чтобы опровергнуть его работу; если исследование не могло быть воспроизведено, этого было достаточно чтобы вычеркнуть его идеи из науки.

Некоторые исследователи сообщали о получении аналогичных результатов при воссоздании исследования МакКоннелла, но многим этого не удалось повторить. Другие (совершенно справедливо), винили его за небольшие размеры выборки и потому что эффект, который он обнаружил, был относительно слабым. Со своей стороны, МакКоннелл настаивал, что другие ученые не смогли воспроизвести его результаты, потому что никто не был в состоянии полностью воссоздать условия своего эксперимента. Однако, в конце концов, работа психолога была отброшена в сторону, но тем не менее, не была полностью развенчана.

Хобби МакКоннелла не многое что укрепляло свою же научную достоверность. Он любил науку, юмор, и объединял их в журнале The Worm Runner’s Digest, научный журнал который он использовал для достижения умов обычных людей. Журнал содержал реальные исследования, но они были представлены вместе со стихами, карикатурами и юмористическими рассказами от коллег и студентов. В результате, многие жаловались, что они не могли увидеть различие между научной тематикой и юмористическим содержанием.

"Мы настаивали на том, что бы Дайджест был смесью фактов и юмора, ибо мне казалось, что любой, кто принимает себя, или свою работу слишком серьезно, находится в опасном состоянии психического здоровья", пишет МакКоннелл в 1965 году, в сборнике статей Дайджеста. Это отношение сделало его популярным среди его учеников, но не внушало доверия среди своих сверстников.

"Он был очень расстроен тем что люди не принимали его всерьез," рассказывал Суино во время интервью в 2013 году. "Я думаю, что он чувствовал, что много людей, которые изучали его исследование, были априори настроены против него."

Почему идеи МакКоннелла были не приемлемыми? То, что он предлагал - существование химического следа памяти, который кодируется в плоских червях - не что иное, как поразительное явление. Если предположить, что МакКоннелл был прав, это будет означать, что мозг червя способен хранить информацию в химических связях, которые могут быть переданы в другие части тела. Кроме того, эти химические структуры могут образовывать "язык" для воспоминаний, которые другие организмы смогут "читать".

Химическая теория передачи, идет против нынешних и прошлых концепций памяти. Аристотель, например, сравнивал память с восковой табличкой на которых отпечатывались знания и воспоминания человека. Влияние этого объяснения было продолжительным.

Наука, естественно далеко ушла от восковых табличек. В настоящее время биологи считают, что информация хранится в нейронных сетях мозга, которые позволяют передавать информацию от одного нейрона к другому. Вот насколько, большинство исследователей готовы пойти при обсуждении основ памяти. Спросите ученого, как воспоминания кодируются и декодируются в головном мозге, и вы обнаружите, что научное сообщество не имеет ответа. Вопрос настолько сложный что многие исследователи сосредоточились на определении изменений в процессе работы памяти, чем на изменениях в нейронной структуре, например, - в надежде, что они смогут перепроектировать формирование памяти.
Рассматривать изменения в головном мозге, не то же самое, что выяснить, как память кодируется, или где она хранится. Тот, кто найдет "хранилище", где мы содержим наши воспоминания войдет в историю.

Майкл Левин не помнит, как он впервые столкнулся с исследованиями памяти МакКоннелла, но он помнит свою реакцию на нее. "Я наткнулся на статью МакКоннелла, где рассказывалось, что память может пережить регенерацию, и я подумал: что ж, это очень серьезно дело, поскольку действительно говорит о способности всех тканей - сохранять воспоминания, и доказать такой факт это вызов всему научному сообществу."

Левин, биолог в Университете Тафтса, хорошо известен по своей работе над регенерацией конечностей; Его исследования были опубликованы в журнале Neuroscience и Cell. Один из его самых известных экспериментов показал, что возможно вызвать рост конечности у молодых лягушек, давая им "коктейль наркотиков". Он также изучил трансмембранный потенциал эмбриональных глаз что бы вырастить его у головастика в другом месте, чем голова, а именно - на хвосте и спине. "Он очень хорошо известен в области регенерации", говорит Алехандро Санчес Альварадо, биолог в институте медицинских исследований "Stowers". "Я не знаю никого, кто делают работу отдаленно похожую на то, что Майкл делает."

Несколько лет назад, Левин взялся за проект. После изучения работ МакКонелла, он решил взять основные принципы лежащие в первом эксперименте над памятью. Существовало огромное количество исследований по аневральных организмах, которые не имели центральной нервной системы (ЦНС) и имели способность к обучению. "Всё начиная от растений до полифилетической группы организмов (слизняки), и одноклеточных организмов может поддаться обучению, даже сперматозоид может научится проходить лабиринты", говорит Левин. Но в отличие от этих существ, плоские черви обладают "истинным мозгом" - ЦНС, расположенную в своих треугольных головах. 

Потребовалось четыре года, и более миллиона долларов, чтобы воссоздать и улучшить эксперимента МакКоннелла. В попытке уклониться от критики, с которыми сталкивался его предшественник, Левин разработал строго документированный, воспроизводимый метод экспериментирования. Часть того, что было сделано лежит в изобретении машины, называемой "Automatic Training Apparatus," которая обучала и отслеживала перемещения нескольких плоских червей без вмешательства человека. 

В конце прошлого года я (автор статьи) ездила в Медфорд, штат Массачусетс что бы посетить Левина в своей лаборатории в Университете Тафтса. Уйма фигурок Симпсонов, кружки, значки; трехглазая рыба из пластика следит за ним с книжной полки. Студенты узнали что ему нравится шоу и теперь игрушки просто продолжают осаждать полки исследователя. 

В конце концов, Левин взял меня в небольшую комнату, в нескольких шагах от своего офиса, чтобы показать "Automatic Training Apparatus". Там я наблюдал как Моран Неухоф, аспирант из Израиля, положил 12 чашек Петри в машину Левина, каждая из которых заполнена плоскими червями. Указывая на экран компьютера, Неухоф сказал мне, чтобы я наблюдал за червями в чашке Петри. Невидимая сетка, помогала переводить их движение во временные метки координат вдоль их пути. Так, Левин был в состоянии объективно обучать червей, записывая их поведение, без необходимости находиться в одной комнате.

"Разработка Automatic Training Apparatus была кошмаром," рассказывает Левин. Плоские черви маленькие и быстрые, и они любят позависать на боках чашки Петри, а не плавать в нижней ее части - что делает их отслеживание неудобным. Исследователь сотрудничал с несколькими инженерными фирмами, чтобы сделать аппарат, способный одновременно, автономно, отслеживать и записывать движения 12 червей. Минимизация человеческого участия была критически важным фактором - полностью автоматизированный процесс должен был защитить результаты Левина от провала МакКоннелла. "Если вы мне не верите, вы можете взять данные и провести анализ самостоятельно, и посмотреть, как они вели себя, правильно или нет," отвечает всем скептикам Левин.

Протокол обучения Левина простой, но элегантный.

Плоские черви проявляют осторожность, и хотят изучить свое окружение, поэтому, когда им дают пищу в новом месте, они, как правило, делают круг вокруг нее за долго до приема пищи. Это означает, что ученые могут использовать "задержку кормления" - время которое червям нужно чтобы приблизиться до пищи - как индикацию того, насколько хорошо они помнят конкретную среду. Если они помнят, что среда является безопасной, или что она содержит только один источник питания, то они не должны исследовать ее снова; они могут пойти прямо к пище. Таким образом, Левин обучал их распознать текстурированные чашки Петри с шероховатым дном. После того, как черви научились распознавать низ чашки по которому ползают, они начали быстрее приходит за едой. После чего, Левин и его команда отрезали им головы.

Две недели спустя, червей, теперь вооруженными новыми головами, помещали в блюдце. "Червям, которые никогда раньше не были здесь, потребовалось много времени, чтобы подойти за едой, а черви, которые были обучены пошли прямо к пище - это огромная разница", говорит Левин.

Исследователь университета Тафтса еще создает механизм, чтобы объяснить свои выводы, которые он опубликовал в журнале экспериментальной биологии в 2013 году, он предполагает что воспоминания могут существовать за пределами мозга, благодаря электрическим зарядам, генерируемым клетками в остальных частях тела. Больше исследований не проводились.

Были предложены и другие механизмы. Ева Яблонка, биолог, изучающая эволюцию нервной системы в Тель-Авивском университете, считает, что РНК могут быть вовлечены в процесс. Малые РНК - короткие копии ДНК. Когда червь учится поведению, изменяется химия мозга, и вполне возможно, эти изменения влияют на малые РНК. Потому что молекулы могут мигрировать между клетками, измененные малыми РНК,  в конечном итоге корневые клетки остаются в обезглавленном черве. Когда голова червя растет обратно, маленькие РНК мигрируют обратно к голове, меняя химию мозга и позволяя ему вспомнить. Если это так, считает Левин, память хранящаяся вне мозга не будет памятью вообще. Скорее всего, малые РНК позволили бы плоским червям восстановить "окружающую среду" мозга, которая помогает им узнать определенное действия быстрее. Этот сценарий, лишь теория.

В этот момент, любая попытка объяснить результаты Левина является проблематичной. Правда в том, что мы не знаем, являются ли выводы Левина даже отдаленно правильными. Все еще возможно, что, как и работы МакКоннелла так и исследование Левина, стоит на неизвестном пути. Возможно, что уникальные восстановительные способности червей лежат в основе их способностей вспомнить утраченные воспоминания, после выращивания нового мозга. В этом случае, плоские черви могут быть единственным видом с ЦНС, который может хранить воспоминания вне мозга. "Я считаю, что очень маловероятно", говорит Левин, "но все же возможно."

Даже если хранение памяти за пределами мозга является уникальным среди живых организмов, способ хранения может работать только с небольшими объемами информации. Комплексные воспоминания, как о значении слова "правда" или "заботливость" не может иметь место за пределами мозга. Но если есть маленький шанс, что эксперимент является воспроизводимым, и что это черта присуща не только крошечному незначительному червю, последствия могут быть революционными.

"Я думаю, что эта работа начнет ренессанс в человеческой памяти", говорит Уан Паган, один из экспертов в изучении планарий и фармаколог Университета "West Chester". "Левин является одним из лучших исследователей в области биологии развития, так что если кому нибудь суждено сдвинуть дело с места, так это ему."

Работа Левина может полностью изменить наше представление о памяти. Новые исследования могут однажды привести к лечению заболеваний подобных Альцгеймеру и нейродегенеративных заболеваний. Определенные разрушения клеточных структур связаны с памятью. Таким образом, если память хранится вне реального мозга, это открывает дверь для людей которым нужно потенциально полностью или частично восстановить воспоминания, после терапии стволовыми клетками, например.

Исследования памяти червей также может привести к появлению новых архитектур для хранения данных и биологический воспоминаний в компьютерах. Если информация может храниться клетках, сложно предположить разнообразие будущей инженерии. К примеру органический роботизированный протез, который сможет выполнять вычислительные действия и взаимодействовать с вашим мозгом. Запрограммированные клетки будут более надежными, потому что сбой в их "центральном процессоре" не обязательно приведет к полной потере функции; другие "умные" части протеза могли бы выбрать слабину, и, возможно, даже помочь самим же исправить. Результаты Левина в один прекрасный день помогут исследователям активировать регенерацию не только конечностей в организме человека. "Потеряв большую часть своей печени, к примеру, возможно будет исправить введением нескольких форм обученных клеток," рассказывает Яблонка.

Исследования Левина публиковали известные издания Scientific American, National Geographic, NPR, Wired UK. Они показали, "что-то действительно поразительное может происходит где-то за пределами мозга", подчеркивал Лайт Кларк из Wired. Но, отзывы были смешанными. Ноэль Летоиле, биолог из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, говорит, что Левин должен был использовать больше переменных и других форм стимулов. "Неудачи МакКоннелла по-прежнему отражаются в исследованиях Левина. Это поучительная история в области экспериментальной биологии которая имеет огромный багаж за собой. Тот факт, что многие научно-исследовательские группы испытывали проблемы репликации в 60-х и 70-х означает, что планка была установлена очень высоко, и убедить в правильности своих исследований общество будет сложно, так как в этом деле априори стоит большая доля скептицизма," говорит она.

Через пять лет после атаки Унабомбера, в возрасте 64 лет, Джеймс МакКоннелл перенес сердечный приступ, и скончался. Его друзья и коллеги вспоминают его до сих пор. "Он был человеком, который убедил меня пойти в аспирантуру," говорит Рива Кимбл. Несмотря на критику, он был исследователем, который показал что наука может быть беззаботной и интересной.

Идеи МакКоннелла казалось бы забытые, в течение полувека. От неоднозначных научных идей всегда регулярно отказывались в пользу более разумным, простым предложениям. Но наука не раз показывала, то что люди воспринимают как нечто "простое" не всегда совпадало с "научной простотой". Наши идеи частично сформированы из культуры, которая в данном случае, твердо верит что мозг центр нашей физиологической и психологической Вселенной. Это несомненно верно, но за этим лежит далеко не вся история.

Original story

"Memory in the flesh: A radical 1950s scientist suggested memories could survive outside the brain — and he may have been right".

by Arielle Duhaime-Ross

Photography by M. Scott Brauer