Нейроинженер Сэм Родригес представляет странные (и порой пугающие) изобретения, которые, возможно, станут ключом к пониманию заболеваний мозга и их лечению, — например, лазеры, сверлящие крошечные дырочки в черепе и позволяющие зондам исследовать электрическую активность наших нейронов.

Я хочу рассказать вам кое-что о нейробиологии. По специальности я физик. Около трёх лет назад я ушёл из этой области, чтобы попытаться понять, как работает мозг. И вот что я узнал. Многие люди занимаются депрессией. И это замечательно, мы очень хотим понять, что такое депрессия.

Вот как это делают: берут банку и наполовину заполняют её водой, после чего берут мышь и помещают её в банку. Какое-то время мышь пытается плавать, но в конце концов она устаёт и решает остановиться. Тот момент, когда она останавливается, и есть депрессия. Понятно? К тому же я физик-теоретик, поэтому привык к сложнейшим математическим моделям для точного описания физических явлений, так что, увидев такую модель депрессии, я подумал: «Боже мой, у нас ещё так много работы».

 

Но это общая проблема нейробиологии. Возьмём, к примеру, эмоции. Очень многие хотят понять эмоции. Но эмоции не изучишь на мышах и обезьянах, ведь их нельзя спросить, что они чувствуют и что испытывают. И вместо этого люди, которые хотят понять эмоции, обычно вынуждены изучать «мотивированное поведение», то есть то, как ведёт себя мышь, когда очень-очень хочет сыр. Я могу продолжать до бесконечности. Но суть в том, что Национальные институты здоровья СШАтратят около 5,5 млрд долларов в год на исследования в нейробиологии. Однако за последние 40 лет мы практически не продвинулись в лечении заболеваний мозга. Я думаю, во многом это происходит из-за того, что мыши — это, возможно, подходящая модель для рака и диабета, вот только мышиный мозг недостаточно сложно устроен, чтобы воспроизводить на нём психологию человека и заболевания мозга. Согласны?

Но если модели на мышах такие плохие, почему же мы до сих пор ими пользуемся? Всё сводится к следующему: мозг состоит из нейронов — маленьких клеточек, которые отправляют друг другу электрические сигналы. Чтобы понять, как работает мозг, нужно уметь измерять электрическую активность нейронов. Но для этого нужно очень близко подобраться к нейронам с помощью электронного регистрирующего устройства или микроскопа. Это можно сделать с мышами и обезьянами, потому что мы можем физически проникать в их мозг, но почему-то с людьми нам это до сих пор не удаётся. Поэтому мы изобрели всевозможных посредников. 

БАЛАДЖИ ШРИНИВАСАН, CTO COINBASE, О БЛОКЧЕЙНЕ И РЫНКАХ БУДУЩЕГО

Самый известный, наверное, этот: функциональная МРТ, или фМРТ, на которой получаются вот такие красивые картинки, показывающие, какие области мозга активны, когда человек занимается разными делами. Но это всего лишь посредник. Это не измерение собственно нервной активности. По сути, здесь измеряется кровообращение в мозге. Где крови больше. На самом деле, где больше кислорода, но вы меня поняли, да?

Ещё можно сделать вот это — электроэнцефалографию — надеть на голову вот такие электроды. После чего можно измерять мозговые волны. Здесь мы действительно измеряем электрическую активность. Но не активность нейронов, а электрические потоки, циркулирующие по мозгу. В общем, смысл в том, что все эти технологии на самом деле измеряют не то, что нам нужно. Ведь для большинства заболеваний, которые мы хотим понять, болезнь Паркинсона — классический пример. За болезнь Паркинсона отвечает один конкретный тип нейронов глубоко в мозге, а современные технологии недостаточно продвинутые, чтобы до него добраться. И поэтому нам до сих пор приходится экспериментировать на животных. Никто же не хочет изучать депрессию на мышах в банке, правда? Просто существует распространённое мнение, что невозможно посмотреть на активность нейронов у здоровых людей.

Поэтому я хочу сделать следующее. Я хочу отправить вас в будущее, чтобы дать вам взглянуть на то, как это потенциально может стать возможным. Сразу оговорюсь, что у меня нет всех подробностей. Я только нарисую вам общую картину. Итак, мы отправляемся в 2100 год. Как же выглядит 2100 год? Начнём с того, что климат немного теплее, чем привычный нам.

А робот-пылесос, который вы знаете и любите, прошёл несколько поколений развития, и не все обновления были удачными.

Не всё изменилось к лучшему. Но на самом деле большинство вещей в 2100 году на удивление узнаваемы. Вот только мозг стал совсем другим. Например, в 2100 году мы понимаем истоки болезни Альцгеймера и поэтому можем назначать адресную генную терапию или лекарства, чтобы остановить дегенеративный процесс ещё до его начала. Как же нам это удалось? Мы прошли через три этапа. 

Для начала мы должны были выяснить, как добраться до электрических соединений через череп, чтобы измерить электрическую активность нейронов. К тому же это нужно было делать просто и без риска для здоровья. Так, чтобы на эту процедуру готов был пойти кто угодно, всё равно что сделать пирсинг. Потому что в 2017 году единственный способ пройти через череп — это просверлить дырку размером с монету. Вы бы никогда в жизни не пошли на такое.

Так что в 2020-х годах люди начали экспериментировать: вместо этих огромных дырок начали сверлить микроскопические, не толще человеческого волоса. Делалось это главным образом для диагностики — при диагнозе заболеваний мозга нам очень часто хочется иметь возможность посмотреть на нервную активность внутри черепа, а возможность просверлить микроскопические дырочки сделала бы это гораздо проще для пациента. По ощущениям это как поставить укол: приходишь, садишься, к твоей голове что-то прикладывают, на мгновение больно — и на этом всё, можно идти дальше по своим делам. 

ВЫБОР FST. 21 — 27 ИЮЛЯ 2018

Мы научились сверлить такие дырочки, используя лазеры. С лазерами это быстро и чрезвычайно надёжно, а дырочку вы даже не заметите, точно так же, как не заметили бы один выпавший волосок. Знаю, может показаться безумием сверлить лазером дырки в черепе, но ведь в 2017 году люди не были против того, чтобы им стреляли лазером в глаза в ходе коррекционной операции. Получается, что первый шаг не такой уж и большой. Согласны?

Суть следующего шага, сделанного в 2030-е годы, в том, что пройти через череп недостаточно. Чтобы измерить активность нейронов, нужно проникнуть в сами мозговые ткани. Но при проникновении в мозговые ткани возникает риск инсульта. Можно задеть кровеносный сосуд и разорвать его, что вызовет инсульт. Поэтому к середине 2030-х годов мы изобрели гибкие зонды, способные обходить кровеносные сосуды, а не идти через них. 

Таким образом, мы смогли вставить огромное количество этих зондов в мозги пациентов и получать информацию с тысяч нейронов без какого-либо риска. И мы с удивлением обнаружили, что нейроны, которые мы могли опознать, не отвечали на такие вещи, как идеи и эмоции, как мы ожидали. В основном они реагировали на Дженнифер Энистон, или Хэлли Берри, или Джастина Трюдо. Хотя...

Если подумать, в этом нет ничего удивительного. Ведь о чём думают ваши нейроны большую часть времени?

В общем, смысл в том, что благодаря этим технологиям мы смогли изучать нейробиологию на отдельных людях. Как и при переходе к генетике на уровне единичных клеток, мы начали изучать нейробиологию на уровне единичных людей.

Но это был ещё не конец. Ведь эти технологии до сих пор применялись только в медицине, из чего следует, что мы изучали больные, а не здоровые мозги. Даже с самыми безопасными технологиями нельзя вставить что-то человеку в мозг исключительно в научных целях. Люди должны сами этого захотеть. А с чего бы им этого хотеть? Установив электрическое соединение с мозгом, вы можете подключить мозг к компьютеру. Ну, знаете, поначалу общественность была настроена скептически. Какой человек захочет подключить свой мозг к компьютеру? А представьте, что вы можете отправить письмо силой мысли.

Представьте, что вы можете сделать фотографию одними глазами.

Представьте, что вы больше никогда ничего не забудете, ведь всё, что вы хотите запомнить, будет постоянно храниться где-то на жёстком диске, откуда это можно достать в любое время.

СТЕНТРОДЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИКОЙ СИЛОЙ МЫСЛИ

Граница между безумием и фантастикой никогда не была чёткой. Но системы были безопасными. И когда в 2043 году FDA решило отменить контроль за этими лазерными системами, коммерческий спрос на них был огромным. Люди стали писать в конце своих писем: «Извините за опечатки. Отправлено прямо из мозга».

Повсюду стали появляться коммерческие системы, предлагающие новейшие разработки в области нейронных связей. Было сто электродов. Тысяча электродов. Высокоскоростная связь всего за $99,99 в месяц.

Вскоре они были у всех. И это было ключевым моментом. Ведь учёные в 2050-х годах могли пригласить к себе в лабораторию любого человека с улицы и проводить эксперименты на эмоции, социальное поведение и абстрактное мышление — на всё, что не исследуешь на мышах. И можно было регистрировать активность нейронов испытуемых на уже имеющихся у них интерфейсах. К тому же можно было спросить у них, что они испытывали. Итак, связь между психологией и нейробиологией, которую невозможно было установить с животными, вдруг появилась.

Пожалуй, классическим примером было открытие нейронной основы озарения. Тех самых моментов, когда всё вдруг сходится, встаёт на свои места. Это открытие сделали в 2055 году двое учёных, Барри и Лэйт. Они наблюдали за тем, что происходит в префронтальной коре, когда мозг человека пытается разобраться в какой-нибудь концепции, как при этом перестраиваются разные группы нейронов — оранжевым отмечена нервная активность, — пока наконец не сходятся таким образом, что возникает положительная реакция. Вот оно. Это понимание.

Именно тогда нам наконец удалось разобраться в том, что делает нас людьми. И это открыло путь к существенным прорывам в медицине. Начиная с 2060-х годов, мы получили возможность регистрировать нервную активность в мозгах пациентов с различными психическими заболеваниями. И вместо того чтобы определять болезни на основе их симптомов, как делали в начале XXI века, мы стали определять их на основе реальных патологий, которые мы увидели на нейронном уровне. Например, в случае с синдромом дефицита внимания мы обнаружили, что на самом деле есть десятки различных заболеваний, все из которых в начале века называли этим синдромом, хотя у этих заболеваний нет ничего общего, кроме похожих симптомов. И все они требуют разного лечения. 

Оглядываясь назад, кажется уму непостижимым, что в начале века мы лечили все эти разные заболевания одним и тем же лекарством: просто давали больным амфетамин. То же можно сказать про шизофрению и депрессию. Поэтому вместо того чтобы прописывать людям лекарства, по сути, наугад, как раньше, мы научились прогнозировать, какие лекарства лучше всего подойдут конкретным пациентам, что привело к значительному улучшению их эффективности.

Хорошо, а теперь вернёмся в 2017 год. Возможно, что-то из этого покажется сатирическим или даже притянутым за уши. Пожалуй, это так. Я ведь на самом деле не могу видеть будущее. На самом деле я не знаю, будем ли мы сверлить сотни или тысячи микроскопических дырочек в наших головах через 30 лет. Но вот что я могу сказать: мы не продвинемся в понимании человеческого мозга и человеческих болезней, пока не выясним, как добраться до электрической активности нейронов у здоровых людей. И на сегодняшний день практически никто этим не занимается. Это будущее нейробиологии. И мне кажется, что учёным пора попрощаться с мышиным мозгом и посвятить достаточно времени и ресурсов изучению человеческого мозга и человеческих болезней. 

Читайте также:

ПУСТОЙ МОЗГ

 

ПИТЕР УОТТС: ПРАКТИЧЕСКИ БЕЗ МОЗГА

 

ГИБРИДЫ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ И МАШИН