От оптогенетики, позволяющей управлять нейронами с помощью света, до термогенетики, открывающей перспективы неинвазивного лечения нейродегенеративных заболеваний, — современные технологии приближают нас к пониманию механизмов сознания, памяти и мышления.<BR>
В интервью для «Ъ-Науки» Всеволод Белоусов — один из ведущих российских специалистов в области нейротехнологий, член-корреспондент РАН, директор Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России, руководитель научной группы «Молекулярные нейроинтерфейсы» Центра LIFT, член научного комитета Национальной премии в области будущих технологий «Вызов» — рассказал о ключевых достижениях в изучении мозга, перспективных методах терапии и этических вызовах, связанных с развитием нейроимплантатов.
— Какие самые значимые прорывы в изучении мозга произошли за последние пять—десять лет и как они меняют наше понимание сознания, памяти и мышления?
— За последние десять лет получила колоссальное развитие оптогенетика — это возможность управлять активностью нейронов с помощью светочувствительных рецепторов простых организмов, таких как одноклеточные водоросли, бактерии археи
Другое перспективное направление — химогенетика, от сочетания слов «химия» и «генетика», когда мы внедряем в мозг животного рецепторы, которые управляются лекарственными химическими веществами.
Есть еще один подход — термогенетика, когда мы пытаемся управлять активностью нейронов с помощью температуры чувствительных нейронных каналов. Сейчас это направление активно развивает Федеральный центр мозга и нейротехнологий совместно с Пироговским университетом и Институтом биоорганической химии РАН. Здесь мы одни из лидеров в мире и недавно опубликовали собственные исследования о том, как управлять активностью мыши, скоростью ее движения с помощью термочувствительных каналов, нагревая определенную зону мозга импульсами через оптоволоконный нейроинтерфейс. Думаю, что технология термогенетики довольно скоро войдет в клиническую фазу исследований и в будущем сможет применяться для лечения, например, болезни Паркинсона и эпилепсии.
Прорывом можно назвать открытие нейроиммунных взаимодействий. Долгие годы считалось, что иммунной системы в мозге нет. Оказалось, что это не так: в мозге существует лимфатическая система, и через нее осуществляются постоянное взаимодействие нервной системы и иммунной, их взаимная регуляция.
Еще из прорывов — технологии искусственного интеллекта в расшифровке сигналов мозга и нейроинтерфейсы из новых материалов, мягкая электроника, которая растет вместе с мозгом, с эмбрионального периода и далее. Это попытки бороться с отторжением нейроимплантатов, ведь даже самые продвинутые их них, которые используются сегодня в медицине, могут отторгаться мозгом.
— Какие ключевые вызовы стоят перед нейронаукой сегодня?
— Как ни парадоксально, все перечисленные мной открытия и прорывы довольно мало приблизили нас к ответу на ключевые вопросы нейронауки: как функционирует мозг, что такое сознание, каковы механизмы памяти, почему мы спим, почему развиваются нейродегенеративные заболевания, какие ключевые триггеры ведут к гибели нейронов? Это вызов, который до сих пор стоит перед нейронаукой. Все наши результаты — и технологические, и фундаментальные — дают нам почву для дальнейших шагов в поиске ответов на эти вопросы.
— Какие современные технологии помогают расшифровать работу мозга и уже сейчас применяются в клинической практике?
— Таких нейротехнологий довольно много. Я остановлюсь на ключевых. Во-первых, это технология фокусированного ультразвука. Звук точно так же, как и свет, можно фокусировать и получать в точке фокуса зону нагрева высокой интенсивности. Это используется в нейрохирургии, например, при лечении тремора, обусловленного болезнью Паркинсона. Такая методика — совершенное чудо и для врачей, и для пациентов, когда мы, не прибегая к трепанации или скальпелю хирурга, получаем эффект. Сейчас мы постепенно распространяем эту методику на лечение и других заболеваний, например фармакорезистентной эпилепсии.
Есть нейротехнология, которая активно применяется в коррекции, например, психоэмоциональных и стрессовых расстройств. Это технология биологической обратной связи, когда мы с помощью системы электродов регистрируем ритмы мозга пациента и преобразуем их в определенный игровой сценарий на экране компьютера или планшета. Задача пациента — управлять этим игровым сценарием с помощью собственных ритмов мозга.
Стоит также упомянуть технологии виртуальной реальности, которые используются в реабилитации. Если у пациента не работает рука, реабилитологи пытаются создать обходные пути в мозг для того, чтобы он этой рукой мог управлять. С помощью неинвазивного нейроинтерфейса считывается намерение движения, и виртуальная рука начинает двигаться. Пациент видит это, что создает положительную обратную связь между намерением движения и самим движением, а значит, помогает учиться управлять своей рукой.
— Когда, по вашему мнению, станет возможным массовое применение нейроимплантатов для улучшения когнитивных способностей?
— Прежде чем мы начнем обсуждать массовое применение нейроимплантатов, уйдет немало времени для внедрения этих технологий в правовое поле и в медицинскую практику. Кроме того, необходимы пострегистрационные наблюдения в течение нескольких десятков лет для того, чтобы оценить абсолютную безопасность этих методов, соотношение пользы и риска. Что касается экспериментов на животных, там прорывы начнутся гораздо раньше, они уже есть. Но их перенос на людей — это вопрос не ближайшей перспективы.
— Могут ли искусственные нейросети помочь нам лучше понять биологический мозг или между ними есть принципиальная разница?
— Между мозгом и нейросетями есть принципиальная разница в том, как они получают информацию и как тренируются. Современные нейросети направлены на обработку определенного вида информации, такого как текст и изображения. Биологический мозг построен на одновременной обработке разных сигналов всех органов чувств, включая проприоцепцию в пространстве. Мозг обучается на реальных стимулах, в этом его принципиальное отличие от нейросетей.
При этом искусственный интеллект и нейросети уже сейчас помогают нам более эффективно расшифровывать паттерны активности мозга.
— Какие направления в нейронауке и нейротехнологиях, на ваш взгляд, наиболее перспективны для молодых исследователей?
— Нейронауки и нейротехнологии — это междисциплинарная область, поэтому здесь найти для себя подходящую нишу может практически любой. Кому-то интересна клеточная или молекулярная биология, другим — инжиниринг нейропротезов, третьим — декодирование сигналов мозга. Главное, что я всегда советую молодым ученым, — не идти на поводу у моды, а пытаться развиваться в том направлении, которое вам больше всего нравится, которое вас захватывает.
— Какие меры нужно принять в России, чтобы ускорить развитие нейронаук и нейротехнологий?
— Такие меры уже принимаются. Это и постепенное увеличение финансирования, и появление сильных индустриальных партнеров, и создание комплексных проектов, которые объединяют разные междисциплинарные команды. Что еще нужно сделать? Преодолеть кадровый дефицит. Поэтому мы создаем обучающие программы магистратуры, направленные на разные аспекты нейронаук, более фундаментальные или более прикладные. Сейчас в России таких программ уже десятки. Через несколько лет эти магистры станут независимыми исследователями.
— Вы входите в научный комитет Национальной премии в области будущих технологий «Вызов». Как эта премия способствует развитию прорывных технологий, в том числе в области нейронауки?
— Премия «Вызов» способствует развитию прорывных технологий во всех областях науки, решая такие задачи, как повышение престижа профессии ученого и инженера, выстраивание позитивного и современного образа науки. Проведение торжественной церемонии в московском Манеже, съемка документальных фильмов про лауреатов, публикации в СМИ — все это привлекает внимание к научным достижениям. Лауреаты и члены научного комитета премии «Вызов» читают разнообразные лекции по своим тематикам, что тоже способствует популяризации науки.
Научный комитет премии получает большое количество заявок — в этом году их 632 из 40 стран. Изучая эти заявки, мы узнаем о том, что происходит в российском и международном научном пространстве. Мы можем подсвечивать важные направления для потенциальных инвесторов или научных фондов. Это работа, которая важна даже для тех номинантов, которые не станут лауреатами. Перспективные разработки в любом случае не останутся без внимания.
— Вы регулярно участвуете в мероприятиях, направленных на популяризацию науки. Так, например, на недавно прошедшем ПМЭФ вы стали героем нового проекта фонда «Вызов» с участием деятелей науки и искусства — «Вызов Софико» (ведущей Софико Шеварднадзе). Расскажите, в чем, на ваш взгляд, задача этого проекта? И почему вам было интересно в нем участвовать?
— Проект «Вызов Софико» построен на диалоге между учеными и деятелями искусства. Актеры, режиссеры, музыканты — это, как правило, более медийные, известные люди, чем те, кто занимается наукой. Моим собеседником стал режиссер Алексей Учитель. Новый проект фонда «Вызов» показывает, что ученые — это не закрытая каста недоступных людей. Мы разговариваем на одном языке с представителями искусства и хорошо понимаем друг друга. При всей разности наших подходов и взглядов мы можем быть в диалоге и находить общие темы для разговоров. Чтобы наука стала понятна широкому зрителю, о ней надо рассказывать простым языком. В целом наука и искусство при всей кажущейся разнице между ними являются двумя областями человеческой деятельности, которые создают что-то новое, то, что ранее не существовало. А значит они не так уж далеки друг от друга.