Чаще всего исследования проводятся на таких простых организмах, как дрозофилы, мыши и черви. Несмотря на размер, они подробно отображают работу нашего мозга, так как строение этого органа и систем жизнеобеспечения удивительно схожи у большинства биологических видов. Любой мозг, простой или сложный, использует нейроны в качестве строительных блоков, и все представители царства животных применяют практически идентичную систему электрохимической связи (поэтому, если взять дефектный ген у человека с болезнью Паркинсона и поместить его в геном мыши, у нее возникнет тремор, напоминающий проявления этого заболевания у людей). Понятно, что мышь и человек – не одно и то же. Однако можно перенести на людей результаты экспериментов на более простых организмах и объединить их вместе с открытиями в других науках, чтобы понять, как генерируется поведение и как обратить эти знания на пользу всему обществу и отдельным людям.
Генная инженерия позволила создать мышь Брэйнбоу
[16] – революционную технологию, которая позволяет увидеть формирование поведения на нейронном уровне. Мышь Брэйнбоу – генно-модифицированный организм, созданный в 2007 году профессором клеточной и молекулярной биологии Джеффом У. Лихтманом из Гарвардского университета. Такое броское имя она получила из-за того, что ее мозг светился всеми цветами радуги (я говорю «она», но подразумеваю «они», поскольку с 2007 года сменились уже сотни поколений мышей Брэйн– боу).
Изначально в нервные клетки грызуна внедряли ген медуз, которые светятся флуоресцентным зеленым светом, чтобы отпугивать хищников. Ученые модифицировали его так, чтобы он был выражен всегда, клонировали и ввели в мозг мыши Брэйнбоу. Такая маркировка отдельных нейронов позволила рассматривать их обособленно от других клеток и видеть всю сложную картину связей в мозге. Это сразу помогло построить анатомическую карту мозга и использовать беспрецедентные методы исследования. В результате были собраны обширные материалы для новой области коннектомики: создания картины коннектома и проводящих путей, служащих основой мышления. Так Лихтман смог описать электрическую схему работающего мозга.
Благодаря этому и другим методам, например оптогенетике (ее нам еще предстоит обсудить), углубилось наше понимание того, как конкретные системы в мозге заставляют нас испытывать те или иные чувства, например мотивацию и вознаграждение. Итак, что именно делает система вознаграждения (гедонические пути)? Как она эволюционировала и как связана с нашим выбором пищи?
Ученые изучают систему вознаграждения уже более 60 лет, с тех пор как ее случайно открыли в 1954 году. Тогда исследователи обнаружили, что крыса будет нажимать на рычаг сотни и даже тысячи раз в час, пока не выбьется из сил, если эти действия стимулирует определенный мозговой контур. Оказалось, что люди ведут себя точно так же. Все дело в том, что система вознаграждения возникла у живых существ еще в глубокой древности и по-прежнему передается из поколения в поколение у самых разных видов. Поэтому система вознаграждения крысы, мыши, собаки или кошки по структуре и функциям почти не отличается от нашей с вами. Она возникла, чтобы облегчить выживание вида и мотивировать нас тратить драгоценную энергию на сохранение жизни и размножение.
Эта система состоит из трех частей. Первая находится в крошечном скоплении нервных клеток в глубине среднего мозга – в вентральной области покрышки. Здесь вырабатывается дофамин, который поступает в прилежащее ядро мозга – миндалевидную часть, отвечающую на дофамин электрической активностью. Этот контур активируется всякий раз, когда мы испытываем наслаждение. Достаточно просто подумать о действиях, от которых мы получаем удовольствие, например о еде и сексе. К счастью, природа позаботилась о том, чтобы этот мозговой контур реагировал не только на мысли, чтобы мотивировать нас искать больше еды, больше заниматься сексом или убегать от хищников. Следовательно, эта область мозга существенно облегчает достижение всех трех основных жизненных целей (так держать, эволюция, это очень эффективное решение).
Прилежащее ядро мозга и префронтальная кора (область мозга, которая расположена сразу за лбом и участвует в управлении такими сложными формами когнитивного поведения, как мышление, планирование, гибкость ума и принятие решений) связаны между собой. Поэтому мы запоминаем чувство удовольствия и связываем его с правильными триггерами, что побуждает нас повторять этот опыт.
Интересно, что наркотические вещества взламывают эту систему, из-за чего возникает зависимость (не очень удачная идея, эволюция, это неприятный побочный эффект). Существует ошибочное мнение, что сахар влияет на систему вознаграждения так же, как героин или алкоголь, однако механизм контроля, который должен блокировать неограниченный аппетит, не всегда работает исправно. Когда желудок полон, он посылает в мозг сигнал, который требует прекратить прием пищи из-за отсутствия места для нее. Но беда в том, что наша тормозная система срабатывает не сразу, потому сигнал часто доходит с запозданием. Бариатрия – хирургическая операция по уменьшению объема желудка – является крайней мерой, позволяющей ускорить ощущение сытости и предостеречь человека от переедания. Как биологический вид мы несовершенны в принятии решения о том, когда пора остановиться насыщаться чем-то приятным. Чем больше, тем лучше – так запрограммированы наши тело и мозг, а соответствующие модели поведения задаются именно системой вознаграждения.
Причина этого заключается в том, что наша система поощрения развивалась в среде, значительно отличающейся от современной. Млекопитающие эволюционировали 250 миллионов лет, употребляя в пищу все, что попадется. Механизмы и способности, которые позволяли лучше искать пропитание, быстрее потреблять еду, есть даже после насыщения, эффективнее копить жир и как можно дольше его сохранять, давали свои преимущества. Эти особенности постепенно улучшались, и люди передавали соответствующие гены через поколения. В то же время лень – это тоже благо, за исключением отдельных случаев. Мы эволюционировали с целью расходовать энергию на поиск пищи, ее употребление, а затем на размножение, и этого было достаточно.
В современном мире мы можем есть хоть круглые сутки. Нам больше не нужно покидать дом, чтобы найти пропитание. Можно даже заказать еду через Интернет, и ее доставят прямо домой. Уже нет необходимости питаться так, словно впереди нас ждут несколько дней голода, но биологические механизмы, которые определяют наше пищевое поведение и велят продолжать есть, никуда не ушли.
Неужели человечество запрограммировано на переедание?
С развитием генной инженерии современные исследования науки о питании становятся все более изощренными, а их результаты все проще применять в терапии. Чтобы лучше разобраться, какую роль играют унаследованные черты и твердые биологические структуры, а какую – влияние окружающей среды, я вновь оседлала велосипед и, несмотря на сильный дождь и ветер, отправилась в офис доктора Джайлса Йео. Уже почти 20 лет он занимается вопросами генетики ожирения в лаборатории отделения по изучению метаболизма Кембриджского университета при городской больнице.
