vmn050621

52 32

Темы номера СОДЕРЖАНИЕ

МАТЕМАТИК А 4 Май/июнь 2021

Математика создания связей МЕДИЦИНА

Келси Хьюстон-Эдвардс Клеточные технологии: 42
от мифов к реальности
Теория перколяции дает ключ к пониманию многих
математических моделей — от сотовой связи
до распространения болезней

ФИЗИКА Анастасия Пензина

Нейтринный телескоп на дне Байкала 14 О потрясающих возможностях клеточных технологий
рассказывает член-корреспондент РАН Андрей
Анастасия Пензина Васильев

Почему ученые так рьяно ищут нейтрино? Зачем МИКРОБИОЛОГИЯ
детекторы устанавливают под скальной породой, толщей
льдов и на подводных глубинах? Об этом и многом другом «Мы знаем лишь один процент 52
рассказывают член-корреспондент РАН Григорий из всего многообразия микробов»
Домогацкий и академик Борис Шарков

МЕДИЦИНА 24 Янина Хужина

Спровоцировать, чтобы вылечить Член-корреспондент РАН Елизавета Бонч-Осмоловская —
о задачах, загадках, красоте и важности
Наталия Лескова микробиологии

Почему страдающих нейродегенеративными АСТРОНОМИЯ
заболеваниями становится все больше? Можно ли
диагностировать эти патологии на ранних стадиях Иные луны 60
и научиться полностью их излечивать? Отвечает
академик Михаил Угрюмов Ребекка Бойл

НЕЙРОНАУКИ Гонка, цель которой — открыть первый спутник планеты
вне Солнечной системы, уже стартовала
Мыслящая гиперсеть
32 Видеть без изъянов 70
Ольга Беленицкая
Фрэнсис Беннет, Селин д’Оржевиль и Тони Травуйон
Академик Константин Анохин считает, что у XXI в.
есть все шансы войти в историю революционными Инструмент, созданный для астрономии, обретает новую
открытиями в области изучения человеческого мозга жизнь в борьбе с космическим мусором и обеспечивает
квантовое шифрование

14 108

136 60

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Взгляд с обратной стороны Луны 78 АРХЕОЛОГИЯ

Анил Анантасвами Истоки дома 118

Новые лунные телескопы будут всматриваться в темные Аннали Ньюиц
века Вселенной, таящие в себе зародыши звезд
Город возрастом в 9 тыс. лет раскрывает секреты того,
ПСИХОЛОГИЯ какой была наша жизнь на заре оседлости

Побороть стресс, вызванный пандемией 84 ЭНЕРГЕТИКА

Мелинда Уэннер Мойер Как верно использовать 126
природный газ
Кризис, спровоцированный COVID-19, длится уже больше
года, и это тяжело сказывается на психическом здоровье Майкл Уэббер
людей по всему миру
Масштабная инфраструктура газовой отрасли грозит
НАУКА И ОБЩЕСТВО стать препятствием для декарбонизации энергосистемы

COVID-19: защита от дезинформации 92 ОХРАНА ПРИРОДЫ

Кэтлин Холл Джеймисон 100 лет кольцевания птиц 136

Восемь важных рекомендаций, как сохранять здравомыслие Кейт Вонг
и вести себя адекватно в сложившейся ситуации
Богатейший архив данных проливает свет на тайную
ФИЗИКА ЧАСТИЦ жизнь пернатых

Последняя битва темной материи 100 БИОМЕХАНИКА

Клара Московиц Полеты фантазии 144

В новом эксперименте могут быть пойманы невидимые Террил Уитлэтч и Майкл Хабиб
частицы, которые ускользали от предыдущих детекторов
Палеонтолог и иллюстратор воссоздают мифических
ПЛАНЕТОЛОГИЯ существ, строго следуя законам биомеханики

Удивительная наука о хондрах 108

Джонатан О’Каллаган Разделы 3
91, 152
Изучение материала астероида Рюгу может помочь От редакции
ученым наконец выяснить происхождение загадочных 50, 100, 150 лет тому назад
объектов и узнать, что они могут рассказать нам
о рождении Солнечной системы

118 84

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 1

Наши партнеры: Учредитель и издатель:
Некоммерческое партнерство «Международное партнерство
Основатель и первый главный редактор распространения научных знаний»
журнала «В мире науки / Scientific American»
профессор Сергей Петрович Капица Главный редактор:
В.А. Садовничий
Главный научный консультант:
президент РАН акад. А.М. Сергеев
Ответственный секретарь:
О.Л. Беленицкая
Шеф-редактор иностранных материалов:
А.Ю. Мостинская
Выпускающий редактор иностранных материалов:
В.Д. Ардаматская
Зав. отделом российских материалов:
О.Л. Беленицкая
Выпускающий редактор:
М.А. Янушкевич
Обозреватели:
В.С. Губарев, В.Ю. Чумаков
Администратор редакции:
З.Х. Мусина

Научные консультанты:
акад. К.В. Анохин; член-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловская; член-корр. РАН А.В. Васильев;
член-корр. РАН Г.В. Домогацкий; к.ф.-м.н. В.Г. Сурдин; акад. М.В. Угрюмов;
акад. Б.Ю. Шарков

Над номером работали:
М.С. Багоцкая, А.П. Кузнецов, Н.Л. Лескова, А.И. Пензина, А.И. Прокопенко, О.С. Сажина,
В.И. Сидорова, Д.С. Хованский, Я.Р. Хужина, Н.Н. Шафрановская, А.В. Щеглов

Дизайнер:
Д.А. Гранков
Верстка:
А.Р. Гукасян
Корректура:
М.А. Янушкевич
Фотографы:
Н.Н. Малахин, Н.А. Мохначев
Директор НП «Международное партнерство
распространения научных знаний»:
А.Ш. Геворгян
Заместитель директора НП «Международное партнерство
распространения научных знаний»:
В.К. Малахина
Финансовый директор:
Л.И. Гапоненко
Главный бухгалтер:
Ю.В. Калинкина

Адрес редакции:
Москва, ул. Ленинские горы, 1, к. 46, офис 138;
тел./факс: 8 (495) 939-42-66; e-mail: [email protected]; www.sciam.ru
Иллюстрации предоставлены Scientific American, Inc.
Отпечатано:

ПАО «Можайский полиграфический комбинат», 143200, г. Можайск, ул. Мира, 93,
www.oaompk.ru, www.оаомпк.рф, тел.: 8 (495) 745-84-28, 8 (4963) 82-06-85
Заказ № 0575
© В МИРЕ НАУКИ. Журнал зарегистрирован в Комитете РФ по печати. Свидетельство ПИ
№ ФС77–43636 от 18 января 2011 г.
Тираж: 12 500 экземпляров. Цена договорная

Авторские права НП «Международное партнерство распространения научных знаний».
© Все права защищены. Некоторые из материалов данного номера были ранее опубликованы Scientific American или
его аффилированными лицами и используются по лицензии Scientific American. Перепечатка текстов и иллюстраций
только с письменного согласия редакции. При цитировании ссылка на «В мире науки» обязательна. Редакция не всегда
разделяет точку зрения авторов и не несет ответственности за содержание рекламных материалов. Рукописи
не рецензируются и не возвращаются.
Торговая марка Scientific American, ее текст и шрифтовое оформление являются исключительной собственно-
стью Scientific American, Inc. и использованы здесь в соответствии с лицензионным договором.

От редакции

Время раскрывать тайны

Обратную сторону Луны не видно с Земли, нейтринный телескоп, который п озволит
и это всегда порождало много мифов и легенд. у ченым исследовать нейтрино — самую зага-
Похоже, настало время попрощаться с этой дочную элементарную частицу, для которой
з агадкой. Автор статьи «Взгляд с обратной материя почти прозрачна. Почему ученым так
стороны Луны» считает, что на той стороне важны эти исследования? Они должны про-
нашего спутника в ближайшее время появят- лить свет на наше понимание самых ранних
ся множество радиотелескопов и орбитальных стадий возникновения Вселенной, темной
станций. Это место защищено от радиоизлу- материи и темной энергии, эволюции звезд,
чения Земли и поэтому идеально подходит для Солнца, Земли и т.д. Этой теме посвящен мате-
поиска свидетельств первых нескольких сот риал «Нейтринный телескоп на дне Байкала».
миллионов лет после Большого взрыва.
Как бы ни было важно изучать эволюцию
Воображение людей волнует не только дру- нашей Вселенной, главная тайна — это мозг
гая сторона Луны, но и она сама. Луна стаби- человека. «Я убежден, что время разгадки со-
лизирует наш климат, и, собственно, без нее кровенных секретов мозга уже наступило», —
Земля бы не была Землей. Астрономы близ- утверждает нейробиолог академик К.В. Ано-
ки к тому, чтобы зарегистрировать первые эк- хин. Тайну возникновения и функциониро-
золуны — спутники, обращающиеся вокруг вания сознания поможет раскрыть созданная
экзопланет в далеких околозвездных систе- им гиперсетевая теория мозга. В статье «Мыс-
ма х. Он и пока ж у т, наскол ько та кое партнер- лящая гиперсеть» К.В. Анохин рассказывает,
ство распространено в иных галактиках и что как возникла эта теория и на какие вопросы
оно означает. Узнайте подробности из статьи она ответит.
«Иные луны».
Редакция журнала «В мире науки /
На дне озера Ба йка л создаетс я у ника льный Scientific American»
экспериментальный комплекс — подводный

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 3

Математика Illustration by Kotryna Zukauskaite

МАТЕМАТИ КА

сМоазтдеамнаитяика
связей

Теория перколяции дает ключ к пониманию
многих математических моделей — от сотовой
связи до распространения болезней

Келси Хьюстон-Эдвардс

4 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Математика

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 5

Математика

ОБ АВТОРЕ

Келси Хьюстон-Эдвардс (Kelsey Houston-Edwards) —
математик и журналистка, автор и ведущая онлайн‑шоу
PBS Infinite Series.

егко представить, что вы Раздел математики, который называет- WEE PEOPLE FONT, PROPUBLICA AND ALBERTO CAIRO (figure drawings); Illustrations by Jen Christiansen
нажимаете кнопку «от- ся теорией перколяции (или теорией про-
править» — и текстовое текания), предлагает удивительный от-
сообщение перемещается вет: всего несколько человек могут иметь
прямо с вашего телефо- решающее значение. По мере увеличения
на на телефон адресата. количества пользователей растут и изо-
Но в реальности оно про- лированные до поры до времени кластеры
ходит долгий путь через сотовую сеть или ин- из подключенных телефонов. Но полноцен-
тернет, и в том и в другом случае используя ная сеть, охватывающая весь город с вос-
централизованную инфраструктуру, которая тока на запад или с севера на юг, возника-
может быть повреждена в результате стихий- ет внезапно, когда плотность пользовате-
ных бедствий или отключена по указу прави- лей превышает определенное критическое
тельства. Опасаясь наблюдения или вмеша- значение. В терминах термодинамики та-
тельства со стороны государства, техниче- кое скачкообразное изменение связности
ски подкованные протестующие в Гонконге сети можно описать как фазовый пере-
избегали выходить в интернет, используя та- ход — та же концепция используется для
кие мессенджеры, как FireChat и Bridgefy, для объяснения резких изменений состояния
отправки сообщений непосредственно меж- мат ериа ла, та к и х к а к та я н ие л ьда и л и к и-
ду находящимися по соседству телефонами. пение воды.

Эти приложения обеспечивают передачу Теория перколяции изучает образование
информации с одного телефона на другой, целостных структур при случайном возник-
в конечном счете выстраивая связь между новении или исчезновении связей между от-
отправителем и получателем — единствен- дельными элементами. С точки зрения ма-
ными пользователями, способными про- тематической модели речь идет о сетях или
сматривать сообщение. Множества свя- графах, которые можно представить как
занных друг с другом телефонов образуют набор узлов (точек), соединенных ребрами
так называемые ячеистые сети (mesh-сети), (линиями). Каждый узел представляет со-
или беспроводные децентрализованные са- бой объект (например, человека или теле-
моорганизующиеся сети (MANET ), обеспе- фон), а ребра — это определенные отноше-
чивающие гибкий режим связи при отсут- ния между парой этих объектов. Ключевое
ствии базовы х центра льны х узлов. Но если открытие теории перколяции, появившейся
вы захотите связать таким образом два про- в 1950-х гг., состоит в том, что при постепен-
извольных телефона, необходимо создать ном увеличении количества связей в сети
сеть из других, «промежуточных» устройств. внезапно наступает критический момент
Какое количество людей, разбросанных образования глобального кластера связан-
по Гонконгу, необходимо подключить к од- ных друг с другом объектов.
ной и той же ячеистой сети, чтобы обеспе-
чить связь, охватывающую весь город? Главный вопрос состоит в том, как опре-
делить этот критический момент. Как для
каждой конкретной сети вычислить этот
параметр, аналогичный нулевому граду-
су по Цельсию, при котором тает лед, или
100 градусам, при которых закипает вода?
В какой момент интернет-мем становится
вирусным, продукт начинает доминировать
на рынке, происходит землетрясение, сото-
вые телефоны формируют с вязную сеть,

6 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Математика

а болезнь становится пандемией? Теория Ячеистые сети
перколяции дает представление обо всех
эти х перехода х.

Как правило, математики имеют дело с аб-
страктными сетями, бесконечными по про-
тяженности, симметричными и имеющими
правильную геометрическую форму, — так
удобнее для построения теорий и вычисле-
ний. Кроме того, фазовые переходы стано-
вятся наиболее заметными именно в бес-
конечных системах. Реальные сети имеют
ограниченную протяженность, беспоря-
дочную структуру и требуют более слож-
ных вычислений. Однако и здесь можно го-
ворить о фазовых скачкообразных перехо-
да х, п ус ть и не та к я вно вы ра жен н ы х.

Но по мере увеличения и усложнения спо-
собов взаимодействия между людьми начи-
на я от тра нспорта, снабжения электроэнер-
гией, общения в социальных сетях и закан-
чивая распространением болезней, по мере
того как мир становится все более «связным»,
растет актуальность теории перколяции.

Ключевая теория п ерколяционные сети, соответствующие
масштабу и плотности наблюдаемых тре-
В 1957 г. британские математики Саймон щин, а затем вычисляют напряжения, ре-
Ральф Бродбент (Simon Ralph Broadbent) гулируя вероятность соединения трещин.
и Джон Майкл Хаммерсли (John Michael По мере увеличения напряжений и роста
Hammersley) впервые сформулировали за- количества связей кластеры расширяют-
дачу о перколяции как чисто математиче- ся, пока внезапно не произойдет землетря-
скую. Они абстрагировались от изучения сение. Более сложные модели процесса пер-
«процессов протекания» в химии, описыва- коляции, учитывающие «затягивание», ис-
ющих фильтрацию жидкости через какой- чезновение трещин наряду с их повторным
либо материал, например просачивание появлением, позволяют описывать толчки
масла через пористую породу или фильтра- и долгосрочные изменения системы.
цию воды через молотый кофе. Если гово-
рить о горной породе, то узлы сети — это не- Теория перколяции применяется так-
большие отверстия и полости в камне, а со- же для изучения физических и химиче-
единяющие их ребра — это микроканалы ских процессов в гораздо меньших масшта-
и т рещ и н ы, позвол я ющ ие ж и д кос ти п роса- ба х, та ки х ка к, на пример, процесс полиме-
чиваться сквозь породу. Неудивительно, что ризации, при котором отдельные молекулы
нефть проходит дальше через более пори- (мономеры) связываются вместе и образу-
стую среду с б льшим количеством трещин. ют более крупные кластеры — полимеры.
Используя теорию перколяции, Бродбент В рамках теории перколяции каждый мо-
и Хаммерсли показали, что при превыше- номер рассматривается как узел сети, а два
нии плотностью трещин в породе опреде- соседних узла могут спонтанно образовы-
ленного критического значения произойдет вать связь дру г с дру гом. Ес ли вероятность
резкий скачок. До этого значения нефть бу- их объединения возрастет, система в ко-
дет протекать только через отдельные не- нечном итоге достигнет порога перколяции
большие участки, после — практически че-
рез весь заданный объем породы.

Аналог теории перколяции используется
в геологии для изучения размеров класте-
ров в трещиноватой породе и находит ши-
рокое практическое применение — от до-
бычи нефти методом гидроразрыва пла-
ста до выявления причин землетрясений.
В последнем случае сейсмологи создают

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 7

Математика

и превратится в один гигантский связан- или единицы применим к любым вопро-
ный полимер. Этот процесс заставляет по- сам об исходе, ответ на которые не зависит
рошкообразный желатин, растворенный от какого-либо конечного числа подбрасы-
в воде, застывать и превращаться в желе. ваний. (Например, ответ на вопрос «Орел
выпал бесконечно много раз?» останется
Сети в трещиноватой породе или связан- прежним, если вы измените конечное число
н ы х пол и мера х с лож н ы нас т ол ько, чт о поч- подбрасываний монеты. В то же время ответ
ти невозможно в точности описать их струк- на вопрос «На третьем броске выпал орел?»
туру. Но Бродбент и Хаммерсли показали, зависит от одного конкретного подбрасыва-
что эти сети могут быть аппроксимирова- ния монеты.)
ны повторяющимися шаблонами, которые
в свою очередь поддаются анализу. Самый Закон нуля или единицы говорит нам,
простой пример — квадратная решетка, ко- что конечные изменения не могут нару-
торая выглядит как бесконечный лист мил- шить бесконечные по своей природе явле-
лиметровой бумаги: каждый элемент, рас- ния. Таким образом, вероятность обнару-
положенный в узлах сетки, соединен че- жения бесконечного кластера в бесконечной
тырьмя ребрами со своими соседями. сети не может незначительно измениться,
например с 0,81 до 0,82. Другими словами,
Чтобы увидеть, как жидкость может про- в бесконечной сети либо будет существо-
ход ить через э т у реше тк у, п редс та вьт е, чт о вать бесконечный кластер (вероятность
каждый крошечный отрезок на миллиме- равна единице), либо нет (вероятность рав-
тровой бумаге — это труба, которая может на нулю).
быть либо открыта, либо закрыта. Состоя-
ние каждой трубы определяется случайным Таким образом, переключение конечного
образом, подбрасыванием монеты с надпи- ч ис ла открыты х труб на за крытые (и л и на-
сью «открыто» с одной стороны и «закрыто» оборот) не влияет на существование беско-
с другой. В результате образуется система нечного открытого кластера. Вероятность
открытых и закрытых каналов — случай- найти его равна нулю или единице. Так
ная сеть, имеющая некоторое количество чему же в итоге?
«открытых» кластеров, в которых все узлы
соединены серией открытых каналов. Если Пороговое значение
вы выльете воду в любой узел такого класте-
ра, она потечет через открытые трубы и до- Ответ зависит от «характера» вашей моне-
стигнет всех других узлов данного кластера. ты. Представьте, что у вас есть реле, кото-
рое контролирует этот «хара ктер». Кра йнее
Теория перколяции исследует связность левое положение реле соответствует сит уа-
сети, которая зависит от того, насколько ции, когда монета постоянно выпадает сто-
велики «открытые» кластеры. Но «большой» роной «закрыто». Все трубы при этом оста-
кластер — понятие неоднозначное, оно не- ются перекрытыми, вода никуда не течет,
легко поддается строгому математическому а вероятность нахождения бесконечного
определению. Вместо неопределенно боль- кластера равна нулю. Вращая реле по часо-
ших чисел математикам удобнее иметь дело вой стрелке, вы увеличиваете вероятность
с бесконечностью. Тогда центральным во- того, что подброшенная монета упадет дру-
просом становится: существует ли беско- гой своей стороной, и открытых труб ста-
нечный «открытый» кластер? «Для нас го- новится все больше. Крайнее правое поло-
раздо легче ответить на этот общий вопрос жение, очевидно, соответствует ситуации
"да" или "нет", чем заниматься исследова- постоянного выпадения «открыто» и распро-
ниями отдельных кластеров того или ино- странения воды по всем без исключения уз-
го размера», — говорит Бенедикт Янель лам. Вероятность нахождения бесконечного
(Benedikt Jahnel), математик из Института кластера теперь равна единице.
прикладного анализа и стохастики Вейер-
штрасса в Берлине. При непрерывном вращении этого реле
по часовой стрелке вероятность открытия
Фактически вероятность того, что бес- труб увеличивается постепенно, и может
конечная сеть будет иметь бесконечный показаться, что вероятность обнаружения
кластер, всегда равна 0 или 1. Это связано бесконечного кластера также должна не-
с тем, что процесс перколяции подчиняет- прерывно возрастать от нуля до единицы.
с я общем у принцип у теории вероятностей, Но фактически это изменение происходит
известному как «закон нуля или единицы», мгновенно из-за закона нуля или единицы,
открытому А.Н. Колмогоровым в 1930-х гг. вероятность не может принять промежу-
Предположим, вы подбрасываете монету точное значение. Для квадратной решетки
бесконечное количество раз. Закон нуля этот ск ачок п роис ход ит в то т момент, когда

8 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Математика

реле находится точно посередине, то есть Фазовый переход
когда монета ведет себя обыкновенно и не
обладает «характером». Это критическое Количество узлов: 6
положение нашего воображаемого реле из- Узел
вестно как порог перколяции. Независимо Ребро
от формы сети — будь то, например, треу-
гольная решетка или же трехмерная версия Количество узлов: 7
квадратной решетки — основной вопрос те-
ории перколяции остается неизменным: как Количество узлов: 8
определить пороговое значение? Насколько
«необъективной» должна быть монета, что- Количество узлов: 9
бы образовалось достаточное количество
связей, гарантирующее существование от- Количество узлов: 10
крытого кластера?

Ответ зависит от точной формы (беско-
нечной) сети, и его далеко не так просто
найти. Даже доказать, что порог для ква-
дратной решетки — простейшей системы —
равен 1/2, уже было непростой задачей,
которую решил математик Гарри Кестен
(Harry Kesten) в 1980 г. И сегодня, несмо-
тря на десятилетия усилий, точные пороги
перколяции известны только для несколь-
к и х ч резвы ча й но п рос ты х се тей. «Проде ла-
на огромная работа по определению порого-
вых значений перколяции. Поразительно,
сколько различных систем было исследова-
но», — говорит Роберт Зифф (Rober t M. Ziff ),
ученый из Мичиганского университета,
специализирующийся в области стати-
стической физики. Зифф создал страницу
в «Википедии», куда заносит данные о по-
рога х перкол я ц и и д л я сотен разл и ч н ы х се-
тей. Для треугольной решетки это значение
определяется аналитически и составляет
примерно 0,347. Однако подавляющее боль-
шинство числовых значений на этой стра-
нице (включая порог перколяции трехмер-
ной квадратной решетки) представляют со-
бой приближения, полученные с помощью
компьютерного моделирования.

Ячеистая топология Количество узлов: 11

Вышеупомянутые решетки — хороший спо- п риложения на основе Bluetooth. Посколь-
соб моделирования перколяции в физиче- к у уз л ы та кой се ти мог у т на ход итьс я в п ро-
ских системах, таких как трещиноватая извольной точке заданного пространства,
горна я порода, где п ус т о ты-уз л ы на ход ят с я для их описания используется другая мо-
в фиксированных местах, а трещины меж- дель — так называемой континуальной пер-
ду ними образуются случайным образом. коляции.
Но другие сети в реальном мире намного
сложнее. Например, в уже упомянутых мес-
сен д жера х F ireChat и Bridgefy мес т оположе-
ние узлов-смартфонов гонконгских проте-
стующих постоянно менялось. Связи-сое-
динения в такой сети образуются, когда два
телефона находятся достаточно близко друг
к другу, в пределах нескольких десятков
метров — диапазона, в котором работают

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 9

Математика

Математическая модель этой сети, как друг с другом, — это расстояние между
всегда, основывается на некоторых допуще- ними. Никакие помехи, преграды, стены
ниях. Во-первых, расположение телефонов и прочие препятствия во внимание не при-
можно считать случайным и не принимать нимаются. И все же данная модель пока-
во внима ние ка кие-либо естественные ско- зывает, какую важную роль играет теория
пления или организованные перемещения перколяции в ячеистых сетях.
людей. Во-вторых, единственный фактор,
влияющий на связь двух людей (т елефонов) Существуют два способа увеличить охват
этой непрерывной перколяционной сети:
Квадратная решетка обеспечить прямое подключение к ней
на большем расстоянии или добавить опре-
Рассмотрим квадратную решетку из труб размером 9 × 9. деленное количество узлов-телефонов, по-
Считая, что каждая труба открыта с вероятностью 1/3, бу- вышая плотность сети. Эти модифика-
дем наливать воду в центральный узел (синий). В результа- ции можно рассматривать как своего рода
те поток остановится, достигнув шести соседних узлов. реле, подобные тем, которые помогли нам
лучше понять устройство трубопроводных
Закрытая труба (черная) сетей. Поворот любого из них по часовой
стрелке увеличит возможность подключе-
Если каждая труба будет открыта с вероятностью 3/4, ния. И в этих моделях «есть переключатель,
то вода, заполняя соседние узлы, достигнет границ с помощью которого осуществляется пере-
решетки. ход от лока льного к глоба льном у подк люче-
нию», — говорит Янель.

Для разработчиков приложений, осно-
ванных на ячеистой топологии, определе-
ние порога перколяции — практическая
инженерная задача. Один из способов «по-
вернуть реле» — это изменить мощность
устройства, которая влияет на дальность
приема сигнала. По словам Рама Рамана-
тана (Ram Ramanathan), старшего научно-
го сотрудника компании goTenna, занима-
ющейся ячеистыми сетями, «главный во-
прос в том, какой должна быть мощность
передачи сигнала для обеспечения связно-
сти сети». Ответ был бы простым, если бы
мощность передачи и возможность подклю-
чения имели линейную зависимость, если
бы небольшое увеличение мощности приво-
дило к пропорциональному увеличению воз-
можности подключения. Но наличие порога
перколяции означает, что существует риск
внеза пного разрыва сети и потери подк лю-
чения при перемещении людей. Оптима ль-
ная мощность — это мощность, обеспечива-
ющая постоянное подключение к сети без
потери энергии.

Другой фактор — плотность телефонов
на заданной площади. Ячеистым сетям
с фиксированным радиусом действия тре-
буется критическая плотность пользовате-
лей. С большей вероятностью они способны
обеспечить соединение на многолюдных ме-
роприятиях, таких как музыкальный фе-
стиваль, футбольный матч или крупная ак-
ция протеста. Хорхе Риос (Jorge Rios), гене-
ральный директор и соучредитель Bridgefy,
говорит, что его компания наблюдала рез-
кое увеличение количества новых поль-
зователей в Кашмире, Нигерии, Гонконге

10 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Математика

и Иране в периоды массовых беспорядков. Треугольная решетка
Люди обращались к ячеистым сетям для Трехмерная квадратная решетка
поддержания связи в случае особых мер,
принятых правительствами по ограниче-
нию интернета, или из-за перебоев в рабо-
те сотовой связи, вызванных большим ско-
плением людей. Некоторые районы, такие
как Ред-Хук в Бруклине, штат Нью-Йорк, ис-
пользуют ячеистые сети для расширения
доступа в интернет, закрепляя постоян-
ные узлы сети на крышах зданий. Б льшая
часть необходимого оборудования и тех-
нологий маршрутизации все еще находят-
ся на стадии развития. Но уже сейчас лег-
ко можно представить себе смелые футу-
ристические приложения: автономные
транспортные средства, «общающиеся» не-
посредственно друг с другом и обмениваю-
щиеся информацией о дорожном движении
или опасностях на дороге без какой-либо до-
полнительной инфраструктуры.

Сети распространения болезней Однако, как показывает практика, на рас-
пространение болезни влияет и характер
Сети, используемые для моделирования взаимодействия людей друг с другом. На-
просачивания нефти через горные поро- п ри мер, и н декс реп род у к ц и и R0 ати п и ч ной
ды или прямой связи между телефонами, пневмонии (SARS) в 2003 г. первоначально
имитируют реальную пространственную варьировал от 2,2 до 3,6. Но, по словам Ло-
структуру этих систем: два узла соединены рен Ансель Мейерс (Lauren Ancel Meyers),
ребром, если объекты, которые они пред- ныне директора Консорциума моделиро-
ставляют, расположены близко друг к другу вания COVID-19 Техасского университе-
в физическом пространстве. Но для сетей, та в Остине, количество выявленных слу-
отслеживающих распространение болезни чаев было «намного ниже, чем ожидалось
от человека к человеку, связи определяются в этот период на основании простых рас-
способа ми передачи конкретного заболева- че тов». Она у тверж да ла, что это несоотве т-
ния. Такие сети особенно запутанны: один ствие вытекает из сомнительного предполо-
инфицированный человек, проводящий час жения о том, что «все восприимчивые люди
в ночном клубе большого города, способен с равной вероятностью заразятся», которое
передать ви рус че ловек у, которы й разнесе т игнорирует сложную структуру сетей, по-
его по всей стране или даже по континентам строенных на контактах людей друг с дру-
за считаные дни. гом. В частности, расчетные значения R0
для атипичной пневмонии были о снованы
В элементарных эпидемиологических мо-
делях каждого человека можно отнести к од-
ной из трех групп: восприимчивых, инфи-
цированных и выздоровевших, что сильно
упрощает структуру связей. В таких моде-
лях носители инфекции случайным обра-
зом заражают группу восприимчивых лю-
дей, если исходить из предположения, что
все в этой группе — студенты общежития
или жители целого города — имеют рав-
ные шансы заразиться. Скорость зараже-
ния в данном случае зависит от так назы-
ваемого индекса репродукции R0 — средне-
го числа новых заболеваний, вызванных
одним инфицированным человеком. Если
этот показатель больше единицы, значит
вирус распространяется, а если меньше,
то вспышка эпидемии угасает.

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 11

Математика

на быстром распространении заболева- с лучаев заболевания, для оценки влияния
ния в многоквартирных домах и больни- социального дистанцирования (один метр
цах, то есть местах, которые характеризу- или два?) и количественной оценки значи-
ются «аномально высоким уровнем тесных мости общественных мест (например, школ
контактов между людьми». Но в случае ати- или ресторанов) в распространении новой
пичной пневмонии отрезок времени меж- корона ви русной и нфекц и и. А лесса н дро Ве-
ду инфицированием и заболеванием срав- спиньяни (Alessandro Vespignani), ученый,
нительно небольшой, поэтому все заболев- специализирующийся на теории сложных
шие довольно быстро попадали в больницы, сетей, из Северо-Восточного университета
не успевая заразить большое количество в Бостоне, называет это исследование ра-
людей за их пределами. ботой «военного времени» — тактической
и иногда беспорядочной, но дающей немед-
Важную роль играет сущность связей ленные численные результаты, в которых
между узлами сети распространения болез- нуждаются политики и медицинские работ-
ней. Если, например, речь идет о сети, пред- ники. По его с лова м, у ченые созда ют «свое-
ставляющей распространение ВИЧ, то два го рода синтетическое общество, в котором
человека (узла) оказываются связанными каждый из нас, действительный или потен-
в том случае, если произошел обмен жидко- циальный участник эпидемиологической
стями и х орга низмов. Сеть, показыва юща я сети, упакован в компьютер» для моделиро-
потенциальное распространение COVID-19, вания.
имеет совершенно другую структуру свя-
В противовес этому исследованию «мир-
От элементарных сетей ное время» для Веспиньяни — это «возмож-
к более сложным, ность детально разработать модель, от-
от абстрактных калибровать ее, исследовать конкретные
математических подходы, найти пути увеличения точно-
сти результатов». Чтобы получить теоре-
теорий к детальному тическое представление о том, как форма
компьютерному и структурные особенности сети влияют
моделированию на распространение болезни, ученые обра-
щаются к теории перколяции.
и далее — к системам,
моделирующим Основные математические подходы, ис-
реальность пользующиеся в теории перколяции, часто
ограниченны с точки зрения их реально-
зей, представляющую тесный контакт без го применения и работают только в случае
защиты органов дыхания. Всевозможные упорядоченных и симметричных систем.
карантинные меры и блокировки, такие как И все же «математика играет главную роль
закрытие предприятий и ограничение по- в этих исследованиях», — говорит Веспи-
ездок, изменяют эт у стру кт у ру связей и на- ньяни. Ученые, исследующие особенности
ряду с ношением масок и физическим дис- эпидемиологических сетей, оперируют, на-
танцированием предотвращают передачу пример, таким понятием, как распределе-
вируса от одного человека к другому. Одна ние степеней. Степень — это количество
из задач эпидемиологов — найти способы связей данного конкретного узла с другими.
разомкнуть сеть, в достаточной степени раз- Предположим, что степень всех узлов ква-
дробить ее на отдельные кластеры. дратной решетки равна 4. Однако в случае
построения сети распространения болез-
В реальности эпидемиологические сети ни степени узлов могут очень сильно разли-
(например, в случае COVID-19) чрезвычай- чаться: некоторые участники контактиру-
но сложны и едва ли поддаются описанию. ют гораздо больше других и потенциально
Но даже если была бы в точности извест- мог у т заразить большее количество людей,
на структура этой сети, ее было бы край- чем, например, те, кто находится в изоля-
не трудно проанализировать математиче- ции.
ски. Компьютерное моделирование исполь-
зуется для прогнозирования количества Распределение степеней описывает рас-
пределение вероятностей той или иной сте-
пени в сети. В моделях, исследующих рас-
пространение болезней, это означает веро-
ятность заразить (или потенциально быть
зараженным) определенное количество дру-
гих людей. Чтобы понять, как этот параметр

12 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Математика

влияет на порог перколяции, такие ученые, п роцессы, ученые и исследователи перехо-
как Мейерс, генерируют тысячи случайных дят от теоретической математики к ком-
сетей, объединенных лишь одной особенно- пьютерному моделированию. От элементар-
стью: все они имеют одинаковое распреде- ных сетей к более сложным, от абстрактных
ление степеней. Этот подход позволяет луч- математических теорий к детальному ком-
ше понять роль, которую данный параметр пьютерному моделированию и далее — к си-
играет в общей структуре сети. По словам стемам, моделирующим реальность.
Мейерса, если свойства сгенерированных
сетей совпадают с реальностью, то распре- Многие важнейшие сетевые модели рас-
деление степеней или любые другие «чисто пространения COVID-19 объединяют в себе
математические» параметры, вероятно, бу- информацию, полученную из других се-
дут иметь непосредственное отношение тевых моделей. Графики учебы в школах,
к распространению болезни. маршруты поездов, режим работы боль-
ниц — все это сети, и каждая из них влия-
Исследования показывают, что порог пер- ет на ход пандемии. «Мы живем в этой си-
коляции для сети падает, если сеть име- стеме взаимозависимых сетей и не можем
ет более широкое распределение степеней, анализировать одну, не принимая во вни-
что означает более широкий диапазон сте- мание другие», — говорит Раисса Д’Суза
пеней узлов. Таким образом, болезнь будет (Raissa D’Souza), ученый, специализирую-
быстрее распространяться в сети, где есть щийся в теории сложных сетей из Калифор-
как изолированные участники, так и люди нийского университета в Дейвисе. Каждая
с большим количеством контактов, чем сеть — отдельная сложная система со своим
в сети, где количество связей у всех пример- собственным поведением. Мы все чаще объ-
но одинаковое. Джоэл Миллер (Joel Miller), единяем эти сети, чтобы создать еще более
математик и эпидемиолог из Университета сложную систему, но стройной теории для
Ла Троба в Мельбурне, эвристически объ- изу чения та ки х «сетей сетей» пока нет. Это
ясняет это наблюдение: «Если у меня будет задача для будущих исследований.
в десять раз больше контактов, чем у вас, я
не только имею в десять раз больше шансов «Мы не живем ни в изолированном пузы-
заразиться, но и могу заразить в десять раз ре, ни в каком-то хаотично перемешанном
больше людей, так что это в 100 раз важнее мире. Мы находимся в мире контактов, мы
с точки зрения распространения болезни». общаемся в социальных сетях, именно здесь
и проявляются теория перколяции и другие
Сети будущего модели», — говорит Веспиньяни. Сегодня
понимание этих математических и, на пер-
Теория перколяции используется и для мо- вый взгляд, исключительно теоретических
делирования других явлений «заражения»: моде лей «може т измен ить сит уа ц и ю в буд у-
на п ри мер, когда мем в соц иа л ьной се ти по- щем». Теория перколяции легко адаптирует-
степенно становится все более популярным, ся в меняющемся мире. Она открывает но-
прежде чем внезапно превратиться в ви- вые горизонты для математиков и практи-
русный. Применяя эту теорию к экономи- ческие приложения для ученых. И все эти
ческим моделям, можно показать, как кон- разнообразные модели объединяет одна
кретный продукт способен быстро занять удивительная особенность: всегда есть кри-
доминирующее положение на рынке. Это тическая точка, поворотный момент. Всегда
связано в том числе и с тем, что люди делят- лишь несколько новых элементов оказыва-
ся рекоменда циями среди свои х конта ктов ются решающими, и именно они связывают
в соцсетях. Модели выборов, в которых от- огромную сеть воедино. По мере увеличения
дельные люди влияют на свою аудиторию, количества всевозможных связей в совре-
также демонстрируют пороговые эффекты. менном мире растет и необходимость пони-
мания этой важнейшей теории.
В отличие от бесконечных, упорядочен-
ных и симметричных сетей, традицион- Перевод: Д.С. Хованский
но выступавших объектом изучения для
математиков, сети, моделирующие реаль- ИЗ НАШИХ АРХИВОВ
ные объекты, обладают свойствами конеч-
ности и определенной хаотичности. Такие Х ь ю с т он-Эд в ардс К. И г ра ч исе л // ВМ Н, № 11, 2019.
сети не сразу переходят от перколяции в не-
больших кластерах к полной связности, как
это делают их бесконечные аналоги, но для
них все равно характерна высокая скорость
переключения. Чтобы лучше понять эти

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 13

Физика

14 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Физика

ФИЗИКА

Фото: unsplash.com Нейтрино — самая загадочная элементарная
частица, для которой материя почти прозрачна.

Нейтрино неуловимо, и требуются огромные
объемы вещества, чтобы зарегистрировать

немногочисленные события.

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 15

Физика

Член-корреспондент РАН Г.В. Домогацкий

очему ученые так рьяно ищут эту частицу? И зачем де-
текторы нейтрино устанавливаются под сотнями метров
скальной породы, толщей антарктических льдов и на ки-
лометровых глубинах озера Байкал? Об этом и многом
другом рассказывают член-корреспондент РАН Григорий Владимирович Домо­
гацкий, руководитель лаборатории нейтринной астрофизики высоких энергий Ин-
ститута ядерных исследований РАН, и академик Борис Юрьевич Шарков, вице-
директор Объединенного института ядерных исследований в Дубне.

— Григорий Владимирович, нейтрино на­ не меняется. Если другие частицы испы-
зывают самой загадочной частицей. По­ тывают на себе какие-то взаимодействия,
чему? встречают препятствия, рассеиваются
либо отклоняются магнитными полями,
— Во-первых, нейтрино достаточно слож- то нейтрино путешествует беспрепятствен-
но изучать, поэтому многие свойства этой но, поэтому эта частица в совершенно не-
частицы до сих пор неизвестны. Мы не зна- искаженном виде несет в себе информацию
ем, каковы ее масса, различия между сор- об условиях, в которых она родилась. Это
тами нейтрино и даже число возможных уникальный и единственный в своем роде
сортов. Именно поэтому так важно про- инструмент изучения Вселенной.
должать исследования, начатые еще в про-
шлом веке. — Где может зарождаться эта частица?
— На это указывает энергия нейтрино.
В контексте нашего сегодняшнего разго- Так, нейтрино малых энергий образуются
вора, связанного с нейтринной астрофизи- в результате распада радиоактивных эле-
кой, нейтрино выделяется среди остальных ментов на Земле. Нейтрино более высоких
частиц. Во-первых, нейтрино крайне слабо энергий появляются в результате термо-
взаимодействует с веществом и, когда оно ядерных реакций в недрах Солнца. Дру-
путешествует по Вселенной, практически гой источник нейтрино — остатки взрывов
не встречает на своем пути никаких пре- сверхновых звезд, накопившиеся за время
пятствий. Поэтому траектория нейтрино

16 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Физика

эволюции Вселенной. Нейтрино высоких — Нейтрино, как и все элементарные
энергий возникают из-за мощных энерго- частицы, могут превращаться в другие
выделений в ядрах галактик — квазарах. сорта. Этот механизм известен как ос­
Исследуя разные типы нейтрино, можно цилляция. Расскажите, в чем суть этого
получать ценную информацию об их про- процесса?
исхождении.
— Действительно, осцилляция — это пе-
— Насколько мне известно, существу­ реход частиц одного сорта в частицы друго-
ют три сорта, или, как физики их назы­ го сорта. Например, электронные нейтри-
вают, аромата нейтрино. Почему исполь­ но могут превращаться в мюонные, а мю-
зуется такая терминология и какие сор­ онные — в электронные. Впервые идею
та известны сегодня? о существовании подобного явления выска-
зал Б.М. Понтекорво в 1950-е гг. В дальней-
— Нейтрино как частица появилось шем доводы ученого подтвердились в экспе-
на свет в голове у физика-теоретика Вольф- риментах на детекторе «Супер-Камиокан-
га нга Паули д ля спасения за кона сох ра не- де» в Я пон и и, в экспери мента х с изу чен ием
ния энергии. Поэтому поначалу предпо- потоков нейтрино от рождающихся в ат-
лагалось одно нейтрино. Затем возникло мосфере частиц космических лучей высо-
подозрение, что и х два: частица и а нтича- к и х энерги й, которые бомбард и ру ют атмо-
стица. Вскоре выяснилось, что нейтрино, сферу.
которые рождаются при распаде радиоак-
тивных ядер и при распаде мю-мезона, — — Есть ответ, в чем причина подобных
это разные частицы. Далее сложилось превращений?
представление, что и у тяжелого тау-мезо-
на тоже должно быть свое нейтрино. Отсю- — Так мир устроен.
да и возникло понятие ароматов. Впослед- — Так просто?
ствии появилась идея о смешивании сортов — Да.
нейтрино. — Ведутся разговоры о том, что ней­
трино может быть ключевым элемен­
— То есть это скорее условное обозна­ том темной материи. Насколько это ре­
чение? ально?
— О темной материи мы вообще зна-
— Конечно. ем очень мало. И говорить о какой-то свя-
— Физики высказывают предположе­ зи пока ра но. Темна я материя су ществует,
ние о существовании четвертого типа — но состоит ли она из уже известных нам ча-
стерильного нейтрино. Что известно сей­ стиц — большой вопрос.
час? Скорее всего, при тех ограничениях
— Пока это не более чем подозрения. на массу нейтрино, которые уже получены,
Но наличие четвертого нейтрино вполне эта частица слишком легкая, чтобы состав-
допускается. Стерильным оно названо по- лять темную материю. Поэтому на текущий
тому, что практически не взаимодействует момент нейтрино не пользуется популярно-
с веществом. Идея существования четвер- стью как основной кандидат.
того типа сформировалась при попытках — По какому принципу работают со­
найти объяснение ряду результатов экс- временные детекторы нейтрино? Поче­
периментов с рукотворными источника- му многие из них расположены либо глу­
ми нейтрино и в астрофизике. Так, первые боко под водой, либо глубоко под зем­
данные микроволнового телескопа WMAP лей?
указывали на четыре типа нейтрино. А бо- — Все детекторы природных потоков ней-
лее поздние да нные космического телеско- трино требуют защиты от природных пото-
па «Планк» предполагают три типа, но при ков других проникающих частиц космиче-
этом не исключают четвертый. Проводи- ских лучей — мюонов. Это достигается раз-
лись необходимые эксперименты, в том чис- мещением детекторов глубоко под землей
ле и в нашем институте в Баксанской под- или глубоко под водой, где поток мюонов по-
земной нейтринной обсерватории. Сегодня давлен на многие порядки величины. Что-
этот вопрос — абсолютно открытый и тре- бы изучать нейтрино разных диапазонов
бует дальнейшего исследования. Но, скорее энергии, требуются и разные типы детек-
всего, четвертого типа не существует. торов. Исторически первыми в нейтринной
— Высказываются предположения астрономии использовались радиохимиче-
о возможном их происхождении? ские детекторы, различающиеся по исполь-
— Они мог ут возникать в потоке нейтри- зуемому в них активному веществу, с кото-
но известных сортов в результате их пере- рым взаимодействует нейтрино: хлорные
хода в стерильные нейтрино.

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 17

Физика

и галлиевые. Так, при взаимодействии низ- — С идеи, возникшей у М.А. Маркова.
коэнергетичных нейтрино с атомом галлия А в 1975 г. известнейшие физики Фреде-
образуется атом германия. Анализируя ко- рик Райнес, открывший нейтрино, и Джон
личество радиоактивного германия, мож- Лернед с группой коллег попытались реа-
но определить, ка кой поток нейтрино про- лизовать эту идею с помощью проекта, ко-
ходил через это вещество. торый получил название DUMAND (Deep
Underwater Muon and Neutrino Detector).
Следующий тип детекторов известен В рамках проекта предполагалось создание
как сцинтилляционный. Регистрируются детектора в районе Тихого океана объемом
вспышка, создаваемая электроном отдачи примерно в 1 км3. Такой детектор позволил
при рассеянии на нем нейтрино, либо элек- бы увидеть частицы нейтрино, не только
трон (позитрон), родившийся при взаимо- рождающиеся в атмосфере Земли косми-
действии нейтрино с ядром вещества сцин- ческими лучами, но и приходящие из даль-
тиллятора. Так, в эксперименте Borexino него космоса. Сформировалась группа уче-
в качестве вещества детектора использо- ных, в которую входили М.А. Марков и дру-
валась ультрачистая сцинтилляционная гие отечественные физики. Однако к концу
жидкость. Этот детектор был отличным 1970-х гг. политические события сдела-
поставщиком качественной информации ли невозможным да льнейшее у час тие рос-
о потоке нейтрино от Солнца. сийских ученых. Поэтому американцы про-
должили работу над проектом самостоя-
Потоки нейтрино более высоких энергий тельно. Он давался им с трудом, а в 1995 г.
(десятки и сотни миллиардов электрон- проект и вовсе был закрыт по причине от-
вольт) исследуются с помощью сцинтил- сутствия заметного продвижения в созда-
ляционных и водно-черенковских детекто- нии детектора.
ров, позволяющих определять направле-
ние движения частицы. В данном случае После выхода СССР из проекта необходи-
нейтрино регистрируются по эффекту по- мо было делать что-то свое. На заседании
явления заряженных частиц, проходящих ученого совета Института ядерных иссле-
через чувствительный объем детектора дований было принято решение создать ла-
в направлении снизу вверх. «Родителями» бораторию нейтринной астрофизики высо-
таких частиц могут быть только нейтри- ких энергий. Отечественный физик А.Е. Чу-
но, свободно проходящие через весь земной даков предложил разрабатывать методику
шар. глубоководной регистрации на Байкале.
Начав работать, мы постепенно поняли, что
Но если мы хотим зарегистрировать ней- нам по силам создавать на Байкале детекто-
трино по-настоящему высоких энергий, ры, способные давать физические результа-
свыше 1012 эВ, необходимы невероятно ты и развивать нейтринные исследования.
большие объемы вещества, вплоть до 1 км3, Поэтому уже в 1990-е гг. была сделана пер-
резервуар для которых невозможно создать вая установка НТ-200. Американцы тоже
искусственным путем. не останавливались и примерно в то же

В 1960-е гг. выдающийся физик М.А. Мар-
ков предложил использовать естествен-
ные водоемы для регистрации нейтрино
с помощью многочисленных детекторов
на глубине. В случае, когда энергия ней-
трино больше 1015 эВ, сечение его взаимо-
действия сильно возрастает и Земля ста-
новится для него непрозрачной. Нейтрино
взаимодействуют в толще Земли или в объ-
еме детектора, рождая мюон, который дви-
жется в среде со сверхсветовой скоростью
и излучает черенковский свет под строго
определенным углом, зависящим от энер-
гии мюона. Регистрируя этот свет с помо-
щью детектора, можно определить энергию
и направление мюона, а значит и родивше-
го его нейтрино, поскольку мюоны при вы-
соких энергиях с большой точностью со-
храняют направление нейтрино.

— С чего началась история Байкальско­
го нейтринного телескопа?

18 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Физика

время построили установку немного боль- Поскольку американские коллеги начали
шего размера под названием AMANDA работу раньше, уже к 2013 г. они накопили
на Южном полюсе. достаточно экспериментальных данных,
чтобы выделить первые события из дале-
В первые годы работы этих двух детекто- кого космоса на фоне атмосферных нейтри-
ров стало понятно, что нейтрино мы реги- но. Но на это потребовалось около семи лет
стрируем, но это в основном атмосферные набора данных. На сегодня уже собрано по-
нейтрино. Чтобы увидеть частицы, приле- рядка 100 подобных событий.
тевшие из дальнего космоса, необходимо
делать детекторы существенно большего — А сколько уже получено с помощью
масштаба. Байкальского нейтринного телескопа?

Чтобы решить эту задачу, коллеги из США — Мы нача ли на десять лет позже и пока
реализовали в 2005–2010 гг. проект IceCube, не завершили первый десяток.
а мы в 2015 г. начали работы по созданию
детектора Baikal-GVD, который и сегодня — Среди задач Байкальской нейтрин­
продолжает наращивать объемы. Наша ко- ной обсерватории заявлен также поиск
нечная цель — достичь эффективного объе- новых элементарных частиц. Неужели
ма поря д ка к убического ки ломе тра и вес ти физики стремятся найти еще больше ча­
изучение области центра нашей галактики стиц?
на уровне чувствительности, соизмеримой
с детектором IceCube. — Вернемся к темной материи. Она, без-
условно, существует. Вопрос в том, из чего
— Оцените значимость проекта для она состоит. Есть целый ряд гипотез, кото-
России: чего уже удалось достичь? рые можно проверять на существующих де-
т ект ора х.
— Анализ данных, собранных на детек-
торе НТ-200, позволил получить в конце Помимо этого, физики всего мира ищут
1990-х — начале 2000-х гг. результаты ми- магнитные монополи. Существование
рового уровня в задачах исследования диф- этой частицы предсказано довольно дав-
фузного потока нейтрино высоких энергий, но, но пока оно не подтверждается. Ее ищут
поиска магнитных монополей и проявле- и на ускорит е л я х, и в экспери мента х, реги-
ний частиц темной материи. Детектор да л стрирующих космические лучи.
возмож нос ть вы пол н ить ш и рок и й кру г за-
дач по исследованию потока нейтрино в об- — Обменивается ли американские
ласти сра внительно небольши х энергий — и российские коллеги данными?
гигаэлектронвольт и тераэлектронвольт.
И нельзя забывать о развитии методики — С большинством ученых мы хорошо
глубоководной регистрации частиц. С по- знакомы и постоянно делимся данными
мощью этого детектора были найдены тех- и опытом. Но, конечно, все самые свежие
нические решения, позволившие реализо- результаты сначала обрабатываются груп-
вать проект создаваемого сейчас крупно- пой проекта, а затем попадают в открытый
масштабного детектора Baikal-GVD. доступ. Необходимо отметить, что этим за-
нимаются не только Россия и США. Напри-
мер, страны Европы создали небольшой
детектор в Средиземном море — ANTARES.

w w w.sci-r u.org Оптический модуль
Baikal-GVD состоит
из глубоководного
стеклянного корпуса,
фотоэлектронного
умножителя и блока
электроники. При
прохождении нейтрино
через толщу воды
возникает свечение,
которое регистрируют
фотоумножители. Фото:
Б.А. Шайбонов / ОИЯИ.
[05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 19

Физика

К сожалению, его возможности не позво- помогли условия на Байкале: зимой он по-
ляли добраться до нейтрино сверхвысоких крывается льдом, с которого производится
энергий из дальнего космоса. Поэтому сей- монтаж установки.
час они нацелены на создание большого де-
тектора, и мы активно с ними сотруднича- — Много ли у вас учеников и последова­
ем. Ежегодно научное сообщество прово- телей? Кто сейчас продолжает ваше дело?
дит совместные конференции, на которых
мы делимся результатами. — Если сравнивать с 1980 г., когда были
только я как заведующий лабораторией
— Когда и как вы стали интересовать­ и первые два-три сотрудника, то сегодня
ся тематикой нейтринной астрофизики? в проекте непосредственно задействованы
Что вас вдохновило? около 70 человек.

— После окончания физического факуль- — Насколько сейчас эта тематика вос­
тета МГУ я пришел в лабораторию ней- требована в Институте ядерных исследо­
трино ФИАН, которой руководили замеча- ваний и в других институтах? Много ли
тельные физики Г.Т. Зацепин и А.Е. Чуда- молодых ученых интересуются этой те­
ков. Будучи молодыми людьми, мы мало мой?
что понимали в нейтринной астрофизике,
но было интересно. — Сегодня эта тема очень активно и се-
рьезно развивается в Объединенном ин-
Я занимался в основном теоретическими ституте ядерных исследований в Дубне.
вопросами нейтринной астрофизики ма- Этот институт — наш основной партнер,
лых энергий, а также проблематикой Бак- и мы действительно работаем как единый
санской нейтринной обсерватории. Ней- коллектив. Подобные исследования ве-
тринной астрофизикой высоких энергий дутся и в других институтах, в том числе
я занялся по предложению М.А. Маркова в МИФИ, ИГУ, и, конечно, в странах Евро-
спустя 15 лет, в 1980 г., и 1 октября 1980 г. пы.
стал заведующим лабораторией нейтрин-
ной астрофизики высоких энергий. С тех Важно понимать, что эта деятельность
пор только этим и занимаюсь. требует большой концентрации усилий
серьезных научных коллективов. Напри-
— Сложно ли было осваивать это на­ мер, с установкой IceCube работают около
правление? Ведь технологии создания 250 человек из разных университетов. Про-
нейтринных телескопов в то время были екты, подобные IceCube, — это всегда сово-
развиты слабо. купность блестящих инженерных решений
и должного финансирования.
— Освоили потихоньку. Еще в 1980-е гг.
мы поняли, что можем создавать глубо- — Каковы задачи Байкальского ней­
ководные черенковские детекторы ней- тринного телескопа? На какие вопросы
трино. Это и был наш главный результат установка должна найти ответ?
за первые десять лет работы. К тому же нам
— Напомню, что масштаб эффекта, обна-
13 марта 2021 г. на Байкале состоялся торжественный запуск руженного IceCube (тот самый поток ней-
крупнейшего в Северном полушарии глубоководного нейтринного трино из дальнего космоса), — порядка
телескопа Baikal-GVD. Фото: Б.А. Шайбонов / ОИЯИ. сотн и событи й. Необход и мо собрать бол ь-
ше и нформа ц и и. Ва ж ней ша я за дача Ба й-
кальского нейтринного телескопа — на-
копить соизмеримый объем информа-
ции о доступной для нас (но не для IceCube
в си л у ег о г еог рафи ческог о положен и я) об-
ласти центра нашей галактики. Скорее
всего, на это потребуется около пяти-семи
лет работы.

Что мы получим? Во-первых, мы уви-
дим другую часть неба, ту, что скрыта
от IceCube. Мы подтвердим или опровер-
гнем результаты установки в Антарктиде.
Вед ь подобн ые экспери менты всегда дол ж-
ны получать подтверждение. До сих пор
IceCube работал в полном одиночестве. Те-
перь к работе подключается Байкальский
нейтринный телескоп.

Мы — свидетели эпохи становления мно-
гоканальной астрономии (multi-messenger

20 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Физика

astronomy), эпохи, когда интереснейшие
активные объекты Вселенной становят-
ся предметом изучения одновременно с по-
мощью мировой сети инструментов опти-
ческой, гамма-, рентгеновской, а теперь
и нейтринной астрономии. И Байкаль-
ский нейтринный телескоп Baikal-GVD,
крупнейший детектор Северного полуша-
рия, — ключевой элемент создаваемой ми-
ровой нейтринной сети наряду с детекто-
ром IceCube в Антарктиде.

Борис Юрьевич Шарков, академик,

вице-директор Объединенного института

ядерных исследований в Дубне:

— Борис Юрьевич, ОИЯИ известен как научный опыт, — академик Г.В. Трубников.
кузница передовых научных исследова­ Напомню, что Григорий Владимирович за-
ний и технологий для экспериментов ми­ нимал пост первого заместителя министра
рового уровня. Сохраняются ли эти тра­ науки и высшего образования и вернулся
диции сегодня? И какие проекты вы счи­ в ОИЯИ с важным для нас багажом управ-
таете наиболее значимыми? ленческого опыта. Естественно, происхо-
дит омола жива ние у пра вленчески х стру к-
— Объединенный институт ядерных ис- тур института, внедряются современные
следований — это уникальная междуна- эффективные способы управления наукой.
родная и межправительственная орга-
низация, единственная в стране с таким Недавно мы приняли стратегию развития
статусом. Это дает важные политические института до 2030 г. и далее. Она предусма-
и финансовые преимущества для организа- тривает работу по двум ведущим направ-
ц и и нау ч н ы х исс ледова н и й. В ОИЯ И п ред- лениям: первое посвящено научному по-
ставлены 18 государств-членов и шесть иску и приоритетам передовых исследова-
стран — ассоциированных членов. Это ний, а второе затрагивает все многообразие
крупнейшие страны Центральной и Вос- аспектов развития института как между-
точной Европы, СНГ, Азии и Латинской народной межправительственной органи-
Америки. зации, влючая вопросы кадровой политики
и социальной инфраструктуры.
ОИЯИ охватывает широкий спектр науч-
ны х исследова ний. Должен сказать, в Д уб- — Почему во всем мире сделана ставка
не сохранились научный дух и научная ат- на проекты класса мегасайенс?
мосфера. Конечно, современные веяния
в управлении наукой, бюрократизация — А л ьберт Эй н штей н говори л: «Ж изн ь —
и другие явления не минули и нас, но мы как вождение велосипеда. Чтобы сохранить
выстояли, бережно сохранив поистине ака- равновесие, ты должен двигаться». И со-
демический, международный подход к ор- трудники института точно знают, в каком
ганизации научной жизни института. направлении двигаться. Около десятиле-
ти я наза д бы л п ред ложен п роект NICA, ко-
В ОИЯИ научные исследования на пере- т оры й сегод н я на ход ит с я на за верша ющей
довом фронте ведутся по целому ряду на- стадии своего создания. Это уникальный
правлений: физика элементарных частиц, ускорительный комплекс мирового клас-
ядерная физика, физика конденсирован- са — мегасайенс-проект.
ных сред, радиобиология и современный
компьютинг. По каждому из этих направле- Почему такие проекты важны? В совре-
ний мы занимаем видное место в европей- менной физике крупные проекты, словно
ском и международном научном простран- магниты, притягивают к себе молодежь,
стве. лучшие умы со всего мира и передовые тех-
нологии. Все вместе дает потрясающий си-
Сегодня институт находится на важном нергетический эффект. Институт, который
этапе своего развития. В 2020 г. состоялись осмелился реализовывать мегасайенс-про-
выборы нового директора. Пришел моло- ект, сразу занимает ведущее место не толь-
дой, очень активный и динамичный чело- ко в собственной стране, но и в мире.
век, который вырос в Дубне и получил здесь

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 21

Физика

пользования, который обеспе-

чивает нейтронными пото-

ками 15 экспериментальных

станций для фундаменталь-

ных и прикладных исследо-

ваний.

И, конечно, одно из зна-

чимых направлений — со-

временный компьютинг.

Наша лаборатория инфор-

мационных технологий по-

шла по очень нестандартно-

му пути. Мы не стали гнаться

просто за производительно-

стью нашего суперкомпью-

тера. Вместо этого сотрудни-

ки ОИЯ И разработа ли у мн у ю

многофункциональную ар-

хитектуру на основе прорыв-

ных информационных тех-

нологий. Она не только обе-

спечивает все проводимые

На протяжении двух месяцев в году Байкал покрывается прочным льдом, эксперименты в ОИЯИ, в Рос-

позволяющим вести монтажные работы. Фото: Б.А. Шайбонов / ОИЯИ. сии и за рубежом (например,

в CERN ), но и включает рас-

ОИЯИ следует этой тенденции, актив- пределенную систему хранения данных —

но создавая коллаборации — сообщества «озеро данных», постоянно расширяет ре-

ученых, которые хотят работать на новой сурс облачной инфраструктуры.

установке. Активное участие сотен ученых Созданные технологии неизменно раз-

из десятков ведущих институтов и госу- виваются. Это живая цифровая экосисте-

дарств — убедительный признак того, что ма, которая растет вслед за развитием IT-

мы делаем правильное дело. индустрии в мире.

Другой крупный проект известен как «Фа- — Расскажите об участии ОИЯИ в соз­

брика сверхтяжелых элементов». Напомню, дании Байкальского нейтринного теле­

что именно в Дубне синтезированы сверх- скопа.

тяжелые элементы — дубний, флеровий, — Начну с того, что нейтрино — удиви-

оганесон и ряд других. Последний назван тельная и совершенно неуловимая части-

в честь академика Ю.Ц. Оганесяна, выдаю- ца. Нейтринная физика — ключ к современ-

щегося ученого, активно работающего в на- ным загадкам физики частиц, космологии

шем институте. Исследования обеспечива- и астрофизики, передовой фронт развития

ет уникальный новый циклотрон с огром- науки. Она призвана дать ответы на фунда-

ной производительностью, на котором уже ментальные вопросы о законах Вселенной.

получены интересные научные результаты. Нейтрино почти не взаимодействует

Помимо этого, важные научные на- с другими частицами, а значит, достигает

правления развиваются с привлечением Земли, преодолевая огромные расстояния

у никального нейтронного источника — им- космического масштаба без изменений.

пульсного реактора ИБР-2. Этот реактор, Высказываются идеи о будущих каналах

рекордсмен по яркости потока тепловых связи, основанных именно на модулиро-

нейтронов, используется для исследований ванных потоках нейтрино.

по нейтронной ядерной физике и физике Современные детекторы сделали очень

конденсированных сред. Многие исследо- большой шаг по чувствительности и се-

вательские реакторы прошлых поколений годня способны весьма точно определять

уже вырабатывают свой ресурс, и проекты типы нейтрино и их источник. Помимо ре-

закрываются. А потребность в нейтронах шения фундаментальных вопросов, иссле-

в мире для исследований по целому ряду дования нейтрино имеют значимый при-

фундаментальных и прикладных задач кладной аспект. Уже сегодня мы можем

только растет. Именно поэтому в Дубне соз- использовать свойства нейтрино для изу-

дан международный центр коллективного чения процесса выгорания топлива внутри

22 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Физика

действующего атомного реактора, для ана- высочайшего к ласса, достойный уровень
лиза явлений, происходящих в недрах Зем- заработной платы и соответствующее ка-
ли. Байкальский нейтринный телескоп чество социальной среды, в которой живут
представляет собой международный про- и работают ученый и его семья.
ект — ключевой элемент для создания сети
установок для изучения потоков космиче- Д ру га я проблема, бюрократия, решаетс я
ских нейтрино, крупнейший из детекторов благодаря тому, что мы не мешаем учено-
нейтрино в мире наряду с IceCube на Юж- му работать, а помогаем ему. В ОИЯИ пол-
ном полюсе и ANTARES и Km3NET в Среди- ностью регламентирован процесс закупок
земном море. и отчетности. Этим занимаются специаль-
но подготовленные профессионалы, кото-
Реализация подобных проектов требу- рые обеспечивают ученых всем необходи-
ет притока творческой молодежи. Мы нуж- мым.
даемся в креативных молодых людях, ко-
торые горят наукой. В ОИЯИ создана об- — Ожидаете ли вы, что Байкальский
разовательная программа, призванная нейтринный телескоп привлечет еще
го т овить та ла нтл и вы х ребят в ра м к а х ле т- больше молодых ребят в науку, в том
них и зимних школ, тренингов, стажиро- числе в Дубну и другие институты, уча­
вок и т.д. Реч ь и де т не тол ько о росси йски х ствующие в проекте?
студентах: к нам приезжают соискатели
из стран — членов ОИЯИ, да и со всех коцов — Бесспорно. И могу сказать, что это уже
мира. Конечно, пандемия повлияла на этот происходит. После запуска телескопа поток
процесс, но мы надеемся, что приток ино- данных стал нарастать, как и уровень ин-
странных молодых ученых продолжится теграции в глобальную астрофизическую
в ближайшее время. сеть, что, конечно, привлекает молодых
ученых. Поэтому я не сомневаюсь, что за-
А в 2019 г. на м уда лось сформ и ровать но- пуск Байкальского нейтринного телескопа
вую систему — конкурс на позиции так на- вызывает огромный интерес. Кроме того,
зываемых выдающихся постдоков. Это еще особым вниманием пользуются биофизика,
один способ привлекать звезд мировой на- IT, радиобиология и биомедицина — так на-
уки — молодых ученых до 40 лет, которые зываемые вечнозеленые направления (как
получили свои PhD-степени за рубежом их именовал академик В.Е. Фортов), кото-
и уже проявили высокие нау чные и лидер- рые всегда востребованы.
ские качества. Институт дает мощную под-
держку на уровне европейских стипендий, — Ка кие к лючевые векторы современ­
обеспечивает жильем. Но конкурсный от- ной физики вы бы выделили для мо­
бор очень серьезный. Конкуренция здесь лодых людей, которые сейчас учатся
высока: ведь и другие лаборатории по все- на физических факультетах и выбирают
му миру борются за молодых и талантли- сферу деятельности?
вых ученых.
— Хочу вновь обратить внимание на на-
— С какими сложностями столкнулись правления, которые обеспечивает NICA.
институт и участники коллаборации Здесь и релятивистская ядерная физика,
во время создания Байкальского ней­ и генерации кварк-глюонной плазмы, кри-
тринного телескопа? тическая точка и фазовый переход адрон-
ной материи и многое другое.
— Все подобные проекты так или иначе
встречаются с проблемами и вызовами. Другое интересное и востребованное на-
В на шем с л у чае, на п ри мер, на к ла д ы ва ют- правление — нейтронное рассеяние, вклю-
с я сезон н ые огра н и чен и я: т е лескоп мож но чая нейтронно-активационный анализ, по-
собирать только зимой, когда Байкал по- зволяющий с высокой точностью исследо-
крывается льдом. Поэтому монтаж установ- вать, например, исторические артефакты:
ки проходит достаточно медленно. мумии, старинные сосуды, древние пред-
ме ты и за хоронен и я.
С другой стороны, ощущается недоста-
ток квалифицированных специалистов. Главный движитель науки — челове-
Эта проблема распространена повсеместно ческое любопытство. Альберт Эйнштейн
и знакома каждому руководителю крупных призывал не прекращать задавать вопро-
европейских мегасайенс-проектов. сы и не терять священной любознательно-
сти. Поэтому так или иначе все направле-
В современной науке две беды: бюрокра- ния пробуждают интерес у молодежи. Мы
тия и нехватка кадров. Схватка за про- за этим внимательно следим и всячески
фессионалов — самая серьезная. Необ- стимулируем.
ходимо предлагать физические задачи
Беседовала Анастасия Пензина

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 23

Медицина

24 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Медицина

МЕДИЦИНА

Почему людей, страдающих болезнями Альцгеймера
или Паркинсона, становится все больше? Возможно ли
диагностировать эти патологии на ранних стадиях, когда
еще не поздно принимать меры? Какие существуют методы

терапии нейродегенеративных заболеваний и можно
ли научиться полностью их излечивать? Что зависит
от врачей и ученых, а что — от нас самих? Об этом — наш
разговор с академиком Михаилом Вениаминовичем

Угрюмовым, заведующим лабораторией нервных
и нейроэндокринных регуляций Института биологии

развития им. Н.К. Кольцова РАН.

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 25

Медицина

Академик М.В. Угрюмов Вторая — эти болезни вызываются вредны-
ми факторами внешней среды. Так, произ-
— Михаил Вениаминович, мы находимся в од­ водство с тяжелыми металлами, примене-
ном из помещений вашей лаборатории, где про­ ние пестицидов и ряда других удобрений
ходят эксперименты по наблюдению за поведе­ в сельском хозяйстве провоцируют возник-
нием животных. Мы видим некоторых из этих новение таких заболеваний. В странах, ко-
животных сейчас — по­моему, им очень любо­ торые быстро развиваются индустриально
пытно и они тоже наблюдают за нами. и не успевают создавать очистные соору-
жения, очень высокий процент заболевае-
— Вполне возможно. В нашей лаборатории два мости. В этом отношении показателен Ки-
основных направления. Первое — мы занимаемся тай, где мы наблюдаем невероятно бурный
нейродегенеративными заболеваниями, в основ- рост промышленности и распространения
ном болезнью Паркинсона, хотя в кру г на ши х ин- болезни Паркинсона. И если раньше сим-
тересов вход ит та к же и болезн ь А л ьц гей мера. Сей- птоматика проявлялась не раньше 50 лет,
час не только врачи, но и политики говорят о том, обычно после 60, то сейчас это может про-
что борьба с нейродегенеративными заболевани- исходить гораздо раньше.
ями — один из глобальных вызовов XXI в. Объяс-
нение простое: эти заболевания до сих пор не ле- — Как выглядит наша страна на этом
чатся, но требуют очень больших финансовых вло- фоне?
жений государства. Рано или поздно они приводят
к тяжелой инвалидизации. Это, конечно, большая — Так же, как и другие страны. У нас при-
нагрузка не только на больных, но и на их близких, мерно 1,5 млн пациентов с болезнью Альц-
и на государство. геймера и примерно 300–500 тыс. — с бо-
лезнью Паркинсона. Но я не исключаю, что
— Академик А.С. Тиганов из Научного центра случаев может быть гораздо больше, по-
психического здоровья говорил мне, что бо­ скольку у нас гораздо хуже, чем во многих разви-
лезнь Альцгеймера приобретает характер эпи­ тых странах, поставлена диагностика. Это отно-
демии. Так ли это? сится в первую очередь к удаленным от мегапо-
лисов регионам. Скажем, в сельской местности
— Я вполне согласен с моим покойным другом. возможности нашего здравоохранения крайне
Число таких больных растет почти в геометриче- ограниченны, что не может не отражаться на ди-
ской прогрессии. За 10–15 лет прогнозируется уве- агностировании и лечении больных. Поэтому, ду-
личение количества страдающих этим недугом маю, мы не имеем адекватных статистических
в два-три раза. Тому может быть множество при- данных по стране.
чин, и большинство из них нам неизвестны. Но две — Насколько я понимаю, чем раньше диагно­
причины мы знаем. Первая — повышается продол- стировать нейродегенеративное заболевание,
жительность жизни людей, что, как ни парадок- тем больше шансов помочь пациенту.
сально, стало бичом для развитых стран, посколь- — Это абсолютно верно. В настоящее время мы
ку при этом быстро увеличивается число больных. знаем совершенно точно, что специфическая сим-
птоматика нейродегенеративных заболеваний,
следовательно, и возможность их диагностиро-
вания появляются только через десятки лет по-
сле начала болезни. Однако все это время идет по-
степенное разрушение мозга, и когда проявляют-
ся специфические симптомы, мозг уже настолько
разрушен, что многие его функции необратимо
утеряны. Поэтому любая терапия, которая начи-
нается после, не может быть эффективной. Отсюда
следует логичный вывод: нужно постараться по-
ставить диагноз как можно раньше, когда ни врач,
ни даже больной не догадываются, что болезнь
уже началась.
— Как же можно это осуществить? Всем пого­
ловно после 20 лет делать МРТ головного мозга?
— Это возможно сделать, используя такой метод,
как позитронно-эмиссионная томография со спе-
цифическими лигандами — ключами к функцио-
нальным молекулам, которые страдают у больно-
го. К сожалению, у нас в стране таких лигандов
нет, а привозить их из-за границы невозможно,

26 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Медицина

поскольку они работают только в течение корот- Если мы имеем дело с болезнью Паркинсона,
кого времени после синтеза. Это большой минус то на раннем этапе также часто нарушается сон,
в нашей работе. Хотя метод позитронно-эмиссион- причем определенным образом: человек во сне на-
ной томографии с использованием специфических чинает вести себя очень бурно, иногда даже агрес-
л и га н дов не у н и к а лен в развиты х с тра на х, его н и- сивно — дергается, крутит головой, разбрасывает
когда нельзя будет использовать для диспансе- подушки, как будто с кем-то сражается.
ризации, поскольку это высокозатратный метод,
к тому же требующий особых технических усло- — То есть если просто не спится, это не бо­
вий. Я подчеркива ю, что да же СШ А — одна из бо- лезнь Паркинсона? Вы меня успокоили.
гатейших стран с очень обширной сетью ПЭТ-КТ —
никогда не смогут себе этого позволить. Поэтому — Да, именно так. Есть и многие другие возмож-
сейчас ищут такие подходы, которые легко вос- ные клинические предвестники нейродегенера-
производимы, не вредны для человека и позволят тивных заболеваний. Так, при болезни Паркинсо-
с большой вероятностью определить, что болезнь на наблюдают запоры, что объясняется наруше-
развивается без проявления специфических сим- нием нервной регуляции кишечника и снижением
птомов. способности к перистальтике. Сейчас мы с наши-
ми коллегами-неврологами по наличию клиниче-
— Значит, все же человек попадает на такое ских предвестников отбираем людей в группу ри-
исследование с какими­то симптомами? ска, чтобы искать у них биомаркеры в виде измене-
ния в биологических жидкостях. Кстати, их можно
— Однозначных клинических предвестников искать не только в крови, но и в слезной жидкости,
пока не выявлено, но поскольку патологические состав которой у таких потенциальных больных
процессы начинаются рано, они со временем за- тоже должен меняться.
хватывают не только отделы мозга, ответствен-
ные за регуляцию страдающих функций, напри- — А что происходит со слезами?
мер нигростриатную систему, играющую клю- — В слезной жидкости у больных в первую оче-
чевую роль в регуляции двигательной функции, редь изменяется состав белков, особенно тех, ко-
но и многие другие отделы мозга. При этом изме- торые связаны с механизмом нейродегенерации.
няется метаболизм как в нервной системе, так и во Скажем, при болезни Альцгеймера это бета-ами-
внутренних органах. В свою очередь, это прояв- лоид, а при болезни Паркинсона — агрегирован-
ляетс я в ви де изменений в соста ве крови и ликво- ный альфа-синуклеин. При патологии изменяется
ра, которые рассматриваются как биомаркеры на- метаболизм и они превращаются в нейротоксины.
чальных патологических процессов. При болезни Паркинсона большое значение имеет
и то, что погибают нейроны, вырабатывающие ка-
— На какие тревожные признаки надо обра­ техоламины, главный из которых — дофамин. Это
тить внимание, чтобы не упустить болезнь? также отражается в составе слезы.
Сейчас мы готовим большую статью на эту тему,
— Ес л и говорить о болезн я х А л ьц гей мера и Пар- написанную по результатам двухлетней совмест-
кинсона, то одно из самых ранних клинических ной работы с неврологами и офтальмологами.
проявлений обоих заболеваний — это не потеря В слезе у больных мы уже нашли ряд диагностиче-
памяти и не нарушение двигательной функции, ских биомаркеров. Складывается впечатление, что
как принято считать. Это нарушение обоняния,
как при COVID-19. Но, хотя это характерно для ней- Вычленение из мозга животного области, страдающей
родегенеративных заболеваний, данный признак при болезни Паркинсона, для последующего молекулярно-
нельзя считать специфическим. Действительно, биологического исследования
нарушение обоняния наблюдается и при многих
других заболеваниях.

— У многих людей, переболевших COVID-19
и утративших обоняние, впоследствии разви­
ваются когнитивные нарушения. Связаны ли
эти два процесса?

— Да, могут быть связаны, поскольку оба нару-
шения — результат локальных воспалительных
процессов, провоцирующих гибель нейронов. Ско-
рее всего, потеря обоняния связана с тем, что по-
вреждаются нейроны, находящиеся в ростраль-
ной части мозга — так называемых обонятельных
луковицах. Оттуда нервы идут как раз в область
с лизистой носовой полости. Очеви дно, при болез-
н и А л ьц гей мера и л и п ри болезн и Парк и нсона, ка к
и при коронавирусной инфекции, страдают имен-
но эти нейроны.

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 27

Медицина

Автоматизированное исследование моторного Е.И. Гусев, клиника неврологии Первого МГМУ
поведения животных с фармакологически индуцированным им. И.М. Сеченова во главе с академиком Н.Н. Яхно,
паркинсонизмом а также Национальный медицинский исследова-
тельский центр глазных болезней им. Гельмголь-
биомаркеры в слезе с диагностической точки зре- ца. Именно в этих организациях по решению ло-
ния имеют даже б льшую ценность, чем в крови. кальных этических комитетов и при информиро-
ванном согласии пациентов мы получаем образцы
— Вы сотрудничаете с какими­то медицин­ крови и слезной жидкости для анализа.
скими организациями?
— Но достаточно ли для диагностики таких со­
— Безусловно. Сейчас появилась уникальная стояний анализа биологических жидкостей?
возможность реализовать не на словах, а на деле
принципы так называемой трансляционной меди- — К сожалению, нет. Диагностика по маркерам
цины. Это стало возможным благодаря тому, что биологических жидкостей останется относитель-
у нас появились инструменты для изучения мо- но специфичной, то есть она будет лишь с какой-то
лекулярных механизмов в патологических про- вероятностью помогать поставить диагноз.
цесса х. М ы т оч но знаем, к а к а я молек ула с т ра дае т
в определенной клетке при том или ином заболева- — А позитронно­эмиссионная томография,
нии, что с ней происходит, и, отталкиваясь от это- как вы сами говорите, — очень дорогой и мало
го, можем построить диагностику и лечение. Вся для кого доступный метод диагностики. Нель­
фундаментальная часть делается в этом институ- зя ли придумать что­то еще, дешевое и эффек­
те, но, поскольку нам необходимы для исследова- тивное?
ний биологические образцы человеческого орга-
низма, мы с удовольствием сотрудничаем с веду- — Вот это самый главный вопрос. Ответ
щими неврологическими клиниками. на него — да, мы смогли впервые создать такую
технологию! Дело в том, что все хронические забо-
Десять лет назад я создал прикладную структу- левания мозга и внутренних органов развиваются
ру — ООО «Центр ранней диагностики нейродеге- по общему сценарию. Они тянутся многие годы без
неративных заболеваний», резидент ИЦ «Сколко- всяких проявлений. Когда проявляется симптома-
во», который, так же как и моя лаборатория в Ин- ти к а и с та в ят д иа гноз, обы ч но леч ить у же позд но
ституте биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, или малоэффективно. Поэтому в терапии уже де-
сотрудничает с такими ведущими медицински- сятки лет успешно использу ют способ ра нней ди-
ми структурами, как клиника неврологии РНИМУ агностики хронических заболеваний внутренних
им. Н.И. Пирогова, которой руководит а кадемик органов с помощью так называемого провокацион-
ного теста.

Во время этого теста кратковременно усилива-
ют функциональную недостаточность какого-либо
органа или системы органов до порога, при кото-
ром у людей в латентной фазе заболевания обрати-
мо проявятся характерные симптомы. У здоровых
людей такое же воздействие не проявляется ни-
как. Один из наиболее известных примеров ис-
пользования провокационного теста — велоэрго-
метрия, с помощью которой диагностируют сер-
дечную недостаточность. В этом случае человека
сажают на лабораторный велосипед и регистриру-
ют работ у сердца с помощью ЭКГ. Здоровый чело-
век может крутить педали долго, а больной через
какое-то время начинает задыхаться, что опре-
деленным образом регистрируется и на ЭКГ. Это
и есть пример диагностики хронического заболе-
вания в латентной фазе с помощью провокацион-
ного теста, в данном случае в виде физической на-
грузки. Помимо этого в качестве провокационного
тес та ш и роко испол ьзу ют фарма кологи ческие те-
сты, особенно для диагностики эндокринных за-
болеваний.

— Каким образом можно воссоздать провока­
ционный тест в неврологии?

— Как ни странно, провокационные тесты
до сих пор никогда не использовались в невроло-
гии и психиатрии для диагностики хронических

28 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Медицина

заболеваний. Нами впервые разработана такая а бсолютно безвреден. Во-первых, доказано, что

диагностика применительно к болезни Паркинсо- используемый нами ингибитор синтеза дофами-

на. В течение последних лет были проведены не- на, альфа-метил-п-тирозин, — обратимый и не-

обходимые исследования на животных, и сейчас метаболизируемый. Это означает, что он ока-

планируются клинические испытания на людях. зывает кратковременное действие и после это-

Созданную нами на примере болезни Паркинсо- го выводится из организма в неизменном виде.

на методологию разработки ранней диагностики Во-вторых, альфа-метил-п-тирозин постоянно ис-

можно распространить на все нейродегенератив- пользуют при системном введении для изучения

ные заболевания, в ос- молекулярных меха-

нове которых лежат низмов дофаминовой

гибель специфиче- Учить иностранные языки, н е й р о т р а н с м и с с и и
ских нейронов и воз- с помощью позитрон-

никающий при этом но-эмиссионной то-
мографии у здоровых
стихи, все что угодно. Важнодефицит определен-
ных нейротрансмит-
людей. И, наконец,
активное общение. Это и естьтеров. Так, ведущее в-третьих, альфа-ме-
когнитивный тренинг
звено патогенеза бо- тил-п-тирозин дав-
лезни Паркинсона — но успешно применя-

гибель дофаминер- ют при терапии ряда

гических нейронов, хронических заболе-

сосредоточенных в нигростриатной системе моз- ваний, таких как злокачественная феохромоцито-

га, и возникающий при этом дефицит дофамина ма и шизофрения. Безусловно, его использованию

в стриатуме. Именно дофамин выступает ключе- для лечения людей предшествовали стандартные

вым нейротрансмиттером, ответственным за регу- клинические исследования, доказавшие его без-

ляцию двигательной функции. Уровень дофамина вредность.

должен снизиться до порога — на 70%, чтобы поя- Сейчас мы переходим к заключительной ста-

вились нарушения двигательной функции, харак- дии поэтапного доказательства эффективности

терные для болезни Паркинсона. разработанного нами провокационного теста для

На основе проведенных нами эксперименталь- ранней, доклинической диагностики. На первом

ных исследований уже сейчас понятно, как должен этапе среди внешне здоровых людей будет подо-

выглядеть провокационный тест при диагности- брана группа развития этого заболевания в ла-

ровании болезни Паркинсона. Для этого должен тентной фазе по наличию клинических пред-

быть использован ингибитор синтеза дофамина, вестников болезни Паркинсона и маркеров в кро-

причем в той дозе, в которой он у больных в ла- ви и в слезе. На втором этапе среди испытуемых

тентной фазе снизит уровень дофамина в стриа-

туме до порога, при котором кратковременно про-

явятся нарушения двигательной функции. Введе-

ние ингибитора синтеза дофамина в такой же дозе

здоровым людям хотя и приведет к снижению его

у ровн я в с т риат у ме, но не до п роблем с д ви гат е л ь-

ной функцией. Другими словами, внешне действие

ингибитора никак не проявится.

— Не вреден ли ингибитор, который вы вводи­

те своим моделям?

— Очень важный вопрос, ведь первая заповедь

медика — не навреди. Есть все основания счи-

тать, что ингибитор, который мы предложили,

w w w.sci-r u.org Лабораторные животные, помогающие найти средства
для борьбы с нейродегенеративными заболеваниями

[05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 29

Медицина

в г ру п пе риск а буд у т о т обра н ы т е, у ко т оры х воз- лечения — определяем, в какой дозе, в каких ком-
никли кратковременные двигательные наруше- бинациях и с какими интервалами нужно исполь-
ния при введении заранее рассчитанной дозы ин- зовать нейропротекторы с различными механиз-
г иби т ора си н т е з а до фа м и н а. На по с лед нем э т а пе мами действия. Надеемся, что с помощью пре-
с помощью ПЭТ предполагается получить дока- вентивного лечения удастся не только замедлить
зательства того, что у испытуемых, ответивших гибель нейронов, но и продлить неограниченно
положительно на провокационный тест, наблю- долго бессимптомную стадию заболевания, а сле-
дается функциональная недостаточность нигро- довательно, и период активной физической и со-
стриатной дофаминергической системы. Наде- ц иа л ьной ж изн и.
юсь, в обозримом будущем диагностирование бо-
лезни Паркинсона с помощью провокационного — Как себя чувствуют модели? Они лишились
теста станет рутинной практикой. Так, человек, всех признаков нейродегенеративных заболева­
проходящий диспансеризацию в поликлинике, ний?
будет принимать под контролем невролога пилю-
л ю с и н гибитором си нтеза дофа м и на, а через не- — Мы получили однозначно позитивные резуль-
скол ько часов с т а не т ясно, ра зви вае т с я л и у нег о таты на моделях, что позволяет перейти к кли-
болезнь Паркинсона. ническим испытаниям на людях. Наши проекты
были поддержаны Министерством науки и выс-
При разработке любой медицинской технологии шего образования РФ по специальной программе
необходимо отдавать себе отчет, в какой степени «Фарма-2020». Сейчас мы продолжаем эти иссле-
и кем она может быть востребована. Мы надеемся, дования при поддержке фонда «Сколково». Что ка-
что со временем провокационный тест будет ши- сается разработки нейропротекторной терапии,
роко использоваться при диспансеризации насе- э ти исс ледова н и я т ол ько неда вно нача л ись и под-
ления как эффективная и малозатратная техноло- водить итоги пока рановато. Тем не менее уже про-
ги я. В этом контекс те особен но бол ьшое значен ие водится скрининг лекарственных средств с нейро-
имеет профилактическое обследование людей, ко- протекторными свойствами на клеточных и жи-
торых отбирают и готовят к работе в экстремаль- вотных моделях.
ных условиях, — спортсменов, космонавтов, под-
водников, а также тех, кто пожизненно занимает — Есть ли у вас какие­то универсальные сове­
определенные ответственные должности, напри- ты для людей, которые хотят избежать нейро­
мер некоторые категории судей. дегенеративных заболеваний?

— Михаил Вениаминович, допустим, мы до­ — Безусловно, есть. Они основаны на принци-
жили до светлого дня, когда человек приходит пах профилактической медицины, которая про-
на диспансеризацию в свою районную поли­ пагандировалась еще Гиппократом. Основной
клинику, где ему проводят такой тест и гово­ принцип — поймать заболевание на самой ран-
рят: «Высока вероятность того, что у вас разви­ ней стадии и начать профилактическое лечение.
вается болезнь Паркинсона, которая клиниче­ Ва жно понимать, что фу нкция теряетс я, ес ли мы
ски проявится в ближайшие десять лет». Что ее не упражняем. Так, например, получены убеди-
дальше? тельные доказательства того, что даже при воз-
никновении болезни Альцгеймера ее развитие
— А дальше самое главное. Параллельно с ран- можно существенно замедлить когнитивным тре-
ней диагностикой необходимо разработать и пре- нингом.
вентивное лечение. Оно должно принципиально
отличаться от существующего симптоматическо- — Что конкретно нужно делать?
го лечения больного на поздней стадии заболева- — Учить иностранные языки, стихи, все что
ния после появления моторной симптоматики. угодно. Важно активное общение. Это и есть ког-
Ес л и на позд ней с та д и и необход и мо ком пенси ро- нитивный тренинг. Если речь идет о болезни Пар-
вать дефицит дофамина, возникший в результате кинсона, когда нарушается двигательная функ-
дегенерации большей части дофаминергических ция, то профилактика — регулярные физические
нейронов, то на ранней стадии при отсутствии де- упражнения. Считается, что это предотвращает
фицита дофамина необходимо максимально за- возникновение болезни Паркинсона или по край-
медлить гибель нейронов. Для этого в основном ней мере замедляет ее прогрессирование.
будут использованы уже известные лекарствен- В чем принципиальное преимущество этого
ные средства — антиоксиданты, противовоспа- подхода перед традиционной фармакотерапией?
лительные, антиапоптотические, ростовые фак- В том, что вы ничего не вводите в организм. Какое
торы, способствующие выживанию нейронов. бы хорошее лекарство ни было, оно неизбежно ока-
Проблема в том, что пока ни у кого нет опыта ис- зывает побочное действие и имеет определенные
пользова ния эти х лекарств на ра нней ста дии бо- противопоказания. В случае когнитивного и фи-
лезни Паркинсона. Поэтому мы уже начали раз- зического тренинга мы ничем не рискуем, ничего
рабатывать на экспериментальных моделях с хему не теряем, зато многое приобретаем.

Беседовала Наталия Лескова

30 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021



Нейронауки

32 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Нейронауки

НЕЙРОНАУКИ

«Я знаю себя как мысль, но я,
безусловно, не знаю себя как мозг».

Рене Декарт

У XXI в. есть все шансы войти в историю
революционными открытиями в области изучения
человеческого мозга. Ученые надеются, что вскоре
наука о мозге сможет приподнять завесу тайны над
природой разума и сознания.
Директор Института перспективных исследований
мозга МГУ им. М.В. Ломоносова академик
Константин Владимирович Анохин считает, что для
этого необходима фундаментальная теория мозга,
которая должна ответить на три главных вопроса:
как устроено наше «я», как оно складывается и как
работает. Лишь тогда мы поймем, кто мы такие,
откуда мы пришли и куда мы движемся.

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 33

Нейронауки

Академик К.В. Анохин на тот же вопрос, что и Декарт. Душепри-
казчик Декарта с большой неохотой дал
— Константин Владимирович, что делает наш Лейбницу коротко взглянуть на секрет-
мозг мыслящим? ную тетрадь, и тому удалось поспешно
скопировать всего полторы ее страни-
— То, что в нем сконцентрированы мы сами. Это цы. Вскоре тайная тетрадь Декарта ис-
короткий ответ. Разверн утый ответ дает гиперсе- чезла навсегда, и эти полторы страницы,
тевая теория мозга, адресующаяся к его сущности, скопированные Лейбницем, есть все, что
его отличию от других органов нашего тела. мы о ней знаем. На одном из этих листков
Декарт зарисовал мозг, обозначив неко-
Чтобы короткий ответ не выглядел банальным, торые его структуры и выделив жирным
обратите внимание: я не сказал, что наш мозг контуром гипоталамус.
и есть мы. Я сказал, что мы сосредоточены в на-
шем мозге. Как такое может быть — чтобы одно- Позже Лейбниц разработал собствен-
временно «мы» и «в нашем мозге»? Это кажется яв- ную теорию соотношения души и тела,
ным парадоксом. Тем не менее, говоря о рождении согласно которой мир образован внепро-
или смерти человека, мы действительно имеем странственными единицами бытия —
в виду весь организм, однако появись операции монадами, которые, по его словам, сле-
по трансплантации мозга — и мы будем думать дует воспринимать наподобие душ. Ча-
о своем перемещении в новое тело вместе с пере- стью его аргументации была знаменитая
саживаемым мозгом. Понять такое расположение «мельница Лейбница» — возражение про-
научных фактов, при котором эти обстоятельства тив механического материализма, того, что наши
не образуют парадокс, есть первый шаг к разгадке мысли и чувства возникают во взаимодействиях
великой тайны мозга. час т ей мозга к а к шес т ерен с лож ной ма ш и н ы. Од-
нако другой великий философ, шотландец Дэвид
Эта тайна веками привлекала исследователей Юм, вскоре уже уверенно описывал мышление как
человеческой природы. Как-то знакомый зна- «незначительные колебания мозга».
менитого французского философа и математи- Философские поиски соотношения разума и моз-
ка Рене Декарта спросил его, какие книги по фи- га продолжаются по сей день. Но основной смысл
зике тот предпочитает. В ответ Декарт провел его сегодняшнего момента в том, что решением этой
в пристройку своего дома, где на столах лежали проблемы занялась новая наука о мозге. Почему
тела вскрытых им животных, и сказал: «Вот мои именно сегодня и почему новая? Дело в том, что
лучшие книги». Декарт стремился узнать, где и как долгое время думающий мозг не был прозрачен
душа вступает в контакт с мозгом. Некоторые для нейронаучных исследований. Наука не распо-
из гипотез и схем были опубликованы в его трудах. лагала надежными способами подсмотреть, как
Но свои самые сокровенные идеи Декарт заносил миллионы нервных клеток взаимодействуют друг
при помощи тайного кода в секретную тетрадь. с другом в ходе психической деятельности. А глав-
Через 16 ле т пос ле его смер ти в д верь с тарого д ру- ные та йны мозга за писа ны на языке общения та-
га, хранившего его труды, постучал молодой ган- ких ансамблей из индивидуальных нейронов. Се-
новерский дипломат, умолявший о возможности годня в нейронауке начинают появляться методы
увидеть тайные записи. Этим молодым человеком изучения этого языка. Мы уже можем исследовать
бы л буд у щий великий немецкий фи лософ и мате- живой бодрствующий мозг животного, а иногда
матик Готфрид Лейбниц. Он страстно искал ответ и человека, видя, как тысячи его нейронов объе-
диняются в сообщества, рождающие мысли, чув-
ства, поведение. И я убежден, что время разга дки
сокровенных секретов мозга уже наступило. За че-
редой великих открытий в географии, физике, хи-
мии, биологии пришло время понять, как клетки
нашего мозга образуют наше «я».
Конечно, мы не можем быть полностью уверены,
что наших сегодняшних знаний и методов доста-
точно. Но, как сказал один замечательный физик,
единственный способ понять, как высоко мы мо-
жем взлететь, — это стремиться ввысь до тех пор,
пока солнце не растопит воск на наших крыльях. Я
лично готов поставить на то, что в летописи науки
наш век запомнится именно раскрытием фунда-
ментальной природы разума и сознания. Но чтобы
это произошло, потребуется радикально и зменить

34 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Нейронауки

наши представления о самой сущности мозга. Ги-

персетевая теория мозга пытается сделать имен-

но это.

— В чем суть этой теории?

— Теория позволяет понять мозг на принципи-

ально новом уровне. Веками было принято рас-

сматривать мозг в ряду других органов нашего

тела — сердца, печени, почек. Нейронаука и сегод-

ня описывает его лишь как сложную клеточную

сеть из мириад нейронных и глиальных элемен-

тов. Гиперсетевая теория мозга говорит, что такой

взгляд фундаментально неверен. Она утверждает,

что истинную природу мозга можно понять, лишь

исходя из принципа максимального существова-

ния. Согласно этому принципу, сущность любого

объекта определяется его максимальной причин- Готфрид Вильгельм Лейбниц (1596–1650); страница
но-действенной силой — наивысшей способностью рукописи его книги, вводящей концепцию монад

вступать во взаимодействия с другими объекта-

ми мира, испытывать такие воздействия и само- об этом в своем эссе «Попытка свести способ про-

му как целому воздействовать на мир. Как объяс- исхождения психических явлений на физиологи-

нял Платон устами элейского незнакомца в одном ческие основы», более известном как «Рефлексы го-

из своих знаменитых диалогов «Софист», суть бы- ловного мозга», — книге, названной И.П. Павловым

тия — в способности воздействовать и испытывать «гениальным взмахом русской научной мысли».

воздействия; существование есть не что иное, как Сам И.П. Павлов мечтал о том, что «осуществит-

эта способность, сила. Гиперсетевая теория моз- ся естественное и неизбежное сближение и, нако-

га утверждает, что максимальная причинно-дей- нец, слитие психологического с физиологическим,

ственная сила мозга вовсе не в его физиологиче- субъективного с объективным». В западной анали-

ских потенциях, как у всех других органов тела; тической философии второй половины прошлого

она в действенном соотнесении своего носите- века это решение распространилось как научный

ля, всего организма со сложным предметным ми- материализм или теория тождества. Десятки име-

ром — сначала с окружающим внешним миром, нитых ученых и философов придерживались этой

а затем и с развивающимся на основе этих взаимо- точки зрения.

действий миром внутренним. Иными словами, со- Общим для всех этих решений было то, что они

гласно теории, мозг на максимальном уровне свое- отождествляли разум с традиционной анатомией

го причинно-действенного потенциала представ- мозга — нервной сетью, а психику — с физиологи-

ляет собой разум, то, что Декарт обозначил как res ческими процессами в этой нервной сети. Иными

cogitans — мыслящую субстанцию. словами, они сводили психику к устройству и ра-

Это основополагающий тезис теории, ее цен- боте физиологического органа.

тральное тождество. Но если ограничиться толь- Гиперсетевая теория мозга говорит, что невер-

ко им, мы получим уже известную теорию тож- ным в этих взглядах была не сама идея тождества,

дества разума и мозга, вариантов которой в исто- а то, с чем именно разум отождествлялся. Основ-

рии было множество. Молодой И.М. Сеченов писал ная суть теории состоит в том, что она вводит пред-

ставление об особой сущностной

организации мозга — нейрон-

ной гиперсети. Согласно теории,

максимальная причинно-дей-

ственная сила мозга — психи-

ка — воплощена именно в этой

структуре. Теория описывает

устройство этой нервной струк-

туры, принципы ее возникнове-

ния и функционирования.

Нейронная гиперсеть таит

в себе все, что составляет нас:

все атомы нашего «я», нашей

Рене Декарт (1596–1650); рисунок мозга, личности, наши представле-

скопированный Лейбницем из тайной тетради ния, знания, воспоминания, ор-
Декарта ганизованные в сеть. Каждый

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 35

Нейронауки

из ее э лементов — в теории они называются когами прирастать и дальше, во взрослом возрасте, и так
( КОгнитивными Группами) — закодирован в мозге до самой смерти. В какое-то время в ней начина-
распределенной сетью нейронов. В части из своих ются процессы старения и разрушения, что и со-
нейронов эти группы перекрываются, создавая та- ставляет распад личности, особенно тяжелый
ким образом связи. В теории такие связующие ком- в случае нейродегенеративных заболеваний.
поненты когнитивных групп называются лигами
(ЛИнкерами Групп). А вместе коги и лиги образуют Грандиозная задача науки о мозге — понять
сеть из многих нейронных сетей — нейронную ги- принципы устройства этого когнитивного про-
персеть. Для обозначения этой когнитивной гипер- странства, его роста, процессов, происходящих
сети в теории используется понятие «когнитом». в нем. И я думаю, что базовые законы окажутся
очен ь п рос ты м и. Мы и л и на ш и потом ки, которые
Важно подчеркнуть, что хотя элементы когни- будут знать эти законы, возможно, удивятся их
тома, узлы и связи в гиперсети материально пред- простоте, как и немногочисленности законов нью-
ставляют собой группы нервных клеток, по своим тоновской механики или дарвиновского естествен-
свойствам, то есть причинно-действенному по- ного отбора.
тенциалу, они несводимы к ним, так же как белки
по своим свойствам несводимы к составляющим Таким образом, наш мозг — это одновременно
их аминокислотам. Узлы в нейронной гиперсети и разум, то, что делает нас уникальными лично-
обладают фундаментально новыми свойствами, стями. Однако чтобы понять это, нужна эффек-
они представляют собой гранулы когнитивной ин- тивная теория. Нейрохирург и богослов В.Ф. Вой-
формации, нашего знания о мире. но-Ясенецкий как-то сказал: «Я много оперировал
на мозге и, открывая черепную коробку, никог-
Отвечая на ваш исходный вопрос, можно ска- да не видел там ума». Ответом ему могут служить
зать: процессы, которые протекают в такой гипер- с лова А льберта Эйнштейна: «Лишь теория решает,
сети, и делают наш мозг мыслящим. Мышление — что мы ухитряемся наблюдать». Только теоретиче-
это трафик в нейронной гиперсети разума. ски вооруженный взгляд может понять то слож-
нейшее устройство природы, которое образует
Нейронная гиперсеть закладывается уже в эм- на ше «я», на ш разу м, на ш у пси х и к у. И у мен я ес ть
бриональный период, когда формируется нерв- глубокое убеждение, что исторический момент соз-
ная система. Ребенок рождается с зачатками этой дания такой фундаментальной теории наступил
когнитивной сети, еще простой, но уже подготов- сейчас.
ленной миллионами лет эволюции к тому, с чем
встретится организм. Он уже что-то знает, для — Почему природа наделила именно этот ор­
него окружающий мир — не просто неразмеченное ган такими возможностями, таким сложным
пространство. В нем есть определенные сущности устройством?
и ценности: тепло, молоко, голос матери (который,
как мы знаем, ребенок учится распознавать еще — Потому что именно нервная система оказа-
в утробе); они составляют начальный остов когни- лась способна интегрировать информацию во всем
тивной гиперсети, личности. теле, в том числе и от рецептивных границ с внеш-
ним миром, и поднимать эту информацию на уро-
В отличие от нейронной сети в мозге, почти вень смыслов существования для целого орга-
не образующей новые элементы после рождения, низма. Первое — принципиальная особенность
нейронная гиперсеть, наш разум, наше «я» в дет- ней рон ной се ти, второе — фу н да мента л ьное и не-
стве растет огромными темпами. И продолжает редуцируемое свойство нейронной гиперсети.

Современная визуализация
мозга в проекции,
зарисованной Рене Декартом:
мозг трансгенной мыши
Thy1-EGFP (препарат
О.И. Ефимовой) с нейронами,
маркированными зеленым
флуоресцентным белком,
был оптически просветлен
и визуализирован методом
лазерной плосколучевой
микроскопии
36 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Нейронауки

Почему нейронная сеть и ее гиперсеть возник- — Как я уже сказал, за тем, что мы ранее виде-
ли именно как свойства мозга? Как сказал один ли как нервную сеть, скрывается сформированная
из создателей молекулярной биологии Жак Моно, на ее основе гиперсеть. Но это значит, что вы мо-
природа — перелицовщик, она пользуется тем ма- жете иметь два внешне одинаковых мозга, которые
териалом, который у нее под рукой. Когда в очень не будут отличаться с точки зрения их веса, коли-
примитивных организмах клетки, выделяющие чества нервных клеток, числа связей между ними,
химические вещества, начали вступать друг с дру- однако их гиперсети, их наполнение содержанием
гом в контакт, появилась возможность адресной могут быть очень разными. Более того, не исклю-
доставки этих веществ по всему телу. Оказалось, чено, что один мозг будет более мощным разумом,
что этот инструмент позволяет, хотя и медленно, развитой гиперсетью, а у другого эта гиперсеть бу-
интегрировать тело, состоящее из большого коли- дет развита слабо. Нейронная гиперсеть у Плато-
чества элементов. Возможность сделать это бы- на была, видимо, очень мощной. За счет чего такое
стро возникла с появлением механизмов распро- происходит? Один из основных инструментов раз-
странения в этой сети импульсных сигналов, что вития нейронной гиперсети у человека — мыш ле-
позволило ее носителям оперативно координиро- ние. Мозг, генерируя новые комбинации нейронов,
вать свое поведение в отношении окружающего коги, способен сохра нять и х ка к у ника льные эле-
м и ра и к ат егоризовать э т о т м и р в т ерм и на х свои х менты личности, опыта в этой гиперсети. А даль-
потребностей. ше следует вопрос: как много вы думаете? Зна-
менитый ответ Бернарда Шоу: «Мало кто думает
М ы знаем, ч т о разн ые орга н изм ы, эвол юц ион и- чаще, чем два или три раза в год. Я добился все-
ровавшие независимыми путями, обладают очень мирной известности благодаря тому, что думаю
непохожими нервными системами. Нервная си- раз или два в неделю».
стема улитки не похожа на нервную систему мухи,
нервная система мухи не похожа на нервную си- — Я прочитала, что мозг — самый «жадный»
стему осьминога, нервная система осьминога орган из всех, потому что забирает очень много
не похожа на нервную систему ящерицы, а та мало кислорода и вообще много ресурсов у организ­
похожа на нервную систему человека. Но если по- ма. Есть мнение, что он сам принимает реше­
дойти с позиции общих принципов, теории гра- ния и ставит нас перед фактом. Он может быть
фов, математических закономерностей их орга- настолько автономным?
низации (и это делается сегодня в науке о мозге),
то эти нервные сети, несмотря на их внешнее не- — Очень важные вопросы, возвращающие нас
сходство, демонстрируют уникальный общий спо- к самому началу: кто есть «я» и как это понятие со-
соб орга н иза ц и и, о тл и ча ющ и йс я и о т с л у ча й н ы х относится с моим мозгом? Я — это личность, суще-
сетей, в которых все связано со всем, и от регу- ство, человек. В меньшем объеме, чем тело, лич-
лярных сетей, где одно цепляется за другое, как ность не существует. Однако сосредоточие лично-
решетка. Элементы нервной системы тесно кон- сти, как мы видели, — нейронная гиперсеть мозга.
тактируют со своими ближайшими соседями, Вместе с тем, чтобы эта гиперсеть сформировалась
но часть этих нейронов отдают адресный сигнал и мозг с та л тем, что он ес ть, он дол жен на ход итьс я
в совершенно другую часть большой сети, и та мо- в теле. Именно тело позволяет ему взаимодейство-
ментально его получает, а далее у нее тоже есть вать с окружающим миром, действовать, испыты-
свои локальные процессы. Это позволяет большой вать потребности, боль, желания, страсти. Выньте
сети жить единой жизнью, пользуясь всеми выго- этот орган и положите в поддерживающую его ме-
да м и лок а л ьной обрабо т к и и нформа ц и и, ко т ора я таболизм колбу — и вы разум не разовьете.
происходит в каждом из участков системы. Что
в эволюции стало драйвером выработки таких об- — Как в романе А.Р. Беляева «Голова профессо­
щих принципов организации на фоне столь раз- ра Доуэля»?
л и ч ног о ис ход ног о мат ериа ла? Г и персе т ева я т ео-
рия мозга говорит, что за фасадом этого процесса — Голова профессора Доуэля содержала мозг,
стоят кооперативные группы нейронов и их взаи- сформировавшийся в результате сотен тысяч,
модействия, решавшие задачу когнитивной адап- миллионов эпизодов роста когнитивной гиперсе-
тации живых существ к проблемному внешнему ти, которые прошел младенец, ребенок, юноша,
миру. ставший в конце концов профессором Доуэлем.
Когнитом в этом мозге уже создан. Если же нет та-
— Когда мы читаем произведения, например, кой гиперсети, нет кварталов, домов, улиц, улочек,
Платона, жившего в V–IV вв. до н.э., мы видим, переулков в этом городе — не будет и городского
что мозг у него при отсутствии тех знаний, ко­ трафика, ментальных процессов, сознания.
торые есть у современного человека, был раз­
вит не меньше, а может быть и больше, чем Согласно гиперсетевой теории, говорить, что
у многих современны х людей, перед которы ми мозг сам по себе, что он решает за нас, неверно.
море информации. О чем это говорит? Почем у ? По т ом у чт о ней рон на я ги персе ть, когн и-
том, имеет два уровня — осознаваемый и неосоз-
наваемый, но оба они суть разум, процессы в них
разумные. Решения, принимаемые гиперсетью

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 37

Нейронауки

КОГИ ЛИГИ

М ког А М лиг А–B

И Причина И ког А ког B

Следствие

РР

ПРОШЛОЕ Σ БУДУЩЕЕ

Когнитивная нейронная b a d
гиперсеть: нейронные e c
когнитивные группы
(коги) и их линкеры Ко‑Оперативная Группа нейронов Нейроны — ЛИнкеры Групп
(лиги), составляющие
когнитивную нейронную
гиперсеть — когнитом

на неосознаваемом уровне, тоже представляют со- к одирующих знание об отношении внешних объ-
бой часть работы нашего разума, они обусловлены ектов между собой, развивает теорию временных
всем нашим предыдущим опытом, нашей истори- нервных связей, принадлежащую другому нашему
ей, нашими знаниями. великому физиологу — И.П. Павлову. То есть ответ
на ваш вопрос может быть и таким: гиперсетевая
— Как вы пришли к гиперсетевой теории теория мозга вырос ла из того, что достигли на ши
м озга? предшественники, великие ученые.

— Это непростой вопрос. Представьте, что вы не- К огн ити вн ые гру п п ы и св язи ме ж д у н и м и п ред-
отступно думаете о решении какой-то проблемы. ставлены в мозге рассеянно. Их можно вообра-
И за несколько десятилетий думали об этом около зить как нейронные облака. Один когнитивный
ста тысяч раз. Каждый такой мысленный акт — элемент — это целое облако нервных клеток в моз-
очередная ступенька лестницы. Когда-то вверх, ге. Другой такой элемент — тоже облако в этом же
а иногда и вниз. Огромное количество попыток, мозге. То есть это облако в облаке. И таких обла-
в которых ученый выдвигает гипотезу, сам же под- ков многие тыс ячи, возможно, ми л лионы. Это об-
вергает ее критике, убивает, выдвигает следую- лака в облаках в облаках и т.д. На определенных
щую, которую тоже убивает, и так годами. Как уз- под м ножес тва х свои х ней ронов, л и га х, он и м ного-
нать, какие из ста тысяч ступенек лестницы ока- кратно перекрываются, так что изменения в одном
зались в итоге критическими? облаке моментально распространяются на сотни
других. Именно это, когда я назову какое-нибудь
В какой-то момент из таких многолетних по- ключевое слово, активировав его ког, позволяет
пыток понять мозг сложилась идея когнитивных вам вытащить из своей памяти все, что ассоции-
групп, которые я сокращенно назвал когами. Ког — ровано с этим понятием, что вы знаете или помни-
это не только «КОгнитивная Группа», но и «КОопе- те в связи с ним.
ративная Группа». Вместе ее элементы создают но-
вое качество. В а нглийском языке термин cog обо- Разложить всю эту систему в рамках анатомиче-
значает также лицо или вещь, представляющие ски х коорд и нат и сказать, что вот это обла ко рас-
собой малую, но необходимую часть структуры, положено в таком-то участке коры, а это в таком-
организации. Коги в этом смысле — частицы, ато- то и между ними пролегают отростки нейронов,
мы, необходимые причинно-действенные элемен- которые их связывают, невозможно. С другой сто-
ты опыта, знания, психики, когнитома. роны, если отойти от трехмерных координат, эти
элементы образуют строго упорядоченное про-
Концепция когнитивных групп продолжает идею странство. Поэтому в какой-то момент возникло
«чувственных групп», «естественных групп» или понимание, что над нейронной сетью, образую-
«центральных групп одновременного действия», щей основу для таких облаков, формируется осо-
принадлежащую выдающемуся физиологу XIX в. бая сеть из вершин этих групп, имеющая другую
И.М. Сеченову. Характеризуя их, он, в частно- архитектуру, свою топологию. И она, как я уже го-
сти, писал: «Одновременному определенному ком- ворил, растет, хотя сама нейронная сеть при этом
плексу извне всегда соответствует определенная в размере не увеличивается. Так возникла идея ги-
чувственная группа». Представления о систем- персети. На ее нижнем уровне трехмерная струк-
ных клеточных группах с высшими свойствами тура мозга, а вверху — структура нашего разума,
продолжают и линию теории функциональных психики, личности, нашего «я», обладающая уже
систем, к школе которой я принадлежу. А идея
лигов, линкеров групп, когнитивных с вязей,

38 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Нейронауки

совершенно другим устройством, свойствами, — Как вы думаете, это отразится на религиоз­

причинностью психологического уровня. ных взглядах?

Создав концепцию нейронной гиперсети, я стал — Если ваши религиозные убеждения не коле-

искать, существуют ли в математике представ- блют факты о происхождении животного мира

ления о такого рода структурах, и выяснил, что и человека, накопленные биологической нау-

есть, но немного. В ключевых руководствах по тео- кой со времен Дарвина, то у вас не будет про-

рии сетей вы не найдете упоминания о гиперсетях. блем и с религиозными представлениями о душе

Специалисты по теории сетей, которым я задавал на фоне накапливающихся данных науки о мозге.

вопрос о гиперсетях, смотрели на меня с непони- Сложнее тем, кто, как я, находит такие противо-

манием. Но некоторые группы математиков при- речия. Здесь я бы разделил вопрос на две части: он-

ходили к этой концепции. тологическую и морально-этическую. В области

Одна из них развивает представления британ- онтологии, наших представлений об устройстве

ского физика-теоретика и математика Рональда мира, в том числе и нашего внутреннего мира, че-

Аткина, который в начале 1970-х гг. пришел к идее, ловеческого разума, души, нам придется все боль-

что существуют такого рода топологические ше и больше опираться не на религиозные, а на на-

структуры, образующиеся на границах разных учные представления, хотя и в них нас могут ждать

уровней организации материи. Его ученик, про- крупные потрясения. Гораздо сложнее с моралью.

фессор Джеффри Джонсон, опубликовал в 2013 г. Опыт последних полутора веков показывает, что

монографию по гиперсетям в сложных системах. попытки построить моральные принципы, секуляр-

Однако надо сказать, что другие математики по- ную этику, исходя из тех или иных научных пред-

нимают под гиперсетями совсем иные структуры. ставлений, были, мягко говоря, малоу спешными,

Похоже, эта область математики еще не до конца если не сказать катастрофическими. Скорее всего,

устоялась. Но я надеюсь, что исследования гипер- современная наука еще не обладает таким надеж-

сетей мозга подтолкнут математику к созданию ным фундаментом для выработки этих устоев, ка-

языка описания таких структур, так же как в свое кой был накоплен религией на основе тысячелетней

время исследования в физике направляли разви- практики человеческого общежития. В этом смысле

тие математической физики. религиозная мораль при всех ее несовершенствах

Общий прогресс науки идет в этом направлении, будет, по-видимому, еще долго составлять эмпири-

и сегодня вслед за вопросом об устройстве внеш- чески более надежную опору для правил человече-

него мира на повестке стоит вопрос об устройстве ской жизни и поведения.

внутреннего мира человека, о том, кто мы и отку- Трудными вскоре окажутся вопросы соотноше-

да. Все религии мира дают ответы на эти вопросы. ний на стыке изменяющейся под влиянием науки

Но когда на них начнет давать удовлетворитель- онтологической картины мира, в том числе и мира

ные ответы наука, человечество ждет масштабный внутреннего, и религиозных положений, прорабо-

когнитивный переворот — возможно, даже более танных на основе представлений об устройстве

существенный, чем во времена дарвиновской ре- мира, существовавших несколько тысяч лет на-

волюции, изменившей понимание человеком сво- зад. Тут я преклоняюсь перед отвагой Далай-ламы,

его места в природе.

— То есть это будет ответ на во­

прос, что такое сознание, разум,

мышление?

— Да, именно на эти вопросы наука

XXI в. должна попытаться дать отве-

ты. Если хотите, по сути это вопросы

и о природе д у ши. Последние 400 лет

западная цивилизация жила в значи-

тельной степени под влиянием идей

Декарта, разделившего всю природу

на мир протяженный, физический,

и мир д у ховный. Этот второй мир он

описывал равнозначными для него

понятиями разума и души — mind

и soul. Для него это было одно и то же.

Современная наука исходит из того,

что мир един и разум есть часть этого

мира. Поэтому научное решение про-

блемы разума будет означать, что мы

решаем и вопрос о природе души. На диалоге российских ученых и философов с Далай-ламой о природе сознания

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 39

Нейронауки

считающего, что если наука покажет, что в мире вавших в диалогах, заинтересовались возмож-
что-то устроено не так, как это сказано в буддиз- ностью проведения экспериментальных иссле-
ме, то буд дизм, который он считает на одн у треть дований в самых интригующих областях челове-
религией, на вторую философией, а на третью на- ческого сознания и работы человеческого мозга.
у кой, должен будет отказаться от этого своего не- Академик С.В. Медведев организовал целую груп-
верного постулата. пу таких российских исследователей, ведущих
экспертов в области изучения человеческого моз-
— Сотрудничество российских ученых с Да­ га, экстремальных состояний, которые развер-
лай­ламой продолжается? нули две исследовательские лаборатории в буд-
дистских монастырях на юге Индии. Они также
— Продолжается, и очень активно. Исходной мо- организовали подготовку буддистских монахов
тивацией российских ученых и философов было бо- для работы в этих лабораториях, им читали лек-
лее глубокое знакомство с подходами буддизма в об- ции по нейробиологии, нейрофизиологии, филосо-
ласти исследования психики и сознания. Главный фии сознания, монахи проходили обучение рабо-
тезис Да лай-ламы заключается в том, что если мы те с методами изучения мозга в России. Научные
занимаемся мозгом и сознанием, то это субъектив- исследования в этих лабораториях сейчас актив-
ный мир и эффективно исследовать его можно, за- но развиваются.
глядывая не в мозг, а внутрь этого мира. Далай-лама
утверждает, что буддизм как эмпирическая наука, — Константин Владимирович, если бы вам
посвященная исследованию своего «я», за 2,5 тыс. сказали, что вы можете задать любой вопрос,
лет накопил огромный материал, которым не распо- ответ на который поможет вам кардинально до­
лагает западная психология. И тот, кто занимается полнить теорию мозга, в чем бы он заключался?
мозгом, должен быть очень внимателен к этой части
материа ла. Да лай-ламой двига ло также и желание — Я бы спросил, какова структура этого про-
познакомиться с российскими научными школа- странства. Если знать это, то, двигаясь назад
ми. До этого он 30 лет общался с американскими во времени, можно понять законы его возникнове-
и западноевропейскими учеными, а у нас разные ния. А двигаясь вперед, можно понять многое о за-
подходы. Первые наши разговоры с ним и с боль- конах динамики этой материи, то есть мышления,
шой группой буддистских мона хов-исследователей сознания.
заключались как раз в попытках объяснить, в чем
специфика российских научных школ, исследую- — Вы один из руководителей проекта «Мозг
щих мозг и сознание. А она связана в значительной и информация: от естественного интеллекта
степени с революционными идеями в отечествен- к искусственному». Для чего он создан?
ной физиологии и психологии первой половины
X X в., когда проникновение в Россию идей марксиз- — Чтобы ответить, надо вначале сказать не-
ма, диалектического и исторического материализ- сколько слов о самом проекте. Его возглавляет рек-
ма создало новую методологическую основу для ис- тор МГУ академик В.А. Садовничий, и кроме МГУ
следования вопросов, решавшихся в западной нау- в п роек т е у час тву ю т еще д ва и нс тит у та — И нс ти-
ке другими средствами. тут высшей нервной деятельности и нейрофизи-
ологии РАН и Институт вычислительной матема-
Важнейшим продолжением этих встреч было тики им. Г.И. Марч у ка РА Н. Мы оказа лись в чис ле
то, что некоторые из российских ученых, участво- победителей на конкурсе крупных научных проек-
тов, организованном Российской академией наук

Эксперименты в Институте перспективных исследований мозга МГУ по проекту «Мозг и информация:
от естественного интеллекта к искусственному»
40 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Нейронауки

и Министерством науки и высшего образования на разных языках. В этом отношении проект пред-
с целью развития фу нда мента льны х нау чны х ис- ставляет собой и попытку отработать взаимодей-
следований для долгосрочного развития России. ствия между людьми, которые в своих профессиях
Таким образом, первый ответ на ваш вопрос: про- накопили опыт совершенно разного употребления
ект был создан для долгосрочных фундаменталь- одних и тех же терминов.
ных исследований в области функций мозга.
— А гуманитариев нет в этой группе, филосо­
Теперь более конкретно. То, о чем у нас шла речь фов прежде всего?
раньше, может быть сформулировано и следую-
щим образом. Главная специфика мозга в том, что — Нет. Но это связано не с самим характером
он кодирует особый тип биологической информа- проблемы, а со спецификой проекта. Это, с одной
ции — когнитивную информацию. И мы думаем, стороны, опора на фундаментальную науку, ухо-
что на основе наших предыдущих исследований дящую глубоко в детали устройства нервной си-
у нас в руках есть инструмент, который позволя- стемы, а с другой — дань тому, что можно практи-
ет увидеть в работающем мозге, как он генериру- чески получить из этой тонкой инженерии нерв-
ет эту новую когнитивную информацию, в каких ной системы. Однако наряду с этим проектом
нервн ы х к ле тк а х это п роисход ит и по к а к и м п ри н- в МГУ в прошлом году была создана и новая на-
ципам. То есть мы можем начать задавать вопро- учно-образовательная структура, широко ориен-
сы, что такое эта информация, как она запоми- тирова нная на обсуждаемый на ми комплекс про-
нается, где хранится, как извлекается и исполь- блем, — научная школа «Мозг, когнитивные си-
зуется. Это требует масштабного набора новых стемы и искусственный интеллект». И она как раз
под ходов. С одной стороны, они обра щены к том у, объединяет представителей очень разных факуль-
как нервная клетка, сталкиваясь в головном моз- тетов — не только физического, механико-матема-
ге с новой информацией, запоминает ее и вклю- тического, вычислительной математики и кибер-
чает специфические молекулярные механизмы; нетики, биологического, но и психологического,
с другой стороны, это поиск таких молекулярных филологического и философского.
зондов, которые будут универсальными индика-
торами подобных процессов в нервных клетках — На сколько лет рассчитан проект?
и позволят количественно измерять эту новую ин- — Проект очень короткий, всего два с половиной
формацию — иначе говоря, сказать, сколько битов года. За это время мы должны продвинуться в ме-
информации родилось в мозге в момент того или тодах исследования когнитивной информации
иного когнитивного события. Для этого нужны но- в биологических нейронных сетях и начать под-
вые инструменты молекулярной биологии, генной готовку инструментария в сфере ИИ, в частности
инженерии, физики, фотоники. С третьей сторо- создать методы визуализации того, что происхо-
ны, решение эти х вопросов открывает новые пер- дит в искусственных нейронных сетях, на разных
спективы в попытках воспроизвести элементы это- их глубоких слоях, когда они занимаются решени-
го процесса в искусственных системах. Это путь ем тех или иных задач.
перехода от принципов, которые мы хотим по- — Каких вы ожидаете результатов в области
нять для биологических нейронных сетей, к искус- искусственного интеллекта?
ственным нейронным сетям. — Я бы не стал предсказывать тут конкретные
результаты. Исследования сегодня эволюциони-
Чтобы реализовать все эти задачи, в проекте со- руют стремительно: если бы мне пять-десять лет
брались сильные группы российских исследовате- назад сказали, что в моей области можно будет до-
лей в области молекулярной генетики и эпигенети- стичь того, что мы сейчас имеем, я бы, как и боль-
ки, биох имии, к леточной нейробиологии и нейро- шинство моих коллег, не поверил. Поэтому сегодня
физиологии, изучения поведения, нейрофотоники гораздо важнее понять правильный вектор разви-
и спектроскопии, моделирования математических тия, выработать наиболее эффективные пути про-
структур и искусственного интеллекта. движения по нему. Вектор, на мой взгляд, будет со-
стоять в том, что произойдет новое обогащение
Мы надеемся, это продвинет нас в решении того, ИИ знаниями устройства нейронных сетей мозга,
что мы считаем крупнейшей фундаментальной за- принципов обучения в них, кодирования ими ког-
гадкой мозга, зацепившись за которую, можно бу- нитивной информа ции, в конечном счете — меха-
дет расшифровать все остальное. Кроме того, это низмов мышления и сознания. Еще можно пред-
позволит подготовить некую платформу для сле- видеть, что на этом п ути возникн ут гл убоча йшие
дующего шага в разработке систем ИИ, имитиру- этические проблемы. Мы сегодня гораздо боль-
ющих то, что делает мозг. В нашем коллективе есть ше, чем ранее, обладаем возможностью заглянуть
и физики-теоретики, которые занимаются поис- внутрь устройства самих себя. И правильное при-
ка ми фу нда мента льны х принципов работы та ко- ложение этих знаний потребует от человечества
го рода систем. огромной ответственности.

Проект очень сложный. В каком-то смысле он на- Беседовала Ольга Беленицкая
поминает Вавилонскую башню. Мы все говорим

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 41

Медицина

42 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Медицина

МЕДИЦИНА

КЛЕТОЧНЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ:

от мифов
к реальности

За всю многовековую историю медицины
в ней произошло несколько революций,
каждая из которых повышала среднюю
продолжительность жизни человека.
Одна из них пришлась на начало XXI в.
и происходит прямо на наших глазах.

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 43

Медицина

Член-корреспондент
РАН А.В. Васильев

а к леточные тех нологии возла га ют большие на дежды, а на рын-
ке уже можно встретить зарегистрированные биомедицинские
клеточные продукты (БМКП). Каковы возможности клеточных
технологий? Рассказывает член-корреспондент РАН Андрей
В алентинович Васильев, директор Института биологии разви-
тия им. Н.К. Кольцова РАН, заведующий кафедрой эмбриологии биологического
ф акультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

— О клеточных технологиях часто гово­ лекарственными средствами и донорски-
рят как о некоей революции в биомеди­ ми органами. Кстати, донорство органов
цине. В чем это проявляется? можно считать в своем роде предтечей ре-
генеративной медицины. Ведь донорский
— Мне кажется, слово «эволюция» здесь орган пересаживают фактически без изме-
подходит больше. Использование клеточ- нений. А в случае лекарственных средств
ных технологий приближает нас к каче- новое свойство препарата часто появляет-
ственным изменениям в лечении ряда бо- ся в процессе производства.
лезней и в целом в медицине. Уже сегодня
открываются ранее недостижимые гори- Клеточные продукты как бы совмеща-
зонты и перспективы, поскольку речь идет ют в себе характеристики донорства и ле-
о совершенно ином принципе. Прежде ме- карственных препаратов. С одной сторо-
дицина угнетала или репрессировала не- н ы, м ы испол ь з уем ж и вые биолог и ческ ие
что чужеродное и опасное: останавливала объекты, живые клетки донора, а иногда
воспаление, удаляла хирургическим обра- и самого пациента. С другой — новое ка-
зом новообразова ние и ли применя ла ядер- чес тво э ти х к ле т ок в п роцессе т ех нологи-
ные методы для уничтожения какой-то ческих манипуляций проявляется в виде
ткани, использовала антибиотики, чтобы м и н и-орга нов, эк ви ва лен т ов т к а ней и ор-
подавить рост микроорганизмов, и антиви- ганов, конструкций лечебного действия.
русные препараты, чтобы устранить вирус- Поэтому любой клеточный продукт мож-
ную активность. У клеточных технологий но считать и донорским биологическим
принцип иной: речь идет о задействовании объектом, и новым лекарственным сред-
живых клеток человека для стимуляции ством. В этом и состоит эволюция биоме-
каких-то функций или замены утраченных. дицины, которая развивается уже около
50 лет.
Клеточные технологии и клеточные про-
дукты, или, как их сейчас называют, био- Однако уже сегодня понятно, что мно-
медицинские клеточные продукты, рас- гие болезни человечества, в том числе ин-
полагаются где-то посередине между сульт, нейродегенеративные заболевания,

44 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Медицина

и нсулинозависимый диабет и другие, мож- Во-вторых, клетки должны выполнять
но б удет победить именно с применением специфическую функцию, то есть быть спе-
подходов клеточных технологий. циализированными. Если мы говорим, на-
пример, о компенсации инсулинзависимо-
Конечно, я перечислил не все направле- го диабета, то нужны клетки, способные
ния. Тем не менее упомянутые примеры — экспрессировать проинсулин. В-третьих,
наиболее популярные области, где уже до- что очень важно, клетки должны быть без-
стигнуты однозначные результаты. опасными. Они не должны индуцировать
опухолевое состояние или передавать ин-
Прямо сейчас специалисты решают важ- фекционные агенты при трансплантации.
ные задачи, связанные с восстановлением Если мы научимся получать клетки, отве-
кожных покровов. Во всех технологически ча ющие всем трем критериям, то пол у чим
развитых странах уже сегодня раны, ожо- инструмент, который позволит лечить мно-
ги, длительно заживающие язвы лечатся гие тяжелые заболевания.
с помощью клеточных технологий и кле-
точных продуктов. Речь идет об эквивален- — Как обеспечить безопасность кле­
та х кож и и л и к ле тк а х, которые с ти м ул и ру- ток?
ют репарацию кожи. Этот вид лечения уже
считается неким золотым стандартом. — Этот довольно сложный процесс. Рас-
пространено ложное представление, что
Среди других важных направлений — ре- клетки, поскольку они живые, не могут на-
парация кости, проблемы, связанные с ре- носить вреда организму. Однако я готов ут-
конструкцией глаза и сосудов, реконструк- верждать и доказывать, что по сравнению
ции верхних дыхательных путей. Пусть это с лекарственными препаратами клетки бо-
первые шаги клеточных технологий, но они лее опасны, поскольку менее всего изуче-
уже показывают высокую эффективность. ны сегодня в качестве трансплантата или
средства терапии. В случае введения ле-
И, конечно, клеточные технологии по- карственного препарата в организм чело-
степенно внедряются в сферу онкологии. века мы всегда четко знаем, как это лекар-
На протяжении многих лет предприни- ственное средство метаболизируется в ор-
мались попытки использовать клетки для ганизме, когда будет выведено и прекратит
специфической и очень высокоэффектив- свое действие. При введении клеток в орга-
ной борьбы с опухолями. Подобные клетки низм человека мы вообще не можем пред-
реконструируют таким образом, что они сказать, куда они мигрируют, как долго со-
начинают выполнять функции клеток им- хранятся в организме, какую функцию ин-
мунной системы для целенаправленной дуцируют, что могут ингибировать, какие
атаки на опухоль. эффекты мы получим.

Нельзя забывать, что развитие клеточ- Научное сообщество пока мало знает
ных технологий — это полувековая история о клетках и об их поведении в организме
иллюзий и разочарований. Специалисты человека. И даже аутологичные клетки мо-
возлагали большие надежды на некий уни- гут быть весьма опасны, поскольку прохо-
версальный клеточный тип — клеточную дят стадию культивирования и технологи-
«золотую пулю», которая решит все наши ческих манипуляций вне организма. Ясно,
проблемы. Словно клеточные технологии — что мы контролируем процесс, следим
это панацея сразу и от нейродегенератив- за изменениями клеточных функций и ге-
ных заболеваний, и от инфаркта миокарда, нома. Но все ли изменения мы можем про-
и от патологии печени и прочего. Но приро- тестировать и проконтролировать перед
да вновь напомнила нам, что она намного тем, как введем эти клетки в организм че-
сложнее и изощреннее. ловека? Поэтому необходимы насторожен-
ность и ответственное отношение к клеточ-
Поэтому сегодня приходится уходить ной терапии. Иначе мы дискредитируем ре-
от простых решений. И я считаю, что впе- волюцию, о которой говорили ранее.
реди нас ждут триумфальные открытия
в клеточных технологиях, хотя пока не су- — Проводятся ли испытания, которые
ществует инструмента, чтобы решить про- определяют, как клетки перемещаются
блемы, о которых я говорил. Но мы точно уже в организме?
уже очень близко.
— Здесь тоже следует упомянуть распро-
Чтобы клеточные технологии работали с тра нен ное м нен ие, что п ро ау тологи ч н ые
эффективно, необходимо пол у чать опреде- клетки мы уже все знаем и вроде бы ника-
ленные клетки пациента, которые будут со- ких предварительных доклинических ис-
отве тс твовать ря д у критериев. Во-первы х, следований проводить не нужно. Напомню,
это должны быть собственные клетки чело-
века — аутологичные клеточные продукты.

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 45

Медицина

что для лекарственных средств разработа- в организм могут сами претерпеть онколо-
ны серьезные программы доклинических гическую трансформацию, а могут индуци-
исследований. ровать какие-то патологические процессы.

В случае клеточных технологий это про- Клеточные технологии, с одной сторо-
блема весьма нетривиальная. Например, ны, несомненно стали революцией в меди-
трансплантат, который мы будем вводить цине. Они дают невиданные возможности
в организм человека, содержит человече- для победы над многими заболеваниями.
ские клетки. Но испытывать его мы должны С другой стороны, нельзя забывать основ-
на модельных животных. Таким образом, ной принцип медицины: не навреди. Поэто-
иммунная несовместимость становится му к клеточным технологиям, как и ко все-
преградой для подобного рода эксперимен- му новому в медицине, нужно относиться
тов. Приходится придумывать специаль- ответственно и осторожно.
н ые моде л и, п ровод ить и м м у носу п ресси ю,
что так или иначе влияет на организм, или — Можно ли сказать, что последствия
моделировать на животных определенные введения клеток в организм человека,
патологические процессы. пусть и его собственных, непредсказуе­
мы? Эдакая рулетка.
Сегодня ученые активно разрабатывают
методы и подходы для моделирования па- — Да, верно. Однако ученые всегда стара-
тологий человека на животных с целью из- ются минимизировать такие случайности.
учения и обеспечения качественных докли- В доклинических моделях мы наблюдаем
нических исследований. за распределением клеток у мышей, крыс,
свиней, обезьян. Введение клеток в орга-
Помимо этого, су ществу ют аспекты, свя- н изм че ловек а п роход ит у же в ра м к а х пер-
занные с онкологическими изменениями. вых клинических исследований, поэтому
Например, клетки после трансплантации следить за распределением клеток очень
сложно. Их наличие в организме невоз-
Коллекция клеточных культур Института биологии можно измерить. Поэтому и в биомедици-
развития РАН в криохранилище не существуют некие «черные дыры», раз-
гадать которые мы пока не в силах. У ченым

46 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021

Медицина

остается накапливать информацию по кос- к летках, он сразу попросит уточнить, о ка-
венным данным, по методам аналогий, ких конкретно клетках вы говорите, по-
привлекая результаты аналогичных экс- скольку это некое обобщающее понятие,
периментов и моделей, изучая, как клетки внутри которого функционируют разные
мигрируют, как себя ведут и какое оказы- виды клеток. Огромный океан, внутри ко-
вают воздействие. Но в целом элемент неиз- торого разные моря. Существуют, напри-
вестности до сих пор существует. мер, плюрипотентные стволовые клетки,
стволовые клетки крови, эпителиальные
Сегодня в мире формируются несколько и т.д. Каждый тип обладает присущими
крупных научных программ, посвященных ему свойствами. Мои коллеги и я чита-
исследованию генома: «Геном», «Транскрип- ем в МГУ курс из десяти лекций «Биоло-
том» (анализ экспрессии генов), «Метабо- гия стволовы х к леток». Ка жда я лекция по-
лом» (изучение белковых и метаболических священа одному типу стволовых клеток.
процессов). Научное сообщество иниции- Их много, они разные, но к клеточным
ровало создание программы «Цитом», ко- технологиям напрямую они отношения
торая призвана проанализировать функ- не имеют.
ции всех клеток организма. Как оказалось,
мы достаточно плохо знаем свой организм — Другое заблуждение связано с тем,
и собственные клетки. Известно, что в ор- что клеточные технологии предполага­
ганизме человека 210 специализированных ют использование эмбрионов. Многие
типов клеток. В целом мы знаем, как они считают это неэтичным и неправиль­
формируются, но нам ничего не извест- ным. Что говорят ученые?
но о гра н и ца х и х п лас ти ч нос ти: во чт о он и
могут превращаться, какие функции могут — Ученые говорят разное. Более того,
выполнять. мнения менялись в процессе развития кле-
точных технологий. Ученые и медики, бу-
Поэтому ученые всего мира пытаются дучи в основном прагматиками, в свое вре-
создать нек у ю базу да нны х, котора я будет мя действительно возлагали большие на-
хранить информацию обо всех клетках ор- дежды на фетальные и эмбриональные
ганизма с описанием их характеристик. клетки. Эмбриональные клетки формиру-
К а к м не ка же тс я, это очен ь ва ж но ка к д л я ются на ранней стадии зародыша, в пер-
понимания причин некоторых заболева- вые несколько суток развития. Это клетки
ний, так и для подходов к их лечению. внутренней клеточной массы бластоцисты,
то есть зародыша. А фетальные клетки —
— Существует несколько заблужде­ это в основном абортивный материал.
ний, связанных с клеточными техноло­
гиями. Согласно одному из них, клеточ­ Выскажу свою позицию. Я очень рад, что
ные технологии предполагают работу законом № 180 «О биомедицинских кле-
только со стволовыми клетками. Так ли точных продуктах» в Российской Федера-
это на самом деле? ции введен запрет на использование кле-
ток, полученных с разрушением эмбриона
— Это действительно заблуждение. Само или плода человека. То есть в нашей стра-
понятие «стволовые клетки» — абсолютно не фетальная и эмбриональная терапия за-
биологическое. Клетки бывают стволовы- п рещен ы. Поэ т ом у не с т оит опасатьс я, чт о
ми, транзиторными амплифицирующими- в России в рамках клеточных технологий
ся, терминально дифференцированными. будут использоваться эмбриональные и фе-
Это иерархические стадии, которые важны тальные клетки.
для понимания функций и закономерно-
стей клеток. При обеспечении эффективно- Эта позиция соответствует и моральной,
сти и безопасности клеточных технологий и технологической позициям мирового со-
не имеет значения, стволовые это клетки общества. Надежды на то, что фетальны-
или нет. ми и эмбриональными клетками можно по-
бедить какие-то заболевания, не оправда-
В России в 2016 г. был принят закон о био- лись. Прилагались огромные усилия, были
медицинских клеточных продуктах, кото- созданы большие консорциумы, междуна-
рый разрабатывался на протяжении дол- родные программы по использованию фе-
гих семи лет. Существовали разные взгля- тальных клеток для лечения нейродеге-
ды на проблему клеточных технологий. неративных заболеваний. В единичных
Потом все-таки ведущие специалисты случаях проявлялись какие-то эффекты.
пришли к консенсусу и закон был принят. Но когда провели многоцентровые исследо-
Так вот, в этом законе нет ни одного упо- ва ния по ед ином у призна нном у протокол у
минания о стволовых клетках. Если вы испытаний, оказалось, что с татистически
спросите клеточного биолога о с тволовых

w w w.sci-r u.org [05/06] май/июнь 2021 | В мире науkи 47

Медицина

долговременных эффектов нет. Поэтому — Он действительно сделал нечто потря-
от фетальной и эмбриональной терапии от- сающее. Яманака использовал клетки хво-
казались. ста взрослой мыши, в которые ввел четы-
ре гена, и клетки постнатального, как мы
Существует достаточно много альтерна- говорим, взрослого организма после интро-
тив эмбриональным и фетальным клет- дукции четырех генов превратились в клет-
кам. Например, вместо эмбриональных ки двух-трехдневного зародыша. Он бук-
стволовых клеток ученые обратились вально повернул развитие вспять. Нару-
к клеткам с индуцированной плюрипо- шил биологическую догму.
тентностью. Речь идет об искусственных
плюрипотентных стволовых клетках, ко- Необходимо отметить, что и фетальные,
торые в результате специальных генети- и эмбриональные клетки не могут быть
ческих манипуляций имитируют свойства аутологичными, ведь они всегда чужие для
к леток ра ннего зародыша. За это исс ледо- организма. Благодаря подходу Яманаки мы
вание японский профессор Синъя Ямана- можем получать плюрипотентные клетки
ка, директор Центра прикладных исследо- зародыша от того же взрослого человека.
ваний iPS-клеток Киотского университета
(Ci R A), пол у ч и л в 2012 г. Нобе левск у ю п ре- Если же говорить о фетальной терапии
мию. Благодаря предложенному им подхо- и абортивном материале, то есть масса тка-
ду у ученых появился аналог клеток ранне- ней, обладающих не менее интересными
го зародыша. биологическими свойствами: клетки пла-
центы, пуповинной крови, пупочного кана-
— Как ему это удалось? тика. Для их использования не нужно раз-
рушать эмбрион.
Сотрудники группы оптических методов
исследования ИБР РАН анализируют изображения, Я уже говорил о моральной стороне во-
полученные на современных микроскопах проса. Когда разрабатывался «клеточный»
закон, в дискуссиях приняло участие бо-
лее 300 специалистов. Сторонники запре-
та на фетальную и эмбриональную тера-
пию искали некую объясняющую формулу.
Их оппоненты говорили, что используется
только брошенный, никому не нужный ма-
териал. Но если есть запрос и хоть какой-
то платежеспособный спрос, никто никог-
да не может гарантировать, что получение
абортивного материала не будет поставле-
но на поток.

Современное цивилизованное общество
четко установило, что женская репродук-
тивная сфера не может быть предметом
коммерциализации. Это мировой подход.
Таким образом, мы не можем допустить,
чтобы была возможность получения ма-
териала такого рода на продажу или для
дальнейшего коммерческого использова-
ния. Сегодня у нас есть возможности дви-
гаться вперед к решению проблем регенера-
тивной медицины и клеточных технологий,
не используя эмбриональные или феталь-
ные клетки.

— В продолжение потрясающей исто­
рии про обратимость развития погово­
рим о победе над старостью, о которой
также дискутируют в контексте клеточ­
ны х технологий и регенеративной меди­
цины. Каково мнение ученых?

— Как правило, мы говорим не о победе
над старостью, а об активном долголетии.
Старение остановить нельзя. И не надо.
Каждый человек должен пройти все стадии

48 В мире науkи | [05/06] май/июнь 2021