Ak vedci dokážu prísť na mozog, pomôže to liečiť všetky choroby, zvládať pocity, kontrolovať spomienky a vytvárať nápady ako počítač?
Neurovedec Ed Boyden hovoril o perspektívach výskumu mozgu, o tom, čo môže človek dosiahnuť, ak sa naučí ovládať neuróny, a prečo by neúspešné projekty mali dostať druhú alebo dokonca tretiu šancu. Theory and Practice uverejňuje preklad rozhovoru.
„Neustále generujte nové nápady. Čítajte to bez premýšľania. Komentujte, formulujte, odrážajte a zovšeobecňujte, aj keď čítate predslov. Takže sa budete vždy snažiť pochopiť podstatu vecí, čo je potrebné pre kreativitu. ““
Ed Boyden raz napísal krátku inštruktážnu esej „Ako premýšľať“a odsek sa stal jeho pravidlom číslo 1. Mal 28 rokov, založil svoju vlastnú výskumnú skupinu pre neurovedy na MIT a už uverejnil niektoré zo svojich výskumov, ktoré získal mu prestížnu cenu Brain Prize za pomoc pri dosahovaní „pravdepodobne najdôležitejšieho technického prelomu za 40 rokov,“uviedol predseda poroty. Bolo to takmer pred desiatimi rokmi. Zdá sa, že jeho systém generovania nápadov splnil očakávania. Boyden minulý rok získal prielomovú cenu 3 milióny dolárov a on a jeho kolegovia objavili nový spôsob pozorovania takmer nepredstaviteľne malého elektrického obvodu v mozgu. Takto vznikli niektoré z najpresnejších obrazov mozgu.
- Často hovoríte, že vaším cieľom je „rozlúštiť mozog“. Na čo myslíš?
- Myslím si, že význam tejto vety sa zmení, keď sa získajú nové vedomosti, ale teraz „rozmotanie mozgu“pre mňa znamená, že v prvom rade môžeme simulovať (s najväčšou pravdepodobnosťou pomocou počítača) procesy, ktoré vygenerujú niečo ako myšlienky a pocity a po druhé, že dokážeme pochopiť, ako liečiť poruchy mozgu, ako je Alzheimerova choroba alebo epilepsia. To sú dva ciele, ktoré ma držia v pohybe vpred. Jeden sa zameriava na pochopenie ľudskej podstaty, druhý je viac lekársky.
Môžete sa so mnou hádať, keď si všimnete, že existuje tretia otázka: čo je vedomie? Prečo máme spomienky, ale fľaše, perá a stoly, pokiaľ vieme, nie? Obávam sa, že zatiaľ nemáme presnú definíciu vedomia, takže k tejto otázke je ťažké pristupovať. Nemáme „mieru vedomia“, ktorá by naznačovala, aké je niečo vedomé. Myslím, že sa k tomu jedného dňa dostaneme, ale zo strednodobého hľadiska by som sa chcel zamerať na prvé dve otázky.
„Prečo vieme toľko o svete? Je to čudné, že rozumieme zákonu univerzálnej gravitácie alebo kvantovej mechaniky. “
Propagačné video:
Keď ste v roku 2016 získali prielomovú cenu, hovorili ste o svojom pokračujúcom úsilí vo výskume mozgu: „Ak uspejeme, potom môžeme odpovedať na otázky ako„ Kto som? Aká je moja osobnosť? Čo mám robiť? Prečo som tu? . Ako nám môže výskum pomôcť odpovedať na otázku „Kto som?“
- Dám vám príklad. Keď v roku 2008 zasiahla hospodárska kríza, hovoril som s mnohými o tom, prečo ľudia robia to, čo robia. Prečo veľa našich rozhodnutí nie je najlepším rozhodnutím, aké by sme mohli urobiť? Samozrejme, existuje celá oblasť vedy - behaviorálnej ekonómie, ktorá sa snaží vysvetliť naše konanie na psychologickej a kognitívnej úrovni. Napríklad, ak položíte osobe veľa otázok a potom prejde okolo misky sladkostí, pravdepodobne si zoberie niekoľko, pretože je unavený z odpovedí a nemôže odolať.
Behaviorálna ekonomika môže vysvetliť niektoré veci, nemôže však vysvetliť procesy, ktoré sú základom rozhodovania, a ešte menej niektoré podvedomé momenty, ktoré nemáme vôbec pod kontrolou. Všimnite si, že keď niečo vieme, je to často výsledok nevedomých procesov, ktoré sa udiali tesne pred ním. Takže ak by sme pochopili, ako sú mozgové bunky usporiadané do obvodu (prakticky počítačový obvod, ak chcete), a videli sme, ako informácie prúdia týmito sieťami a zmenami, mali by sme oveľa jasnejšiu predstavu o tom, prečo náš mozog prijíma určité riešenia. Ak tomu rozumieme, možno dokážeme prekonať niektoré obmedzenia a aspoň pochopiť, prečo robíme to, čo robíme.
Dokážete si predstaviť, že vo veľmi vzdialenej budúcnosti (pravdepodobne to bude trvať mnoho desaťročí), budeme schopní klásť skutočne ťažké otázky o tom, prečo sa nejakým spôsobom týkajú určitých vecí, alebo prečo si myslíme o sebe určitým spôsobom - otázky, ktoré sú v zorné pole psychológie, filozofie, na ktoré je však ťažké získať odpoveď pomocou fyzikálnych zákonov.
- Ako pomáha výskum mozgu odpovedať na otázku „Prečo som tu?“
- Jedným z dôvodov, prečo som prešiel z fyziky na štúdium mozgu, bola otázka „Prečo vieme toľko o svete?“Je to čudné, že rozumieme zákonu gravitácie alebo rozumieme kvantovej mechanike - aspoň do tej miery, do akej je možné vyrábať počítače. Je úžasné, že svet je nejakým spôsobom zrozumiteľný.
A položil som si otázku: ak náš mozog rozumie určitej časti štruktúry vesmíru, ale nechápe všetko ostatné a všetko, čomu rozumie, je k dispozícii vďaka fyzikálnym zákonom, na ktorých je tiež založená práca nášho mozgu, potom sa ukáže niečo ako začarovaný kruh, nie? A snažím sa prísť na to: ako to prelomiť? Ako urobiť vesmír zrozumiteľným? Predpokladajme, že nerozumieme niečo o vesmíre, ale ak vieme, ako funguje ľudská myseľ a aký druh myslenia nám chýba, možno môžeme vytvoriť pokročilejšiu umelú inteligenciu, ktorá pomôže posilniť našu schopnosť myslieť.
Tento koncept občas nazývam „mozgovým koprocesorom“- niečo, čo pracuje s mozgom a rozširuje naše porozumenie.
Stále máme veľa otázok pre vesmír, však? Einstein sa pokúsil nájsť spojenie medzi kvantovou mechanikou a gravitáciou, ale v tejto veci sa mu to nepodarilo a dodnes nie je celkom jasné, ako vyriešiť túto dilemu. Možno, aby sme pochopili niektoré veci, musíme zvýšiť naše intelektuálne schopnosti. Čo sa stane, ak ich rozšírime? Samozrejme, neexistujú žiadne záruky. Možno sa však dozvieme viac o pôvode Vesmíru, o tom, čo ho sily na začiatku existencie ovplyvnili a ktoré z nich teraz ovplyvňujú.
- Posledná otázka na túto tému. Ako pomáha výskum mozgu odpovedať na otázku „Aká je moja osobnosť?“
„Práve teraz sa snažíme zmapovať štruktúru mozgu. Je dosť ťažké v tom niečo vidieť. Samotný mozog je dosť veľký - človek váži niekoľko libier - ale spojenia medzi neurónmi, známe ako synapsie, sú malé. Hovoríme tu o nanorozmeroch. Preto, ak chcete vidieť, ako sú mozgové bunky pripojené v sieti, musíte zvážiť synapsie. Ako to môžem urobiť? Vyvinuli sme špeciálnu techniku. Vezmeme kúsok mozgového tkaniva a do neho vstrekneme chemikáliu, presnejšie polymér, ktorý je nejakým spôsobom veľmi podobný látke v detských plienkach. Je to polymér, ktorý pri pridávaní kvapaliny napučiava.
Ak ju umiestnime do mozgu a pridáme vodu, potom sa budeme môcť pohybovať oddelene od molekúl, ktoré tvoria mozog, a potom uvidíme malé spojenia medzi bunkami. Preto uvažujeme: ak vezmeme veľmi malý mozog, napríklad rybu alebo červ, môžeme ho študovať v celom rozsahu? Dokážeme vykresliť celý nervový systém s presnosťou jednotlivých skokanov? Teraz je to na úrovni nápadu, zatiaľ nie sú potrebné žiadne technológie na implementáciu, ale ak sa nám podarí vylepšiť technickú časť, bolo by možné zostaviť dostatočne podrobnú mapu spojení v mozgu, podľa ktorej ju možno skutočne pomocou počítača reprodukovať. Bude táto kópia fungovať rovnako ako mozog organizmu, ktorý sa stal primárnym zdrojom?
Predstavte si, že sme mali červa s 302 neurónmi a všimli sme si asi 6 000 spojení medzi nimi, ako aj molekulami na križovatkách. Je možné simulovať činnosť tohto červa? Potom bude možno možné urobiť to isté s rybou, potom s myšou a potom s ľudským mozgom - každý z týchto mozgov je asi tisíckrát väčší ako ten predchádzajúci. Ak by ste dokázali zmapovať ľudský mozog, okamžite by vyvstala otázka: ak by ste si rozmnožili jeho činnosť na počítači, stále by ste to boli vy? Ako už bolo uvedené vyššie, nemáme presnú alebo aspoň pracovnú definíciu vedomia, takže zatiaľ čo túto kvalitu nemôžeme posúdiť jednoducho tým, že sa pozrieme na niečo, zatiaľ nemôžeme dať odpoveď, povedal by som. To však vyvoláva zaujímavú otázku o povahe osobnosti.
„Ak by sme pochopili, ako sú mozgové bunky usporiadané do okruhov a videli sme, ako informácie prúdia cez tieto siete, možno by sme pochopili, prečo robíme to, čo robíme.“
- Asi pred desiatimi rokmi ste napísali esej „Ako myslieť“. Odvtedy ste už mali nejaké zmeny a doplnenia alebo dodatky k týmto pravidlám?
„Túto esej som napísal veľmi rýchlo, keď sme začali s výskumnou skupinou na MIT a väčšinu času sme trávili v prázdnej miestnosti a čakali na príchod zariadenia. Od tej doby som sa prostredníctvom skúseností naučil, ako najlepšie dodržiavať tieto pravidlá. Napríklad pravidlo č. 3 hovorí: „Pracujte späť od svojho cieľa.“
Od tohto okamihu som si uvedomil, že ak pracujete od problému, ktorý je potrebné vyriešiť a stretnúť sa s ľuďmi, ktorí majú určité zručnosti a ktorí vychádzajú z ich schopností, bude pre vás veľmi ľahké spolupracovať, pretože všetky strany sú v zaujíma ma to. Držitelia zručností chcú väčší vplyv a riešenie problémov a určovatelia cieľov chcú nové nástroje na riešenie týchto problémov. Pravidlo č. 3 „Pracujte dozadu, začínajúc od vášho cieľa“preto prirodzene vedie k pravidlu č. 6 - „Spolupracovať“. Tiež som sa naučil analyzovať povahu problémov. Tento rok som mal krátku prednášku na Svetovom ekonomickom fóre v Davose. Nazývalo sa to príprava revolúcie a išlo o to, ako sa naučiť ponoriť sa hlbšie do problémov a urobiť možné riešenia. Bolo to niečo ako How to Think 2.0, ale vo forme videa.
- Ktoré knihy najviac ovplyvnili váš intelektuálny rozvoj?
- Jedným z nich je „Čas, láska, pamäť“od Jonathana Weinera. Hovorí o časoch, keď ľudia začali spájať gény s charakteristikami správania. Autor začína úsvitom genetickej éry - keď ľudia zistili, že röntgenové lúče menia gény - a končí modernitou, keď vedci zistia, ktoré gény sú zodpovedné napríklad za náš zmysel pre čas alebo schopnosť pamätať si. Páči sa mi táto kniha, pretože ukazuje vedu v pohybe - nie ako učebnicu, „máte fakty sedem až štyridsaťosem, pamätajte si na ne“- ukazuje ľudí trpiacich neistotou, ktorí prekonávajú všetky druhy ťažkostí, a je to veľmi vzrušujúce. Čítal som to každý rok a veľmi ma to ovplyvnilo.
Druhá kniha sa nazýva Thinking About Science. Hovorí o Maxovi Delbrückovi, fyzikovi, ktorý tiež zmenil svoju pôsobnosť na biológiu. Veľkou mierou prispel k objaveniu štruktúry génov a pomohol začať novú éru molekulárnej biológie. Kniha veľa hovorí o jeho názoroch, o tom, ako uvažoval o svojom prechode z fyziky k biológii. Táto kniha tiež veľmi ovplyvnila môj život, pretože často premýšľam o tom, ako skúmať zložité systémy, ako je mozog, ako zistiť skutočný stav vecí, ako sa zbaviť aproximácie a nezastaviť sa na pol cesty.
- Spomenuli ste, že si neustále robíte poznámky. Čo je tento systém?
- Keď hovorím s niekým, položím na stôl papier a zhrniem rozhovor. Nakoniec fotím poznámky z telefónu a odovzdám hárok svojmu partnerovi. Každý mesiac prechádzam všetkými týmito osnovami a označujem ich kľúčovými slovami. Existujú dva dôvody. Po prvé, pretože som znovu strávil konverzáciu, pomáha mi to si to pamätať. Po druhé, pretože som si vybral kľúčové slová, je ľahké ich nájsť. K dnešnému dňu som už dokončil desiatky tisíc takýchto poznámok.
- Vaša práca naznačuje, že trávite veľa času premýšľaním. Ako dosiahnuť maximálne výsledky?
- Existujú tri body, od pragmatických po abstraktné. Vstávam veľmi skoro po dlhú dobu. Snažím sa vstávať ráno o 4-5, oveľa skôr ako ostatní laboratórni pracovníci. Vďaka tomu mám pár hodín ticha, aby som premýšľal a nič ma nevyrušilo. Myslím si, že je to dôležité. Po druhé, veľa dobrých nápadov je v skutočnosti zlých, pretože keďže okamžite znejú tak dobre, každý o nich už premýšľal a snaží sa ich implementovať. Preto často rozmýšľam o veciach, ktoré sa na prvý pohľad javia ako zlé nápady, ale zrazu, keď sa na ne pozeráte z pravého uhla, ukázalo sa, že sú dobré? Veľa času trávim snahou priblížiť sa k nápadom z rôznych uhlov.
Pred desiatimi rokmi astronóm Fritz Zwicky vytvoril mnoho teórií, ktoré patria dnes k najhorším v astrofyzike. Najvýznamnejšie súčasné myšlienky, napríklad temná hmota, predložil v 30. rokoch 20. storočia. Ako to urobil Zwicky? Zvažoval všetky možné možnosti. Zwicky nazval svoju metódu „morfologickou analýzou“, ale zdá sa mi, že to nie je možné vysloviť, preto ju nazývam „schéma mozaiky“.
Nakoniec - a tento bod je ešte abstraktnejší - verím v náhodné objavy. Strávim veľa času hľadaním prepisov starých rozhovorov. Mnohé z nich sú o nápadoch, ktoré zlyhali, projekty zlyhali. Ale viete čo? To bolo pred piatimi rokmi a teraz počítače pracujú rýchlejšie, objavili sa nové informácie, svet sa zmenil. Preto môžeme projekt reštartovať. Mnoho našich snáh sa stane úplne úspešných iba pri druhom alebo treťom pokuse. Dôležitou súčasťou mojej práce je zapamätanie si zlyhaní a opätovné spustenie neúspešných projektov, keď príde čas.
- Získali ste svoje hlavné ocenenia za výskum v oblasti optogenetiky. Prečo sa stala takým dôležitým úspechom?
„Keď hovoríte o optogenetike, musíme pamätať na to, že„ opto “znamená„ svetlo “a„ genetika “znamená, že používame gény, ktoré robia všetku prácu. Zavediete gén, ktorý funguje ako malý solárny článok - v podstate molekula, ktorá prevádza svetlo na elektrinu. Preto, ak ho zavediete do neurónu a nasmerujete naň priame svetlo, môžete ovládať aktivitu neurónu.
Prečo je to dôležité? Počas posledných sto rokov štúdia neurológie sa veľa ľudí pokúšalo kontrolovať neuróny pomocou všetkých možných technológií: farmakológie (lieky), elektrických impulzov atď. Ale žiadna z nich nezaručuje presnosť. S optogenetikou môžeme nasmerovať svetlo do jednej bunky alebo viacerých buniek a tieto konkrétne bunky „zapnúť“alebo „vypnúť“. Prečo je to dôležité? Ak môžete aktivovať bunky, potom môžete zistiť, za čo sú zodpovedné. Možno pre pocit alebo rozhodnutie alebo pohyb. Tým, že ich „vypnete“, chápete, aká je ich funkcia: možno „vypnete“určité bunky a človek stratí nejakú pamäť.
- Optogenetika sa dnes používa na výskum mozgu v laboratóriách po celom svete. Aké sú najsľubnejšie oblasti, ktoré s tým súvisia?
- Niektorí vedci uskutočňujú experimenty, ktoré sú z filozofického hľadiska dosť náročné. Napríklad skupina vedcov z Kalifornského technologického inštitútu objavila malé zhromažďovanie buniek hlboko, hlboko v mozgu. Ak ich aktivujete pomocou svetla, napríklad u myší (veľa s nimi pracuje), zvieratá sa stanú agresívnymi, dokonca krutými. Zaútočia na akékoľvek stvorenie alebo predmet v bezprostrednej blízkosti, dokonca aj na niektoré náhodné veci, ako napríklad rukavice. To je veľmi zaujímavé, pretože teraz môžete klásť otázky zo série „Čo sa stane, keď podráždíte tieto bunky? Vysiela to na svaly motorický príkaz? Inými slovami, pohybuje sa myš k útoku? Alebo je to zmyslový príkaz?
To znamená, že sa myš bojí a útočí na sebaobranu? “Môžete si položiť skutočne dôležité otázky o význame experimentu, keď časť mozgu vyvolá komplexnú reakciu, ako je agresia alebo krutosť.
Existuje mnoho vedcov, ktorí pracujú na aktivácii alebo umlčaní nervovej aktivity v rôznych častiach mozgu na lekárske účely. Napríklad skupina vedcov, ktorá u myší trpiacich epilepsiou preukázala, že záchvaty môžete „vypnúť“pôsobením na určité bunky. Existujú ďalšie skupiny, ktoré študovali myši s Parkinsonovou chorobou a boli schopné zbaviť zvieratá príznakov choroby.
Vedci objavujú aj veľa zaujímavých vecí v základných vedách. Môj kolega MIT Suzumi Tonegawa a jeho výskumný tím urobili niečo veľmi šikovné: naprogramovali myši tak, aby neuróny zodpovedné za pamäť boli aktivované svetlom. Zistili, že ak reaktivujete tieto neuróny pulzom svetla, myš sa bude správať, akoby prežíval pamäť. Týmto spôsobom je možné identifikovať skupiny buniek, ktoré spôsobujú objavenie pamäte v pamäti. Odvtedy vedci uskutočnili najrôznejšie experimenty - môžu napríklad aktivovať šťastnú pamäť a myš sa bude cítiť lepšie, aj keď je chorá. A zoznam pokračuje.
„Mnohé z našich snáh sa stávajú pomerne úspešnými iba pri druhom alebo treťom pokuse.“
- Máte nejaké nové myšlienky o tom, ako zlepšiť život?
„Uvedomil som si, že ak skutočne chcem, aby sa mozgové technológie uplatňovali na celom svete, musím to propagovať ako podnikateľa, to znamená, začať podnikať a pomôcť týmto vynálezom presahovať akademické kruhy. Moje laboratórium predtým spolupracovalo s rôznymi spoločnosťami, ale tento rok sa zúčastňujem na uvedení troch. Dúfajme, že dokážeme zistiť, ako tieto technológie môžu pomôcť ľuďom. Uvedomil som si, že nechcem zverejňovať iba vedecké práce; Chcem, aby sa tieto technológie používali v reálnom živote.
„Jedna z týchto spoločností sa zaoberá technológiou na posilnenie mozgu, však?
-Exactly. Založili sme malú spoločnosť s názvom Expansion Technologies, ktorá má vzdelávať svet o týchto teóriách posilnenia. Ľudia môžu samozrejme nezávisle študovať naše publikácie na túto tému, ale ak dokážeme svoje myšlienky priniesť na masy, mnohé vedecké a lekárske problémy budú oveľa ľahšie vyriešiteľné.
Hneď musím povedať, že všetky výskumné údaje možno nájsť online, všetky informácie otvorene zdieľame. Vyškolili sme vyše sto skupín výskumných pracovníkov. Ak je to potrebné, ktokoľvek môže vykonať podobný mikroskopický prieskum sám. Na rozdiel od optogenetiky, kde sa vždy môžete obrátiť na nejakú neziskovú organizáciu a získať DNA zadarmo alebo za peniaze, si tento výskum vyžaduje dostupnosť chemikálií, takže spoločnosť, ktorá sprístupňuje súpravy potrebných reagencií pre kohokoľvek, šetrí čas.
Snažíme sa vždy zvyšovať pozitívny vplyv na svet. Projekt často začneme premýšľaním: „Aký problém trpia tisíce výskumných pracovníkov, spoločností a univerzít?“A potom sa pokúsime vytvoriť nástroj, ktorý by im mohol pomôcť. Ak sa nám to podarí, potom (prakticky z definície) nemá zmysel udržiavať ho v tajnosti a pre seba. Snažíme sa zdieľať naše nástroje s čo najväčším počtom ľudí.