Майк Трентер – Мозг. Советы ученого, как по максимуму использовать самый совершенный в мире орган (страница 20)

Начнем с идеи о создании искусственного мозга, в котором будут храниться личностные черты и жизненный опыт. Необходимо будет сделать компьютеризированный дубликат нашего мозга, хранящего всю эту информацию. Важнейшими шагами на пути к такому устройству являются его сканирование и картирование. В человеческом мозге содержится 88–100 миллиардов нейронов, у каждого из которых есть тысячи или десятки тысяч синапсов. Это означает, что ученым необходимо картировать 1 000 000 000 000 000 (квадриллион) связей. Если учитывать другие клетки мозга, например глиальные, которых почти в пять раз больше, чем нейронов, то все еще больше усложняется. Я даже не говорю об интернейронах, своего рода посредниках между двумя нейронами. Все это нужно картировать и визуализировать, чтобы понять и дублировать человеческий мозг. Выходит, ученым просто нужна гигантская карта? Ну… и да и нет.

Одной из важнейших вещей, в которых за 100 лет произойдут изменения, является технология, позволяющая ученым визуализировать происходящее внутри нейрона. В самые мощные современные микроскопы, такие как электронные и двухфотонные (двухфотонные микроскопы выпускают лазер для подсветки нейронов и считаются золотым стандартом), получается изучать только совершенно неподвижные клетки, которые, естественно, не могут быть живыми. Живую ткань можно визуализировать, но в результате обычно выходят медленные кадры с плохим разрешением[41]. Технологии, которые позволили бы проделать это с живыми клетками мозга в реальном времени, например понаблюдать за реакцией рецепторов и других белков на лекарственные вещества, стали бы научным прорывом. Благодаря ему ученые смогли бы точно узнать, как работает тот или иной препарат.

Новые и более специфические методы визуализации, которые позволили бы маркировать определенные части клеток мозга, дали бы ученым возможность отследить происходящие со временем изменения в разных его областях. Эта информация помогла бы выяснить, что именно запускает процесс болезни в мозге. Данный процесс сложен для изучения и до сих пор до конца не понят. Сегодня исследователям приходится выбирать между изображением высокого качества, которое долго обрабатывается, и менее качественным, но обрабатывающимся быстрее. Будущие технологии визуализации должны сочетать оба преимущества и не иметь серьезных недостатков.

Сотрудники нью-йоркской лаборатории Алипаши Вазири сейчас разрабатывают технику трехфотонной микроскопии, которая позволит получать изображения на глубине, превышающей стандартный миллиметр. Они могут одновременно записывать информацию о 12 тысячах нейронов, пока животное двигается и взаимодействует с окружающей средой. Таким образом, ученые исследуют, как меняется мозг в зависимости от поведения. Это действительно невероятное достижение.

Большие изображения будут предоставлять так много данных, что стандартным компьютерам было бы трудно работать с ними. Дальнейший прогресс в этой области зависит от инноваций в технологиях, микроскопии, компьютерном программном обеспечении и искусственном интеллекте, поскольку без всего этого обработать настолько большой объем информации не получится.

В 2019 году исследовательская группа Массачусетского технологического института объединилась с лауреатом Нобелевской премии Эриком Бетцигом и его лабораторией, чтобы необычным образом взглянуть на нейроны. Как вы уже могли догадаться, они решили исследовать мозг плодовой мушки. Ученые разработали технику под названием экспансионная микроскопия, при которой нейроны увеличивают в размере, чтобы создать трехмерное изображение. Полученные изображения были беспрецедентными. Они позволили приблизить конкретные нейроны и синапсы, чтобы сосчитать все 40 миллионов синапсов. Это просто невероятно. Это то же самое, что сфотографировать иголку в стоге сена – точнее говоря, 40 миллионов иголок в огромном количестве стогов. А теперь представьте, что все эти стога умещаются на кончике пальца.

В будущем эту продвинутую микроскопию можно будет сочетать с использованием шлема виртуальной реальности, чтобы визуализировать все мозговые связи. С помощью такого шлема можно было бы в буквальном смысле прогуляться по мозгу. К сожалению, в современном виде этот метод имеет существенные недостатки. Так, некоторые части клеток мозга не подсвечиваются или не увеличиваются. Эти проблемы будут рассмотрены в дальнейших исследованиях, по мере того как улучшится понимание этих методов.

Вернемся к созданию компьютеризированного мозга. Основная проблема изучения клеток человеческого мозга заключается в том, что они уничтожаются в процессе. Клетки должны быть стабильными и неподвижными, чтобы ученые в лаборатории получили четкие фотографии. Этот процесс отличается от сканирования мозга в больнице, при котором врачи смотрят на мозг в целом, а не на несколько крошечных нейронов. Один из способов решения данной проблемы заключается в использовании мозга недавно умершего человека. Другой, более наглядный способ состоит в том, чтобы дождаться момента, когда человек вот-вот умрет, и сохранить мозг. Компания под названием Nectome[42] занимается именно этим.

Смертельно больные волонтеры соглашаются на консервацию мозга, надеясь сохранить свои мозговые клетки и, следовательно, воспоминания практически в идеальном состоянии.

По сути, они хотят заморозить свой мозг. Nectome находится в авангарде новейшей области экспериментальной нейробиологии, называемой консервацией памяти. В 2018 году всего через несколько часов после смерти человека его мозг был извлечен и законсервирован с использованием нового метода компании. Метод сработал. Этот мозг будет использован в дальнейших исследованиях, посвященных совершенствованию процесса консервации.

Для метода консервации компания Nectome разработала химический раствор на основе глутарового альдегида. Он позволяет сохранить мозг и все его микроскопические структуры до будущих поколений, которые займутся расшифровкой. Это непростая задача, учитывая, что в каждом синапсе содержится как минимум 300 тысяч молекул и точно не известно, какие из них функционально важны для воспоминаний и как клетки используют их для долгосрочной памяти. Нейробиологи и раньше пытались консервировать ткани мозга, но данный процесс приводил к их повреждению, и в итоге мозг становился непригодным для использования в будущем. По этой причине новый подход, разработанный компанией Nectome, так интересен.

Амбициозная цель компании – сохранить мозг до того времени, когда его смогут в той или иной форме оживить. Однако многие ученые считают, что даже через 100 лет такая реанимация будет невозможна. О связях внутри этого органа до сих пор известно очень мало. Даже если ученые получат коннектом[43], вполне возможно, что этой карты мозга будет недостаточно, чтобы можно было извлекать из него информацию и расшифровывать ее. Сотрудники Nectome подчеркивают, что они сосредоточены лишь на долгосрочном хранении тканей мозга. Они стараются законсервировать связи, синапсы и аксоны, которые являются основой хранения воспоминаний, и на данном этапе не пытаются реанимировать мозг.

Многие вопросы, связанные со спецификой формирования воспоминаний, остаются без ответа, поэтому маловероятно, что в ближайшее время получится идентифицировать личность и поведение и загрузить в аватар. К сожалению, у ученых пока нет ответов на многие важные вопросы. В первой главе, посвященной процессу формирования воспоминаний, мы говорили о том, что одна из сложностей их расшифровки – это хранение мелких деталей каждого воспоминания по всему мозгу. Связи с эмоциональными, зрительными, логическими и другими областями могут составлять единый эпизод. Будет ли отдельный рецептор или ионный канал отвечать за воспоминание о случае, когда вы посмеялись над шуткой, испытали сочувствие к близкому человеку или восхитились картиной? Интересно, если ученые поймут происходящие в мозге изменения, можно ли будет стереть ненужные воспоминания? Возможно, вы захотите сохранить счастливые моменты посещения парка развлечений, за исключением того момента, как вас вырвало после американских горок.

Вполне вероятно, что ученые научатся «читать» некоторую информацию о мозге на базовом уровне.

Например, мы сможем определить, из какого десятилетия воспоминания и на каком языке говорил человек, или получить расплывчатое описание ранее посещенного места. Это сложнее, чем кажется, потому что отдельно взятое воспоминание не хранится в виде киноленты или фотографии, а состоит из набора подробностей о нейронных взаимодействиях, каждое из которых соотнесено со своими небольшими изменениями. Для расшифровки коннектома необходим мощный искусственный интеллект, который покажет, как и почему связаны клетки мозга. Чтобы решить эту проблему, в течение нескольких месяцев до консервации мозга человеку нужно будет носить беспроводной шлем с электродами, соединенный с продвинутым искусственным интеллектом. Это будет иметь решающее значение при расшифровке коннектома с целью реанимировать мозговые пути в искусственном органе или «запустить» исходный обычный мозг.

Предположим, что у ученых может получиться «скачать» воспоминания после смерти человека. Если бы можно было извлечь последние кадры жизни убитого, это помогло бы в раскрытии преступления. Возможно, однажды следователи будут «скачивать» воспоминания живых людей при помощи беспроводного устройства, чтобы узнать правду при расследовании уголовных дел. Со временем эта технология выйдет на потребительский рынок, и в будущем мы сможем использовать беспроводные устройства, чтобы идентифицировать счастливое воспоминание, вспомнить расположение места, которое мы ранее посещали, или воспроизвести список покупок.