Материалы портала «Научная Россия»

Задача на тысячу триллионов

Задача на тысячу триллионов
Одним из главных завершающих аккордов 2015 г. стало проведение в декабре II Междисциплинарного научного форума «Неделя науки в Москве». Одной из основных тем мероприятия стало развитие нейронауки. Несколько докладов прочитал выдающийся советско-американск

Одним из главных завершающих аккордов 2015 г. стало проведение в декабре II Междисциплинарного научного форума «Неделя науки в Москве». Одной из основных тем мероприятия стало развитие нейронауки. Несколько докладов прочитал выдающийся советско-американский ученый, заведующий отделением анестезиологии и реаниматологии Университета Южной Калифорнии, иностранный член РАН, профессор Владимир Лазаревич Зельман.

 

— Владимир Лазаревич, когда-то лауреат Сталинской премии профессор Валентин Феликсович Войно-Ясенецкий (архиепископ Лука) на вопрос следователя о том, видел ли он Бога, сказал: «Бога не видел, но я не раз делал операции на мозге и разума там тоже не видел». Вы тоже не раз делали операцию на мозге. Разум разглядели?

— Ну, начнем с того, что я не нейрохирург, а анестезиолог. Однако я вижу мозг вместе с нейрохирургом. Его вещество несколько напоминает желатин. Внешне оно кажется не таким сложным. Иногда смотришь на него и действительно удивляешься: как это может работать? Мы работаем с патологиями в мозгу и стараемся, удаляя эти патологии, восстановить функции мозга. Отремонтировать его. А для качественного ремонта надо понимать принципы работы.

Ученые неоднократно обсуждали функции мозга, в том числе и на нынешнем форуме «Дни науки в Москве». Среди специалистов в этой области идут серьезные споры. Даже физики считают: то, что мы делаем, не соответствует физическим законам, все результаты наших исследований вступают с ними в противоречия. Конечно, никакого разума мы не видим, и мы не можем сказать, есть Бог или нет, это каждый для себя решает сам. Но я готов повторить за Альбертом Эйнштейном: не знаю, есть высший разум или нет, но вижу, что Вселенная и жизнь в ней устроены удивительно разумно и гармонично. Медикам, связанным с нейрофизиологией, это видно особенно хорошо.

Мыслю — значит двигаюсь

— Сейчас модно говорить о создании интерфейса «мозг — компьютер». Вы же работаете непосредственно над этой проблемой?

Конечно, мы сегодня уже не просто изучаем мозг, но и воздействуем на него. Не так давно мы в нашем Университете Южной Калифорнии вживили больному в головной мозг чипы с 96 электродами. В отличие от других клиник, которые это делают в двигательной зоне, исполнительной, мы провели операцию в так называемой окципитальной зоне, которая близка к зрительному анализатору. Это срединная кора, в которой сосредоточены умственные механизмы и механизмы намерения. И мозг прооперированного пациента с помощью вот этих вживленных электродов сейчас поддерживает связь с компьютером. Компьютер получает сигналы, расшифровывает их и передает в бионическую руку. Происходит обмен информацией между мозгом, компьютером и электронной рукой. Парализованный, не способный двигаться больной теперь может при помощи движения глаз активировать бионическую руку, управлять ею, оперировать предметами. Он может налить себе стакан сока, включить свет и т.д.

— То есть мозг сумел приспособить под передачу двигательной информации альтернативный канал, который раньше использовал для зрения?

— Совершенно верно. Оказывается, мозг — чрезвычайно пластичный орган.

— А как он воспринимает вживленные электроды? Как-никак для него это инородное тело.

— Пока плохо воспринимает. Поставить такие чипы — задача не из простых. Мозг, как и все другие ткани организма, на появление инородного тела отвечает образованием вокруг него защитной капсулы, начинается так называемый глиоз. В каких-то случаях это происходит быстро, в каких-то нет, тут все индивидуально. Чип может долго стоять, работать, но потом все равно покрывается изолирующей тканью и теряет связь с нейронами. Тем не менее несколько больных мы уже прооперировали, и они научились управлять бионической рукой.

— Обучение длится долго? Сколько нужно мозгу времени на освоение нового информационно-руководящего канала?

— Много. Несколько месяцев кропотливых упражнений. Но оно того стоит. Тем более что на руке мы останавливаться не собираемся. Есть проекты экзоскелета, в котором объединены и бионические руки, и бионические ноги.

— Как скафандр, в котором парализованный человек может обрести новое, функциональное тело?

— Совершенно верно.

— Но вы сами говорите, что такой вживленный чип «живет» не особенно долго. Что делать, когда он откажет? Новая операция и опять несколько месяцев обучения?

— Описанный метод со вживленным чипом — хирургический, инвазивный, временный, дорогой и может сопровождаться осложнениями во время операции или после нее. Поэтому сейчас поиски идут в параллельном направлении. Ученые ищут более перспективные неинвазивные пути влияния на те же структуры мозга, без вскрытия черепной коробки. Как раз в России такими методами занимается профессор МГУ А.Я. Каплан.

— Если я правильно понимаю, это должна быть некая шапочка со множеством электродов-антеннок, которые будут улавливать мозговые импульсы и передавать их в компьютер?

— Именно. Такие технологии помогут больным выходить из дома без посторонней помощи, обслуживать себя, может даже водить машину. Это позволит вернуть в общество, в жизнь множество частично, а возможно и полностью парализованных людей.

Думайте громче!

— Но все это связь односторонняя. Мозг дает сигналы, а компьютер их так или иначе интерпретирует. А возможно ли обратное: чтобы мозг постарался понять то, что до него пытается донести электроника? Чтобы слепые прозрели, а глухие начали слышать?

— Конечно. На прошлой неделе в нашем Университете Южной Калифорнии пересадили слепому пациенту в сетчатку два электронных нейропротеза Argus II. Раньше пересаживали только один. Этот прибор считывает информацию и передает ее в окципитальную область. Больные с такими имплантами различают свет, видят линии, переходы, простые геометрические фигуры. Прооперированный нами больной получил искусственное зрение.

— Не самой высокой четкости?

— В такой ситуации и это великое благо. Мы его на днях посетили, посмотрели, как идет процесс. Он уже ходит без палочки.

Конечно, пока в этой области работают очень сильные ограничения, все-таки заменить такой сложный орган, как глаз, непросто. Но прогресс идет, и достаточно быстро. Попроще происходит работа со слухом. Мы сейчас очень успешно вживляем кохлеарные импланты, которые позволяют восстановить слух даже у тех больных, кому не помогал слуховой аппарат. Недавно в нашем университете на кафедре отоларингологии снова вернули таким образом слух дочери миллиардера Рика Карузо. За это он подарил кафедре $50 млн.

— Технология, конечно, рванула вперед, и это не может не радовать.

— Но, как я говорил, тут надо быть крайне осторожными. Такие операции должны внедряться в широкую практику только после довольно длительного периода клинических испытаний. Когда мы отследим и максимально нивелируем осложнения, побочные эффекты, тогда поймем, как долго держится эффект такого электронного имплантата. На это нужно время.

А неинвазивный метод должен быть еще и значительно дешевле, поэтому он идеально подойдет для массового потребления. И это очень перспективное медицинское направление. В том числе и в плане коммерциализации медицинских технологий. В свою очередь, коммерциализация даст возможность врачам и ученым продолжать исследования, создавать новые приборы и технологии, двигая вперед и науку, и медицину.

— Часто приходится слышать, что мы используем мозг всего на 5%, хотя мне не совсем ясно, откуда взята эта цифра.

— Мы только начинаем понимать, какими огромнейшими возможностями обладает наш мозг. До этого они предполагались только теоретически. Еще не так давно все говорили о телепатии, транслокационном зрении, телекинезе и т.д. как о чем-то фантастическом. Сегодня мы осознали: мозг может передавать информацию в компьютер, может разговаривать с компьютером, управлять через компьютер так называемыми заместительными органами — электронно-механическими руками, ногами и др. Чем больше мы изучаем мозг, тем больше стараемся испытать все его возможности. Шквал новых технологий при использовании достижений физики привел к изобретениям новых инструментов и тестов: магнитно-резонансной томографии, электроэнцефалографии, позитронно-эмиссионной томографии, глубокой стимуляции мозга, компьютерной томографии, электрической стимуляции, — которые, в свою очередь, позволили ученым читать мысли работающего мозга и даже начать процесс их расшифровки при помощи мощных компьютеров. Поэтому перспективы в этой области у нас хорошие.

— Понять двигательные приказы не так сложно. Это просто импульсы, подаваемые на те или иные мышцы, их можно отследить. Но сможет ли компьютер «расшифровывать» мысли? Это же совсем другой язык.

— Не просто сможет, но уже расшифровывает. Конечно, пока еще, что называется, со словарем. До точного понимания еще далеко, но ученые уже достигли здесь некоторого прогресса. В Калифорнийском университете в Беркли человека поместили в аппарат МРТ, и его мозг сканировали во время просмотра видео. Мощный компьютер анализировал огромное количество информации и затем воспроизводил примерную копию просмотренных человеком картинок.

— А как с обратной связью? Можно картинку послать напрямую в мозг, минуя зрение и т.д.?

— Это было продолжением эксперимента. В том же университете подключенному к компьютеру человеку показали документальный фильм. Компьютер записал полученную от мозга информацию. Через некоторое время эту информацию послали обратно в мозг, и человек снова увидел этот фильм. Так что непосредственная связь между мозгом человека и компьютером уже налаживается.

Время собирать нейроны

— То, что вы рассказываете, больше похоже на фантастику. Но позвольте мне еще пофантазировать. Если предположить, что наука и дальше будет развиваться такими темпами, чего нам ждать? Будет ли когда-нибудь создана флешка для увеличения объема нашей памяти или для ускорения работы мозга?

— К этому все идет. Разумеется, такие нейропротезы сначала будут созданы для пациентов, страдающих повреждениями мозга, но потом они могут быть предложены и здоровым людям. Уже сегодня не только внутренние органы, но и память можно отобразить в цифровом варианте. Ученые нашего университета и Университета Уэйк-Форест в Северной Каролине работают над проектом мозгового пейсмейкера, своего рода регулятора, для страдающих болезнью Альцгеймера. Им уже удалось записать воспоминания и загрузить их в память мозга лабораторного животного. Программа позволит восстановить прошлое.

— Типа бэкапа памяти? Архив воспоминаний?

— Далее, возможно, придет время, когда Интернет будет заменен Брейннетом, через который можно будет посылать эмоции, чувства и мысли. Подобная сеть может изменить все грани нашей жизни, включая образование и индустрию развлечений. Кроме того, она будет способствовать устранению барьеров между людьми, поскольку они смогут чувствовать не только чужие мысли, но и чужие страдания и даже непосредственно воспринимать жизненный опыт. Однако для этого нам сначала надо провести полное картирование активности мозга.

— Создать его всеобъемлющий функциональный атлас?

— Да. Такой проект уже работает, он называется Connectome. Цель — создание четырехмерной карты более чем 100 млрд нейронов и 100 трлн их взаимодействий в мозге. Это позволит проследить связи нейронов в головном мозге в реальном времени, установить число их вариаций, их генетическую предопределенность. Проект можно назвать «Википедия мозга», в которой результаты визуализации будут объединены в единой карте.

— Сможем ли мы осилить такой проект? Сложно представить, с каким огромным объемом данных придется работать ученым...

— Проводящая система мозга представляет собой 100 тыс. миль нервных волокон, соединяющих различные области нашего сознания, участвующего во всех аспектах, связанных с мышлением, восприятием и ощущениями. Каждый из 100 млрд нейронов мозга имеет 10 тыс. синапсов. Итого — 1000 трлн синапсов, квадриллион. Нейроны загружены ДНК, белками и другими молекулами, влияющими на их работу. Каждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекулярной машинерии. Объем данных, конечно, колоссальный, но сегодняшней науке задача под силу. Тем более что расшифровкой на суперкомпьютерах занимаются математики, специализирующиеся в области технологий больших данных. Для них такие задачи привычны.

— Только недавно мы смогли расшифровать геном человека. На очереди секвенирование мозга?

— Со временем картирование мозга может получить такое же значение, как и упомянутый вами проект человеческого генома, который произвел революцию в медицине. В будущем у каждого из нас могут оказаться два диска: один содержащий индивидуальную расшифровку генома, а второй — с информацией о наших эмоциях, памяти и личности.

— Может, хватит и одного? Ведь геном определяет строение всего организма, в том числе и мозга.

— Вряд ли. Мозг зависит не только от генома, но и от массы других факторов. Это убедительно установлено в ходе реализации крупнейшего международного проекта по исследованию связи генов и мозга ENIGMA, созданного шесть лет назад профессором нашего университета Полом Томпсоном, который, кстати, тоже приехал на московский форум.

— Но все-таки геном влияет на мозг?

— Безусловно. В каждый конкретный момент в организме человека могут функционировать от 35 тыс. до 40 тыс. генов и их комбинаций и около 6 тыс. белков. Индивидуальные генетические структуры играют важную роль не только в процессе формирования мозга, но и в его ответных реакциях — на болезни, на внешние раздражители и т.д. Если мы поймем, как гены влияют на мозг, это даст нам новые эффективные инструменты в борьбе с болезнями мозга, такими как шизофрения, аутизм, болезни Паркинсона, Альцгеймера и др. Поэтому мы стараемся привлечь к проекту ENIGMA как можно больше специалистов, в том числе и из России, чтобы совместно разрешить загадки различных заболеваний мозга способами, недоступными для изолированно работающих лабораторий. С нами уже работают ученые Новосибирского государственного университета и группа институтов Новосибирского Академгородка, Института нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко, Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича, Научного центра здоровья детей РАМН, Института неврологии и других научных организаций России.

А что можно сказать об участии в проекте других постсоветских стран, например нашего ближайшего друга Республики Беларусь?

— Мы с белорусскими учеными давние партнеры. Я хорошо знаком с замечательным белорусским хирургом, а теперь еще и политиком, профессором А.Н. Козинцом. Недавно я организовал встречу в детском центре здоровья, в которой участвовали представители институтов Москвы и Новосибирска. Пригласил на нее ученых из Украины, Беларуси и Казахстана. Они все зарегистрировались, представитель Украины приехал, а вот из Беларуси и Казахстана, к сожалению, нет. Уверен, тому были какие-то технические объективные причины. Недавно встретил в Сколкове белорусского академика С.Я. Килина, он состоит в научном совете этого инновационного центра. Вообще, для настоящего ученого не должно быть ни границ, не национальностей. Мы так близки, что просто обязаны работать вместе.

Наша задача — делать жизнь лучше. Жизнь не какого-то отдельного человека или группы людей, но всего человечества. К этому обязан стремиться настоящий ученый. И этому не должны мешать ни границы, ни штампы в паспортах.

Справка

Владимир Лазаревич Зельман
Выдающийся советский и американский врач и ученый, нейроанестезиолог.
Родился в г. Сквира (Украинская ССР).
Окончил лечебный факультет Новосибирского медицинского университета.
С 1969 г. — заведующий отделением нейроанестезиологии Института неврологии АМН СССР в Москве.
С 1981 г. — заведующий отделением анестезиологии и реаниматологии Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе (США).
С 1986 г. — руководитель кафедры анестезиологии, реаниматологии и проблем боли Университета Южной Калифорнии.
Профессор, почетный член Российской академии медицинских наук, иностранный член Российской академии наук, почетный профессор Военно-медицинской академии в Санкт-Петербурге, Новосибирского государственного медицинского университета и ряда других российских и иностранных университетов.
Внесен в список лучших врачей США.
Один из активнейших сторонников налаживания широкой российско-американской научной кооперации.

владимир лазаревич зельман интерфейс мозг-компьютер мозг нейронауки

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий