Ако учените могат да разберат мозъка, ще помогне ли той да лекува всички болести, да управлява чувствата, да контролира спомените и да генерира идеи като компютър?
Неврологът Ед Бойдън говори за перспективите на мозъчните изследвания, какво може да постигне човек, ако се научи да контролира невроните и защо на неуспешните проекти трябва да се даде втори или дори трети шанс. Теория и практика публикува превод на интервюто.
„Постоянно генерирайте нови идеи. Не го четете без да мислите. Коментирайте, формулирайте, разсъждавайте и обобщавайте, дори и да четете предговора. Така винаги ще се стремите да разберете същността на нещата, което е необходимото за творчеството."
Веднъж Ед Бойдън написа кратко инструкционно есе "Как да мислим" и горният параграф стана негово правило номер 1. Той беше на 28 години, създаде собствена изследователска група за невронауки в MIT и вече публикува някои от своите изследвания, които му спечели престижната награда за мозък за това, че спомага за постигането на „може би най-важния технически пробив за 40 години“, заяви председателят на журито. Това беше преди почти десет години. Системата му за генериране на идеи изглежда е оправдала очакванията. Бойдън получи награда за пробив на стойност 3 милиона долара миналата година и той и неговите колеги откриха нов метод за наблюдение на почти невъобразимо мъничка електрическа верига в мозъка. Това е създало някои от най-точните изображения на мозъка.
- Често казвате, че целта ви е „разплитане на мозъка“. Какво имате предвид?
- Мисля, че значението на тази фраза ще се промени с придобиването на нови знания, но сега "разплитането на мозъка" за мен означава, че първо, ние можем да симулираме (най-вероятно използвайки компютър) процеси, които ще генерират нещо като мисли и чувства, и второ, че можем да разберем как да лекуваме мозъчни разстройства като Алцхаймер или епилепсия. Това са две цели, които ме карат да продължа напред. Единият се фокусира върху разбирането на човешката природа, а другият е по-медицински.
Можете да спорите с мен, като забележите, че има трети въпрос: какво е съзнанието? Защо имаме спомени, но бутилки, химикалки и маси, доколкото знаем, не? Страхувам се, че все още нямаме точно определение на съзнанието, така че до този въпрос е трудно да се подходи. Нямаме „мярка за съзнание“, която да показва колко съзнателно е нещо. Мисля, че някой ден ще стигнем до това, но в средносрочен план бих искал да се съсредоточа върху първите два въпроса.
„Защо знаем толкова много за света? Доста странно е, че можем да разберем закона на универсалната гравитация или квантовата механика"
Промоционално видео:
Когато спечелихте наградата за пробив през 2016 г., вие говорихте за постоянните си усилия в изследването на мозъка: „Ако успеем, тогава можем да отговорим на въпроси като„ Кой съм аз? Каква е моята личност? Какво трябва да направя? Защо съм тук?". Как изследванията могат да ни помогнат да отговорим на въпроса "Кой съм аз?"
- Ще ви дам пример. Когато икономическата криза удари през 2008 г., разговарях с много хора защо хората правят това, което правят. Защо много от нашите решения не са най-добрите решения, които бихме могли да вземем? Разбира се, има цяла научна област - поведенческа икономика, която се опитва да обясни нашите действия на психологическо и когнитивно ниво. Например, ако зададете на човек много въпроси и той минава покрай купа с бонбони, той вероятно ще вземе няколко, защото е уморен от отговори и не може да устои.
Поведенческата икономика може да обясни някои неща, но не може да обясни процесите, които са в основата на вземането на решения, и още по-малко, някои подсъзнателни моменти, над които ние въобще нямаме контрол. Забележете, че когато сме наясно с нещо, това често е резултат от несъзнателни процеси, случили се точно преди него. Така че ако разбрахме как мозъчните клетки се организират във верига (практически компютърна верига, ако щете) и видяхме как информацията преминава през тези мрежи и се променя, бихме имали много по-ясна представа защо мозъкът ни приема определени решения. Ако разберем това, може би можем да преодолеем някои от ограниченията и поне да разберем защо правим това, което правим.
Можете да си представите, че в много далечно бъдеще (вероятно ще отнеме много десетилетия) ще бъдем в състояние да зададем наистина трудни въпроси за това, по какъв начин се свързваме по определен или друг начин, или защо мислим за себе си по определен начин - въпроси, които са в зрителното поле на психологията, философията, но на което е толкова трудно да се получи отговор с помощта на законите на физиката.
- Как изследванията на мозъка помагат да отговорят на въпроса "Защо съм тук?"
- Една от причините, поради които преминах от физика към изучаване на мозъка, беше въпросът "Защо знаем толкова много за света?" Достатъчно странно е, че можем да разберем закона за гравитацията или да разберем квантовата механика - поне дотолкова, доколкото компютрите могат да бъдат направени. Удивително е, че светът е разбираем по някакъв начин.
И си зададох въпрос: ако мозъкът ни разбира някаква част от структурата на Вселената, но не разбира всичко останало и всичко, което разбира, е достъпно благодарение на законите на физиката, на които също се основава работата на нашия мозък, тогава се оказва нещо като порочен кръг, нали? И се опитвам да разбера: как да го счупя? Как да направим вселената разбираема? Да предположим, че не разбираме нещо за Вселената, но ако знаем как работи човешкият ум и какви мисловни способности ни липсват, може би можем да създадем по-напреднал изкуствен интелект, който ще помогне да укрепим способността си да мислим.
Тази концепция наричам на моменти „мозъчен копроцесор“- нещо, което работи с мозъка и разширява нашето разбиране.
Все още имаме много въпроси към Вселената, нали? Айнщайн се опита да намери връзка между квантовата механика и гравитацията, но той никога не успя в този въпрос и до ден днешен не е напълно ясно как да се реши тази дилема. Може би, за да разберем някои неща, трябва да увеличим интелектуалните си способности. Какво се случва, ако ги разширим? Разбира се, няма гаранции. Но може би ще научим повече за произхода на Вселената, за това какви сили са повлияли върху нея в началото на съществуването и кои влияят сега.
- Последният въпрос по тази тема. Как изследванията на мозъка помагат да отговорят на въпроса "Каква е моята личност?"
„В момента се опитваме да картографираме структурата на мозъка. Доста е трудно да видите нещо в него. Самият мозък е достатъчно голям - човек тежи няколко килограма, но връзките между невроните, известни като синапси, са малки. Тук говорим за наноразмер. Ето защо, ако искате да видите как мозъчните клетки са свързани в мрежа, трябва да помислите за синапси. Как мога да направя това? Разработили сме специална техника. Взимаме парче мозъчна тъкан и инжектираме химическо вещество в нея, по-точно полимер, който по някакъв начин е много подобен на веществото в детските памперси. Това е полимер, който набъбва при добавяне на течност.
Ако го поставим вътре в мозъка и добавим вода, тогава ще бъдем в състояние да раздвижим молекулите, които съставляват мозъка, и тогава ще можем да видим малките връзки между клетките. И така, ние разсъждаваме: ако вземем много малък мозък, например риба или червей, можем ли да го изучим изцяло? Ще можем ли да изобразим цялата нервна система с точност на отделни джъмпери? Сега това е на ниво идея, все още няма необходими технологии за внедряване, но ако успяхме да подобрим техническата част, би било възможно да съставим достатъчно подробна карта на връзките в мозъка, според която тя наистина може да бъде възпроизведена с помощта на компютър. И дали това копие ще функционира по същия начин като мозъка на организма, който се превърна в основен източник?
Представете си, че имахме червей с 302 неврона и отбелязахме около 6 хиляди връзки между тях, както и молекули на кръстовищата. Възможно ли е да се симулира действията на този червей? Тогава може би ще може да се направи същото с риба, след това с мишка и след това с човешки мозък - всеки от тези мозъци е около хиляда пъти по-голям от предишния. Ако бихте могли да картографирате човешкия мозък, веднага би възникнал въпросът: ако възпроизведете дейността му на компютър, ще бъдете ли това вие? Както бе отбелязано по-рано, ние нямаме точна или поне работеща дефиниция на съзнанието, така че макар да не можем да преценим това качество, просто като погледнем нещо, все още не можем да дадем отговор. Но това повдига интересен въпрос за характера на личността.
"Ако разбрахме как мозъчните клетки се организират в схеми и видяхме как информацията протича през тези мрежи, може би бихме могли да разберем защо правим това, което правим."
- Преди около десетилетие написахте есе "Как да мислим". Оттогава имате ли изменения или допълнения към тези правила?
„Написах това есе доста бързо, когато стартирахме изследователската група в MIT и прекарвахме по-голямата част от времето в празна стая в очакване на оборудването да пристигне. Оттогава чрез опит научих как най-добре да спазвам тези правила. Например, правило №3 гласи: „Работете назад от целта си“.
От този момент разбрах, че ако работите, като започнете от проблем, който трябва да бъде решен и се срещнете с хора, които имат някои умения и които изхождат от техните възможности, тогава ще ви бъде много лесно да работите заедно, защото всички страни интересува се от това. Притежателите на умения искат по-голямо влияние и решаване на проблеми, а определящите цели искат нови инструменти за решаване на тези проблеми. Затова правило №3 „Работа назад, като се започне от целта ви“естествено води до правило №6 - „Сътрудничество“. Научих се също да анализирам естеството на проблемите. Тази година изнесох кратка лекция на Световния икономически форум в Давос. Тя се наричаше „Подготовка на революция“и беше за това как да се научим да задълбочаваме по-дълбоко в проблемите и да вземаме възможни решения. Беше нещо като How to Think 2.0, но под формата на видео.
- Кои книги са повлияли най-много на интелектуалното ви развитие?
- Една от тях е „Време, любов, памет“на Джонатан Вайнер. Тя говори за времената, когато хората започват да свързват гени с характеристики на поведението. Авторът започва със зората на ерата на генетиката - когато хората открият, че рентгеновите лъчи променят гените - и завършва с модерността, когато учените измислят кои гени са отговорни, например за нашето усещане за време или способността да помним. Обичам тази книга, защото тя показва науката в движение - не като учебник, „имаш факти от седем до четиридесет и осма, запомни ги“- показва хора, страдащи от несигурност, които преодоляват всякакви трудности, и е много вълнуващо. Препрочитах го всяка година и това ми повлия значително.
Втората книга се нарича Мислене за науката. Тя говори за Макс Делбрюк, физик, който също промени областта на своята дейност на биология. Той направи голям принос за откриването на структурата на гените и помогна да започне нова ера в молекулярната биология. Книгата разказва много за неговите възгледи, за това как е обмислял прехода си от физика към биология. Тази книга също повлия значително на живота ми, защото често мисля за това как да изследвам сложни системи като мозъка, как да разбера истинското състояние на нещата, как да се освободя от приближението и да не спирам на половината път.
- Споменахте, че постоянно си водите бележки. Каква е тази система?
- Когато говоря с някого, слагам хартия на масата и правя обобщение на разговора. Накрая снимам бележките на телефона си и давам листа на моя събеседник. Всеки месец минавам през всички тези конспекти и ги маркирам с ключови думи. Има две причини за това. Първо, откакто преварих разговора, ми помага да го запомня. Второ, тъй като избрах ключовите думи, лесно е да го намерите. Към днешна дата вече съм завършил десетки хиляди такива бележки.
- Работата ви предполага, че прекарвате много време в мислене. Как да постигнем максимални резултати?
- Има три точки - от прагматични до абстрактни. От много време ставам много рано. Опитвам се да ставам в 4-5 сутринта, много по-рано от други служители на лабораторията. Благодарение на това имам няколко часа мълчание, за да мисля и да не се разсейвам от нищо. Мисля, че това е важно. Второ, много добри идеи всъщност са лоши, защото тъй като веднага звучат толкова добре, тогава всички вече са помислили за тях и се стремят да ги реализират. Затова често мисля за неща, които на пръв поглед изглеждат като лоши идеи, но изведнъж, ако ги погледнете от правия ъгъл, те се оказват добри? Прекарвам много време в опити да подхождам към идеи от различни ъгли.
Преди десетилетия астрономът Фриц Цвики създаде много теории, които са сред най-изгарящите в астрофизиката днес. Най-релевантната от съвременните идеи, като тъмната материя, той изложи през 30-те години. Как Цвики направи това? Той просто обмисли всички възможни варианти. Цвики нарече метода си „морфологичен анализ“, но ми се струва, че това е невъзможно да се произнесе, затова го наричам „схема на мозаечно дърво“.
И накрая - и тази точка е още по-абстрактна - вярвам в случайни открития. Прекарвам много време, разглеждайки преписи от стари разговори. Много от тях са за идеи, които са се провалили, проекти са се провалили. Но знаете ли какво? Това беше преди пет години и сега компютрите работят по-бързо, появи се нова информация, светът се промени. Следователно можем да рестартираме проекта. Много от нашите начинания стават напълно успешни само на втория или третия опит. Важна част от работата ми е запомнянето на провалите и възобновяването на неуспешни проекти, когато дойде времето.
- Получихте основните си награди за изследвания в оптогенетиката. Защо тя се превърна в толкова важно постижение?
„Когато говорим за оптогенетика, трябва да помним, че„ опто “означава„ светлина “, а„ генетика “означава, че използваме гени, които вършат цялата работа. Вие въвеждате ген, който работи като малка слънчева клетка - по същество молекула, която преобразува светлината в електричество. Следователно, ако го въведете в неврон и насочите светлина към него, можете да контролирате активността на неврона.
Защо е важно? През последните сто години изучаване на неврологията много хора се опитват да контролират невроните, като използват всички възможни технологии: фармакология (лекарства), електрически импулси и т.н. Но никой от тях не гарантира точност. С оптогенетиката можем да насочим светлината към една клетка или няколко клетки и да „включим“или „изключим“тези конкретни клетки. Така че защо това е важно? Ако можете да активирате клетки, тогава можете да разберете за какво са отговорни. Може би за чувство, или решение, или движение. Като ги „изключите“, вие разбирате каква е тяхната функция: може би „изключвате“определени клетки и човек ще загуби някакъв вид памет.
- Оптогенетика днес се използва за изследване на мозъка в лаборатории по света. Кои са най-обещаващите области, свързани с него, подчертавате ли?
- Някои изследователи провеждат експерименти, които са доста предизвикателни от философска гледна точка. Например група учени от Калифорнийския технологичен институт откриха малко обединяване на клетки дълбоко, дълбоко в мозъка. Ако ги активирате с помощта на светлина, например, при мишки (много работят с тях), тогава животните ще станат агресивни, дори жестоки. Те ще нападнат всяко същество или предмет в непосредствена близост, дори някои случайни неща като ръкавица. Това е много интересно, защото сега можете да задавате въпроси от поредицата „Какво се случва, когато дразните тези клетки? Това изпраща ли двигателна команда до мускулите? С други думи, мишката се движи да атакува? Или това е сензорна команда?
Тоест, мишката се страхува и атакува при самозащита? Можете да зададете наистина важни въпроси за смисъла на експеримента, когато част от мозъка предизвиква сложна реакция като агресия или жестокост.
Има редица изследователи, които работят за активиране или заглушаване на нервната активност в различни части на мозъка за медицински цели. Например група учени, която показа при мишки, страдащи от епилепсия, че можете да "изключите" пристъпите, като действате върху определени клетки. Има и други групи, които са изследвали мишки с болестта на Паркинсон и са успели да избавят животните от симптомите на болестта.
Учените откриват и много интересни неща във фундаменталните науки. Колегата ми от MIT Сузуми Тонегава и неговият изследователски екип направиха нещо много умно: те програмираха мишките така, че невроните, отговорни за паметта, да се активират от светлина. Те откриха, че ако реактивирате тези неврони с пулс светлина, мишката ще се държи така, сякаш преживява памет. По този начин е възможно да се идентифицират групите клетки, които карат паметта да изскача в паметта. Оттогава изследователите провеждат всевъзможни експерименти - например, те могат да активират щастлив спомен и мишка ще се почувства по-добре, дори и да е болна. И списъкът продължава и продължава.
"Много от нашите начинания стават доста успешни само при втория или третия опит."
- Имате ли нови мисли за това как да подобрите живота?
„Разбрах, че ако наистина искам мозъчните технологии да се прилагат по целия свят, тогава трябва да популяризирам това като предприемач, тоест да започна бизнес и да помогна на тези изобретения да надхвърлят академичните кръгове. Преди време лабораторията ми е работила с различни компании, но тази година аз самият участвам в стартирането на три. Да се надяваме, че можем да разберем как тези технологии могат да помогнат на хората. Разбрах, че не искам просто да публикувам научни трудове; Искам тези технологии да се използват в реалния живот.
„Една от тези компании е в технологията за овластяване на мозъка, нали?
-Точно. Стартирахме малка компания, наречена Технологии за разширяване, за да обучаваме света за тези теории за овластяване. Разбира се, хората могат самостоятелно да изучават нашите публикации по тази тема, но ако успеем да изведем идеите си пред масите, много научни и медицински проблеми ще бъдат много по-лесни за решаване.
Трябва да кажа веднага, че всички данни от изследвания могат да бъдат намерени онлайн, ние споделяме открито цялата информация. Обучили сме над сто групи изследователи. При желание всеки може сам да проведе подобно микроскопично изследване. Но за разлика от оптогенетиката, където винаги можете да се обърнете към някаква организация с нестопанска цел, за да получите ДНК безплатно или за пари, това изследване изисква наличието на химикали, така че компания, която прави набори от необходимите реагенти на разположение на всеки, спестява време.
Ние просто винаги се опитваме да увеличим положителното въздействие върху света. Често започваме проект, като си мислим: „От какъв проблем страдат хиляди изследователи, компании и университети?“И тогава се опитваме да създадем инструмент, който би могъл да им помогне. Така че, ако успеем, тогава (практически по дефиниция) няма смисъл да го пазим в тайна и за себе си. Просто се опитваме да споделим инструментите си с възможно най-много хора.
