Анатолий Бучин

Где учился: физико-механический факультет Политехнического университета, Высшая нормальная школа в Париже. На данный момент — постдок в Вашингтонском университете.

Что изучает: вычислительную нейробиологию

Особые приметы: играет на саксофоне и флейте, занимается йогой, много путешествует

Интерес к науке возник у меня в детстве: я увлекался насекомыми, собирал их, изучал их образ жизни и биологию. Мама заметила это и привела меня в Лабораторию экологии морского бентоса (ЛЭМБ) (бентос — совокупность организмов, обитающих на грунте и в грунте дна водоемов. — Прим. ред.) при Санкт-Петербургском городском Дворце творчества юных. Каждое лето, с 6-го по 11-й класс, мы уезжали в экспедиции на Белое море в Кандалакшский заповедник — наблюдать за беспозвоночными животными и измерять их численность. Параллельно я участвовал в биологических олимпиадах для школьников и в качестве научных исследований представлял результаты работы в экспедициях. В старших классах меня заинтересовало программирование, но заниматься исключительно этим было не слишком интересно. Мне неплохо давалась физика, и я решил найти специализацию, которая объединяла бы физику и биологию. Так я оказался в Политехе.

Первый раз во Францию я попал после бакалавриата, когда выиграл стипендию для обучения на магистерской программе в университете Рене Декарта в Париже. Я много стажировался в лабораториях, научился записывать активность нейронов в срезах мозга и анализировать ответы нервных клеток в зрительной коре кошки во время предъявления визуального стимула. Получив степень магистра, я вернулся в Петербург, чтобы завершить свое обучение в Политехе. На последнем курсе магистратуры мы с моим руководителем подготовили российско-французский проект для написания диссертации, и я выиграл финансирование, приняв участие в конкурсе Высшей нормальной школы. Последние четыре года я работал под двойным научным руководством — Бориса Гуткина в Париже и Антона Чижова в Санкт-Петербурге. Незадолго до окончания работы над диссертацией я съездил на конференцию в Чикаго и узнал о позиции постдока в Вашингтонском университете. После собеседования я решил ближайшие два-три года работать именно здесь: мне понравился проект, а с моим новым руководителем Эдриенн Фэйрхолл у нас оказались схожие научные интересы.

О вычислительной нейробиологии

Объектом исследования вычислительной нейробиологии является нервная система, а также самая интересная ее часть — головной мозг. Чтобы объяснить, при чем здесь математическое моделирование, нужно немного рассказать об истории этой молодой науки. В конце 80-х в журнале Science вышла статья, в которой впервые заговорили о вычислительной нейробиологии — новой междисциплинарной области нейронауки, которая занимается описанием информационных и динамических процессов в нервной системе.

фото предоставлено Анатолием Бучиным

Во многом фундамент этой науки заложили еще биофизик Алан Ходжкин и нейрофизиолог Эндрю Хаксли (брат Олдоса Хаксли. — Прим. ред.). Они изучали механизмы генерации и передачи нервных импульсов в нейронах, выбрав в качестве модельного организма кальмаров. В то время микроскопам и электродам было далеко до современных, а у кальмаров настолько толстые аксоны (отростки, по которым распространяется нервный импульс), что они были видны даже невооруженным глазом. Это помогло аксонам кальмара стать удобной экспериментальной моделью. Открытие Ходжкина и Хаксли заключалось в том, что они объяснили с помощью эксперимента и математической модели, что генерация нервного импульса осуществляется за счет изменения концентрации ионов натрия и калия, проходящих через мембраны нейронов. Впоследствии оказалось, что этот механизм универсален для нейронов многих животных, включая человека. Звучит необычно, но, изучая кальмара, ученые смогли узнать, как нейроны передают информацию у человека. За свое открытие в 1963 году Ходжкин и Хаксли получили Нобелевскую премию.

Задача вычислительной нейробиологии — систематизация огромного количества биологических данных об информационных и динамических процессах, происходящих в нервной системе. С развитием новых методов регистрации нервной активности количество данных о работе мозга растет с каждым днем. Объем книги нобелевского лауреата Эрика Кандела «Principles of Neural Science», в которой изложены базовые сведения о работе мозга, увеличивается с каждым новым тиражом: начиналась книга с 470 страниц, а сейчас ее размер — более 1 700 страниц. Для того чтобы систематизировать такой огромный набор фактов, и нужны теории.

Об эпилепсии

Эпилепсией болеет порядка 1% населения Земли — это 50–60 миллионов человек. Один из радикальных методов лечения — удаление участка мозга, в котором зарождается приступ. Но здесь не все так просто. Примерно в половине случаев эпилепсия у взрослых людей развивается в височной доле мозга, связанной с гиппокампом. Эта структура отвечает за формирование новых воспоминаний. Если у человека вырезать два гиппокампа с обеих сторон мозга, он потеряет способность запоминать новое. Получится такой непрерывный день сурка, поскольку человек будет способен запомнить что-либо только на 10 минут. Суть моих исследований заключалась в том, чтобы предсказать не такие радикальные, но другие возможные и эффективные способы борьбы с эпилепсией. В диссертации я пытался понять, как начинается эпилептический приступ.

Чтобы разобраться, что происходит с мозгом во время приступа, представьте, что вы пришли на концерт и в какой-то момент зал взорвался аплодисментами. Вы хлопаете в своем ритме, а люди вокруг вас — в другом. Если достаточно большое количество людей начинают хлопать одинаково, вам сложно будет продолжать следовать своему ритму и вы, скорее всего, начнете хлопать вместе со всеми. Схожим образом работает эпилепсия, когда нейроны головного мозга начинают сильно синхронизироваться, то есть генерировать импульсы в одно и то же время. Такой процесс синхронизации может вовлекать целые области мозга — в том числе те, что контролируют движение, и тогда возникает припадок. Хотя большая часть приступов характеризуется отсутствием припадков, потому что эпилепсия не всегда возникает в моторных областях.

Читать дальше.