Ako znanstvenici mogu razabrati mozak, hoće li to pomoći izliječiti sve bolesti, upravljati osjećajima, kontrolirati sjećanja i generirati ideje poput računala?
Neuroznanstvenik Ed Boyden govorio je o izgledima istraživanja mozga, što osoba može postići ako nauči kontrolirati neurone i zašto neuspjelim projektima treba dati drugu ili čak treću šansu. Teorija i praksa objavljuje prijevod intervjua.
„Stalno stvarajte nove ideje. Ne čitajte to bez razmišljanja. Komentirajte, formulirajte, razmišljajte i generalizirajte, čak i ako čitate predgovor. Tako ćete uvijek nastojati shvatiti suštinu stvari, a to je ono što je potrebno za kreativnost."
Ed Boyden je jednom napisao kratki esej s uputama "Kako misliti", a gore navedeni odlomak postao je njegovo pravilo broj 1. Imao je 28 godina, pokrenuo je vlastitu istraživačku grupu za neuroznanost na MIT-u i već je objavio neka svoja istraživanja koja su stekao mu prestižnu Nagradu za mozak zbog pomaganja u postizanju "vjerojatno najvažnijeg tehničkog proboja u 40 godina", rekao je predsjednik žirija. Bilo je to prije gotovo deset godina. Čini se da je njegov sustav za stvaranje ideja ispunio očekivanja. Boyden je prošle godine dobio nagradu za proboj od tri milijuna dolara, a on i njegovi kolege otkrili su novu metodu promatranja gotovo nezamislivo sićušnog električnog kruga u mozgu. To je stvorilo neke od najtačnijih slika mozga.
- Često govorite da je vaš cilj "otkriti mozak". Što imaš na umu?
- Mislim da će se značenje ove fraze mijenjati kako se stječu nova znanja, ali sada za mene "odmotavanje mozga" znači da, prvo, možemo simulirati (najvjerojatnije pomoću računala) procese koji će generirati nešto poput misli i osjećaji, i drugo, da možemo razumjeti kako liječiti moždane poremećaje poput Alzheimerove bolesti ili epilepsije. To su dva cilja koja me tjeraju da krenem naprijed. Jedan se fokusira na razumijevanje ljudske prirode, a drugi je više medicinski.
Možete se raspravljati sa mnom primijetivši da postoji treće pitanje: što je svijest? Zašto imamo sjećanja, ali boce, olovke i tablice, koliko znamo, nemaju? Bojim se da još uvijek nemamo točnu definiciju svijesti, pa je ovom pitanju teško pristupiti. Mi nemamo "mjeru svijesti" koja bi ukazivala na to koliko je nešto svjesno. Mislim da ćemo jednog dana doći do toga, ali srednjoročno bih se želio usredotočiti na prva dva pitanja.
"Zašto toliko mnogo znamo o svijetu? Prilično je čudno da možemo razumjeti zakon univerzalne gravitacije ili kvantne mehanike"
Promotivni video:
- Kad ste 2016. osvojili Nagradu za proboj, govorili ste o svojim neprekidnim naporima u istraživanju mozga: „Ako uspijemo, možemo odgovoriti na pitanja poput„ Tko sam ja? Koja je moja osobnost? Što da napravim? Zašto sam ovdje?". Kako nam istraživanja mogu pomoći da odgovorimo na pitanje "Tko sam ja?"
- Navest ću vam primjer. Kada je 2008. godine pogodila ekonomska kriza, razgovarao sam s mnogima o tome zašto ljudi rade ono što rade. Zašto mnoge naše odluke nisu najbolje odluke koje smo mogli donijeti? Naravno, postoji čitavo područje znanosti - bihevioralna ekonomija koja pokušava objasniti naše postupke na psihološkoj i kognitivnoj razini. Na primjer, ako postavite osobi puno pitanja, a on prođe pokraj zdjele slatkiša, vjerojatno će je uzeti nekoliko, jer je umoran od odgovora i ne može odoljeti.
Ekonomija ponašanja može objasniti neke stvari, ali ne može objasniti procese koji su temelj donošenja odluka, a još manje neke podsvjesne trenutke nad kojima mi uopće nemamo kontrolu. Primjetite da kada smo nešto svjesni, to je često rezultat nesvjesnih procesa koji su se dogodili neposredno prije toga. Dakle, kad bismo razumjeli kako se moždane stanice organiziraju u krug (ako je to praktički računalni krug) i vidjeli kako se informacije provlače kroz ove mreže i mijenjaju, imali bismo mnogo jasniju ideju zašto naš mozak prihvaća određena rješenja. Ako to razumijemo, možda možemo svladati neka ograničenja i barem razumjeti zašto radimo ono što radimo.
Možete zamisliti da ćemo u vrlo dalekoj budućnosti (vjerojatno će trebati mnogo desetljeća) moći postaviti zaista teška pitanja o tome na koji se način na neki ili drugi način odnosimo prema određenim stvarima ili zašto o sebi razmišljamo na određeni način - pitanja koja su u vidno polje psihologije, filozofije, ali na koje je tako teško dobiti odgovor uz pomoć zakona fizike.
- Kako istraživanje mozga pomaže odgovoriti na pitanje "Zašto sam ovdje?"
- Jedan od razloga zašto sam prešao s fizike na proučavanje mozga bilo je pitanje "Zašto toliko mnogo znamo o svijetu?" Dovoljno je čudno da možemo razumjeti zakon gravitacije ili da razumijemo kvantnu mehaniku - barem u mjeri u kojoj se računala mogu napraviti. Nevjerojatno je da je svijet na neki način razumljiv.
I postavila sam sebi pitanje: ako naš mozak razumije neki dio strukture Svemira, ali ne razumije sve ostalo, a sve što razumije, dostupno je zahvaljujući zakonima fizike, na kojima počiva i rad našeg mozga, tada se ispostavlja nešto poput začaranog kruga, zar ne? I pokušavam shvatiti: kako to razbiti? Kako učiniti svemir razumljivim? Pretpostavimo da ne razumijemo nešto o svemiru, ali ako znamo kako funkcionira ljudski um i kakve nam razmišljanja nedostaju, možda možemo stvoriti razvijeniju umjetnu inteligenciju koja će nam pomoći da ojačamo našu sposobnost razmišljanja.
Taj koncept ponekad nazivam "koprocesor mozga" - nešto što djeluje s mozgom i proširuje naše razumijevanje.
Imamo još puno pitanja za svemir, zar ne? Einstein je pokušao pronaći vezu između kvantne mehanike i gravitacije, ali u tome nije uspio, a do danas nije potpuno jasno kako riješiti ovu dilemu. Možda da bismo razumjeli neke stvari, moramo povećati svoje intelektualne sposobnosti. Što se događa ako ih proširimo? Naravno, nema garancija. Ali možda ćemo naučiti više o podrijetlu svemira, o tome koje su sile utjecale na njega na početku postojanja i koje sada utječu.
- Posljednje pitanje na ovu temu. Kako istraživanje mozga pomaže odgovoriti na pitanje "Koja je moja osobnost?"
Upravo sada pokušavamo preslikati strukturu mozga. U njemu je prilično teško vidjeti nešto. Mozak je sam po sebi dovoljno velik - čovjek teži nekoliko kilograma - ali veze između neurona, poznatih kao sinapse, su malene. Ovdje govorimo o nanorazini. Stoga, ako želite vidjeti kako su moždane stanice povezane u mrežu, morate razmotriti sinapse. Kako mogu to učiniti? Razvili smo posebnu tehniku. Uzimamo komadić moždanog tkiva i u njega ubrizgavamo kemikaliju, točnije polimer, koji je na neki način vrlo sličan tvari u dječjim pelenama. To je polimer koji bubri kada se doda tekućina.
Ako ga stavimo u mozak i dodamo mu vodu, tada ćemo moći rastaviti molekule koje čine mozak i tada ćemo vidjeti sitne veze između stanica. Stoga mi razmišljamo: ako uzmemo vrlo mali mozak, poput ribe ili crva, možemo li ga proučiti u cijelosti? Hoćemo li moći prikazati cijeli živčani sustav s točnošću pojedinih skakača? Sad je to na razini ideje, još nema potrebnih tehnologija za implementaciju, ali ako smo uspjeli poboljšati tehnički dio, bilo bi moguće izraditi dovoljno detaljnu kartu veza u mozgu, prema kojoj se to stvarno može reproducirati uz pomoć računala. I hoće li ova kopija funkcionirati na isti način kao i mozak organizma, koji je postao primarni izvor?
Zamislite da smo imali crva sa 302 neurona i zabilježili smo oko 6 tisuća veza između njih, kao i molekula na spojnicama. Je li moguće simulirati akcije ovog crva? Tada će, možda, biti moguće isto učiniti s ribom, zatim mišem, a potom i ljudskim mozgom - svaki je od tih mozgova oko tisuću puta veći od prethodnog. Ako biste mogli preslikati ljudski mozak, odmah bi se postavilo pitanje: ako reproducirate njegovu aktivnost na računalu, biste li to i dalje bili? Kao što smo napomenuli ranije, nemamo točnu ili barem radnu definiciju svijesti, tako da iako tu kvalitetu ne možemo prosuđivati samo gledajući nešto, još ne možemo dati odgovor, rekao bih. No, to postavlja zanimljivo pitanje o prirodi ličnosti.
"Kad bismo razumjeli kako se moždane stanice organiziraju u krugove i vidjeli kako informacije teče tim mrežama, možda bismo mogli razumjeti i zašto radimo ono što radimo."
- Prije otprilike desetljeća napisali ste esej "Kako razmišljati". Jeste li od tada imali bilo kakve izmjene ili dopune tih pravila?
"Napisao sam ovaj esej prilično brzo kad smo pokrenuli istraživački tim na MIT-u i proveli većinu svog vremena u praznoj sobi čekajući da oprema stigne. Od tada sam, kroz iskustvo, naučio kako najbolje slijediti ta pravila. Na primjer, pravilo # 3 kaže: "Radite unatrag od svog cilja."
Od tog trenutka shvatio sam da ako radite počevši od problema koji treba riješiti i upoznate ljude koji imaju neke vještine i koji polaze od svojih mogućnosti, bit će vam vrlo lako raditi zajedno, jer su sve strane u zainteresiran za ovo. Nositelji vještina žele više utjecaja i rješavanja problema, a oni koji postavljaju ciljeve žele nove alate za rješavanje tih problema. Stoga pravilo # 3, "Radite unatrag, počevši od vašeg cilja", prirodno vodi pravilu br. 6 - "Suradnjajte." Također sam naučio analizirati prirodu problema. Ove godine održao sam kratko predavanje na Svjetskom ekonomskom forumu u Davosu. Zvao se Priprema revolucije, a radilo se o tome kako naučiti dublje proći u probleme i iznaći moguća rješenja. Bilo je to nešto poput How to Think 2.0, ali u obliku videa.
- Koje su knjige najviše utjecale na vaš intelektualni razvoj?
- Jedan od njih je "Vrijeme, ljubav, sjećanje" Jonathana Weinera. Ona govori o vremenima kada su ljudi počeli povezivati gene s karakteristikama ponašanja. Autor počinje u zoru doba genetike - kad su ljudi otkrili da X-zrake mijenjaju gene - i završava modernošću, kada znanstvenici utvrde koji su geni odgovorni, na primjer, za naš osjećaj vremena ili sposobnost pamćenja. Volim ovu knjigu jer prikazuje znanost u pokretu - nije poput udžbenika, „imaš činjenice od sedam do četrdeset i osma, zapamti ih“- prikazuje ljude koji pate od neizvjesnosti koji prevladavaju sve vrste teškoća, a vrlo je uzbudljiva. Čitao sam je svake godine i to je na mene jako utjecalo.
Druga se knjiga zove Razmišljanje o znanosti. Govori o Maxu Delbrücku, fizičaru koji je također svoje područje djelovanja promijenio u biologiju. Dao je veliki doprinos otkriću strukture gena i pomogao započeti novu eru u molekularnoj biologiji. Knjiga govori mnogo o njegovim pogledima, o tome kako je razmišljao o svom prijelazu iz fizike u biologiju. Ova je knjiga također jako utjecala na moj život, jer često razmišljam o tome kako istražiti složene sustave poput mozga, kako shvatiti stvarno stanje stvari, kako se osloboditi aproksimacije i ne zaustaviti se na pola puta.
- Spomenuli ste da stalno bilježite bilješke. Kakav je to sustav?
- Kad razgovaram s nekim, stavim papir na stol i napravim sažetak razgovora. Na kraju fotografiram bilješke na svom telefonu i dajem list svom sugovorniku. Svaki mjesec prolazim kroz sve ove sinopsise i obilježim ih ključnim riječima. Postoje dva razloga za to. Prvo, otkad sam ponovno probavio razgovor, pomaže mi da ga se sjetim. Drugo, s obzirom da sam odabrao ključne riječi, lako je pronaći. Do danas sam već dovršio desetke tisuća takvih bilješki.
- Vaš rad sugerira da provodite puno vremena razmišljajući. Kako postići maksimalne rezultate?
- Postoje tri točke, od pragmatičnih do apstraktnih. Dugo sam ustajala. Pokušavam ustati u 4-5 ujutro, puno ranije od ostalih djelatnika laboratorija. Zahvaljujući tome imam nekoliko sati tišine da razmišljam i da me ništa ne ometa. Mislim da je to važno. Drugo, mnoge dobre ideje zapravo su loše, jer budući da odmah zvuče tako dobro, onda su svi već razmišljali o njima i nastoje ih provesti. Stoga često razmišljam o stvarima koje na prvi pogled izgledaju kao loše ideje, ali odjednom, ako ih pogledate iz pravog kuta, ispadaju da su dobre? Provodim puno vremena pokušavajući pristupiti idejama iz različitih uglova.
Prije desetljeća astronom Fritz Zwicky stvorio je mnoge teorije koje su među najgorim u današnjoj astrofizici. Najrelevantnija trenutna ideja, poput tamne materije, iznio je 1930-ih. Kako je Zwicky to učinio? Samo je razmotrio sve moguće opcije. Zwicky je svoju metodu nazvao "morfološkom analizom", ali čini mi se da je to nemoguće izgovoriti, pa je nazivam "shemom mozaičnog stabla".
Konačno - i ta je točka još apstraktnija - vjerujem u slučajna otkrića. Provodim puno vremena gledajući transkripte starih razgovora. Mnogi od njih su o idejama koje su propale, projekti su propali. Ali znate što? To je bilo prije pet godina, a sada računala rade brže, pojavile su se nove informacije, svijet se promijenio. Stoga projekt možemo ponovo pokrenuti. Mnoga naša nastojanja postaju potpuno uspješna tek u drugom ili trećem pokušaju. Važan dio mog posla je sjećanje na neuspjehe i ponovno pokretanje propalih projekata kada dođe vrijeme.
- Primili ste svoje glavne nagrade za istraživanje optogenetike. Zašto je postala tako važno postignuće?
"Kada govorite o optogenetici, moramo se sjetiti da" opto "znači" svjetlost ", a" genetika "znači da koristimo gene koji rade na svim poslovima. Uvedete gen koji djeluje poput male solarne ćelije - u osnovi molekulu koja svjetlost pretvara u električnu energiju. Stoga, ako ga uvedete u neuron i usmjerite svjetlost na njega, možete kontrolirati aktivnost neurona.
Zašto je to važno? Tijekom posljednjih stotinu godina proučavanja neurologije, mnogi su pokušali kontrolirati neurone koristeći sve moguće tehnologije: farmakologiju (lijekove), električne impulse i tako dalje. Ali nijedan od njih ne garantira točnost. Pomoću optogenetike možemo usmjeriti svjetlost na jednu ili više ćelija te "uključiti" ili "isključiti" te određene stanice. Pa zašto je to važno? Ako možete aktivirati stanice, tada možete shvatiti za šta su odgovorne. Možda za osjećaj, ili odluku, ili pokret. Ako ih "isključite", shvatite koja je njihova funkcija: možda "isključite" određene ćelije, a osoba će izgubiti neku vrstu memorije.
- Optogenetika se danas koristi za istraživanje mozga u laboratorijima širom svijeta. Koja su najvažnija područja s tim u vezi, istaknete?
- Neki istraživači provode eksperimente koji su s filozofskog stajališta prilično izazovni. Na primjer, skupina znanstvenika s Kalifornijskog tehnološkog instituta otkrila je mali skup stanica, duboko u mozgu. Ako ih aktivirate uz pomoć svjetlosti, na primjer, na miševima (mnogi rade s njima), tada će životinje postati agresivne, čak i okrutne. Napadat će svako stvorenje ili predmet u neposrednoj blizini, čak i neke slučajne stvari poput rukavica. Ovo je vrlo zanimljivo jer sada možete postavljati pitanja iz serije „Što se događa kada iritirate ove ćelije? Da li ovo šalje motoričku naredbu mišićima? Drugim riječima, kreće li se miš za napad? Ili je to senzorna naredba?
Odnosno, miš se boji i napada u samoodbrani? Možete postaviti zaista važna pitanja o značenju eksperimenta kada dio mozga pokrene složenu reakciju poput agresije ili okrutnosti.
Postoji niz istraživača koji rade na aktiviranju ili prigušivanju neuronske aktivnosti u različitim dijelovima mozga u medicinske svrhe. Na primjer, skupina znanstvenika, koja je pokazala na miševima koji pate od epilepsije, da napadaje možete "isključiti" djelovanjem na određene stanice. Postoje i druge skupine koje su proučavale miševe s Parkinsonovom bolešću i uspjeli su životinje riješiti simptoma bolesti.
Znanstvenici također otkrivaju puno zanimljivosti u temeljnim znanostima. Moj kolega s MIT-a Suzumi Tonegawa i njegov istraživački tim učinili su nešto vrlo pametno: programirali su miševe tako da su svjetli aktivirali neurone koji su odgovorni za pamćenje. Otkrili su da će se, ako ponovno aktivirate ove neurone pulsom svjetlosti, miš ponašati kao da proživljava sjećanje. Na taj je način moguće identificirati skupine ćelija zbog kojih se u sjećanju pojavljuje memorija. Od tada istraživači provode sve vrste eksperimenata - na primjer, mogu aktivirati sretno pamćenje, a miš će se osjećati bolje, čak i ako je bolestan. A popis se nastavlja i nastavlja.
"Mnogi od naših nastojanja postaju prilično uspješni tek u drugom ili trećem pokušaju."
- Imate li novih razmišljanja kako poboljšati život?
„Shvatio sam da ako zaista želim da se moždane tehnologije primjenjuju u cijelom svijetu, moram to promovirati kao poduzetnik, odnosno pokrenuti posao i pomoći tim izumima da nadiđu akademski krug. Moj laboratorij je prije surađivao s raznim tvrtkama, ali ove godine i sam sudjelujem u pokretanju triju. Nadamo se da možemo shvatiti kako ove tehnologije mogu pomoći ljudima. Shvatio sam da ne želim objavljivati samo znanstvene radove; Želim da se te tehnologije koriste u stvarnom životu.
Jedna od tih tvrtki bavi se tehnologijom osnaživanja mozga, zar ne?
-Točno. Osnovali smo malu tvrtku nazvanu Expansion Technologies da educiramo svijet o tim teorijama osnaživanja. Naravno, ljudi mogu samostalno proučavati naše publikacije na ovu temu, ali ako uspijemo donijeti svoje ideje masi, mnogi će se znanstveni i medicinski problemi mnogo lakše riješiti.
Moram odmah reći da se svi istraživački podaci mogu pronaći na mreži, svi otvoreno dijelimo sve informacije. Osposobili smo preko stotinu skupina istraživača. Po želji svatko može sam provesti slično mikroskopsko istraživanje. Ali za razliku od optogenetike, gdje se uvijek možete obratiti nekoj neprofitnoj organizaciji kako biste dobili DNK besplatno ili za novac, ovo istraživanje zahtijeva dostupnost kemikalija, pa tvrtka koja daje komplete potrebnih reagensa svima dostupnim štedi vrijeme.
Samo pokušavamo povećati pozitivan utjecaj na svijet. Često započinjemo projekt razmišljajući: "Od kojeg problema imaju tisuće istraživača, kompanija i sveučilišta?" A onda pokušavamo stvoriti alat koji bi im mogao pomoći. Ako uspijemo, tada (praktički po definiciji) nema smisla to držati u tajnosti i sebi. Samo pokušavamo dijeliti naše alate sa što većim brojem ljudi.