ЧТО ТАКОЕ МОЗГ, ДЛЯ ЧЕГО ОН НАМ НУЖЕН

В XXI веке перед учеными стоит, возможно, самая сложная задача за всю историю существования науки: понять мозг. Наш век уже окрестили веком наук о мозге и сознании по аналогии с тем, как прошлый век называли веком генетики. Задача невероятно сложная хотя бы потому, что обычно инструмент, с помощью которого проводят исследования, сложнее объекта исследования. Сейчас же с помощью разума мы пытаемся понять сам разум. Удастся ли?

Мозг — это наиболее сложный и наименее изученный орган нашего тела. Имея массу всего 1–2 кг (среднестатистический вес где-то между), он потребляет 20% энергии, вырабатываемой нашим телом. В его клетках активно работают более 70% генов нашего генома (в других клетках эта цифра гораздо меньше). Серое вещество состоит более чем из 90 млрд нейронов, каждый из которых имеет до 10 тыс. связей с другими нейронами (не обязательно соседними — например, отростки двигательных нейронов имеют длину более метра).
Но все это биология, не так интересно. А как быть с сознанием?
Этим вопросом еще с античных времен занималась только философия. Платон и Аристотель считали, что разум существует как отдельная от материи онтологическая реальность. Парменид, напротив, утверждал, что бытие и мышление едины. Сейчас к этому процессу подключились естественные науки. За последние годы исследования достигли уровня, на котором мы можем позволить себе приступить к изучению мозга в действии. Оно охватывает молекулы, клетки, их связи, а также высшую материю — поведение, которое и есть сознание.

Фантасты уже давно мечтают об искусственном разуме, но чаще всего рисуют его в виде вышедшего из под контроля монстра, действующего отнюдь не на благо человечества (фантастические фильмы «Терминатор», «На крючке», «Я, робот»).
Кадр из кинофильма "Я робот" 

В одном из недавних фильмов, «Превосходство», для создания искусственного интеллекта была использована речевая модель и специальные алгоритмы ее обработки. Такие идеи небеспочвенны. Считается, что именно речевая модель способствует активному развитию полушарий, и она ответственна за нашу способность к обучению и прогнозированию событий и, в конечном итоге, за принятие решений.

Действительно — опираясь на имеющийся опыт, мы принимаем решения о поступках, а после их совершения сравниваем предполагаемый результат с действительным. Так что мозг дает нам возможность заглянуть в будущее.
Но как заставить мыслить машину?
Постер к фильму "Первосходство"
Камнем преткновения любого искусственного интеллекта являются именно алгоритмы его обучения. Преимущество людей над всеми остальными обитателями нашей планеты — умение абстрактно мыслить, строить обобщения различного уровня. Сейчас разработка так называемых алгоритмов "глубинного обучения" — весьма востребованная область знаний. Такими алгоритмами активно интересуются крупные IT-компании. Например, Google недавно приобрела компанию DeepMind Technologies, специализирующуюся как раз на таких задачах. Ведь рынок здесь огромен. Они могут использоваться для распознавания речи, лиц, разработки «умных» пользовательских интерфейсов в электронных устройствах, протезировании и пр. Успехи в этой области уже сейчас приносят свои плоды.

Такие идеи как процессор «Терминатора» Т-800 совершенно новой архитектуры или Скайнет, или создание клонов в «Шестом дне» и «Острове», уже не кажутся несбыточными. Исследования продолжаются. На изучение мозга тратятся колоссальные средства по всему миру.

В 2013–2014 гг. в США, Европе и Японии стартовали масштабные проекты по исследованию мозга (Россия на подходе). Кто знает — может, будущее, о котором пишут фантасты, уже не за горами.

ЗАЧЕМ ИЗУЧАТЬ МОЗГ?

Здоровый мозг человека — невероятно сложная, тонко настроенная система, для нормального функционирования которой важен каждый ее элемент, и это не только нейроны и их сети. Мозг — это еще и множество вспомогательных элементов: глиальные клетки, которые осуществляют питательные и защитные функции для нейронов, клетки сосудистой системы, различные внеклеточные белки, нейромедиаторы. Малейшее изменение работы любого компонента мозга может привести к возникновению и развитию его патологий.

Условно патологии мозга можно разделить на три группы.
Нейродегенеративные заболевания — группа медленно прогрессирующих заболеваний нервной системы, связанных с гибелью нервных клеток, внешне выражающиеся в виде деменции и расстройства двигательных функций (болезни Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона — наиболее известные представители данной группы).

Психические расстройства, связанные с нарушениями в сфере чувств, мышления, поведения. К этой группе относятся депрессия, анорексия, булимия, нарушения сна, алкогольные и наркотические зависимости, шизофрения.

Заболевания, связанные с сосудистой системой.
Все перечисленные заболевания возникают по разным причинам, но на уровне нейронов их проявление всегда одно: нарушается передача нервных импульсов. В зависимости от причины таких нарушений требуется и разное лечение. Но проблема в том, что мы до сих пор не знаем причин этих заболеваний.

Есть теории, предположения, некоторые из них частично подтверждаются, другие — нет. Но в настоящее время все без исключения методы лечения этих заболеваний действуют на симптомы, а не на причины. Так что исследования механизмов возникновения и развития таких болезней в прямом смысле жизненно необходимы, это именно те знания, которых так не хватает, и финансирование таких экспериментов — весьма кстати.

НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ЛЕЧЕНИЮ РАССТРОЙСТВ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

В настоящее время уже существует множество современных технологий лечения заболеваний, некоторые из которых используются в клинической практике, а другие — только проходят адаптацию. Поскольку многие расстройства центральной нервной системы связаны с неправильной работой генов (наличием в них ошибок, нарушением систем регуляции их работы) молекулярные и клеточные технологии терапии направлены на исправление подобных ошибок.

Идея таких методов проста: используя подходящие средства, мы доставляем терапевтический агент к нужному месту и на нужный уровень клетки, где и происходит коррекция. Уровни — ДНК, РНК, белки, простые вещества. Агентами могут выступать простые вещества (большинство современных лекарственных препаратов), активные белки, ферменты, специфические антитела, фрагменты РНК, даже ДНК. В качестве средств доставки могут использоваться, например, вирусы.

Ниже приведены некоторые примеры таких технологий.

Терапия с использованием миРНК. Молекулы миРНК связываются с матричной РНК (промежуточный элемент на пути синтеза белков, основных действующих элементов нашего организма); такие комплексы распознаются клеточными системами и разрушаются (так можно снизить синтез какого-либо белка в клетке).

Синтетические транскрипционные факторы. Эти вещества связываются с ДНК и активируют процесс синтеза матричной РНК (эти средства, напротив, позволяют повысить продукцию белка).

Синтетические нуклеазы для редактирования генов. Данные методы позволяют напрямую осуществлять коррекцию генома (устраняем дефект и вновь синтезируемые компоненты клетки будут работать без нарушений).

Использование антител. Антитела вырабатываются нашим организмом в ответ на появление в нем посторонних веществ — например, вирусов, чужеродных белков. Люди уже давно научились синтезировать искусственные антитела. С их помощью можно устранять различные образования в мозге (пример — устранение амилоидных бляшек при болезни Альцгеймера).

Соседние выпуски

Что еще почитать