Сети и стимуляция

В апреле 2014 года американское агентство передовых оборонных исследовательских проектов DARPA объявило о создании Отдела биотехнологий. Большая часть его программ посвящена нервной системе и ее стимуляции, то есть принудительному возбуждению или торможению нейронов.

Например, проект SUBNETS был вдохновлен неудачами лекарственной терапии душевных болезней. Вместо поиска новых лекарств авторы проекта обращаются к электрическому языку мозга: специальные устройства будут реагировать на патологическую активность нервных клеток и с помощью электрических импульсов возвращать их в нормальный режим работы. Это поможет больным избавиться от хронической боли и посттравматического стресса (PTSD), депрессии и наркотической зависимости.

Нейронные сети занимают не только американскую военщину, но и участников главного нейробиологического мегапроекта BRAIN, стоимость которого оценивается в $4,5 млрд (из них $110 млн уже выделено). По мнению его организаторов, именно коллективная активность миллионов клеток служит ключом к пониманию многих болезней нервной системы, поэтому, чтобы понять и лечить их, нужно научиться отслеживать все импульсы всех нейронов в живом мозге.

Стимулировать можно не только память, но и способности к вычислениям и творчеству

Возможно это или нет, вопрос открытый, но философия проекта отражает переворот в науке, который происходит на наших глазах: ответы теперь будут искать не в биохимии молекул, а в характере распространения сигналов. Ученые планируют найти новые такие маркеры болезни Альцгеймера, Паркинсона, депрессии, эпилепсии и шизофрении. Посмотрев на электрическую активность мозга пациента, врач должен понять суть заболевания и скорректировать его посредством мизерных стимуляторов, способных долго работать в живой ткани.

В наши дни глубокая стимуляция применяется, например, в качестве терапии болезни Паркинсона. Тонкий длинный электрод вставляется в голову, достигая глубоких областей мозга. Разряды, подающиеся через электрод, возбуждают нервные клетки, что приводит к частичному ослаблению симптомов заболевания. Но пока это похоже на игру вслепую. Электроды грубы, возбуждают сразу все окружающие клетки и не умеют обучаться. А главное – врачи не видят глобальной картины. Нанотехнологии, обещанные проектом BRAIN, позволят отслеживать происходящее по всему мозгу в мельчайших деталях и в реальном времени. И на основе увиденного корректировать работу огромных групп нейронов. Иными словами, медицину ждет бум стимуляции.

Прежде чем медики доберутся до головы, они поработают с периферической нервной системой. Несколько лет назад нейрохирург Кевин Трейси экспериментально показал, что стимуляция блуждающего нерва, который регулирует работу внутренних органов, подавляет воспаление. В 2011 году его компания SetPoint Medical приступила к клиническим испытаниям метода лечения артрита с помощью электричества: небольшой стимулятор зашивается под кожу в районе груди и подает импульсы на нервные волокна, снижая воспаление, отеки и боль.

Сегодня постепенно оформляется новая стратегия, перпендикулярная фармакологии. Американские нейробиологи уже составляют подробный атлас иннервации внутренних органов, который понадобится «биоэлектронной медицине». Это еще не революция, но ее первые предвестники. Производителям лекарств придется сильно потесниться. Впрочем, самые дальновидные из них уже готовят запасной аэродром – фармакологический гигант GlaxoSmithKline недавно инвестировал $25 млн в компанию Трейси.

В перспективе эти технологии позволят не только лечить больных, но и дадут сверхспособности здоровым. Уже тестируются технологии, позволяющие усилить работу мозга с помощью электромагнитного воздействия. Нейробиолог Винсент Кларк из Университета Нью-Мексико (США) повысил способность к обучению у участников эксперимента, подавая слабый постоянный ток силой 2 миллиампера через электроды, прикладываемые к голове. «Они обучались быстрее, но у них нет никаких предположений или внутренних ощущений насчет того, почему это происходило», – пишет в статье в Nature автор. Эта область исследований, по его словам, «в скором времени испытает взрывной рост».

Ответы теперь будут искать не в биохимии молекул, а в характере распространения сигналов

Такие эксперименты поднимают интригующий вопрос о скрытых резервах нашего мозга. Люди с феноменальной памятью редки, но само их существование доказывает принципиальную возможность помнить гораздо больше, чем доступно среднему человеку. Еще в 1950-х годах Уайлдер Пенфилд пытался лечить больных эпилепсией с помощью электричества, подаваемого по электроду глубоко в мозг. Его пациенты говорили, что при включении тока у них внезапно и очень ярко всплывали давно забытые сцены из прошлого: пациенты видели происходящее, слышали голоса, звуки и запахи. Время от времени тот же эффект наблюдают и сегодняшние врачи.

Стимулировать можно не только память, но и способности к вычислениям и творчеству. Профессор Аллан Снайдер, возглавляющий Центр по изучению сознания в Сиднее (Австралия), экспериментирует со стимуляцией передних височных долей посредством слабого постоянного тока и низкочастотных магнитных импульсов. После воздействия у людей происходят заметные улучшения способностей в рисовании, чтении и счете. Снайдер полагает, что магнитное поле подавляет зону левого полушария, участвующую в обработке сырых данных, поступающих в мозг, высвобождая активность правого полушария, и человек начинает непосредственно воспринимать поток данных еще до их анализа в левой височной доле. Профессор утверждает, что каждый из нас потенциально обладает способностью к фотографической памяти, перемножению больших чисел в уме, умению рисовать и другими талантами. Разница в том, что у некоторых людей от природы есть доступ к этим своим способностям, а у остальных он перекрыт активностью левого полушария.

«В моем идеалистическом образе будущего, – говорит Снайдер, – каждому взрослому будет доступен «думательный шлем», позволяющий воспринимать мир непосредственно и менее стереотипно. Может быть, возникнут «думательные бары» наподобие кислородных баров, куда человек сможет заскочить, чтобы наполниться вдохновением, – я шучу, но кто знает?»