Как правильно думать: нейробиолог Эд Бойден о скрытых возможностях мозга

Если ученым удастся «разгадать мозг», поможет ли это лечить все болезни, управлять чувствами, контролировать воспоминания и генерировать идеи как компьютер? Нейробиолог Эд Бойден рассказал The Huffington Post, какие перспективы открывает исследование мозга, чего сможет добиться человек, если научится управлять нейронами, и почему неудавшимся проектам надо давать второй или даже третий шанс. «Теории и практики» публикуют перевод интервью.

«Постоянно генерируй новые идеи. Не читай, не вдумываясь. Комментируй, формулируй, размышляй и обобщай, даже если читаешь предисловие. Так ты всегда будешь стремиться к пониманию сути вещей, что и нужно для творчества».

Эд Бойден когда-то написал короткое эссе-инструкцию «Как думать», и приведенный выше абзац стал его правилом № 1. Тогда ему было 28 лет, он запускал собственную исследовательскую группу по нейробиологии в Массачусетском технологическом институте и уже обнародовал некоторые свои изыскания, которые принесли ему престижную премию Brain Prize за помощь в достижении «возможно, самого важного технического прорыва за последние 40 лет», как сказал председатель жюри.

Это было почти десять лет назад. Его система генерации идей, кажется, оправдала ожидания. В прошлом году Бойден получил награду в три миллиона долларов на премии Breakthrough Prize, кроме того, он с коллегами открыл новый метод наблюдения за практически невообразимо крошечной электросхемой в головном мозге. Это позволило получить одни из самых точных изображений мозга.

— Вы часто говорите, что ваша цель — «разгадать мозг». Что вы имеете в виду?

— Я думаю, значение этой фразы будет меняться по мере получения новых знаний, но сейчас «разгадать мозг» для меня значит, что, во-первых, мы можем смоделировать (скорее всего, с помощью компьютера) процессы, которые будут генерировать нечто вроде мыслей и чувств, и во-вторых, что мы можем понять, как лечить нарушения мозговой деятельности, например болезнь Альцгеймера или эпилепсию. Это две цели, которые заставляют меня двигаться вперед. Одна фокусируется на понимании человеческой природы, другая — более медицинская.

Вы можете мне возразить, заметив, что есть и третий вопрос: что такое сознание? Почему у нас есть воспоминания, а у бутылок, ручек и столов, насколько нам известно, их нет? Боюсь, что пока у нас нет точного определения сознания, поэтому к этому вопросу сложно подступиться. У нас нет «замерителя сознания», который бы указывал, насколько что-либо сознательно. Думаю, когда-нибудь мы и до этого доберемся, но в среднесрочной перспективе я бы хотел сосредоточиться на первых двух вопросах.

«Почему мы так много знаем о мире? Довольно странно, что мы можем понять закон всемирного тяготения или квантовую механику»

— Когда в 2016 году вы выиграли премию Breakthrough Prize, вы говорили о текущих попытках исследования мозга: «Если у нас все получится, то мы сможем ответить на такие вопросы, как «Кто я? Что есть моя личность? Что мне надо делать? Почему я здесь?». Как исследование поможет нам ответить на вопрос «Кто я?»

— Я приведу пример. Когда в 2008 году наступил экономический кризис, я разговаривал со многими на тему того, почему люди поступают так, как поступают. Почему многие наши решения — не лучшие решения, которые мы могли бы принять?

Конечно, существует целая область науки — поведенческая экономика, которая пытается объяснить наши поступки на психологическом и когнитивном уровне. Например, если вы зададите человеку много вопросов, а потом он будет проходить мимо вазы с конфетами, то он, вероятно, возьмет несколько, потому что утомлен ответами и не может устоять.

Поведенческая экономика может объяснить некоторые вещи, но не может объяснить процессы, которые лежат в основе принятия решений, и в еще меньшей степени — кое-какие подсознательные моменты, которые мы вообще никак не контролируем. Заметьте, когда мы что-то осознаем, это часто результат бессознательных процессов, случившихся прямо перед этим. Так что если бы мы понимали, каким образом клетки мозга организованы в схему (практически компьютерную схему, если хотите), и видели, как информация протекает по этим сетям и изменяется, у нас было бы гораздо более четкое представление о том, почему наш мозг принимает определенные решения. Если мы разберемся в этом, может быть, мы сможем преодолеть некоторые ограничения и по меньшей мере понять, почему мы делаем то, что делаем.

Можете вообразить, что в очень отдаленном будущем (вероятно, на это уйдет много десятилетий) мы сможем задавать действительно сложные вопросы о том, почему мы относимся к определенным вещам так или иначе или почему мы думаем о себе определенным образом, — вопросы, которые находятся в поле зрения психологии и философии, но на которые так сложно получить ответ с помощью законов физики.

© TED Conference / Flickr

— Хорошо, я продолжу в том же направлении. Как исследование мозга поможет ответить на вопрос «Почему я здесь?»

— Одной из причин, по которой я переключился с физики на изучение мозга, стал вопрос «Почему мы так много знаем о мире?». Довольно странно, что мы можем понять закон всемирного тяготения или что мы понимаем квантовую механику — по крайней мере, до такой степени, чтобы делать компьютеры. Удивительно, что мир в некотором роде понятен.

И я задался вопросом: если наш мозг понимает какую-то часть устройства Вселенной, но не понимает всего остального, и все понятное ему доступно благодаря законам физики, на которых также базируется и работа нашего мозга, то получается нечто вроде замкнутого круга, так? И я пытаюсь разобраться: как его разорвать? Как сделать Вселенную понятной? Предположим, кое-чего о Вселенной мы не понимаем, но если мы знаем, как работает человеческий разум и каких мыслительных возможностей нам не хватает, может быть, мы можем создать более развитый искусственный интеллект, который поможет усилить нашу способность думать. Эту концепцию я временами называю «мозговой сопроцессор» — нечто, работающее с мозгом и расширяющее наше понимание.

У нас по-прежнему много вопросов к Вселенной, так? Эйнштейн пытался найти связь между квантовой механикой и гравитацией, но так и не преуспел в этом вопросе, и до сегодняшнего дня до конца не понятно, как решить эту дилемму. Возможно, чтобы понять некоторые вещи, нам нужно увеличить свои интеллектуальные способности. Что будет, если мы их расширим? Конечно, нет никаких гарантий. Но, может быть, мы узнаем больше о происхождении Вселенной, о том, какие силы влияли на нее в начале существования и какие влияют сейчас.

— Последний вопрос на эту тему. Как исследования мозга помогут ответить на вопрос «Что есть моя личность?»

— Прямо сейчас мы пытаемся составить карту структуры мозга. В нем довольно сложно что-то разглядеть. Сам мозг достаточно большой — человеческий весит несколько фунтов, — но соединения между нейронами, известные как синапсы, совсем крошечные. Тут речь идет о наноразмерах. Поэтому, если вы хотите увидеть, как клетки мозга соединены в сеть, вам нужно рассматривать именно синапсы. Каким образом это сделать? Мы разработали специальную методику. Берем участок мозговой ткани и вводим в нее химикат, точнее полимер, который в некотором роде очень похож на вещество в детских подгузниках. Это полимер, который разбухает при добавлении жидкости.

Если мы разместим его внутри мозга и добавим воды, то у нас появится возможность отодвигать друг от друга молекулы, из которых состоит мозг, и тогда мы сможем рассмотреть крошечные соединения между клетками.

Итак, мы рассуждаем: если взять очень маленький мозг, например рыбы или червя, сможем ли мы изучить его целиком? Сможем ли изобразить целую нервную систему с точностью до отдельных перемычек? Сейчас это на уровне идеи, для реализации пока нет нужных технологий, но если бы нам удалось усовершенствовать техническую часть, можно было бы составить достаточно детальную карту соединений в мозге, по которой реально воспроизвести его работу с помощью компьютера. И будет ли эта копия функционировать так же, как мозг организма, который стал первоисточником?

Представьте, что у нас был червь с 302 нейронами и мы отметили примерно 6 тысяч связей между ними, а также молекулы в местах соединения. Можно ли смоделировать действия этого червяка? Потом, возможно, удастся проделать то же с рыбой, потом — с мышью, а потом и с человеческим мозгом — каждый из этих мозгов примерно в тысячу раз больше предыдущего.

Если бы получилось составить карту человеческого мозга, сразу бы возник вопрос: если бы вы воспроизвели его деятельность на компьютере, это все еще были бы вы? Как уже отмечалось раньше, у нас нет точного или хотя бы рабочего определения сознания, поэтому пока мы не можем судить об этом качестве, просто глядя на что-либо, мы не можем пока дать ответ, я бы сказал. Но это поднимает интересный вопрос природы личности.

«Если бы мы понимали, каким образом клетки мозга организованы в схему, и видели, как информация протекает по этим сетям, может быть, мы смогли бы понять, почему мы делаем то, что делаем»

— Около десятилетия назад вы написали эссе «Как думать». С тех пор появились ли у вас какие-нибудь поправки или дополнения к тем правилам?

— Я написал это эссе довольно быстро, когда мы только запускали исследовательскую группу в Массачусетском технологическом институте и большую часть времени я проводил в пустой комнате, ожидая прибытия оборудования. С тех пор благодаря опыту я узнал, как эффективнее всего следовать этим правилам. ?Например, правило № 3 гласит: «Работай в обратном направлении, отталкиваясь от своей цели». С того момента я понял, что если ты работаешь, отталкиваясь от проблемы, которую нужно решить, и встречаешь людей, у которых есть какие-то навыки и которые исходят из своих возможностей, то работать вместе вам будет очень просто, потому что все стороны в этом заинтересованы. Обладатели навыков хотят иметь большее влияние и решать проблемы, а люди, которые ставят цели, хотят получить новые инструменты для решения этих проблем. Поэтому правило № 3 «Работай в обратном направлении, отталкиваясь от своей цели» естественно ведет к правилу № 6 — «Сотрудничай».

Также я научился анализировать природу проблем. В этом году я прочитал небольшую лекцию на Всемирном экономическом форуме в Давосе. Она называлась «Готовим революции», в ней рассказывалось о том, как научиться глубже вникать в проблемы и делать возможным их решение. Это было нечто вроде «Как думать 2.0», но в форме видео.

— Какие книги сильнее всего повлияли на ваше интеллектуальное развитие??

«Time, Love, Memory»

— Одна из них — это «Время, любовь, память» Джонатана Вайнера. Она рассказывает о тех временах, когда люди начали связывать гены с оcобенностями поведения. Автор начинает с зари эпохи генетики — когда люди установили, что рентгеновские лучи изменяют гены — и заканчивает современностью, когда ученые выясняют, какие гены отвечают, например, за наше чувство времени или способность запоминать. Мне нравится эта книга, потому что она показывает науку в движении — не как учебник, «перед вами факты с седьмого по сорок восьмой, запомните их», — она показывает страдающих от неопределенности людей, которые преодолевают всевозможные трудности, и это очень увлекательно. Раньше я перечитывал ее каждый год, она сильно на меня повлияла.

Вторая книга называется «Размышляя о науке». Она рассказывает о Максе Дельбрюке, физике, который тоже сменил свое поле деятельности на биологию. Он внес большой вклад в открытие структуры генов и содействовал началу новой эпохи молекулярной биологии. В книге много рассказывается о его взглядах, о том, как он раздумывал над своим переходом от физики к биологии. Эта книга также сильно повлияла на мою жизнь, потому что я часто размышляю о том, как исследовать сложные системы вроде мозга, как разобраться в реальном положении дел, как избавиться от приблизительности и не останавливаться на полпути.

— Вы упоминали, что постоянно делаете заметки. Что это за система?

— Когда я с кем-нибудь разговариваю, то кладу на стол бумагу и делаю конспект беседы. В конце я фотографирую записи на телефон и отдаю своему собеседнику листок. Ежемесячно я просматриваю все эти конспекты и маркирую их с помощью ключевых слов. На это есть две причины. Во-первых, так как я повторно переварил разговор, это помогает мне его запомнить. Во-вторых, поскольку я подобрал ключевые слова, его легко найти. К настоящему моменту я сделал уже десятки тысяч таких конспектов.

— Ваша работа предполагает, что вы много времени тратите на размышления. Как добиться максимального результата? ?

— Есть три пункта, от прагматичного до абстрактного. Уже долгое время я очень рано встаю. Стараюсь подниматься в 4–5 часов утра, намного раньше, чем другие сотрудники лаборатории. Благодаря этому у меня есть несколько часов тишины, чтобы подумать и ни на что не отвлекаться. Мне кажется, это важно. ?

Во-вторых, многие хорошие идеи на самом деле плохие, потому что раз они сразу звучат так хорошо, то о них уже все подумали и стремятся воплотить в жизнь. Поэтому я часто думаю о вещах, которые на первый взгляд кажутся плохими идеями, но вдруг, если посмотреть на них с нужного ракурса, они окажутся хорошими? Я трачу очень много времени на то, чтобы подходить к идеям с разных сторон.

Десятилетия назад астроном Фриц Цвикки создал множество теорий, которые сегодня являются одними из самых животрепещущих в астрофизике. Актуальнейшие из актуальных идей, вроде темной материи, он выдвинул в 1930-х. Каким образом Цвикки это сделал? Он просто рассматривал все возможные варианты. Цвикки называл свой метод «морфологическим анализом», но мне кажется, что такое и не выговорить, поэтому я называю его «мозаично-древовидной схемой». Во время своего выступления на Всемирном экономическом форуме я рассказывал о том, как учесть все возможные способы создания энергетической системы: энергия может быть возобновляемой и невозобновляемой, возобновляемая энергия может быть солнечной и несолнечной, и если вы будете и дальше делить категории на все более и более мелкие, то сможете подумать почти обо всех существующих идеях. Так что я часто практикую метод Цвикки.

И наконец — и этот пункт еще более абстрактный, — я верю в случайные открытия. Я трачу много времени на просмотр конспектов старых разговоров. Во многих из них речь идет об идеях, которые провалились, проекты не удались. Но знаете что? Это было пять лет назад, а сейчас компьютеры работают быстрее, появилась новая информация, мир изменился. Поэтому мы можем перезапустить проект.

Многие из наших начинаний становятся вполне успешными только со второй или третьей попытки. Важная часть моей работы — это помнить неудачи и перезапускать неудавшиеся проекты, когда придет время.

— ?Вы получили свои основные награды за разработки в оптогенетике. Почему она стала таким важным достижением? ?

— Когда говоришь об оптогенетике, надо помнить, что «опто» значит «свет», а «генетика» — что мы используем гены, которые выполняют всю работу. Вы вводите ген, который по принципу действия напоминает маленькую солнечную батарею — по сути, это молекула, которая превращает свет в электричество. Поэтому если вы внедрите ее в нейрон и направите на нее свет, то сможете управлять деятельностью нейрона.

Почему это важно? За последние сто лет изучения неврологии многие люди пытались контролировать нейроны, используя все возможные технологии: фармакологию (медикаменты), электрические импульсы и так далее. Но ни одна из них не гарантирует точности. С оптогенетикой мы можем направлять свет на отдельную клетку или несколько клеток и «включать» либо «выключать» именно эти клетки.

Так почему же это важно? Если вы можете активировать клетки, то вы можете разобраться, за что они отвечают. Возможно, за ощущение, или решение, или движение. «Выключая» их, вы понимаете, в чем их функция: может, вы «выключите» определенные клетки, и у человека пропадет какое-то воспоминание.

© TED Conference / Flickr

— Оптогенетика сегодня используется для исследования мозга в лабораториях по всему миру. Какие наиболее интересные и многообещающие направления, связанные с ней, вы выделяете?

— Некоторые исследователи проводят довольно вызывающие с философской точки зрения эксперименты. Например, группа ученых в Калифорнийском технологическом институте обнаружила небольшое объединение клеток глубоко-глубоко в недрах мозга. Если вы активируете их с помощью света, например, у мышей (многие работают именно с ними), то животные станут агрессивными, даже жестокими. Они будут атаковать любое существо или предмет в непосредственной близости, даже какие-то случайные вещи вроде перчатки. Это очень интересно, потому что теперь можно задаваться вопросами из серии «Что происходит, когда вы раздражаете эти клетки? Посылает ли это моторную команду мускулам? Другими словами, мышь движется, чтобы атаковать? Или дело в сенсорной команде? То есть мышь боится и атакует в целях самозащиты?». Вы можете задавать действительно важные вопросы о значении эксперимента, когда участок мозга вызывает такую сложную реакцию, как агрессия или жестокость.

Есть целый ряд исследователей, которые работают над активацией или заглушением нервной деятельности в разных частях мозга для достижения медицинских целей. Например, группа ученых, которая показала на мышах, страдающих эпилепсией, что можно «выключать» судороги, воздействуя на определенные клетки. Есть другие группы, которые изучали мышей с болезнью Паркинсона и смогли избавить животных от симптомов этого заболевания.

Ученые много интересного открывают и в фундаментальных науках. Мой коллега по MIT Судзуми Тонегава и его группа исследователей сделали кое-что очень хитрое: они так «запрограммировали» мышей, что нейроны, которые отвечают за память, стали активироваться с помощью света. Они выяснили, что если реактивировать эти нейроны с помощью светового импульса, то мышь будет вести себя так, как будто заново переживает какое-то воспоминание. Таким образом, можно определить группы клеток, которые заставляют воспоминание всплыть в памяти. С тех пор исследователи проводят всевозможные эксперименты — например, они могут активировать счастливое воспоминание, и мышь почувствует себя лучше, даже если она больна. И список можно продолжать и продолжать.

«Многие из наших начинаний становятся вполне успешными только со второй или третьей попытки»

— Есть ли у вас какие-то новые мысли по поводу того, как сделать жизнь лучше?

— Я понял, что если я правда хочу, чтобы технологии работы с мозгом применялись по всему миру, то я должен этому содействовать как предприниматель, то есть основать бизнес и помочь этим изобретениям выйти за рамки академических кругов. Моя лаборатория и раньше сотрудничала с различными компаниями, но в этом году я сам участвую в запуске трех. Надеюсь, мы сможем разобраться, каким образом эти технологии могут помочь людям. Я понял, что не хочу просто публиковать научные работы; я хочу, чтобы эти технологии использовались в реальной жизни.

— Одна из этих компаний занимается технологией расширения возможностей мозга, не так ли?

—Именно. Мы основали небольшую компанию под названием Expansion Technologies, ее цель — рассказать миру об этих теориях расширения возможностей. Конечно, люди могут самостоятельно изучить наши публикации на эту тему, но если мы сможем нести свои идеи в массы, то многие научные и медицинские проблемы будет гораздо проще решить.

Сразу скажу, что все данные по исследованиям можно найти онлайн, мы открыто делимся всей информацией. Мы обучили, наверное, более сотни групп исследователей. При желании каждый может сам провести аналогичное микроскопическое изыскание. Но в отличие от оптогенетики, где всегда можно обратиться в какую-нибудь некоммерческую организацию, чтобы получить ДНК бесплатно или за деньги, эти исследования требуют наличия химикатов, поэтому компания, которая изготавливает наборы необходимых реактивов, доступных любому, экономит время.

Мы просто всегда пытаемся увеличить позитивное воздействие на мир. Мы часто начинаем проект с размышлений: «От какой проблемы страдают тысячи исследователей, компаний и университетов?» И потом стараемся создать инструмент, который мог бы им помочь. Поэтому если мы преуспеем, то (практически по определению) нет никакого смысла хранить это в секрете и держать при себе. Мы просто стараемся поделиться нашими инструментами с как можно большим количеством людей.