Загрузка ...Журналист и популяризатор науки Илья Колмановский прочитал в «Открытой России» лекцию под названием «Мозг на вынос: как нейронаука изменит наш мозг в ближайшие 10 лет». В ней он рассказал о том, какие поразительные открытия совершили ученые в последние годы.
Мы записали конспект и пересказываем содержание его выступления вам, чтобы и вы тоже поразились.
Химера свиньи и человека
Мы родились с идеей, что нам дан один мозг, и что это не будет меняться в течение нашей жизни. Но уже на нашем веку выяснилось, что нервные клетки восстанавливаются. И складывается впечатление, что мы скоро будем стоять на развилках, где будем выбирать, с каким мозгом дальше жить. У нас будет возможность выбирать его, как блюдо на вынос.
Масштаб, размах, лихость того, что сегодня делают ученые, поражает. Пример: есть ученый Хуан Карлос Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte), который работает в Сан-Диего. Его работа связана с химерами. Химеры — это существа, которые сделаны из нескольких существ (их называют еще гибридами, но это неправильно).
Ученые из разных стран давно хотят сделать химеру человека и животного — для того, чтобы в животных выращивать человеческие органы. И два года назад японцы вырастили из эмбрионов мышей с крысиными поджелудочными железами.
Что делал Бельмонте: он в эмбрион свиньи (назовем его Хрюшей) добавлял клетки человека (условного Васи). Затем он подсаживал этого Хрюшу в маму и вынимал, когда он был размером [со спичечный коробок]. И смотрел, сколько в этом Хрюше Васи. И Вася жил «пятнами» в Хрюше.
(Родить такого Хрюшу он не мог, потому что если бы он его родил, то за ним бы приехала полиция: нельзя рождать химер человека и животного).
А недавно Бельмонте создал в Китае химеру человека и обезьяны.
Сразу закипела дискуссия: «А что если человеческие клетки в этих животных поползут в мозг, образуют там колонии, и что же это, мы потом вырежем у этой обезьяны почку, а у нее в голове был отчасти человеческий мозг? У нас нет этики, как жить с такими мозгами», — говорили критики.
Как выращивают человеческий мозг — из кожи
С этого примера стоило начать потому, что эти критики не знают, что человеческие мозги на самом деле вовсю выращиваются вне человека — кусочки мозгов. И недавно в одном таком маленьком мозге даже появилась мысль. Это было сенсационное событие.
Это действительно мозг человека, который растет отдельно и выращен из его кожи. Такие кусочки ткани органов называются «органоиды». Можно так выращивать не только мозг, но и кусочки печени, поджелудочной железы и так далее.
«Органоиды» научились выращивать случайно. Американская аспирантка Мадлен Ланкастер приехала в Германию писать диссертацию, и ей поручили в чашке Петри, на «подложке» из желе, выращивать мозги мух. Чтобы нейроны делились, росли, образовывали связи, чтобы наблюдать, как развивается мозг. Эта работа у нее не получалась: нейроны не хотели жить на этом желе и гибли. И тогда она стала думать: как бы сделать так, чтобы их закрепить? И ей пришло в голову использовать гель, который до нее никто не использовал. И выяснилось, что нейроны очень хорошо растут, когда им дают возможность расти в объеме, в трехмерной среде. они тут же стали формировать из многих тысяч нейронов куски ткани. Так началась целая эпоха выращивания органоидов.
И недавно в одной лаборатории произошло событие: в одном из органоидов нейронов стало так много, что они пульсами своей электромагнитной активности набрали «кворум» и вошли в фазу. Какие-то нейроны навязали другим некий ритм, произошел всплеск электромагнитной активности, и искусственный интеллект, который следил за этим органоидом, показал, что он не отличает эту активность от активности мозга у недоношенного младенца.
То есть это был крошечный мозг человека.
Сделал он был из кожи. Ученые сегодня могут взять клетки кожи, воздействовать на них определенным способом и сделать их стволовыми. А стволовые клетки — это такие «не специализированные» клетки, которые еще не решили, кем они хотят быть, и из них можно сделать что угодно. Например, нейроны.
Как клетки мозга человека подсаживают мышам
Более того, те критики не знали, что есть уже следующая стадия. И она уже стала рутинной. Вообще-то мозг человека уже выращивается в животных. Но в чашке Петри он вырасти большой не может, потому что его надо кормить. Мозг — это самый метаболически жадный орган, он съедает треть всей нашей энергии. А значит, нужно кровоснабжение. Поэтому ученые делают так: они берут эмбрионы мышей и подсаживают им комочки выращенного человеческого мозга. И в этом году мы впервые увидели, как кровеносные сосуды начали питать этот чужой орган.
Иммунитет мышей не сопротивляется этому — это специальные мыши без иммунитета.
Так что если раньше изучать мозг конкретного человека можно было только после его смерти, то теперь можно и при его жизни. Проверять, как появляются заболевания, какие лекарства на него действуют.
Как выглядит очистка мозга во сне
В этом году ученые смогли впервые увидеть, как мозг очищается от метаболитов.
Во время сна по нейронам распространяются особые волны электромагнитной активности. Мы точно не знаем, что они делают, возможно, прорежают что-то, образуют новые связи.
А в противофазе с этим событием физически прокачивается спинно-мозговая жидкость. Это своего рода пульсирующий водопровод, который очищает клетки мозга от метаболитов. Это физическое очищение, работа мозгового водопровода (или скорее канализации — ред.).
Ученые увидели это впервые в этом году, и по сенсационности это сравнимо с тем случаем, когда ученые впервые увидели, как сокращается сердце.
Вот почему плохо недосыпать — мозг не очищается.
Новости про марихуану
На этом фоне интересно еще одно исследование, которое детально рассказывает о том, что с нами происходит после недосыпа. Многие знают, что люди от недосыпа набирают вес. Это известный факт. Люди при недосыпе начинают есть больше жирной и сладкой пищи. Теперь мы знаем, кого в этом винить, и даже, возможно, придумаем от этого таблетку.
В мозге есть система производства молекул, которые называются эндоканнабиноиды. Это наша внутренняя марихуана, если угодно. Они и виноваты в наших бедах. Многие знают, что покурившие марихуану люди начинают много есть: у них появляется сильный аппетит, направленный именно на жирное и сладкое. Оказалось, что мозг человека в недосыпе точно такой же, как и мозг покурившего человека. Ученые подробно наблюдали, как при недосыпе активизировалась система эндоканнабиноидов, и это влияло на выбор еды.
Искусственный интеллект и «прикосновение бога»
Как биолог, я с интересом слежу за тем, что происходит в области искусственного интеллекта (ИИ).
У нас на глазах ученые попытались имитировать свойства человеческого мозга. Они смогли создать нейросети глубокого обучения, вычислительные ресурсы, похожие на слои нейронов в коре головного мозга. И имитируя мозг, мы получили еще одну малопонятную сущность, которая программирует сама себя.
Люди, которые изучают ИИ, часто отвечают на вопрос, как же он думает: «Мы не знаем». ИИ умеет решать удивительные задачи, и очень часто теперь за ним вдогонку идет армия прикладных математиков, которые пытаются понять, как он думал.
Эта сущность демонстрирует удивительные возможности. Например, ИИ по имени AlphaZero 30 млн раз сыграл сам с собой в шахматы и придумал свои способы, обыграв, в частности, компьютер StockFish, который учился на 100 тыс. человеческих партий.
Гарри Каспаров опубликовал колонку в журнале Science, которую озаглавил: «Настольные игры как дрозофила когнитивной биологии». В том смысле, что если мы хотим изучать сознание, мы можем начать с настольных игр. Он писал: «Изучая, как играет StockFish, мы можем видеть ошибки людей, которые его программировали. И можем узнать, как думают люди. Изучая AlphaZero, мы можем узнать, как устроен мир. Мы можем узнать правду о мире, потому что AlphaZero программирует сама себя». И главное: AlphaZero играет решительно, творчески, жертвуя гораздо решительнее и больше, чем принято у профессионалов. И когда люди отдают AlphaZero просчитать какой-нибудь ход, они бывают в недоумении, не понимают, почему программа рекомендует такой странный ход.
Решительнее выразился другой человек, многократный чемпион по го — игре, в которой требуется не только умение считать, но и эстетически оценивать композицию. Когда AlphaZero делала ход, все комментаторы говорили: «Какой странный ход, все, компьютер точно проиграл». И единственный человек, который тогда испугался, был сам чемпион. Он сказал: «Я почувствовал прикосновение бога».
И если на него это произвело такое впечатление, значит, мы можем говорить, что перед нами некая совершенно новая сущность.
AlphaZero обыграла чемпиона пять раз подряд.
ИИ и медицина
С прошлого года нейросети вошли в обиход очень многих профессий. Особенно интересно наблюдать, как работают ученые. Нет таких лабораторий, где не обсуждали бы, что ИИ осваивает медицину, и нам придется доверять ему. И, может быть, мы не будем знать почему он делает такой выбор, но у него лучше статистика, чем у других врачей. И если он меня убьет, то может быть, это и к лучшему (смех в зале).
Но многие боятся этого: говорят, что мы разучимся думать и отдадим свою жизнь в его распоряжение. Однако мы станем не только глупее, но и умнее.
Одна история произошла в Израиле: одной лаборатории дали грант на изучение меланомы — рака кожи. У меланомы несколько разновидностей, и ученые хотели научиться различать эти разновидности. Что они сделали: покрасили клетки красителями и сняли тысячи часов timelapse, как клетки ползают по стеклу.
И в тот день они сидели и смотрели на экран и гадали, и не могли увидеть разницу между клетками: не было способа разделить их на группы. И тогда они сказали: «Хорошо, давайте мы скормим эти видео нейросетке».
Через четыре часа нейросеть сказала: «Все эти клетки прекрасно разбиваются на три класса. Они по-разному ползают по понедельникам, по вторникам и по средам».
Ученые тут же поняли, что в определенные дни приходили криворукие лаборанты, которые неправильно капали красителями и портили их эксперимент. А ведь они могли потратить годы, чтобы это понять! И это то, почему ИИ делает нас более умными.
Как ИИ будет убивать людей?
Тем не менее люди боятся ИИ. Можно было видеть, как люди собрались в Стокгольме — несколько правительственных групп и крупных компаний вроде Google — и подписали меморандум, что ИИ не дадут нажимать на кнопку в оружии. В армии используется ИИ, но на кнопку будет нажимать только человек.
К этому моменту, кстати, ИИ уже убил человека — беспилотная машина сбила велосипедиста. Это произошло в ходе испытаний. Оказалось, робот был запрограммирован придавать большее значение жизни тех, кто был в машине, чем тех, кто был снаружи.
При этом то, что сами люди убивают на дорогах 200 тыс. себе подобных ежегодно, нас не пугает. Это ок.
Кого убивать: того, кто выскочил на дорогу, или того, кто сидит на заднем сиденье? Мы как-то привыкли, что людям приходится иногда делать такой выбор. Но нам неуютно оттого, что такой выбор будет делать машина, хотя машины по идее будут совершать меньше ошибок, и смертность на дорогах с появлением беспилотников должна снизиться. Встает вопрос: как устроена мораль у робота?
Ученые из MIT, чтобы найти ответ, провели эксперимент «Моральная машина» на шести языках собрали в разных странах 16 млн ответов на «вопрос вагонетки» (на самом деле вопросов было несколько, пользователям предлагалось разобрать 20 ситуаций — со старушками, беременными, кошками, начальниками, богатыми и бедными, разным количеством людей). Они хотели придумать алгоритм, который бы отражал человеческую мораль: чтобы ИИ мог принимать решения так, как это делают люди.
Какие же были результаты? Оказалось, что в разных культурах — разная мораль. В восточной культуре (Япония, Китай) самый большой вес был у стариков. Для японцев и китайцев старики оказались более «мимими», чем младенцы. А в западных культурах очень хорошо относятся к младенцам и спасают впервую очередь их. Мы не можем запрограммировать робота под одну мораль, так что они будут или разными.
Или это существо придумает какую-то новую мораль, и она решит вопросы, которые сейчас ставят нас в тупик.
Как ученые подслушивают мозг
Эта непонятная сущность (ИИ) способна изучать наш мозг. И эта идея сейчас владеет умами нейроученых.
В начале прошлого года ИИ подслушивал трафик с нейронов, построил модель и научился достоверно считывать те слова, которые слышат люди. То есть он считал из нейронов слова, которые человек услышал ушами, сам не обладая слухом.
Была еще одна работа на обезьянах, которая считывала, как мозг обрабатывает изображения. Есть глаза и есть участок коры, куда попадает информация — зрительная зона коры мозга. И там есть нейроны, отвечающие за восприятие контуров и узоров. Обезьяне сделали дырку в голове и стали считывать сигналы.
(Колмановский рассказал, что «дырка в голове» вообще очень полезная для науке вещь, которая помогает легче считывать электромагнитную активность мозга. Поэтому специалисты по нейронауке постоянно ищут для своей работы людей с травмами черепа или которым предстоят операции — ред.)
Ученые уже 40 лет показывают обезьянам разные узоры, полоски, кубики, чтобы понять как мозг обрабатывает изображение. Но до поры до времени не было способа спросить у этих нейронов, на что они возбудились бы сильнее всего.
А потом провели такой эксперимент: сидела в кресле обезьяна по кличке Ринго с дыркой в голове. ИИ мог читать сигналы, исходящие из ее мозга, отвечающие за узоры. При этом ИИ мог на экране сколько угодно менять пиксели, перебирая пиксель за пикселем миллионы раз, стремясь возбудить эти нейроны как можно сильнее. И вдруг на экране стали появляться некие картины. Перебором пикселей стали рождаться удивительные образы. В один день ИИ изобразил Энтони — соседа Ринго по клетке. Но приблизившись к какому-то узнаваемому изображению, картинка вдруг стала улетать в абстракцию. И оказалось, что максимальный ответ был дан на картинку, отдаленно напоминающую Энтони, а не на четкое изображение.
Потом картинка стала напоминать Диану, женщину, которая ухаживала за Ринго. Самый сильный ответ тоже был получен на стадии, когда распознать Диану было довольно непросто.
Ученые стали в шутку говорить, что ИИ открыл абстрактное искусство. Он нашел те искажения реальности, которые стимулируют мозг больше всего.
(Колмановский показал в этот момент на экране портрет женщины работы Пикассо, где она изображена одновременно и в профиль, и в анфас.)
О соединении мозга и компьютера
Можно ли соединить мозг и компьютер? Можно ли управлять предметами усилием мысли? Как далеко в этом можно зайти?
Возьмем простую вещь: взять рукой чашку и перелить из нее чай в другую чашку. Это действие состоит из 10 тыс. запросов, которые мозг посылает в руку. Это сложный процесс с обратной связью.
В прошлом году швейцарские ученые из университета Лозанны разработали роботизированные протезы рук, которые частично умеют «думать» сами. Контроль над протезом делится между мозгом и самим роботом, который самостоятельно принимает много решений. Мы можем срастись с роботом, который, чтобы быть хорошим инструментом, должен много думать сам. Иначе у нас не хватит никаких мозгов, чтобы думать об этом самим.
Нас также интересуют ситуации, когда протез будет получать сигнал не через мышцы и кожу (как обычная рука), а напрямую из мозга. Человек может научиться думать правильным способом, чтобы компьютер его понимал. Это вопрос месяцев тренировок.
Удобнее, когда есть дырка в голове. Но даже и без дырки есть интерфейсы, которые работают через кости и через кожу. Однажды я пришел в гости к моей выпускнице (которая работает в Оксфорде), и они надели на меня свой прибор, нашли, где у меня в коре головного мозга левая рука. И научились дергать моей рукой, отправляя сигнал в мозг через кость.
Ученые умеют и обратное: считывать сигналы из мозга. Есть даже игровые приставки, где ты надеваешь на голову прибор и должен научиться думать: влево, вправо. И курсор на компьютере двигается.
Что интересно, когда я пытался это сделать, у меня получалось очень плохо. А когда я надел это устройство на свою восьмилетнюю дочь, у нее получилось гораздо лучше. Я позвонил разработчикам, и они рассказали, что дети обладают гораздо большей нейропластичностью и могут легче научить делать свой мозг то, что нужно.
Не пропустите: мультимедийное научное шоу Ильи Колмановского Homo Mutabilis в Лондоне 9 февраля и лекцию о главных научных открытиях года 22 марта.