Hvis forskere kan finde ud af hjernen, vil det hjælpe med at helbrede alle sygdomme, styre følelser, kontrollere minder og generere ideer som en computer?
Neurovidenskabsmand Ed Boyden talte om udsigterne til hjerneforskning, hvad en person kan opnå, hvis han lærer at kontrollere neuroner, og hvorfor mislykkede projekter bør gives en anden eller endda en tredje chance. Teori og praksis offentliggør en oversættelse af interviewet.
”Generer konstant nye ideer. Læs ikke det uden at tænke over. Kommenter, formuler, reflekter og generaliser, selvom du læser forordet. Så du vil altid stræbe efter at forstå essensen af ting, som er det, der er nødvendigt for kreativitet."
Ed Boyden skrev engang et kort instruktionsessay "Hvordan man tænker", og ovenstående afsnit blev hans regel nummer 1. Han var 28 år gammel, startede sin egen forskningsgruppe inden for neurovidenskab hos MIT og har allerede offentliggjort noget af sin forskning, som fik ham den prestigefyldte hjernepris for at have bidraget til at opnå "uden tvivl det vigtigste tekniske gennembrud på 40 år," sagde juryformanden. Det var næsten ti år siden. Hans idégenereringssystem ser ud til at have levet op til forventningerne. Boyden modtog en gennembrudspris på 3 millioner dollars sidste år, og han og hans kolleger opdagede en ny metode til at observere et næsten ufatteligt lille elektrisk kredsløb i hjernen. Dette har produceret nogle af de mest nøjagtige billeder af hjernen.
- Man siger ofte, at dit mål er at "aflive hjernen." Hvad har du i tankerne?
- Jeg tror, at betydningen af denne sætning vil ændre sig, når der opnås ny viden, men nu "at afsløre hjernen" for mig betyder, at vi for det første kan simulere (sandsynligvis ved hjælp af en computer) processer, der genererer noget som tanker og følelser, og for det andet, at vi kan forstå, hvordan vi behandler hjerneforstyrrelser såsom Alzheimers eller epilepsi. Dette er to mål, der får mig til at komme videre. Den ene fokuserer på at forstå menneskets natur, den anden er mere medicinsk.
Du kan diskutere med mig ved at bemærke, at der er et tredje spørgsmål: hvad er bevidsthed? Hvorfor har vi minder, men så vidt vi ved, flasker, penne og borde ikke? Jeg er bange for, at vi endnu ikke har en nøjagtig definition af bevidsthed, så dette spørgsmål er vanskeligt at nærme sig. Vi har ikke et "mål for bevidsthed", der indikerer, hvor bevidst noget er. Jeg tror, vi kommer til det en dag, men på mellemlang sigt vil jeg gerne fokusere på de to første spørgsmål.
”Hvorfor ved vi så meget om verden? Det er temmelig mærkeligt, at vi kan forstå loven om universal gravitation eller kvantemekanik"
Salgsfremmende video:
- Da du vandt gennembrudsprisen i 2016, talte du om din igangværende indsats for hjerneforskning:”Hvis vi lykkes, kan vi svare på spørgsmål som 'Hvem er jeg? Hvad er min personlighed? Hvad skal jeg gøre? Hvorfor er jeg her?". Hvordan kan forskning hjælpe os med at besvare spørgsmålet "Hvem er jeg?"
- Jeg giver dig et eksempel. Da den økonomiske krise ramte i 2008, talte jeg med mange om, hvorfor folk gør, hvad de gør. Hvorfor er mange af vores beslutninger ikke de bedste beslutninger, vi kunne tage? Der er selvfølgelig et helt videnskabsfelt - adfærdsøkonomi, der prøver at forklare vores handlinger på et psykologisk og kognitivt niveau. For eksempel, hvis du stiller en person mange spørgsmål, og så går han forbi en skål med slik, vil han sandsynligvis tage et par stykker, fordi han er træt af svar og ikke kan modstå.
Adfærdsøkonomi kan forklare nogle ting, men det kan ikke forklare de processer, der ligger til grund for beslutningstagning, og endnu mindre nogle underbevidste øjeblikke, som vi overhovedet ikke har kontrol. Bemærk, at når vi er opmærksomme på noget, er det ofte resultatet af ubevidste processer, der skete lige før det. Så hvis vi forstod, hvordan hjerneceller er organiseret i et kredsløb (praktisk talt et computerkredsløb, hvis du vil), og så, hvordan information flyder gennem disse netværk og ændringer, ville vi have en meget klarere idé om, hvorfor vores hjerne accepterer visse løsninger. Hvis vi forstår dette, kan vi måske overvinde nogle af begrænsningerne og i det mindste forstå, hvorfor vi gør, hvad vi gør.
Du kan forestille dig, at i den meget fjerne fremtid (det vil sandsynligvis tage mange årtier), vil vi være i stand til at stille virkelig vanskelige spørgsmål om, hvorfor vi forholder os til visse ting på en eller anden måde, eller hvorfor vi tænker på os selv på en bestemt måde - spørgsmål, der er i synsfeltet for psykologi, filosofi, men som det er så svært at få et svar ved hjælp af fysiklovene.
- Hvordan hjælper hjerneforskning med at besvare spørgsmålet "Hvorfor er jeg her?"
- En af grundene til, at jeg skiftede fra fysik til at studere hjernen, var spørgsmålet "Hvorfor ved vi så meget om verden?" Det er underligt nok, at vi kan forstå tyngdekraften, eller at vi forstår kvantemekanik - i det mindste i det omfang, computere kan fremstilles. Det er utroligt, at verden er forståelig på en eller anden måde.
Og jeg stillede mig et spørgsmål: Hvis vores hjerne forstår en del af universets struktur, men ikke forstår alt andet, og alt, hvad den forstår, er tilgængelig takket være fysikkens love, som vores hjernes arbejde også bygger på, viser det sig noget som en ond cirkel, ikke? Og jeg prøver at finde ud af: hvordan brydes det? Hvordan gør universet forståeligt? Antag, at vi ikke forstår noget om universet, men hvis vi ved, hvordan det menneskelige sind fungerer, og hvilke slags tænkningsmuligheder vi mangler, kan vi måske skabe en mere avanceret kunstig intelligens, der vil hjælpe med at styrke vores evne til at tænke.
Dette koncept kalder jeg til tider en "hjernecoprocessor" - noget, der fungerer med hjernen og udvider vores forståelse.
Vi har stadig mange spørgsmål til universet, ikke? Einstein prøvede at finde en forbindelse mellem kvantemekanik og tyngdekraft, men han lykkedes ikke med denne sag, og i dag er det ikke helt klart, hvordan man løser dette dilemma. Måske for at forstå nogle ting, er vi nødt til at øge vores intellektuelle evner. Hvad sker der, hvis vi udvider dem? Der er selvfølgelig ingen garantier. Men måske lærer vi mere om universets oprindelse, om hvilke kræfter der påvirkede det i begyndelsen af eksistensen og hvilke der påvirker nu.
- Det sidste spørgsmål om dette emne. Hvordan hjælper hjerneforskning med at besvare spørgsmålet "Hvad er min personlighed?"
”Lige nu prøver vi at kortlægge hjernens struktur. Det er ganske vanskeligt at se noget i det. Hjernen i sig selv er stor nok - et menneske vejer flere kilo - men forbindelserne mellem neuroner, kendt som synapser, er små. Her taler vi om nanoskala. Derfor, hvis du vil se, hvordan hjerneceller er forbundet i et netværk, skal du overveje synapser. Hvordan kan jeg gøre dette? Vi har udviklet en speciel teknik. Vi tager et stykke hjernevæv og injicerer et kemikalie i det, mere præcist en polymer, der på en eller anden måde er meget ligner stoffet i babybleer. Det er en polymer, der kvælder, når der tilsættes væske.
Hvis vi placerer det inde i hjernen og tilføjer vand, vil vi være i stand til at bevæge molekylerne, der udgør hjernen bortset fra hinanden, og så kan vi se de små forbindelser mellem celler. Så vi begrunder: Hvis vi tager en meget lille hjerne, for eksempel en fisk eller en orm, kan vi studere den i sin helhed? Vil vi være i stand til at skildre hele nervesystemet med nøjagtighed af individuelle springere? Nu er dette på niveau med en idé, der er endnu ingen nødvendige teknologier til implementering, men hvis vi formåede at forbedre den tekniske del, ville det være muligt at udarbejde et tilstrækkeligt detaljeret kort over forbindelserne i hjernen, hvorefter det virkelig kan gengives ved hjælp af en computer. Og vil denne kopi fungere på samme måde som hjernen i organismen, der blev den primære kilde?
Forestil dig, at vi havde en orm med 302 neuroner, og vi bemærkede omkring 6 tusind forbindelser mellem dem samt molekyler i krydsene. Er det muligt at simulere denne orms handlinger? Derefter vil det måske være muligt at gøre det samme med en fisk, derefter med en mus og derefter med en menneskelig hjerne - hver af disse hjerner er cirka tusind gange større end den forrige. Hvis du kunne kortlægge den menneskelige hjerne, ville spørgsmålet straks opstå: Hvis du gengiver sin aktivitet på en computer, ville det stadig være dig? Som nævnt tidligere har vi ikke en nøjagtig eller i det mindste en fungerende definition af bevidsthed, så selvom vi ikke kan bedømme denne kvalitet blot ved at se på noget, kan vi endnu ikke give et svar, vil jeg sige. Men dette rejser et interessant spørgsmål om personlighedens karakter.
"Hvis vi forstod, hvordan hjerneceller er organiseret i kredsløb, og så, hvordan information flyder gennem disse netværk, kunne vi måske forstå, hvorfor vi gør, hvad vi gør."
- For cirka et årti siden skrev du et essay "Hvordan man tænker". Siden da, har du haft nogen ændringer eller tilføjelser til disse regler?
”Jeg skrev dette essay temmelig hurtigt, da vi startede forskningsgruppen på MIT og tilbragte det meste af tiden i et tomt rum og ventede på, at udstyret skulle ankomme. Siden da har jeg gennem erfaring lært, hvordan jeg bedst følger disse regler. For eksempel siger regel nr. 3: "Arbejde baglæns fra dit mål."
Fra det øjeblik indså jeg, at hvis du arbejder ud fra et problem, der skal løses og møder mennesker, der har nogle færdigheder, og som går videre fra deres evner, så vil det være meget let for dig at arbejde sammen, fordi alle sider er i interesseret i dette. Dygtighedsindehavere ønsker mere indflydelse og problemløsning, og målsættere ønsker nye værktøjer til at løse disse problemer. Derfor, regel 3, "Arbejde baglæns, startende fra dit mål" fører naturligvis til regel # 6 - "Samarbejd." Jeg lærte også at analysere problemernes art. I år holdt jeg et kort foredrag på World Economic Forum i Davos. Det blev kaldt Forberedelse af en revolution, og det handlede om, hvordan man lærer at gå dybere ned i problemer og muliggøre løsninger. Det var noget som How to Think 2.0, men i form af en video.
- Hvilke bøger har påvirket din intellektuelle udvikling mest?
- En af dem er "Tid, kærlighed, hukommelse" af Jonathan Weiner. Hun taler om de tidspunkter, hvor folk begyndte at forbinde gener med egenskaber ved adfærd. Forfatteren begynder med daggry af genetikens æra - da folk opdagede, at røntgenstråler ændrer gener - og slutter med modernitet, når forskere finder ud af, hvilke gener der er ansvarlige for for eksempel vores følelse af tid eller evnen til at huske. Jeg elsker denne bog, fordi den viser videnskab i bevægelse - ikke som en lærebog, "du har fakta syv til fyrreogtyvende, husk dem" - den viser mennesker, der lider af usikkerhed, der overvinder alle slags vanskeligheder, og det er meget spændende. Jeg plejede at læse den igen hvert år, og det påvirkede mig meget.
Den anden bog kaldes Thinking About Science. Hun taler om Max Delbrück, en fysiker, der også ændrede sit aktivitetsområde til biologi. Han gav et stort bidrag til opdagelsen af genstrukturen og hjalp med at starte en ny æra i molekylærbiologi. Bogen fortæller meget om hans synspunkter, om hvordan han overvejede sin overgang fra fysik til biologi. Denne bog har også haft stor indflydelse på mit liv, fordi jeg ofte tænker over, hvordan man udforsker komplekse systemer som hjernen, hvordan man finder ud af den virkelige situation, hvordan man slipper for tilnærmelse og ikke stopper halvvejs.
- Du nævnte, at du konstant noterer. Hvad er dette system?
- Når jeg taler med nogen, lægger jeg papir på bordet og lager et resume af samtalen. Til sidst tager jeg billeder af noterne på min telefon og giver arket til min samtalepartner. Hver måned gennemgår jeg alle disse synopser og mærker dem med nøgleord. Der er to grunde til dette. For det første, da jeg har fordøjet samtalen igen, hjælper det mig med at huske den. For det andet, da jeg har valgt nøgleordene, er det let at finde det. Til dato har jeg allerede afsluttet titusinder af sådanne noter.
- Dit arbejde antyder, at du bruger en masse tid på at tænke. Hvordan opnår man maksimale resultater?
- Der er tre punkter, fra pragmatisk til abstrakt. Jeg har stået meget tidligt i lang tid. Jeg prøver at stå op kl. 4-5 om morgenen, meget tidligere end andet laboratoriepersonale. Takket være dette har jeg et par timers stilhed til at tænke og ikke blive distraheret af noget. Jeg synes, dette er vigtigt. For det andet er mange gode ideer faktisk dårlige, fordi da de straks lyder så godt, så har alle allerede tænkt på dem og stræber efter at implementere dem. Derfor tænker jeg ofte på ting, der ved første øjekast ser ud som dårlige ideer, men pludselig, hvis man ser på dem fra den rigtige vinkel, viser de sig at være gode? Jeg bruger en masse tid på at prøve at nærme sig ideer fra forskellige vinkler.
For tiår siden skabte astronom Fritz Zwicky mange teorier, der er blandt de mest brændende inden for astrofysik i dag. Den mest relevante af de nuværende ideer, som mørk stof, fremsatte han i 1930'erne. Hvordan gjorde Zwicky dette? Han overvejede bare alle mulige muligheder. Zwicky kaldte sin metode "morfologisk analyse", men det ser ud til, at dette er umuligt at udtale, så jeg kalder det "mosaik-træskema".
Endelig - og dette punkt er endnu mere abstrakt - tror jeg på tilfældige opdagelser. Jeg bruger en masse tid på at gennemskrive udskrifter af gamle samtaler. Mange af dem handler om ideer, der er mislykkedes, projekter er mislykkede. Men ved du hvad? Det var for fem år siden, og nu arbejder computere hurtigere, nye informationer har vist sig, verden har ændret sig. Derfor kan vi genstarte projektet. Mange af vores bestræbelser bliver kun fuldt ud succes i anden eller tredje forsøg. En vigtig del af mit job er at huske fejl og relancere mislykkede projekter, når tiden kommer.
- Du modtog dine vigtigste priser for forskning i optogenetik. Hvorfor er hun blevet en så vigtig præstation?
”Når du taler om optogenetik, skal vi huske, at" opto "betyder" let ", og" genetik "betyder, at vi bruger gener, der gør alt dette arbejde. Du introducerer et gen, der fungerer som en lille solcelle - i det væsentlige et molekyle, der omdanner lys til elektricitet. Derfor, hvis du introducerer det i en neuron og direkte lyser mod det, kan du kontrollere neuronens aktivitet.
Hvorfor er det vigtigt? I løbet af de sidste hundrede års studium af neurologi har mange mennesker forsøgt at kontrollere neuroner ved hjælp af alle mulige teknologier: farmakologi (medicin), elektriske impulser og så videre. Men ingen af dem garanterer nøjagtighed. Med optogenetik kan vi lede lys til en enkelt celle eller flere celler og "tænde" eller "slukke" disse bestemte celler. Så hvorfor er dette vigtigt? Hvis du kan aktivere celler, kan du finde ud af, hvad de er ansvarlige for. Måske for en følelse, eller en beslutning eller en bevægelse. Ved at "slukke" dem forstår du, hvad deres funktion er: måske "slukker" du for visse celler, og en person mister en form for hukommelse.
- Optogenetik bruges i dag til hjerneforskning i laboratorier over hele verden. Hvad er de mest lovende områder i forbindelse med det, fremhæver du?
- Nogle forskere udfører eksperimenter, der er ret udfordrende fra et filosofisk synspunkt. For eksempel opdagede en gruppe forskere ved Californien Institut for Teknologi en lille samling af celler dybt, dybt inde i hjernen. Hvis du aktiverer dem ved hjælp af lys, for eksempel hos mus (mange arbejder med dem), bliver dyrene aggressive, endda grusomme. De vil angribe enhver skabning eller genstand i umiddelbar nærhed, selv nogle tilfældige ting som en handske. Dette er meget interessant, for nu kan du stille spørgsmål fra serien”Hvad sker der, når du irriterer disse celler? Sender dette en motorisk kommando til musklerne? Med andre ord, bevæger musen sig for at angribe? Eller er det en sensorisk kommando?
Det vil sige, musen er bange og angriber i selvforsvar? Du kan stille virkelig vigtige spørgsmål om betydningen af eksperimentet, når en del af hjernen udløser en kompleks reaktion som aggression eller grusomhed.
Der er en række forskere, der arbejder på at aktivere eller dæmpe neurale aktiviteter i forskellige dele af hjernen til medicinske formål. For eksempel en gruppe forskere, der viste hos mus, der lider af epilepsi, at du kan "slukke" anfald ved at handle på visse celler. Der er andre grupper, der har undersøgt mus med Parkinsons sygdom og har været i stand til at fjerne dyr af symptomerne på sygdommen.
Forskere opdager også en masse interessante ting inden for grundlæggende videnskaber. Min MIT-kollega Suzumi Tonegawa og hans forskerhold gjorde noget meget klogt: De programmerede musene, så neuronerne, der er ansvarlige for hukommelsen, blev aktiveret af lys. De fandt, at hvis du genaktiverer disse neuroner med en lyspuls, vil musen opføre sig som om den genoplever en hukommelse. På denne måde er det muligt at identificere de grupper af celler, der får hukommelsen til at dukke op i hukommelsen. Siden da har forskere udført alle mulige eksperimenter - for eksempel kan de aktivere en lykkelig hukommelse, og en mus vil føle sig bedre, selvom den er syg. Og listen fortsætter og fortsætter.
"Mange af vores bestræbelser bliver kun ret vellykkede i anden eller tredje prøve."
- Har du nogen nye tanker om, hvordan du kan gøre livet bedre?
”Jeg indså, at hvis jeg virkelig ønsker, at hjerneteknologier skal anvendes over hele verden, så er jeg nødt til at bidrage som iværksætter, det vil sige, starte en virksomhed og hjælpe disse opfindelser med at gå ud over de akademiske kredse. Mit laboratorium har arbejdet med forskellige virksomheder før, men i år deltager jeg selv i lanceringen af tre. Forhåbentlig kan vi finde ud af, hvordan disse teknologier kan hjælpe folk. Jeg indså, at jeg ikke bare ville udgive videnskabelige artikler; Jeg vil have, at disse teknologier skal bruges i det virkelige liv.
”Et af disse virksomheder er inden for hjernekræftet teknologi, ikke?
-Nemlig. Vi startede et lille firma kaldet Expansion Technologies for at uddanne verden om disse empowerment-teorier. Naturligvis kan folk uafhængigt studere vores publikationer om dette emne, men hvis vi kan bringe vores ideer til masserne, vil mange videnskabelige og medicinske problemer være meget lettere at løse.
Jeg må med det samme sige, at alle forskningsdata kan findes online, vi åbent deler alle oplysninger. Vi har uddannet over hundrede grupper af forskere. Om ønsket kan enhver selv foretage en lignende mikroskopisk undersøgelse. Men i modsætning til optogenetik, hvor du altid kan henvende dig til en non-profit organisation for at få DNA gratis eller for penge, kræver denne forskning tilgængeligheden af kemikalier, så et firma, der stiller sæt af nødvendige reagenser til rådighed for enhver, sparer tid.
Vi prøver bare altid at øge den positive indvirkning på verden. Vi starter ofte et projekt med at tænke, "Hvilket problem lider tusinder af forskere, virksomheder og universiteter af?" Og så prøver vi at skabe et værktøj, der kan hjælpe dem. Så hvis vi lykkes, er der (praktisk taget pr. Definition) ingen mening i at holde det hemmeligt og for os selv. Vi prøver bare at dele vores værktøjer med så mange mennesker som muligt.