В старом доме Эрнста Хемингуэя в городе Ки-Уэст, штат Флорида, можно увидеть бромелиевые растения, деревянные яхты ручной работы, а также небольшой бассейн — он был единственным на 100 километров в округе в момент его постройки. А еще можно увидеть примерно 50 котов и кошек, у большинства которых шесть пальцев на передних лапах вместо пяти.
Согласно легенде, однажды вечером, когда Хемингуэй сидел в местном баре и выпивал крепкие напитки, к нему подошел какой-то капитан корабля и подарил ему их прародительницу Белоснежку (Snow White) с шестью пальцами. В открытом море эти так называемые многопалые коты и кошки ценились за их исключительное чувство равновесия и непревзойденную способность ловить мышей. Белоснежка и такие же, как она, кошки и коты обращают внимание людей на важную концепцию в области нейробиологии — развивающийся головной мозг обладает достаточной гибкостью для того, чтобы установить свою структуру в любом связанным с ним теле — даже если оно является более сложным, чем «типичное».
Подобная впечатляющая гибкость позволяет головному мозгу обеспечивать необычайное физическое разнообразие среди животных — с точки зрения величины тела, его структуры и формы. Без этого животные не могли бы реализовать адаптивные преимущества, связанные с появлением разнообразия. Так, например, древние жирафы с более длинными шеями имели преимущество, так как они могли питаться более высоко растущими листьями, и они смогли передать это качество своим потомкам. Однако такого рода шея была бы бесполезной, если бы головной мозг не смог адаптироваться и начать ее контролировать. То же самое можно сказать про Майкла Фелпса — если бы он не был в состоянии использовать свой огромный размах рук и ног, он никогда бы не завоевал 23 золотые (олимпийские) медали.
Но есть ли пределы у гибкости головного мозга? Ответ может зависеть от того, в какой момент вы спрашиваете. Так, например, некоторые варианты поведения и способности, в том числе определенные аспекты языка и бинокулярного зрения, нужно усвоить в критически важный период — в раннем детстве. По мере взросления становится все сложнее для существующих нейронов образовать новые связи, и человек становится в большей степени «жестко зафиксированным» (hardwired).
Однако подобные факты ничего не говорят нам о том, насколько гибким может быть новый головной мозг, а также о том, насколько большим и сложным может быть животное, если контроль осуществляется единственным головным мозгом. В конечном итоге, даже бронтозавры, длинна которых составляла 22 метра (72 фута), а вес несколько десятков тысяч килограммов, имели лишь один головной мозг. Поскольку понимание границ возможностей головного мозга может помочь нам выйти за существующие пределы, не должно вызывать удивления то, что некоторые сложнейшие проекты в области нейробиологии — от восстановления способности двигаться после травм позвоночника до управления роботизированными конечностями с помощью головного мозга — сфокусированы на пределах гибкости головного мозга. Но способны ли мы изучить существующие ограничения? Оказывается, что специалисты по ловле мышей из города Ки-Уэст могут кое-что подсказать.
Недавно в очень интересной публикации в журнале Nature Communications ее авторы рассказали о начале изучения способностей людей с дополнительными пальцами. Это явление, получившее название полидактилия (polydactyly), отмечается примерно у двух новорожденных из тысячи. Однако из-за распространенного мнения о том, что дополнительные пальцы не будут функционировать — и, возможно, из-за предубежденного отношения к подобного рода физическим качествам — их обычно удаляют. Но так происходит не всегда — некоторые люди с полидактилией решают не избавляться от своих дополнительных пальцев. А на основе изучения одной женщины и ее сына, которые приняли решение сохранить свои шестые пальцы на руке, ученые сделали целый ряд открытий относительно функционирования дополнительных пальцев. Результаты их исследования свидетельствуют об удивительной гибкости головного мозга и тела, и это позволяет предположить, что биологическое разнообразие следует приветствовать, а не подвергать осуждению.
Первое открытие из области анатомии — шестой палец не пользовался теми же материалами, что и его соседи — как у матери, так и у ее сына, — а имел собственные мускулы, нервы и сухожилия. Он имел сопоставимую силу и независимость в движении по отношению к остальным пальцам.
Но как шестой палец становится функционирующим? На этот счет можно взять урок у механизмов представительной демократии: новые округа появляются по мере увеличения численности населения, однако эти округа получают право голоса в Конгрессе только в том случае, если имеют своего представителя в Вашингтоне, округ Колумбия. То же самое можно сказать о человеке: по мере роста и развития головного мозга создается своего рода «карта» вашего тела. Человек может чувствовать части тела или двигать ими только в том случае, если они отражены на этой карте. Тот факт, что упомянутые мать и ее сын способны двигать своими шестыми пальцами, заставил ученых заняться изучением вопроса о том, каким образом эти пальцы представлены в их головном мозге.
Ученные обнаружили, что шестые пальцы этих людей представлены определенными участками двигательной области коры головного мозга. В этих участках содержатся сведения о том, где в пространстве находятся шестые пальцы, и так происходит даже в том случае, если эти люди не видят своей руки. Кроме того, с помощью хитроумным способом разработанной видеоигры эксперты показали, что их подопечные способны одной рукой делать такую работу, на выполнение которой большинству обычных людей понадобятся две руки. Это позволяет сделать вывод о том, что головной мозг не является жестко зафиксированным на работу с пятью пальцами, и, вероятно, он способен управлять таким количеством пальцев, какое может появиться у человека. Для любителей статистики можно сказать, что рекорд по количеству пальцев принадлежит одному индийскому плотнику, у которого на руках 14 пальцев и на ногах 14, и, кроме того, у него, судя по всему, весьма интересный головной мозг.
Несмотря на то, что объектами исследования стали два человека, его выводы могут иметь далеко идущие последствия. Много потрачено усилий для понимания природы синдрома фантомной конечности, однако исследование является первым среди тех, которые могут пролить свет на противоположный по своей сути феномен. В определенном смысле речь идет об основополагающем исследовании для ученых, работающих над созданием интерфейсов между головным мозгом и машинами. Убедительное доказательство того, что шестой палец может изменить и расширить функцию руки, является мощным аргументом в поддержку мнения о способности человеческого головного мозга осуществлять контроль над более сложными машинами, чем человеческое тело. Другими словами, пределы гибкости головного мозга, возможно, существуют, однако в ходе данного исследования они не обнаружены.
Исследование полидактилической руки и контролирующего ее головного мозга является прецедентным делом, демонстрирующим преимущества изучения необычных явлений. Ученые предпринимают значительные усилия в области контроля и стандартизации. Так, например, эффективность определенного лекарства может быть установлена с помощью лабораторных мышей, который являются, по сути, идентичными. Однако некоторые люди увлечены изучением экзотических и аномальных явлений — гадюк, способных обнаруживать тепловое излучение, адаптирующихся к холоду осьминогов или, как в данном случае, дополнительных пальцев. Для понимания преимуществ изучения необычных вещей и явлений полезным может оказаться размышления о преимуществах обладания чем-то необычным: если верить легенде, то игра в кошки-мышки в открытом море закончилась не в пользу мышки, а в пользу кошки Хемингуэя с дополнительным пальцем.
Райан Дэлтон — нейробиолог, журналист и бывший сотрудник Института фундаментальных исследований Миллера при Калифорнийском университете в Беркли.
Том Роузберри — нейробиолог, инженер и научный сотрудник Исследовательского кампуса имени Орегонского университета. Он работает над созданием имплантируемых и биосовместимых устройств.
