Янв
2019
Мы поговорили о тайнах мозга, перспективах лечения болезни Альцгеймера и будущем интерфейсов мозг-компьютер. Вчера вышла печатная версия интервью на портале E1. Публикую ее полностью под катом в авторской версии (чуть расширенной и незацензурированной).
— Человеческий мозг очень сложен и до сих пор таит много тайн. Что ученые на текущий момент о нем знают, а что остается загадкой до сих пор?
— Была такая не очень цензурная карикатура про психологов, из двух частей. На одной – джентльмены в цилиндрах смотрят на мозг и говорят, перефразируя более приличными словами: «Офигеть, какой он сложный». И на второй – уже современные психологи говорят то же самое.
За 150 лет нейронаука узнала о мозге очень много, безумно много, сейчас это самая развивающаяся область научного знания. Но, тем не менее, остается очень много загадок. Мы до сих пор не понимаем почему возникают многие болезни, связанные с мозгом, и что с ними делать.
Карикатура «200 лет развития психиатрии». На e1 был приличный вариант. А оригинал отсюда.
— А что мы все-таки знаем о мозге?
— Что он состоит из большого количества клеток. Но произошло важное изменение в парадигме понимания мозга – в мозге важную роль играют не только нейроны, которых у нас 86 миллиардов. Примерно равную роль в функционировании и даже мышлении играют еще и так называемые клетки глии (О том что это можно прочитать в статье «Нейронауки для всех. Глия» — прим.). Их очень долго считали вспомогательными. Этих клеток три или четыре типа: есть астроциты, есть микроглиальные клетки, есть олигодендроциты и другие менее известные и менее важные. Вот эти клетки, как выяснилось, тоже играют важную роль и в передаче сигнала от нейрона к нейрону в синапсе (то, где соединяются нейроны, называют синапсом, там происходит химическая передача электрического тока от нейрона к нейрону), и в формировании этих самых синапсов, а также в их разрушении. Сейчас в патогенезе многих заболеваний, как неврологических, так и психиатрических, видят роль, порой даже ключевую, этих самых глиальных клеток.
Также нужно понимать, что самое важное в мозге – это не то, сколько в нем нервных клеток. 86 миллиардов – это очень много. Но еще важнее то, что, скорее всего, наша способность мыслить и то, как мы это умеем делать, связана не с количеством нейронов, а с тем, как они друг с другом соединены. Каждый нейрон может образовывать до 150 тысяч связей. Обычно меньше, но есть нейроны, у которых по 150 тысяч синаптических входов.
— Значит число вариантов связей бесконечно…
— Безумное количество.
— Сейчас в развитых странах продолжительность жизни растет, и можно сказать, что люди стали доживать до тех заболеваний, о которых раньше и не задумывались. Таких как рак или нейродегенеративные заболевания: болезни Альцгеймер, Паркинсона и так далее. Это действительно так? Насколько они сейчас распространены?
— Нужно сказать, что 90% всех нейродегенеративных заболеваний – это болезнь Альцгеймера. Первая пациентка с болезнью Альцгеймера Августа Д (Детер) была найдена самим Альцгеймером чуть больше 100 лет назад.
Да. Мы стали доживать до Альцгеймера, потому что эта болезнь, чаще всего, стартует после 70-ти. Сейчас у нас эпидемия, число случаев заболевания увеличилось. (от болезни Альцгеймера страдает 47% людей старше 85 лет. В России официально больны 1,8 млн. Всего же в мире болеет 44 млн человек. – прим.) Есть огромное количество теорий его возникновения, нам известны разные фрагменты мозаики, но мы не понимаем, как они складываются. Поэтому огромное количество препаратов, которые проходили успешное тестирование на животных, в клинике на людях с треском проваливаются.
— С чем это связано?
— Видимо, наш мозг устроен несколько сложнее, чем мышиный. Это во-первых. Во-вторых, у мышек нет Альцгеймера. Мы специально создаем мышек с некой моделью болезни Альцгеймера, но это означает, что модель неверна и неточна, и надо искать еще что-то.
— То-есть Альцгеймер до сих пор остается неизлечимым заболеванием?
— Да. Пока никак. Без шансов.
— А с другими заболеваниями есть какие-то успехи?
— Есть прогресс с Паркинсоном. Буквально меньше месяца назад уже на человеке началось клиническое испытание совершенно новой, принципиально новой методики (подробнее об этом можно прочитать в этой новости). В чем ее суть. При Паркинсоне гибнут нейроны в черной субстанции, это нейроны, которые выделяют дофамин. И идея такая: мы берем клетки кожи здорового человека, превращаем их в плюрипотентные стволовые клетки (неспециализированные клетки, способные превращаться в клетки различных органов и тканей, кроме клеток плацентый – прим.), стволовые клетки превращаем в свеженькие нейроны и потом пересаживаем их больному человеку. Было понятно, что это поможет, донорские нейроны работают. Но была другая опасность. Когда мы создаем плюрипотентные стволовые клетки из каких-то дифференцированных клеток (В 2012 году Синъя Яманака получил за это Нобелевскую премию), а потом получаем из них набор нужных нам других дифференцированных клеток, в данном случае нейронов, то важно в этом наборе выключить всю плюрипотентность, т.е. способность превращаться в другие клетки. Иначе у нас будет опухоль.
Фотография выращенных в культуре дофаминергических нейронов чёрной субстанции пациентов с болезнью Паркинсона. Снимок отмечен жюри конкурса Nikon Small World Фото: Dr. Regis Grailhe, Nasia Antoniou, Dr. Rebecca Matsas, Institut Pasteur Korea, Department of Screening Sciences & Novel Assay Technology, Seongnam, South Korea
В сентябре прошлого года завершилось двухлетнее клиническое испытание этой методики на макаках. У макак нет болезни Паркинсона, ее моделировали, убивали нафиг «черную субстанцию» и потом вводили дофаминергические нейроны, полученные из стволовых клеток. 23 месяца тестировали и наблюдали улучшение симптомов, но также смотрели, не появится ли опухоль. Ни у одной из 11 обезьянок не появилась. Сейчас первый человек получил 2,5 миллионов нейронов и вроде пока все идет хорошо.
— Если мы не можем пока лечить болезнь Альцгеймера, насколько мы хорошо разбираемся в том, как она возникает? Можно ли ее как-то предотвратить или профилактировать?
— Когда мы видим Альцгеймер, когда он начинает проявляться в симптомах, делать что-то уже поздно. Наш мозг очень пластичен, он до последнего компенсирует потерянные нейроны, до последнего компенсирует функции. Важно научиться диагностировать Альцгеймер до симптомов, чтобы хоть как-то тестировать профилактику.
И в этом есть действительно серьезные успехи, причем на разных фронтах. Недавно появилась нейросетевая программа, которая позволяет заранее диагностировать Альцгеймера по позитронно-эмиссионной томографии. Но это дорого и совсем не годится для скрининга.
Судя по всему, промежуточная причина Альцгеймера – образование бляшек белка амилоида на нейронах, отчего они гибнут. Как выяснилось, эти бляшки образуются и в сетчатке. И рядовые современные офтальмологические исследования при осмотре глаза позволяют, скорее всего, заподозрить Альцгеймер за несколько лет до симптомов (подробнее об этом можно прочитать тут). В этом есть успехи.
Как болезнь Альцгеймера убивает нейроны. На снимке, отмеченном жюри конкурса Nikon Small World, мы видим нейроны гиппокампа крысы (зеленые), «атакованные» олигомерами амилоида бета (красные), токсичными для нейронов. Именно это вызывает гибель нейронов гиппокампа и потерю памяти. Фото: Dr. Pascale Lacor, Northwestern University, Evanston, Illinois, USA.
— Вы упомянули нейросети. Успехи по созданию искусственных аналогов мозга как-то основаны на изучении человеческого мозга? Или это не связанные вещи?
— Отчасти. Мы в плену языка, если что-то имеет частицу – нейро, кажется, что имеет отношение к мозгу. Нейросети почти не имеют никакого отношения к мозгу за одним небольшим вычетом – так называемые сверточные нейросети или конволюционные нейросети очень мощно продвинули нас в распознавании образов. Архитектура этих нейросетей немножко копирует то, как устроена работа зрительной коры головного мозга. Исключительно бионическая штука. Мы копируем процесс обработки информации нашим глазом, который мы достаточно неплохо знаем.
— Можем ли мы в будущем улучшить наш мозг за счет дополнительных гаджетов, технологий? Насколько перспективно появление интерфейсов, напрямую связанных с общением с мозгом?
— Смотрите, наш мозг прекрасно работает, нет смысла улучшать его, надо использовать то, что есть! Типа, а можно ли сделать так, чтобы наши глаза видели «в рентгене»? А зачем, у нас же есть рентгеновский аппарат! Смартфон – тоже часть нашего мозга.
— Но тут есть промежуточное звено в виде рук, компьютеров, плохого зрения, плохого слуха…
— Слух или зрение можно улучшить. Есть приборы: телескопы, микроскопы. Сетчатка глаза – это тоже мозг, только вынесенный «на аутсорс». Первичная обработка зрительного сигнала, образа происходит уже в глазу. В зрительную кору отправляется образ, уже обработанный ганглионарными клетками сетчатки.
С интерфейсами мозг-компьютер такая история. У нас есть три способа считывания активности головного мозга. Первый — традиционный, инвазивный, когда мы вставляем в мозг электроды и считываем активность. Это самый точный способ узнать активность мозга. К сожалению, или к счастью, полное управление сигналами мозга возможно только такими интерфейсами — когда мы погружаем электроды в мозг. Это ограничивает его использование людьми, у которых есть показания. Например, полностью парализованным людям можно вмонтировать электроды, и они смогут управлять протезами и, скажем, выпить кофе, управляя силой мысли. Другой вариант, когда нам нельзя вскрывать черепную коробку, потому что сама операция по трепанации черепа и инвазии опасна…
— Да и мало приятного.
— Да. Поэтому когда Илон Маск обещает «нейрокружева» (Речь о проекте Neuralink – прим), сто тысяч электродов вживить – это очень странно воспринимается специалистами.
Другой вариант, когда нам нужно считывать с головного мозга небольшое количество команд. Мы можем считывать их с помощью электроэнцефалографии — это когда мы надеваем на голову шапочку или гарнитуру с электродами. Здесь есть серьезные успехи, причем и в нашей стране. В декабре первая серийная (не опытная, а серийная!) партия в 500 гарнитур – устройств, которые называются «НейроЧат», поступает в тестирование в разные клиники. Она позволяет полностью парализованному человеку, который даже не может говорить, достаточно быстро набирать текст на компьютере и общаться с другим человеком. Еще вариант, например, управление инвалидной коляской силой мысли. Стандартно это три команды – вперед, вправо-влево, стоп. В «Нейрочате» появляется клавиатура на экране, человек достаточно быстро учится выбирать столбец, строку, команды.
