«Интеллект — способность мозга находить порядок в том, что прежде казалось беспорядочным».
— Р. В. Янг
Полуторакилограммовая масса нервных клеток и опорные ткани, или мозг, пожалуй, самый сложный и удивительный из всех известных нам органов. И хотя можно ударяться в лирику о чудесных способностях человеческого мозга, у этого органа есть немало недостатков и проблем. Мышление преимущественно идет через межнейронные связи, в которых используется электрохимический метод подачи сигналов — примерно в миллион раз медленнее, чем современные электронные цепи. Что еще важнее — многочисленные проблемы, возникающие с мозгом: от развития зависимостей до постепенного или резкого функционального спада с возрастом.
— Р. В. Янг
Полуторакилограммовая масса нервных клеток и опорные ткани, или мозг, пожалуй, самый сложный и удивительный из всех известных нам органов. И хотя можно ударяться в лирику о чудесных способностях человеческого мозга, у этого органа есть немало недостатков и проблем. Мышление преимущественно идет через межнейронные связи, в которых используется электрохимический метод подачи сигналов — примерно в миллион раз медленнее, чем современные электронные цепи. Что еще важнее — многочисленные проблемы, возникающие с мозгом: от развития зависимостей до постепенного или резкого функционального спада с возрастом.
Тем не менее, мы все лучше и быстрее понимаем, как работает мозг: от биохимии нервных клеток, такой как синапс (взаимодействие нервных клеток), до принципов работы крупных отделов мозга, таких как мозжечок (отвечающий за координацию движений) и гиппокамп (участвующий в формировании памяти). Изложенные в этой статье принципы помогут оптимизировать вашу ментальную функцию уже сегодня, а вы сможете значительно замедлить старение мозга и другие патологические процессы. Методы лечения и ранние методы обещают окончательно остановить и обратить главные причины старения мозга и спада интеллектуальных способностей. В конце концов технологии позволят значительно расширить наши интеллектуальные способности через тесное слияние с мощными формами небиологического интеллекта.
Все мысли и эмоции, а также бо́льшая часть функций тела — от частоты сердцебиения до расширения зрачков — управляются электрохимическими сигналами мозга. В мозге находится около 100 миллиардов нейронов (активных клеток мозга), которые поддерживаются клетками нейроглии в количестве более триллиона. Обычно нейрон соединяется с другими нейронами через примерно 1000 взаимосвязей, или синапсов, таким образом, в человеческом мозге существует около 100 триллионов связей. Глиальные клетки оказывают влияние на действие синапсов.
За последние годы мы наблюдаем быстрый прогресс моделирования и даже воспроизведения важных областей мозга. Американский ученый Ллойд Уотттс и его коллеги разработали компьютерную модель пятнадцати областей слуховой коры мозга, которая работает подобно слуховому восприятию человека.
Собрав данные многочисленных исследований, Джавиер Ф. Медина, Майкл Д. Маук и их коллеги из медицинской школы Техасского университета разработали детальную компьютерную модель мозжечка — области мозга в затылочной части головы, отвечающей за управление движениями. Модель включает мозговые клетки всех основных типов, более 10000 смоделированных нейронов и 300000 синапсов.
Мыслительные процессы, связанные с принятием рациональных решений, планированием и способностью говорить, сосредоточены в тонком слое нейронов на внешней стороне мозга под названием «кора головного мозга», всего 1,5–4,5 миллиметра толщиной. Мозг, составляющий 2 процента от веса всего тела, получает 20 процентов исходящей от сердца крови и потребляет 20 процентов всего кислорода в организме. По весу, мозг на 60 процентов состоит из жира, что объясняет важность адекватного содержания полезных жиров в рационе.
50000 ученых и проектировщиков работают в сфере исследований человеческого мозга.
Все быстрее разрабатываются мощные инструменты для изучения мозга изнутри, расширяются наши знания о нем. Например, ежегодно удваивается разрешение, соотношение цена/производительность и диапазон частот томографов головного мозга (как инвазивных, так и неинвазивных). Многие из этих достижений помогут нам смоделировать человеческий интеллект с помощью машин. В этой главе мы сосредоточимся на практических наработках, которые помогут вам улучшить функцию мозга, а также рассмотрим некоторые технологии, которые нам будут очень полезны для достижения этой цели в будущем.
ПОДДЕРЖКА МОЗГА
Почти целый век бытовало мнение, что мозг является относительно неизменным органом, а бесценные клетки мозга не восстанавливаются. Считалось, что человек рождается с определенным количеством нейронов, а терять каждый день некоторое число этих клеток — естественный биологический процесс. В отличие от других органов тела, которые обладают регенерационными способностями (вспомните, как восстанавливается раздробленная на части кость или как оправляется печень после разрушительного воздействия целой ночи алкогольных возлияний), считалось, что способность мозга к самовосстановлению после травмы очень ограничена.
НЕЙРО-КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНТЕРФЕЙС, БИОНИЧЕСКИЕ КОНЕЧНОСТИ И УПРАВЛЯЕМЫЕ МЫСЛЬЮ РОБОТЫ
Начинает работать двустороннее, бесконтактное сообщение в реальном времени между нервными клетками и машинами. В недавнем эксперименте обезьяна управляла рукой робота, как если бы это была ее собственная конечность, а перенесший инсульт человек смог работать на компьютере. В этой сфере ключевым аспектом является воспроизведение сложной модели входящих и исходящих сигналов мозга. Это могло бы позволить человеку с параличом всех четырех конечностей управлять компьютером или другими устройствами.
ПОДДЕРЖКА МОЗГА
Почти целый век бытовало мнение, что мозг является относительно неизменным органом, а бесценные клетки мозга не восстанавливаются. Считалось, что человек рождается с определенным количеством нейронов, а терять каждый день некоторое число этих клеток — естественный биологический процесс. В отличие от других органов тела, которые обладают регенерационными способностями (вспомните, как восстанавливается раздробленная на части кость или как оправляется печень после разрушительного воздействия целой ночи алкогольных возлияний), считалось, что способность мозга к самовосстановлению после травмы очень ограничена.
НЕЙРО-КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНТЕРФЕЙС, БИОНИЧЕСКИЕ КОНЕЧНОСТИ И УПРАВЛЯЕМЫЕ МЫСЛЬЮ РОБОТЫ
Начинает работать двустороннее, бесконтактное сообщение в реальном времени между нервными клетками и машинами. В недавнем эксперименте обезьяна управляла рукой робота, как если бы это была ее собственная конечность, а перенесший инсульт человек смог работать на компьютере. В этой сфере ключевым аспектом является воспроизведение сложной модели входящих и исходящих сигналов мозга. Это могло бы позволить человеку с параличом всех четырех конечностей управлять компьютером или другими устройствами.
Система под названием Браузер мозга (BrainBrowser) разрабатывается в Государственном университете штата Джорджия, чтобы подсоединяться к мозгу человека, давая ему возможность просматривать страницы Интернета исключительно силой мысли.
Небольшая вживляемая система, разработанная компанией Advanced Control Research (ACR) из Плимута, Англия, способна определить намерения человека и двинуть протезную руку в соответствии с ними. По словам профессора Роланда Бернса, директора ACR, система видит данные в нервном сигнале и с помощью системы распознавания может сказать, что думает лишенный руки человек, чтобы затем использовать эту информацию и дать запястью команду повернуться или указательному пальцу двинуться. «Наша конечная цель — получить полнофункциональную руку», — говорит он.
Исследовательская команда из Стэнфордского университета разработала вживляемый чип, дающий искусственные синапсы. Устройство получает информацию из биологических нейромедиаторов, инициируемых электронными командами, что является еще одним способом напрямую связать электронные компьютерные устройства и нейроны. Существует мнение, что через несколько лет пациенты с параличом или сенсорными нарушениями смогут применять эти технологии. Через 10 лет люди с ограниченными физическими возможностями смогут двигать парализованными конечностями или управлять роботом для выполнения повседневных домашних дел, а человек с искусственной рукой сможет ловко вырезать ножницами из бумаги и чувствовать руку любимого человека.
Возможность исключить посредников — нервы и мышцы в руках и ногах — и напрямую связать мозг с внешними устройствами, может не просто заменить, а улучшить функции человека. Эту цель настойчиво преследует крупная исследовательская программа компании Defense Advanced Research Projects Agency, в которой планируется ускорить реакцию солдат, усовершенствовать принятие решений и управлять роботами и комплексами боевых средств силой мысли.
Одно из самых важных открытий современной неврологии состоит в том, что на самом деле мозг обладает огромным потенциалом самовосстановления и регенерации.
На протяжении более ста лет ученые считали, что определенные области мозга напрямую связаны с определенными функциями. В 1857 году французский нейрохирург Поль Брока соотнес травмированные или перенесшие хирургическое вмешательства области мозга с утратой определенных способностей, таких как тонкая моторика и речь. Хотя определенные области отвечают за управление отдельными функциями, сейчас мы понимаем, что эта привязка может меняться после травмы головного или спинного мозга, которая приводят к частичному параличу. В 1965 году в классическом исследовании Хьюбел и Визель продемонстрировали, что после серьезного повреждения, такого как инсульт, мозг способен значительно реорганизоваться и другие области мозга берут на себя функции поврежденных отделов.
В соответствии с этим, разные области мозга могут выполнять функции других областей. Ученые уже используют этот метод для лечения пациентов, перенесших травму определенного отдела мозга. Например, часть височной доли под названием «область Брока», расположенная над вершиной уха, тесно связана с пониманием речи и способностью говорить. У пациентов, перенесших инсульт с повреждением области Брока, могут возникнуть трудности со словесным выражением и членораздельной речью. Но можно научить другие области мозга брать на себя речевые функции, таким образом, пациент вновь обретает способность говорить.
Более того, расстановка связей и синапсов напрямую зависит от того, насколько часто вы используете определенную область. Поскольку разрешение томографа мозга позволяет увидеть рост дендритного шипика (рост небольших выступов из дендритов, которые могут образовать новые межнейронные связи) и формирование новых синапсов, мы можем наблюдать, как растет наш мозг и в буквальном смысле «следует нашим мыслям». Майкл Мерзенич с коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Франциско провел эксперимент с участием обезьян, поместив пищу животных так, что им приходилось совершать виртуозные движения одним пальцем, чтобы добраться до нее. Томография головного мозга, сделанная до и после этого, показала значительный рост межнейронных связей и синапсов в том отделе мозга, который отвечает за управление этим пальцем.
Эдвард Тауб из Алабамского университета подтвердил этот феномен при изучении области коры головного мозга, которая отвечает за оценку тактильных ощущений пальцев. При сравнении мозга праворуких немузыкантов и опытных, играющих на струнных инструментах музыкантов-правшей он не нашел разницы в областях мозга, отвечающих за пальцы правой руки, зато констатировал огромную разницу между областями, отвечающими за пальцы левой руки, которые нужно держать на струнах в сложном положении.
Кроме того, ученые выяснили, что даже у взрослых людей мозг наполнен стволовыми клетками — остаточными явлениями эмбрионального развития. Активные исследования направлены на разработку механизмов стимуляции стволовых клеток головного мозга, которые способны превратиться в новые нейроны и могут помочь заживить, а в идеале даже обратить повреждения из-за нейродегенеративных болезней, включая повреждения в результате процесса старения. По-видимому, ключевым фактором этого процесса является оксид азота — одна из основных сигнальных молекул организма. В одном эксперименте на животных при подавлении формирования оксида азота в мозге ученым удалось увеличить количество стволовых клеток, из которых 70 процентов стали новыми нейронами.
Нейронные стволовые клетки могут стать клетками-предшественниками нейронов, которые в свою очередь сами становятся нейронами и поддерживающими глиальными клетками (астроцитами и олигодендроцитами). Эти прототипы нейронов затем превращаются в нервные клетки определенного типа: от маленьких клеток 2-го типа Гольджи до кортико-спинальных нейронов длиной несколько дециметров. Тем не менее, такая дифференциация невозможна, пока нейронные стволовые клетки не покинут свое изначальное местоположение в желудочках или гиппокампе головного мозга, и только примерно половине из них удается проделать этот путь. Ученые надеются обойти этот несовершенный процесс нейронной миграции, вводя нейронные стволовые клетки прямо в нужные области и создавая препараты, стимулирующие нейрогенез (процесс создания новых нейронов), чтобы восстановить мозг после травмы или болезни.
Поставленный исследователями в области генетики Фредом Гейджем и Генриеттой ван Прааг в Институте биологических исследований Солка в Сан-Диего эксперимент показал, что нейрогенез фактически стимулируется вашими действиями. Переселение мышей из пустой безынтересной клетки в клетку со стимулятором (беговым колесом) приблизительно удвоило количество новых делящихся клеток в гиппокампе. Вы можете добиться того же эффекта, постоянно давая вашему мозгу новые интересные впечатления. Существует множество способов, как вырастить новые клетки мозга: посещайте образовательные курсы, путешествуйте по новым местам, встречайтесь с интересными людьми и включайтесь в увлекательные беседы. Возможностей масса.
ПРОХЛАДА: СПАСЕНИЕ ДЛЯ ТКАНЕЙ МОЗГА
Каждый год около 700000 американцев страдают от инсульта — третьей причины смерти после болезней сердца и рака. Большинство инсультов случается, когда из питающих мозг кровью артерий в него попадает тромб и блокирует кровоток в определенной области, вызывая смерть клеток от нехватки кислорода.
Но смерть клеток мозга после инсульта происходит не сразу: это занимает несколько часов. Ученые уже знают, что охлаждение тканей мозга замедляет скорость обмена веществ и позволяет ему выдержать без кислорода дольше. Поэтому люди, погруженные в холодную воду, после реанимации почти не теряют функций мозга, даже если прошло больше часа.
На посвященной проблемам инсульта международной конференции в начале 2004 года команда исследователей из Японии рассказала о своих наработках при использовании охлаждающего шлема для пострадавших от инсульта пациентов, что позволило снизить температуру мозга примерно на 14 градусов Цельсия: с 37°C до примерно 33,3°C. При замедлении мозгового метаболизма количество выживших пациентов значительно увеличилось.
Группа ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработала MERCI Retriever, устройство, вводимое через артерию в паховой области, которое, достигнув поврежденного участка мозга, расширяется в прибор со спиральной поверхностью. Он может захватить вызвавший инсульт тромб и устранить его, фактически прекращая инсульт. В течение пары десятилетий это устройство заменят нанороботы, перемещающиеся в кровотоке и разрушающие тромбы сразу после их формирования. И тогда инсульты, по сути, будут побеждены и останутся в анналах историй болезни, как почти повсюду в мире уже произошло с сифилисом и проказой.
НОВЫЕ МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ ИНСУЛЬТА
Десмотеплаза — лекарство, которое в настоящее время проходит клинические испытания, было разработано из белка слюны летучей мыши-вампира; оно разрушает тромбы, являющиеся причиной инсульта, но не мешает свертыванию крови в остальном организме, например при царапине на руке. Команда из Израиля создала прибор наподобие чайного ситечка, который блокирует тромбы крупнее 300 микрометров, не давая им пройти через сонную артерию шеи в мозг.
Хотя испытания на людях еще не проводятся, некоторые методы восстановления и регенерации нервной ткани тоже выглядят перспективными. Исследователи медицинского центра Рочестерского университета разрабатывают пучки нервных клеток человека, которые можно ввести в спинной мозг для формирования новых клеток. Они генетически воздействовали на клетки-предшественники спинного мозга, чтобы те бесконечно делились; это решает проблему создания достаточного количества таких клеток для применения в клинической практике. Клетки-предшественники уже коммитированы к развитию в определенный тип клеток, поэтому один тип клеток-предшественников можно ввести страдающим болезнью Паркинсона пациентам, которым требуются нейроны, производящие дофамин, а другой — больным рассеянным склерозом, которым нужны нейроны, вырабатывающие миелин. Еще один потенциальный источник нервных клеток для лечения — организм самого пациента. Исследователи добились предварительных успехов и уменьшили симптомы болезни Паркинсона, взяв нейронные стволовые клетки у пациента, вырастив их в лаборатории, а затем снова имплантировав их пациенту.
Существует как минимум восемь факторов роста, полезных при создании и созревании нервных клеток. Некоторые компании в области биотехнологий, включая Amgen и ViaCell, ориентируются на эти факторы при разработке лекарств. Стимулируя или ингибируя эти факторы, возможно, удастся «включать» и «выключать» нейрогенез в различных областях мозга. Способность управлять нейрогенезом может помочь пациентам, страдающим болезнями с отмиранием нервных клеток, и даже улучшить функции людей со здоровым мозгом. Нейробиолог компании Biogen и Йельского университета Стивен Штритматтер на модели грызунов стремится определить, как блокировать белок, ингибирующий восстановление, что позволит организму восстанавливать свои нервы после травмы позвоночника. С помощью генной терапии коллективу врачей из детской больницы в Бостоне удалось стимулировать регенерацию нервных клеток глаз крысы.
ОЦЕНКА ФУНКЦИИ МОЗГА
До недавнего времени техники сканирования, например магнитоэнцефалография (МЭГ), которая измеряет магнитные поля мозга, могли только приблизительно показать, в какой области происходит активность мозга. Сейчас новые инструменты позволяют врачам увидеть это вплотную.
Магнитно-резонансная томография
Установка МРТ (магнитно-резонансная томография) позволяет врачам увидеть изменения и проблемы структуры мозга, такие как опухоли мозга, атрофия (которая бывает при болезни Альцгеймера), кровотечения и инсульты.
Тем не менее, обычная МРТ дает минимальную диагностическую информацию о таких функциях мозга, как память, эмоции или мышление. По снимкам МРТ врачи могут констатировать, например, что у страдающих болезнью Альцгеймера пациентов расширены желудочки мозга (заполненные жидкостью области мозга), но эти неспецифические признаки присутствуют также у больных шизофренией или хроническим алкоголизмом. Гиппокамп (область консолидации кратковременной памяти) у пациентов с посттравматическим расстройством кажется меньше, чем в норме, но это также можно наблюдать при болезни Альцгеймера. Обычное МРТ сканирование не предоставляет данных о функциях мозга.
Функциональная магнитно-резонансная томография
Аппарат ФМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) может заглянуть внутрь мозга при гораздо большем пространственном и временном разрешении, чтобы наблюдать, как мозг выполняет задачи в реальном времени. ФМРТ работает, измеряя магнетизм железа в гемоглобине крови, что показывает соотношение богатой кислородом и бедной кислородом крови в разных областях мозга. В областях активности приток насыщенной кислородом крови больше (из-за расширения кровеносных сосудов).
Функциональная магнитно-резонансная томография
Аппарат ФМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) может заглянуть внутрь мозга при гораздо большем пространственном и временном разрешении, чтобы наблюдать, как мозг выполняет задачи в реальном времени. ФМРТ работает, измеряя магнетизм железа в гемоглобине крови, что показывает соотношение богатой кислородом и бедной кислородом крови в разных областях мозга. В областях активности приток насыщенной кислородом крови больше (из-за расширения кровеносных сосудов).
Установка ФМРТ была одним из самых значимых диагностических достижений в неврологии в 1990-е годы. Она дает ученым возможность увидеть, какие области мозга возбуждены (освещены), когда мозг выполняет различные действия, например, погружен в глубокую задумчивость или занят так называемой «бездумной болтовней», что происходит в минуты глубокого религиозного экстаза, созерцания вдохновенного произведения искусства или зарождающейся влюбленности.
Белый цвет указывает на активность мозга
Один из авторов этой книги, Рей, сделал ФМРТ как часть тематической статьи в журнале Inc. в 2002 году. На снимке видно, как разные области мозга активизировались, когда его просили перестать думать о будничных вещах и перейти к решению умственной задачи.
И хотя ФМРТ пока не может отразить активность отдельных нейронов и синапсов, сейчас испытываются несколько новых технологий сканирования, которые на это способны.
Перспективные технологии сканирования
Один из совершенно новых инструментов называется «двухфотонная лазерная сканирующая микроскопия» (ДФЛСМ).23 Двухфотонная лазерная сканирующая микроскопия создает в трехмерном пространстве точку фокуса, которая делает возможным многослойное сканирование с очень высоким разрешением. В ней используются лазерные импульсы продолжительностью всего одна миллионная одной миллиардной (10-15) секунды, чтобы выявить возбуждение отдельных синапсов с помощью измерения внутриклеточного накопления кальция, которое связано с активацией синаптических рецепторов.24 Этот метод дает изображения с очень высоким разрешением отдельных дендритных шипиков и активных синапсов.
Физик Эрик Мазур с коллегами из Гарвардского университета показал возможность использовать высокомощные лазеры для точной модификации клеток, например разделения межнейронной связи или разрушения отдельной митохондрии, без повреждения других частей клетки. «Лазер генерирует температуру солнца, — говорит коллега Мазура Дональд Ингбер, — но только на квинтильонную долю секунды и на очень маленьком пространстве».
Еще один тест для проверки кортикальной функции называется P300, высокоамплитудная позитивная волна длительностью 300 миллисекунд, или 0,3 секунды, вслед за подачей стимула. При этом тесте измеряются размер и латентный период (скорость) электрических волн в мозге в ответ на внешний слуховой или визуальный раздражитель (стимул). Обычно время реакции составляет 300 миллисекунд в зависимости от возраста пациента.
Слабые сигналы или медленное время реакции (дольше, чем предполагается у пациента определенного возраста) бывают при психических нарушениях, таких как депрессия, шизофрения или зависимость, при нарушениях памяти и мышления, болезнях Паркинсона и Альцгеймера и у людей с низким уровнем физической активности.25 Эти изменения могут быть заметны за много лет до того, как симптомы становятся явно выраженными, поэтому этот тест может быть полезен для предсказания серьезных когнитивных нарушений.
Еще один способ для определения функции мозга — транскраниальная магнитная стимуляция с применением коротких магнитных импульсов при воздействии на кожу головы, когда магнитные поля продуцируются вокруг электромагнитной катушки, корпус которой проходит рядом с черепом. Хотя эта стимуляция, строго говоря, не является методом сканирования, при стимуляции предполагаемого повреждения (временном отключении небольшой области мозга), умения могут быть ослаблены или усилены.34 Транскраниальная магнитная стимуляция может применяться для изучения отношений между разными областями мозга, выполняющих определенные задачи, и даже вызывать ощущения мистического опыта. Она является перспективным методов лечения психических расстройств, например депрессии.
НЕЙРОННЫЕ ИМПЛАНТЫ
Грядет эпоха нейронных имплантов. У нас есть импланты в мозг на основе нейроморфного моделирования (анализа структуры человеческого мозга и нервной системы) для все большего числа областей мозга.26 Один наш друг, который потерял слух, уже будучи взрослым, теперь снова может вести телефонные разговоры благодаря кохлеарному импланту — прибору, который напрямую взаимодействует со слуховыми нервами. Он планирует поменять его на новую модель с тысячей уровней частотной селекции, что даст ему возможность вновь слышать музыку. (Он жалуется, что последние 15 лет в его голове крутятся одни и те же мелодии, и ему не терпится услышать новые мотивы). Кохлеарные импланты нового поколения, которые разрабатываются в настоящее время, обеспечат частотную селекцию, выходящую за пределы «нормального слуха».
«Мы не поступаем с мозгом как с супом, добавляя химические вещества, которые усиливают или подавляют определенные нейромедиаторы, — рассказывает Рик Трош, американский врач, участвующий в разработке этих методов лечения,— а поступаем с ним как с электронной схемой». Исследователи из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета разрабатывают нейронные импланты для замены поврежденной сечатки.28 Есть нейронные импланты для людей, страдающих болезнью Паркинсона; эти импланты напрямую сообщаются с определенными областями мозга, а именно с вентральным задним ядром и субталамическим ядром, чтобы купировать бо́льшую часть мучительных симптомов этой болезни.29 Имплант для людей с церебральным параличом и рассеянным склерозом сообщается с другой областью мозга (вентральным боковым таламусом) и эффективен для контроля тремора.30 Кремниевый кристалл, который служит искусственным гиппокампом (центр кратковременной памяти) сейчас тестируется на крысах.
Разрабатывается много средств для соединения сырого аналогового центра обработки биоинформации с цифровой электроникой. Исследователи из Института Макса Планка в Германии разработали бесконтактные устройства, которые могут передавать и получать сигналы нейронам/от нейронов.32 Они продемонстрировали свой нейронный транзистор, контролируя движения живой пиявки с персонального компьютера. Сходная технология была использована, чтобы воссоединить нейроны пиявки и добиться, чтобы они решали простые логические и арифметические задачи.
Сейчас ученые проводят эксперименты с квантовыми точками — сверхмалыми чипами из фотопроводящих (реагирующих на свет) кристаллов из полупроводящего материала. Они покрыты пептидами, которые связываются с определенным местом на поверхности нейронной клетки. Благодаря им исследователи смогут использовать волну света точной длины, чтобы удаленно активировать определенные нейроны для доставки лекарства, заменяя инвазивные внешние электроды, обычно используемые для активации нейронов.
Генетические тесты
Из генетических тестов тоже можно получить полезную информацию. Некоторые генетические маркеры означают повышенный риск неврологических и психических расстройств, например болезни Альцгеймера, аутизма, шизофрении и депрессии. Как мы уже говорили, вариант E4 гена Apo E может повысить риск болезни Альцгеймера в 18 раз.
У однояйцового близнеца аутиста риск аутизма составляет 60 процентов, что в 600 раз больше обычного риска. Варианты трех генов 7-й хромосомы связаны с повышенным риском аутизма: полиморфизм гена WNT2, гена развития, связанного с развитием языковых навыков, аномальные гены рилина, которые кодируют белок, помогающий направлять развивающиеся нейроны в соответствующие места нервной системы, и Hoxa 1, важный для развития заднего мозга ген. У мышей без этого гена развивались подобные аутизму симптомы.
У однояйцового близнеца человека, страдающего шизофренией, риск этого расстройства составляет 45 процентов, что значительно выше, чем 1 процент в общей популяции. Многие гены связаны с повышенным риском шизофрении, но недавно внимание привлек ген, который кодирует фермент мозга кальциневрин. У генетически модифицированных мышей без этого гена симптомы шизофрении возникают с большей вероятностью.
Ясно, что гены играют большую роль в предрасположенности к этим психическим расстройствам, хотя их роль не абсолютна. У однояйцевых близнецов на 100 процентов одинаковая ДНК, но не у всех однояйцевых близнецов развиваются один и те же болезни: генетические маркеры означают только тенденции. В недалеком будущем врачи, возможно, начнут определять неврологические и психические расстройства пациентов с помощью генетических тестов, устанавливая, к каким болезням они предрасположены генетически. А затем можно сделать ФМРТ и тесты P300, чтобы проверить, есть ли какие-то изменения, которые говорят об определенных неврологических и психических заболеваниях.
Диагностировав заболевание до его полного проявления, можно разработать специальные программы для снижения или предотвращения проявления болезней, к которым предрасположен пациент. Тогда у нас будет практический механизм предотвращения серьезных неврологических и психических расстройств. Это очень важно для стареющего населения.
Предотвращение «эпидемии» болезни Альцгеймера
Когда в следующие несколько десятилетий методы лечения Bridge Two и Bridge Three распространятся, продолжительность человеческой жизни резко увеличится. В настоящее время болезнью Альцгеймера страдают 4 миллиона американцев, а у 12 миллионов отмечены менее тяжелые заболевания, известные как «умеренные когнитивные нарушения», при этом у значительного процента из примерно 80 миллионов американцев старше 50 лет наблюдается возрастное нарушение памяти. Сейчас более 50 процентов населения старше 85 лет в той или иной степени страдают старческой немощью, а среди людей более старшего возраста это встречается еще чаще. Так как продолжительность жизни в следующую пару десятилетий перевалит за 120 лет, это может представить большую проблему. Но эти же метода лечения Bridge Two и Bridge Three, благодаря которым возрастет продолжительность жизни, также предотвратят старческое снижение умственных способностей.
Самый худший вариант — кончить как Тифон, герой греческой мифологии. Эос, бессмертная богиня утренней зари, допустила ошибку, влюбившись в смертного Тифона. Не желая провести вечность без него, она попросила Зевса даровать ему бессмертие. Ее желание было исполнено, и Тифон стал бессмертным, но, в отличие от других бессмертных обитателей Олимпа, он не остался вечно молодым. Его биологические часы продолжали тикать, и с каждым годом он становился старше и дряхлел. Никто не желает долголетия, если эти годы придется провести подобным образом.
КАК СОХРАНИТЬ ЗДОРОВЬЕ МОЗГА
Пользуйтесь им или лишитесь его...
Новые клетки мозга формируются главным образом в двух областях: в заполненных жидкостью желудочках переднего мозга и в гиппокампе, области мозга, где создаются новые воспоминания. Как сказано выше, эксперименты на мышах показали, что постоянное переживание нового опыта резко увеличивает формирование новых нейронов.38 Вы даже можете «накачать» свой мозг, как мышцы вашего тела, выполняя упражнения. Недавно в Германии команда исследователей обучала группу молодых добровольцев жонглировать. В ходе тренировок у этих людей увеличился размер серого вещества в определенных областях мозга, но когда они закончили заниматься жонглированием, все вернулось в прежнее состояние.
Исследования с участием людей также показывают, что интеллектуальная деятельность в течение жизни может предотвратить снижение когнитивных способностей в старшем возрасте. Сейчас в Западной Канаде проводится долгосрочное исследование, которое показало, что у людей среднего и пожилого возраста, принимающих участие в интеллектуально стимулирующих и сложных проектах, включая, например, ежедневное чтение газет, снижение когнитивных функций наблюдается реже.
Кроме упражнений для левого полушария, вам следует поддерживать форму правого полушария, удовлетворяя свои творческие или художественные потребности: освойте музыкальный инструмент, научитесь рисовать, лепить или петь, заведите новое хобби. Поддерживайте связь с другими людьми. Заводите друзей и продолжайте давние личные взаимоотношения. Эти несложные приемы помогут вам избежать ухудшения интеллектуальных функций, а также аффективных расстройств, нередко встречающихся у людей пожилого возраста.
Забота о здоровье
Еще один способ сохранить интеллектуальную функциональность мозга — заботиться о собственном здоровье и постоянно искать новые способы его укрепить. Такая деятельность служит сразу двум целям. Вспомним слова Торо о дровах, которые согревают вас дважды: один раз когда вы их рубите, а второй — когда топите ими печь. Точно так же забота о собственном здоровье дважды приносит пользу мозгу: сначала когда вы обдумываете, каким способом оптимально сохранить здоровье (чтение этой книги — шаг в этом направлении), потом когда выбранные вами средства и образ жизни укрепляют здоровье вашего мозга.
Злоупотребление химическими веществами
Вызывающие привыкание вещества и дурные привычки стимулируют в мозге рецепторы дофамина, ведь дофамин — это нейромедиатор удовольствия. Наш мозг ищет источники удовольствия, и люди, которые не могут получить их социально приемлемыми способами, иногда следуют другим путем, чтобы получить нужный им дофамин. Если вы здоровы, стимуляция дофамина происходит от чувства удовлетворения, возникающего при успешном завершении сложной задачи, в отношениях любви и привязанности или при получении высокой оценки за творческую работу. Рецепторы дофамина также активируются в результате победы, например если вы выиграли в футбол или одержали верх в военном сражении. Еще больше дофамина выделяется, если положительный исход бывает неожиданным, например при выигрыше в лотерею или когда выпадает целый ряд семерок на игровом автомате. Это объясняет, почему переменчивая удача в азартных играх притягательней, чем предсказуемый успех в работе, — при непредсказуемом и неожиданном успехе выделяется больше дофамина.
Генетические исследования показали, что ряд мутаций генов рецепторов дофамина в мозге предрасполагает людей к ощущениям необычно сильного удовольствия и блаженства при потреблении вредных веществ. Мутации гена D2-рецептора дофамина (DRD2) связаны с алкоголизмом и другими зависимостями, включая пристрастие к кокаину, героину, курение и даже переедание. У людей с мутацией в DRD2 выброс дофамина в мозг от обычного стимула меньше, и они начинают злоупотреблять вызывающими зависимость веществами, чтобы нормализовать его уровень.
Но поддаваясь таким пристрастиям и принимая наркотики, с патологической страстью предаваясь азартным играм или попадая в сексуальную зависимость, человек обречен на неудачу. Причины этого биохимические, а вовсе не моральные или этические (хотя попадающие в серьезную зависимость люди часто стоят перед этической или моральной дилеммой). И вот почему: предположим, кто-то выпивает небольшое количество алкоголя. Это повышает выброс в мозг таких нейромедиаторов удовольствия, как дофамин. Чрезмерное потребление тем не менее истощает дофамин в мозге, равно как и некоторые другие нейромедиаторы, связанные с ощущением удовольствия и хорошего самочувствия. Пытаясь улучшить самочувствие, алкоголик пьет все больше и больше, чем еще сильнее снижает уровень этих нейромедиаторов — возникает порочный круг. Этот же общий механизм действует в случае других зависимостей и наркотиков.
ПРОРВАТЬСЯ В МОЗГ
К концу 2020-х нанороботы будут достигать мозга, перемещаясь через капилляры. Одна из проблем, которую предстоит решить нанороботам, — это гемато-энцефалический барьер (биологическая система, которая защищает мозг от чужеродных веществ). Недавние исследования показали, что гемато-энцефалический барьер является сложной системой с биологическими воротами, ключами и паролями, которые позволяют проникнуть в мозг.
Нанороботам предлагается несколько способов, чтобы преодолеть гемато-энцефалический барьер. Одни из вариантов: запустить роботизированную руку-манипулятор через гемато-энцефалический барьер и во внеклеточную жидкость, которая окружает нервные клетки. Сам наноробот останется в капилляре, так что он может быть достаточно большим, чтобы включать необходимые вычислительные и навигационные ресурсы. Так как почти все нейроны находятся на расстоянии в две-три клетки от капилляра, руке будет нужно преодолеть расстояние до 50 микрометров. Анализ, проведенный Робом Фрейтасом и другими, показывает, что возможно сократить ширину такого манипулятора до величины менее 20 нанометров — размера гемато-энцефалического барьера.
Другой способ, предложенный Фрейтасом, это когда нранороботы буквально проталкиваются через гемато-энцефалический барьер, пробивая в нем отверстие, и выходят из кровеносного сосуда, а после исправляют повреждение. Поскольку нанороботы могут быть созданы из диамондоидов — гибкого, но очень прочного материала, состоящего из углерода, — они будут гораздо прочнее биологических тканей.
Как мы видим, уже существует много разных способов взаимодействия электронных устройств с биологическими нейронами. Современные нейронные импланты, например импланты при болезни Паркинсона, описанные в этой главе, обеспечивают такое прямое сообщение. Ученые уже показали, что биологические нейроны, получая сигналы от электронных устройств, действуют так же, как если бы они получали эти сигналы от других биологических нейронов.
Эти нанороботы эффективно обеспечивают работу нейронного импланта, но импланты circa-2029 будут гораздо совершеннее сегодняшних, относительно грубых устройств. Импланты на основе нанороботов можно будет ввести в организм, просто проглотив или вдохнув их. К тому же сегодняшние импланты могут воздействовать только на одну или очень небольшое количество областей мозга, тогда как при помощи основанной на нанороботах технологии вы сможете получить миллиарды имплантов, распределенных в мозге. Импланты сегодняшнего дня уже могут скачивать обновленные программы, находящиеся вне организма пациента. Нанороботы circa-2029 по беспроводной локальной сети смогут сообщаться друг с другом, с Интернетом и с вашими биологическими нейронами.
С этой технологией ваш мозг эволюционирует в гибрид биологического и небиологического интеллекта. Сегодня ваш предел — всего 100 триллионов межнейронных биологических соединений, которые к тому же очень медленные и обрабатывают только около 200 операций в секунду. Нейронные импланты на нанороботах помогут увеличить мыслительные способности, добавив триллионы новых соединений, которые действуют в миллионы раз быстрее ваших биологических соединений. Это даст вам возможность значительно расширить распознавание образов, познавательные и эмоциональные способности, а также обеспечит тесную связь с новыми мощными формами небиологического мышления. Еще у вас будет возможность прямой широкополосной связи с Интернетом и другими людьми прямо из вашего мозга.
ОБРАЗ ЖИЗНИ ДЛЯ ЗДОРОВОГО МОЗГА
Здоровье мозга зависит также от правильного питания, физической активности, контроля стресса, нормального сна и необходимых вам пищевых добавок. Давайте поближе рассмотрим питательные вещества, поддерживающие или улучшающие ментальную функцию.
В 2003 году в журнале Nutrition рассмотрели ряд продаваемых без рецепта пищевых добавок, используемых как питательные вещества для мозга. В журнале был приведен обзор только двойных слепых плацебо-контролируемых испытаний, в которых большинство нижеперечисленных нутриентов показало благотворное воздействие.
Винпоцетин
Винпоцетин — питательное вещество, которое извлекают из экстракта растения барвинок, усиливает кровоснабжение мозга и выработку АТФ (для энергии). Винпоцетин улучшает память как у людей с нормальной памятью, так и у пациентов с нарушениями памяти. В сочетании с гинко билоба (см. ниже) винпоцетин ускоряет процесс сохранения краткосрочных воспоминаний в мозге у людей с нормальной памятью.44 У пациентов с возрастным нарушением памяти отмечалось значительное улучшение.45 Рекомендуемая доза: 10 миллиграмм дважды в день.
Фосфатидилсерин
Фосфатидилсерин — фосфолипид природного происхождения, содержащийся в клеточных оболочках всех тканей организма, но в мозге он содержится в особенно высокой концентрации. Дополнительный фосфатидилсерин замедляет, а в некоторых случаях останавливает потерю памяти у пациентов с возрастным ухудшением памяти. Он помогает снизить уровень кортизола — гормона стресса и главного гормона старения. Рекомендуемая доза: 100 миллиграмм дважды в день в течение одного месяца, затем снизить дозу до 100 миллиграмм один раз в день.
Ацетил-L-карнитин
АЛК (ацетил-L-карнитин) — вещество природного происхождения, способствующее переносу жирных кислот внутрь митохондрий, где они сгорают для получения топлива. Похожая молекула, карнитин, уже давно используется для лечения некоторых болезней сердца и мышц, а также ученые отметили, что у некоторых пациентов улучшается настроение и способность концентрироваться. Дальнейшие исследования показали, что АЛК для мозга даже эффективнее, чем карнитин. АЛК защищает здоровый мозг от процесса старения, замедляя окислительное повреждение и воспаление тканей мозга.47 Рекомендуемая доза: 500–1000 миллиграмм дважды в день.
Гинкго билоба
Листья дерева гинкго билоба — самого древнего из известных деревьев, появившегося 300 миллионов лет назад — уже тысячи лет используют практикующие врачи традиционной китайской медицины. Гинкго билоба усиливает мозговое кровообращение и улучшает функции мозга в целом; многочисленные исследования показали, что он снижает потерю кратковременной памяти в пожилом возрасте.48 В США оборот гинкго билоба превышает 1 млрд долларов в год. В Европе, где он является рецептурным препаратом, врачи выписывают гинкго билоба чаще, чем любой другой фармацевтический препарат для лечения потери памяти. Рекомендуемая доза: 80–120 миллиграмм дважды в день.
Прегненолон
Недавно прегненолон вызвал интерес исследователей как «нервный гормон». Испытания на животных показали, что он улучшает сообщение между нейронами. У мышей с дефицитом обучения и памяти уровень прегненолона был снижен по сравнению с животными из контрольной группы без подобных проблем, а их способность к запоминанию улучшилась после того, как им начали давать прегненолон.
Прегненолон вырабатывается в поддерживающих клетках человеческого мозга (нейроглии), где он может успокоить активность мозга через стимуляцию рецепторов ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты). Многие успокоительные препараты связываются с этими же рецепторами, чтобы снизить тревожность. Рекомендуемая доза: 5–25 миллиграмм раз в день. Принимая прегненолон, мужчины должны контролировать уровень САП (специфический антиген простаты), точно так же как принимая тестостерон или дегидроэпиандростерон.
ЭПК/ДГК
Мозг на 60 процентов состоит из жира, треть которого — полиненасыщенные жирные кислоты.49 Полиненасыщенная жирная кислота ДГК, одна из самых пластичных жирных кислот, в больших количествах содержится в тканях мозга. Дополнительная ДГК или ее пищевой предшественник ЭПК содержатся в рыбе и помогают сохранить гибкость клеточных оболочек в мозге. Если потребление жиров Омега-3 недостаточно, организм заменяет их холестерином, жирными кислотами Омега-6 или даже пищевыми трансжирами. Когда это происходит, клеточные оболочки теряют гибкость, что ведет к ухудшению передачи нервных сигналов между клетками мозга и искажению его функции.
Отношение жиров Омега-6 к жирам Омега-3 в пище за последние сто лет резко возросло. В настоящее время потребление жиров Омега-6, содержащихся например в кукурузном или сафлоровом масле, в 20 раз превышает потребление жиров Омега-3.51 Это очень далеко от соотношения один к одному, которое рекомендуют многие эксперты.
Многочисленные исследования показали, что прием ЭПК/ДГК в добавках помогает лечить такие психиатрические симптомы, как депрессия, агрессия и тревога, поэтому ключевой аспект программы — ежедневно потреблять ЭПК/ДГК. В целях профилактики и защиты тканей мозга мы рекомендуем принимать 1000–3000 мг ЭПК и 700–2000 мг ДГК ежедневно, но для лечения психоневрологических синдромов могут потребоваться более существенные дозы.
Фосфатидилхолин
Еще один важный компонент клеточной оболочки — это фосфатидилхолин (ФТХ), еще один пластичный жир. Он содержится в высокой концентрации в клеточных оболочках организма, особенно мозга, у молодых людей; с возрастом его концентрация снижается. ФТХ улучшает память мышей, страдающих слабоумием, и может улучшить память и способность к обучению здоровых людей.
Фосфатидилхолин помогает печени детоксифицировать токсичные вещества и в целом благотворно влияет как антивозрастная добавка. Обычно ФТХ продается в форме лецитина, в котором его содержание всего 10–20 процентов, а во многих добавках ФТХ содержится только 25–35 процентов чистого фосфатидилхолина. Так как при пероральном приеме ФТХ всасывается лишь на 20 процентов, лучше принимать 100-процентное чистое вещество. Рекомендуемая доза: 900 миллиграмм два–четыре раза в день.
СИЛА ИДЕЙ
Авторы убеждены в этих принципах. И не важно, с какими неприятностями мы сталкиваемся: с проблемами в бизнесе, с трудностями со здоровьем или в личных отношениях, а также с серьезными научными, социальными и культурными проблемами нашего времени. Есть одна идея, которая может помочь одержать победу. Более того, мы можем найти эту идею. И когда мы ее найдем, мы должны ее осуществить. У нас обоих были проблемы со здоровьем. Вместо того чтобы просто принять подчас сомнительные рекомендации системы здравоохранения или стандартные советы врачей, мы оба стремились понять истинную природу наших организмов и применить все собранные нами идеи, чтобы преодолеть эти проблемы. И мы довольны, что наше настойчивое стремление реализовать эти замыслы позволило нам преодолеть эти трудности.
Авторы убеждены в этих принципах. И не важно, с какими неприятностями мы сталкиваемся: с проблемами в бизнесе, с трудностями со здоровьем или в личных отношениях, а также с серьезными научными, социальными и культурными проблемами нашего времени. Есть одна идея, которая может помочь одержать победу. Более того, мы можем найти эту идею. И когда мы ее найдем, мы должны ее осуществить. У нас обоих были проблемы со здоровьем. Вместо того чтобы просто принять подчас сомнительные рекомендации системы здравоохранения или стандартные советы врачей, мы оба стремились понять истинную природу наших организмов и применить все собранные нами идеи, чтобы преодолеть эти проблемы. И мы довольны, что наше настойчивое стремление реализовать эти замыслы позволило нам преодолеть эти трудности.
«Интеллектуальные» лекарства
Многие исследовательские компании пытаются разработать «Виагру» для мозга Как и в случае с «Виагрой», люди принимают некоторые препараты, предназначенные для лечения заболеваний мозга или психики, даже когда у них этих заболеваний нет.
Модафинил («Провигил») — одобренный Управлением по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств (FDA) препарат для лечения нарколепсии, но многие студенты обнаружили, что он может помочь сосредоточиться при подготовке к экзаменам. Другие используют его как усилитель когнитивных функций; они чувствуют, что при приеме этого препарата становятся энергичнее, меньше нуждаются во сне и могут упорно работать.
Донепезил («Арисепт») — одобренный FDA препарат для замедления потери памяти при болезни Альцгеймера. Исследования показали, что это лекарство помогает здоровым людям лучше справляться с тестами на запоминание и концентрировать внимание.
Часто «нужная идея», которая помогает справиться с проблемой, это не одна идея, а скорее целый комплекс идей, каждая из которых решает часть задач, пока проблема не будет снята полностью. Например, не существует единой панацеи для предотвращения болезней сердца (во всяком случае, пока). Зато есть полдюжины способов улучшить уровень холестерина и липидов, снизить уровень гомоцистеина или же уменьшить опасное воспаление и так далее. Мы не собираемся сражаться всего лишь одним средством. В войне за здоровье нужно быть во всеоружии.
Не забывайте, что идеи, с помощью которых вы решаете проблемы, совсем не обязательно ваши собственные идеи. Сотни тысяч ученых по всему миру расширяют наши знания в области здоровья, и настоящая трудность — определить, какие из их идей подходят для решения именно ваших проблем со здоровьем.
В этой книге вы найдете много советов, которые пригодятся людям, стремящимся преодолеть свою предрасположенность к каким-либо болезням, восстановить и сохранить здоровье. Но эта книга — не книга рецептов, которым вам следует бездумно следовать. Мы хотим подчеркнуть самое главное: чтобы улучшить свое самочувствие, вам надо использовать собственный интеллект. Как было сказано в начале, в этом есть двойная польза: упражнять свой мозг, что само по себе поможет вам сохранить его здоровье, и с его помощью обдумывать, как достичь нужной и реальной цели.
3вук и видео прямо и без 33600/чипирования какого либо само. Само настраивается, без тормозов.Даже прифгел.