Наш мозг — «как это работает?»

24.07.2024

Человечество научилось побеждать стихию, противостоять законам физики, побывало в космосе и узнало тысячи тайн вселенной. Но до сих пор не смогло разгадать несколько глубинных секретов, которые скрывает человеческий мозг. На этой неделе отмечался всемирный день мозга — одного из самых изучаемых и самых малоизученных органов человека. Об открытых вопросах нейронаук, сильном искусственном интеллекте и Илоне Маске, сне пингвинов и перспективах бессмертия — в интервью с директором НИИ нейронаук СамГМУ, доцентом кафедры неврологии и нейрохирургии, врачом-сомнологом Александром Захаровым.

— Александр Владимирович, какие остаются белые пятна в науке о мозге?

— К сожалению, на данный момент мы не можем с уверенностью сказать, что вообще понимаем, «как это работает». Если серьезно, мозг — это самая сложно организованная структура в нашем организме. И несмотря на огромный багаж знаний, множество самых удивительных и важных открытий о мозге, мы очень-очень многого о нем не знаем.

— Что еще предстоит изучить и понять? Какие основные нерешенные задачи стоят перед наукой? В чем ученые пока испытывают трудности?

— Самый животрепещущий вопрос, который сегодня беспокоит ученых, исследующих мозг, — это морфологический субстрат сознания, гиперсетевые взаимосвязи в мозге. Мы хотим понять, где непосредственно находится тот объект, который обеспечивает нас всеми качественными и количественными составляющими психической функции. Другими словами, что отвечает за наше сознание и как именно это происходит, что именно нас делает человеком разумным. Ученые только-только подступаются к этим вопросам.

— Для чего сегодня нужны эти ответы?

— Как минимум, для того, чтобы технически подойти к решению вопроса о сильном искусственном интеллекте. Тот ИИ, что есть сейчас, является слабым, так как он решает только те конкретные задачи, которым он обучен. К примеру в диагностике орфанных заболеваний ИИ просто «плывет», потому что не было данных для его обучения. Сами же алгоритмы настроиться не могут. В этом ключевая особенность отличия сильного интеллекта от слабого.

— Какие еще задачи медицине сможет решить сильный ИИ в идеале? На что уже сегодня реально рассчитывают ученые?

— Мы рассчитываем, что он станет полноценным помощником врача, и для этого есть все основания. Уже сегодня технологии ИИ значительно облегчают множество самых разных врачебных задач. К примеру, уже сейчас открыты возможности визуализации того, что происходит в зрительной коре, чтобы передать в картинках, что видит человек. Или, например, интерфейс мозг-компьютер 5.0, который разрабатывал Александр Яковлевич Каплан. Здесь контур ИИ подбирает, подстраивается под активность в коре головного мозга, чтобы точно угадать, какое действие задумал испытуемый. Это позволит значительно расширить возможности использования интерфейса мозг-компьютер для управления теми или иными устройствами, например, для реабилитации.

— То есть, можно сказать, что человечество уже вплотную подошло к решению сверхумного ИИ?

— Да, здесь все обстоит достаточно оптимистично. Генеративные нейронные сети, сверточные нейронные сети сейчас развиваются огромными темпами. Их использование мы видим в таких технологиях, как сервис по анализу медицинских изображений. Это уже рутинная практика, не вызывающая особого «вау-эффекта». Целые команды сегодня соревнуются в создании продуктов на основе ИИ, которые можно использовать в медицинской практике. Например, COVID-19 дал большую базу для исследований и сегодня много аналитических групп занимается анализом флюорографии, рентгеновских снимков, КТ. То же самое в неврологии. Например, команда нашего НИИ работает над визуализацией очагов демиелинизации, их классификацией, соединением с анатомическими структурами. Это улучшит диагностические аспекты, повысит качество ведения пациентов. Большие лингвистические модели нейросетей интегрируются в АПК для неврологии, реабилитации, помогая в восстановлении речевой функции.

— Что бы вы назвали самыми значимыми научными открытиями недавнего времени в неврологии — нашумевшее вживление чипа в их числе? Какие вы видите в этом перспективы?

— Да, бесспорно, одно из самых больших открытий современных нейронаук заключается в том, что мы, наконец-то, приблизились к тому, что инвазивные интерфейсы позволяют существенно улучшить состояние обездвиженных пациентов. Долгое время это было большой мечтой. Технологии нейропротезирования сейчас, конечно, чаще всего ассоциируют с именем Илона Маска, но на самом деле над этой темой трудилась большая команда ученых нейробиологов. В основе стоял и такой ученый, как Михаил Альбертович Лебедев, который проводил исследования на обезьянах. Их результаты транслировались на человека, и сейчас мы видим результаты.

В создание технологий нейропротезирования сегодня наблюдается значительный прогресс. Причем, речь не только о внедрении в головной мозг, но об интеграции в спинной мозг. Тут можно привести в пример достижения российского ученого Павла Евгениевича Мусиенко и его команды, работающей над протезированием функций спинного мозга обездвиженных людей после травмы спинного мозга — это, несомненно, большой прорыв науки и медицины.

— Сегодня много говорится об активном долголетии и увеличении продолжительности жизни. И в этом контексте возникает вопрос о сохранении в хорошем состоянии функций мозга. Эта тема есть в числе приоритетов науки о головном мозге?

— Да, конечно. Одно из недостающих звеньев для понимания сопряженного функционирования всех составляющих центральной нервной системы — это глимфатическая система. Она обеспечивает клиренс межклеточного пространства и поддерживает работу клеток в естественном режиме. По одной из теорий, если это пространство забивается продуктами жизнедеятельности клетки, то это приводит к развитию таких состояний, как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и других нейродегенеративных заболеваний. Множество современных исследований направлены именно на изучение глимфатической системы, в частности, чтобы найти способы борьбы с этими проблемами. Стоит задача научиться влиять на то, чтобы клетки не теряли межклеточные связи, активизировать процессы, влияющие на наш когнитивный потенциал. Поддержание когнитивного долголетия человека — это сегодня одна из основных целей, которой занимаются науки о мозге.

На увеличение продолжительности жизни направлен и ряд исследований в области генетики. В частности, обсуждается концепция, которая может опровергнуть предел митотического деления клетки (до 25–50 делений). Предполагается, что если восстанавливать или сделать неуменьшаемой теломеры (концевые участки хромосом), с которой начинается репликация ДНК, — то будет найден путь к существенному увеличению продолжительности жизни. Но этот вопрос требует дополнительного изучения.

— До того момента, когда будет найдена панацея, как-то можно предохранять мозг от подобных заболеваний?

— Существуют генетические предпосылки, связанные со структурными клеточными изменениями. Они влияют на развитие этих процессов. Но тем не менее, вне зависимости от того, как обстоит ситуация с генетикой, всем нам полезно тренировать мозг. Необходимо поддерживать разнообразие внешней среды. Функционально — это познание нового, постоянное обучение. Доказано, что регулярные мыслительные упражнения позволяют поддерживать наш мозг «в тонусе» и противостоять когнитивным нарушениям.

— Какие исследования, научные статьи вас впечатлили в последнее время?

— Поскольку я занимаюсь нарушениями сна, одно из недавних исследований, которое меня заинтересовало, связано с изучением сна пингвинов. Они рекордсмены по самому короткому сну, длительность которого может составлять всего 4 секунды, за сутки пингвины эпизодами спят до 10 тыс. раз. Это меня, действительно, впечатлило, потому что мы считали, что цикл «сон-бодрствование» — это такая генетически детерминированная структура, которая практически идентична у большинства животных. Но, оказывается, различия очень большие.

— И это может привести к каким-то открытиям в области сна человека?

— Да, это наводит на многие мысли. Мы очень мало знаем, что с человеком происходит во сне, а ведь во сне протекает треть нашей жизни. Это один из поводов пытаться больше понять об этом состоянии. Изучение глимфатической системы в том числе затрагивает вопросы лечения во время сна таких нейродегенеративных состояний, как болезнь Паркинсона, Альцгеймера. Считается, что за прогрессирование этих состояний отвечает поломка функционирования глимфатической системы, которая максимально активна во время дельта-сна.

— То есть людей можно будет лечить во время сна? Уже известно, как?

— Пока эти вопросы обсуждаются. Есть предположения, что это целесообразно делать посредством физических методов воздействия: электрической стимуляции, ультразвукового воздействия. Это должно активизировать «клиринговую» систему межклеточного пространства от тех метаболитов, которые накапливаются во время дневного бодрствования.

— На каких исследованиях сейчас фокусируется НИИ под вашим руководством?

— Мы работаем как раз над профилактикой и лечением нейродегенеративных заболеваний. Рассматриваем эту тему в комплексе, несколькими командами ученых по разным направлениям. В частности, мы разрабатываем физические, немедикаментозные методы воздействия на функционирование головного мозга с целью профилактики и лечения болезни Паркинсона. По статистике, около 4 млн человек в мире испытывают симптомы болезни Паркинсона. Больше всего случаев регистрируется в возрастной группе 55–65 лет, но встречаются и более молодые пациенты — 30–40 лет.

Кроме того, мы фокусируемся на анализе мультимодальных данных, который в себя включает инструментальные методы исследования (МРТ, электроэнцефалографию, генетическое тестирование и много другое). Это сложный морфометрический анализ функции и анатомии головного мозга, в процессе которого изучается порядка 150 структурных объектов, их объем, функционирование. Мы накапливаем мультимодальные данные, чтобы с ним работать и строить модели, прогнозы. К примеру, сможем персонифицировано сказать, какие методы немедикаментозного воздействия будут максимально эффективны у конкретного пациента.