Торстен Визел

Торстен Визел — шведский нейробиолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине 1981 года (совместно с Дэвидом Хьюбелом и Роджером Сперри). Наиболее известен фундаментальными исследованиями механизмов обработки зрительной информации в коре головного мозга, в частности, открытием колончатой организации первичной зрительной коры и описанием критических периодов развития зрительной системы.

Биография

Ранние годы и образование

Торстен Нильс Визел (Torsten Nils Wiesel) родился 3 июня 1924 года в Уппсале, Швеция. Его отец, Карл-Хенрик Визел, был психиатром и заведовал психиатрической клиникой при больнице Уппсальского университета. Мать, Анна-Лиза Бендрот, происходила из семьи юристов. Интерес к медицине и биологии проявился у Визела ещё в детстве, чему способствовали беседы с отцом и наблюдения за пациентами.

В 1941 году он поступил в Каролинский институт в Стокгольме, где изучал медицину. В 1954 году получил степень доктора медицины, защитив диссертацию по нейроанатомии, посвящённую структуре сетчатки глаза. После окончания института Визел работал в лаборатории нейрофизиологии Каролинского института, где начал изучать электрическую активность нейронов зрительной системы.

Научная карьера

В 1955 году Визел получил стипендию для стажировки в США и присоединился к лаборатории Стивена Куффлера в Университете Джонса Хопкинса в Балтиморе. Там он познакомился с Дэвидом Хьюбелом, канадским нейробиологом, который также изучал зрительную кору. Сотрудничество Визела и Хьюбела, начавшееся в 1958 году, стало одним из самых плодотворных в истории нейробиологии.

В 1959 году Визел и Хьюбел перешли в Гарвардскую медицинскую школу, где Визел занял должность профессора нейробиологии. В 1968 году он стал заведующим кафедрой нейробиологии, а в 1984 году — президентом Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке, где проработал до 1998 года. Под его руководством университет значительно расширил исследования в области нейронаук и молекулярной биологии.

После выхода на пенсию Визел продолжал активную научную и общественную деятельность, выступая с лекциями и поддерживая молодых учёных. Он скончался 15 апреля 2024 года в Нью-Йорке в возрасте 99 лет.

Научные достижения

Открытие колончатой организации зрительной коры

Основной вклад Визела и Хьюбела заключается в детальном картировании нейронной активности в первичной зрительной коре (V1) головного мозга млекопитающих. Используя метод микроэлектродной регистрации, они вводили тончайшие электроды в кору мозга кошек и обезьян, регистрируя электрические импульсы отдельных нейронов в ответ на различные зрительные стимулы (световые полосы, точки, решётки).

Они обнаружили, что нейроны зрительной коры организованы в функциональные колонки — вертикальные столбцы клеток, пронизывающие всю толщину коры. Каждая колонка отвечает за обработку определённого параметра зрительного изображения: ориентации линии (например, вертикальной, горизонтальной или наклонной), направления движения или цвета. Нейроны в одной колонке имеют сходные предпочтения, а соседние колонки обрабатывают близкие параметры.

Это открытие показало, что зрительная кора работает не как однородная масса, а как высокоорганизованная структура, где информация обрабатывается параллельно и иерархически. Визел и Хьюбел также описали «гиперколонки» — модули, объединяющие колонки для разных параметров (например, ориентации и глазодоминантности), что позволяет мозгу интегрировать информацию в целостное восприятие.

Критические периоды развития зрительной системы

Второе важнейшее направление исследований Визела и Хьюбела — изучение влияния раннего зрительного опыта на развитие мозга. В серии экспериментов на котятах они временно закрывали один глаз (монокулярная депривация) вскоре после рождения. Результаты показали, что если глаз остаётся закрытым в течение нескольких недель (так называемый «критический период»), то нейроны зрительной коры, которые обычно получают сигналы от обоих глаз, перестают реагировать на стимулы от закрытого глаза. Визуальные функции этого глаза не восстанавливаются даже после его открытия.

Это открытие продемонстрировало, что развитие зрительной системы зависит от сенсорного опыта в определённые ранние периоды жизни. Оно имело огромное значение для понимания механизмов пластичности мозга и объяснило, почему у детей с врождённой катарактой или косоглазием, не получивших своевременного лечения, развивается амблиопия («ленивый глаз»). Работа Визела и Хьюбела заложила основы для разработки методов ранней диагностики и коррекции нарушений зрения у детей.

Другие исследования

Помимо зрительной коры, Визел и Хьюбел изучали организацию других сенсорных систем, в частности соматосенсорной коры, отвечающей за осязание. Они также исследовали механизмы синаптической пластичности и роль нейромедиаторов в обработке сенсорной информации.

Нобелевская премия и признание

В 1981 году Торстен Визел, Дэвид Хьюбел и Роджер Сперри были удостоены Нобелевской премии по физиологии или медицине. Визел и Хьюбел получили половину премии «за открытия, касающиеся обработки информации в зрительной системе». Сперри получил вторую половину за исследования функциональной специализации полушарий головного мозга.

Визел также был удостоен множества других наград, включая:

• Премию Луизы Гросс-Хорвиц (1978)
• Премию Розенстила (1972)
• Премию Вольфа по медицине (1978)
• Премию Карла Спенсера Лешли (1977)

Он был избран членом Национальной академии наук США (1972), Шведской королевской академии наук (1981) и Американской академии искусств и наук (1972).

Влияние на нейробиологию

Работы Визела и Хьюбела стали основой современной нейробиологии зрения. Они не только описали структурную организацию коры, но и установили фундаментальные принципы обработки сенсорной информации в мозге: иерархическую организацию, параллельную обработку и зависимость развития от опыта.

Их открытия нашли применение в клинической практике:

• Офтальмология: Понимание критических периодов привело к разработке протоколов раннего лечения катаракты и косоглазия у детей.
• Нейрореабилитация: Принципы пластичности мозга используются при восстановлении зрения после травм и инсультов.
• Искусственный интеллект: Идеи колончатой организации и иерархической обработки вдохновили создание свёрточных нейронных сетей, которые лежат в основе современных систем компьютерного зрения.

Интересные факты

• Визел и Хьюбел работали вместе более 20 лет, и их сотрудничество считается образцом плодотворного научного партнёрства. Они часто говорили, что их успех был результатом взаимодополняющих навыков: Хьюбел был теоретиком, а Визел — экспериментатором.
• Визел был активным сторонником защиты прав животных в научных исследованиях и выступал за строгие этические стандарты.
• В 1990-х годах он участвовал в создании Международной программы по нейробиологии (International Brain Research Organization, IBRO) для поддержки молодых учёных из развивающихся стран.
• Визел был известен своим чувством юмора и любовью к классической музыке, особенно к произведениям Моцарта.

Источники

• Нобелевская лекция Торстена Визела, 1981.
• Hubel, D. H., & Wiesel, T. N. (1962). Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the cat's visual cortex. Journal of Physiology, 160(1), 106–154.
• Wiesel, T. N., & Hubel, D. H. (1963). Single-cell responses in striate cortex of kittens deprived of vision in one eye. Journal of Neurophysiology, 26(6), 1003–1017.
• Wiesel, T. N. (1982). The postnatal development of the visual cortex and the influence of environment. Nobel Lecture.
• Shatz, C. J. (2024). Torsten Wiesel (1924–2024). Nature, 628, 498.
• Биография Торстена Визела на сайте Нобелевского комитета.