Нейроблиц 2: зачем пинаются дети в утробе и о чем нейробиологу могут сказать новорожденные крысята

Мы продолжаем серию блиц-интервью, которые мы взяли у участников форума Baikal Neuroscience Meeting, который состоялся в июне 2019 года в поселке Большие Коты на берегу крупнейшего пресноводного озера мира. Сегодня представляем вам ответы Михаила Синцова, который работает в Казани младшим научным сотрудником Лаборатории нейробиологии развития КФУ. С этой лабораторией у нас давние дружественные отношения, отчего читать ответы еще приятнее. Несмотря на сравнительно юный возраст учёного, Михаила отличает не только умение работать, но и осмыслять происходящее в современных нейронауках вообще, что, безусловно, является редкостью в наше время.

Фото: Алексей Паевский

Представь себе, что я – тупой журналист или ваша бабушка. Как бы ты рассказал, о чем был твой доклад на конференции и почему это важно?

Наша лаборатория изучает нормальное развитие мозга крыс, как животных моделей развивающегося человеческого мозга. Новорожденные крысы первой недели жизни в своем относительном развитии мозга во многом аналогичны человеку в третьем триместре внутриутробного развития. Согласно современным представлениям, в нейрофизиологии онтогенеза для нормального развития сенсорных и моторных функций головного мозга критически важным являются спонтанные движения, производимые организмом на ранних этапах жизни. Например, к таким спонтанным движениям относятся события, когда “ребенок пинается” в животе у будущей матери. Но оказалось, что эти движения важны не столько для развлечения матери, сколько для правильного формирования соматосенсорных (тактильных) систем мозга у ребенка. Двигаясь и затем упираясь ногой в препятствие, мозг ребенка будет получать информацию о мышечном напряжении, движении, и о последующим тактильном ощущении. Таким образом, мозг получает обогащенную сенсорную информацию, а также информацию о связи между моторными и сенсорными событиями на периферии, — ноге. Однако моторные и сенсорные события могут участвовать и в более причудливых комбинациях. Например, когда резкие тактильные ощущения вызывают движения. В этом случае мозг будет получать информацию о первом тактильном ощущении, движении и последующем тактильном ощущении, вызванным движением. В нашей работе мы охарактеризовали электрическую активность в коре головного мозга и гиппокампе при спонтанных и вызванных движениях новорожденных крыс. Мы обнаружили некоторые контринтуитивные эффекты, например, когда второй сенсорный стимул может подавлять активность от первого сенсорного стимула. Этот эффект не укладывается в наши существующие представления, и это очень хорошо, потому что любое противоречие теории и практики приводит к более полному пониманию такой сложной системы как мозг.

Как ты можешь оценить общий уровень докладов на Байкале? Какие выступления оказались максимально интересны? Зачем нужны такие встречи?

Уровень докладов приятно удивил. Заметно, что организаторы приложили колоссальные усилия, чтобы конференцию посетили действительно сильные и уникальные специалисты. К сожалению, не все работы пересекались с моими интересами, но несколько докладов запечатлелись в памяти. Во-первых, доклад Кристофа Бернарда, который описывал активность мозга во время сна с точки зрения классической теории информации и показал, что мозг проявляет свойства жидкого автомата (liquid state machine), сводя, тем самым, воедино математическую модель Вольфганга Мааса и нейрофизиологию. Поразил своей сложностью и комплексностью доклад Димитрия Куллмана о генетическом подходе к лечению фокальной эпилепсии. И, конечно же, запомнился единственный биофизический доклад Дмитрия Постнова о моделировании связи кровотока, глии и внеклеточного пространства мозга. К сожалению, из-за своего профессионального фокуса “чистые” глиальные доклады оценить не могу (по образованию я вообще физик).

Важны такие встречи для того, чтобы в неформальной и спокойной обстановке можно было познакомиться с ключевыми специалистами в своей области. Это ценно. Очень. Потому что много аспектов работы остается за границей опубликованных статей, и их можно узнать только из личного общения. К тому же, только в личном общении человек может высказать свое мнение. Даже в этом тексте я не буду выражать свое личное мнение точно так же как при общении с глазу на глаз, не говоря уже о статьях в журналах. В наших реалиях участие в подобных европейских конференциях зачастую невозможно, поэтому байкальская конференция была выдающимся событием в отечественной науке, и я благодарен организаторам за приглашение.

Назови пять нерешенных проблем или задач, или неотвеченных вопросов в нейробиологии. Можно больше, можно – меньше.  Какие проблемы стоят максимально остро в твоей области науки?

Я, наверное, расскажу подробно об одном вопросе, с которым я вернулся в научную деятельность и погрузился в нейронауки, и который меня волнует до сих пор. Какова роль потенциалов действия клетки, и зачем нужно было природе создавать сложную и медленную систему химической передачи сигнала для разделения этих потенциалов действия в пространстве и времени? Главное противоречие существования потенциалов действия для меня заключается в том, что на практике большинство наблюдаемых ответов на внешние стимулы — это серия потенциалов действий в целом ансамбле клеток. Причем, существуют характерные зависимости количества потенциалов действий одной клетки и зависимости количества активных клеток в ансамбле от свойств стимула. Таким образом, происходит нарушение локализации как во времени и пространстве, которая так сложно достигалась химической передачей. Инженерно подходя, альтернативным способом является передача информации непрерывным потенциалом посредством электрических синапсов. А ведь может быть и такое, что для нормального функционирования организма конкретный тип передачи — через непрерывный потенциал или через частоту потенциалов действия — вообще не важен, а потенциалы действия закрепились хоть и давно, но случайно. Связанный с этим вопрос, так ли важно конкретное время или конкретная последовательность активности клеток (например, энграм) для выполнения определенной функции, или важна лишь средняя активность?

А по поводу нашей тематики (нервная система в развитии) самая главная проблема — это влияние генетических факторов и факторов окружающей среды в развитии мозга. Насколько детерминировано развитие мозга по отношению к генетическому коду, и каково влияние индивидуального опыта? Этот вопрос возникает особенно остро, потому что пластичность мозга, особенно, на ранних этапах развития, крайне велика. Есть экспериментальные подтверждения, что наличие или отсутствие определенного сенсорного опыта может приводить к сильнейшим анатомическим изменениям мозга, например, в опытах при сенсорной депривации конечности у крыс или трансплантации третьего глаза у лягушек. Если коротко, то, конечно, генетика важна, но индивидуальный опыт тоже важен, и этот баланс по-разному раскрывается в разных экспериментах.

Какие достижения в нейробиологии последних 20-30 лет, по вашему мнению, еще не отмечены Нобелевской премией, но достойны ее.

Оптогенетика, бесспорно. Она позволяет проводить точечную стимуляцию, в отличие от электрической, когда активируются сразу большие ансамбли клеток. Онтогенетически же можно достигать специфичность активации на уровне клеток определенного типа. Еще стоит отметить мини-брейны — органоиды мозга, выращенные в искусственных средах. И еще одно, правда, не уверен, что может относиться именно к Нобелевской премии, но в области клеточной терапии нейродегенеративных заболеваний с помощью собственных же индуцированных плюрипотентных клеток нас ждут большие открытия.

В современных науках о жизни очень актуальна проблема невоспроизводимости. Насколько остро она стоит в нейронауках?

Бесспорно, остро. Это узкие места. Причем, когда читаешь работу, делаешь по ней эксперимент, и получаешь другой результат, невозможно так сразу сказать, это может быть и откровенный фрод авторов, и их самообман, или даже просто проявление физиологической вариации конкретной выборки животных. Но, в первую очередь, у тебя самого руки могут быть кривые, раз так повторить не можешь. Мой шеф (Рустем Хазипов — прим. А.П.) может читать статьи так, чтобы сразу видеть в них узкие места, я — нет. Как этому учиться — непонятно. Возможно, количество переходит в качество, и из часов проведенных за установкой и статьями, можно вывести какие-то критерии. Но, скорее всего, это сложно формализуемое внутреннее чутье. По своему развитию я уже перешагнул через первоначальный подъем наивности, когда веришь всему, что написано, и теперь очутился на плато скептицизма, когда подвергаешь сомнению вообще любую информацию, что также контрпродуктивно. Дальше только дорога из желтых кирпичей к настороженному позитивизму, когда можешь делать выбор и отсеивать заведомый шлак. Сейчас очень много дебатов ведется по поводу того, как проблему воспроизводимости решить. Рядом с ней же лежит и проблема субъективности. Зачастую, невоспроизводимость является следствием искусственно завышенной значимости полученных результатов (“я ученый, я так вижу”). Сейчас даже предлагают публиковать пререгистрацию эксперимента, когда ты публикуешь детально протокол эксперимента и обработки данных, и потом обязуешься опубликовать результаты по выполнению всех этих действий, — такой дериватив публикации, фьючерс. Это поможет исключить человеческий фактор и жонглирование статтестами. Возможно, стоит ввести выделить отдельный класс работ по повторению результатов чужих работ — какой-нибудь, Российский центр валидации научных исследований (РЦВНИ). Одно можно сказать точно, публиковать исходные данные надо учиться уже сейчас, спрос на них должен расти.

Вопросы задавал Алексей Паевский