С.А. Бурлак и К.В. Анохин выступили на встрече в редакции журнала «Наука и жизнь»
25 сентября в редакции журнала «Наука и жизнь» были прочитаны два доклада: С.А. Бурлак «Роль эффекта Болдуина в происхождении человеческого языка» и К.В. Анохина «Когнитом – теория реализованных степеней свободы мозга». Приводим краткое содержание докладов.
Эффект Болдуина – это такой эволюционный механизм, состоящий в том, что сначала организмы как-то себя ведут – все по-разному, – а отбор проходят те, чьи гены, как минимум, не препятствуют (а лучше – прямо способствуют) полезному поведению. Соответственно, склонность к полезному поведению получает генетическое закрепление.
Cтарший научный сотрудник Института востоковедения РАН, известный лингвист Светлана Анатольевна Бурлак рассказала о том, что в ходе эволюции человека этот эффект, видимо, играл значительную роль. Вспомнить хотя бы изготовление каменных орудий. Сначала их делали австралопитеки – кто во что горазд, а потом, у ранних Homo, сформировалась трудовая кисть, которой орудия делать более удобно. И предположить, что сначала была мутация, а потом уж гоминиды додумались, что с такими руками делать, невозможно: датировки свидетельствуют, что первые орудия старше первых хабилисов.
Австралопитеки, скорее всего, пользовались жестами, как современные шимпанзе или бонобо: у них и руки были в целом обезьяньи, и мозги, и, вероятно, голосовой аппарат. Но когда гоминиды начали регулярно изготавливать орудия (а также таскать с собой и применять по разным поводам), с жестами начались трудности. Потребовались дополнительные мозговые ресурсы, чтобы с ними справляться. Может быть, именно поэтому рядом с моторной и премоторной корой (там, где у человека расположена зона Брока) у ранних Homo отмечается рост мозга? Вообще, у ранних Homo мозги очень разные – а на следующую ступень той эволюционной линии, которая ведёт к человеку, переходят те, у кого мозгов больше. Опять эффект Болдуина: думают все, а отбираются те, у кого получается лучше.
У гейдельбергского человека можно видеть достаточно развитый комплекс приспособлений для артикулированной звучащей речи, в частности, формируется новая (по крайней мере, у обезьян её нет) область лучшей слышимости – на тех частотах, которые становятся значимы, когда звуки различаются с помощью артикуляции. Это стало возможным установить, когда в Атапуэрке были найдены слуховые косточки нескольких Homo heidelbergensis. И снова – вариабельность: слушают все, кто как умеет, а в сапиенсы выйдут те, у кого получается лучше, те, кому удаcтся закрепить это улучшение в генах.
Известный нейробиолог, член-корреспондент РАН и РАМН, Константин Владимирович Анохин говорил о том, что если мы изучаем эволюцию живых существ, у которых есть нервная система и, тем самым, поведение, то это поведение может оказывать на эволюцию, в том числе морфологическую, очень существенное влияние. Основы эпигенетической теории эволюции, совместимой с дарвиновскими представлениями о роли естественного отбора, были заложены ещё Дж.М. Болдуином, К.Л. Морганом и Г.Ф. Осборном в идее так называемого «органического отбора». Эта теория получила продолжение в работах И.И. Шмальгаузена по стабилизирующему отбору и К. Уоддингтона по генетической ассимиляции. Из эпигенетических теорий эволюции в частности следует, что для понимания эволюции обладателей нервной системы, способных адаптироваться к окружающей среде при помощи поведения, недостаточно знать их геном – ведь многому особи учатся при жизни. И естественный отбор благоприятствует тем генетическим характеристикам, которые делают обучение тому, что для данного вида в данной экологической нише важно, более быстрым и эффективным. Чтобы понимать, что именно в поведении и нейроморфологии организмов подвергается отбору, необходимо изучать «коннектом» – совокупность связей, присущих нервной системе того или иного вида и определяющих, как она может (и как не может) создавать объединения нейронов для осуществления тех или иных адаптивных функций.
Но для того, чтобы расшифровать коннектом даже очень простого организма, такого, как, например, дрозофилы, требуются колоссальные усилия и ресурсы. К.В. Анохин предложил зайти с другой стороны – исследовать не вообще все возможные связи нейронов, а те нейронные ансамбли, активация которых соответствует единицам когнитивного опыта. Например, познакомились мы с каким-то новым человеком – у нас активировался некоторый ансамбль нейронов. Когда мы встретим его ещё раз, этот ансамбль активируется снова, и мы его узнаем. При каждой встрече человек будет открывать нам немного с другой стороны, и набор активированных нейронов будет немного другой. А тот нейрон, который будет входить в каждый такой ансамбль, станет в итоге «нейроном этого человека»: он будет активироваться всякий раз, когда мы будем видеть изображение этого человека (даже если он в маске, но мы знаем, что это именно он), карикатуру на этого человека и даже просто его имя и фамилию, написанные на экране. Иногда нейрон активируется ошибочно – и в этом случае человек принимает один образ за другой, похожий.
У каждой единицы когнитивного опыта нейронный ансамбль свой. Но можно ли узнать, какие нейроны в нём участвовали? Оказывается, можно. К.В. Анохин и его коллеги нашли гены (один из них – известный ген c-fos), которые экспрессируются в нейронах мозга в ответ на новизну. Любую. И это открыло совершенно новые перспективы экспериментальных исследований распределенных сетей нейронов мозга, обеспечивающих формирование новых единиц когнитивного опыта. Если сделать трансгенное животное, у которого под промотором этого гена будет поставлен ген, кодирующий флуоресцентный белок (чтобы и естественный, и «репортерный» ген экспрессировались вместе), то нейроны, поучаствовавшие в приобретении когнитивного опыта, можно будет увидеть по их флуоресценции (и отличить от тех нейронов, которые в приобретении этого опыта не участвовали). Если под промотор гена c-fos поставить ген, кодирующий белок светочувствительного ионного канала, либо активирующего, либо тормозящего нейроны, то данный когнитивный опыт можно либо вызвать, либо заблокировать, облучив мозг светом (при этом среагируют только те клетки, в которых при данном опыте экспрессировался c-fos). Если под промотор гена c-fos поставить ген, кодирующий белок-рецептор, чувствительный к определённому химическому веществу, можно наложить одно воспоминание на другое. В опыте мышей сажали в новую для них клетку (они с ней знакомились, и в некоторых нейронах экспрессировался ген c-fos). Потом – в другой клетке – мыши получали удар током (и теперь ген c-fos экспрессировался в другом наборе нейронов). Но у части животных исследователи, вводя нужное вещество, заставляли в это время активироваться и старый набор нейронов, как бы «подмешивая» его к формирующейся памяти об опасной обстановке. Когда они потом помещали таких мышей в первую клетку, то мыши испытывали хорошо заметный страх в той клетке, где с ними никто ничего не делал – у них сформировался искусственный «синтетический» след опыта.
Таким образом можно непосредственно исследовать нейронные основы единиц когнитивного опыта. Их полный набор и есть когнитом.
См. также:
