Как расширить возможности мозга
Нейротрансмиттеры, нейроинтерфейсы и новые чувства, которые раньше не испытывал человек
Расширение возможностей мозга — одна из главных фантазий современности. Многим хочется использовать свой мозг на 100%, чтобы быть сверхпродуктивными и успешными. Однако профессор Сколтеха и Высшей школы экономики Михаил Лебедев предупреждает, что подобное желание скорее приведет к эпилепсии и нарушениям фундаментальных механизмов работы мозга. Ученый рассказал нам о том, как стимулируют мозг сейчас, какие существуют опасности и почему нейроинтерфейсы — это неизбежное будущее.
Супермозг — использовать 100% вместо нынешних 10%. Почему это плохая идея?
В 2011 году на экраны вышел фильм «Области тьмы», благоприятно принятый зрителями и номинированный на десяток различных премий. Фантастический триллер эксплуатировал невероятно живучий миф, что якобы человек задействует 10% ресурсов головного мозга и если поднять эту планку до 100%, то эффективность самого человека вырастет соответствующе. Живучесть этого мифа объясняется тем, что в нем есть доля правды. Но все, как и всегда, зависит от интерпретаций.
Михаил Лебедев рассказывает об опыте из личной практики, когда они записывали разряды нейронов обезьян во время той или иной активности. Допустим, примат двигал рукой, и менялась активность нейронов: одни включались в работу, другие, напротив, отключались. То есть мозг работает экономно, в каждый момент времени активнa только некая группа нейронов, которая необходима именно сейчас. У человека ситуация похожая: в каждый момент времени его мозг не задействует все существующие нейроны.
А вот попытки разогнать свой мозг до 100% не приведут ни к чему хорошему. В коре полушарий существуют тормозные нейроны, их всего 10% от общего количества этих клеток, и они выполняют очень важную функцию — тормозят остальные нейроны. Для человека очень важно, чтобы мозг не только проводил, но и фильтровал информацию, убирал лишние сигналы, шумы и звуки. И в раскаленной системе может возникнуть дисфункция этого торможения, которая ведет, например, к эпилепсии.
Даже из общих физиологических соображений ясно, что не надо загружать свой мозг на 100%, поскольку все физиологические процессы в организме основаны на гомеостазе, то есть постоянстве внутренней среды организма. Все показатели в организме должны работать в районе средних возможностей. Если один из этих показателей разогнать, нарушится динамическое равновесие организма, и последствия наверняка будут разрушительными для человека.
Когда говорят о расширениях возможностей мозга, чаще всего имеют в виду внимание, память и общую работоспособность. Из всего этого реальная возможность улучшить работу мозга — тренировка внимания. Благодаря ей человек учится фокусироваться на конкретной задаче, отсекая лишний шум.
Есть распространенное мнение, что мы «умнее людей прошлого». Якобы у нас больший запас знаний, потому выше IQ, но это не совсем так. Я регулярно читаю нейрофизиологические статьи XIX века и вижу, как много мысли вкладывали ученые в эти статьи. В наше время статья — нечто короткое, максимально беглое изложение и ограниченное обсуждение. Это простой пример, который говорит о том, что в наше время мы мыслим и действуем по-другому. Но это не делает нас умнее людей прошлого.
Какие препараты используют для апгрейда мозга
Как правило, в организм человека вводят нейротрансмиттер, такой как серотонин, дофамин или глутаминовая кислота, чтобы получить соответствующий эффект (дофамин, например, повышает возможности к обучению).
Проблема в том, что использование этих химических веществ может вызвать эффект перевернутой буквы U, то есть сначала функции мозга будут уверенно расти, но затем из-за передозировки все резко обрушится и станет еще хуже. К тому же один нейротрансмиттер может участвовать во многих функциях, и ученые пока не понимают долгосрочных последствий употребления подобных нейротрансмиттеров, в особенности у молодых людей.
Также существуют методы стимуляции мозга, основанные на электроцевтическом подходе. Вместо нейротрансмиттеров, модулирующих веществ, мозг стимулируют с помощью электродов, в простейшем варианте двумя электродами «плюс» и «минус». Электроды поляризуют нейроны, вовлекают их в работу в одном месте и тормозят в другом. Это достаточно грубый метод, но он приносит свои плоды. Подробнее об этом способе можно прочитать в сборнике статей Augmentation of Brain Function: Facts, Fiction and Controversy («Расширение функций мозга: факты, выдумки и полемика»).
Еще один относительно новый метод расширения функций мозга — нейроинтерфейсы. Пока это скорее фантазии, но фантазии разумные, которые в ближайшие 20 лет будут реализованы. Авторитетный журнал The Economist даже поставил эту технологию в список инноваций, за которыми нужно следить в 2022 году, наряду с космическим туризмом, искусственным мясом и вакциной от ВИЧ. Поэтому остановимся на этом вопросе подробнее.
Зачем нужны нейроинтерфейсы
Нейроинтерфейс — это устройство, которое подключают к мозгу, чтобы считывать оттуда информацию и затем обрабатывать ее в каких-то полезных целях. В первую очередь речь о медицине: человек с парализованной рукой сможет управлять протезом напрямую, с помощью активности мозга. В этом направлении есть успех: в 2019 году французские ученые показали пример парализованного ниже шеи пациента, который с помощью экзоскелета смог пройти 145 метров и начать двигать руками.
Но, помимо этого, нейроинтерфейсы планируют использовать для улучшения работы мозга. Идея состоит в том, чтобы использовать преимущества человеческого мозга и добавить к ним возможности компьютеров, поскольку машины умеют гораздо быстрее человека обсчитывать информацию и выполнять рутинные операции.
Основное препятствие в том, что сейчас человек общается с компьютером, нажимая на клавиши. Эффективнее использовать нормальные моторные навыки, чувствительность, зрение и слух. Как реализовать бесшовное соединение напрямую, пока непонятно. Но как только эта возможность появится, улучшение работы мозга с помощью интерфейсов перейдет из разговоров на уровень работающих прототипов.
Параллельно развивается целый куст технологий под общим названием «искусственный интеллект». Современные искусственные нейросети имитируют работу естественных нейросетей, то есть искусственный интеллект моделирует мозг. Естественно, ИИ и реальный мозг — это разные вещи, но многие процессы проходят аналогично. В научной литературе уже сейчас появляется много статей, в которых работу биологического мозга понимают благодаря исследованиям искусственного интеллекта. И велика вероятность, что в какой-то момент ИИ станет помощником человека, в том числе и взаимодействуя с ним через нейроинтерфейс.
Чем опасны нейроинтерфейсы
Опасности, связанные с нейроинтерфейсами, достаточно очевидны. Достаточно вспомнить популярные опыты нейробиолога Джеймса Олдса, который вживлял крысе в определенный отдел мозга электроды. Пока грызун жал на педаль, он получал от этого удовольствие. Эксперимент мог длиться 12 часов, и все это время животное не останавливалось.
У людей есть схожий пример — когда больных паркинсонизмом лечат имплантами, помещенными в мозг. Эти импланты снимают симптомы болезни, но в то же время у людей могут появиться побочные эффекты, поскольку стимулируемые области находятся рядом с областями, ответственными за мотивацию и удовольствие. Иногда случается, что человек с имплантом не только перестает испытывать симптомы болезни, но и становится счастливее. Это выяснили случайно. То есть прежде чем стимулировать мозг, нужно тщательно изучить, к каким последствиям это может привести.
К слову, болезнь Паркинсона — одно из самых частых нейродегенеративных заболеваний человека наряду с болезнью Альцгеймера. Они чаще всего случаются у пожилых и считаются признаком старения мозга. Помогут ли нейроинтерфейсы бороться с этими проблемами? Вероятно, да, но этот подход подразумевает, что, если в мозге что-то перестало работать, эту область нужно будет заменить электронной схемой.
Пока таких адекватных электронных схем не существует, поэтому ученые предлагают сосредоточиться на других задачах. Первая — поддерживать нормальное кровообращение мозга, чтобы он получал все необходимые для нормального функционирования вещества. Вторая — сохранять гематоэнцефалический барьер, который защищает головной мозг от проникновения микроорганизмов и токсинов. И третья — регулировать собственную иммунную систему головного мозга, чтобы глиальные клетки, которые поддерживают гомеостаз, поедали только ненужные элементы. В противном случае, когда микроглия чрезмерно активируется, она поедает сам мозг, что ведет к нейродегенерации.
Какие ведутся новые исследования в области нейроинтерфейсов
Современные опыты в области интерфейсов ведутся следующим образом: берут определенную область мозга, изучают принципы ее работы и затем пытаются расширить функцию этой области. Например, эксперименты со зрительной корой: ученые уже сейчас могут вставить электрод в зрительную кору, подать импульс, и при этом испытуемый увидит вспышку света, которая называется фосфеном (зрительное явление в виде пятен или фигур, которое человек видит в темноте или с закрытыми глазами). Пока что большего достигнуть невозможно, нельзя даже сделать эту вспышку света цветной. Но это уже прогресс, и со временем технология позволит восстановить зрение в какой-то примитивной форме.
Есть успешные эксперименты со слухом, в первую очередь речь о кохлеарных имплантах — протезах, которые взаимодействуют напрямую со слуховым нервом и компенсируют пациентам потерю слуха. Также разрабатываются имплантаты, которые работают на уровне стволовых центров или слуховой коры. Можно расширять возможности моторных функций — считывать активность из моторной коры и с ее помощью управлять, например, роботом.
Существует совсем футуристическая задача — создать чувства, которых у человека исходно не существует. В эксперименте крысам добавили ощущение инфракрасного света, поставили на голову детектор инфракрасного излучения и подключили к электродам, которые стимулировали зрительную или соматосенсорную кору. Крыса фактически обретала новую чувствительность, и потенциально то же самое можно сделать с человеком.
Людям необходимо следить за достижениями в области нейроинтерфейсов — хотя бы потому, что они станут потребителями всех этих достижений, хотят они этого или нет. Первые нейроинтерфейсы будут ужасно дорогие и плохо работающие, поэтому их получит ограниченное количество пользователей. Но по мере разработки этот инструмент станет дешевле и эффективнее, через 20 лет это наверняка произойдет. И в целом любому полезно знать, как работает мозг, какие процессы в нем существуют. Особенно учитывая то, что нередко человек имеет очень отдаленное представление о том, как работает этот его орган, предпочитая опираться на мифы или взгляды, напоминающие религиозные.
Об авторе: Михаил Лебедев – PhD, научный руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов ВШЭ, старший научный сотрудник центра нейроинженерии Duke University Medical Center, Durham.
Михаил Лебедев, ПостНаука
Портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru
