Če lahko znanstveniki ugotovijo možgane, ali bo to pomagalo zdraviti vse bolezni, obvladovati občutke, nadzorovati spomine in ustvarjati ideje, kot je računalnik?
Nevroznanstvenik Ed Boyden je govoril o perspektivi možganskih raziskav, kaj lahko človek doseže, če se nauči nadzirati nevrone in zakaj neuspeli projekti dobijo drugo ali celo tretjo priložnost. Teorija in praksa objavlja prevod intervjuja.
»Nenehno ustvarjajo nove ideje. Ne preberite ga brez razmišljanja. Komentirajte, formulirajte, razmišljajte in posplošite, tudi če berete predgovor. Tako si boste vedno prizadevali razumeti bistvo stvari, to je tisto, kar je potrebno za ustvarjalnost."
Ed Boyden je nekoč napisal kratek poučni esej "Kako razmišljati", zgornji odstavek pa je postal njegovo pravilo številka 1. Star je bil 28 let, ustanovil je lastno raziskovalno skupino iz nevroznanosti na MIT in že objavil nekaj svojih raziskav, ki si je prislužil prestižno nagrado Brain za pomoč pri doseganju "verjetno najpomembnejšega tehničnega preboja v 40 letih", je dejal predsednik žirije. To je bilo pred skoraj desetimi leti. Zdi se, da je njegov sistem ustvarjanja idej izpolnil pričakovanja. Boyden je lani prejel nagrado za preboj v vrednosti 3 milijonov dolarjev in skupaj s sodelavci odkril novo metodo opazovanja skoraj nepredstavljivo drobnega električnega tokokroga v možganih. To je ustvarilo nekaj najbolj natančnih slik možganov.
- Pogosto pravite, da je vaš cilj "razvozlati možgane." Kaj imaš v mislih?
- Mislim, da se bo pomen te fraze spreminjal, ko bomo pridobili novo znanje, zdaj pa "razplet možganov" zame pomeni, da lahko najprej simuliramo (najverjetneje z uporabo računalnika) procese, ki bodo ustvarili nekaj podobnega kot misli in občutke, in drugič, da lahko razumemo, kako zdraviti možganske motnje, kot sta Alzheimerjeva bolezen ali epilepsija. To sta dva cilja, ki me ženeta naprej. Ena se osredotoča na razumevanje človeške narave, druga pa bolj medicinsko.
Lahko se prerekate z mano, če opazite, da obstaja tretje vprašanje: kaj je zavest? Zakaj imamo spomine, steklenice, pisala in mize pa, kolikor vemo, ne? Bojim se, da še vedno nimamo natančne definicije zavesti, zato je do tega vprašanja težko pristopiti. Nimamo "mere zavesti", ki bi kazala na to, kako nekaj je zavestno. Mislim, da bomo do tega prišli nekega dne, a srednjeročno bi se rad osredotočil na prvi dve vprašanji.
"Zakaj toliko vemo o svetu? Precej nenavadno je, da lahko razumemo zakon univerzalne gravitacije ali kvantne mehanike."
Promocijski video:
Ko ste leta 2016 osvojili nagrado za preboj, ste govorili o svojih nenehnih prizadevanjih na področju raziskav možganov: „Če nam uspe, potem lahko odgovorimo na vprašanja, kot je„ Kdo sem? Kakšna je moja osebnost? Kaj naj naredim? Zakaj sem tukaj? ". Kako nam lahko raziskave pomagajo odgovoriti na vprašanje "Kdo sem?"
- Navedel bom primer. Ko je leta 2008 prišla gospodarska kriza, sem se z mnogimi pogovarjal, zakaj ljudje počnejo to, kar počnejo. Zakaj mnoge naše odločitve niso najboljše odločitve, ki bi jih lahko sprejeli? Seveda obstaja celo področje znanosti - vedenjska ekonomija, ki poskuša razložiti naša dejanja na psihološki in kognitivni ravni. Če na primer človeku postavite veliko vprašanj in potem gre mimo skodelice sladkarij, mu bo verjetno vzel nekaj, ker je utrujen od odgovorov in se ne more upreti.
Ekonomija vedenja sicer lahko razloži nekatere stvari, vendar ne more razložiti procesov, na katerih temelji odločanje, še manj pa nekatere podzavestne trenutke, nad katerimi sploh nimamo nadzora. Ko se nečesa zavedamo, smo pogosto posledica nezavednih procesov, ki so se zgodili tik pred njim. Če bi razumeli, kako so možganske celice organizirane v vezje (praktično računalniški krog, če hočete), in videli, kako se informacije pretakajo po teh omrežjih in se spreminjajo, bi imeli veliko bolj jasno predstavo, zakaj naši možgani sprejemajo določene rešitve. Če to razumemo, bomo morda premagali nekatere omejitve in vsaj razumeli, zakaj počnemo to, kar počnemo.
Lahko si predstavljate, da si bomo lahko v zelo oddaljeni prihodnosti (verjetno bo minilo več desetletij) zastavili res težka vprašanja, zakaj se na tak ali drugačen način navezujemo na določene stvari ali zakaj na nek način razmišljamo o sebi - vprašanja, ki so v vidno polje psihologije, filozofije, a na katero je tako težko dobiti odgovor s pomočjo zakonov fizike.
- Kako raziskave možganov pomagajo odgovoriti na vprašanje "Zakaj sem tukaj?"
- Eden od razlogov, zakaj sem s fizike prešel na študij možganov, je bilo vprašanje "Zakaj toliko vemo o svetu?" Dovolj čudno je, da lahko razumemo zakon gravitacije ali da razumemo kvantno mehaniko - vsaj do te mere, da je mogoče narediti računalnike. Neverjetno je, da je svet na nek način razumljiv.
In postavil sem se vprašanju: če naši možgani razumejo del dela strukture Vesolja, vendar ne razumejo vsega drugega, in vse, kar razume, je na voljo po zakonih fizike, na katerih temelji tudi delo naših možganov, potem se izkaže nekaj podobnega začaranemu krogu, kajne? In poskušam ugotoviti: kako razbiti? Kako narediti vesolje razumljivo? Recimo, da nečesa ne razumemo o vesolju, če pa vemo, kako deluje človeški um in kakšne miselne sposobnosti nam primanjkuje, bomo morda lahko ustvarili naprednejšo umetno inteligenco, ki bo pripomogla k krepitvi naše sposobnosti razmišljanja.
Ta koncept včasih pravim "možganski soprocesor" - nekaj, kar deluje z možgani in širi naše razumevanje.
Še vedno imamo veliko vprašanj za vesolje, kajne? Einstein je poskušal najti povezavo med kvantno mehaniko in gravitacijo, vendar mu v tej zadevi nikoli ni uspelo in do danes ni povsem jasno, kako rešiti to dilemo. Morda moramo za razumevanje nekaterih stvari povečati svoje intelektualne sposobnosti. Kaj se zgodi, če jih razširimo? Seveda ni garancij. Mogoče pa bomo izvedeli več o nastanku Vesolja, o tem, kakšne sile so vplivale nanj na začetku obstoja in katere vplivajo zdaj.
- Zadnje vprašanje na to temo. Kako raziskave možganov pomagajo odgovoriti na vprašanje "Kaj je moja osebnost?"
Trenutno poskušamo preslikati strukturo možganov. V njem je precej težko videti nekaj. Možgani so dovolj veliki - človek tehta več kilogramov -, vendar so povezave med nevroni, znanimi kot sinapse, majhne. Tu govorimo o nanoskosti. Če želite videti, kako so možganske celice povezane v omrežje, morate upoštevati sinapse. Kako lahko to storim? Razvili smo posebno tehniko. Vzamemo del možganskega tkiva in vanj vbrizgamo kemikalijo, natančneje polimer, ki je na nek način zelo podoben snovi v otroških plenicah. To je polimer, ki nabrekne, ko dodamo tekočino.
Če ga postavimo v možgane in dodamo vodo, bomo lahko premaknili molekule, ki sestavljajo možgane, ločene drug od drugega in takrat bomo lahko videli drobne povezave med celicami. Zato sklepamo: če vzamemo zelo majhne možgane, kot je riba ali črv, ali ga lahko preučimo v celoti? Ali bomo lahko natančno prikazali celoten živčni sistem z natančnostjo posameznih skakalcev? Zdaj je to na ravni ideje, za izvedbo še ni potrebnih tehnologij, a če bi nam uspeli izboljšati tehnični del, bi bilo mogoče sestaviti dovolj podroben zemljevid povezav v možganih, po katerem ga je mogoče resnično reproducirati s pomočjo računalnika. In ali bo ta kopija delovala enako kot možgani organizma, ki so postali glavni vir?
Predstavljajte si, da smo imeli črva s 302 nevroni in opazili smo približno 6 tisoč povezav med njimi, pa tudi molekul na stičiščih. Ali je mogoče simulirati dejanja tega glista? Morda bo potem mogoče isto storiti z ribo, nato z miško in nato s človeškimi možgani - vsak od teh možganov je približno tisočkrat večji od prejšnjega. Če bi lahko preslikali človeške možgane, bi se takoj pojavilo vprašanje: če bi njegovo dejavnost reproducirali v računalniku, bi to še vedno bili vi? Kot smo že omenili, nimamo natančne ali vsaj delujoče definicije zavesti, zato čeprav te kakovosti ne moremo presoditi, samo če nekaj pogledamo, še ne bi mogli odgovoriti. Toda to sproža zanimivo vprašanje o naravi osebnosti.
"Če bi razumeli, kako se možganske celice organizirajo v tokokroge in videli, kako informacije tečejo po teh omrežjih, bi morda razumeli, zakaj počnemo to, kar počnemo."
- Pred približno desetletjem ste napisali esej "Kako razmišljati". Ali ste od takrat imeli kakšne spremembe ali dopolnitve teh pravil?
"Ta esej sem napisal precej hitro, ko smo na MIT-u zagnali raziskovalno skupino in večino časa preživel v prazni sobi in čakal, da oprema pride. Od takrat sem se skozi izkušnje naučil, kako najbolje slediti tem pravilom. Na primer, pravilo št. 3 pravi: "Delajte nazaj od cilja."
Od tega trenutka sem spoznal, da če delate od problema, ki ga je treba rešiti in se srečate z ljudmi, ki imajo nekaj spretnosti in izhajajo iz svojih zmožnosti, potem boste zelo enostavno sodelovali, saj so vse strani v zanima to. Imetniki veščin si želijo večjega vpliva in reševanja problemov, zastavitelji ciljev pa želijo nova orodja za reševanje teh težav. Zato pravilo # 3, "Delajte nazaj, začnite od svojega cilja", seveda vodi do pravila št. 6 - "Sodelovati." Naučil sem se tudi analizirati naravo težav. Letos sem na Svetovnem gospodarskem forumu v Davosu imel kratko predavanje. Imenoval se je Priprava revolucije, šlo je za to, kako se naučiti poglabljati se v težave in najti možne rešitve. Bilo je nekaj takega, kako razmišljati 2.0, vendar v obliki videa.
- Katere knjige so najbolj vplivale na vaš intelektualni razvoj?
- Eden od njih je "Čas, ljubezen, spomin" Jonathana Weinerja. Govori o časih, ko so ljudje začeli povezovati gene z značilnostmi vedenja. Avtor se začne z zori obdobja genetike - ko so ljudje odkrili, da rentgenski žarki spreminjajo gene - in se konča s sodobnostjo, ko znanstveniki ugotovijo, kateri geni so na primer odgovorni za naš občutek časa ali sposobnost spominjanja. Všeč mi je ta knjiga, ker prikazuje znanost v gibanju - ne kot učbenik, "imaš dejstva od sedem do osemindvajset, si jih zapomni" - prikazuje ljudi, ki trpijo zaradi negotovosti, ki premagujejo vse vrste težav, in je zelo vznemirljiva. Prebiral sem ga vsako leto in močno je vplival na mene.
Druga knjiga se imenuje Razmišljanje o znanosti. Govori o Maxu Delbrücku, fiziku, ki je svoje področje delovanja spremenil tudi v biologijo. Veliko je prispeval k odkritju strukture genov in pripomogel k začetku nove dobe v molekularni biologiji. Knjiga veliko pove o njegovih pogledih, o tem, kako je razmišljal o svojem prehodu iz fizike v biologijo. Ta knjiga je močno vplivala tudi na moje življenje, saj pogosto razmišljam o tem, kako raziskati zapletene sisteme, kot so možgani, kako ugotoviti resnično stanje stvari, kako se znebiti približevanja in se ne ustaviti na pol poti.
- Omenili ste, da ves čas beležite. Kakšen je ta sistem?
- Ko se z nekom pogovarjam, postavim papir na mizo in povzamem pogovor. Na koncu fotografiram zapiske na telefonu in list podarim sogovorniku. Vsak mesec pregledujem vse te sinopsze in jih označim s ključnimi besedami. Razloga za to sta dva. Prvič, odkar sem prebavil pogovor, mi ga pomaga zapomniti. Drugič, ker sem izbrala ključne besede, jo je enostavno najti. Do danes sem dokončal že več deset tisoč takih zapiskov.
- Vaše delo nakazuje, da porabite veliko časa za razmišljanje. Kako doseči največje rezultate?
- Obstajajo tri točke, od pragmatičnih do abstraktnih. Že dolgo zgodaj vstajam. Poskušam vstati ob 4-5 zjutraj, veliko prej kot ostalo laboratorijsko osebje. Zahvaljujoč temu imam nekaj ur tišine, da razmišljam in me nič ne moti. Mislim, da je to pomembno. Drugič, veliko dobrih idej je pravzaprav slabih, saj ker takoj zvenijo tako dobro, potem so vsi že razmišljali o njih in si prizadevajo, da bi jih uresničili. Zato pogosto razmišljam o stvareh, ki se na prvi pogled zdijo slabe ideje, a se nenadoma, če jih pogledate iz pravega kota, izkažejo za dobre? Veliko časa poskušam k idejam pristopiti z različnih zornih kotov.
Pred desetletji je astronom Fritz Zwicky ustvaril veliko teorij, ki sodijo med najbolj pereče v astrofiziki danes. Najpomembnejša od sedanjih idej, kot je temna snov, je predstavil v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Kako je to storil Zwicky? Pravkar je preučil vse možne možnosti. Zwicky je svojo metodo poimenoval "morfološka analiza", vendar se mi zdi, da je to nemogoče izgovoriti, zato ji rečem "shema mozaičnega drevesa".
Končno - in ta točka je še bolj abstraktna - verjamem v naključna odkritja. Veliko časa porabim za pregledovanje prepisov starih pogovorov. Veliko jih je o idejah, ki niso uspele, projekti so propadli. A veste kaj? To je bilo pred petimi leti in zdaj računalniki delajo hitreje, pojavile so se nove informacije, spremenil se je svet. Zato lahko projekt ponovno zaženemo. Številna naša prizadevanja postanejo popolnoma uspešna šele ob drugem ali tretjem poskusu. Pomemben del mojega dela je spominjanje na neuspehe in ponovno zagon propadlih projektov, ko pride čas.
- Prejeli ste svoje glavne nagrade za raziskave optogenetike. Zakaj je postala tako pomemben dosežek?
"Ko govorite o optogenetiki, se moramo spomniti, da" opto "pomeni" svetloba "," genetika "pa pomeni, da uporabljamo gene, ki opravljajo vse delo. Uvedete gen, ki deluje kot majhna sončna celica - v bistvu molekula, ki svetlobo pretvori v električno energijo. Zato, če ga vnesete v nevron in usmerite svetlobo nanj, lahko nadzirate aktivnost nevrona.
Zakaj je to pomembno? V zadnjih sto letih preučevanja nevrologije je veliko ljudi poskušalo nadzorovati nevrone z uporabo vseh možnih tehnologij: farmakologije (zdravil), električnih impulzov ipd. Toda noben od njih ne zagotavlja natančnosti. Z optogenetiko lahko svetlobo usmerimo v eno celico ali več celic in "vklopimo" ali "izklopimo" te posebne celice. Zakaj je torej to pomembno? Če lahko aktivirate celice, potem lahko ugotovite, za kaj so odgovorne. Morda za občutek, ali odločitev ali gibanje. Če jih "izklopite", razumete, kakšna je njihova funkcija: morda "izklopite" določene celice in človek bo izgubil nekakšen spomin.
- Optogenetika se danes uporablja za raziskave možganov v laboratorijih po vsem svetu. Katera so najbolj obetavna področja, povezana s tem, poudarite?
- Nekateri raziskovalci izvajajo poskuse, ki so s filozofskega vidika precej zahtevni. Skupina znanstvenikov na kalifornijskem tehnološkem inštitutu je na primer odkrila majhno združevanje celic globoko v možganih. Če jih aktivirate s pomočjo svetlobe, na primer pri miših (mnogi delajo z njimi), bodo živali postale agresivne, celo surove. Napadali bodo katerokoli bitje ali predmet v neposredni bližini, tudi nekatere naključne stvari, kot je rokavica. To je zelo zanimivo, ker lahko zdaj postavite vprašanja iz serije „Kaj se zgodi, ko te celice dražijo? Ali to pošilja motorični ukaz mišicam? Z drugimi besedami, ali se miš premakne v napad? Ali pa je to senzorični ukaz?
Se pravi, da se miš boji in napada v samoobrambi? Lahko postavite res pomembna vprašanja o pomenu eksperimenta, ko del možganov sproži zapleteno reakcijo, kot sta agresija ali krutost.
Obstaja več raziskovalcev, ki se v medicinske namene ukvarjajo z aktiviranjem ali utišanjem nevronske aktivnosti v različnih delih možganov. Na primer, skupina znanstvenikov, ki je pri miših, ki trpijo za epilepsijo, pokazala, da napade lahko "izklopite" z delovanjem na določene celice. Obstajajo tudi druge skupine, ki so preučevale miši s Parkinsonovo boleznijo in živali lahko znebile simptomov bolezni.
Znanstveniki odkrivajo tudi veliko zanimivih stvari iz temeljnih ved. Moj kolega z MIT Suzumi Tonegawa in njegova skupina raziskovalcev sta naredila nekaj zelo pametnega: programirali so miši, tako da so nevroni, ki so odgovorni za spomin, aktivirali svetlobo. Ugotovili so, da če se ti nevroni znova aktivirajo s svetlobnim impulzom, se bo miška obnašala, kot da podoživlja spomin. Na ta način je mogoče prepoznati skupine celic, zaradi katerih se v spominu pojavlja spomin. Od takrat raziskovalci izvajajo vse vrste eksperimentov - na primer lahko aktivirajo srečen spomin in miš se bo počutila bolje, tudi če je bolna. In seznam gre naprej in naprej.
"Veliko naših prizadevanj postane precej uspešno šele ob drugem ali tretjem poskusu."
- Ali imate kakšne nove misli, kako izboljšati življenje?
»Spoznal sem, da če resnično želim, da se možganske tehnologije uporabljajo po vsem svetu, potem moram kot podjetnik prispevati, torej začeti podjetje in pomagati tem izumom preseči akademski krog. Moj laboratorij je že prej sodeloval z različnimi podjetji, letos pa tudi sam sodelujem pri predstavitvi treh. Upajmo, da bomo lahko ugotovili, kako te tehnologije lahko pomagajo ljudem. Spoznal sem, da ne želim samo objavljati znanstvenih člankov; Želim, da se te tehnologije uporabljajo v resničnem življenju.
Eno od teh podjetij se ukvarja s tehnologijo za krepitev možganov, kajne?
-Tačno. Začeli smo z majhnim podjetjem, imenovanim Expansion Technologies, da bi izobraževali svet o teh teorijah opolnomočenja. Seveda lahko ljudje samostojno preučujemo naše publikacije na to temo, toda če bomo lahko ideje predstavili množici, bo veliko znanstvenih in medicinskih težav veliko lažje rešiti.
Takoj moram reči, da je mogoče vse podatke o raziskavah najti na spletu, vse informacije odkrito delimo. Usposabljali smo več kot sto skupin raziskovalcev. Po želji lahko kdorkoli sam opravi podoben mikroskopski pregled. Toda za razliko od optogenetike, kjer se lahko vedno obrnete na neko neprofitno organizacijo, da dobite DNK brezplačno ali za denar, ta raziskava zahteva razpoložljivost kemikalij, zato podjetje, ki naredi komplete potrebnih reagentov vsem, ki prihranijo čas.
Vedno poskušamo povečati pozitiven vpliv na svet. Projekt pogosto začnemo z razmišljanjem: "Za kakšno težavo trpi na tisoče raziskovalcev, podjetij in univerz?" In potem skušamo ustvariti orodje, ki bi jim lahko pomagalo. Če nam to uspe, potem (praktično po definiciji) ni smisla, da to ostanemo skrivno in do sebe. Svoje orodje poskušamo deliti s čim več ljudmi.