Влітку 2020 року на сайті препринтів біологічних наукових статей biorXiv з'явилася цікава публікація: її автор стверджує, що виявила у восьминогів здатність відчувати біль. Але хіба не всім тваринам боляче? Чим так цікаво це дослідження? І чим його висновки можуть для нас обернутися?
Восьминог в оцті
Двадцять дев'ять восьминогів-малюток спокійно сиділи на уламках коралів кожен у своєму акваріумі в лабораторії Робін Крук в Університеті штату Каліфорнія в Сан-Франциско. Порожні мушлі молюсків і пластикові водорості прикрашали скромні дволітрові оселі. Раз на чотири хвилини система насосів повністю змінювала їм воду, раз на день співробітники кидали їм кубик заморожених креветок. І все б було добре, якби не той факт, що місією восьминогів було страждати.
Під час експериментів головоногих по одному запускали в трикімнатний акваріум на 15 хвилин. В одному з його відсіків стіни були смугасті, в іншому - в горошок, а в третьому, що розділяє перші два - просто сірі.
Визначивши, в яку з кімнат восьминог заходить частіше, наступного дня дослідники створювали у тварини неприємну асоціацію з нею. Попередньо ввівши молюску наркоз, йому вколювали в щупальце оцту кислоту, а після на 20 хвилин клали в ту частину експериментального акваріума, яка за добу до цього йому найбільше сподобалася. Кислота, мабуть, викликала печіння: коли молюск приходив до тями від наркозу, він хапався за пошкоджене місце іншими щупальцями і розтирав його, а дзьобом намагався здерти з нього шкіру.
Того ж дня восьминогам робили укол в ту ж «руку», але цього разу вводили або просто солону воду (вона не палиться, на відміну від оцтової кислоти), або місцевий анестетик лідокаїн (він, навпаки, повинен був прибирати неприємні відчуття), а потім поміщали в той відсік акваріума, який ще вчора молюску був байдужий.
Через п'ять-шість годин після уколів тварин знову поміщали в акваріум з трьох частин. Вчені залишали їх там на 15 хвилин і спостерігали, куди піде восьминог, в якій з бічних кімнат він проведе найбільше часу.
У результаті молюски уникали відсіків, в яких вони опинялися після ін'єкції оцтової кислоти, але не прагнули йти звідти, де вони виявили себе після уколів солоної води або лідокаїну. Вивід: восьминогам буває боляче, і вони намагаються покинути ті місця, де їм заподіяли біль.
Погане передчуття
Що такого особливого в цьому результаті? Хіба не всім тваринам боляче, коли в них вводять якісь бридкі речовини або іншим способам загрожують цілісності їх організму?
Ні, не всім. Щоб відсторонитися від гарячого, холодного, колючого, ріжучого і всього іншого, що становить фізичну загрозу, достатньо мати м'язи і нервові клітини, які ними керують. Сприйняття травмуючих стимулів називається ноцицепція, а швидке позбавлення від них являє собою простий рефлекс. Для його виконання взагалі не треба думати. Більше того, якщо почати це робити, реакція сповільниться і не врятує від пошкодження.
Ноцицепція - це ще не почуття. Ноцицепцію демонструють люди, щури, риби, личинки дрозофіл. А те, що у кальмарів є нейрони, які виконують ту ж саму функцію, показала все та ж Робін Крук ще в 2013 році.
З болем справа йде по-іншому. Щоб її відчути, потрібно вміти страждати, а для цього необхідно складне скупчення нервових клітин - мозок (або його функціональний аналог). Згадайте людей з фантомними болями: тієї кінцівки, до якої могли б приходити неприємні стимули, давно вже немає, а відчуття зберігаються. Позбутися «неіснуючого» болю допомагають, наприклад, за допомогою ілюзії гумової руки або ноги. При цьому задіюється кора мозку, особливо теменна і премоторна (частина лобної).
Крім того, люди в нормі - тобто поза специфічним контекстом - до болю не прагнуть, а навпаки, воліють його не відчувати.
Сьогодні прийнято вважати, що емоції - помічниці пам'яті. Вони асоціюються з імовірно небесполезними для нас подіями. Болю слід уникати, насолоди прагнути. Це дуже просте і ефективне правило, хоча, звичайно, не безвідмовне: може статися так, що незначна з вигляду інформація міцно закріпиться в голові, тому що за часом появи вона збіглася з періодом гніву, потужного страху або безхмарного щастя. Якщо спогад про стимул буде пов'язаний з негативними емоціями - наприклад, з болем, - він виявиться міцнішим, ніж беземоційний. Це підштовхне в майбутньому уникати нехороших предметів, а також місць, де стався неприємний вплив, і умов, в яких це відбувалося. Важливий не тільки стимул, а й контекст.
Ноцицепція і наступна за нею реакція самі по собі на майбутню поведінку не впливають: це дуже проста зв'язка, для них не потрібно нічого, крім, власне, ноцицепторів і пов'язаних з ними м'язів. А для того, щоб відчувати, думати, формувати спогади і планувати поведінку, потрібен інструмент помічніший. Здається, у всьому світі є тільки один клас об'єктів, який все це вміє. Цей мозок - складно влаштоване скупчення живих, які перекидають один одному іони і нейромедіатори нервових клітин.
Але одного тільки мозку, судячи з усього, недостатньо. Враховувати минуле страждання, приймаючи рішення - це навичка, якої потрібно вчитися. Собаки і шимпанзе, яких у дитинстві огороджували від усіх стимулів, здатних завдати болю, раз за разом пхали ніс у багаття і давали колоти себе голками. З ноцицепцією при цьому у них все було добре - лапи від особливо болючих уколів вони віддаляли. Але уникати пошкоджень не намагалися.
Страждати свідомо
Поки ніхто точно не знає, наскільки складним повинен бути мозок, щоб його володар відчував біль. Навіть не відомо чітко, які конкретно мозкові структури її породжують. Немає адекватних засобів, щоб порівняти її інтенсивність у різних організмів, і часто складно взагалі зрозуміти, присутня вона чи ні.
Як зрозуміти, чи страждає рак, якого варять живцем, чи відчуває борошно тарган, коли його прихлопують капцем, чи кляне все на світі восьминог, якому в щупальце ввели пекучу кислоту? Здоровий глузд і природна сердобольність підказує, що всім їм у такі моменти доводиться непросто, але наука, як зазвичай, вимагає вивірених доказів. І, звичайно, чіткого розуміння, що таке біль.
Нинішнє визначення болю було затверджено Міжнародною асоціацією з вивчення болю (IASP) в липні 2020 року, але воно відштовхується від відомого - людського болю і в центр ставить саме суб'єктивний досвід. А до чужого досвіду прямого доступу у нас немає, ми можемо судити про нього тільки з того, як самі щось сприймаємо. З іншою людиною це зробити не так складно. А кимось ще? Де ця межа: примати? молюски?
У 2019 році в спеціальному випуску, присвяченому болю у тварин, дослідники виділили два основних підходи до оцінки болю у тих, хто не вміє говорити. В одному випадку акцент робиться на тому, що біль - це суб'єктивне переживання, пов'язане зі свідомістю. У такої точки зору є практичний мінус: якщо її беззастережно прийняти, нема на кому буде досліджувати прояви болю, крім людей. Тож її прихильники пропонують компроміс: прирівнювати до людини за здатністю відчувати біль тих, у кого знайдуться відповідні для її сприйняття структури в нервовій системі, у кого больові відчуття знімаються тими ж ліками, що і у нас, і хто при пошкодженні поводиться схоже.
Другий варіант, щадний: прирівняти до болю те, що робить на поведінку приблизно той же ефект, що і «справжній» біль. Тоді в якості боліподібного нам підійде будь-яка нерефлекторна відповідь на травмуючий стимул, здатний призвести до пошкодження тканин, і відповідь ця впливає на те, як поведе себе організм в майбутньому. При цьому під болем не мають на увазі будь-яких почуттів або емоцій. Біль - це привід вчитися: якщо зрозуміти, що її завдає, і уникати цього, можна позбавити себе від багатьох неприємностей.
Аналіз переваг
Ті, хто дотримується першої з описаних точок зору, в основному працюють з хребетними, а прихильники другої - з безхребетними. Бути може, тому, що перших чисельно більше, в здатності відчувати біль поки «офіційно» відмовляють всім, крім хребетних. Резон у цьому є: головний мозок у них присутній, його будова в загальних рисах збігається з пристроєм нашого мозку. А ми, за винятком людей з екзотичними синдромами, біль відчуваємо, від болю страждаємо і ні з чим біль ніколи не переплутаємо. А ось як «виглядає» біль для володарів нервових систем іншої будови (і «виглядає» вона хоч якось), ми точно знати не можемо, так само як і розпитати їх про це. Але прояснити питання якось треба, а для цього доведеться ввести допущення.
Якщо припустити, що біль йде рука об руку з розумовими здібностями, тоді має сенс перевірити, чи буває боляче «складним», активним безхребетним: членистоногим (наприклад ракам і громадським комахам) і головоногим молюскам. Оскільки наш погляд на проблему - свідомо погляд хребетного, нам здається найнадійніше виявляти наявність болю методами, розробленими для хребетних.
Один такий метод, по-англійськи званий conditioned place preference/conditioned place aversion, і застосувала автор нинішнього дослідження восьминогів. Він дозволяє аналізувати реакцію організму не тільки на конкретний стимул, але і на обставини, в яких тварина з ним зіткнулася. Відомо, наприклад, що щури уникають місць, де їм заподіяли біль (aversion), зате знову приходять туди, де їм зробили приємно (preference). Це вірно і для людей. Знаючи це, можна змінити ставлення організму до локації або ситуації: пов'язати раніше приємну обстановку з чимось огидним - і бажання ходити туди поступово ослабне.
З цією частиною восьминоги і «впоралися» в експерименті Крук. Після ін'єкції оцтової кислоти вони уникали навіть не того місця, де їм вкололи противну речовину (під час уколу вони взагалі нічого не відчували через загальну анестезію), а відсіку, де потім сиділи, не в силах вивести кислоту з щупальця. Електрофізіологією вчена показала і те, що відчуття від уколу передаються в центральні частини нервової системи восьминогів - і це при тому, що їхні «руки» багато в чому управляються автономно, місцевими нейронами.
Що це, якщо не біль? Одна заковика: восьминоги безхребетні, а значить, оцінювати їх почуття «хребетною» лінійкою дослідники побоюються. Експеримент Крук показує: якби восьминоги були хребетними, то це закрило б питання про біль остаточно.
Раніше експерименти схожої глибини проводили на раках-відлюдниках, але в тих випадках наявність емоцій показали не настільки надійно: тварини знали, де їм заподіяли біль.
Жертви науки
Навіщо нам знати, чи боляче комусь ще, крім нас? Причин як мінімум дві.
Перша - етична. Сучасна мораль розглядає біль як щось недобре: ми скасовуємо тілесні покарання, засуджуємо тортури і навіть за евтаназію виступаємо під прапором її безболісності. З тими, кому буває боляче, не можна проводити безліч експериментів, а ті, що все-таки можна, потрібно проводити з анестетиком або іншими засобами полегшення страждань. На мишей, щурів, різних великих ссавців розроблені етичні стандарти, де прописано, що можна з ними робити, а що ні.
Для безхребетних такі правила можна зустріти хіба що в окремих лабораторіях. На рівні цілих країн чітких заборон зазвичай немає - за винятком Євросоюзу, де восьминогів, не чекаючи загального консенсусу в спільноті вчених, прирівняли до хребетних. У всьому іншому світі можна експериментувати на восьминогах як завгодно. Але з розвитком досліджень болю у безхребетних цей список, ймовірно, доведеться розширювати і задуматися про прийняття міжнародних законів.
Друга - прагматична. Ліки від болю, на який страждає людина, потрібно на комусь відчувати, але якщо боляче тільки людям, постає нерозв'язне завдання: як перевірити, чи знімає щось біль у істоти, але суті при цьому взагалі не можна шкодити? У будь-якому випадку доводиться шукати «хворобливих» тварин. Зазвичай у їхній ролі виступають лабораторні гризуни, а скорості їх хрест можуть підхопити і раки з кальмарами і восьминогами. Їх нервові системи простіші, тому вище шанс, що на їх прикладі з шуму міріад нейронів вдасться вичленувати релевантні закономірності.
А що з навколофілоруським питанням: чи відчувають біль безхребетні? Відповідь залежить від того, яке визначення болю ми приймаємо. Якщо біль для нас - це обов'язково суб'єктивне переживання, то суворо відповісти поки, та й ще напевно довго, не вийде (адже не зрозуміло, як виміряти чуже страждання і свідомість). А якщо ми готові розлучитися з унікальним «правом» на біль, то доведеться поділитися ним не тільки з «зрозумілими» мишами і кішками, а й восьминогами.
Якщо зосередитися на суто функціональній ролі болю і тому, якими нейронними механізмами він забезпечується, то тут експерименти Робін Крук закривають всі питання до восьминогів. Адже при пошкодженні «рук» оцтовою кислотою у восьминогів і збуджувалися нейрони в центральній нервовій системі, і формувалося уникнення контексту, в якому вони випробували дію кислоти, і спостерігалася поведінка, яка говорить про те, що «відчуття» - від якого тварина дзьобом рвала собі шкіру - тривало довго.
Чи знайдуться ще безхребетні, чия чутливість виявиться схожою на восьминожжя? Напевно. Але їх здатність відчувати біль теж будуть довго перевіряти, вимірювати і оскаржувати. Порівняльні дослідження болю - область нова, майже нічого в ній ще не встоялося. Але тим цікавіше.
У текст вносилися правки
В оригінальній версії цього тексту ми писали, що Євросоюз прирівняв восьминогів до безхребетних. Що, звичайно ж, не так - восьминоги і так безхребетні, а Євросоюз прирівняв їх до хребетних.