Jei mokslininkai gali išsiaiškinti smegenis, ar tai padės išgydyti visas ligas, valdyti jausmus, kontroliuoti prisiminimus ir generuoti idėjas kaip kompiuteris?
Neurologas Edas Boydenas kalbėjo apie smegenų tyrimų perspektyvas, ką žmogus gali pasiekti, jei išmoksta kontroliuoti neuronus, ir kodėl nesėkmingiems projektams turėtų būti suteikta antra ar net trečia galimybė. Teorija ir praktika skelbia interviu vertimą.
- „Salik.biz“
„Nuolat generuokite naujas idėjas. Neskaitykite to negalvodami. Komentuokite, formuluokite, reflektuokite ir apibendrinkite, net jei skaitote pratarmę. Taigi jūs visada stengsitės suprasti daiktų esmę, būtent tai, ko reikia kūrybai “.
Edas Boydenas kadaise parašė trumpą mokomąją esė „Kaip galvoti“, o aukščiau esanti pastraipa tapo jo taisykle Nr. 1. Jam buvo 28 metai, jis įkūrė savo neuromokslų tyrimų grupę MIT ir jau paskelbė keletą savo tyrimų, kurie pelnė jam prestižinį „Protų“prizą už padėjimą pasiekti „neva svarbiausią techninį perversmą per 40 metų“, - teigė žiuri pirmininkas. Tai buvo beveik prieš dešimt metų. Atrodo, kad jo idėjų generavimo sistema pateisino lūkesčius. Boydenas praėjusiais metais gavo 3 milijonų dolerių proveržio premiją, jis kartu su kolegomis atrado naują metodą stebint beveik neįsivaizduojamai mažytę smegenų elektros grandinę. Taip buvo gauti tiksliausi smegenų vaizdai.
- Jūs dažnai sakote, kad jūsų tikslas yra „išardyti smegenis“. Ką tu turi omenyje?
- Aš manau, kad šios frazės reikšmė pasikeis, kai bus įgytos naujos žinios, tačiau dabar „smegenų išardymas“man reiškia, kad, pirma, mes galime modeliuoti (greičiausiai naudodamiesi kompiuteriu) procesus, kurie generuos kažką panašaus į mintis. ir jausmai, antra, kad mes galime suprasti, kaip gydyti smegenų sutrikimus, tokius kaip Alzheimerio liga ar epilepsija. Tai du tikslai, kurie mane verčia judėti į priekį. Vienas iš jų yra skirtas suprasti žmogaus prigimtį, kitas yra labiau medicininis.
Galite ginčytis su manimi pastebėję, kad yra trečias klausimas: kas yra sąmonė? Kodėl mes turime prisiminimų, bet butelių, rašiklių ir stalų, kiek mes žinome, neturime? Bijau, kad dar neturime tikslaus sąmonės apibrėžimo, todėl šį klausimą sunku išspręsti. Neturime „sąmonės mato“, kuris parodytų, kaip kažkas sąmoningas. Manau, kad kada nors pasieksime tą dieną, tačiau vidutinės trukmės laikotarpiu norėčiau sutelkti dėmesį į pirmuosius du klausimus.
„Kodėl mes tiek daug žinome apie pasaulį? Gana keista, kad galime suprasti visuotinės gravitacijos ar kvantinės mechanikos dėsnius “
Reklaminis vaizdo įrašas:
- Kai 2016 m. Laimėjote „Perversmo“premiją, jūs kalbėjote apie savo nuolatines pastangas tiriant smegenis: „Jei mums pasiseks, galime atsakyti į tokius klausimus kaip„ Kas aš esu? Kokia mano asmenybė? Ką turėčiau daryti? Kodėl aš čia? . Kaip tyrimai gali padėti mums atsakyti į klausimą „kas aš esu?“
- Pateiksiu pavyzdį. Kai 2008 m. Ištiko ekonominė krizė, su daugeliu kalbėjau apie tai, kodėl žmonės daro tai, ką daro. Kodėl daugelis mūsų sprendimų nėra patys geriausi sprendimai, kuriuos galėtume priimti? Žinoma, yra visa mokslo sritis - elgesio ekonomika, kuri bando paaiškinti mūsų veiksmus psichologiniu ir pažintiniu lygmenimis. Pvz., Jei užduodi asmeniui daug klausimų ir jis eina pro saldainių dubenį, greičiausiai jis užtruks keletą, nes jis pavargęs nuo atsakymų ir negali atsispirti.
Elgesio ekonomika gali paaiškinti kai kuriuos dalykus, tačiau ji negali paaiškinti procesų, kuriais grindžiamas sprendimų priėmimas, ir dar mažiau - kai kurie pasąmonės momentai, kurių mes niekaip nekontroliuojame. Atkreipkite dėmesį, kad kai ką nors žinome, tai dažnai nesąmoningų procesų, įvykusių prieš jį, rezultatas. Taigi, jei mes suprastume, kaip smegenų ląstelės yra suskirstytos į grandinę (praktiškai, jei norite, kompiuterio grandinę), ir pamatytume, kaip informacija teka šiais tinklais ir kinta, mes turėtume daug aiškesnę mintį, kodėl mūsų smegenys priima tam tikri sprendimai. Jei tai suprasime, galbūt galime įveikti kai kuriuos apribojimus ir bent jau suprasti, kodėl mes darome tai, ką darome.
Galite įsivaizduoti, kad labai tolimoje ateityje (tai greičiausiai užtruks daugelį dešimtmečių) galėsime užduoti tikrai sunkius klausimus apie tai, kodėl mes vienaip ar kitaip susiję su tam tikrais dalykais ar kodėl mes tam tikru būdu galvojame apie save - klausimus, kurie yra psichologijos, filosofijos matymo lauką, į kurį taip sunku gauti atsakymą pasitelkiant fizikos dėsnius.
- Kaip smegenų tyrimai padeda atsakyti į klausimą „Kodėl aš čia?“
- Viena iš priežasčių, kodėl aš perėjau nuo fizikos prie smegenų studijų, buvo klausimas „Kodėl mes tiek daug žinome apie pasaulį?“Pakankamai keista, kad mes galime suprasti gravitacijos dėsnį arba kad mes suprantame kvantinę mechaniką - bent jau tiek, kiek gali būti pagaminti kompiuteriai. Nuostabu, kad pasaulis tam tikru būdu yra suprantamas.
Ir aš uždaviau sau klausimą: jei mūsų smegenys supranta kažkokią Visatos struktūros dalį, bet nesupranta viso kito, o viskas, ką ji supranta, yra prieinama dėka fizikos dėsnių, kuriais remiasi ir mūsų smegenų darbas, tada paaiškėja kažkas panašaus į užburtą ratą, tiesa? Ir bandau išsiaiškinti: kaip tai sulaužyti? Kaip padaryti Visą suprantamą? Tarkime, kad mes kažko nesuprantame apie Visatą, bet jei žinome, kaip veikia žmogaus protas ir kokių mąstymo galimybių mums trūksta, galbūt galime sukurti tobulesnį dirbtinį intelektą, kuris padės sustiprinti mūsų mąstymo gebėjimus.
Šią sąvoką aš kartais vadinu „smegenų bendrojo perdirbimo procesu“- tai, kas veikia su smegenimis ir praplečia mūsų supratimą.
Vis dar turime daug klausimų visatai, tiesa? Einšteinas bandė rasti ryšį tarp kvantinės mechanikos ir gravitacijos, tačiau jam šiuo klausimu nepasisekė ir iki šiol nėra iki galo aišku, kaip išspręsti šią dilemą. Galbūt norėdami suprasti kai kuriuos dalykus, turime padidinti savo intelektinius sugebėjimus. Kas nutiks, jei juos išplėsime? Žinoma, nėra jokių garantijų. Bet galbūt mes sužinosime daugiau apie Visatos kilmę, apie tai, kokios jėgos jai darė įtaką egzistavimo pradžioje, o kurios veikia dabar.
- Paskutinis klausimas šia tema. Kaip smegenų tyrimai padeda atsakyti į klausimą „kokia mano asmenybė?“
„Šiuo metu mes bandome nustatyti smegenų struktūrą. Tai gana sunku įžvelgti. Pačios smegenys yra pakankamai didelės - žmogus sveria kelis svarus, tačiau jungtys tarp neuronų, vadinamų sinapsėmis, yra menkos. Čia mes kalbame apie nanoskalę. Todėl, jei norite pamatyti, kaip smegenų ląstelės yra sujungtos tinkle, turite apsvarstyti sinapses. Kaip aš tai galiu padaryti? Mes sukūrėme specialią techniką. Mes paimame smegenų audinio gabalėlį ir įpurškiame į jį cheminę medžiagą, tiksliau, polimerą, kuris tam tikru būdu yra labai panašus į medžiagą kūdikių vystyklai. Tai yra polimeras, kuris išsipučia, kai pridedama skysčio.
Jei mes įdėsime jį į smegenų vidų ir įpilame vandens, tada mes galėsime atskirti molekules, kurios sudaro smegenis, ir tada mes galime pamatyti mažyčius ryšius tarp ląstelių. Taigi, mes prigalvojame: jei imame labai mažas smegenis, pavyzdžiui, žuvį ar kirminą, ar galime ištirti visa tai? Ar sugebėsime pavaizduoti visą nervų sistemą individualių šuolininkų tikslumu? Dabar tai yra idėjos lygmenyje, dar nėra reikalingų technologijų įgyvendinimui, tačiau jei mums pavyktų patobulinti techninę dalį, būtų galima sudaryti pakankamai išsamų smegenų jungčių žemėlapį, pagal kurį ją tikrai būtų galima atkurti kompiuterio pagalba. Ar ši kopija veiks taip pat, kaip ir organizmo smegenys, kurios tapo pirminiu šaltiniu?
Įsivaizduokite, kad mes turėjome širdį su 302 neuronais ir mes pastebėjome apie 6 tūkstančius jungčių tarp jų, taip pat molekules sankryžose. Ar įmanoma imituoti šio slieko veiksmus? Tuomet galbūt bus galima tą patį padaryti su žuvimi, tada su pele, tada - su žmogaus smegenimis - kiekviena iš šių smegenų yra maždaug tūkstantį kartų didesnė nei ankstesnė. Jei galėtumėte pavaizduoti žmogaus smegenis, iškart iškiltų klausimas: jei atkartotumėte jo veiklą kompiuteryje, ar vis tiek tai būtumėte jūs? Kaip minėta anksčiau, mes neturime tikslaus ar bent jau veikiančio sąmonės apibrėžimo, todėl, nors negalime įvertinti šios kokybės tiesiog pažvelgdami į kažką, dar negalime duoti atsakymo, sakyčiau. Bet tai kelia įdomų klausimą apie asmenybės prigimtį.
"Jei mes suprastume, kaip smegenų ląstelės yra suskirstytos į grandines, ir pamatytume, kaip informacija teka šiais tinklais, galbūt mes suprastume, kodėl mes darome tai, ką darome".
- Maždaug prieš dešimtmetį rašėte esė „Kaip galvoti“. Nuo to laiko jūs turėjote tų taisyklių pakeitimų ar papildymų?
„Parašiau šį rašinį gana greitai, kai mes pradėjome tyrimų grupę MIT ir didžiąją laiko dalį praleidome tuščioje patalpoje laukdami, kol bus pristatyta įranga. Nuo to laiko, per patirtį, išmokau, kaip geriausiai laikytis šių taisyklių. Pvz., 3 taisyklėje sakoma: „Siekite savo tikslo atgal“.
Nuo tos akimirkos supratau, kad jei dirbi nuo problemos, kurią reikia išspręsti, ir susitinki su žmonėmis, kurie turi tam tikrų įgūdžių ir kurie grindžiasi savo galimybėmis, tada tau bus labai lengva dirbti kartu, nes visos pusės yra domina tai. Įgūdžių turėtojai nori daugiau įtakos ir problemų sprendimo, o tikslų siekėjai nori naujų priemonių šioms problemoms išspręsti. Todėl 3 taisyklė „Atgal pirmyn, pradėkite nuo savo tikslo“natūraliai lemia 6 taisyklę - „Bendradarbiaukite“. Taip pat išmokau analizuoti problemų pobūdį. Šiais metais Pasaulio ekonomikos forume Davose aš skaičiau trumpą paskaitą. Jis buvo vadinamas paruošimu revoliucijai ir buvo skirtas išmokti gilintis į problemas ir priimti galimus sprendimus. Tai buvo kažkas panašaus į „How Think 2.0“, tačiau tai buvo vaizdo įrašas.
- Kokios knygos labiausiai paveikė jūsų intelekto vystymąsi?
- Vienas iš jų yra Jonathano Weinerio „Laikas, meilė, atmintis“. Ji pasakoja apie tuos laikus, kai žmonės genus pradėjo sieti su elgesio ypatybėmis. Autorius pradeda nuo genetikos eros aušros - kai žmonės sužinojo, kad rentgeno spinduliai keičia genus - ir baigiasi modernumu, kai mokslininkai išsiaiškina, kurie genai yra atsakingi, pavyzdžiui, už mūsų laiko pojūtį ar gebėjimą atsiminti. Aš myliu šią knygą, nes ji rodo judantį mokslą - ne taip, kaip vadovėlyje, „turite faktų nuo septynių iki keturiasdešimt aštuntųjų, atsiminkite juos“- tai rodo netikrumo kenčiantiems žmonėms, įveikiantiems įvairius sunkumus, ir tai labai jaudinantis dalykas. Aš jį skaitydavau kasmet ir tai darydavo didelę įtaką.
Antroji knyga vadinasi Mintys apie mokslą. Ji pasakoja apie Maxą Delbrücką, fiziką, kuris taip pat pakeitė savo veiklos sritį į biologiją. Jis labai prisidėjo prie genų struktūros atradimo ir padėjo pradėti naują molekulinės biologijos erą. Knygoje daug pasakojama apie jo požiūrį, apie tai, kaip jis svarstė savo perėjimą nuo fizikos prie biologijos. Ši knyga taip pat padarė didelę įtaką mano gyvenimui, nes dažnai galvoju apie tai, kaip ištirti tokias sudėtingas sistemas kaip smegenys, kaip išsiaiškinti tikrąją reikalų būklę, kaip atsikratyti aproksimacijos ir nesustoti pusiaukelėje.
- Minėjote, kad nuolat vedate pastabas. Kokia ši sistema?
- Bendraudamas su kuo nors, dedu ant stalo popierių ir darau pokalbio santrauką. Pabaigoje aš fotografuoju užrašus savo telefone ir atiduodu lapą savo pašnekovui. Kiekvieną mėnesį aš peržiūriu visas šias apžvalgas ir paženklinu jas raktiniais žodžiais. Tam yra dvi priežastys. Pirma, kadangi aš iš naujo suvirškinau pokalbį, tai padeda man jį atsiminti. Antra, kadangi aš pasirinkau raktinius žodžius, nesunku juos rasti. Iki šiol aš jau baigiau dešimtis tūkstančių tokių užrašų.
- Jūsų darbas rodo, kad daug laiko praleidžiate galvodami. Kaip pasiekti maksimalių rezultatų?
- Yra trys taškai: nuo pragmatiško iki abstraktaus. Aš jau labai seniai atsikeliu. Bandau atsikelti 4–5 ryte, daug anksčiau nei kiti laboratorijos darbuotojai. Dėl to turiu kelias valandas tylos, kad galvočiau ir nieko nesiblaškyčiau. Manau, kad tai svarbu. Antra, daugelis gerų idėjų iš tikrųjų yra blogos, nes kadangi jos iškart skamba taip gerai, tada visi jau galvojo apie jas ir stengiasi jas įgyvendinti. Todėl dažnai galvoju apie dalykus, kurie iš pirmo žvilgsnio atrodo kaip blogos idėjos, tačiau staiga, jei pažvelgi į juos teisingu kampu, jie pasirodo gerai? Aš daug laiko praleidžiu bandydamas priartėti prie idėjų iš skirtingų pusių.
Prieš dešimtmečius astronomas Fritzas Zwicky sukūrė daugybę teorijų, kurios šiandien yra labiausiai deginamos astrofizikos srityje. Aktualiausias dabartines idėjas, tokias kaip tamsiosios medžiagos, jis pateikė 1930-aisiais. Kaip Zwicky tai padarė? Jis tiesiog svarstė visas įmanomas galimybes. Zwicky savo metodą pavadino „morfologine analize“, tačiau man atrodo, kad to neįmanoma ištarti, todėl aš jį vadinu „mozaikinės medžio schema“.
Galiausiai - ir šis punktas dar abstraktesnis - tikiu atsitiktinumų atradimais. Aš daug laiko praleidžiu ieškodamas senų pokalbių nuorašų. Daugelis jų yra apie idėjas, kurios žlugo, projektai žlugo. Bet žinai ką? Tai buvo prieš penkerius metus, o dabar kompiuteriai veikia greičiau, atsirado naujos informacijos, pasikeitė pasaulis. Todėl galime pradėti projektą iš naujo. Daugelis mūsų pastangų visiškai pasiseka tik po antro ar trečio bandymo. Svarbi mano darbo dalis yra prisiminimai apie nesėkmes ir nepavykusių projektų atnaujinimas, kai ateis laikas.
- Gavote savo pagrindinius apdovanojimus už optogenetikos tyrimus. Kodėl ji tapo tokiu svarbiu laimėjimu?
„Kalbėdami apie optogenetiką, turime atsiminti, kad„ opto “reiškia„ lengvas “, o„ genetika “reiškia, kad mes naudojame genus, kurie atlieka visą darbą. Jūs pristatote geną, kuris veikia kaip maža saulės baterija - iš esmės molekulę, kuri šviesą paverčia elektra. Todėl, įvesdami jį į neuroną ir nukreipdami į jį šviesą, galite kontroliuoti neurono veiklą.
Kodėl tai svarbu? Per pastaruosius šimtą neurologijos studijų metų daugelis žmonių bandė kontroliuoti neuronus naudodami visas įmanomas technologijas: farmakologiją (vaistus), elektrinius impulsus ir pan. Bet nė vienas iš jų negarantuoja tikslumo. Su optogenetika mes galime nukreipti šviesą į vieną arba kelias ląsteles ir „įjungti“arba „išjungti“šias konkrečias ląsteles. Taigi kodėl tai svarbu? Jei galite suaktyvinti langelius, tada galite išsiaiškinti, už ką jie atsakingi. Galbūt jausmui, sprendimui ar judėjimui. „Išjungdami“juos, jūs suprantate, kokia yra jų funkcija: galbūt „išjungsite“tam tikras ląsteles, ir žmogus praras tam tikrą atmintį.
- Optogenetika šiandien naudojama smegenų tyrimams viso pasaulio laboratorijose. Kokias su tuo susijusias perspektyviausias sritis išskiriate?
- Kai kurie tyrėjai vykdo eksperimentus, kurie filosofiniu požiūriu yra gana sunkūs. Pavyzdžiui, grupė mokslininkų iš Kalifornijos technologijos instituto atrado nedidelį ląstelių kaupimąsi giliai, giliai smegenyse. Jei juos suaktyvinsite šviesos pagalba, pavyzdžiui, pelėms (daugelis dirba su jomis), tada gyvūnai taps agresyvūs, netgi žiaurūs. Jie užpuls bet kurį arti esantį padarą ar objektą, net kai kuriuos atsitiktinius dalykus, tokius kaip pirštinė. Tai labai įdomu, nes dabar galite užduoti klausimus iš serijos „Kas nutiks, kai dirginate šias ląsteles? Ar tai siunčia raumenims motorinę komandą? Kitaip tariant, ar pelė juda pulti? Ar tai jutiminė komanda?
Tai yra, pelė bijo ir puola savigynai? “Galite užduoti tikrai svarbius klausimus apie eksperimento prasmę, kai smegenų dalis sukelia tokią sudėtingą reakciją kaip agresija ar žiaurumas.
Yra nemažai tyrėjų, kurie medicinos tikslais įjungia ar nutildo nervų veiklą įvairiose smegenų dalyse. Pavyzdžiui, mokslininkų grupė, kuri pelėms, kenčiančioms nuo epilepsijos, parodė, kad traukulius galite „išjungti“veikdami tam tikras ląsteles. Yra ir kitų grupių, kurios tyrė Parkinsono liga sergančias peles ir sugebėjo gyvūnus atsikratyti ligos simptomų.
Mokslininkai taip pat atranda daug įdomių dalykų pagrindiniuose moksluose. Mano MIT kolega Suzumi Tonegawa ir jo tyrimų komanda padarė kažką labai protingo: užprogramavo peles taip, kad už atmintį atsakingi neuronai būtų aktyvuojami šviesos. Jie nustatė, kad jei suaktyvinsite šiuos neuronus šviesos impulsu, pelė elgsis taip, lyg ji atkuria atmintį. Tokiu būdu galima nustatyti ląstelių grupes, kurios atmintis užklumpa atmintį. Nuo to laiko tyrėjai atliko įvairius eksperimentus - pavyzdžiui, jie gali suaktyvinti laimingą atmintį, o pelė jausis geriau, net jei ji serga. Ir sąrašas tęsiasi.
"Daugelis mūsų pastangų tampa gana sėkmingi tik po antro ar trečio bandymo."
- Ar turite naujų minčių, kaip padaryti gyvenimą geresnį?
„Aš supratau, kad jei aš tikrai noriu, kad smegenų technologijos būtų pritaikytos visame pasaulyje, turiu tai skatinti kaip verslininką, tai yra, pradėti verslą ir padėti šiems išradimams peržengti akademinių sluoksnių ribas. Mano laboratorija anksčiau yra dirbusi su įvairiomis įmonėmis, tačiau šiais metais aš pati dalyvauju trijose. Tikimės, kad pavyks išsiaiškinti, kaip šios technologijos gali padėti žmonėms. Supratau, kad nenoriu tik skelbti mokslinių darbų; Noriu, kad šios technologijos būtų naudojamos realiame gyvenime.
„Viena iš šių kompanijų yra įgalinanti smegenų įgalinimo technologijas, ar ne?
- Tiksliai. Mes pradėjome nedidelę kompaniją pavadinimu „Expansion Technologies“, kad šviestume pasaulį apie šias įgalinimo teorijas. Be abejo, žmonės gali savarankiškai studijuoti mūsų publikacijas šia tema, tačiau jei savo idėjas galime pateikti masėms, daugelį mokslinių ir medicininių problemų išspręsti bus daug lengviau.
Turiu iš karto pasakyti, kad visus tyrimų duomenis galima rasti internete, mes atvirai dalijamės visa informacija. Mes parengėme daugiau nei šimtą tyrėjų grupių. Jei pageidaujama, kiekvienas gali pats atlikti panašų mikroskopinį tyrimą. Tačiau skirtingai nuo optogenetikos, kur visada galite kreiptis į ne pelno siekiančią organizaciją, kad gautumėte DNR nemokamai arba už pinigus, šiems tyrimams reikia cheminių medžiagų, taigi įmonė, kuri visiems pateikia reikalingų reagentų rinkinius, taupo laiką.
Mes tiesiog visada stengiamės padidinti teigiamą poveikį pasauliui. Mes dažnai pradedame projektą galvodami: „Dėl kokios problemos kenčia tūkstančiai tyrėjų, kompanijų ir universitetų?“Tada mes bandome sukurti įrankį, kuris galėtų jiems padėti. Taigi, jei mums pasiseks, tada (praktiškai pagal apibrėžimą) nėra prasmės jo laikyti paslaptyje ir sau. Mes tiesiog bandome pasidalyti savo įrankiais su kuo daugiau žmonių.