site.btaТестове за пространствената памет могат да помогнат за ранна диагностика на рискови пациенти за болестта на Алцхаймер

Мисленето и съзнанието са Свещеният граал за учените, които изследват мозъка. Това каза пред БТА проф. Джон О’Кийф, отличен с Нобелова награда за физиология/медицина за 2014 г. заедно с Мей-Брит Мозер и Едвард Мозер за откриването на “клетките, които образуват навигационна система в мозъка”. 

Проф. О’Кийф бе сред участниците в 72-рото издание на Среща на Нобелови лауреати в Линдау, Германия, в края на юни. 

В лекцията си на форума той разказа накратко професионалния си път – често на кръстопът и пред избор коя посока да поеме, като начин да обясни откритието си – навигационната система на хипокампуса. Роденият в САЩ изследовател, който от десетилетия живее и работи в Юнивърсити колидж в Лондон, Великобритания, е завършил класическо училище, но по думите му не успял да научи латински и не запомнил почти нищо от историята на Древна Гърция. Продължил образованието си в университет в инженерна специалност, но постепенно осъзнал, че се интересува повече от психология и философия и често си задавал въпроси, свързани с дейността на мозъка. Така се озовал на кръстопът – дали да завърши образованието си и да стане авиокосмически инженер, или да потърси начини да изследва мозъка.

Избира втората възможност и записва Сити Колидж в Ню Йорк. По това време нямаше специалност невробиология, затова преминах през всички възможни курсове, каза изследователят, който е роден през 1939 г. След като завършва бакалавърска степен в колежа в Ню Йорк, той заминава за Канада, където се дипломира като магистър и впоследствие като доктор по психология в университета Макгил. Там още първата година започва да работи с Бренда Милнър, доайен в областта на невропсихологията.

Работата му в края на 60-те години на миналия век върху реакциите на мозъците на мишки на стимули от околната среда предизвиква критики от страна на колегите му. Казах си – нека забравим от какво се интересувам, да видим какво е интересно на клетките, да проследим как се държат в нормалния всекидневен живот на плъха. Всички, работещи в сферата на физиологията, казаха, че съм луд и ще съсипя кариерата си, разказа О’Кийф в лекцията си. Той обаче открива клетки в хипокампуса, които се задействат, когато животното попада на определено място и после доказва, че тези клетки създават спомена за определени места и така помагат за ориентирането в пространството. Сред последните достижения на проф. O’Кийф и екипът му е откриването след множество експерименти, че клетките в хипокампуса създават векторно поле, насочено към предварително планирано място. Това е прецизиране на разбирането на навигационната система на мозъка, намираща се в хипокампуса.

Проф. О’Кийф разговаря в Линдау със специалния пратеник на БТА Антоанета Маркова за напредъка в изследването на тази навигационна система, за практическото приложение на научните му открития от последните десетилетия и за разбирането на мисленето и съзнанието.

Следва пълният текст на интервюто:

- Коя е следващата стъпка в изследванията Ви – продължавате ли с навигационната система на хипокампуса, или се насочвате другаде?

- Добър въпрос. Както знаете, изследваме от доста години хипокампуса в мозъка и сме убедени, че основната му функция е да подава информация за това къде се намира животното, къде са разположени предметите в пространството и как да се придвижи от едно място на друго. Така че тази част от мозъка не само служи като система за пространствена памет – за това какво сме изпитали на определени места, но и как да стигнем от едно място до друго. А неотдавна открихме как тази част от мозъка – хипокампусът, прави всичко това – като създава сигнал, който сочи посоката, в която искаме да отидем.

Доволни сме от този резултат. Сега смятаме, че трябва да отидем още по-далеч. Следващата стъпка е към нещо, за което разсъждаваме от доста време, като идеята дойде от изследванията на пациенти. Знаем, че хората с нарушения в тази част на мозъка срещат затруднения не само с навигацията, но и не помнят събития от миналото, лични преживявания. Става дума за епизодичните спомени. За да има епизодична памет, е нужно да знаем не само къде сме били в миналото и кога сме преживели някакво събитие – например къде и с кого сме обядвали вчера, но трябва да знаем дали е било вчера, или предишния ден, или още ден по-рано. Нужно е да имаме усещане за линейно време. Да знаем не само къде сме преживели нещо, но и кога се е случило това.

Има идеи от колеги, че някои клетки и зони в хипокампуса всъщност създават нещо като сигнал за време. И сме изключително заинтригувани дали се случва подобно нещо. Сигурни сме, че се случва при хората, защото те показват, че имат тази способност. Но ние се интересуваме дали животно като плъха също притежава такава способност. Дълго време не можехме да си обясним защо един плъх би искал да прави подобно нещо – защо един плъх ще иска да знае какво е правил вчера? Сега започваме да мислим, че има нещо общо с търсенето на храна, когато животните отиват на определено място с тази цел, тръгват си и после се връщат отново. Затова им е нужно да знаят преди колко време са били там, за да пресметнат дали е добре да се върнат там. Следователно трябва да разполагат с нещо като времеви сигнал. 

Интересно ни е да открием как изглежда този сигнал. Правим експерименти, както и колегите в други лаборатории. Имаме сравнително добра представа какви характеристики би следвало да има този сигнал. Не може да е просто нещо, което ти казва „направих нещо преди две секунди или преди пет минути”. Би следвало да е ефективно за няколко дни или седмици и да може да каже кога е настъпило събитието – дали е било много отдавна или сам опреди няколко дни. Тоест ние знаем каква би следвало да е структурата на този сигнал, но още не сме го видели. В тази посока правим експерименти.

Кое е най-интересното за Вас в човешкия мозък, какво бихте искал да знаете за него?

- Смятам, че Свещеният граал за повечето изследователи на мозъка и за мен – със сигурност, е да започнем да разбираме неща като мисленето и съзнанието. Има огромна празнина в разбирането ни за мозъка като материален орган, който макар да е много по-сложен, притежава доста от качествата и зависи от същата материя като черния дроб, сърцето и другите биологични органи.

Когато мислим за съзнанието – а философите разсъждават върху него от векове и хилядолетия, то изглежда напълно различно. То е нематериална субстанция. Затова е много трудно да мислим как нещо толкова материално като мозъка с всички неврони и взаимовръзки между тях, за начина, по който функционират във времето и комуникират помежду си, с потенциала им от действия, как този орган поражда нещо, което изпитваме и всички вярваме че притежаваме – съзнанието.

Затова смятам, че една от големите цели на мозъчните изследвания би била да се опитаме да разберем това. Не че хората не се опитват да го сторят от много време. Но да се опитаме да разберем как се решава този така дълбок философски въпрос за наличието на интерфейс между ума и материята и по-конкретно – как мозъкът поражда вътрешните образи, мисли и преживявания. 

Все още не знаем кои части на мозъка имат отношения към всичко това, доколко има локализация или пък целият мозък, функционирайки единно, поражда съзнанието.

Със сигурност изглежда, че съзнанието е нещо, което обединява много от различните функции на мозъка.

Когато погледна света, виждам доста сложни, многоизмерни гледки, звуци, ние сме в силно структурирана околна среда в пространството и се опитваме да разберем как всичко това се съединява в мозъка. Знаем, че частите от мозъка, които ни дават възможност да виждаме различни неща, са различни и са разположени на различни места от частите, които ни позволяват да чуваме.

В мозъка протичат процеси, които обединяват всичко това или позволяват на тези отделни части от мозъка да общуват помежду си и да създават интегрирания образ, който имаме за света. Това не е само пространствената рамка, в която съществуваме, освен това ние знаем, че съществуват и други хора, че имаме чувства, че чуваме звуци, интерпретираме ги като мисли, като език – всичко това. 

Ето защо смятам, че това е труден въпрос. Всъщност той така се и нарича от философите – „трудният въпрос”, и не сме напреднали много в разрешаването му.

Имаме голям напредък в разбирането за много от функциите на мозъка, но това е една от областите, към които за дълъг период от време хората дори са си казвали, че не бива да се посяга, че не бива да си задаваме такива въпроси. Всъщност великият френски философ Декарт е сред първите, които казват – нека се опитаме да разберем механичните части на мозъка и да оставим този наистина труден въпрос настрани.

Аз смятам, че вече сме достигнали момент, в който трябва да се изправим лице в лице с този труден въпрос, който избягваме от около 400 години.

Всъщност колко знаем за мозъка, достатъчно ли е?

- Мога да отговоря на този въпрос, като посоча, че имаме известно познание за това към коя част на мозъка да се насочим, ако нещо в него се увреди или имаме пациент в безсъзнание.

Но това не помага особено. Все още се борим с идеята кои части от мозъка са свързани със съзнанието и кои не са. Дали става дума за някаква локализация или за целия мозък? Аз имам някакво виждане по този въпрос, но смятам, че е най-добре да тръгваме от позицията, че все още не знаем отговорите на простички въпроси като къде е локализирано съзнанието, локализирано ли е изобщо или зависи от целия мозък.

Постигнахме огромен напредък в мозъчните изследвания. Знаем много за различни аспекти от мозъка. Вече знаем толкова много, че го смятам за достатъчно, за да започнем да търсим начини това познание да ни помогне да се справим с някои от водещите неврологични проблеми в обществото.

Преди повече от десет години, в разговор с мой бивш студент, който сега е невролог, осъзнах, че вероятно вече знаем достатъчно за тези части от мозъка, върху които работя – за пространствените зони в мозъка, хипокампуса и енториналния кортекс, които се оказа, че са първите, атакувани от токсичните механизми на деменция при болестта на Алцхаймер. Когато започвахме да изследваме тези зони, дори и не подозирахме това.

Разсъждавайки върху това в разговора с моя бивш студент, си казах – добре, може би вече е време да проверим дали можем да използваме познанието, придобито за чисти изследвания. Ние се опитвахме да разберем как работят тези части от мозъка, а сега смятаме, че знаем достатъчно по този въпрос, затова нека приложим тези знания за решение на конкретен проблем – в случая, за болестта на Алцхаймер.

Затова правим различни опити – създаване генномодифицирани животни, поставяме им гени, които смятаме, че водят до болестта на Алцхаймер – това са гени от сходни заболявания, за които знаем, че водят до увреждания на мозъка, видими при болестта на Алцхаймер. Можем да създадем модели, да наблюдаваме клетките, за които знаем как функционират нормално и виждаме как започват да се повлияват от ефекта на гена и да се увреждат.

Нашият екип и други групи правим такива опити. Можем да видим например в клетките на хипокампуса, които при нормално животно идентифицират определена част от пространството.

Когато наблюдаваме тези животни, забелязваме кога започват да проявяват увреждания, пространството, което идентифицират, е много по-широко и по-неясно. Така разбираме как тези клетки започват да се увреждат и бихме искали да установим как тези злокачествени токсични протеини започват да се движат в мозъка, как засяга зони като хипокампуса и се местят в други части на мозъка.

Използваме познанието си, отново придобито от чист научен интерес в областта на пространствената памет, за да се опитаме да подложим на тест ранните признаци на болестта на Алцхаймер при хората. Ние сме убедени, например, че също като плъховете, хората използват тази част на мозъка си, за да се ориентират и да се придвижват. Затова подготвяме сложни пространствени тестове, използваме за разработването им навигация във виртуална реалност.  И направихме успешно тестове на хора за ранни симптоми на болестта на Алцхаймер. Можем да използваме тези тестове и да проверим биомаркери и други промени, настъпващи при тези пациенти.

Затова сме много оптимистично настроени, че ще успеем да създадем тестове, с които да идентифицираме ранни симптоми при хора, изложени на риск от заболявания. Защото, разбира се, ако някога бъде създадено лекарство или терапия, ще е нужно да ги предлагаме на пациентите, преди да са се разболели от Алцхаймер, но пък не искаме всички хора да вземат тези лекарства. Затова ни е нужна техника за идентифициране на пациентите. Това ще е възможно чрез биомаркери като кръвни изследвания и тези тестове за пространствена памет, които смятам, че ще са много, много полезни за ранна диагностика.