Pokud se vědcům podaří „rozmotat mozek“, pomůže to vyléčit všechny nemoci, zvládnout pocity, ovládat vzpomínky a generovat myšlenky jako počítač?
Neurovědec Ed Boyden hovořil o vyhlídkách na mozkový výzkum, o tom, čeho může člověk dosáhnout, pokud se naučí ovládat neurony, a proč by neúspěšné projekty měly dostat druhou nebo dokonce třetí šanci. Theory and Practice publikuje překlad rozhovoru.
"Neustále vytvářejte nové nápady." Nečtěte to bez přemýšlení. Komentář, formulace, reflexe a zobecnění, i když čtete předmluvu. Takže se budete vždy snažit pochopit podstatu věcí, která je nezbytná pro kreativitu. “
Ed Boyden jednou napsal krátkou instruktážní esej „Jak přemýšlet“a výše uvedený odstavec se stal jeho pravidlem číslo 1. Bylo mu 28 let, založil vlastní výzkumnou skupinu pro neurovědy na MIT a již zveřejnil některé ze svých výzkumů, které získal mu prestižní cenu Brain Prize za to, že pomohl dosáhnout „pravděpodobně nejdůležitějšího technického průlomu za 40 let,“uvedl předseda poroty. Bylo to téměř před deseti lety. Zdá se, že jeho systém generování nápadů splnil očekávání. V loňském roce Boyden získal průlomovou cenu 3 miliony dolarů a on a jeho kolegové objevili novou metodu pozorování téměř nepředstavitelně malého elektrického obvodu v mozku. Toto vytvořilo některé z nejpřesnějších obrazů mozku.
- Často říkáte, že vaším cílem je „rozmotat mozek“. Co máš na mysli?
- Myslím, že význam této fráze se změní s tím, jak se získají nové znalosti, ale nyní „rozmotání mozku“pro mě znamená, že nejprve můžeme simulovat (s největší pravděpodobností pomocí počítače) procesy, které budou generovat něco jako myšlenky a pocity, a za druhé, že můžeme pochopit, jak léčit poruchy mozku, jako je Alzheimerova choroba nebo epilepsie. To jsou dva cíle, které mě udržují v pohybu vpřed. Jeden se zaměřuje na porozumění lidské přirozenosti, druhý je více lékařský.
Můžete se mnou hádat, když si všimnete, že existuje třetí otázka: co je vědomí? Proč máme vzpomínky, ale lahve, pera a stoly, pokud víme, ne? Obávám se, že zatím nemáme přesnou definici vědomí, takže k této otázce je obtížné přistoupit. Nemáme „míru vědomí“, která by naznačovala, jak je něco vědomé. Myslím, že se k tomu jednoho dne dostaneme, ale ve střednědobém výhledu bych se chtěl zaměřit na první dvě otázky.
"Proč toho víme tolik o světě?" Je to zvláštní, že rozumíme zákonu univerzální gravitace nebo kvantové mechaniky. “
Propagační video:
- Když jste v roce 2016 získali Průlomovou cenu, hovořili jste o svém pokračujícím úsilí v oblasti výzkumu mozku: „Pokud uspějeme, můžeme odpovědět na otázky typu„ Kdo jsem? Jaká je moje osobnost? Co bych měl dělat? Proč jsem tu? . Jak nám může výzkum pomoci odpovědět na otázku „Kdo jsem?“
- Dám vám příklad. Když v roce 2008 zasáhla hospodářská krize, mluvil jsem s mnoha o tom, proč lidé dělají to, co dělají. Proč mnoho našich rozhodnutí není tím nejlepším, co bychom mohli udělat? Samozřejmě existuje celá oblast vědy - behaviorální ekonomie, která se snaží vysvětlit naše jednání na psychologické a kognitivní úrovni. Například, pokud položíte osobě hodně otázek, a pak projde kolem mísy sladkostí, pak si pravděpodobně vezme několik, protože je unavený z odpovědí a nemůže odolat.
Behaviorální ekonomie může vysvětlit některé věci, ale nemůže vysvětlit procesy, které jsou základem rozhodování, a ještě méně některé podvědomé momenty, které nemáme vůbec pod kontrolou. Všimněte si, že když něco víme, je to často výsledek nevědomých procesů, ke kterým došlo těsně před tím. Takže pokud jsme pochopili, jak jsou mozkové buňky organizovány do obvodu (prakticky počítačový obvod, pokud chcete), a viděli jsme, jak informace proudí těmito sítěmi a změnami, měli bychom mnohem jasnější představu o tom, proč náš mozek přijímá určitá řešení. Pokud tomu rozumíme, možná překonáme některá omezení a alespoň pochopíme, proč děláme to, co děláme.
Dokážete si představit, že ve velmi vzdálené budoucnosti (bude to pravděpodobně trvat mnoho desetiletí), budeme moci klást opravdu obtížné otázky o tom, proč se vztahujeme k určitým věcem tak či onak, nebo proč si myslíme sami sebe určitým způsobem - otázky, které jsou v zorné pole psychologie, filozofie, ale na které je tak těžké získat odpověď pomocí fyzikálních zákonů.
- Jak výzkum mozku pomáhá odpovědět na otázku „Proč jsem tady?“
- Jedním z důvodů, proč jsem přešel od fyziky ke studiu mozku, byla otázka „Proč víme tolik o světě?“Je to dost podivné, že rozumíme zákonu gravitace, nebo že rozumíme kvantové mechanice - alespoň do té míry, že je možné vyrábět počítače. Je úžasné, že svět je nějakým způsobem pochopitelný.
A položil jsem si otázku: pokud náš mozek rozumí některé části struktury vesmíru, ale nechápe vše ostatní a vše, čemu rozumí, je k dispozici díky fyzikálním zákonům, na nichž je také založena práce našeho mozku, pak se ukáže něco jako začarovaný kruh, že? A snažím se přijít na to, jak to zlomit? Jak učinit vesmír srozumitelným? Předpokládejme, že nerozumíme něčemu o vesmíru, ale pokud víme, jak funguje lidská mysl a jaké schopnosti myšlení nemáme, možná můžeme vytvořit rozvinutější umělou inteligenci, která pomůže posílit naši schopnost myslet.
Tento koncept občas nazývám „mozkovým koprocesorem“- něco, co pracuje s mozkem a rozšiřuje naše porozumění.
Stále máme spoustu otázek pro vesmír, že? Einstein se pokusil najít souvislost mezi kvantovou mechanikou a gravitací, ale nikdy v této záležitosti neuspěl, a dodnes není zcela jasné, jak vyřešit toto dilema. Možná, abychom pochopili některé věci, musíme zvýšit naše intelektuální schopnosti. Co se stane, pokud je rozšíříme? Samozřejmě neexistují žádné záruky. Možná se ale dozvíme více o původu vesmíru, o tom, jaké síly to ovlivnily na začátku existence a které ovlivňují nyní.
- Poslední otázka na toto téma. Jak pomáhá výzkum mozku odpovědět na otázku „Co je moje osobnost?“
"Právě teď se snažíme zmapovat strukturu mozku." Je docela těžké v něm něco vidět. Mozek sám o sobě je dostatečně velký - člověk váží několik liber - ale spojení mezi neurony, známá jako synapse, jsou malé. Tady mluvíme o nanoměřítku. Pokud tedy chcete vidět, jak jsou mozkové buňky připojeny k síti, je třeba zvážit synapse. Jak to mohu udělat? Vyvinuli jsme speciální techniku. Vezmeme kousek mozkové tkáně a vstříkneme do ní chemikálii, přesněji polymer, který je svým způsobem velmi podobný látce v dětských plenkách. Je to polymer, který při přidávání kapaliny bobtná.
Pokud ji umístíme dovnitř mozku a přidáme vodu, budeme schopni pohybovat molekulami, které tvoří mozek, od sebe navzájem, a pak uvidíme drobné spojení mezi buňkami. Proto uvažujeme: pokud vezmeme velmi malý mozek, například rybu nebo červ, můžeme to studovat jako celek? Dokážeme popsat celý nervový systém s přesností jednotlivých skokanů? Teď je to na úrovni nápadu, zatím neexistují žádné technologie potřebné k implementaci, ale pokud se nám podaří vylepšit technickou část, bylo by možné sestavit dostatečně podrobnou mapu spojení v mozku, podle níž lze její práci opravdu reprodukovat pomocí počítače. A bude tato kopie fungovat stejným způsobem jako mozek organismu, který se stal primárním zdrojem?
Představte si, že jsme měli červ s 302 neurony a všimli jsme si asi 6 000 spojení mezi nimi, jakož i molekul na křižovatkách. Je možné simulovat činnost tohoto červa? Možná bude tedy možné udělat totéž s rybou, pak myší a poté s lidským mozkem - každý z těchto mozků je asi tisíckrát větší než ten předchozí. Pokud byste dokázali zmapovat lidský mozek, okamžitě by vyvstala otázka: kdybyste reprodukovali jeho aktivitu na počítači, bylo by to stále vy? Jak bylo uvedeno výše, nemáme přesnou nebo alespoň funkční definici vědomí, takže i když tuto kvalitu nemůžeme soudit pouhým pohledem na něco, nemůžeme zatím odpovědět, řekl bych. To však vyvolává zajímavou otázku o povaze osobnosti.
"Pokud jsme pochopili, jak jsou mozkové buňky organizovány do obvodů a viděli jsme, jak informace proudí těmito sítěmi, možná bychom pochopili, proč děláme to, co děláme."
- Asi před deseti lety jste napsal esej „Jak myslet“. Od té doby jste měli nějaké změny nebo dodatky k těmto pravidlům?
"Tuto esej jsem napsal velmi rychle, když jsme zahájili výzkumný tým na MIT a většinu času jsem strávil v prázdné místnosti a čekal, až dorazí zařízení." Od té doby jsem se díky zkušenosti naučil, jak nejlépe dodržovat tato pravidla. Například pravidlo č. 3 říká: „Pracujte pozpátku od svého cíle.“
Od té chvíle jsem si uvědomil, že pokud pracujete od problému, který je třeba vyřešit, a potkáte lidi, kteří mají nějaké dovednosti a kteří vycházejí z jejich schopností, bude pro vás velmi snadné spolupracovat, protože všechny strany jsou v zajímá mě to. Držitelé dovedností chtějí větší vliv a řešení problémů a určovatelé cílů chtějí nové nástroje k řešení těchto problémů. Pravidlo č. 3 „Pracujte pozpátku, počínaje vaším cílem“tedy přirozeně vede k pravidlu č. 6 - „Spolupracovat“. Také jsem se naučil analyzovat povahu problémů. Letos jsem přednesl krátkou přednášku na Světovém ekonomickém fóru v Davosu. Říkalo se tomu Příprava revoluce a šlo o to, jak se naučit ponořit se hlouběji do problémů a učinit možná řešení. Bylo to něco jako How to Think 2.0, ale ve formě videa.
- Jaké knihy nejvíce ovlivnily váš intelektuální vývoj?
- Jedním z nich je „Time, Love, Memory“od Jonathana Weinera. Mluví o dobách, kdy lidé začali spojovat geny s vlastnostmi chování. Autor začíná úsvitem genetické éry - když lidé zjistili, že rentgenové paprsky mění geny - a končí moderností, když vědci přijdou na to, které geny jsou zodpovědné například za náš smysl pro čas nebo schopnost zapamatovat si. Miluji tuto knihu, protože ukazuje vědu v pohybu - ne jako učebnici: „Máte fakta sedm až čtyřicátá osmá, pamatujte si na ně“- ukazuje lidi trpící nejistotou, kteří překonají všechny druhy obtíží, a je to velmi vzrušující. Opakovaně jsem to četl každý rok a velmi mě to ovlivnilo.
Druhá kniha se jmenuje Thinking About Science. Mluví o Maxovi Delbrückovi, fyzikovi, který také změnil své pole působnosti na biologii. Velice přispěl k objevu struktury genů a pomohl zahájit novou éru molekulární biologie. Kniha hodně vypráví o jeho názorech, o tom, jak uvažoval o svém přechodu z fyziky k biologii. Tato kniha také velmi ovlivnila můj život, protože často přemýšlím o tom, jak prozkoumat složité systémy, jako je mozek, jak zjistit skutečný stav věcí, jak se zbavit aproximace a nezastavit se na půli cesty.
- Zmínil jsi, že si neustále děláš poznámky. Co je tento systém?
- Když mluvím s někým, položím na stůl papír a shrnu rozhovor. Nakonec fotím poznámky z telefonu a odevzdávám list svému partnerovi. Každý měsíc procházím všemi těmito synopsy a označuji je klíčovými slovy. Existují dva důvody. Za prvé, protože jsem znovu strávil rozhovor, pomáhá mi to si to pamatovat. Za druhé, protože jsem si vybral klíčová slova, je snadné je najít. K dnešnímu dni jsem již dokončil desítky tisíc takových poznámek.
- Vaše práce naznačuje, že trávíte hodně času přemýšlením. Jak dosáhnout maximálních výsledků?
- Existují tři body, od pragmatických po abstraktní. Už dlouho vstávám. Snažím se vstávat v 4-5 ráno, mnohem dříve než ostatní laboratorní pracovníci. Díky tomu mám několik hodin ticha, abych přemýšlel a nenechal se nic rozptylovat. Myslím, že je to důležité. Za druhé, mnoho dobrých nápadů je ve skutečnosti špatných, protože protože okamžitě znějí tak dobře, každý o nich už přemýšlel a snaží se je implementovat. Proto často přemýšlím o věcech, které se na první pohled zdají jako špatné nápady, ale najednou, když se na ně podíváte z pravého úhlu, ukáže se, že jsou dobré? Strávím spoustu času zkoušením přístupů k nápadům z různých úhlů.
Před desítkami let astronom Fritz Zwicky vytvořil mnoho teorií, které patří mezi nejhorší v astrofyzice dnes. Nejvýznamnější ze současných myšlenek, jako je temná hmota, předložil ve 30. letech. Jak to Zwicky udělal? Právě zvažoval všechny možné možnosti. Zwicky nazval svou metodu „morfologickou analýzou“, ale zdá se mi, že to nelze vyslovit, proto ji nazývám „mozaikový strom“.
Konečně - a tento bod je ještě abstraktnější - věřím v náhodné objevy. Strávím spoustu času prohlížením přepisů starých rozhovorů. Mnoho z nich se týká myšlenek, které selhaly, projekty selhaly. Ale víš co? To bylo před pěti lety a nyní počítače pracují rychleji, objevily se nové informace, svět se změnil. Proto můžeme projekt restartovat. Mnoho našich snah se stane plně úspěšnými pouze při druhém nebo třetím pokusu. Důležitou součástí mé práce je zapamatování si poruch a opětovné spuštění neúspěšných projektů, až přijde čas.
- Obdrželi jste hlavní ocenění za výzkum v oblasti optogenetiky. Proč se stala tak důležitým úspěchem?
„Když mluvíte o optogenetice, musíme si uvědomit, že„ opto “znamená„ světlo “a„ genetika “znamená, že používáme geny, které vykonávají veškerou práci. Zavádíte gen, který funguje jako malý solární článek - v podstatě molekula, která přeměňuje světlo na elektřinu. Proto, pokud jej zavedete do neuronu a na něj nasměrujete světlo, můžete ovládat aktivitu neuronu.
Proč je to důležité? Během posledních sto let studia neurologie se mnoho lidí pokusilo ovládat neurony pomocí všech možných technologií: farmakologie (drogy), elektrických impulsů atd. Ale žádná z nich nezaručuje přesnost. S optogenetikou můžeme nasměrovat světlo do jedné buňky nebo několika buněk a tyto konkrétní buňky „zapnout“nebo „vypnout“. Proč je to důležité? Pokud můžete aktivovat buňky, pak můžete zjistit, za co jsou zodpovědné. Možná pro pocit, rozhodnutí nebo pohyb. Tím, že je vypnete, chápete, co jejich funkce je: možná „vypnete“určité buňky a člověk ztratí nějakou paměť.
- Optogenetika se dnes používá pro výzkum mozku v laboratořích po celém světě. Jaké jsou nejslibnější oblasti, které s tím souvisí?
- Někteří vědci provádějí experimenty, které jsou z filozofického hlediska docela náročné. Například skupina vědců z Kalifornského technologického institutu objevila malé sdružování buněk hluboko, hluboko v mozku. Pokud je aktivujete pomocí světla, například u myší (mnoho z nich s nimi pracuje), pak se zvířata stanou agresivními, dokonce krutými. Zaútočí na každou bytost nebo předmět v bezprostřední blízkosti, dokonce i na náhodné věci, jako je rukavice. To je velmi zajímavé, protože nyní můžete klást otázky ze série „Co se stane, když tyto buňky dráždíte? Posílá to na svaly motorický příkaz? Jinými slovy, pohybuje se myš k útoku? Nebo je to smyslový příkaz?
To znamená, že se myš bojí a útočí na sebeobranu? “Můžete si položit opravdu důležité otázky o významu experimentu, když část mozku vyvolá komplexní reakci, jako je agrese nebo krutost.
Existuje řada vědců, kteří pracují na aktivaci nebo umlčení nervové aktivity v různých částech mozku pro lékařské účely. Například skupina vědců, která u myší trpících epilepsií prokázala, že můžete „vypnout“záchvaty působením na určité buňky. Existují další skupiny, které studovaly myši s Parkinsonovou chorobou a byly schopny zbavit zvířata symptomů choroby.
Vědci objevují také mnoho zajímavých věcí v základních vědách. Můj kolega MIT Suzumi Tonegawa a jeho tým vědců udělali něco velmi chytrého: programovali myši tak, aby neurony, které jsou zodpovědné za paměť, byly aktivovány světlem. Zjistili, že pokud tyto neurony reaktivujete pulsem světla, bude se myš chovat, jako by znovu prožívá paměť. Tímto způsobem je možné identifikovat skupiny buněk, které způsobí, že se paměť objeví v paměti. Od té doby vědci prováděli nejrůznější experimenty - mohou například aktivovat šťastnou paměť a myš se bude cítit lépe, i když je nemocná. A seznam pokračuje.
"Mnoho našich snah se stává docela úspěšnými při druhém nebo třetím pokusu."
- Máte nějaké nové myšlenky, jak zlepšit život?
"Uvědomil jsem si, že pokud opravdu chci, aby se mozkové technologie uplatňovaly po celém světě, musím přispívat jako podnikatel, to znamená začít podnikat a pomoci těmto vynálezům překročit akademické kruhy." Moje laboratoř spolupracovala s různými společnostmi dříve, ale letos jsem se účastnil zahájení tří. Doufejme, že můžeme zjistit, jak tyto technologie mohou lidem pomoci. Uvědomil jsem si, že nechci jen publikovat vědecké práce; Chci, aby tyto technologie byly použity ve skutečném životě.
"Jedna z těchto společností se věnuje technologii mozkového posilování, že?"
-Přesně tak. Založili jsme malou společnost s názvem Expansion Technologies, která má poučit svět o těchto teoriích zmocnění. Lidé samozřejmě mohou samostatně studovat naše publikace na toto téma, ale pokud dokážeme své nápady přivést k masám, mnoho vědeckých a lékařských problémů bude mnohem snazší vyřešit.
Musím hned říci, že všechna výzkumná data lze najít online, všechny informace otevřeně sdílíme. Vyškolili jsme více než sto skupin vědců. V případě potřeby může kdokoli provést podobný mikroskopický průzkum sám. Ale na rozdíl od optogenetiky, kde se můžete vždy obrátit na nějakou neziskovou organizaci a získat DNA zdarma nebo za peníze, tento výzkum vyžaduje dostupnost chemikálií, takže společnost, která poskytuje sady potřebných reagencií pro kohokoli, šetří čas.
Snažíme se vždy zvyšovat pozitivní dopad na svět. Projekt často zahajujeme přemýšlením: „Jaký problém trpí tisíce vědců, společností a univerzit?“A pak se pokusíme vytvořit nástroj, který by jim mohl pomoci. Pokud tedy uspějeme, pak (prakticky z definice) nemá smysl udržovat jej v tajnosti a pro sebe. Snažíme se sdílet naše nástroje s co největším počtem lidí.