И традиционные подходы необходимо отвергнуть не только для того, чтобы просто понять мозг. Того же требует и множество замысловатых проблем, которые мы затрагивали на предыдущих страницах этой книги. Прогнозирование погоды в радикальным образом меняющемся климате? Создание финансовых рынков, глобальных, здоровых и при этом достаточно устойчивых, чтобы восставать из пепла после неизбежных крахов? И то и другое, заявляет Бойден, подпадает под категорию уникальных проблем XXI века. «Люди любят рассуждать насчет полетов на Луну, — говорит он. — Но первый полет на Луну увенчался успехом потому, что был основан на устоявшихся принципах единственной научной дисциплины — физики. К тому времени уже существовали кирпичики, из которых можно было строить здание, — принципы фундаментальной науки».
А новые проблемы, о которых мы говорим, будь то лечение болезни Альцгеймера или прогнозирование меняющихся климатических систем, фундаментально отличны от прежних в том смысле, что для их решения требуется открыть и изучить все до единого строительные кирпичики той или иной сложной системы. «Мы стоим на пороге, намереваясь вступить в неизученные области, которые человеческий мозг едва-едва способен охватить, — утверждает Бойден. — Однако это не значит, что нужно отступить, устрашась сражаться с реальностью на ее условиях». Владения, о которых идет речь, по природе своей являются сложными системами.
Решение проблемы сложных систем выводит на передний план тонкое, но при этом невероятно важное различие между междисциплинарным и антидисциплинарным подходами. Первый предусматривает, что физики и клеточные биологи совместно занимаются междисциплинарным научным направлением, известным как клеточная физиология. Однако Бойден ставит вопрос гораздо более глубокого свойства: «Что если решение таких неподатливых проблем требует полной перестройки научной области и создания абсолютно новых дисциплин — даже изобретения революционного подхода, целиком отвергающего деление на дисциплины?» Бойден в итоге предпочел термин «омнидисциплинарный».
В возрасте 15 лет Бойден ушел из школы, подав заявление в MIT, и приступил к занятиям через две недели после своего семнадцатилетия. Он окончил институтский курс четыре года спустя с двумя степенями бакалавра и одной магистерской. Его научные интересы простирались от лазеров до квантовых вычислений, но при этом ему удалось соединить в себе два качества, которые, как всегда считалось, являлись взаимоисключающими: он был управляем, но также (как однажды Э. Б. Уайт назвал людей с ненасытным, открытым разумом) «верил в удачу»
[344]. Выражаясь другими словами, Бойден не окружал жесткими границами объект исследования — он вообще не имел никаких объектов. Нет, его завораживала жизнь как таковая, во всей ее бурлящей сложности — жизнь как процесс, в котором, скажем, различные компоненты вступают в химическую реакцию, а клетки воспроизводятся или превращаются в раковые.
На последнем году обучения в MIT Бойден провел несколько недель в Bell Labs в Нью-Джерси. Там он обнаружил, как команда ученых из различных областей науки работает на достижение общей цели: «взломать» мозг и раскрыть его тайны. В частности, там пытались понять, как нейронные контуры птиц производят птичье пение. Взламывание мозга, как обнаружил Бойден, было делом, особенно подходящим для молодого ученого, которому паять монтажные платы было так же интересно, как и разбираться в сложных алгоритмах, при помощи которых эти платы работают.
Не прошло и года, как Бойден оказался в Стэнфорде и занялся написанием диссертации по нейробиологии. В Стэнфорде была собственная команда «мозговых хакеров», и Бойден вскоре вступил туда вместе со студентом-медиком по имени Карл Дейссерот. Оба они проводили долгие часы, устраивая мозговые штурмы для поиска способов приводить в действие нейроны, находящиеся в живом мозге (текущее состояние науки о мозге этого сделать не позволяло). Они проанализировали подход, использующий магнитные микроносители для открытия ионных канальцев внутри отдельных нейронов. Однако вскоре Бойден обнаружил научное направление, которое привело его на совершенно иной путь достижения поставленной цели: речь шла об использовании светочувствительных белков — опсинов, чтобы «закачивать/выкачивать ионы в/из нейронов в качестве реакции на свет»
[345].
Потратив несколько лет на побочные проекты, Дейссерот и Бойден вернулись к своей изначальной идее активации отдельных нейронов. К 2004 году Дейссерот защитил докторскую диссертацию, и они с Бойденом решили добыть образец опсина и приступить к исследованиям. Был август; Бойден вошел в лабораторию, поставил под микроскоп блюдце с культурой нейронов и запустил написанную им программу, которая облучала нейроны пульсирующим ультрафиолетом. «К моему удивлению, самый первый из обработанных мной нейронов излучил в ответ на УФО точные биопотенциалы. Вечером я собрал данные в подтверждение ключевых принципов, и мы опубликовали их год спустя в Nature Neuroscience, объявив, что ChR2
[346] можно использовать для деполяризации нейронов»
[347].
Это был важный прорыв, который в 2015 году получит признание, а Дейссерот и Бойден — по 3 миллиона долларов каждый вместе с премией за научное открытие, учрежденной Марком Цукербергом и другими филантропами техноиндустрии
[348]. Прежде нейробиологи просто наблюдали за событиями, происходящими в царстве мозга, глядя, как пучки нейронов реагируют на тот или иной раздражитель, и пытаясь установить причинно-следственную связь. Но с появлением «оптогенетики», как окрестили новый метод Дейссерот со своим коллегой, ученые получили возможность стимулировать нейронные цепи и наблюдать за их поведением.
Бойдену принадлежит заслуга создания оптогенетики — ему, его коллегам, но также и другим ученым, которые уже шли по горячим следам в 2005 году, когда он вместе с Дейссеротом впервые обнародовал данный метод. Но далеко не случайно, что два человека, которые, говоря словами одного выдающегося нейробиолога, «решили поразмыслить над тем, над чем никто раньше не размышлял»
[349], были, строго говоря, аутсайдерами академической среды, склонными рассматривать мозг как самостоятельное подразделение внутри более крупной системы. Как отмечал Бойден, создание «выключателя для мозга» требовало задействовать достижения из таких областей, как молекулярная биология, генная инженерия, хирургия, волоконная оптика и лазеры
[350]. И только одна из названных дисциплин стояла в стандартной повестке дня нейробиологии.
