Вынос мозга: наука идет к разгадке «программного кода» человека
Прорывы в нейробиологии дают надежду на расшифровку самого сложного ребуса человеческого организма — работы связанных воедино миллиардов нейронов и синапсов. Результатом этих научных изысканий должна стать победа над нейродегенеративными заболеваниями и появление в обществе касты «суперстарцев»
Накопление данных наконец начинает приносить плоды в нейробиологии, открывая все больше возможностей для глубокого проникновения в самую сложную структуру человеческого организма — мозг. В этом году впервые был искусственно создан нейрон, который абсолютно точно воспроизводит паттерны импульсов сразу из трех разных областей мозга, обрабатывая информацию так же, как обычные нейроны. Ключевым элементом синтетического нерва стал мемристор — наноразмерный компонент, реагирующий на прохождение через него электрического тока; с его помощью устройство может динамически перераспределять нейронные роли, попеременно выполняя функции, связанные с движением, планированием и зрением. Ранее это считалось невозможным: все аналоги нейронов были способны имитировать выполнение только одной задачи.
«В будущем человеческий мозг, вероятно, перестанет быть таинственным черным ящиком, недоступным для понимания ученых, и его можно будет воссоздать с помощью электроники», — заявил один из создателей «супернейрона», выпускник МФТИ, профессор Университета Лафборо (Великобритания) Сергей Савельев.
Эти результаты лишь маленький шаг к получению представления о человеческом мозге как о системе, но они подогрели интерес к нейронаукам. «Сегодня наблюдается очень интенсивный рост: происходит много открытий, идет постоянная аккумуляция материала — как будто для того, чтобы появился гений, способный собрать все это в едином концепте, — отмечает директор Института биологии и биомедицины Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского Мария Ведунова. — Такой этап очень важен. Одна из приоритетных задач сейчас даже не поиск, а расшифровка закономерностей функционирования биологических нейронных сетей с точки зрения обработки и передачи данных. Область имеет гигантские перспективы: когда здесь случится прорыв, это полностью изменит как наш подход к медицине, в частности к геронтологии, так и мир компьютеров, принципы обработки и хранения информации».
В контексте технологической гонки за созданием наилучших систем искусственного интеллекта модель человеческого мозга стала ценнейшей «скрижалью» для научных поисков. С одной стороны, мозг — самый энергозатратный орган в теле человека (его масса составляет всего 2,5% от массы тела, а потребляет он 25% всей энергии и 20% всего кислорода — больше, чем сердце и мышцы), с другой — максимально эффективная вычислительная система, которая по параметру «энергозатраты — результат» превосходит современные компьютеры на тысячи порядков.
«Системы ИИ пока даже не приближаются к головному мозгу по уровню решения проблем. Им не свойственно создание нового, тогда как одной из отличительных черт нашего мозга является то, что мы всегда можем придумать еще один оригинальный вариант решения», — комментирует Мария Ведунова.
При этом до сих пор неясно, какими молекулярными механизмами обусловлено такое преимущество. По словам эксперта, принципы обработки, передачи и хранения информации в человеческом мозге гораздо сложнее, чем мы можем себе представить. Нейробиологи склоняются к тому, что вести исследования экстенсивным путем, пересчитывая миллиарды нейронов и квадриллионы синапсов, бессмысленно: они постоянно умирают и иногда рождаются. Намного интереснее узнать, какие цепочки реакций в разных областях мозга ответственны за разные процессы, в том числе за воображение и творчество.
Мейнстрим — борьба с нейродегенерацией
Одна из локальных вершин на этом пути, покорение которой сегодня считается особенно актуальным и захватывает все больше ученых по всему миру, связана тем не менее с весьма прозаичной и прикладной целью — поиском причин нейродегенеративных заболеваний и возможностей их нейтрализации на каком-либо этапе. Для развитых стран с растущей долей стареющего населения (в России число людей старше 65 лет составляет около 18%; в Германии, Финляндии, Греции — более 23%; в Португалии и Италии — свыше 24%; в Монако — 36,17%) это особенно чувствительная тема. Доказано, что после 65 лет риск развития болезни Альцгеймера (БА) — самой распространенной нейропатологии, при которой наблюдается неуклонное прогрессирование расстройства памяти и познавательных функций, — увеличивается в два раза каждые пять лет. ВОЗ прогнозирует, что к 2050 году в мире станет втрое больше людей с БА.
«С точки зрения науки нейродегенерация у человека неизбежна. Каждый день в мозге умирает примерно 100 тысяч нейронов. У тех, кто пьет, курит, много нервничает, эта цифра увеличивается, но и при правильном образе жизни она не уменьшается, — поясняет Мария Ведунова. — А поскольку в нашей популяции постоянно растет продолжительность жизни и, соответственно, увеличивается число людей старшей возрастной группы, поиск веществ, способных затормозить болезнь Альцгеймера, становится мейнстримом науки».