Чтение онлайн

Это будущее представляется возможным благодаря многочисленным обнадеживающим разработкам и открытиям в формирующейся сфере нейромодуляции. Например, сейчас научное сообщество постепенно приходит к консенсусу относительно идеи о том, что многократные сеансы ТМС в области дорсолатеральной префронтальной коры эффективно ослабляют симптомы хронической депрессии. ТМС все еще не настолько эффективна, как электросудорожная терапия, до сих пор являющаяся наиболее эффективным методом лечения в случае тяжелой формы депрессии, но она показала положительные результаты в нескольких исследованиях на случайных выборках. Однако главным недостатком нового подхода является то, что пациенты должны часто приходить в больницу или клинику, чтобы проходить сеансы ТМС под наблюдением врачей. Ввиду этого важного ограничения я полагаю, что наш метод электростимуляции спинного мозга может быстро стать альтернативным способом лечения таких пациентов. Наши предварительные результаты уже показывают, что он позволяет ослаблять симптомы депрессии у пациентов. Поскольку это лечение осуществляется с помощью встроенного в спинной мозг нейрочипа без необходимости наблюдения специалиста, пациенты смогут проходить лечение постоянно или по периодическому расписанию стимуляции (например, по часу в день) в домашних условиях и им не придется регулярно посещать клинику. Аналогичным образом, если подтвердится роль кортикальных повреждений в развитии болезни Альцгеймера, в теории можно представить, что электрическая стимуляция спинного мозга также будет использоваться для частичного устранения когнитивного дефицита у таких пациентов или даже для замедления развития заболевания.

Существует интересная перспектива того, что в будущем ТМС спинного мозга воспроизведет результаты, которые мы получили с нашими имплантатами. На самом деле я предвижу сценарий, при котором пациенты с болезнью Паркинсона или Альцгеймера, депрессией и многими другими мозговыми патологиями смогут осуществлять ежедневные лечебные процедуры дома в терапевтическом кресле, в спинку которого встроена портативная система ТМС. В таком случае, пока пациент удобно сидит и читает книгу на протяжении часа или около того, встроенная в кресло система ТМС неинвазивным путем осуществляет электромагнитную стимуляцию спинного мозга, которая требуется для лечения пациента с мозговыми нарушениями [13] . Если в один прекрасный день такая домашняя терапия мозговых нарушений будет реализована на практике, мы станем свидетелями гигантского прорыва в организации клинической помощи и в улучшении качества жизни миллионов пациентов, страдающих от разнообразных мозговых нарушений, не говоря уже о колоссальном сокращении расходов нашей системы здравоохранения.

Забавно, что, если терапия мозга на основе магнитных полей когда-нибудь достигнет предполагаемой мною степени распространенности, она подкрепит популярное и рожденное столетия назад мнение о том, что магнетит (природный камень с магнитными свойствами) обладает некой лечебной магнитной силой. Эту идею в XIII веке распространял англичанин Бартоломью, который писал: «Этот тип камня [магнит] возвращает мужей к женам и увеличивает элегантность и шарм речи. Кроме того, как и мед, он лечит водянку, раздражительность, лисью чесотку и ожоги… Если [магнит] положить на голову целомудренной женщины, яды его немедленно ее окутают, [но] ежели она прелюбодейка, то вскочит сама с постели, убоявшись наваждения».

Как бы удивился Бартоломью, если бы увидел, насколько далеко мы продвинулись в использовании электромагнетизма в медицинских целях!

Прежде чем продолжить, я хочу отдать должное тем, кто до меня изучал электромагнитные свойства нейронов в качестве возможного субстрата для построения общей теории функционирования мозга. За последние шестьдесят лет несколько исследователей выдвигали гипотезы о том, что слабые электромагнитные поля нейронов играют ключевую роль в функционировании человеческого мозга. Одна из первых попыток создать теорию мозга была сделана адептами гештальттерапии, которые считали, что для понимания нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе высших когнитивных функций, следует изучать мозг глобально, а не как мозаику из отдельных частей. На основании этого философского подхода в начале 1950-х годов два известных сторонника гештальтпсихологии, Арон Гурвич и Вольфганг Кёлер, выдвинули идею о том, что электрические поля, создаваемые большими популяциями нейронов, таят в себе секреты человеческого восприятия. Тезис Гурвича и Кёлера решительно отвергали некоторые современные им американские нейробиологи (такие как Карл Лешли и лауреат Нобелевской премии Роберт Сперри), которые в конце 1950-х годов разработали и провели несколько экспериментов на животных с целью опровергнуть заявление Кёлера. Хотя в большинстве современных учебников по психологии говорится, что эти эксперименты успешно доказали несостоятельность идеи Кёлера, когда я через шестьдесят лет вновь обратился к исходным результатам Сперри и Лешли, я не понял, как это возможно. Интересно, что тогда, в 1950-х годах, этого не понял и сам Кёлер. Причина нашего с Кёлером скептицизма заключается в том, что из экспериментов Сперри или Лешли вовсе не следовало, что электромагнитные поля не играют никакой роли в функционировании мозга. Например, Лешли в своих экспериментах наносил на большую часть поверхности мозга обезьяны множество полосок золота. Другому животному он ввел в ограниченные области зрительной коры в обоих полушариях десяток золотых шпилек. Лешли утверждал, что эти манипуляции должны ослабить электрические поля, о которых говорил Кёлер, и тем самым ухудшить способность обезьяны решать зрительные задачи. Далее Лешли в одном эксперименте протестировал обеих обезьян, проверив их способность выполнять очень простую зрительную задачу, которой они обучились до имплантации золотых полос и шпилек. Поскольку обе обезьяны справились с заданиями так же хорошо, как раньше, Лешли заключил, что опроверг теорию Кёлера. Забавно, что Лешли никогда не пытался использовать более сложное визуальное задание или хотя бы зарегистрировать активность мозга во время эксперимента. Хотя Сперри был менее категоричен в интерпретации собственных результатов, он сообщал, что имплантация танталовых шпилек в головной мозг кошек не нарушает зрительное восприятие животных.

С учетом того, что нам известно о мозге сегодня, оба этих грубых вида манипуляций с корой ничего не говорят о влиянии электромагнитных полей на работу мозга (или его отсутствии). Говоря попросту, вопреки представлениям Лешли и Сперри, использованные ими золотые или танталовые имплантаты не могли оказывать значительного влияния на электромагнитные поля мозга. И по этой причине из их экспериментов ничего не следует. Любопытно, что на протяжении последних семидесяти лет любые новые теории в сфере функционирования мозга немедленно опровергались большинством нейробиологов с отсылкой на эти грубые, неполноценные и неубедительные эксперименты. Но идея продолжала жить, хотя и в научном подполье современной нейробиологии.

Позднее, пытаясь объяснить нелокальный аспект памяти, американский нейробиолог и бывший коллега Карла Лешли Карл Прибрам предположил, что мозг может работать как лазерная голограмма. В рамках его модели локальные электрические волны активности нейронов коры, создаваемые главным образом на уровне дендритов, интерферируют друг с другом, запасая информацию в виде серии локальных голограмм. Поэтому, в соответствии с идеей Прибрама, кора содержит не одну, а много таких локальных голограмм, организованных в виде так называемой голономии. Основанную на этих представлениях теорию Прибрама стали называть голономной теорией функционирования мозга. Выдвигая эту теорию, Прибрам находился под значительным влиянием работы американского физика Дэвида Бома.

Также важно подчеркнуть, что еще в 1942 году Анжелик Арванитаки показала, что, если аксоны гигантского кальмара разместить в непосредственной близости от среды с пониженной проводимостью, один аксон может подвергаться деполяризации за счет активности, возникающей в соседнем нервном волокне. Это явление стали называть эфаптическим взаимодействием нейронов. Недавние исследования показали, что похожие взаимодействия могут индуцироваться или модулироваться путем наложения на нервную ткань электромагнитных полей.

В 1990-х годах заслуженный американский нейрофизиолог из университета Нью-Йорка Эрвин Рой Джон вновь подогрел интерес к электромагнетизму нейронов, предположив, что электромагнитные поля нейронов могут заставлять отдельные нейроны, уже находящиеся у порога возбуждения, производить потенциал действия. Э. Р. Джон считал, что не отдельные нейроны, а популяции нейронов являются теми функциональными единицами, которые в мозге животных отвечают за вычисления и в конечном итоге делают из них разумных существ. Таким образом, единственный способ осуществлять идеальную синхронизацию активности гигантского числа повсеместно распределенных нейронов (что необходимо для выполнения всех главных неврологических функций мозга) заключается в использовании преимущества слабых – но достаточных для выполнения конкретного задания – электромагнитных полей. С помощью таких полей идеальная синхронизация нейронов всей коры достигается очень быстро. Много лет назад Э. Р. Джон прислал мне один из своих последних обзоров на эту тему, который я вновь изучил, когда писал данную книгу. Я нашел в нем идеи, очень похожие на те, что представлены здесь в рамках моей собственной теории.

Примерно пятнадцать лет назад молекулярный генетик Джонджо Макфадден из Университета Суррея вывел теорию, названную им теорией осознанной электромагнитной информации, в которой предположил, что сознание и другие мозговые функции высшего порядка определяются электромагнитной активностью нейронов. Макфадден опубликовал серию статей, где излагал подробности своей теории и бесчисленные результаты работ других лабораторий, которые могли ее подтвердить. Однако, как это произошло с идеями Гурвича и Кёлера, а потом с идеями Э. Р. Джона, подавляющее большинство нейробиологов вновь отринули идею о наличии какой-либо роли электромагнитных полей в функционировании мозга.

Электромагнетизм – одна из четырех фундаментальных сил, действующих в природе. И по этой причине электромагнитные поля повсеместно обнаруживаются в космосе, а их величина колеблется от невероятного числа гигатесл, как в случае магнетаров (массивных нейтронных звезд), до нескольких микротесл, как в случае поля вокруг Земли, действующего в качестве защитного экрана, без которого жизнь на нашей планете была бы невозможна. На краю гелиосферы – гигантского магнитного пузыря, определяющего пределы солнечного магнитного поля, распространяющегося за границы орбиты Плутона, – сила магнитного поля Солнца достигает своего минимального значения – порядка сотни пикотесл. Если разделить этот солнечный минимум на 100, получится значение, близкое к силе магнитного поля человеческого мозга, – 1 пикотесла. Поэтому не приходится удивляться, что мало кто из нейробиологов пытался учитывать потенциальную роль столь слабого поля в создании большинства, если не всех, наших самых ценных мозговых функций. Я не считаю, что такая быстрая смена позиции уже полностью оправдывается экспериментальными результатами. Скорее, ситуация обратная: вопрос о важной роли электромагнетизма нейронов для функционирования мозга остается столь же открытым, как и в начале 1950-х годов. И по этой причине я постоянно представляю себе, как мы будем удивлены однажды в ближайшем будущем, когда получим очевидные экспериментальные доказательства, демонстрирующие, что для построения всей человеческой вселенной нужна лишь 1 пикотесла магнетизма.

Как-то утром летом 2016 года одна строка, напечатанная в престижном американском журнале Scientific American, мгновенно окончательно разбудила меня и привела в чувство. Она гласила: «Искусственные синапсы могут позволить суперкомпьютерам имитировать человеческий мозг».

Корейский материаловед Тае-Ву Ли сообщил журналистам, что теперь, когда ученые научились производить крохотные транзисторы, способные имитировать синапсы между нейронами, вот-вот будет реализована давнишняя мечта о построении машины, напоминающей мозг. Источая энтузиазм, Ли рассказал, что это «может привести к созданию более качественных роботов и самодвижущихся машин, извлечению данных, медицинской диагностике, анализу фондовых рынков и другим умным интерактивным системам и машинам в будущем». В статье говорилось, что благодаря примерно квадрильону связей между 100 миллиардами нейронов (реальное число ближе к 86 миллиардам) человеческий мозг может выполнять порядка 10 квадрильонов операций в секунду. Для сравнения: на тот момент самый быстрый в мире китайский суперкомпьютер Tianhe– 2 работал с максимальной скоростью 55 квадрильонов в секунду. Однако Tianhe– 2 для работы нужно в миллион раз больше энергии, чем человеческому мозгу. Понятный энтузиазм Ли был связан с тем, что его последняя версия искусственного синапса нуждалась лишь в 1,23 фемтоджоуля энергии для одной синаптической передачи – около одной восьмой от того, что требуется человеческому синапсу. Поэтому Ли считал, что, если разместить примерно 144 таких искусственных синапса на четырехдюймовой пластине и соединить их проволокой диаметром 200–300 нанометров, ему с коллегами удастся сделать важнейший шаг в воспроизведении работы человеческого мозга. Для этого, как он сообщил, нужно лишь дождаться некоторых усовершенствований трехмерной печати, чтобы собрать из этих пластинок трехмерные структуры, – и тогда почти из ничего появится искусственный мозг, способный превзойти по вычислительной способности серое вещество нашего собственного мозга.