Ja zinātnieki var izdomāt smadzenes, vai tas palīdzēs izārstēt visas slimības, pārvaldīt jūtas, kontrolēt atmiņas un ģenerēt idejas, piemēram, ar datoru?
Neirozinātnieks Eds Boydens runāja par smadzeņu izpētes izredzēm, to, ko cilvēks var sasniegt, ja iemācās kontrolēt neironus, un kāpēc neveiksmīgiem projektiem jādod otra vai pat trešā iespēja. Teorija un prakse publicē intervijas tulkojumu.
“Pastāvīgi ģenerējiet jaunas idejas. Neizlasiet to nedomājot. Komentējiet, formulējiet, pārdomājiet un vispāriniet, pat ja jūs lasāt priekšvārdu. Tātad jūs vienmēr centīsities izprast lietu būtību, kas ir nepieciešama radošumam."
Eds Boydens savulaik uzrakstīja īsu mācību eseju "Kā domāt", un šī rindkopa kļuva par viņa noteikumu numuru 1. Viņam bija 28 gadi, viņš izveidoja savu pētījumu grupu MIT neirozinātnes jomā un jau ir publicējis dažus savus pētījumus, kas nopelnīja viņam prestižo Prāta balvu par palīdzību “acīmredzami vissvarīgākā tehniskā sasnieguma sasniegšanā 40 gadu laikā”, sacīja žūrijas priekšsēdētājs. Tas bija gandrīz pirms desmit gadiem. Viņa ideju ģenerēšanas sistēma, šķiet, ir piepildījusi cerības. Boyden pagājušajā gadā saņēma 3 miljonu dolāru Pārrāvuma balvu, un viņš un viņa kolēģi atklāja jaunu metodi, kā novērot gandrīz neiedomājami niecīgu smadzeņu elektrisko ķēdi. Tādējādi ir izveidoti daži visprecīzākie smadzeņu attēli.
- Jūs bieži sakāt, ka jūsu mērķis ir “atšķetināt smadzenes”. Kas tev ir prātā?
- Es domāju, ka šīs frāzes nozīme mainīsies, iegūstot jaunas zināšanas, bet tagad man smadzeņu atšķetināšana nozīmē, ka, pirmkārt, mēs varam simulēt (visticamāk, izmantojot datoru) procesus, kas ģenerēs kaut ko līdzīgu domām un jūtas, un, otrkārt, ka mēs varam saprast, kā ārstēt smadzeņu traucējumus, piemēram, Alcheimera slimību vai epilepsiju. Šie ir divi mērķi, kas mani virza uz priekšu. Viena koncentrējas uz cilvēka dabas izpratni, otra - vairāk medicīniska.
Jūs varat strīdēties ar mani, pamanot, ka ir trešais jautājums: kas ir apziņa? Kāpēc mums ir atmiņas, bet pudeles, pildspalvas un galdi, cik mums zināms, nav? Baidos, ka mums vēl nav precīzas apziņas definīcijas, tāpēc šim jautājumam ir grūti pievērsties. Mums nav "apziņas mēra", kas norādītu, cik kaut kas ir apzināts. Es domāju, ka mēs kaut kad to sasniegsim, bet vidējā termiņā es vēlētos pievērsties pirmajiem diviem jautājumiem.
“Kāpēc mēs tik daudz zinām par pasauli? Tas ir diezgan dīvaini, ka mēs varam saprast universālās gravitācijas vai kvantu mehānikas likumus"
Reklāmas video:
Kad 2016. gadā ieguvāt “Pārrāvuma balvu”, jūs runājāt par jūsu pašreizējiem centieniem veikt smadzeņu izpēti: “Ja mums izdodas, tad mēs varam atbildēt uz jautājumiem, piemēram,“Kas es esmu? Kāda ir mana personība? Ko man darīt? Kāpēc es esmu šeit? ". Kā pētījumi var mums palīdzēt atbildēt uz jautājumu "Kas es esmu?"
- Es minēšu piemēru. Kad 2008. gadā piemeklēja ekonomiskā krīze, es ar daudziem runāju par to, kāpēc cilvēki dara to, ko viņi dara. Kāpēc daudzi no mūsu lēmumiem nav tie labākie lēmumi, kurus mēs varētu pieņemt? Protams, ir vesela zinātnes nozare - uzvedības ekonomika, kas mēģina izskaidrot mūsu rīcību psiholoģiskā un izziņas līmenī. Piemēram, ja jūs uzdodat cilvēkam daudz jautājumu un tad viņš staigā garām saldumu bļodai, tad viņš, iespējams, ņems dažus, jo viņš ir noguris no atbildēm un nespēj pretoties.
Uzvedības ekonomika var izskaidrot dažas lietas, bet tā nevar izskaidrot procesus, kas ir lēmumu pieņemšanas pamatā, un vēl mazāk - dažus zemapziņas momentus, kurus mums nemaz nav iespējams kontrolēt. Ievērojiet, ka tad, kad mēs kaut ko apzināmies, tas bieži notiek bezsamaņā, kas notika tieši pirms tā. Tātad, ja mēs saprastu, kā smadzeņu šūnas tiek organizētas shēmā (praktiski datora shēmā, ja vēlaties), un redzētu, kā informācija plūst caur šiem tīkliem un mainās, mums būtu daudz skaidrāks priekšstats par to, kāpēc mūsu smadzenes pieņem noteikti risinājumi. Ja mēs to saprotam, varbūt mēs varam pārvarēt dažus ierobežojumus un vismaz saprast, kāpēc mēs to darām.
Jūs varat iedomāties, ka ļoti tālā nākotnē (tas, iespējams, prasīs daudzus gadu desmitus) mēs varēsim uzdot patiešām sarežģītus jautājumus par to, kāpēc mēs vienā vai otrā veidā esam saistīti ar noteiktām lietām vai kāpēc mēs domājam par sevi zināmā veidā - jautājumus, kas atrodas psiholoģijas, filozofijas redzes lauks, uz kuru ir tik grūti iegūt atbildi ar fizikas likumu palīdzību.
- Kā smadzeņu izpēte palīdz atbildēt uz jautājumu "Kāpēc es esmu šeit?"
- Viens no iemesliem, kāpēc es pārgāju no fizikas uz smadzeņu izpēti, bija jautājums "Kāpēc mēs tik daudz zinām par pasauli?" Tas ir pietiekami dīvaini, ka mēs varam saprast gravitācijas likumu vai arī kvantu mehāniku - vismaz tiktāl, ciktāl tos var izgatavot datori. Tas ir pārsteidzoši, ka pasaule savā ziņā ir saprotama.
Un es sev uzdevu jautājumu: ja mūsu smadzenes saprot kādu Visuma struktūras daļu, bet nesaprot visu pārējo, un viss, ko tas saprot, ir pieejams, pateicoties fizikas likumiem, uz kuriem balstās arī mūsu smadzeņu darbs, tad izrādās kaut kas līdzīgs apburtajam lokam, vai ne? Un es cenšos izdomāt: kā to izjaukt? Kā padarīt Visumu saprotamu? Pieņemsim, ka mēs kaut ko nesaprotam par Visumu, bet, ja mēs zinām, kā darbojas cilvēka prāts un kādas domāšanas iespējas mums pietrūkst, varbūt mēs varam izveidot progresīvāku mākslīgo intelektu, kas palīdzēs stiprināt mūsu domāšanas spējas.
Šo jēdzienu es dažreiz saucu par “smadzeņu kopēju procesoru” - kaut ko tādu, kas darbojas ar smadzenēm un paplašina mūsu izpratni.
Mums joprojām ir daudz jautājumu Visumam, vai ne? Einšteins mēģināja atrast savienojumu starp kvantu mehāniku un gravitāciju, taču viņam šajā jautājumā neizdevās, un līdz šai dienai nav pilnībā skaidrs, kā atrisināt šo dilemmu. Varbūt, lai izprastu dažas lietas, mums jāpalielina savas intelektuālās spējas. Kas notiek, ja mēs tos paplašinām? Protams, garantijas nav. Bet varbūt mēs uzzināsim vairāk par Visuma izcelsmi, par to, kādi spēki to ietekmēja eksistences sākumā un kuri ietekmē tagad.
- pēdējais jautājums par šo tēmu. Kā smadzeņu izpēte palīdz atbildēt uz jautājumu "Kāda ir mana personība?"
„Šobrīd mēs cenšamies izdomāt smadzeņu struktūru. Ir diezgan grūti tajā kaut ko saskatīt. Pati smadzenes ir pietiekami lielas - cilvēks sver vairākas mārciņas -, bet savienojumi starp neironiem, kas pazīstami kā sinapses, ir niecīgi. Šeit mēs runājam par nanomērogu. Tāpēc, ja vēlaties redzēt, kā smadzeņu šūnas ir savienotas tīklā, jums jāapsver sinapses. Kā es varu to izdarīt? Mēs esam izstrādājuši īpašu tehniku. Mēs ņemam smadzeņu audu gabalu un tajā injicējam ķīmisku vielu, precīzāk, polimēru, kas savā ziņā ir ļoti līdzīgs vielai mazuļu autiņos. Tas ir polimērs, kas uzbriest, pievienojot šķidrumu.
Ja mēs to ievietosim smadzenēs un pievienosim ūdeni, tad mēs varēsim attālināties no molekulām, kas veido smadzenes, un tad mēs varam redzēt sīkos savienojumus starp šūnām. Tāpēc mēs domājam: ja mēs ņemam ļoti mazas smadzenes, piemēram, zivis vai tārpu, vai mēs to varam izpētīt kopumā? Vai mēs spēsim attēlot visu nervu sistēmu ar atsevišķu džemperu precizitāti? Tagad tas ir idejas līmenī, vēl nav vajadzīgas tehnoloģijas ieviešanai, taču, ja mums izdotos uzlabot tehnisko daļu, būtu iespējams sastādīt pietiekami detalizētu smadzeņu savienojumu karti, saskaņā ar kuru to tiešām var reproducēt ar datora palīdzību. Un vai šī kopija darbosies tāpat kā organisma smadzenes, kas kļuva par galveno avotu?
Iedomājieties, ka mums bija tārps ar 302 neironiem un mēs atzīmējām apmēram 6 tūkstošus savienojumu starp tiem, kā arī molekulas krustojumos. Vai ir iespējams simulēt šī tārpa darbības? Tad, iespējams, to pašu būs iespējams izdarīt ar zivīm, pēc tam ar peli un pēc tam ar cilvēka smadzenēm - katra no šīm smadzenēm ir apmēram tūkstoš reižu lielāka nekā iepriekšējā. Ja jūs varētu kartēt cilvēka smadzenes, uzreiz rastos jautājums: ja jūs reproducētu tā darbību datorā, vai tas joprojām būtu jūs? Kā minēts iepriekš, mums nav precīzas vai vismaz funkcionējošas apziņas definīcijas, tāpēc, lai gan mēs nevaram spriest par šo kvalitāti, vienkārši kaut ko apskatot, mēs vēl nevaram sniegt atbildi, es teiktu. Bet tas rada interesantu jautājumu par personības raksturu.
"Ja mēs saprastu, kā smadzeņu šūnas tiek organizētas shēmās, un redzētu, kā informācija plūst caur šiem tīkliem, varbūt mēs varētu saprast, kāpēc mēs darām to, ko mēs darām."
- Apmēram pirms desmit gadiem jūs rakstījāt eseju "Kā domāt". Kopš tā laika jums ir bijuši kādi grozījumi vai papildinājumi šajos noteikumos?
“Es diezgan ātri uzrakstīju šo eseju, kad mēs izveidojām pētījumu grupu MIT un lielāko daļu laika pavadīju tukšā telpā, gaidot aprīkojuma pienākšanu. Kopš tā laika, izmantojot pieredzi, esmu iemācījies vislabāk ievērot šos noteikumus. Piemēram, 3. noteikumā teikts: "Atgriezieties no sava mērķa."
Kopš tā brīža es sapratu, ka, ja jūs strādājat, sākot ar problēmu, kas jāatrisina, un satiecaties ar cilvēkiem, kuriem ir kādas prasmes un kuri balstās uz savām spējām, tad jums būs ļoti viegli strādāt kopā, jo visas puses atrodas interesē tas. Prasmju īpašnieki vēlas lielāku ietekmi un problēmu risināšanu, un mērķu izvirzītāji vēlas jaunus rīkus šo problēmu risināšanai. Tāpēc 3. noteikums “Strādājiet atpakaļ, sākot no sava mērķa”, protams, nozīmē 6. noteikumu - “Sadarboties”. Es arī iemācījos analizēt problēmu būtību. Šogad es lasīju īsu lekciju Pasaules ekonomikas forumā Davosā. To sauca par revolūcijas sagatavošanu, un tas bija par to, kā iemācīties iedziļināties problēmās un rast iespējamos risinājumus. Tas bija kaut kas līdzīgs How Think 2.0, bet video formā.
- Kādas grāmatas ir visvairāk ietekmējušas jūsu intelektuālo attīstību?
- Viens no tiem ir Džonatana Veinera "Laiks, mīlestība, atmiņa". Viņa stāsta par laikiem, kad cilvēki sāka saistīt gēnus ar uzvedības īpašībām. Autore sākas ar ģenētikas laikmeta sākumu - kad cilvēki atklāja, ka rentgenstari maina gēnus, un beidzas ar modernitāti, kad zinātnieki izdomā, kuri gēni ir atbildīgi, piemēram, par mūsu laika izjūtu vai spēju atcerēties. Es mīlu šo grāmatu, jo tā parāda zinātni kustībā - nevis kā mācību grāmatā, “jums ir fakti no septiņiem līdz četrdesmit astotajiem, atcerieties tos” - tā parāda cilvēkus, kas cieš no nenoteiktības, kuri pārvar visa veida grūtības, un tas ir ļoti aizraujoši. Es to mēdzu lasīt katru gadu, un tas mani ļoti ietekmēja.
Otrās grāmatas nosaukums ir Domāšana par zinātni. Viņa stāsta par Maksu Delbriku, fiziķi, kurš arī mainīja savu darbības lauku uz bioloģiju. Viņš deva lielu ieguldījumu gēnu struktūras atklāšanā un palīdzēja sākt jaunu laikmetu molekulārajā bioloģijā. Grāmata daudz stāsta par viņa uzskatiem, par to, kā viņš domāja savu pāreju no fizikas uz bioloģiju. Šī grāmata ir arī ļoti ietekmējusi manu dzīvi, jo es bieži domāju par to, kā izpētīt tādas sarežģītas sistēmas kā smadzenes, kā izdomāt lietu patieso stāvokli, kā atbrīvoties no tuvināšanas un neapstāties pusceļā.
- Jūs minējāt, ka jūs pastāvīgi veicat piezīmes. Kāda ir šī sistēma?
- Runājot ar kādu personu, es uzlieku papīru uz galda un veidoju sarunas kopsavilkumu. Beigās es telefonā nofotografēju piezīmes un nododu lapu savam sarunu partnerim. Katru mēnesi es cauri visām šīm konspektēm un marķēju tās ar atslēgvārdiem. Tam ir divi iemesli. Pirmkārt, tā kā sarunu esmu pārstrādājusi atkārtoti, tā man palīdz to atcerēties. Otrkārt, tā kā esmu izvēlējies atslēgvārdus, to ir viegli atrast. Līdz šim es jau esmu izpildījis desmitiem tūkstošu šādu piezīmju.
- Jūsu darbs liek domāt, ka daudz laika jāpavada domāšanai. Kā sasniegt maksimālu rezultātu?
- Ir trīs punkti, sākot no pragmatiskas līdz abstraktam. Es jau ļoti agri celos. Es cenšos piecelties 4-5 no rīta, daudz agrāk nekā citi laboratorijas darbinieki. Pateicoties tam, man ir dažas stundas klusuma, lai pārdomātu un neko nenovērstu. Manuprāt, tas ir svarīgi. Otrkārt, daudzas labas idejas patiesībā ir sliktas, jo, tā kā tās uzreiz izklausās tik labi, tad visi jau ir par tām domājuši un cenšas tās īstenot. Tāpēc es bieži domāju par lietām, kas no pirmā acu uzmetiena šķiet sliktas idejas, bet pēkšņi, ja paskatās uz tām no pareizā leņķa, tās izrādās labas? Es pavadu daudz laika, mēģinot tuvināties idejām no dažādiem aspektiem.
Pirms gadu desmitiem astronoms Fritz Zwicky izveidoja daudzas teorijas, kas mūsdienās ir viena no visvairāk dedzinošajām astrofizikā. Visatbilstošākās no pašreizējām idejām, piemēram, tumšā matērija, viņš izvirzīja 30. gados. Kā Zvickis to izdarīja? Viņš tikai apsvēra visus iespējamos variantus. Zvickis savu metodi sauca par "morfoloģisko analīzi", bet man šķiet, ka to nav iespējams izrunāt, tāpēc es to saucu par "mozaīkas-koka shēmu".
Visbeidzot - un šis punkts ir vēl abstraktāks - es ticu iespēju atklājumiem. Es daudz laika pavadu, meklējot veco sarunu atšifrējumus. Daudzi no viņiem ir par idejām, kas ir izgāzušās, projekti ir izgāzušies. Bet jūs zināt, ko? Tas bija pirms pieciem gadiem, un tagad datori darbojas ātrāk, ir parādījusies jauna informācija, pasaule ir mainījusies. Tāpēc mēs varam atsākt projektu. Daudzi no mūsu centieniem pilnībā gūst panākumus tikai otrajā vai trešajā mēģinājumā. Svarīga mana darba sastāvdaļa ir neveiksmju atcerēšanās un neveiksmīgu projektu atjaunošana, kad pienāks laiks.
- Jūs saņēmāt galvenās balvas par pētījumiem optoģenētikā. Kāpēc viņa ir kļuvusi par tik nozīmīgu sasniegumu?
“Kad jūs runājat par optoģenētiku, mums jāatceras, ka“opto”nozīmē“gaisma”, un“ģenētika”nozīmē, ka mēs izmantojam gēnus, kas veic visu darbu. Jūs ieviešat gēnu, kas darbojas kā maza saules baterija - būtībā molekulu, kas pārvērš gaismu elektrībā. Tāpēc, ja jūs to ievedat neironā un tiešu tā apgaismojumu, varat kontrolēt neirona darbību.
Kāpēc tas ir svarīgi? Pēdējo simts gadu laikā, pētot neiroloģiju, daudzi cilvēki ir mēģinājuši kontrolēt neironus, izmantojot visas iespējamās tehnoloģijas: farmakoloģiju (zāles), elektriskos impulsus utt. Bet neviens no tiem negarantē precizitāti. Izmantojot optoģenētiku, mēs varam novirzīt gaismu uz vienu šūnu vai vairākām šūnām un “ieslēgt” vai “izslēgt” šīs konkrētās šūnas. Kāpēc tas ir svarīgi? Ja jūs varat aktivizēt šūnas, tad varat izdomāt, par ko viņi ir atbildīgi. Varbūt sajūtas, lēmuma vai kustības dēļ. "Izslēdzot" tos, jūs saprotat, kāda ir viņu funkcija: varbūt jūs "izslēdzat" noteiktas šūnas, un cilvēks zaudēs sava veida atmiņu.
- Optoģenētiku mūsdienās izmanto smadzeņu izpētei laboratorijās visā pasaulē. Kādas ir daudzsološākās jomas, kas ar to saistītas, vai jūs izceļat?
- Daži pētnieki veic eksperimentus, kas no filozofiskā viedokļa ir diezgan sarežģīti. Piemēram, Kalifornijas Tehnoloģiju institūta zinātnieku grupa atklāja nelielu šūnu apvienošanu dziļi, dziļi smadzenēs. Ja jūs tos aktivizēsit ar gaismas palīdzību, piemēram, pelēm (daudzi strādā ar tām), dzīvnieki kļūs agresīvi, pat nežēlīgi. Viņi uzbruks jebkurai radībai vai objektam tiešā tuvumā, pat dažām nejaušām lietām, piemēram, cimdam. Tas ir ļoti interesanti, jo tagad jūs varat uzdot jautājumus no sērijas “Kas notiek, kad jūs kairināt šīs šūnas? Vai tas muskuļiem sūta motoru komandu? Citiem vārdiem sakot, vai pele pārvietojas uzbrukt? Vai arī tā ir maņu komanda?
Tas ir, pele baidās un uzbrūk pašaizsardzībā? Jūs varat uzdot patiešām svarīgus jautājumus par eksperimenta nozīmi, kad kāda smadzeņu daļa izraisa tādu sarežģītu reakciju kā agresija vai nežēlība.
Ir vairāki pētnieki, kuri medicīniskiem nolūkiem strādā pie nervu darbības aktivizēšanas vai apklusināšanas dažādās smadzeņu daļās. Piemēram, zinātnieku grupa parādīja pelēm, kas cieš no epilepsijas, ka jūs varat "izslēgt" krampjus, rīkojoties ar noteiktām šūnām. Ir arī citas grupas, kuras ir pētījušas peles ar Parkinsona slimību un spējušas atbrīvot dzīvniekus no slimības simptomiem.
Zinātnieki atklāj arī daudz interesantu lietu fundamentālajās zinātnēs. Mans MIT kolēģis Suzumi Tonegawa un viņa pētījumu komanda izdarīja kaut ko ļoti gudru: viņi ieprogrammēja peles tā, lai neironi, kas ir atbildīgi par atmiņu, tiktu aktivizēti ar gaismu. Viņi atklāja, ka, ja jūs atkārtoti aktivizēsit šos neironus ar gaismas impulsu, pele rīkosies tā, it kā tā paļautu atmiņu. Tādā veidā ir iespējams identificēt šūnu grupas, kuru dēļ atmiņā parādās uznirstošais elements. Kopš tā laika pētnieki ir veikuši visa veida eksperimentus - piemēram, tie var aktivizēt laimīgu atmiņu, un pele jutīsies labāk, pat ja tā ir slima. Un saraksts turpinās un turpinās.
"Daudzi no mūsu centieniem ir diezgan veiksmīgi tikai otrajā vai trešajā mēģinājumā."
- Vai jums ir kādas jaunas domas, kā padarīt dzīvi labāku?
“Es sapratu, ka, ja es patiešām vēlos, lai smadzeņu tehnoloģijas tiktu izmantotas visā pasaulē, man tas ir jāreklamē kā uzņēmējam, tas ir, jāuzsāk bizness un jāpalīdz šiem izgudrojumiem pārsniegt akadēmiskās aprindas. Mana laboratorija jau iepriekš ir strādājusi ar dažādiem uzņēmumiem, bet šogad es piedalos trīs. Cerams, ka mēs izdomāsim, kā šīs tehnoloģijas var palīdzēt cilvēkiem. Es sapratu, ka es nevēlos tikai publicēt zinātniskos darbus; Es vēlos, lai šīs tehnoloģijas tiktu izmantotas reālajā dzīvē.
“Vai viens no šiem uzņēmumiem darbojas smadzeņu iespēju palielināšanas tehnoloģijā, vai ne?
-Precīzi. Mēs sākām mazu uzņēmumu ar nosaukumu Expansion Technologies, lai izglītotu pasauli par šīm iespēju teorijām. Protams, cilvēki var patstāvīgi izpētīt mūsu publikācijas par šo tēmu, bet, ja mēs varam savas idejas ienest masām, daudzas zinātniskās un medicīniskās problēmas būs daudz vieglāk atrisināt.
Man uzreiz jāsaka, ka visus pētījumu datus var atrast tiešsaistē, mēs atklāti dalāmies ar visu informāciju. Mēs esam apmācījuši vairāk nekā simts pētnieku grupas. Ja vēlas, jebkurš pats var veikt līdzīgu mikroskopisko apsekojumu. Bet atšķirībā no optoģenētikas, kur vienmēr varat vērsties kādā bezpeļņas organizācijā, lai iegūtu DNS bez maksas vai par naudu, šim pētījumam nepieciešama ķimikāliju pieejamība, tāpēc uzņēmums, kas ikvienam padara pieejamu nepieciešamo reaģentu komplektus, ietaupa laiku.
Mēs vienkārši vienmēr cenšamies palielināt pozitīvo ietekmi uz pasauli. Mēs bieži sākam projektu, domājot: "Ar kādu problēmu cieš tūkstošiem pētnieku, uzņēmumu un universitāšu?" Un tad mēs mēģinām izveidot rīku, kas varētu viņiem palīdzēt. Tātad, ja mums izdodas, tad (praktiski pēc definīcijas) nav jēgas to turēt noslēpumā un sev. Mēs vienkārši cenšamies dalīties ar saviem rīkiem ar pēc iespējas vairāk cilvēku.