Боль головоногая

Летом 2020 года на сайте препринтов биологических научных статей biorXiv появилась любопытная публикация: ее автор утверждает, что обнаружила у осьминогов способность испытывать боль. Но разве не всем животным больно? Чем так интересно это исследование? И чем его выводы могут для нас обернуться?

Осьминог в уксусе

Двадцать девять осьминогов-малюток спокойно сидели на обломках кораллов каждый в своем аквариуме в лаборатории Робин Крук в Университете штата Калифорния в Сан-Франциско. Пустые раковины моллюсков и пластиковые водоросли украшали скромные двухлитровые жилища. Раз в четыре минуты система насосов полностью меняла им воду, раз в день сотрудники бросали им кубик замороженных креветок. И все бы было хорошо, если бы не тот факт, что миссией осьминогов было страдать.

Во время экспериментов головоногих по одному запускали в трехкомнатный аквариум на 15 минут. В одном из его отсеков стены были полосатые, в другом — в горошек, а в третьем, разделяющем первые два — просто серые.

Определив, в какую из комнат осьминог заходит чаще, на следующий день исследователи создавали у животного неприятную ассоциацию с ней. Предварительно введя моллюску наркоз, ему вкалывали в щупальце уксусную кислоту, а после на 20 минут клали в ту часть экспериментального аквариума, которая за сутки до этого ему больше всего приглянулась. Кислота, видимо, вызывала жжение: когда моллюск приходил в себя от наркоза, он хватался за поврежденное место другими щупальцами и растирал его, а клювом пытался содрать с него кожу.

В тот же день осьминогам делали укол в ту же «руку», но на сей раз вводили либо просто соленую воду (она не жжется, в отличие от уксусной кислоты), либо местный анестетик лидокаин (он, наоборот, должен был убирать неприятные ощущения), а потом помещали в тот отсек аквариума, который еще вчера моллюску был безразличен.

Через пять-шесть часов после уколов животных снова помещали в аквариум из трех частей. Ученые оставляли их там на 15 минут и наблюдали, куда пойдет осьминог, в какой из боковых комнат он проведет больше всего времени.

В итоге моллюски избегали отсеков, в которых они оказывались после инъекции уксусной кислоты, но не стремились уходить оттуда, где они обнаружили себя после уколов соленой воды или лидокаина. Вывод: осьминогам бывает больно, и они стараются покинуть те места, где им причинили боль.

Плохое предчувствие

Что такого особенного в этом результате? Разве не всем животным больно, когда в них вводят какие-то гадкие вещества или другим способам угрожают цельности их организма?

Нет, не всем. Чтобы отстраниться от горячего, холодного, колющего, режущего и всего прочего, представляющего физическую угрозу, достаточно иметь мышцы и нервные клетки, которые ими управляют. Восприятие травмирующих стимулов называется ноцицепция, а быстрое избавление от них представляет собой простой рефлекс. Для его исполнения вообще не надо думать. Более того, если начать это делать, реакция замедлится и не спасет от повреждения.

Ноцицепция — это еще не чувство. Ноцицепцию демонстрируют люди, крысы, рыбы, личинки дрозофил. А то, что у кальмаров есть нейроны, выполняющие ту же самую функцию, показала все та же Робин Крук еще в 2013 году.

С болью дело обстоит по-другому. Чтобы ее почувствовать, нужно уметь страдать, а для этого необходимо сложное скопление нервных клеток — мозг (или его функциональный аналог). Вспомните людей с фантомными болями: той конечности, к которой могли бы приходить неприятные стимулы, давно уж нет, а ощущения сохраняются. Избавиться от «несуществующей» боли помогают, например, при помощи иллюзии резиновой руки или ноги. При этом задействуется кора мозга, в особенности теменная и премоторная (часть лобной).

Кроме того, люди в норме — то есть вне специфического контекста — к боли не стремятся, а напротив, предпочитают ее не испытывать.

Сегодня принято считать, что эмоции — помощницы памяти. Они ассоциируются с предположительно небесполезными для нас событиями. Боли следует избегать, к наслаждению стремиться. Это очень простое и эффективное правило, хотя, конечно, не безотказное: может случиться так, что незначительная с виду информация прочно закрепится в голове, потому что по времени появления она совпала с периодом гнева, мощного страха или безоблачного счастья. Если воспоминание о стимуле будет связано с отрицательными эмоциями — например, с болью, — оно окажется прочнее, чем безэмоциональное. Это подтолкнет в будущем избегать нехороших предметов, а также мест, где случилось неприятное воздействие, и условий, в которых это происходило. Важен не только стимул, но и контекст.

Ноцицепция и следующая за ней реакция сами по себе на будущее поведение не влияют: это очень простая связка, для них не нужно ничего, кроме, собственно, ноцицепторов и связанных с ними мышц. А для того, чтобы чувствовать, думать, формировать воспоминания и планировать поведение, нужен инструмент помощнее. Кажется, во всем мире есть только один класс объектов, который все это умеет. Это мозг — сложно устроенное скопление живых, перебрасывающих друг другу ионы и нейромедиаторы нервных клеток.

Но одного только мозга, судя по всему, недостаточно. Учитывать прошлое страдание, принимая решения — это навык, которому нужно учиться. Собаки и шимпанзе, которых в детстве ограждали ото всех стимулов, способных причинить боль, раз за разом совали нос в костер и давали колоть себя иглами. С ноцицепцией при этом у них все было хорошо — лапы от особенно болезненных уколов они отдергивали. Но избегать повреждений не пытались.

Страдать осознанно

Пока никто точно не знает, насколько сложным должен быть мозг, чтобы его обладатель ощущал боль. Даже не известно четко, какие конкретно мозговые структуры ее порождают. Нет адекватных средств, чтобы сравнить ее интенсивность у разных организмов, и часто сложно вообще понять, присутствует она или нет.

Как понять, страдает ли рак, которого варят заживо, испытывает ли муки таракан, когда его прихлопывают тапком, клянет ли все на свете осьминог, которому в щупальце ввели жгучую кислоту? Здравый смысл и природная сердобольность подсказывает, что всем им в такие моменты приходится непросто, но наука, как обычно, требует выверенных доказательств. И, конечно, четкого понимания, что такое боль.

Нынешнее определение боли было утверждено Международной ассоциацией по изучению боли (IASP) в июле 2020 года, но оно отталкивается от известного — человеческой боли и в центр ставит именно субъективный опыт. А к чужому опыту прямого доступа у нас нет, мы можем судить о нем только по тому, как сами что-то воспринимаем. С другим человеком это сделать не так сложно. А кем-то еще? Где эта граница: приматы? моллюски?

В 2019 году в специальном выпуске Philosophical Transaction of the Royal Society B, посвященном боли у животных, исследователи выделили два основных подхода к оценке боли у тех, кто не умеет говорить. В одном случае упор делается на то, что боль — это субъективное переживание, связанное с сознанием. У такой точки зрения есть практический минус: если её безоговорочно принять, не на ком будет исследовать проявления боли, кроме людей. Так что её сторонники предлагают компромисс: приравнивать к человеку по способности чувствовать боль тех, у кого найдутся подходящие для её восприятия структуры в нервной системе, у кого болевые ощущения снимаются теми же лекарствами, что и у нас, и кто при повреждении ведет себя похоже.

Второй вариант, щадящий: приравнять к боли то, что оказывает на поведение примерно тот же эффект, что и «настоящая» боль. Тогда в качестве болеподобного нам подойдет любой нерефлекторный ответ на травмирующий стимул, способный привести к повреждению тканей, и ответ этот влияет на то, как поведет себя организм в будущем. При этом под болью не подразумевают каких-либо чувств или эмоций. Боль — это повод учиться: если понять, что ее причиняет, и избегать этого, можно избавить себя от многих неприятностей.

Анализ предпочтений

Те, кто придерживается первой из описанных точек зрения, в основном работают с позвоночными, а сторонники второй — с беспозвоночными. Быть может, потому, что первых численно больше, в способности испытывать боль пока «официально» отказывают всем, кроме позвоночных. Резон в этом есть: головной мозг у них присутствует, его строение в общих чертах совпадает с устройством нашего мозга. А мы, за исключением людей с экзотическими синдромами, боль испытываем, от боли страдаем и ни с чем боль никогда не перепутаем. А вот как «выглядит» боль для обладателей нервных систем другого строения (и «выглядит» она хоть как-то), мы точно знать не можем, равно как и расспросить их об этом. Но прояснить вопрос как-то надо, а для этого придется ввести допущения.

Если предположить, что боль идет рука об руку с умственными способностями, тогда имеет смысл проверить, бывает ли больно «сложным», активным беспозвоночным: членистоногим (например ракам и общественным насекомым) и головоногим моллюскам. Поскольку наш взгляд на проблему — заведомо взгляд позвоночного, нам кажется надежнее всего выявлять наличие боли методами, разработанными для позвоночных.

Один такой метод, по-английски называемый conditioned place preference/conditioned place aversion, и применила автор нынешнего исследования осьминогов. Он позволяет анализировать реакцию организма не только на конкретный стимул, но и на обстоятельства, в которых животное с ним столкнулось. Известно, например, что крысы избегают мест, где им причинили боль (aversion), зато вновь приходят туда, где им сделали приятно (preference). Это верно и для людей. Зная это, можно поменять отношение организма к локации или ситуации: связать ранее приятную обстановку с чем-нибудь отвратительным — и желание ходить туда постепенно ослабнет.

С этой частью осьминоги и «справились» в эксперименте Крук. После инъекции уксусной кислоты они избегали даже не того места, где им вкололи противное вещество (во время укола они вообще ничего не чувствовали из-за общей анестезии), а отсека, где потом сидели, не в силах вывести кислоту из щупальца. Электрофизиологией ученая показала и то, что ощущения от укола передаются в центральные части нервной системы осьминогов — и это при том, что их «руки» во многом управляются автономно, местными нейронами.

Что это, если не боль? Одна загвоздка: осьминоги беспозвоночные, а значит, оценивать их чувства «позвоночной» линейкой исследователи опасаются. Эксперимент Крук показывает: если бы осьминоги были позвоночными, то это закрыло бы вопрос про боль окончательно.

Раньше эксперименты сходной глубины проводили на раках-отшельниках, но в тех случаях наличие эмоций показали не столь надежно: животные знали, где им причинили боль.

Жертвы науки

Зачем нам знать, больно ли кому-то еще, кроме нас? Причин как минимум две.

Первая — этическая. Современная мораль рассматривает боль как что-то нехорошее: мы отменяем телесные наказания, порицаем пытки и даже за эвтаназию выступаем под флагом ее безболезненности. С теми, кому бывает больно, нельзя проводить множество экспериментов, а те, что все-таки можно, нужно проводить с анестетиком или другими средствами облегчения страданий. На мышей, крыс, различных крупных млекопитающих разработаны этические стандарты, где прописано, что можно с ними делать, а что нет.

Для беспозвоночных такие правила можно встретить разве что в отдельных лабораториях. На уровне целых стран четких запретов обычно нет — за исключением Евросоюза, где осьминогов, не дожидаясь всеобщего консенсуса в сообществе ученых, приравняли к позвоночным. Во всем остальном мире можно экспериментировать на осьминогах как угодно. Но с развитием исследований боли у беспозвоночных этот список, вероятно, придется расширять и задуматься о принятии международных законов.

Вторая — прагматическая. Лекарства от боли, которой страдает человек, нужно на ком-то испытывать, но если больно только людям, встает неразрешимая задача: как проверить, снимает ли что-то боль у существа, но существу при этом вообще нельзя вредить? В любом случае приходится искать «болезных» животных. Обычно в их роли выступают лабораторные грызуны, а вскорости их крест могут подхватить и раки с кальмарами и осьминогами. Их нервные системы проще, поэтому выше шанс, что на их примере из шума мириад нейронов удастся вычленить релевантные закономерности.

А что с околофилософским вопросом: испытывают ли боль беспозвоночные? Ответ зависит от того, какое определение боли мы принимаем. Если боль для нас — это обязательно субъективное переживание, то строго ответить пока, да и еще наверняка долго, не получится (ведь не понятно, как измерить чужое страдание и сознание). А если мы готовы расстаться с уникальным «правом» на боль, то придется поделиться им не только с «понятными» мышами и кошками, но и осьминогами.

Если сосредоточиться на сугубо функциональной роли боли и том, какими нейронными механизмами она обеспечивается, то тут эксперименты Робин Крук закрывают все вопросы к осьминогам. Ведь при повреждении «рук» уксусной кислотой у осьминогов и возбуждались нейроны в центральной нервной системе, и формировалось избегание контекста, в котором они испытали действие кислоты, и наблюдалось поведение, которое говорит о том, что «ощущение» — от которого животное клювом рвало себе кожу — длилось долго.

Найдутся ли еще беспозвоночные, чья чувствительность окажется сродни осьминожьей? Наверняка. Но их способность испытывать боль тоже будут долго проверять, измерять и оспаривать. Сравнительные исследования боли — область новая, почти ничего в ней еще не устоялось. Но тем интереснее.