Мозг. Советы ученого, как по максимуму использовать самый совершенный в мире орган

Должен признаться, когда мне в голову только пришла идея этой главы, я сразу задался вопросом: можно ли переместить мой мозг в тело робота, чтобы продлить мою жизнь? Обратившись к людям с просьбой прислать вопросы о нейробиологии, я с радостью заметил, что эта тема интересовала не только меня, и подумал: «Я хотя бы буду не единственным роботом». Сможем ли мы когда-нибудь загрузить свои воспоминания, мысли и личностные характеристики в компьютеризированный искусственный мозг, чтобы после смерти нашего тела осталась версия нас, продолжающая «жить»? Если да, то как это будет выглядеть и как нам начать работать над такой технологией? Сможем ли мы добиться этого в будущем?

Начнем с идеи о создании искусственного мозга, в котором будут храниться личностные черты и жизненный опыт. Необходимо будет сделать компьютеризированный дубликат нашего мозга, хранящего всю эту информацию. Важнейшими шагами на пути к такому устройству являются его сканирование и картирование. В человеческом мозге содержится 88–100 миллиардов нейронов, у каждого из которых есть тысячи или десятки тысяч синапсов. Это означает, что ученым необходимо картировать 1 000 000 000 000 000 (квадриллион) связей. Если учитывать другие клетки мозга, например глиальные, которых почти в пять раз больше, чем нейронов, то все еще больше усложняется. Я даже не говорю об интернейронах, своего рода посредниках между двумя нейронами. Все это нужно картировать и визуализировать, чтобы понять и дублировать человеческий мозг. Выходит, ученым просто нужна гигантская карта? Ну… и да и нет.

Видеть – значит верить

Одной из важнейших вещей, в которых за 100 лет произойдут изменения, является технология, позволяющая ученым визуализировать происходящее внутри нейрона. В самые мощные современные микроскопы, такие как электронные и двухфотонные (двухфотонные микроскопы выпускают лазер для подсветки нейронов и считаются золотым стандартом), получается изучать только совершенно неподвижные клетки, которые, естественно, не могут быть живыми. Живую ткань можно визуализировать, но в результате обычно выходят медленные кадры с плохим разрешением[41]. Технологии, которые позволили бы проделать это с живыми клетками мозга в реальном времени, например понаблюдать за реакцией рецепторов и других белков на лекарственные вещества, стали бы научным прорывом. Благодаря ему ученые смогли бы точно узнать, как работает тот или иной препарат.

Новые и более специфические методы визуализации, которые позволили бы маркировать определенные части клеток мозга, дали бы ученым возможность отследить происходящие со временем изменения в разных его областях. Эта информация помогла бы выяснить, что именно запускает процесс болезни в мозге. Данный процесс сложен для изучения и до сих пор до конца не понят. Сегодня исследователям приходится выбирать между изображением высокого качества, которое долго обрабатывается, и менее качественным, но обрабатывающимся быстрее. Будущие технологии визуализации должны сочетать оба преимущества и не иметь серьезных недостатков.

Сотрудники нью-йоркской лаборатории Алипаши Вазири сейчас разрабатывают технику трехфотонной микроскопии, которая позволит получать изображения на глубине, превышающей стандартный миллиметр. Они могут одновременно записывать информацию о 12 тысячах нейронов, пока животное двигается и взаимодействует с окружающей средой. Таким образом, ученые исследуют, как меняется мозг в зависимости от поведения. Это действительно невероятное достижение.

Большие изображения будут предоставлять так много данных, что стандартным компьютерам было бы трудно работать с ними. Дальнейший прогресс в этой области зависит от инноваций в технологиях, микроскопии, компьютерном программном обеспечении и искусственном интеллекте, поскольку без всего этого обработать настолько большой объем информации не получится.

В 2019 году исследовательская группа Массачусетского технологического института объединилась с лауреатом Нобелевской премии Эриком Бетцигом и его лабораторией, чтобы необычным образом взглянуть на нейроны. Как вы уже могли догадаться, они решили исследовать мозг плодовой мушки. Ученые разработали технику под названием экспансионная микроскопия, при которой нейроны увеличивают в размере, чтобы создать трехмерное изображение. Полученные изображения были беспрецедентными. Они позволили приблизить конкретные нейроны и синапсы, чтобы сосчитать все 40 миллионов синапсов. Это просто невероятно. Это то же самое, что сфотографировать иголку в стоге сена – точнее говоря, 40 миллионов иголок в огромном количестве стогов. А теперь представьте, что все эти стога умещаются на кончике пальца.