Глава 4. Будущее за нейрофизикой
Итак, мы знаем, как устроен нейрон, понимаем принцип функционирования нервной системы и представляем, что происходит в мозге человека. Но можно ли научиться декодировать мысли человека и животных? Реально ли создать приспособления, передающие мысли на машинные устройства, и направленно управлять поведением, воздействуя на нейроны головного мозга?
На все эти вопросы ведущий российский нейробиолог Константин Анохин отвечает утвердительно. И хотя пока это может казаться фантастикой, но уже ведутся серьезные исследования по созданию технологий, воплощающих в жизнь эти невероятные возможности.
Константин Анохин заявляет: «Работа в области мозгомашинных интерфейсов как раз и интересна тем, что дистанция между технологическими задачами и глубокими фундаментальными исследованиями практически нулевая. Технологии – стимул для познания работы мозга»
Наибольшую известность в области разработки мозгомашинных интерфейсов получили эксперименты бразильского нейробиолога Мигеля Николелиса (Miguel Nicolelis), начатые в конце 1990-х годов. Внедряя в мозг обезьяны несколько электродов, ученый добился поразительной синхронизации движения настоящей руки животного и ее роботизированного аналога. Имплантированные электроды обеспечивали двустороннюю связь мозговых клеток обезьяны и датчиков, установленных на роботе. Стоило мартышке сжать в своей руке игрушку, как рука робота в точности повторяла ее жест. Таким образом ученые смогли добиться результата использования мозговой деятельности обезьяны для управления роботом. Чтобы эффектно это продемонстрировать, Николелис провел эксперимент между Японией и США: обезьяна в США мыслит, что она сгибает руку, а механическая рука в Японии совершает эти действия.
В мозг же человека электрод, выполняющий функцию интерфейса, вживили в 2005 году. Это сделала группа ученых во главе с Джоном Донахью (John Donoghue), известным физиологом из Университета Брауна (США) и основателем компании Cyberkinetics Neurotechnology Systems. Пациенту, парализованному после инсульта, в мозг ввели микроэлектроды, при помощи которых компьютер измерял электрические импульсы его мозга и преобразовывал их в команды для управления курсором. Больной представлял, что двигает правой или левой рукой, и курсор на экране монитора перемещался в ту или иную сторону. Функциональность устройства навела ученых на мысль попробовать изготовить механические протезы, управляемые мозгом посредством вживленных в него электродов.
Но если проникнуть в хитросплетение нейронов мозга еще глубже и попытаться «считать» информацию с каждого нейрона, то можно вплотную подойти к разгадке тайны и проникнуть в мысли человека. В практике до этого пока никто не дошел, но принципиальная возможность такого явления доказана.
«Я бы сравнил демонстрацию опытов по чтению мыслей с первой фазой космического проекта, – говорит Константин Анохин. – Проблема космических путешествий пока не решена: пройдут десятилетия, прежде чем люди будут свободно перемещаться с одной планеты на другую. Но выход человека в космос свидетельствует, что это возможно. Аналогично и с декодированием мыслей. Эксперименты показывают, что не существует теоретического запрета для выполнения этих задач. Все остальное зависит от времени и развития технологий».
Важнейшие решения в этой области – разработка технологий, которые будут соединять задачи построения интерфейсов и изучения глубоких процессов активности отдельных клеток головного мозга. Именно это сделает возможным считывание мыслей как объективный процесс.
В России работы по созданию мозгомашинных интрефейсов начались в 2003–2004 годах. Это направление активно развивается. Но в основном разрабатываются поверхностные интерфейсы. С глубокими, по словам г-на Анохина, пока не работает ни одна российская лаборатория. Это направление планируют начать развивать в НИИ нормальной физиологии РАМН.
«По-настоящему интересная наука – та, которая не вылечивает никаких заболеваний и не приносит никаких денег, – говорит Константин Анохин. – Мысль ученого всегда стремится вверх, за горизонты, в те области, в которые еще не протоптаны пути и не проложены дороги, которые далеки от практического воплощения. Но работа в области мозгомашинных интерфейсов как раз и интересна тем, что дистанция между технологическими задачами и глубокими фундаментальными исследованиями практически нулевая. Технологии – стимул для познания работы мозга».
Часть VIII. Клетка хранит секрет бессмертия
Что такое старость? Это общее одряхление нашего тела. С возрастом органы изнашиваются и разрушаются. Происходит это потому, что каждая клетка тела может делиться ограниченное число раз. Но раз уж мы знаем секрет старения, может быть, сможем разгадать и загадку бессмертия? На сегодняшний день существует несколько подходов к этой теме.
Извечная мечта человечества – найти уж если не секрет бессмертия, то хотя бы способ продления жизни. В экспериментах на животных установлено: если все время их кормить малокалорийной пищей, они живут дольше. Правда, при этом у них ухудшаются некоторые функции организма, в первую очередь – способность к воспроизводству (с большой вероятностью это справедливо и для людей, к примеру, чересчур увлекающихся вегетарианством). Экспериментально получены карликовые мыши, живущие дольше обычных, но у них снижена функция размножения. Ученые не оставляют надежду найти ген долголетия, который продлевал бы жизнь без нежелательных побочных эффектов.
В какой-то степени это удалось итальянским и американским исследователям. Они получили мышей с точечной мутацией гена, который кодирует определенный белок. Эти мыши не отличались от контрольных ни массой тела, ни физическим развитием, ни способностью к воспроизводству, но продолжительность их жизни увеличивалась на треть.
Выяснилось, что открытый белок участвует в ответе организма на факторы, вызывающие окисление (перекись водорода, радиация, ультрафиолетовый свет). При этом начинают окисляться важные для жизнедеятельности вещества, такие как липиды клеточных мембран. Этот процесс сопровождает, как правило, большинство патологических состояний, например старение. Стрессовый ответ организма выражается в повреждении или запрограммированной гибели клеток (апоптозе).
Кое в чем могут помочь химические препараты антиоксиданты, но в данном случае решение более радикальное.
У полученных исследователями мышей-мутантов ген, кодирующий выявленный белок, не работает, а значит, окислительные процессы протекают по-другому. Мышки оказались более устойчивыми к действию факторов, вызывающих окислительный стресс, и превосходили контрольных мышей по продолжительности жизни: контрольные жили не более 28 месяцев, а мыши-мутанты – доживали до 37. При этом мутанты ничем не отличались от контрольных ни в поведении, ни при выполнении различных тестов. Последующий гистохимический анализ не выявил у них никаких отклонений и в строении органов.
В настоящее время идут дополнительные исследования данной темы, и – кто знает? – возможно в ближайшем будущем мы получим ключ к бессмертию.
Глава 2. Волшебный фермент
Ключом к клеточному бессмертию, «источником юности» считают теломеразу. Этот фермент позволяет клеткам быстро размножаться без старения. Стволовые клетки эмбрионов, например, обладают огромным запасом теломеразы, которая позволяет им непрерывно делиться, формируя ткани и органы. У взрослых организмов теломераза содержится в клетках, которые должны часто делиться, однако большинство соматических клеток ее не производят.
Теломераза – фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК к цепи ДНК на участках теломер. Как мы помним, теломеры – это концевые участки линейной молекулы ДНК, которые состоят из повторяющейся последовательности нуклеотидов. У человека и других позвоночных повторяющееся звено имеет формулу TTAGGG (буквы обозначают нуклеиновые основания). В отличие от других участков ДНК теломеры не кодируют белковые молекулы, в некотором роде это «бессмысленные» участки генома. В 1971 году российский ученый Алексей Матвеевич Оловников впервые предположил, что при каждом делении клеток эти концевые участки хромосом укорачиваются. То есть длина теломерных участков определяет «возраст» клетки – чем короче теломерный «хвост», тем она «старше».
В результате деятельности теломеразы длина тело мерных участков хромосом клетки увеличивается или сохраняется на постоянном уровне, позволяя клетке делиться неограниченно долго. Но что поддерживает фермент в состоянии постоянной активности? На этот вопрос ученые тоже нашли ответ. Оказывается, постоянное стимулирование активности теломеразы происходит за счет особого белкового компонента. Его так и назвали – каталитическим компонентом теломеразы. За выработку этого компонента отвечает определенный ген. Ученые выделили его и даже научились искусственно синтезировать.
