Нам придется радикально переосмыслить наше понимание мозга

Понимание человеческого мозга, возможно, является самой большой проблемой современной науки. Основной подход на протяжении последних 200 лет заключался в том, чтобы связать его функции с различными областями мозга или даже отдельными нейронами. Но последние исследования все чаще указывают на то, что, скорее всего, нам следует пойти другим путем, если мы хотим когда-нибудь понять человеческий разум.

Идея о том, что мозг состоит из многочисленных областей, которые выполняют конкретные задачи, известна как «модульность». И на первый взгляд она была успешной. Например, она может дать объяснение тому, как мы распознаем лица, активируя цепочку определенных областей мозга в затылочной и височной долях. Тела обрабатываются другим набором областей мозга. И ученые полагают, что другие области — области памяти — помогают сочетать эти перцепционные стимулы для создания целостных представлений людей. Деятельность определенных областей мозга также была связана с конкретными условиями и заболеваниями.

Причина, по которой такой подход настолько популярен, отчасти объясняется технологиями, которые дают нам беспрецедентное понимание мозга. Функциональная магнитно-резонансная томография, которая отслеживает изменения кровотока в мозге, позволяет ученым видеть светлые области мозга в ответ на действия — помогая им отображать функции. Между тем, оптогенетика, метод, который использует генетическую модификацию нейронов так, чтобы их электрическая активность могла управляться с помощью световых импульсов, может помочь нам исследовать их специфический вклад в функцию мозга.

Распределенные функции

Хотя оба подхода дают чудесные результаты, неясно, будут ли они когда-нибудь обеспечивать осмысленное понимание мозга. Нейрофизиолог, обнаруживший корреляцию между нейроном или областью мозга и конкретным, но в принципе произвольным физическим параметром, таким как боль, будет склонен сделать вывод, что этот нейрон или эта часть мозга управляет болью.

Но что, если мы вместо этого рассмотрим возможность того, что все функции мозга распределены по мозгу и что все части мозга вносят вклад во все функции? Если это так, то найденные корреляции могут быть идеальной ловушкой для интеллекта. Затем мы должны решить проблему того, как та или иная область мозга или тип нейрона со специфической функцией взаимодействуют с другими частями мозга, чтобы сформировать содержательное интегрированное поведение. До сих пор нет общего решения этой проблемы — только гипотезы, например, для распознавания людей.

Проблема может быть проиллюстрирована недавним исследованием, которое показало, что психоделический препарат ЛСД может нарушить модульную организацию. Более того, уровень дезорганизации связан с серьезностью «расстройства личности», которое люди обычно испытывают при приеме препарата. Исследование показало, что препарат влияет на то, как несколько областей мозга взаимодействуют с остальной частью мозга, увеличивая их уровень связности. Поэтому, если мы когда-нибудь захотим понять, что такое наше самовосприятие, нам понадобится понять основную связность между областями мозга как части сложной сети.

Путь вперед?

Некоторые исследователи считают, что мозг и его болезни в целом можно понять только как взаимодействие между огромным количеством нейронов, распределенных по всей центральной нервной системе. Функция любого нейрона зависит от функций многих тысяч нейронов, с которыми он связан. Они, в свою очередь, зависят от других. Один и тот же регион или один и тот же нейрон могут использоваться во множестве контекстов, но в зависимости от контекста имеют разные специфические функции.

И крошечное нарушение этих взаимодействий между нейронами, благодаря лавинному эффекту в сетях вызывают такие состояния, как депрессия или болезнь Паркинсона. В любом случае нам нужно понять механизмы сетей, чтобы понять причины и симптомы этих заболеваний. Без полной картины мы вряд ли сможем успешно вылечить эти и многие другие состояния.

В частности, нейронаука должна начать исследовать, как сетевые конфигурации возникают из непрерывных попыток мозга осмыслить мир. Нам также нужно получить четкую картину того, как кора головного мозга, ствол головного мозга и мозжечок взаимодействуют вместе с мышцами и десятками тысяч оптических и механических «датчиков» наших тел, чтобы создать единую картину.

Соединение с физической реальностью — это единственный способ понять, как информация представлена в мозге. Одна из причин того, что у нас есть нервная система, в первую очередь состоит в том, что эволюция мобильности требует управляющей системы. Когнитивные, психические функции, и даже мысли, могут рассматриваться как механизмы, которые эволюционировали, чтобы лучше планировать последствия движения и действий.

Таким образом, неврология в большей степени может быть сосредоточена на общих нейронных записях с использованием оптогенетики или магнитно-резонансной томографии, не ставя своей целью привязать каждый нейрон или область мозга к какой-либо конкретной функции. Это может быть использовано в исследованиях сетей, которые будут учитывать различные наблюдения и обеспечивать интегрированное функциональное объяснение. Такая теория также поможет разработать нам все необходимые эксперименты.

Основные препятствия

Нынешние технологии очень дорогие, в них приходится вкладывать огромные финансовые средства и ресурсы, а также, национальный и международный престиж. Другое препятствие состоит в том, что человеческий разум склонен предпочитать более простые решения более сложным объяснениям, даже если у первого может быть ограниченная возможность объяснить результат.

Вся взаимосвязь между нейронаукой и фармацевтической промышленностью также строится на модульной модели. Типичные стратегии, когда дело доходит до общих неврологических и психиатрических заболеваний — выявить один тип рецептора в мозге, на который будет нацелено лекарство для решения всей проблемы.

Например, СИОЗС (селективные ингибиторы обратного захвата серотонина), блокирующие обратный захват серотонина в мозге, в настоящее время используются для лечения ряда различных проблем психического здоровья, включая депрессию. Но они работают не на всех пациентах, и даже, могут вызывать эффект плацебо.

Подобным же образом эпилепсия сегодня широко рассматривается как единичное заболевание и лечится противосудорожными препаратами, которые работают, ослабляя активность всех нейронов. Но такие препараты также не всем помогают. И любое минутное расстройство цепей в мозге, уникальное для каждого пациента, может привести мозг в эпилептическое состояние.

Таким образом, нейронауке просто необходимо, чтобы мы правильно понимали, как работает каждая клетка нашего мозга. Мало того, что это может быть ключом к пониманию некоторых из самых больших тайн известных науке, таких как сознание, это также может помочь в лечении огромного количества заболеваний.