Именно поэтому наши результаты, полученные при исследовании мозга африканского слона, оказались лучше, чем мы рассчитывали.
Галлон мозгового супа
Полушарие головного мозга африканского слона, предоставленное нам Полом Мэнджером, весило более 2,5 кг, что означало, что его придется разрезать на сотни мелких фрагментов для обработки и подсчета нейронов, так как превращение мозга в суп возможно только с кусочками массой не более 3–5 г. Мне хотелось, чтобы рассечение мозга на кусочки было как можно более продуманным, а не случайным: если бы мы имели полный набор венечных срезов мозга слона, как набор ломтей цельной буханки хлеба, и если бы мы после этого порезали каждый из этих ломтиков на более мелкие части, следуя природным ориентирам, например по ходу извилин, и смогли бы отделить серое вещество от белого, то мы сумели бы составить по крайней мере грубую карту распределения нейронов в коре и других структурах слоновьего мозга. Мы располагали микротомом, которым превращали полушария человеческого мозга в такой набор тонких срезов. Этот микротом был незаменим для разделения мозговых извилин, но у инструмента был один существенный недостаток: на циркулярном лезвии микротома оставалось слишком много клеток человеческого мозга, что препятствовало точному подсчету общего количества клеток в полушарии. Так как мы хотели знать общее число нейронов в полушарии мозга слона, то нам пришлось разрезать мозг вручную, для того чтобы сделать потери клеток пренебрежимо малыми.
Тот день начался в хозяйственном магазине, где мы с дочерью (только что начались школьные каникулы) принялись искать L-образные скобки, которые могли послужить надежной жесткой рамкой для разрезания полушария слоновьего мозга, а также самого длинного ножа, какой я смогла бы удержать одной рукой. (Это был незабываемый день для подростка, который и много лет спустя часто говорил: «Мам, а помнишь тот день, когда мы резали мозг слона?») Мой приятель, журналист Бернардо Эстевес, присутствовал в тот день в лаборатории, чтобы описать для своего журнала
[111] этот исторический момент. Он наблюдал, как мы отпилили укрепляющие стойки скобок, чтобы поместить внутрь большой слоновий мозг. Конечно, есть машины стоимостью сотни тысяч долларов, которые выполнили бы эту работу в совершенстве, но зачем тратить такие деньги, если можно достаточно хорошо справиться с делом с помощью обычного мясницкого ножа?
Я уложила мозг на платформу медиальной стороной вниз и сначала выполнила один венечный разрез от верха до самого низа, разрезав полушарие на переднюю и заднюю части; после этого я уложила заднюю поверхность передней половины на платформу, ограниченную двумя скобками. Студент держал рамку в нужном положении, а я, держа мозг левой рукой, принялась правой рукой уверенно, но аккуратно резать мозг на ломтики поступательными движениями, как это делает вибротом, разрезающий крошечные мозги мелких животных. Потом такую же манипуляцию я произвела с задней половиной, включая мозжечок, и мозг слона, словно порезанный на ломти хлеб, лежал на лабораторном столе (рис. 6.2): шестнадцать срезов через кору полушария, восемь через мозжечок, плюс цельный ствол и гигантская обонятельная луковица массой 20 г, то есть в десять раз больше массы всего мозга крысы.
Дальше нам надо было отделить внутренние структуры – полосатое тело, зрительный бугор, гиппокамп – от коры, затем разрезать кору на более мелкие части для раздельной их обработки; потом разделить каждый мелкий фрагмент на серое и белое вещество. Всего у нас получился 381 фрагмент ткани, большая часть которых была тяжелее 5 г, то есть массы, которую можно обработать за один раз. Обрабатывать такое количество ткани нам раньше не приходилось. Для обработки одного кусочка ткани требуется один день. Отсюда путем несложного подсчета получаем, что у одного человека на всю работу уйдет больше года, притом что он будет трудиться без выходных. Естественно, надо было работать коллективно, тем более что я рассчитывала получить результаты не позднее чем через полгода. Но даже наша маленькая армия помощников, возглавляемая выпускницей Камиллой Авелино-де-Соуза, не могла справиться с делом: прошло два месяца, а мы сделали всего одну десятую всей работы. Надо было что-то делать.
Рис. 6.2. Правое полушарие головного мозга африканского слона, разрезанное на шестнадцать пластинок (верхние два ряда; передняя часть наверху справа), и правый мозжечок, разрезанный на восемь срезов (нижний ряд; медиальная часть мозжечка находится справа). Это, на самом деле, крупный мозг: приложенная сверху справа для оценки масштаба линейка имеет длину 15 см. На срезах хорошо различимы серое и белое вещество мозговой коры и мозжечка
На выручку пришел капитализм. Я сделала кое-какие математические выкладки (одно из немногих преимуществ работы на личные гранты) и поняла, что у меня есть около двух с половиной тысяч долларов – приблизительно 1 доллар на 1 г обрабатываемой ткани. Я собрала членов моей команды и сделала им предложение: нам может помогать кто угодно, но при условии, что следить за работой будем мы с Камиллой. Вознаграждение все будут получать наравне с нами. Я заведу журнал, в котором стану отмечать, кто сколько сделал, и, естественно, контролировать качество, но Камилла и Клебер Невес, наши студенты, были опытными лаборантами, а Камилла не стеснялась подгонять молодых студентов и заставляла их переделывать работу, если находила изъяны, например заново размельчать суспензию, если степень «помола» оказывалась недостаточной. Быстро организовались небольшие бригады: один студент растирал ткани, другой выполнял подсчет, и оба вели протокол. Такой подход сотворил чудо. Мой муж, посетивший лабораторию, был потрясен зрелищем тучи студентов за лабораторными столами, которые, работая, оживленно обсуждали то, что делали (раньше, когда лаборатория была маленькой, нам приходилось работать посменно). Жаиро Порфирио занимался наборами окрашенных антител, а я считала нейроны под микроскопом – и не прошло и шести месяцев, как все полушарие мозга африканского слона было обсчитано в лучшем виде, как и было запланировано.
Победителем объявляется…
Ну так вот, выяснилось, что африканский слон на самом деле обладает большим числом нейронов, чем мозг человека
[112]. Причем не просто больше, а в три раза больше – 257 миллиардов против наших 86 миллиардов. Но – и это грандиозное, величайшее «но» – 98 % этих нейронов сконцентрированы в мозжечке, заднем отделе мозга. У всех других исследованных нами млекопитающих в мозжечке тоже содержится большая часть мозговых нейронов, но ни у одного вида их не больше 80 % от общего числа. Исключительное распределение нейронов в мозгу слона оставляет очень небольшую их долю коре: в ней у слона содержится всего 5,6 миллиарда нейронов (то есть в обоих полушариях, так как все полученные нами результаты мы умножили на два, для того чтобы получить значения, пригодные для сравнения с данными, полученными на других животных). Несмотря на внушительные размеры мозговой коры африканского слона (2,8 кг), число нейронов в ней, равное 5,6 миллиарда клеток, бледнеет в сравнении с 16 миллиардами нейронов, содержащихся в намного меньшей коре человека (1,2 кг), и даже в сравнении с 9 миллиардами нейронов, которые мы насчитали в коре гориллы и орангутана
[113].
