What we'll learn about the brain in the next century | Sam Rodriques

Переводчик: Polina Nikitina Редактор: Sophia Kuchina

I want to tell you guys something about neuroscience.

Я хочу рассказать вам кое-что о нейробиологии.

I'm a physicist by training.

По специальности я физик.

About three years ago, I left physics

Около трёх лет назад я ушёл из этой области,

to come and try to understand how the brain works.

чтобы попытаться понять, как работает мозг.

And this is what I found.

И вот что я узнал.

Lots of people are working on depression.

Многие люди занимаются депрессией.

And that's really good,

И это замечательно,

depression is something that we really want to understand.

мы очень хотим понять, что такое депрессия.

Вот как это делают:

Here's how you do it:

you take a jar and you fill it up, about halfway, with water.

берут банку и наполовину заполняют её водой,

And then you take a mouse, and you put the mouse in the jar, OK?

после чего берут мышь и помещают её в банку.

And the mouse swims around for a little while

Какое-то время мышь пытается плавать,

and then at some point, the mouse gets tired

но в конце концов она устаёт

and decides to stop swimming.

и решает остановиться.

And when it stops swimming, that's depression.

Тот момент, когда она останавливается, и есть депрессия.

OK?

Понятно?

And I'm from theoretical physics,

К тому же я физик-теоретик,

so I'm used to people making very sophisticated mathematical models

поэтому привык к сложнейшим математическим моделям

to precisely describe physical phenomena,

для точного описания физических явлений,

so when I saw that this is the model for depression,

так что, увидев такую модель депрессии,

I though to myself, "Oh my God, we have a lot of work to do."

я подумал: «Боже мой, у нас ещё так много работы».

(Laughter)

(Смех)

But this is a kind of general problem in neuroscience.

Но это общая проблема нейробиологии.

So for example, take emotion.

Возьмём, к примеру, эмоции.

Lots of people want to understand emotion.

Очень многие хотят понять эмоции.

But you can't study emotion in mice or monkeys

Но эмоции не изучишь на мышах и обезьянах,

because you can't ask them

ведь их нельзя спросить,

how they're feeling or what they're experiencing.

что они чувствуют и что испытывают.

И вместо этого люди, которые хотят понять эмоции,

So instead, people who want to understand emotion,

typically end up studying what's called motivated behavior,

обычно вынуждены изучать «мотивированное поведение»,

which is code for "what the mouse does when it really, really wants cheese."

то есть то, как ведёт себя мышь, когда очень-очень хочет сыр.

OK, I could go on and on.

Я могу продолжать до бесконечности.

I mean, the point is, the NIH spends about 5.5 billion dollars a year

Но суть в том, что Национальные институты здоровья США

тратят около 5,5 млрд долларов в год

on neuroscience research.

на исследования в нейробиологии.

And yet there have been almost no significant improvements in outcomes

Однако за последние 40 лет мы практически не продвинулись

for patients with brain diseases in the past 40 years.

в лечении заболеваний мозга.

And I think a lot of that is basically due to the fact

Я думаю, во многом это происходит из-за того,

that mice might be OK as a model for cancer or diabetes,

что мыши — это, возможно, подходящая модель для рака и диабета,

but the mouse brain is just not sophisticated enough

вот только мышиный мозг недостаточно сложно устроен,

to reproduce human psychology or human brain disease.

чтобы воспроизводить на нём психологию человека и заболевания мозга.

OK?

Согласны?

So if the mouse models are so bad, why are we still using them?

Но если модели на мышах такие плохие, почему же мы до сих пор ими пользуемся?

Well, it basically boils down to this:

Всё сводится к следующему:

the brain is made up of neurons

мозг состоит из нейронов —

which are these little cells that send electrical signals to each other.

маленьких клеточек, которые отправляют друг другу электрические сигналы.

If you want to understand how the brain works,

Чтобы понять, как работает мозг,

you have to be able to measure the electrical activity of these neurons.

нужно уметь измерять электрическую активность нейронов.

But to do that, you have to get really close to the neurons

Но для этого нужно очень близко подобраться к нейронам

with some kind of electrical recording device or a microscope.

с помощью электронного регистрирующего устройства или микроскопа.

And so you can do that in mice and you can do it in monkeys,

Это можно сделать с мышами и обезьянами,

because you can physically put things into their brain

потому что мы можем физически проникать в их мозг,

but for some reason we still can't do that in humans, OK?

но почему-то с людьми нам это до сих пор не удаётся.

So instead, we've invented all these proxies.

Поэтому мы изобрели всевозможных посредников.

So the most popular one is probably this,

Самый известный, наверное, этот:

functional MRI, fMRI,

функциональная МРТ, или фМРТ,

which allows you to make these pretty pictures like this,

на которой получаются вот такие красивые картинки,

that show which parts of your brain light up

показывающие, какие области мозга активны,

when you're engaged in different activities.

когда человек занимается разными делами.

But this is a proxy.

Но это всего лишь посредник.

You're not actually measuring neural activity here.

Это не измерение собственно нервной активности.

What you're doing is you're measuring, essentially,

По сути, здесь измеряется

like, blood flow in the brain.

кровообращение в мозге.

Where there's more blood.

Где крови больше.

На самом деле, где больше кислорода, но вы меня поняли, да?

It's actually where there's more oxygen, but you get the idea, OK?

Ещё можно сделать вот это —

The other thing that you can do is you can do this --

electroencephalography -- you can put these electrodes on your head, OK?

электроэнцефалографию — надеть на голову вот такие электроды.

And then you can measure your brain waves.

После чего можно измерять мозговые волны.

And here, you're actually measuring electrical activity.

Здесь мы действительно измеряем электрическую активность.

But you're not measuring the activity of neurons.

Но не активность нейронов,

You're measuring these electrical currents,

а электрические потоки,

sloshing back and forth in your brain.

циркулирующие по мозгу.

So the point is just that these technologies that we have

В общем, смысл в том, что все эти технологии

are really measuring the wrong thing.

на самом деле измеряют не то, что нам нужно.

Because, for most of the diseases that we want to understand --

Ведь для большинства заболеваний, которые мы хотим понять,

like, Parkinson's is the classic example.

болезнь Паркинсона — классический пример.

In Parkinson's, there's one particular kind of neuron deep in your brain

За болезнь Паркинсона отвечает

один конкретный тип нейронов глубоко в мозге,

that is responsible for the disease,

and these technologies just don't have the resolution that you need

а современные технологии недостаточно продвинутые,

чтобы до него добраться.

to get at that.

And so that's why we're still stuck with the animals.

И поэтому нам до сих пор приходится экспериментировать на животных.

Not that anyone wants to be studying depression

Никто же не хочет изучать депрессию

by putting mice into jars, right?

на мышах в банке, правда?

It's just that there's this pervasive sense that it's not possible

Просто существует распространённое мнение,

что невозможно посмотреть на активность нейронов у здоровых людей.

to look at the activity of neurons in healthy humans.

So here's what I want to do.

Поэтому я хочу сделать следующее.

I want to take you into the future.

Я хочу отправить вас в будущее,

To have a look at one way in which I think it could potentially be possible.

чтобы дать вам взглянуть на то, как это потенциально может стать возможным.

And I want to preface this by saying, I don't have all the details.

Сразу оговорюсь, что у меня нет всех подробностей.

So I'm just going to provide you with a kind of outline.

Я только нарисую вам общую картину.

But we're going to go the year 2100.

Итак, мы отправляемся в 2100 год.

Now what does the year 2100 look like?

Как же выглядит 2100 год?

Well, to start with, the climate is a bit warmer that what you're used to.

Начнём с того, что климат немного теплее, чем привычный нам.

(Laughter)

(Смех)

And that robotic vacuum cleaner that you know and love

А робот-пылесос, который вы знаете и любите,

прошёл несколько поколений развития,

went through a few generations,

and the improvements were not always so good.

и не все обновления были удачными.

(Laughter)

(Смех)

It was not always for the better.

Не всё изменилось к лучшему.

But actually, in the year 2100 most things are surprisingly recognizable.

Но на самом деле большинство вещей в 2100 году на удивление узнаваемы.

It's just the brain is totally different.

Вот только мозг стал совсем другим.

For example, in the year 2100,

Например, в 2100 году

we understand the root causes of Alzheimer's.

мы понимаем истоки болезни Альцгеймера

So we can deliver targeted genetic therapies or drugs

и поэтому можем назначать адресную генную терапию или лекарства,

to stop the degenerative process before it begins.

чтобы остановить дегенеративный процесс ещё до его начала.

So how did we do it?

Как же нам это удалось?

Well, there were essentially three steps.

Мы прошли через три этапа.

The first step was that we had to figure out

Для начала мы должны были выяснить,

some way to get electrical connections through the skull

как добраться до электрических соединений через череп,

so we could measure the electrical activity of neurons.

чтобы измерить электрическую активность нейронов.

And not only that, it had to be easy and risk-free.

К тому же это нужно было делать просто и без риска для здоровья.

Something that basically anyone would be OK with,

Так, чтобы на эту процедуру готов был пойти кто угодно,

like getting a piercing.

всё равно что сделать пирсинг.

Because back in 2017,

Потому что в 2017 году

the only way that we knew of to get through the skull

единственный способ пройти через череп —

was to drill these holes the size of quarters.

это просверлить дырку размером с монету.

You would never let someone do that to you.

Вы бы никогда в жизни не пошли на такое.

So in the 2020s,

Так что в 2020-х годах

people began to experiment -- rather than drilling these gigantic holes,

люди начали экспериментировать: вместо этих огромных дырок

drilling microscopic holes, no thicker than a piece of hair.

начали сверлить микроскопические, не толще человеческого волоса.

And the idea here was really for diagnosis --

Делалось это главным образом для диагностики —

there are lots of times in the diagnosis of brain disorders

при диагнозе заболеваний мозга нам очень часто хочется

when you would like to be able to look at the neural activity beneath the skull

иметь возможность посмотреть на нервную активность внутри черепа,

and being able to drill these microscopic holes

а возможность просверлить микроскопические дырочки

would make that much easier for the patient.

сделала бы это гораздо проще для пациента.

In the end, it would be like getting a shot.

По ощущениям это как поставить укол:

You just go in and you sit down

приходишь, садишься,

and there's a thing that comes down on your head,

к твоей голове что-то прикладывают,

на мгновение больно — и на этом всё,

and a momentary sting and then it's done,

and you can go back about your day.

можно идти дальше по своим делам.

So we're eventually able to do it

Мы научились сверлить такие дырочки,

using lasers to drill the holes.

используя лазеры.

And with the lasers, it was fast and extremely reliable,

С лазерами это быстро и чрезвычайно надёжно,

you couldn't even tell the holes were there,

а дырочку вы даже не заметите,

any more than you could tell that one of your hairs was missing.

точно так же, как не заметили бы один выпавший волосок.

And I know it might sound crazy, using lasers to drill holes in your skull,

Знаю, может показаться безумием сверлить лазером дырки в черепе,

but back in 2017,

но ведь в 2017 году

people were OK with surgeons shooting lasers into their eyes

люди не были против того, чтобы им стреляли лазером в глаза

в ходе коррекционной операции.

for corrective surgery

So when you're already here, it's not that big of a step.

Получается, что первый шаг не такой уж и большой.

OK?

Согласны?

So the next step, that happened in the 2030s,

Суть следующего шага, сделанного в 2030-е годы,

was that it's not just about getting through the skull.

в том, что пройти через череп недостаточно.

To measure the activity of neurons,

Чтобы измерить активность нейронов,

you have to actually make it into the brain tissue itself.

нужно проникнуть в сами мозговые ткани.

And the risk, whenever you put something into the brain tissue,

Но при проникновении в мозговые ткани

возникает риск инсульта.

is essentially that of stroke.

That you would hit a blood vessel and burst it,

Можно задеть кровеносный сосуд и разорвать его,

что вызовет инсульт.

and that causes a stroke.

So, by the mid 2030s, we had invented these flexible probes

Поэтому к середине 2030-х годов мы изобрели гибкие зонды,

that were capable of going around blood vessels,

способные обходить кровеносные сосуды,

rather than through them.

а не идти через них.

And thus, we could put huge batteries of these probes

Таким образом, мы смогли вставить огромное количество этих зондов

into the brains of patients

в мозги пациентов

and record from thousands of their neurons without any risk to them.

и получать информацию с тысяч нейронов без какого-либо риска.

And what we discovered, sort of to our surprise,

И мы с удивлением обнаружили,

is that the neurons that we could identify

что нейроны, которые мы могли опознать,

were not responding to things like ideas or emotion,

не отвечали на такие вещи, как идеи и эмоции,

which was what we had expected.

как мы ожидали.

They were mostly responding to things like Jennifer Aniston

В основном они реагировали на Дженнифер Энистон,

or Halle Berry

или Хэлли Берри,

or Justin Trudeau.

или Джастина Трюдо.

I mean --

Хотя...

(Laughter)

(Смех)

In hindsight, we shouldn't have been that surprised.

Если подумать, в этом нет ничего удивительного.

I mean, what do your neurons spend most of their time thinking about?

Ведь о чём думают ваши нейроны большую часть времени?

(Laughter)

(Смех)

But really, the point is that

В общем, смысл в том,

this technology enabled us to begin studying neuroscience in individuals.

что благодаря этим технологиям мы смогли изучать нейробиологию на отдельных людях.

So much like the transition to genetics, at the single cell level,

Как и при переходе к генетике на уровне единичных клеток,

we started to study neuroscience, at the single human level.

мы начали изучать нейробиологию на уровне единичных людей.

But we weren't quite there yet.

Но это был ещё не конец.

Because these technologies

Ведь эти технологии

were still restricted to medical applications,

до сих пор применялись только в медицине,

which meant that we were studying sick brains, not healthy brains.

из чего следует, что мы изучали больные, а не здоровые мозги.

Because no matter how safe your technology is,

Даже с самыми безопасными технологиями

you can't stick something into someone's brain

нельзя вставить что-то человеку в мозг

for research purposes.

исключительно в научных целях.

They have to want it.

Люди должны сами этого захотеть.

And why would they want it?

А с чего бы им этого хотеть?

Because as soon as you have an electrical connection to the brain,

Установив электрическое соединение с мозгом,

you can use it to hook the brain up to a computer.

вы можете подключить мозг к компьютеру.

Oh, well, you know, the general public was very skeptical at first.

Ну, знаете, поначалу общественность была настроена скептически.

I mean, who wants to hook their brain up to their computers?

Какой человек захочет подключить свой мозг к компьютеру?

Well just imagine being able to send an email with a thought.

А представьте, что вы можете отправить письмо силой мысли.

(Laughter)

(Смех)

Imagine being able to take a picture with your eyes, OK?

Представьте, что вы можете сделать фотографию одними глазами.

(Laughter)

(Смех)

Imagine never forgetting anything anymore,

Представьте, что вы больше никогда ничего не забудете,

because anything that you choose to remember

ведь всё, что вы хотите запомнить,

will be stored permanently on a hard drive somewhere,

будет постоянно храниться где-то на жёстком диске,

able to be recalled at will.

откуда это можно достать в любое время.

(Laughter)

(Смех)

The line here between crazy and visionary

Граница между безумием и фантастикой

was never quite clear.

никогда не была чёткой.

But the systems were safe.

Но системы были безопасными.

So when the FDA decided to deregulate these laser-drilling systems, in 2043,

И когда в 2043 году FDA решило отменить контроль за этими лазерными системами,

commercial demand just exploded.

коммерческий спрос на них был огромным.

People started signing their emails,

Люди стали писать в конце своих писем:

"Please excuse any typos.

«Извините за опечатки.

Sent from my brain."

Отправлено прямо из мозга».

(Laughter)

(Смех)

Commercial systems popped up left and right,

Повсюду стали появляться коммерческие системы,

offering the latest and greatest in neural interfacing technology.

предлагающие новейшие разработки в области нейронных связей.

There were 100 electrodes.

Было сто электродов.

A thousand electrodes.

Тысяча электродов.

High bandwidth for only 99.99 a month.

Высокоскоростная связь всего за $99,99 в месяц.

(Смех)

(Laughter)

Soon, everyone had them.

Вскоре они были у всех.

And that was the key.

И это было ключевым моментом.

Because, in the 2050s, if you were a neuroscientist,

Ведь учёные в 2050-х годах

you could have someone come into your lab essentially from off the street.

могли пригласить к себе в лабораторию любого человека с улицы

And you could have them engaged in some emotional task

и проводить эксперименты на эмоции,

or social behavior or abstract reasoning,

социальное поведение и абстрактное мышление —

things you could never study in mice.

на всё, что не исследуешь на мышах.

And you could record the activity of their neurons

И можно было регистрировать активность нейронов испытуемых

using the interfaces that they already had.

на уже имеющихся у них интерфейсах.

And then you could also ask them about what they were experiencing.

К тому же можно было спросить у них, что они испытывали.

Итак, связь между психологией и нейробиологией,

So this link between psychology and neuroscience

that you could never make in the animals, was suddenly there.

которую невозможно было установить с животными, вдруг появилась.

So perhaps the classic example of this

Пожалуй, классическим примером

was the discovery of the neural basis for insight.

было открытие нейронной основы озарения.

That "Aha!" moment, the moment it all comes together, it clicks.

Тех самых моментов, когда всё вдруг сходится, встаёт на свои места.

And this was discovered by two scientists in 2055,

Это открытие сделали в 2055 году двое учёных,

Barry and Late,

Барри и Лэйт.

who observed, in the dorsal prefrontal cortex,

Они наблюдали за тем, что происходит в префронтальной коре,

how in the brain of someone trying to understand an idea,

когда мозг человека пытается разобраться в какой-нибудь концепции,

how different populations of neurons would reorganize themselves --

как при этом перестраиваются разные группы нейронов —

you're looking at neural activity here in orange --

оранжевым отмечена нервная активность, —

until finally their activity aligns in a way that leads to positive feedback.

пока наконец не сходятся таким образом, что возникает положительная реакция.

Right there.

Вот оно.

That is understanding.

Это понимание.

So finally, we were able to get at the things that make us human.

Именно тогда нам наконец удалось разобраться в том, что делает нас людьми.

And that's what really opened the way to major insights from medicine.

И это открыло путь к существенным прорывам в медицине.

Because, starting in the 2060s,

Начиная с 2060-х годов,

with the ability to record the neural activity

мы получили возможность регистрировать нервную активность

in the brains of patients with these different mental diseases,

в мозгах пациентов с различными психическими заболеваниями.

rather than defining the diseases on the basis of their symptoms,

И вместо того чтобы определять болезни на основе их симптомов,

as we had at the beginning of the century,

как делали в начале XXI века,

мы стали определять их

we started to define them

on the basis of the actual pathology that we observed at the neural level.

на основе реальных патологий, которые мы увидели на нейронном уровне.

So for example, in the case of ADHD,

Например, в случае с синдромом дефицита внимания

we discovered that there are dozens of different diseases,

мы обнаружили, что на самом деле есть десятки различных заболеваний,

all of which had been called ADHD at the start of the century,

все из которых в начале века называли этим синдромом,

that actually had nothing to do with each other,

хотя у этих заболеваний нет ничего общего,

except that they had similar symptoms.

кроме похожих симптомов.

And they needed to be treated in different ways.

И все они требуют разного лечения.

So it was kind of incredible, in retrospect,

Оглядываясь назад, кажется уму непостижимым,

that at the beginning of the century,

что в начале века

we had been treating all those different diseases

мы лечили все эти разные заболевания одним и тем же лекарством:

with the same drug,

просто давали больным амфетамин.

just by giving people amphetamine, basically is what we were doing.

То же можно сказать про шизофрению и депрессию.

And schizophrenia and depression are the same way.

So rather than prescribing drugs to people essentially at random,

Поэтому вместо того чтобы прописывать людям лекарства, по сути, наугад,

as we had,

как раньше,

we learned how to predict which drugs would be most effective

мы научились прогнозировать, какие лекарства лучше всего подойдут

in which patients,

конкретным пациентам,

and that just led to this huge improvement in outcomes.

что привело к значительному улучшению их эффективности.

OK, I want to bring you back now to the year 2017.

Хорошо, а теперь вернёмся в 2017 год.

Some of this may sound satirical or even far fetched.

Возможно, что-то из этого покажется сатирическим или даже притянутым за уши.

And some of it is.

Пожалуй, это так.

I mean, I can't actually see into the future.

Я ведь на самом деле не могу видеть будущее.

I don't actually know

На самом деле я не знаю,

if we're going to be drilling hundreds or thousands of microscopic holes

будем ли мы сверлить сотни или тысячи микроскопических дырочек

in our heads in 30 years.

в наших головах через 30 лет.

But what I can tell you

Но вот что я могу сказать:

is that we're not going to make any progress

мы не продвинемся

towards understanding the human brain or human diseases

в понимании человеческого мозга и человеческих болезней,

until we figure out how to get at the electrical activity of neurons

пока не выясним, как добраться до электрической активности нейронов

in healthy humans.

у здоровых людей.

And almost no one is working on figuring out how to do that today.

И на сегодняшний день практически никто этим не занимается.

That is the future of neuroscience.

Это будущее нейробиологии.

And I think it's time for neuroscientists to put down the mouse brain

И мне кажется, что учёным пора попрощаться с мышиным мозгом

and to dedicate the thought and investment necessary

и посвятить достаточно времени и ресурсов

to understand the human brain and human disease.

изучению человеческого мозга и человеческих болезней.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)