Ha a tudósok kitalálják az agyat, segít-e gyógyítani az összes betegséget, kezelni az érzéseket, kezelni az emlékeket és generálni ötleteket, mint egy számítógép?
Ed Boyden idegtudós tudósító beszélt az agykutatás kilátásairól, hogy mit lehet elérni egy ember, ha megtanulja irányítani az idegsejteket, és miért kell a másodlagos vagy akár harmadik esélyt adni a sikertelen projekteknek. Az Theory and Practice közzéteszi az interjú fordítását.
„Folyamatosan generáljon új ötleteket. Ne olvassa el gondolkodás nélkül. Kommentáljon, megfogalmazzon, reflektáljon és általánosítson, még akkor is, ha az előszót olvassa. Tehát mindig arra törekszel, hogy megértsd a dolgok lényegét, amelyre van szükség a kreativitáshoz."
Ed Boyden egyszer írt egy rövid, "Hogyan gondolkodjunk" című tanulmányt, és a fenti bekezdés az első számú szabály lett. 28 éves volt, 28 éves korában alapította saját idegtudományi kutatócsoportját a MIT-nél, és már közzétette kutatásainak egy részét, amely elnyerte neki a rangos Brain-díjat azért, hogy hozzájárult „40 év vitathatatlanul a legfontosabb technikai áttöréshez” - mondta a zsűri elnöke. Majdnem tíz évvel ezelőtt volt. Ötletegenerációs rendszere úgy tűnik, hogy megfelel az elvárásoknak. Boyden tavaly 3 millió dolláros áttörési díjat kapott, és kollégáival új módszert fedezett fel az agy szinte elképzelhetetlenül apró elektromos áramkörének megfigyelésére. Ez az agy néhány legpontosabb képét hozta létre.
- Gyakran azt mondod, hogy a célod az, hogy "kibontad az agyat". Mi jár a fejedben?
- Úgy gondolom, hogy ennek a kifejezésnek a jelentése megváltozik, amint új ismereteket szerezünk, de most az agy kibontakozása számomra azt jelenti, hogy egyrészt szimulálhatjuk (valószínűleg számítógéppel) olyan folyamatokat, amelyek valamilyen gondolatot generálnak. Másrészt, hogy megértsük, hogyan lehet kezelni az agyi rendellenességeket, például az Alzheimer-kórt vagy az epilepsziát. Ez két olyan cél, amely folyamatosan továbbmozdítja. Az egyik az emberi természet megértésére összpontosít, a másik orvosi.
Vitatkozhat velem, ha észreveszi egy harmadik kérdést: mi a tudatosság? Miért vannak emlékeink, de palackok, tollak és asztalok, amennyire tudjuk, nem? Attól tartok, hogy még nincs meghatározva a tudatosság pontos meghatározása, ezért ezt a kérdést nehéz megközelíteni. Nincs olyan "tudatosságmérő", amely jelzi, hogy valami tudatos. Úgy gondolom, hogy valamikor eljutunk ehhez, de középtávon szeretnék az első két kérdésre összpontosítani.
- Miért tudunk annyira a világról? Nagyon furcsa, hogy megértjük az egyetemes gravitációs vagy kvantummechanika törvényét"
Promóciós videó:
- Amikor 2016-ban elnyerte az Áttörés díjat, beszélt az agyi kutatás folyamatos erőfeszítéseiről: „Ha sikerrel jár, akkor olyan kérdésekre tudunk válaszolni, mint„ Ki vagyok én? Mi a személyiségem? Mit kellene tennem? Miért vagyok itt?". Hogyan segíthetnek a kutatások a "Ki vagyok én?" Kérdés megválaszolásában?
- Adok egy példát. Amikor a gazdasági válság 2008-ban eljutott, sokakkal beszéltem arról, hogy az emberek miért csinálják, amit csinálnak. Miért sok döntésünk nem a legjobb döntés, amelyet meg tudtunk hozni? Természetesen létezik egy egész tudományterület - viselkedésgazdaságtan, amely megpróbálja magyarázni tevékenységünket pszichológiai és kognitív szinten. Például, ha sok kérdést tesz fel egy személyre, és akkor egy tál édesség mellett sétál, akkor valószínűleg néhányat elfoglal, mert fáradt a válaszoktól és nem tud ellenállni.
A viselkedésgazdaságtan megmagyarázhat bizonyos dolgokat, de nem magyarázza azokat a folyamatokat, amelyek a döntéshozatal alapját képezik, és még kevésbé olyan tudatalatti pillanatokat, amelyeket egyáltalán nem tudunk ellenőrizni. Ne feledje, hogy amikor valami tisztában vagyunk, ez gyakran öntudatlan folyamatok eredménye, amelyek közvetlenül azelőtt zajlottak le. Tehát, ha megértenénk, hogy az agysejtek hogyan szerveződnek egy áramkörbe (gyakorlatilag egy számítógépes áramkörbe, ha akarsz), és látnánk, hogy az információ hogyan áramlik ezeken a hálózatokon keresztül, és hogyan változnak, sokkal világosabb képet kapnánk arról, hogy mi az agyunk bizonyos megoldások. Ha ezt megértjük, akkor talán legyőzhetjük néhány korlátozást és legalább megérthetjük, miért csináljuk, amit csinálunk.
El tudod képzelni, hogy a nagyon távoli jövőben (valószínűleg sok évtizede eltel majd), valóban nehéz kérdéseket tehetünk fel arról, hogy miért kapcsolódunk bizonyos dolgokhoz úgy vagy úgy, vagy miért gondolunk önmagunkra bizonyos módon - olyan kérdésekre, amelyek a pszichológia, a filozófia látótere, amelyre olyan nehéz válaszolni a fizikai törvények segítségével.
- Hogyan segíti az agykutatás a "Miért vagyok itt?" Kérdést?
- Az egyik ok, amiért a fizikáról az agy tanulmányozására váltottam, az volt a kérdés, hogy "Miért tudunk annyira a világról?" Elég furcsa, hogy megértjük a gravitációs törvényt, vagy hogy megértjük a kvantummechanikát - legalábbis olyan mértékben, ameddig számítógépek készíthetők. Elképesztő, hogy a világ valamilyen módon érthető.
És feltettem magamnak egy kérdést: ha az agyunk megérti a világegyetem felépítésének egy részét, de nem ért meg mindent mást, és minden, amit ért, a fizikai törvényeknek köszönhetően áll rendelkezésre, amelyekre az agyunk munkája is épül, akkor kiderül, hogy egy ördögi körhöz hasonló, igaz? És megpróbálom kitalálni: hogyan lehet megtörni? Hogyan lehet érthetővé tenni az univerzumot? Tegyük fel, hogy nem értünk valamit a világegyetemről, de ha tudjuk, hogyan működik az emberi elme, és milyen gondolkodási képességeink vannak, talán létrehozhatunk egy fejlettebb mesterséges intelligenciát, amely elősegíti a gondolkodásképességünket.
Ezt a koncepciót néha "agyi koprocesszornak" hívom - olyasmi, ami működik az agyval és kibővíti megértésünket.
Még mindig sok kérdésünk van az univerzum számára, igaz? Einstein megpróbált kapcsolatot találni a kvantummechanika és a gravitáció között, de ebben a kérdésben nem sikerült, és a mai napig nem teljesen világos, hogyan lehet megoldani ezt a dilemmát. Lehet, hogy bizonyos dolgok megértése érdekében fokoznunk kell szellemi képességeinket. Mi történik, ha kibővítjük őket? Természetesen nincs garancia. De talán többet fogunk megtudni az univerzum eredetéről, arról, hogy mely erők befolyásolták azt a létezés kezdetén, és melyek hatnak most.
- Az utolsó kérdés ebben a témában. Hogyan segíti az agykutatás a "Mi a személyiségem" kérdést?
„Jelenleg megpróbáljuk feltérképezni az agy szerkezetét. Nagyon nehéz látni benne valamit. Maga az agy elég nagy - egy ember súlya több font -, de a neuronok közötti kapcsolatok, nevezetesen a szinapszisok, csekélyek. Itt nanoskáláról beszélünk. Ezért, ha azt szeretné látni, hogy az agysejtek hogyan kapcsolódnak egy hálózathoz, mérlegelnie kell a szinapszisokat. Hogyan lehet ezt megtenni? Kifejlesztettünk egy speciális technikát. Vegyünk egy darab agyszövetből és befecskendezzük egy vegyi anyagot, pontosabban egy polimert, amely valamilyen módon nagyon hasonlít a csecsemő pelenkák anyagához. Ez egy polimer, amely duzzad, amikor folyadékot adagolnak.
Ha az agyba helyezzük, és vizet adunk hozzá, akkor képesek leszünk az agyt alkotó molekulák szétválasztására, majd láthatjuk a sejtek közötti apró kapcsolatokat. Tehát okunk van: ha nagyon kicsi agyt veszünk, például halat vagy féreget, megvizsgálhatjuk-e teljes egészében? Meg tudjuk-e ábrázolni az egész idegrendszert az egyes ugrók pontosságával? Most ez egy ötlet szintjén van, a végrehajtáshoz még nincs szükség technológiákra, de ha sikerült fejlesztenünk a műszaki részt, akkor lehetséges lenne egy kellően részletes térkép készítését az agyban lévő kapcsolatokról, amely szerint a munkája számítógéppel valóban reprodukálható. És ez a másolat ugyanúgy fog működni, mint a szervezet agya, amely az elsődleges forrás lett?
Képzelje el, hogy van egy féreg 302 idegsejttel, és körülbelül 6 ezer kapcsolatot észleltünk közöttük, valamint molekulákat a kereszteződésekben. Lehetséges szimulálni ennek a féregnek a hatásait? Ezután talán lehetséges ugyanezt tenni egy hallal, majd egérrel, majd egy emberi agyval - ezeknek az agyaknak mindegyike ezerszer nagyobb, mint az előzőké. Ha meg tudná térképezni az emberi agyat, azonnal felmerül a kérdés: ha számítógépen reprodukálja annak tevékenységét, akkor is te vagy? Mint korábban megjegyeztük, nincs pontos vagy legalábbis működő meghatározása a tudatosságnak, így bár ezt a minőséget nem tudjuk pusztán valami megítélésével megítélni, mégsem tudunk válaszolni, azt mondanám. De ez érdekes kérdést vet fel a személyiség természetével kapcsolatban.
"Ha megértenénk, hogy az agysejtek hogyan vannak áramkörökbe rendezve, és láthatjuk, hogyan áramlik az információ ezeken a hálózatokon, akkor megérthetnénk, hogy miért csináljuk, amit csinálunk."
- Körülbelül egy évtizeddel ezelőtt írt egy "Hogyan gondolkodjunk" esszét. Azóta volt-e bármilyen módosítása vagy kiegészítése e szabályokban?
„Nagyon gyorsan írtam ezt az esszét, amikor a MIT kutatócsoportját indítottuk és időm nagy részét egy üres helyiségben töltöttem, várva, hogy a felszerelés megérkezzen. Azóta a tapasztalatok alapján megtanultam, hogyan lehet a legjobban követni ezeket a szabályokat. Például a 3. szabály a következőt mondja: "Tartson hátra a céljától."
Ettől a pillanattól kezdve rájöttem, hogy ha egy megoldandó problémától kezdve dolgozik, és olyan emberekkel találkozik, akiknek vannak bizonyos készségeik és képességeikből épül fel, akkor nagyon könnyű lesz együtt dolgozni, mert minden fél érdekli ez. A képességtulajdonosok nagyobb befolyást és problémamegoldást akarnak, a célmeghatározók pedig új eszközöket akarnak e problémák megoldására. Ezért a 3. számú „Visszatekintés a céltól kezdve” szabály természetesen a 6. számú szabályhoz - „Együttműködés” vezet. Megtanultam elemezni a problémák természetét is. Ebben az évben rövid előadást tartottam a davosi Világgazdasági Fórumon. A forradalom előkészítése volt, és arról szól, hogyan lehet megtanulni mélyebben belemerülni a problémákba és lehetséges megoldásokat találni. Olyan volt, mint a How To Think 2.0, de egy videó formájában.
- Milyen könyvek befolyásolták leginkább az intellektuális fejlődését?
- Az egyik Jonathan Weiner "Idő, szerelem, memória". Beszél azokról az időkről, amikor az emberek a géneket a viselkedés jellemzőivel kezdték társítani. A szerző a genetika korszakának hajnalával kezdődik - amikor az emberek felfedezték, hogy a röntgensugár megváltoztatja a géneket - és a modernitással fejeződik be, amikor a tudósok kitalálják, mely gének felelősek például az időérzetért vagy az emlékezet képességéért. Nagyon szeretem ezt a könyvet, mert mozgásban mutatja a tudományt - nem úgy, mint egy tankönyvben: „7–4. Nyolcadik tényed van, emlékszel rájuk” - ez a bizonytalanságban szenvedő embereket mutatja be, akik mindenféle nehézséget legyőznek, és ez nagyon izgalmas. Évente újraolvastam, és ez nagy hatással volt rám.
A második könyv a gondolkodás a tudományról szól. Max Delbrückről, a fizikusról beszél, aki szintén biológiára változtatta tevékenységét. Nagyon hozzájárult a gének szerkezetének felfedezéséhez, és segített új korszak elindításában a molekuláris biológiában. A könyv sokat mond a véleményeiről, arról, hogyan gondolkodott a fizikáról a biológiára való áttérésen. Ez a könyv nagy hatással volt az életemre, mert gyakran gondolkodok azon, hogy miként lehet felfedezni olyan komplex rendszereket, mint például az agy, hogyan lehet kitalálni a dolgok valós helyzetét, hogyan lehet megszabadulni a közelítéstől, és nem állhat meg félúton.
- Megemlítette, hogy állandóan jegyzeteket készít. Mi ez a rendszer?
- Amikor valakivel beszélgetek, papírt teszek az asztalra, és összefoglalom a beszélgetést. A végén lefényképezem a jegyzeteket a telefonomban, és átadom a lapot a beszélgetőpartneremnek. Minden hónapban áttekintem ezeket az összefoglalókat, és kulcsszavakkal címkézem őket. Ennek két oka van. Először, mivel újrabeszéltem a beszélgetést, ez segít nekem emlékezni. Másodszor, mivel a kulcsszavakat választottam, könnyű megtalálni. A mai napig már több tízezer ilyen jegyzetet készítettem.
- Munkája azt sugallja, hogy sok időt töltsön gondolkodással. Hogyan érhető el a maximális eredmény?
- Három pont van, a pragmatikától az absztraktig. Nagyon korán keltem fel. Próbálok felkelni reggel 4-5-kor, sokkal korábban, mint más laboratóriumi személyzet. Ennek köszönhetően néhány órányi csend van arra, hogy gondolkodjam és semmiből ne zavarjam. Azt hiszem, ez fontos. Másodszor, sok jó ötlet valójában rossz, mert mivel azonnal olyan jól hangzik, akkor mindenki már gondolkodott rajtuk, és megpróbálta megvalósítani. Ezért gyakran gondolok olyan dolgokra, amelyek első pillantásra rossz ötleteknek tűnnek, de hirtelen, ha derékszögben néz rájuk, jóknak bizonyulnak? Nagyon sok időt töltök arra, hogy különböző szempontokból megközelítsem az ötleteket.
Évtizedekkel ezelőtt, Fritz Zwicky csillagász sok olyan elméletet dolgozott ki, amelyek ma az asztrofizikában a legégetőbbek. A jelenlegi ötletek közül a legrelevánsabb, például a sötét anyag az 1930-as években terjesztett elő. Hogyan csinálta Zwicky ezt? Csak mérlegelte az összes lehetséges lehetőséget. Zwicky módszerét "morfológiai elemzésnek" nevezte, de számomra úgy tűnik, hogy ezt nem lehet kimondani, ezért "mozaik-fa-sémának" hívom.
Végül - és ez a pont még elvontabb - hiszek a véletlenszerű felfedezésekben. Nagyon sok időt töltök a régi beszélgetések átirataival. Sokan azokról az ötletekről szólnak, amelyek kudarcot valltak, a projektek kudarcot vallottak. De tudod mit? Ez volt öt évvel ezelőtt, és most a számítógépek gyorsabban működnek, új információk jelentek meg, a világ megváltozott. Ezért újraindíthatjuk a projektet. Sok erőfeszítésünk csak a második vagy a harmadik próbálkozáson teljes mértékben sikeres. Feladatom fontos részét képezi a kudarcok emlékezése és a sikertelen projektek újraindítása, amikor eljön az idő.
- Megkapta a fő díjakat az optogenetika kutatásáért. Miért lett ilyen fontos eredmény?
„Amikor az optogenetikáról beszélünk, nem szabad elfelejtenünk, hogy az„ opto”jelentése„ könnyű”, a„ genetika”azt jelenti, hogy géneket használunk, amelyek minden munkát elvégznek. Bevezetsz egy gént, amely úgy működik, mint egy kis napelem - lényegében egy olyan molekula, amely a fényt elektromosá alakítja. Ezért, ha bevezeti egy neuronba, és irányítja rá a fényt, akkor ellenőrizheti az ideg aktivitását.
Miért fontos? A neurológia tanulmányozásának az elmúlt száz évben sok ember megkísérelte az idegsejteket az összes lehetséges technológiával: farmakológia (gyógyszerek), elektromos impulzusok, stb. De egyikük sem garantálja a pontosságot. Az optogenetika segítségével a fényt egyetlen cellába vagy több cellába irányíthatjuk, és ezeket az adott sejteket „be- vagy kikapcsolhatjuk”. Miért fontos ez? Ha aktiválhatja a cellákat, akkor kitalálhatja, miért felelnek. Talán érzés, döntés vagy mozgalom miatt. "Kikapcsolva" őket, megérti, mi a funkciójuk: lehet, hogy "kikapcsolja" bizonyos cellákat, és egy ember elveszíti valamilyen memóriáját.
- Az optogenetikát ma használják agykutatáshoz a világ minden táján működő laboratóriumokban. Melyek a legígéretesebb területek ehhez kapcsolódóan, kiemeli?
- Egyes kutatók filozófiai szempontból meglehetősen kihívásokkal teli kísérleteket végeznek. Például egy kutatócsoport a Kaliforniai Technológiai Intézetben felfedezte a sejtek kis összevonását az agy mélyén, mélyén. Ha fény segítségével aktiválja őket, például egerekben (sokan velük dolgoznak), akkor az állatok agresszívvé válnak, sőt még kegyetlenek is. Megtámadnak minden lényt vagy tárgyat a közvetlen közelében, még néhány véletlenszerű dolgot is, mint például egy kesztyű. Ez nagyon érdekes, mert most feltehet kérdéseket a „Mi történik, ha irritálja ezeket a sejteket?” Című sorozatból. Ez motoros parancsot küld az izmoknak? Más szavakkal: mozog-e az egér a támadáshoz? Vagy érzékszervi parancs?
Vagyis az egér fél és önvédelemben támad? Nagyon fontos kérdéseket tehet fel a kísérlet jelentésével kapcsolatban, amikor az agy egy része olyan összetett reakciót vált ki, mint agresszió vagy kegyetlenség.
Számos kutató dolgozik azon, hogy orvosi célokra az agy különféle részein idegi tevékenységeket aktiváljon vagy elnémítson. Például egy tudóscsoport, amely kimutatta az epilepsziában szenvedő egerekben, hogy bizonyos sejteken való fellépéssel "kikapcsolhatja" a rohamokat. Vannak más csoportok is, akik Parkinson-kóros egereket vizsgáltak, és képesek voltak megszabadítani az állatokat a betegség tüneteitől.
A tudósok sok érdekes dolgot fedeztek fel az alaptudományokban. MIT kollégám, Suzumi Tonegawa és kutatócsoportja valami nagyon okos dolgot tett: úgy programozták az egereket, hogy a memóriaért felelős idegsejteket fény aktiválja. Úgy találták, hogy ha ezeket az idegsejteket egy fény impulzussal újraaktiválja, az egér úgy viselkedik, mintha memóriát élvez. Ilyen módon azonosítható azoknak a celláknak a csoportjai, amelyek a memóriát felugrik a memóriában. Azóta a kutatók mindenféle kísérletet végeztek - például aktiválhatják a boldog memóriát, és az egér jobban fogja érezni magát, még akkor is, ha beteg. És a lista folytatódik.
"Sok erőfeszítésünk csak a második vagy a harmadik próbálkozáskor válik elég sikeressé."
- Van új gondolatai arról, hogyan lehetne jobbá tenni az életet?
„Rájöttem, hogy ha valóban azt akarom, hogy az agyi technológiákat az egész világon alkalmazzák, akkor vállalkozóként kell hozzájárulnom, vagyis vállalkozást kell kezdenem, és segítenem ezeket a találmányokat, hogy túllépjék az akadémiai köröket. Laboratóriumom már korábban különféle cégekkel együttműködött, de ebben az évben magam is részt veszek három bevezetésében. Remélhetőleg kitaláljuk, hogy ezek a technológiák hogyan tudnak segíteni az embereknek. Rájöttem, hogy nem akartam csak tudományos cikkeket publikálni; Azt akarom, hogy ezeket a technológiákat a valós életben is felhasználják.
„Ezeknek a társaságoknak az egyikje az agyi képességek fejlesztésének technológiája, igaz?
-Pontosan. Egy Expansion Technologies nevű kisvállalatot indítottunk, hogy oktatjuk a világot ezekről a felhatalmazási elméletekről. Természetesen az emberek önállóan tanulmányozhatják a témával kapcsolatos kiadványainkat, de ha elképzeléseinket eljuttathatjuk a tömegekhez, akkor sok tudományos és orvosi problémát sokkal könnyebben lehet megoldani.
Azonnal el kell mondanom, hogy az összes kutatási adat online megtalálható, nyíltan megosztjuk az összes információt. Több mint száz kutatói csoportot képztünk. Ha szükséges, bárki hasonló mikroszkópos felmérést végezhet. Az optogenetikával ellentétben, ahol bármilyen nonprofit szervezetnél fordulhat, hogy ingyen vagy pénzért DNS-t szerezzen, a kutatáshoz vegyi anyagokra van szükség, tehát egy olyan cég, amely mindenki számára elérhető reagenskészleteket bocsát rendelkezésre, időt takarít meg.
Mindig próbáljuk növelni a világ pozitív hatását. Gyakran úgy indítunk egy projektet, hogy arra gondolunk: "Milyen problémát szenvednek kutatók, vállalatok és egyetemek ezrei?" Aztán megpróbálunk létrehozni egy eszközt, amely segíthet nekik. Tehát ha sikerrel jár, akkor (gyakorlatilag definíció szerint) nincs értelme titokban tartani és magunk számára. Csak megpróbáljuk megosztani eszközeinket a lehető legtöbb emberrel.