Возможно ли, что уже в недалеком будущем исчезнут болезни Паркинсона и Альцгеймера, слепые станут зрячими, а парализованные начнут ходить? Исследования израильских ученых дарят больным надежду…
Открытие, которое сделали профессор Эшель Бен-Яаков и доктор Итай Барухи из Тель-Авивского университета, кажется абсолютной фантастикой. Еще несколько лет назад это казалось невероятным, но теперь ясно: работа ученых приведет к перевороту в науке, к появлению биочипов, которые можно будет вживлять непосредственно в мозг и таким образом лечить многие болезни. И хотя путь от лабораторных опытов до победы над недугами тернист и долог, уже сейчас коллеги из других стран отдали должное израильским специалистам: их имена внесены в список 50 самых влиятельных ученых мира, который ежегодно составляет журнал Scientific American.
Бен-Яакову и Барухи удалось создать то, что называется нейрочипами, то есть электронные компоненты, которые способны взаимодействовать с нервными клетками мозга.
Некоторые нейрочипы могут использоваться как элементы памяти, другие — для обработки данных, поступающих извне, третьи сочетают и то, и другое, и этим они похожи на обычные компьютерные элементы. Но нейрочипы — не чистая электроника.
Они
построены на сетях нейронов и действуют по законам биологии,
как живые организмы, что роднит их с другим открытием последних лет — стволовыми клетками. Скорее всего, работы с нейрочипами произведут такую же революцию в науке, как исследования стволовых клеток, опыты с которыми дадут врачам средства, например, для «ремонта» поврежденной сердечной мышцы. Это позволит победить инфаркт. А нейрочипы помогут медикам проникнуть в святая святых — наш мозг, что избавит человечество от таких недугов, как последствия инсульта, болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также от слепоты, вызванной повреждением зрительного нерва или сетчатки.
Эксперименты с биочипами пока ведутся в лабораторных условиях. Ученые берут нейроны животных, наращивают электронные элементы с помощью методов нанотехнологии, а затем вживляют полученный чип в мозг (пока не человеческий) и изучают его работу. Такие «заплатки», состоящие из электронных и биологических элементов, позволяют «залатать» поврежденные участки нейронов и вновь связать их воедино.
— Нейроны — это нервные клетки, которые общаются друг с другом с помощью электрических сигналов небольшой мощности. Каждый нейрон получает электрический сигнал от множества других нервных клеток и реагирует на это созданием собственных электрических импульсов, которые потом посылает к другим нейронам. Для того чтобы мы смогли прочитать, распознать и декодировать сигналы, проходящие через нейронные сети, необходимо подсоединить их к компьютеру. — поясняет профессор Бен-Яаков.
Ученые так и сделали. Они связали миллионы нервных клеток с помощью электродов, поместили эту конструкцию в специальную жидкость, довели ее до затвердения и подключили получившийся биоэлектронный блок к машине.
Профессор Бен-Яаков и доктор Барухи уверены, что в будущем нейронную сеть можно будет возбуждать не только с помощью электрических сигналов, но и химическими способами (например, с помощью специально разработанных для этого лекарств). Сочетание обоих раздражителей
улучшит
взаимодействие между нейронами.
Уже сейчас с помощью этой технологии можно выращивать в лабораторных условиях элементы сетчатки глаза для пересадки. Так, три пациента в Калифорнии уже прошли экспериментальные операции по вживлению нейронной сетчатки. И хотя зрение у них все-таки осталось слабым, это все же лучше, чем полная слепота.
В последнее время исследования мозга находятся на переднем крае науки, причем к этому подключены самые разные ученые: биологи, химики, электронщики, математики, физики, психологи, а недавно к ним присоединились специалисты по микроэлектронике, нанотехнологиям, нейроинженерии и нейробиологии.
Имя в этой области создал себе и еще один израильтянин, профессор Элиша Мозес с факультета физики сложных систем Научно-исследовательского института им. Вейцмана (Реховот, Израиль). Профессор Мозес вместе со своими учениками провел исследование, в рамках которого ему удалось заставить нейроны расти и создавать в контакте друг с другом логические цепи. В будущем эти методы позволят образовывать биологические соединения между человеческим мозгом и различными искусственными системами.
Когда результаты исследования были опубликованы, они вызвали оживленную дискуссию, о которой можно прочесть в научном журнале Nature Physics. В частности, оппоненты высказывают опасения, что таким образом будет найден доступ к зомбированию человека, к управлению его поведением.
Однако даже противники новой технологии не отрицают, что используя ее, можно помочь незрячим, слабослышащим, лежачим больным: искусственные механизмы заменят утраченные организмом функции. Ученые мечтают, что их открытие найдет применение в медицинской практике, что на основе нейрочипов будут созданы совершенно новые методы лечения.
Тем не менее, исследователи подчеркивают: мозг человека работает иначе, чем компьютер, и предстоит еще немало потрудиться, прежде чем выяснится, каким образом нервные клетки обмениваются информацией друг с другом.
— В мозгу около 100 миллиардов нервных клеток. Каждая из них постоянно находится в контакте со всеми остальными. Представьте себе, что каждый нейрон ежесекундно посылает сообщения сотне тысяч других нервных клеток. Объем этих взаимодействий превосходит все, что мы можем себе представить, — говорит профессор Бен-Яаков.
И это только часть сложной мозаики. До сих пор исследователям не удалось понять, как в мозгу рождаются мысли. В последнее время наука как-то самоустранилась от изучения важной проблемы — методов обработки информации в мозгу. Оказалось, что главную роль здесь играют не нейроны, а вспомогательные клетки, которые называются глиальными. Эти клетки по форме похожи на звезду, поэтому профессор Бен-Яаков назвал их звездообразными.
Раньше считалось, что их роль состоит в том, чтобы питать нейроны и отводить от них продукты жизнедеятельности. Однако сейчас установлено, что глиальные клетки также контролируют процесс обработки информации в мозгу. Нейроны почти не обновляются, зато звездообразные клетки могут делиться и размножаться. Кстати, отмечает профессор Бен-Яаков, в мозгу Альберта Эйнштейна их оказалось гораздо больше, чем в мозгу обычного человека. Более того, животные с высокой концентрацией глиальных клеток более развиты по сравнению со своими собратьями.
У нейронов есть свой жизненный срок, и с возрастом тысячи из них разрушаются. Это объясняет, почему у пожилых людей ухудшается память и замедляется способность обрабатывать новую информацию. Но человек может сохранять свои умственные способности на высоком уровне за счет глиальных клеток. Но в некоторых случаях, например при эпилепсии, звездообразные клетки работают не-
достаточно хорошо, и нейрочипы могли бы взять на себя часть их функций. То же самое возможно при старческой деменции, болезни Альцгеймера, последствиях инсульта. Ученые прогнозируют, что работа над новой технологией завершится в течение ближайших 10-15 лет.
Но означает ли это, что нейрочипы будут собирать на конвейере — подобно тому, как сейчас производят компьютеры?
— Нет, — отвечает профессор Бен-Яаков, — человеческий мозг уникален, поэтому нейрочипы будут изготавливаться в индивидуальном порядке, с использованием собственных нервных клеток больного.
Кстати, уже сегодня технология нейрочипов позволяет создать «мозговой сотовый телефон» — миниатюрный приборчик, который можно будет вживить в мозг и вести разговоры без необходимости держать мобильник в руках. Другое дело — насколько нам в действительности нужна такая зависимость от телефона…
И все же эти удивительные открытия не отвечают на главный вопрос: почему наш мозг так подвержен эмоциям? Почему мы часто принимаем решения не рационально, а в порыве страстей? Ученые пытаются объяснить эту загадку тем, что мозг управляется не только биологическими и химическими связями, но и железами внутренней секреции, вырабатывающими гормоны. В том числе и те, которые отвечают за страх, грусть, влечение, гнев. Вряд ли когда-нибудь наука сможет сложить воедино всю эту головоломную мозаику, составляющую неповторимую человеческую личность…