Необхідне радикальне переосмислення підходів до вивчення мозку

Чи обрала нейронаука вірний шлях?

Розуміння людського мозку, безперечно, є найбільшим викликом сучасній науці. Головний підхід до його вивчення останні 200 років полягав у тому, щоб знайти зв'язки між функціями мозку і його різними областями або навіть окремими нейронами (клітинами мозку). Але недавні дослідження все більше вказують на те, що в спробах коли-небудь зрозуміти людський розум, ми можемо піти абсолютно неправильним шляхом.

Ідея про те, що мозок складається з багатьох областей, що виконують конкретні завдання, отримала назву «модулярність». На перший погляд, вона була вдалою. Наприклад, вона може пояснити, як ми розпізнаємо обличчя, активуючи ланцюжок певних областей мозку в потиличній і скроневій частках. Органи ж керуються іншим набором областей мозку. І вчені вважають, що одні області - області пам'яті - допомагають комбінувати перцепційні стимули для створення цілісних образів людей. Діяльність інших областей пов'язувалася з конкретними патологіями і хворобами.

Причина, чому цей підхід був настільки популярний, почасти обумовлена технологіями, що дають нам безпрецедентне розуміння мозку. Функціональна магнітно-резонансна томографія, що відстежує зміни в кровотоку мозку, дозволяє вченим бачити області, що реагують на дії, - допомагаючи їм картувати функції. У той же час, оптогенетика, методика, що використовує генетичну модифікацію нейронів таким чином, що їх електричну активність можна контролювати за допомогою світлових імпульсів, може допомогти нам дослідити їх конкретну роль у діяльності мозку. ФМРТ-знімок мозку, що виконує завдання на запам'ятовування.

Хоча обидві технології дали приголомшливі результати, не ясно чи приведуть вони до повноцінного розуміння мозку. Нейробіолог, який знаходить кореляцію між нейроном або областю мозку і конкретним, але в принципі умовним фізичним параметром, таким як біль, буде схильний прийти до висновку, що цей нейрон або частина мозку контролює біль. У цьому є іронія, тому що навіть мозок нейробіолога буде шукати кореляції, яку б завдання він не вирішував.

Але якщо ми розглянемо можливість, що всі функції розподілені по всьому мозку і що всі частини мозку беруть участь у всіх функціях? В такому випадку, знайдені на даний момент кореляції можуть бути ідеальною пасткою розуму. Потім ми повинні вирішити проблему того, як область мозку або тип нейрона породжують осмислену, цілісну поведінку. Зараз немає спільного вирішення цієї проблеми - тільки гіпотези в окремих випадках, таких як розпізнавання людей.

Проблема може бути проілюстрована недавнім дослідженням, яке показало, що психоделічний наркотик ЛСД здатний порушувати модулярну організацію, яка може пояснювати зір. Більш того, рівень дезорганізації пов'язаний з серйозністю «розладу особистості», який люди зазвичай відчувають при прийомі препарату. Дослідження показало, що препарат впливає на те, як кілька областей мозку взаємодіють з іншою частиною мозку, збільшуючи їх рівень зв'язності. Тому, якщо ми хочемо коли-небудь зрозуміти, що таке наше самовідчуття, нам потрібно зрозуміти, як діє базова зв'язність між областями мозку як частина складної мережі.

Шлях вперед?

Деякі дослідники тепер вважають, що мозок і його хвороби можна в цілому зрозуміти тільки як взаємодія між величезною кількістю нейронів, розподілених по всій центральній нервовій системі. Функція кожного нейрона залежить від функцій усіх тисяч нейронів, з якими він пов'язаний. Вони, своєю чергою, залежать від інших. Одна і та ж область або один нейрон можуть використовуватися в багатьох контекстах, але залежно від контексту мати різні специфічні функції.

Насправді, можливо, дрібне порушення цих взаємодій між нейронами за допомогою лавинних ефектів у мережах викликає такі захворювання, як депресія або хвороба Паркінсона. У будь-якому випадку нам потрібно зрозуміти механізми мереж, щоб зрозуміти причини і симптоми цих захворювань. Без повної картини ми навряд чи зможемо успішно лікувати ці та багато інших недуг. Карта нейронних зв'язків.

Зокрема, нейронауке потрібно почати досліджувати, як виникають мережеві конфігурації з безперервних спроб мозку осмислити світ. Нам також необхідно отримати ясну картину того, як кора, мозковий стовбур і мозочок взаємодіють з м'язами і десятками тисяч оптичних і механічних датчиків наших тіл, формуючи єдину картину.

Повернення до зв'язку з фізичною реальністю - це єдиний спосіб зрозуміти, як інформація представлена в мозку. Одна з причин, чому у нас є нервова система, в першу чергу полягає в тому, що еволюція мобільності вимагає керуючої структури. Когнітивні, психічні функції і навіть думки можуть розглядатися як механізми, які еволюціонували, щоб краще планувати наслідки руху і дій.

Таким чином, нейронаука просунеться вперед, можливо, більшою мірою фокусуючись на загальних даних про активність нейронів (за допомогою оптогенетики або фМРТ), не ставлячи за мету пов'язати кожен нейрон або область мозку з якоюсь конкретною функцією. Це може бути використано в теоретичному дослідженні мережі, яке може, враховуючи різні спостереження, надати комплексне функціональне пояснення. Насправді, така теорія повинна допомогти нам планувати експерименти, а не навпаки.

Основні перешкоди

Однак це буде нелегко. Сучасні технології дóроги - в них вкладаються великі фінансові ресурси, а також національний і міжнародний престиж. Ще одна перешкода полягає в тому, що людський розум воліє прості рішення складним поясненням, навіть якщо перші можуть обмежувати здатність пояснювати отримані дані.

Всі відносини між нейронаукою і фармацевтичною індустрією також побудовані на модулярній моделі. Типові стратегії, коли справа стосується загальних неврологічних і психіатричних захворювань - виявити один тип рецептора в мозку, на який можна впливати ліками для вирішення всієї проблеми.

Наприклад, СІОЗС (селективні інгібітори зворотного захоплення серотоніну), що блокують поглинання серотоніну в мозку, в даний час використовуються для лікування ряду різних психічних розладів, включаючи депресію. Але вони не діють у випадку багатьох пацієнтів, і може бути, коли вони діють, причиною є ефект плацебо.

Подібним чином епілепсія сьогодні широко розглядається, як єдине захворювання і лікується протисудомими препаратами, які працюють, послаблюючи активність всіх нейронів. Такі препарати працюють не у всіх випадках. Насправді, може виявитися так, що будь-який хвилинний розлад ланцюгів у мозку, що виникає через одного з тисяч різних тригерів, унікальних для кожного пацієнта, може привести мозок в епілептичний стан.

Таким чином, нейронаука поступово втрачає напрямок на своєму передбачуваному шляху до розуміння мозку. Абсолютно необхідно, щоб ми зробили з цього правильні висновки. Мало того, що це може стати ключем до розуміння деяких з найбільших таємниць, відомих науці, таких як свідомість, це може також допомогти в позбавленні від величезної кількості виснажливих і дорогих проблем зі здоров'ям.