Sekiranya saintis dapat mengetahui otak, adakah ia dapat membantu menyembuhkan semua penyakit, mengurus perasaan, mengawal ingatan, dan menjana idea seperti komputer?
Ahli sains saraf Ed Boyden bercakap mengenai prospek penyelidikan otak, apa yang dapat dicapai seseorang jika dia belajar mengawal neuron, dan mengapa projek yang gagal harus diberi peluang kedua atau ketiga. Teori dan Praktik menerbitkan terjemahan wawancara.
“Menjana idea baru secara berterusan. Jangan membacanya tanpa berfikir. Komen, rumuskan, renungkan dan umumkan, walaupun anda membaca kata pengantar. Oleh itu, anda akan sentiasa berusaha memahami intipati perkara, itulah yang diperlukan untuk kreativiti."
Ed Boyden pernah menulis sebuah karangan instruksional pendek "Cara Berfikir," dan ayat di atas menjadi peraturannya nombor 1. Dia berusia 28 tahun, dia memulakan kumpulan penyelidikan neurosainsnya sendiri di MIT dan telah menerbitkan beberapa penyelidikannya, yang memperolehnya Brain Prize yang berprestij kerana membantu mencapai "kejayaan teknikal yang paling penting dalam 40 tahun," kata ketua juri. Sudah hampir sepuluh tahun yang lalu. Sistem penjanaan ideanya nampaknya sesuai dengan jangkaan. Boyden menerima Hadiah Terobosan $ 3 juta tahun lalu, dan dia dan rakannya menemui kaedah baru untuk memerhatikan litar elektrik kecil yang hampir tidak dapat dibayangkan di otak. Ini telah menghasilkan beberapa gambar otak yang paling tepat.
- Anda sering mengatakan bahawa tujuan anda adalah untuk "mengurai otak". Apa yang ada dalam fikiran anda?
- Saya rasa makna frasa ini akan berubah apabila pengetahuan baru diperoleh, tetapi sekarang "mengurai otak" bagi saya bermaksud, pertama, kita dapat mensimulasikan (kemungkinan besar menggunakan komputer) proses yang akan menghasilkan sesuatu seperti pemikiran dan perasaan, dan kedua, bahawa kita dapat memahami bagaimana merawat gangguan otak seperti Alzheimer atau epilepsi. Ini adalah dua matlamat yang membuat saya terus maju. Yang satu berfokus untuk memahami sifat manusia, yang lain lebih bersifat perubatan.
Anda boleh berdebat dengan saya dengan menyedari bahawa ada soalan ketiga: apakah kesedaran itu? Mengapa kita mempunyai kenangan, tetapi botol, pen dan meja, sejauh yang kita tahu, tidak? Saya bimbang bahawa kita belum mempunyai definisi kesedaran yang tepat, jadi masalah ini sukar didekati. Kita tidak mempunyai "ukuran kesedaran" yang akan menunjukkan betapa sedarnya sesuatu. Saya rasa kita akan sampai pada suatu hari nanti, tetapi dalam jangka masa sederhana, saya ingin memberi tumpuan kepada dua soalan pertama.
“Mengapa kita tahu banyak tentang dunia? Agak pelik kerana kita dapat memahami hukum gravitasi universal atau mekanik kuantum"
Video promosi:
- Semasa anda memenangi Hadiah Terobosan pada tahun 2016, anda membincangkan usaha berterusan anda dalam penyelidikan otak: “Sekiranya kami berjaya, maka kami dapat menjawab pertanyaan seperti 'Siapa saya? Apakah keperibadian saya? Apa patut saya buat? Kenapa saya di sini?". Bagaimana penyelidikan dapat membantu kita menjawab soalan "Siapa saya?"
- Saya akan memberikan contoh. Ketika krisis ekonomi melanda pada tahun 2008, saya banyak bercakap tentang mengapa orang melakukan apa yang mereka lakukan. Mengapa banyak keputusan kita bukan keputusan terbaik yang boleh kita buat? Sudah tentu, terdapat keseluruhan bidang sains - ekonomi tingkah laku, yang cuba menjelaskan tindakan kita pada tahap psikologi dan kognitif. Sebagai contoh, jika anda bertanya kepada seseorang banyak soalan, dan kemudian dia berjalan melewati semangkuk gula-gula, maka dia mungkin akan mengambil beberapa soalan, kerana dia bosan dengan jawapan dan tidak dapat menahan diri.
Ekonomi tingkah laku dapat menjelaskan beberapa perkara, tetapi tidak dapat menjelaskan proses yang mendasari pembuatan keputusan, dan lebih kurang lagi, beberapa momen bawah sedar yang sama sekali tidak kita kendalikan. Perhatikan bahawa ketika kita menyedari sesuatu, seringkali hasil dari proses tidak sedar yang terjadi tepat sebelum itu. Oleh itu, jika kita memahami bagaimana sel-sel otak disusun ke dalam litar (praktikalnya litar komputer, jika anda mahu), dan melihat bagaimana maklumat mengalir melalui rangkaian dan perubahan ini, kita akan mempunyai idea yang lebih jelas mengapa otak kita menerima penyelesaian tertentu. Sekiranya kita memahami perkara ini, mungkin kita dapat mengatasi beberapa batasan dan sekurang-kurangnya memahami mengapa kita melakukan apa yang kita lakukan.
Anda dapat membayangkan bahawa dalam masa yang sangat jauh (mungkin akan memakan masa beberapa dekad), kita akan dapat mengemukakan soalan yang sangat sukar tentang mengapa kita berhubungan dengan perkara-perkara tertentu dalam satu cara atau cara lain, atau mengapa kita memikirkan diri kita dengan cara tertentu - soalan yang ada bidang pandangan psikologi, falsafah, tetapi sangat sukar untuk mendapatkan jawapan dengan bantuan undang-undang fizik.
- Bagaimana kajian otak membantu menjawab soalan "Mengapa saya di sini?"
- Salah satu sebab mengapa saya beralih dari fizik untuk belajar otak adalah soalan "Mengapa kita tahu banyak tentang dunia?" Cukup aneh bahawa kita dapat memahami hukum graviti, atau kita memahami mekanik kuantum - sekurang-kurangnya sejauh mana komputer dapat dibuat. Sungguh menakjubkan bahawa dunia dapat difahami dalam beberapa cara.
Dan saya bertanya kepada diri saya sendiri: jika otak kita memahami beberapa bahagian struktur Alam Semesta, tetapi tidak memahami segala yang lain, dan semua yang difahami itu ada berkat undang-undang fizik, yang menjadi asas kerja otak kita, maka ternyata sesuatu itu seperti lingkaran setan, bukan? Dan saya cuba mencari tahu: bagaimana memecahkannya? Bagaimana menjadikan alam semesta dapat difahami? Anggaplah kita tidak memahami sesuatu tentang alam semesta, tetapi jika kita tahu bagaimana minda manusia berfungsi dan apa jenis kemampuan berfikir yang kita kekurangan, mungkin kita dapat mencipta kecerdasan buatan yang lebih maju yang akan membantu memperkuat kemampuan berfikir kita.
Konsep ini saya sebut sebagai "pemprosesan otak" - sesuatu yang berfungsi dengan otak dan meluaskan pemahaman kita.
Kami masih mempunyai banyak soalan untuk alam semesta, bukan? Einstein cuba mencari hubungan antara mekanik kuantum dan graviti, tetapi dia tidak pernah berjaya dalam perkara ini, dan hingga kini belum sepenuhnya jelas bagaimana menyelesaikan dilema ini. Mungkin untuk memahami beberapa perkara, kita perlu meningkatkan kemampuan intelektual kita. Apa yang berlaku jika kita mengembangkannya? Sudah tentu, tidak ada jaminan. Tetapi mungkin kita akan belajar lebih banyak mengenai asal usul Alam Semesta, tentang kekuatan apa yang mempengaruhinya pada awal keberadaan dan mana yang mempengaruhi sekarang.
- Soalan terakhir mengenai topik ini. Bagaimana penyelidikan otak membantu menjawab soalan "Apakah keperibadian saya?"
“Sekarang ini kami berusaha memetakan struktur otak. Agak sukar untuk melihat sesuatu di dalamnya. Otak itu sendiri cukup besar - manusia mempunyai berat beberapa paun - tetapi hubungan antara neuron, yang dikenali sebagai sinapsis, sangat kecil. Di sini kita bercakap mengenai skala nano. Oleh itu, jika anda ingin melihat bagaimana sel otak disambungkan dalam rangkaian, anda perlu mempertimbangkan sinapsis. Bagaimana saya boleh melakukan ini? Kami telah mengembangkan teknik khas. Kami mengambil sekeping tisu otak dan menyuntikkan bahan kimia ke dalamnya, lebih tepatnya polimer, yang dalam beberapa cara sangat mirip dengan bahan dalam lampin bayi. Ia adalah polimer yang membengkak apabila cecair ditambahkan.
Sekiranya kita meletakkannya di dalam otak dan menambahkan air, kita akan dapat memisahkan molekul-molekul yang membentuk otak, dan kemudian kita dapat melihat hubungan kecil antara sel. Oleh itu, kita beralasan: jika kita mengambil otak yang sangat kecil, misalnya ikan atau cacing, bolehkah kita mempelajarinya secara menyeluruh? Adakah kita dapat menggambarkan keseluruhan sistem saraf dengan ketepatan penerjun individu? Sekarang ini berada pada tahap ide, belum ada teknologi yang diperlukan untuk dilaksanakan, tetapi jika kita berjaya memperbaiki bahagian teknikal, mungkin kita dapat membuat peta hubungan yang cukup terperinci di otak, yang sesuai dengan hasil kerjanya dapat direproduksi dengan menggunakan komputer. Dan adakah salinan ini berfungsi dengan cara yang sama seperti otak organisma, yang menjadi sumber utama?
Bayangkan bahawa kita mempunyai cacing dengan 302 neuron dan kita perhatikan sekitar 6 ribu hubungan di antara mereka, serta molekul di persimpangan. Adakah mungkin untuk mensimulasikan tindakan cacing ini? Kemudian, mungkin, melakukan hal yang sama dengan ikan, kemudian dengan tikus, dan kemudian dengan otak manusia - setiap otak ini kira-kira seribu kali lebih besar daripada yang sebelumnya. Sekiranya anda dapat memetakan otak manusia, persoalannya akan timbul dengan segera: jika anda menghasilkan semula aktivitinya di komputer, adakah anda masih boleh melakukannya? Seperti yang dinyatakan sebelumnya, kita tidak mempunyai definisi kesedaran yang tepat atau paling tidak berfungsi, jadi sementara kita tidak dapat menilai kualiti ini hanya dengan melihat sesuatu, kita belum dapat memberikan jawapan, saya akan katakan. Tetapi ini menimbulkan persoalan menarik mengenai sifat keperibadian.
"Sekiranya kita memahami bagaimana sel otak disusun ke dalam rangkaian dan melihat bagaimana maklumat mengalir melalui rangkaian ini, mungkin kita dapat memahami mengapa kita melakukan apa yang kita lakukan."
- Kira-kira satu dekad yang lalu anda menulis sebuah esei "Cara Berfikir". Sejak itu, adakah anda mempunyai pindaan atau penambahan peraturan tersebut?
"Saya menulis karangan ini dengan cepat ketika kami memulakan pasukan penyelidik di MIT dan menghabiskan sebahagian besar masa saya di sebuah bilik kosong menunggu peralatan tiba. Sejak itu, melalui pengalaman, saya telah belajar cara terbaik untuk mengikuti peraturan ini. Contohnya, peraturan # 3 mengatakan: "Berundur dari matlamat anda."
Sejak saat itu saya menyedari bahawa jika anda bekerja bermula dari masalah yang perlu diselesaikan, dan anda bertemu dengan orang-orang yang mempunyai beberapa kemahiran dan yang meneruskan kemampuan mereka, maka sangat mudah bagi anda untuk bekerjasama, kerana semua pihak berada di berminat dengan ini. Pemegang kemahiran mahukan lebih banyak pengaruh dan penyelesaian masalah, dan penentu matlamat mahukan alat baru untuk menyelesaikan masalah tersebut. Oleh itu, peraturan # 3, "Bekerja ke belakang, bermula dari tujuan anda" secara semula jadi membawa kepada peraturan # 6 - "Bekerjasama." Saya juga belajar menganalisis sifat masalah. Tahun ini saya memberi ceramah pendek di World Economic Forum di Davos. Itu disebut Mempersiapkan Revolusi, dan ini mengenai bagaimana belajar untuk mempelajari lebih dalam masalah dan membuat kemungkinan penyelesaian. Ia adalah seperti How to Think 2.0, tetapi dalam bentuk video.
- Buku apa yang paling mempengaruhi perkembangan intelektual anda?
- Salah satunya adalah "Time, Love, Memory" oleh Jonathan Weiner. Dia bercakap tentang masa ketika orang mula mengaitkan gen dengan ciri-ciri tingkah laku. Penulis bermula dengan awal era genetik - ketika orang mengetahui bahawa sinar-X mengubah gen - dan berakhir dengan kemodenan, ketika para saintis mengetahui gen mana yang bertanggung jawab, misalnya, untuk rasa waktu kita atau kemampuan untuk mengingat. Saya suka buku ini kerana menunjukkan sains bergerak - tidak seperti buku teks, "anda mempunyai fakta tujuh hingga empat puluh lapan, ingatlah mereka" - ia menunjukkan orang yang menderita ketidakpastian yang mengatasi semua jenis kesukaran, dan sangat menggembirakan. Saya biasa membaca ulang setiap tahun dan ini sangat mempengaruhi saya.
Buku kedua disebut Thinking About Science. Dia bercakap mengenai Max Delbrück, seorang ahli fizik yang juga mengubah bidang kegiatannya menjadi biologi. Dia memberikan sumbangan besar dalam penemuan struktur gen dan membantu memulakan era baru dalam biologi molekul. Buku ini banyak menceritakan pandangannya, tentang bagaimana dia merenungkan peralihannya dari fizik ke biologi. Buku ini juga banyak mempengaruhi kehidupan saya, kerana saya sering memikirkan bagaimana meneroka sistem yang kompleks seperti otak, bagaimana mengetahui keadaan sebenar, bagaimana untuk menghilangkan perkiraan dan tidak berhenti di tengah jalan.
- Anda menyebutkan bahawa anda selalu mencatat. Apakah sistem ini?
- Semasa saya bercakap dengan seseorang, saya meletakkan kertas di atas meja dan membuat ringkasan perbualan. Pada akhirnya, saya mengambil gambar nota di telefon saya dan memberikan helaian itu kepada pembicara saya. Setiap bulan saya menjalani semua sinopsis ini dan melabelkannya dengan kata kunci. Terdapat dua sebab untuk ini. Pertama, sejak saya mencerna semula perbualan, ia membantu saya mengingatinya. Kedua, kerana saya telah memilih kata kunci, mudah mencarinya. Sehingga kini, saya telah menyelesaikan puluhan ribu nota tersebut.
- Hasil kerja anda menunjukkan bahawa anda menghabiskan banyak masa untuk berfikir. Bagaimana untuk mencapai hasil yang maksimum?
- Terdapat tiga perkara, dari pragmatik hingga abstrak. Sudah lama saya bangun pagi. Saya cuba bangun pada jam 4-5 pagi, jauh lebih awal daripada kakitangan makmal yang lain. Berkat ini, saya mempunyai beberapa jam kesunyian untuk berfikir dan tidak terganggu oleh apa-apa. Saya rasa ini penting. Kedua, banyak idea baik sebenarnya buruk, kerana sejak saat itu terdengar sangat bagus, maka semua orang sudah memikirkannya dan berusaha untuk menerapkannya. Oleh itu, saya sering memikirkan perkara-perkara yang pada pandangan pertama kelihatan seperti idea buruk, tetapi tiba-tiba, jika anda melihatnya dari sudut yang betul, ia menjadi baik? Saya menghabiskan banyak masa untuk mendekati idea dari pelbagai sudut.
Beberapa dekad yang lalu, ahli astronomi Fritz Zwicky mencipta banyak teori yang merupakan antara teori astrofizik yang paling membakar masa kini. Idea terkini yang paling relevan, seperti bahan gelap, ia dikemukakan pada tahun 1930-an. Bagaimana Zwicky melakukan ini? Dia hanya mempertimbangkan semua kemungkinan pilihan. Zwicky memanggil kaedahnya sebagai "analisis morfologi", tetapi menurut saya ini mustahil untuk diucapkan, jadi saya menyebutnya "skema pokok mosaik".
Akhirnya - dan titik ini lebih abstrak - saya percaya pada penemuan peluang. Saya menghabiskan banyak masa untuk melihat transkrip perbualan lama. Sebilangan besar daripadanya adalah mengenai idea yang gagal, projek gagal. Tetapi anda tahu apa? Itu lima tahun yang lalu, dan sekarang komputer berfungsi lebih cepat, maklumat baru telah muncul, dunia telah berubah. Oleh itu, kita dapat memulakan semula projek. Sebilangan besar usaha kami hanya berjaya sepenuhnya pada percubaan kedua atau ketiga. Bahagian penting dalam tugas saya adalah mengingati kegagalan dan melancarkan semula projek yang gagal apabila tiba waktunya.
- Anda menerima anugerah utama anda untuk penyelidikan dalam optogenetik. Mengapa dia menjadi pencapaian penting?
"Apabila anda berbicara mengenai optogenetik, kita harus ingat bahawa" opto "bermaksud" ringan ", dan" genetik "bermaksud bahawa kita menggunakan gen yang melakukan semua pekerjaan. Anda memperkenalkan gen yang berfungsi seperti sel suria kecil - pada dasarnya molekul yang mengubah cahaya menjadi elektrik. Oleh itu, jika anda memasukkannya ke dalam neuron dan mengarahkan cahaya ke arahnya, anda boleh mengawal aktiviti neuron.
Mengapa ia penting? Selama seratus tahun mempelajari neurologi, banyak orang telah berusaha untuk mengawal neuron menggunakan semua teknologi yang mungkin: farmakologi (ubat), impuls elektrik, dan sebagainya. Tetapi tidak ada yang menjamin ketepatan. Dengan optogenetik, kita dapat mengarahkan cahaya ke satu sel atau beberapa sel dan "menghidupkan" atau "mematikan" sel-sel tertentu ini. Jadi mengapa ini penting? Sekiranya anda dapat mengaktifkan sel, maka anda dapat mengetahui tanggungjawabnya. Mungkin untuk perasaan, atau keputusan, atau pergerakan. Dengan "mematikan" mereka, anda memahami apa fungsi mereka: mungkin anda "mematikan" sel-sel tertentu, dan seseorang akan kehilangan semacam ingatan.
- Optogenetik digunakan hari ini untuk penyelidikan otak di makmal di seluruh dunia. Apakah bidang yang paling menjanjikan yang berkaitan dengannya, yang anda nyatakan?
Beberapa penyelidik melakukan eksperimen yang cukup mencabar secara falsafah. Sebagai contoh, sekumpulan saintis di Institut Teknologi California menemui kumpulan kecil sel yang jauh di dalam otak. Sekiranya anda mengaktifkannya dengan bantuan cahaya, misalnya, pada tikus (banyak yang bekerja dengannya), maka haiwan tersebut akan menjadi agresif, bahkan kejam. Mereka akan menyerang mana-mana makhluk atau objek di sekitarnya, bahkan beberapa benda rawak seperti sarung tangan. Ini sangat menarik kerana sekarang anda dapat mengajukan pertanyaan dari siri “Apa yang terjadi apabila anda menjengkelkan sel-sel ini? Adakah ini menghantar arahan motor ke otot? Dengan kata lain, adakah tetikus bergerak menyerang? Atau adakah itu arahan deria?
Maksudnya, tikus itu takut dan menyerang untuk mempertahankan diri? Anda boleh mengemukakan soalan yang sangat penting mengenai makna eksperimen apabila bahagian otak mencetuskan reaksi yang kompleks seperti pencerobohan atau kekejaman.
Terdapat sebilangan penyelidik yang berusaha mengaktifkan atau membungkam aktiviti saraf di bahagian otak yang berlainan untuk tujuan perubatan. Sebagai contoh, sekumpulan saintis, yang menunjukkan pada tikus yang menderita epilepsi, bahawa anda boleh "mematikan" kejang dengan bertindak pada sel-sel tertentu. Terdapat kumpulan lain yang telah mengkaji tikus dengan penyakit Parkinson dan telah berjaya menyingkirkan haiwan dari gejala penyakit tersebut.
Para saintis juga menemui banyak perkara menarik dalam sains asas. Rakan sekerja MIT saya Suzumi Tonegawa dan pasukan penyelidiknya melakukan sesuatu yang sangat pintar: mereka memprogramkan tikus sehingga neuron yang bertanggungjawab untuk ingatan diaktifkan oleh cahaya. Mereka mendapati bahawa jika anda mengaktifkan semula neuron ini dengan denyut cahaya, tetikus akan bersikap seolah-olah menghidupkan kembali memori. Dengan cara ini, adalah mungkin untuk mengenal pasti kumpulan sel yang menjadikan memori muncul di dalam memori. Sejak itu, para penyelidik telah melakukan pelbagai eksperimen - misalnya, mereka dapat mengaktifkan memori gembira, dan seekor tikus akan merasa lebih baik, walaupun sakit. Dan senarai itu terus berjalan.
"Sebilangan besar usaha kami hanya berjaya pada percubaan kedua atau ketiga."
- Adakah anda mempunyai pemikiran baru tentang bagaimana menjadikan hidup lebih baik?
Saya menyedari bahawa jika saya benar-benar mahukan teknologi otak diterapkan di seluruh dunia, maka saya harus menyumbang sebagai seorang usahawan, iaitu memulakan perniagaan dan membantu penemuan ini melampaui lingkungan akademik. Makmal saya pernah bekerja dengan pelbagai syarikat sebelum ini, tetapi tahun ini saya sendiri turut serta dalam pelancaran tiga syarikat. Mudah-mudahan kita dapat mengetahui bagaimana teknologi ini dapat menolong orang. Saya sedar bahawa saya tidak mahu hanya menerbitkan karya ilmiah; Saya mahu teknologi ini digunakan dalam kehidupan sebenar.
Salah satu syarikat ini adalah teknologi pemerkasaan otak, bukan?
-Tepat. Kami memulakan sebuah syarikat kecil bernama Expansion Technologies untuk mendidik dunia mengenai teori-teori pemberdayaan ini. Sudah tentu, orang boleh mengkaji penerbitan kami secara bebas mengenai topik ini, tetapi jika kita dapat menyampaikan idea kita kepada orang ramai, maka banyak masalah saintifik dan perubatan akan lebih mudah diselesaikan.
Saya mesti mengatakan bahawa semua data penyelidikan boleh didapati dalam talian, kami secara terbuka berkongsi semua maklumat. Kami telah melatih lebih dari seratus kumpulan penyelidik. Sekiranya dikehendaki, sesiapa sahaja boleh melakukan tinjauan mikroskopik serupa. Tetapi tidak seperti optogenetik, di mana anda selalu boleh beralih ke beberapa organisasi bukan untung untuk mendapatkan DNA secara percuma atau wang, penyelidikan ini memerlukan ketersediaan bahan kimia, jadi sebuah syarikat yang menyediakan alat-alat reagen yang diperlukan untuk sesiapa sahaja menjimatkan masa.
Kami sentiasa berusaha meningkatkan kesan positif kepada dunia. Kita sering memulakan projek dengan berfikir, "Masalah apa yang dialami oleh ribuan penyelidik, syarikat dan universiti?" Dan kemudian kami cuba membuat alat yang dapat membantu mereka. Oleh itu, jika kita berjaya, maka (secara praktikal menurut definisi) tidak ada gunanya merahsiakannya dan untuk diri kita sendiri. Kami hanya berusaha untuk berkongsi alat kami dengan sebanyak mungkin orang.
