Будущее разума - Митио Каку

Проблема связности дополнительно осложняется тем, что все наши воспоминания и переживания носят очень личный характер. Воспоминания, скорее всего, четко настроены на их носителя, так что даже категории воспоминаний у разных людей могут не совпадать. К примеру, у дегустаторов вин может быть множество категорий для тонких оттенков вкуса, а у физиков — столько же, но совершенно других — для конкретных уравнений. Категории, в конце концов, возникают в процессе накопления опыта, и у разных людей они могут быть разными.

Одна из новых гипотез, имеющих отношение к проблеме связности, предлагает обратиться к тому факту, что в мозгу существуют электромагнитные колебания с частотой около 40 Гц, охватывающие его целиком. Их можно зарегистрировать при ЭЭГ-сканировании. Возможно, один фрагмент воспоминания излучает на конкретной частоте, стимулируя при этом остальные его фрагменты, хранящиеся в других отделах мозга. Ранее считалось, что эти фрагменты хранятся близко друг к другу, но новая теория утверждает, что они связаны между собой не пространственными, а скорее временны́ми узами — они колеблются в унисон. Если теория подтвердится, это будет означать, что в мозгу непрерывно возникают электромагнитные импульсы, которые связывают различные его области и таким образом воссоздают воспоминания целиком. Следовательно, непрерывный поток информации между гиппокампом, префронтальной корой, таламусом и разными отделами коры может представлять собой не только обмен импульсами между нейронами. Часть информации может передаваться в форме резонанса между различными структурами мозга.

Записываем воспоминание

К сожалению, пациент H.M. умер в 2008 г. в возрасте 82 лет и не дожил до некоторых сенсационных результатов, которые могли бы оказаться ему полезны. Речь идет о возможности создания искусственного гиппокампа и записи в мозг воспоминаний с его помощью. Это кажется фантастикой, но ученые из Университета Уэйк Форест и Южно-Калифорнийского университета в 2011 г. вошли в историю, сумев записать воспоминание мыши и сохранить его в цифровом виде в компьютере. Этот эксперимент призван был доказать принципиальную возможность такого действия и наглядно показать, что мечта о записи в мозг искусственных воспоминаний когда-нибудь может стать реальностью.

На первый взгляд сама идея загрузки готовых воспоминаний в память кажется нереальной: ведь мы видели, что воспоминания формируются путем обработки целого набора сенсорных переживаний, которые закладываются на хранение в разные места в неокортексе и лимбической системе. Но из случая с H. M. нам известно, что существует орган, через который проходят все воспоминания и в котором они превращаются в долговременные: это гиппокамп. Руководитель группы доктор Теодор Бергер из Южно-Калифорнийского университета говорит: «Если вы не сможете сделать это в гиппокампе, то не сможете нигде».

Ученые начали с наблюдения, сделанного по результатам сканирования мозга мыши и основанного на том, что в гиппокампе существует по крайней мере два набора нейронов. Известно, что эти наборы, получившие название CA1 и CA3, связываются друг с другом всякий раз, когда выполнено новое задание и освоено новое умение. После обучения мыши тому, что для получения воды нужно нажать последовательно два рычага, ученые проанализировали полученные данные и попытались расшифровать послания, которыми обменивались нейроны. Поначалу ничего не получилось, поскольку сигналы между двумя типами нейронов, казалось, не содержали никаких закономерностей. Однако, записав и проанализировав эти сигналы несколько миллионов раз, ученые в конце концов сумели определить, какой ответ дает тот или иной входной сигнал. При помощи зондов, введенных в гиппокамп мышей, ученые смогли записать сигналы, которыми обменивались CA1 и CA3, когда мышь училась нажимать рычаги один за другим.

Затем ученые ввели мышам особый препарат, который заставил их забыть обретенное умение. После этого записанное воспоминание было введено обратно его владелице — в мозг мыши направили те самые электрические сигналы, которые были из него получены. Примечательно, что память об обретенном умении при этом вернулась, и мышь смогла успешно пройти испытание. По существу, ученые создали искусственный гиппокамп, способный продублировать цифровую память. «Включаем прибор — мышь помнит; выключаем — не помнит, — рассказывает доктор Бергер. — Это очень важный шаг, потому что нам впервые удалось собрать все фрагменты воедино».

Как сказал Джоэль Дэвис из Главного штаба ВМС США, спонсировавшего исследования: «Дальше речь должна идти об использовании внедряемых воспоминаний для повышения квалификации. Это дело времени».

Ставки очень высоки, поэтому неудивительно, что эта область исследований развивается рекордными темпами. В 2013 г. произошел еще один прорыв, на этот раз в МТИ; там ученые сумели имплантировать в мозг мыши не просто воспоминания, а ложные воспоминания. Это означает, что когда-нибудь в мозг можно будет имплантировать воспоминания о событиях, которых никогда не происходило; трудно представить, какой эффект это достижение произведет в области образования и индустрии развлечений.

Ученые из МТИ использовали технологию, известную как оптогенетика (о ней мы поговорим подробнее в главе 8); эта технология позволяет активировать светом отдельные нейроны. Пользуясь этим методом, ученые могут распознать нейроны, отвечающие за конкретные воспоминания.

Предположим, что мышь входит в комнату и получает удар током. При исследовании гиппокампа можно выделить нейроны, ответственные за воспоминание об этом неприятном событии, и записать их сигналы. Затем мышь помещают в другую комнату, где нет никакой опасности. Но можно включить световую точку на оптоволокне и, воспользовавшись оптогенетикой, активировать воспоминание об ударе током. При этом мышь демонстрирует реакцию страха, хотя вторая комната совершенно безопасна.

Таким образом ученые МТИ смогли имплантировать мыши не только обычные воспоминания, но и воспоминания о событиях, которых не было. Не исключено, что когда-нибудь эта технология позволит имплантировать работникам воспоминания о новых навыках (вместо того чтобы переобучать их дедовскими способами) или обогатит Голливуд совершенно новым видом развлечения.

Искусственный гиппокамп

В настоящее время искусственный гиппокамп примитивен и способен записывать воспоминания только по одному, последовательно. Но ученые планируют повысить сложность искусственного гиппокампа, чтобы он мог хранить различные воспоминания и записывать воспоминания разных животных; предполагается постепенно дойти и до обезьян. Они также планируют сделать эту технологию беспроводной, заменив провода крохотными радиопередатчиками, чтобы воспоминания можно было загружать в мозг дистанционно, не имплантируя в него электроды.

Поскольку у людей гиппокамп тоже участвует в обработке воспоминаний, ученые видят в будущем широкое применение этой технологии для лечения инсультов, слабоумия, болезни Альцгеймера и множества других проблем, возникающих при повреждении или истощении этой области мозга.

Разумеется, прежде нужно преодолеть множество препятствий. Несмотря на все, что мы узнали о гиппокампе со времен случая с H. M., эта зона мозга до сих пор остается для нас чем-то вроде черного ящика: его внутреннее устройство и принципы работы по большей части неизвестны. В результате невозможно создать воспоминание с нуля, но, если задание выполнено и воспоминание обработано, можно записать его и проиграть вновь.

Перспективные направления

Работа с гиппокампом приматов и тем более человека будет более трудоемкой, потому что гиппокамп у них намного больше и сложнее, чем у мышей. Первым шагом должно стать создание подробной нейронной карты гиппокампа. Это означает, что нужно помещать электроды в различные участки гиппокампа и записывать сигналы, которыми его части постоянно обмениваются между собой. Таким образом можно будет определить, какими путями движутся в гиппокампе потоки информации. В гиппокампе четыре основных отдела (CA1, СА2, СА3 и CA4), и ученым нужно будет записать сигналы, которыми они обмениваются.

На втором этапе исследований испытуемый будет выполнять определенные задания, а ученые — записывать импульсы, которые проходят по различным областям гиппокампа, т.е. фактически записывать воспоминания. К примеру, освоение определенного навыка (такого, скажем, как умение прыгать через скакалку) породит в гиппокампе электрическую активность, которую можно записать и тщательно проанализировать. Затем можно создать словарь, сопоставив каждое воспоминание с потоком информации, проходящей через гиппокамп.

Наконец, третий этап предусматривает запись воспоминания и подачу по электродам соответствующего сигнала в гиппокамп другого испытуемого, чтобы проверить, можно ли загрузить воспоминание. Таким образом испытуемый, возможно, научится прыгать через скакалку, хотя никогда раньше этого не делал. Если все получится, ученые постепенно создадут библиотеку, содержащую записи конкретных воспоминаний.