Главный редактор портала «Нейротехнологии.рф», почетный редактор журнала «За науку» МФТИ, соавтор блога научных журналистов Алексей Паевский считает, что мы стоим на пороге нейротехнологической революции и уже начинаем понимать, как работает человеческий мозг. В рамках спецпроекта «Физтех. Читалка» ученый рассказал T&P о главных вопросах, которые стоят перед современной нейронаукой, — болезни Альцгеймера, методах стимуляции мозга, передаче мыслей на расстоянии и других интересных темах.

Алексей Паевский

Алексей Паевский

В советское время очень модной была аббревиатура НТР — научно-техническая революция. Эта революция идет с конца, а то и с середины XIX века. То техника вырвется вперед, то наука, то они идут вместе. Тем не менее прогресс и не думает останавливаться. И очень скоро нас ждет новая смена технологического уклада, которую можно тоже назвать НТР, но расшифровать как нейротехнологическая революция. Связана она с тем, что мы наконец-то начинаем постепенно понимать, как работает наш мозг. И начинаем уметь с ним взаимодействовать.

Победить болезнь Альцгеймера

Одна из главных проблем, которая вызвана прогрессом медицины, — это продолжительность жизни. Речь не только о возрастающей социальной нагрузке на общество: мы стали массово доживать до новых проблем со здоровьем. Одну из них — рак — мы сейчас оставим в стороне, это дело онкологов и генетиков. А вот вторая, менее заметная — поскольку не сразу кажется трагичной, — по-прежнему ставит в тупик нейроученых. Это своего рода эпидемия нейродегенеративных заболеваний, в первую очередь болезни Альцгеймера. Заголовки в медиа вроде «Ученые победили Альцгеймер» — преувеличения журналистов. Как сказала одна юная исследовательница, довольно давно работающая над этой темой, «если вы мышь и у вас болезнь Альцгеймера, то для вас у нас есть хорошие новости, а если вы человек, то тут все сложнее».

Пока в мире не существует ни одного хоть сколько-нибудь эффективного лекарства. При этом часто в новостях пишут о новых найденных препаратах. Журналисты спешат заговорить о лекарстве на том этапе, когда найдена какая-то активность в лаборатории — еще перед тем, как препарат был направлен на клинические испытания. Когда же доходит до них, обычно обнаруживаются какие-то сложнейшие побочные эффекты или то, что ничего вообще не работает. Мы до сих пор плохо понимаем, что происходит с человеком при болезни Альцгеймера, что именно приводит к нарушениям, да и не все нарушения описаны и каталогизированы. И вот тут науке надо тоже приложить максимум усилий, как и в других областях болезней мозга. Работ выходит очень много, но прорыва пока нет.

Прокачка мозгов

TMS и tDCS © nature.com

TMS и tDCS © nature.com

Стимулировать мозг напрямую — давняя мечта писателей-фантастов. У Кира Булычева в языки кололи уколы («Сто лет тому вперед»), у Стругацких люди менялись из-за активации некоей части мозга («Волны гасят ветер»). Герои более современных авторов пытались развить свое сознание посредством разнообразных веществ. И вот, кажется, сейчас у науки все же появились два адекватных метода разогнать наш внутренний процессор. Это так называемые транскраниальные стимуляции мозга: магнитная (TMS) и электрическая (транскраниальная микрополяризация, транскраниальная стимуляция мозга постоянным током, tDCS). Мы точно знаем, что такие методы помогают бороться с расстройствами сознания, когнитивными проблемами и улучшать когнитивные функции. Мы также точно знаем, что иногда эти методы бывают опасны. А еще мы точно знаем, что впереди — непаханое поле работы в этой сфере. Вал публикаций по TMS и tDCS нарастает с каждым месяцем — и, вероятно, мы будем свидетелями применения этих методов не только в медицине, но и в образовании. Если, конечно, разберемся, как быть с побочными эффектами.

Сила мысли

Про нейроинтерфейсы «мозг — компьютер» сейчас не говорит и не пишет только ленивый. И то только потому, что средство мысленного набора текста еще не поступило в массовую продажу. Хотя такие технологии уже в разработке. Идея простая: считываем сигналы от электродов на поверхности черепа (ЭЭГ) или имплантированных непосредственно в мозг, считываем некие двигательные паттерны и передаем их на некое устройство, будь то протез руки или ноги, беспилотник и так далее. Технология зашла так далеко, что ученые научили управлять силой мысли «инвалидным креслом» даже макак-резусов. Несколько недель тренировок — и хвостатые бандерлоги лихо рассекают на колесных тележках от линии старта к кормушке со своим любимым виноградом. А где справится обезьяна, там и большинство людей, вероятнее всего, тоже смогут. Правда, при управлении протезами рук и особенно ног есть две пока не решенные проблемы: осязание (как передать в мозг то, что «чувствует» протез) и проприоцепция (это способность ощущать положение конечности в пространстве, не глядя на нее).

Точно так же можно представлять себе буквы, а компьютер научится различать сигналы — и постепенно можно будет печатать силой мысли. Впрочем, пока эта технология развивается для тех, кто лишен способности говорить. Особенно это важно для «синдрома запертого человека», когда пациент полностью лишен способности двигаться и находится будто в коме, но при этом — в сознании.

Нейроимпланты и копирование мозга

Если пойти чуть дальше, то вышедшие из строя участки и связи в мозге можно попытаться заменить имплантами. Конечно, пока опыты производятся на крошечных участках и в основном на мышах, однако функции разрушенных участков гиппокампа нейроимплантами уже удалось восстановить. Более того, одно из недавних исследований, проведенное опять же на мышах, показало, что кратковременная память, которая формируется там же, в гиппокампе, при болезни Альцгеймера не стирается, а «перепрятывается» в особых, так называемых энграммных клетках. И ее можно вытащить оттуда и вернуть на место. Понятно, что оба направления находятся только в самом-самом начале пути и сложно представить, куда нас это приведет.

 Разработчик AlphaGo делает за программу п...

Разработчик AlphaGo делает за программу первый ход в игре с Ли Седолем © gogameguru.com

Про нейронные сети, машинное и глубокое обучение тоже написано очень много. После того как Ли Седоль проиграл матч в го искусственному интеллекту со счетом 1:4, нейросети стали самой обсуждаемой темой в сфере нейротехнологий. И немудрено: если го — это всего лишь игра, то, скажем, робот-диагност Avicenna от IBM, ставящий кардиологические диагнозы по снимкам КТ не хуже человека, — это уже очень серьезно. Впрочем, если говорить о прямом копировании полной архитектуры мозга, то до этого еще очень далеко. Во-первых, мы еще сами в ней толком не разобрались, а во-вторых, система мозга безумно сложна. Но есть вещи, которые на сегодняшний день можно уверенно воспроизвести. Это некоторые детали зрительной коры, на структуре которых базируются так называемые сверточные нейронные сети. Они уже умеют не хуже человека раскрашивать черно-белые изображения или ставить геотег на фотографии, не зная, где она была снята.

Не пропустите следующую лекцию