Глава 6

Мышь, которая зарычала

Если вы читаете журналы Time или Wired, возможно, вы знаете, что разные регионы мозга возбуждаются, когда вы делаете разные вещи, поэтому можно предположить, что в вашем мозге есть особая область, которая активируется, когда вы свирепеете. Однако, если речь идет о ярости, пока еще никому не удалось найти такую область у человека. Да, вы можете положить человека в томограф и спросить, испытывает ли он гнев или страх, и да, вы увидите, как активируются определенные области мозга. Но если вы поместите в томограф другого человека и проведете тот же эксперимент, вы увидите активацию в других областях или не увидите вообще.

Некоторые ученые, как, например, психолог Лиза Фельдман Барретт, пришли к выводу, что если мы не можем найти единую область, которая активируется, когда люди испуганы или злятся, то такой области просто нет. Нечего искать. Фельдман Барретт считает, что эмоции распределены по многим областям мозга, а не сконцентрированы в одной определенной структуре, например в миндалевидном теле. Более того, это распределение неодинаково у разных людей (наши мозги — как снежинки: среди них нет двух одинаковых). Согласно этой точке зрения, в мозге нет единого места для гнева. И хотя, скорее всего, представление о распределении по разным участкам мозга верно, это не значит, что для эмоций нет участвующих в этом распределенном коде структур — таких, как миндалевидное тело.

В главе 5 мы увидели, что можно немного разобраться, как мозг управляет агрессией у плодовых мушек. Разумеется, гнев и агрессия не одно и то же. Однако гнев — это внутреннее состояние, а изучение мозговых систем, которые контролируют агрессию у плодовых мушек, привело нас и других исследователей к открытию некоторых внутренних состояний, лежащих в основе агрессивного поведения, и нейронов, которые их создают. Неясно, насколько похожи эти состояния на гнев и ярость млекопитающих (в том числе человека), но такие исследования, по крайней мере, делают шаг в нужном направлении.

Можно ли применить тот же подход для организмов, которые эволюционно ближе к нам? Другими словами, можем ли мы для начала попытаться идентифицировать нейроны, контролирующие агрессию у млекопитающих, и посмотреть, не поможет ли изучение их взаимосвязей в мозге понять что-то про внутренние состояния, которые управляют этим поведением? В главе 3 мы увидели, как нейроны, контролирующие оборонительное поведение, связанное со страхом, также кодируют такие свойства эмоций, характерные для данного поведения, как продолжительность, валентность, масштабируемость и генерализация. Может ли то же самое получиться и с агрессией? Если да, то таким образом укрепляется идея, что изучение элементарных свойств — общий подход к анализу эмоций и, возможно, он даст нам больше возможностей для разработки новых методов лечения эмоциональных и других психических расстройств (мы обсудим это в главе 9).

Начать надо с размышлений, какое животное лучше выбрать для изучения этого вопроса. Обезьяны — ближайшие к нам млекопитающие, но их использование в лабораторных экспериментах строго регламентировано, поэтому работать с ними очень дорого. А биомедицинские исследования на наших самых близких родственниках, шимпанзе, вообще запрещены. Поэтому внимание придется переключить на более эволюционно далеких млекопитающих, таких как крысы, мыши, морские свинки и кошки. И хотя любителям домашних питомцев (и мне в их числе) может показаться жутковатой идея использовать кошек в исследованиях мозга, с начала прошлого столетия и до 1970-х годов кошки были излюбленным объектом нейрофизиологов при изучении функций мозга, так как они довольно крупные животные, их легко достать, а их мозг по структуре похож на наш. Действительно, самое революционное открытие в изучении агрессии было сделано именно на кошках.

В конце 1920-х годов швейцарский нейрофизиолог Вальтер Гесс стимулировал разные области мозга кошки, чтобы посмотреть, как это влияет на поведение животного. Гесса интересовало, распределена ли ярость равномерно по мозгу или же сконцентрирована в особой области. Он рассуждал так: если есть такая область, то ее можно найти, подавая электрический ток в разные области мозга и наблюдая, стимуляция какой из них вызывает агрессивную реакцию. Конечно, мозг (даже кошачий) очень велик и с большой вероятностью можно просто промахнуться, но когда риск не поймать рыбу останавливал рыбака?

Возникает вопрос: а что, если введение электродов в мозг животного само по себе причиняет достаточно страданий, чтобы вызвать гнев и агрессию? Но в действительности это безболезненно, поскольку в мозге нет болевых рецепторов, все они находятся на нервных окончаниях в коже, мышцах и зубах. Неврологи вводят электроды в мозг человека для стимуляции в терапевтических целях, например для облегчения симптомов болезни Паркинсона. Этот метод называется стимуляцией глубоких структур мозга (СГСМ), и он не так уж плох — более того, для людей с определенными заболеваниями он даже полезен. Но по этическим причинам у людей вы не можете делать СГСМ в любом месте мозга просто из любопытства. Если вы хотите просверлить в черепе дырку, вставить туда электроды и стимулировать определенную область, то у вас должны быть для этого серьезные медицинские показания. И нет никаких медицинских оснований пытаться стимулировать мозг людей только ради того, чтобы посмотреть, сможете ли вы их разозлить таким способом.

Итак, в 1928 году Вальтер Гесс проводил СГСМ на кошках, чтобы проверить, вызовет ли стимуляция какой-либо части мозга проявления гнева. Гесс проверял области одну за другой, но ничего особенного не находил. И вдруг произошло нечто, из-за чего у него, вероятно, отвисла челюсть от удивления. Когда он стимулировал определенную область гипоталамуса, то кошка, которая спокойно сидела на лабораторном столе (размышляя, видимо, как бы столкнуть пробирки и посмотреть на то, как они разбиваются об пол), внезапно превратилась в шипящее, плюющееся существо: уши прижаты, зубы оскалены, хвост распушен, спина выгнута дугой, как будто перед ней возник злейший враг. А после выключения электрического тока все прекратилось и кошка, вероятно, переключилась на мысли о разматывании клубков пряжи. Когда Гесс снова включил ток, все повторилось. Гесс открыл агрессию, вызванную стимуляцией мозга. Если он помещал электроды в немного другую область и стимулировал ее, ничего подобного не происходило. Это означало, что область мозга, вызывающая агрессию, была четко локализована.

Я никогда не общался с Гессом, но, как его коллега-ученый, могу сказать, что если бы я получил аналогичный результат (а я практически получил, только в XXI веке и в экспериментах на мышах), то после того, как утихли волнение и восторг, я бы сразу забеспокоился, не случайность ли это. Лично я сталкивался со многими ситуациями, когда потрясающие поведенческие результаты не воспроизводились на следующий день. Иногда животные просто не хотят сотрудничать. Возможно, именно у этой кошки был какой-то опыт насилия в детстве, и она уже была настроена на драку. Поэтому я уверен, что Гесс первым делом попробовал повторить этот эксперимент на разных кошках, чтобы убедиться в достоверности эффекта и его воспроизводимости.

Сделать это не так просто, как кажется. Попытка точно попасть электродом в небольшую область в мозге разных кошек напоминает трехмерную версию игры «Приколи ослу хвост». Если сделать это просто на глазок, то шансы попасть в одну точку у двух (и более) животных ничтожны. К счастью, Гесс был не только удачлив, но и сообразителен. У него был стереотаксический прибор, позволяющий зафиксировать голову животного (после введения анестезии для операции) и с помощью особых координат по осям X, Y и Z точно помещать электрод в определенное место в каждом мозге. Это устройство позволяет нейрохирургам локализовать эпилептический очаг в мозге человека, страдающего от судорог. Чтобы научиться им пользоваться, требуется определенная натренированность и ловкость рук, но, освоив этот прибор, вы сможете с высокой точностью попадать в один и тот же участок мозга у разных животных.

Когда Гесс точно определил координаты, он обнаружил, что может воспроизводить этот эффект, который он назвал das affektiv Abweherreaktion — аффективной оборонительной реакцией, практически на каждой протестированной кошке. Оказалось, что в мозге кошек действительно есть область, стимуляция которой вызывает проявление ярости, похожее на естественное, подлинное, на вид такое же, как у моего Бастера, когда он столкнулся с другим котом, вторгшимся на мой задний двор. Нужная область находилась глубоко в гипоталамусе — древнем отделе мозга, который есть и у человека. Это означало, что нейроны, которые контролируют поведенческое проявление ярости, а может, и саму ярость, не случайным образом распределены по всему мозгу, как некое облако электрической активности, но локализованы в определенной области. Довольно весомо звучит, да? Может быть, это достойно Нобелевской премии? И да, это открытие было удостоено Нобелевской премии, которую Гесс получил в 1949 году вместе с португальским нейрохирургом Эгашем Монишем.

Что же осталось сделать нам после революционного открытия Гесса 1928 года? Гесс обнаружил, что существует определенный участок мозга, контролирующий ярость, что он расположен в гипоталамусе и что его можно включать и выключать с помощью электрической стимуляции. Это означает, что способность к ярости — не приобретенное свойство, а врожденное, оно доведено до совершенства миллионами лет эволюции и «вмонтировано» в мозг в процессе его развития. Мы закончили? Можем ли мы перейти к радости, грусти, страху, отвращению и злорадству?

Не совсем. Как и любое другое революционное научное наблюдение, открытие Гесса породило множество новых вопросов и даже вызвало некоторые споры. Например, некоторые скептики утверждали, что, если искусственная стимуляция определенной области мозга вызывает что-то, напоминающее ярость, еще не факт, что эта же область будет активна при естественной злости у кошки. Что, если стимуляция просто нарушает электрическую активность мозга и это делает кошку неадекватной? Попытаться записать электрическую активность в гипоталамусе во время кошачьей драки было бы плохой идеей: электроды будут вырваны, а главной жертвой станет сам Гесс, а не другая кошка. Является ли область, обнаруженная Гессом, хотя бы необходимой для естественного агрессивного поведения? Некоторые исследователи пытались ответить на этот вопрос, выборочно разрушая гипоталамус с помощью сильного электрического тока. Они получили противоречивые результаты: в некоторых случаях агрессия снижалась, но в некоторых, наоборот, усиливалась.

Основная проблема заключалась в том, что методы, которые использовал Гесс, были слишком грубы. Главное, с их помощью нельзя было определить, стимуляция каких именно нейронов запускает агрессию. Когда вы подаете электрический ток через металлический проводник, как делал это Гесс, то даже в такой относительно замкнутой области, как гипоталамус, ток течет, подобно воде, по пути наименьшего сопротивления, охватывая довольно обширные участки и активируя сотни и тысячи разных нейронов. Это не позволяет узнать, какие нейроны отвечают за выявленный эффект.

Если бы удалось найти эти нейроны, то можно было бы задать о них много новых вопросов. Например, контролируют ли эти нейроны именно агрессию, как те, что мы открыли в мозге у мушек, или же эти нейроны управляют и другим врожденным поведением, таким как бегство или спаривание? Если верно второе, то как мозг в каждый конкретный момент решает, следует ли использовать эти нейроны для агрессии, а не для какого-то другого поведения, которым они тоже могут управлять? Действительно ли в экспериментах Гесса проявлялась «врожденная» агрессия? Как мы упоминали в главе 5, плодовые мушки, вылупившиеся из куколок в изоляции, начинают драться, как только встретятся с другой мухой, — тут, очевидно, не требуется никакого обучения. Кошки в эксперименте Гесса не были выращены в контролируемых лабораторных условиях: скорее всего, это были бродячие кошки, выловленные на улицах Цюриха, где у них имелось достаточно времени, чтобы научиться драться.

Все эти вопросы были и остаются важными и обоснованными. Но на них сложно было ответить, работая с кошками, и не только потому, что они по своей природе замкнуты и не хотят сотрудничать. Поэтому другие исследователи потратили десятилетия, чтобы воспроизвести результаты Гесса на крысах и морских свинках — животных, с которыми было проще работать. Например, ведущий нидерландский нейрофизиолог Менно Крук систематически с высокой точностью стимулировал все более мелкие участки мозга крыс и уточнил область, вызывающую агрессию, выделив небольшой участок, который вместе с коллегами назвал «гипоталамическая область атаки». Электрическая стимуляция этой области стабильно вызывала реакцию нападения у крысы, которая в другое время занималась своими делами.

Даже несмотря на такие героические усилия, экспериментальные методы того времени (1980-х годов) все еще не обладали точностью, необходимой, чтобы выявить отдельные нейроны. А без идентификации этих нейронов сложно ответить на остальные важные вопросы. Поэтому к середине 1990-х годов развитие в этой области начало замедляться. Появление новых методов каузальной нейробиологии позволило изучать работу мозга более детально. Однако эти методы требовали генетических вмешательств, что было проще делать на мышах, поскольку к тому времени существовала уже долгая традиция генетических исследований, выполненных именно на этих животных, а не на крысах и морских свинках. Нейрофизиологи и психологи в своих исследованиях не обращали внимания на генетику, что и отражалось на выборе ими экспериментальных объектов.

Так почему бы просто не взять нескольких мышей и не попробовать вызвать у них агрессивное поведение, стимулируя электрическим током гипоталамус? Именно это мы пытались сделать в моей лаборатории начиная с 2009 года. Даю Линь — новая талантливая сотрудница в моей группе, у которой были навыки работы в электрофизиологии, — решила повторить на мышах классический эксперимент Гесса, как это сделал Менно Крук на крысах. Она проделала это не один, а более сорока раз. Угадайте, что она обнаружила? Вместо того чтобы нападать во время стимуляции, как это делали кошки и крысы, мыши пугались, замирали в углу камеры или пытались оттуда выпрыгнуть. Наконец мы поняли, почему за 80 лет после выхода знаменитой работы Гесса никто не опубликовал статью, описывающую вызванную стимуляцией агрессию у мышей. Эксперимент просто не работал на этих животных, по крайней мере в том виде, в каком проводил его Гесс. Это потому, что мыши менее агрессивны, чем кошки и крысы? Нет, они даже более агрессивные и злобные. Может быть, потому, что мы поместили электроды в другую область мозга? Нет, вряд ли: мозг у мышей очень похож на мозг у крыс.

Так что же теперь? Мы хотели повторить эксперимент Гесса с помощью новых сложных генетических инструментов, чтобы точно идентифицировать вовлеченные нейроны, но такие методы легко использовать только на мышах, а эксперимент Гесса на мышах, видимо, не получался. Итак, мы оказались между молотом и наковальней. Что делать? Продолжить попытки? Потратить годы на переделку с нуля всех мышиных генетических технологий, чтобы они работали на крысах, на которых хорошо воспроизводится эксперимент Гесса? Или оставить это и заняться изучением поведения, которое легче вызвать у мышей, например поедания сыра?

Мы бились над этими вопросами, а тем временем (чуть ранее, около 2006–2007 года) нейробиолог из Стэнфордского университета Карл Диссерот вместе со своим сотрудником Эдом Бойденом разработали принципиально новую технологию, позволяющую искусственно стимулировать нейроны с помощью света. Эта технология была одним из вариантов метода, предложенного нейробиологом из Оксфордского университета Геро Мизенбеком и получившего название «оптогенетика». Кратко я уже упоминал о ней в предыдущих главах — мы использовали эту технологию, чтобы активировать нейроны страха у мышей и нейроны агрессии у мух, — но сейчас стоит остановиться на ней подробнее, поскольку она занимает центральное место в работе, описанной в этой главе.

Общий принцип основан на том, что нейроны — это электровозбудимые клетки: стоит впустить в них немного положительно заряженных ионов из солевого раствора, в который они погружены, как клетки активируются и начинают разряжаться, генерируя пачки электрических импульсов, распространяющихся по их аксонам. Это чем-то похоже на разжигание костра: в нейроне уже есть дрова, и надо только поднести спичку. Обычно нейроны защищены от проникновения ионов (иначе бы они постоянно разряжались). Но в мембране, покрывающей клетку, есть белки — ионные каналы. Эти каналы образуют специальные туннели сквозь мембрану, через которые ионы (например, ионы натрия) могут пройти внутрь клетки. Чтобы канал открылся и пропустил поток ионов в клетку, требуется энергия. Опсины — такой класс каналов, где источником энергии служит свет определенной длины волны (см. главу 4). Некоторые опсины активируются синим светом, другие — красным, в соответствии с их молекулярной структурой. Итак, если вы с помощью генной инженерии встроите светочувствительный ионный канал в нейрон и осветите клетку светом нужной длины волны, то ионы натрия устремятся внутрь и нейрон начнет разряжаться (рис. 6.1А). Отсюда и термин «оптогенетика».

И хотя у млекопитающих много разных ионных каналов на нейронах, подавляющее большинство их не активируется светом, так как он не может проникать сквозь череп, чтобы достичь нервных клеток. Опсины нехарактерны для млекопитающих и встречаются в основном у микроорганизмов. Например, на мембране одноклеточной водоросли хламидомонады (Chlamydomonas reinhardtii) находится ионный канал под названием «канальный родопсин-2» (ChR2), который активируется синим светом. Когда этот родопсин поглощает синий свет, он открывается и ионы натрия и калия могут зайти в клетку. Этот заряд активирует клетку водоросли и позволяет ей плыть к источнику света за счет биения вправо-влево тонкого выроста — жгутика, такого же, как у плавающего сперматозоида.

Благодаря новаторской работе немецких ученых — биохимика Петера Хегемана и молекулярного биолога Георга Нагеля — стало понятно, что синим светом можно открывать непосредственно ионный канал ChR2, вставленный в чужую клетку, не имеющую в норме гена этого белка, например в яйцеклетку лягушки. Это возможно, поскольку ChR2 работает одновременно и как датчик освещенности, и как ионный канал. Генетический код практически универсален, поэтому, когда Диссерот и Бойден встроили ген ChR2 (то есть соответствующий фрагмент ДНК) в мышиный нейрон, растущий в чашке Петри, у них получилось активировать нейрон, осветив его синим светом. Каждое включение синего света заставляло нейрон «разряжаться», то есть генерировать потенциал действия — резкое изменение электрического потенциала на мембране, распространяющееся по клетке (см. рис. 6.1А, внизу). Диссерот и Бойден показали, что можно контролировать частоту разрядов нейрона, просто управляя частотой подачи импульсов синего света с помощью лазера.

У этой технологии есть два важных преимущества перед прямой стимуляцией электрическим током с помощью металлических электродов. Во-первых, большинство нейронов мозга не реагируют на свет. Поэтому если вы встроите ген ChR2 в нейроны небольшой области мозга и осветите ее через тонкое оптоволокно, то, даже если свет выйдет за пределы вашей зоны, он не активирует окружающие клетки. Тогда как электрический ток будет активировать все нейроны на своем пути в мозге. Во-вторых, поскольку вы встраиваете ChR2 в нейрон в виде гена, то можете использовать генетические «почтовые индексы» (как те, которые мы обсуждали в главе 3), чтобы поместить родопсин в определенную популяцию нейронов. То есть если эти помеченные нейроны расположены вперемешку с нейронами, у которых нет такого ДНК-индекса, то, когда вы посветите на них, активируются не все клетки, а только нужные. Это позволяет контролировать, какие именно нейроны вы активируете, гораздо точнее, чем можно сделать с помощью метода электрической стимуляции, который использовал Гесс.

Почему мы решили, что использование оптогенетики поможет вызвать агрессию, хотя этого не получилось сделать электрической стимуляцией? Вспомните, когда мы пытались стимулировать гипоталамическую область атаки у мышей с помощью электродов, то животные либо замирали, либо пытались выпрыгнуть, словно были напуганы. Вместо того чтобы вызвать реакцию «бей», то есть агрессивное поведение, мы, видимо, запускали реакцию «беги». Почему это могло произойти? Чтобы объяснить, мне надо немного подробнее рассказать о строении той области гипоталамуса, которую мы стимулировали.

Руководствуясь работой Менно Крука с крысами, мы пытались стимулировать похожую на грушу область гипоталамуса, о которой говорилось в главе 3, — вентромедиальный гипоталамус, или ВМГ (рис. 6.1Б). В той главе я описывал, как оптогенетическая стимуляция нейронов дорсомедиального ВМГ (дмВМГ) — части, расположенной на вершине грушевидной структуры (рис. 6.1В), — вызывала замирание и реакцию бегства, а также порождала внутреннее состояние, подобное страху (испугу). Исследование Крука предполагает, что нейроны, отвечающие за агрессию, расположены внизу этой грушевидной структуры в области вентролатерального ВМГ (влВМГ на рис. 6.1Г). Однако, к нашему разочарованию, когда мы пытались воспроизвести результаты Гесса, стимулируя электрическим током влВМГ, мы получили лишь реакцию испуга: замирание и прыжки. Как такое могло быть? Неужели мы просто промахнулись?

Возможно, у мышей, в отличие от крыс, в нижней части этой грушевидной структуры нет нейронов, запускающих агрессивное поведение. Не исключено, что вся эта структура (ВМГ) отвечает у мышей за управление страхом. А еще возможно, что, как и у крыс, у мышей есть нейроны, отвечающие за агрессию, во влВМГ, но, когда мы пытаемся стимулировать их электрическим током, он проходит и в расположенную выше область (дмВМГ) и активирует находящиеся там нейроны, запускающие реакцию страха. Вероятно, если вы будете одновременно искусственно стимулировать нейроны страха и агрессии, то страх подавит агрессию.

Если эти предположения верны, то, хотя у нас не получается определить местоположение нейронов нападения у мышей с помощью стимуляции электрическим током, можно попробовать сделать это методами оптогенетики. Для этого необходимы два шага. Во-первых, мы должны доставить ген ChR2 в нейроны влВМГ. Это можно проделать, введя точно в эту область мозга модифицированный вирус, чья ДНК была взломана в лаборатории и теперь содержит нужный ген (рис. 6.1Б). Вирус распространяется по мозгу не так далеко, как электрический ток, поскольку вирусные частицы просто огромные. Следовательно, риск, что вирус из нижней части ВМГ распространится в его верхнюю часть, гораздо меньше (хотя это все равно может произойти). Теоретически этот вирус должен заразить только нейроны влВМГ, введя в них плотно упакованную ДНК, а затем исчезнуть, как пчела умирает после того, как ужалит. Тогда зараженные нейроны смогут экспрессировать (включать) ген ChR2 (рис. 6.1В) и производить кодируемый им белок, который будет встраиваться в мембрану, образовывая в ней светочувствительный ионный канал (рис. 6.1А).

Второй шаг заключался в том, что надо было осветить синим светом то самое место в мозге мыши. Поскольку ВМГ находится в основании мозга, то свет, попавший на поверхность головы мыши, не проникнет так глубоко. К счастью, в лаборатории Карла Диссерота в Стэнфордском университете недавно показали, что можно доставить свет глубоко в мозг с помощью имплантированного оптоволокна. Они любезно научили нас проводить эту операцию. По сути, после инъекции вируса мы аккуратно ввели через череп в ту же область гибкое оптоволокно, другой конец которого подключили к синему лазеру (шприц и серая трубка волокна показаны на рис. 6.1Б).

Я был взволнован и с нетерпением ждал начала эксперимента. Оставалась единственная проблема: я не мог убедить нашего электрофизиолога Даю поучаствовать в нем. В многочисленных спорах она объясняла, что в ее понимании это просто более замысловатая версия классического эксперимента Гесса. Даю уже 40 раз пыталась провести этот эксперимент с электрической стимуляцией, но ничего не вышло, в итоге она разочаровалась и сдалась. Теперь я предлагал попробовать другую версию этого эксперимента, для осуществления которой требовалось еще несколько месяцев, чтобы освоить новую, непроверенную методику. Она не понимала, почему мы решили, что это даст нам какой-то другой результат.

Как я ни старался, переубедить ее у меня не получалось. Последнюю попытку я предпринял, когда мы шли через кампус Калифорнийского технологического университета пообедать в «Атенеуме» — почетном институтском клубе, куда обычно заходил Эйнштейн во время своих визитов. Там я привел свой последний аргумент: «Даю, — обратился я к ней, — ты никогда себе не простишь, если не проведешь этот эксперимент, а через шесть месяцев откроешь номер Nature, где будет статья другой лаборатории про агрессию у мышей, вызванную оптогенетической стимуляцией». Она подумала немного и затем неохотно согласилась.

Примерно через месяц случился один из тех моментов, которые навсегда врезаются в память. Я сидел в своем кабинете, когда туда внезапно заглянула Даю. Ее глаза сияли, а на лице расплылась широкая улыбка. «Сработало! — сказала она. — На одном животном, но сработало!» На зернистых кадрах, которые она показала со своего ноутбука, самец мыши с торчащим из головы гибким оптоволокном неуверенно приближался к самке, которую только что посадили к нему в клетку. Он обнюхал ее, попытался сделать садку и затем отошел. В следующий раз, когда он приблизился к самке, Даю включила синий лазер, который посылал 20 импульсов света в секунду по оптоволокну в глубину мозга мыши, чтобы осветить там генно-модифицированные нейроны во влВМГ. Удивительно, но вместо того, чтобы попытаться сделать садку на самку, после нескольких обнюхиваний самец мыши бросился на нее и укусил за шею, как будто самка была посторонним самцом. После короткой схватки Даю выключила лазер. Нападавший самец еще пару раз куснул самку, затем остановился и отошел. В следующий раз, когда самец подошел к самке при выключенном лазере, их взаимодействие прошло нормально. Затем, когда включили лазер, самец опять атаковал самку и боролся с ней до тех пор, пока лазер не выключили. Мы буквально могли запускать нападение у мыши по щелчку выключателя.

Говоря «на одном животном», Даю имела в виду, что только у одного из девяти самцов мыши, с которыми она изначально пробовала работать, запустилось агрессивное поведение, когда включился свет. Остальные замирали или пытались выпрыгнуть, как те, которых Даю стимулировала электрическим током. Но для нас было достаточно одной мыши, чтобы показать наличие в этом крошечном участке мозга нейронов, запускающих агрессию.

Когда улегся первоначальный восторг, мы задумались, почему эксперимент сработал только на одной мыши из девяти. В многочисленных последующих опытах только у некоторых мышей проявлялась агрессия, остальные же продолжали демонстрировать скорее испуг, чем борьбу. Причина была в точности инъекции вируса: она не всегда оказывалась удачной. На практике очень трудно ввести вирус только во влВМГ (основание грушевидной формы) так, чтобы частицы не попали в дмВМГ (верхняя часть), где находятся нейроны страха, описанные в главе 3 (на рис. 6.1В — белые точки). Мы смогли ввести вирус исключительно в нижнюю часть только нескольким мышам, что подтвердили последующим изучением срезов мозга протестированных мышей на предмет пространственного распределения нейронов с флуоресцентной меткой, экспрессирующих ChR2. И это были те самые мыши, которые становились агрессивными, когда мы включали лазер. Это означало, что нейроны драки сконцентрированы в очень специфической области во влВМГ. Очевидно, что если мы не попадали точно туда, то вирус распространялся и в дмВМГ. В этом случае, когда мы включали синий свет, вместе с нейронами нападения активировались и нейроны страха (см. рис. 6.1Г), что приводило к доминированию реакции испуга над агрессией. И хотя тогда это было лишь предположение, впоследствии оно подтвердилось (см. главу 7).

Наши первоначальные пробы были довольно грубыми, мы кололи буквально наудачу, но тем не менее мы выявили нечто важное: у мышей, как и у других грызунов, а также кошек и прочих млекопитающих (в том числе обезьян), глубоко в гипоталамусе есть область, которая контролирует агрессию. Если точно нацелиться на нее и оптогенетически стимулировать там нейроны, то можно заставить мышь нападать на все что угодно — не только на самку, но даже на неживой объект, такой как надутая латексная перчатка (см. рис. 6.2). Очевидно, что с помощью модифицированного вируса, кодирующего канальный родопсин-2, оптоволокна и лазера можно преодолеть все запреты, которые обычно есть у мышей, удерживающие их от нападения на самок или на резиновые перчатки. Если кто-то из нас и верил в «свободу воли» у мышей, то после просмотра видеороликов, где мы могли вызвать атаку одним щелчком выключателя, иллюзии развеялись.

Как только мы смогли воспроизвести эксперимент (пусть и с удручающе низкой эффективностью), мы начали внимательно изучать результат активации нейронов нападения. Интересно, что когда мы стимулировали влВМГ в отсутствие других мышей, то ничего не происходило. Мыши ненадолго прекращали свои дела (умывание, копание в подстилке), осматривались, как будто что-то учуяли или увидели, бродили немного по клетке, но больше не было никаких заметных изменений в поведении: они не взвивались вверх и не клацали зубами, словно пытаясь кого-то укусить. Очевидно, наша оптогенетическая стимуляция сделала мышь более агрессивной, но заметить эти изменения можно было, лишь предложив животному какой-либо объект для нападения. Это было важным свидетельством того, что наши действия не управляли агрессивным поведением напрямую, как если бы мы дергали за ниточки куклу-марионетку. Скорее, мы создавали определенные скрытые изменения во внутреннем состоянии: их трудно заметить или измерить до тех пор, пока животному не предъявлен объект, на который можно направить свою агрессию. Это похоже на то, как человек сдерживает свой гнев, пока не найдет, на ком сорваться.

Как можно точно попасть в эти нейроны агрессии и добиться того, чтобы эксперимент работал всегда, а не от случая к случаю? При нашей низкой эффективности невозможно было достичь дальнейшего прогресса: найти, откуда эти нейроны получают информацию, отследить, куда уходят их аксоны, определить, контролируют ли эти нейроны и другое поведение кроме агрессии (а если да, то какое). Каким-то образом нам надо было более точно и последовательно направлять вирус с ChR2 к правильной популяции нейронов, не заражая нейроны в соседней области страха в ВМГ. Теоретически мы могли бы решить эту проблему, используя генетические индексы — определенные последовательности ДНК, которые помогают «направить» вирус с ChR2 к определенному типу нейронов в ВМГ, — так же, как мы делали в случае с нейронами агрессии у мух (см. главу 4). Но для начала нам надо было найти такой индекс. Для мышей это сделать сложнее, чем для мух: случайный поиск среди тысяч мышей — очень нереалистичная задача, требующая больших затрат. В главе 7 мы расскажем, как нам удалось обнаружить генетический индекс для нейронов агрессии и как этот решающий шаг позволил открыть новую область исследований.