Sebastian Seung: Jsem můj konektom

Žijeme ve významné době, období genomiky. Váš genom je celou sekvencí vaší DNA. Vaše sekvence se nepatrně liší od mé. Proto také vypadáme jinak. Já mám hnědé oči. Vy třeba modré nebo šedé. Ale „vzhled není všechno“. Všude čteme, že naše geny mohou ukrývat děsivé choroby, možná dokonce formovat naši osobnost, nebo nás předurčovat k psychickým poruchám. Zdá se, že naše geny mají úžasnou moc nad našimi osudy. Přes to všechno bych však rád věřil tomu, že jsem víc než mé geny. Co myslíte? Jste víc než vaše geny? (Publikum: Ano.) Ano? Vypadá to, že někteří z vás se mnou souhlasí. Myslím, že bychom měli učinit prohlášení. Měli bychom to říci všichni najednou. Dobře: „Jsem víc než mé geny“ -- všichni najednou. Všichni: Jsem víc než mé geny! (Potlesk) Co tedy jsem? (Smích) Jsem můj konektom. Když vám to tak pěkně šlo, možná byste mi mohli vyhovět a říci sborem i tohle. (Smích) Tak jo. A všichni. Všichni: Jsem můj konektom. To znělo dobře! Vy jste dobří. Ani nevíte, co to ten konektom je, a už tady se mnou hulákáte. Už jsem vás přesvědčil -- můžu jít domů.

Zatím je ovšem znám jen jeden konektom, konektom tohohle červíka. Jeho skromná nervová soustava se skládá z pouhých 300 neuronů. A v sedmdesátých a osmdesátých letech jistý tým vědců zmapoval všech 7 000 spojení mezi těmito neurony. Na tomto nákresu každý uzel představuje neuron a každá čára spojení mezi nimi. Tohle je konektom háďátka obecného. Váš konektom je mnohem složitější, protože váš mozek obsahuje 100 miliard neuronů a 10 000 krát více spojení. Takovýto nákres existuje i pro váš mozek, ale ten by se nevešel na tuhle tabuli. Váš konektom má 1 000 000 krát více spojení než má váš genom písmen. To je celkem dost informací.

Co takové informace obsahují? To nevíme jistě. Ale máme teorie. Od 19. století neurobiologové spekulují, že je možné, že vaše vzpomínky -- informace, které vás tvoří tím, kým jste -- že vaše vzpomínky jsou uloženy ve spojeních mezi neurony ve vašem mozku. A třeba i ostatní aspekty vaší osobní identity -- například vaše povaha a váš intelekt -- jsou také zapsány ve spojeních mezi vašimi neurony. Teď tedy vidíte, proč jsem navrhl tuto hypotézu: Jsem můj konektom. Nepožádal jsem vás, abyste to recitovali, protože by to byla pravda. Jen jsem chtěl, abyste si to zapamatovali. My totiž popravdě nevíme, zda je tato hypotéza správná, protože jsme nikdy neměli technologie dostatečně silné na to, abychom ji prověřili. Už jen popisování toho červího konektomu trvalo přes deset let úmorné práce. A abychom popsali konektom mozku našich rozměrů, potřebujeme sofistikovanější technologie, automatizované, aby proces popisování konektomů urychlily. V následujících několika minutách vám povím o jedné z takových technologií, která je momentálně rozvíjena v mé laboratoři a v laboratořích mých spolupracovníků.

Obrázky neuronů jste už pravděpodobně viděli. Určitě je okamžitě poznáte podle jejich úžasných tvarů. Tvoří dlouhé, jemné větve, takže v podstatě vypadají jako stromy. Ale toto je pouze jeden samotný neuron. Abychom popsali konektomy, musíme vzít v úvahu všechny neurony najednou. Seznamte se s Bobbym Kasthurim, který pracuje v laboratoři Jeffa Lichtmana na Harvardově universitě. Bobby drží neuvěřitelně tenké plátky myšího mozku. A my je 100 000 krát zvětšujeme, abychom se dostali na takové přiblížení, kde uvidíme všechny větve neuronů najednou. I když, možná je stále nepoznáváte, což se děje proto, že se zatím nepohybujeme v trojrozměrném prostoru.

Pokud vezmeme mnoho plátků mozku a naskládáme je na sebe, získáme trojrozměrný model. Pořád v tom možná nevidíte ty větve. Takže začneme nahoře a červeně vybarvíme příčný řez jedné z větví. Totéž uděláme v dalším řezu, a v dalším, a pokračujeme v tom plátek po plátku. Když v tom pokračujeme skrz celý štos řezů, podaří se nám rekonstruovat trojrozměrný obraz malého kousku jedné z větví neuronu. Totéž můžeme provést s jiným neuronem -- v zelené. Zde můžete vidět, že se zelený neuron dotýká červeného na dvou místech. Těm se říká synapse.

Zaměřme se na jednu takovou synapsi. Nespouštějte oči z vnitřku zeleného neuronu. Měli byste vidět malé kroužky. To jsou takzvané vezikuly. Ty obsahují molekulu známou jako neurotransmiter. Takže když chce zelený neuron komunikovat, když chce poslat zprávu červenému neuronu, vyplivne neurotransmiter. Rozumí se tedy, že v synapsi jsou dva neurony spojeny jako dva kamarádi povídající si po telefonu.

Takže teď rozumíte, jak funguje synapse. Jak je to ale s celým konektomem? To si vezmeme tenhle trojrozměrný štos obrázků a bereme ho jako gigantické trojrozměrné omalovánky. Každý neuron vybarvíme jinou pastelkou. Pak projdeme všechny obrázky, identifikujeme synapse a zaznamenáme barvy neuronů figurujících v každé synapsi. Kdybychom to dokázali s naprosto všemi snímky, popsali bychom konektom.

V tomto bodě rozumíte základním poznatkům o neuronech a synapsích. Takže si myslím, že jsme připraveni položit si jednu z nejzásadnějších otázek neurobiologie: jak se liší mužský mozek od toho ženského? (Smích) Podle této užitečné příručky jsou klučičí mozky jako vafle; svůj život rozčleňují do přihrádek. A holčičí mozky jsou jako špagety; všechno v jejich životě je se propojené se vším ostatním. (Smích) Vy se smějete... Ale mně tahle knížka jako změnila život! (Smích) Ne, vážně. Co se vám na tom nezdá? Vždyť chápete, jak to funguje. Co je na tom špatně? Říkám vám: ať už jste kluk nebo holka, váš mozek je jako špagety. Nebo, řekněme, čínská instantní polévka s rozvětvenými nudlemi. Stejně jako se jedna špageta dotýká mnoha ostatních špaget na vašem talíři, jeden neuron se dotýká mnoha ostatních neuronů svými propletenými větvemi. Jeden neuron může být napojený na tolik dalších neuronů, protože na místech jejich dotyku mohou být synapse. Teď už jste možná ztratili orientaci ohledně velikosti této krychle mozkové tkáně.

Proto pojďme udělat několik navazujících srovnání. Tohle je ve skutečnosti velmi malá krychlička. Její hrana měří jen šest mikronů. Takže takhle to vypadá, když ji srovnáme s celým neuronem. Sami vidíte, že v naší krychličce se ukrývají jen ty nejmenší části těch nejjemnějších větviček neuronu. A neuron je jen malá část mozku. A to se bavíme jen o myším mozku. Ten je mnohem menší než ten lidský. Když tohle ukážu svým kamarádům, většinou mi říkají: „Sebastiane, vykašli se na to. Neurobiologie je beznadějná.“ Protože když se na mozek podíváte pouhým okem, nemáte představu, jak moc je složitý. Jen mikroskop vám může pomoci jeho ohromující složitost pochopit.

V 17. století matematik a filosof Blaise Pascal psal o tom, jak se děsí nekonečna, jak si připadá bezvýznamný, když rozjímá nad nesmírností vesmíru. A já, jakožto vědec, bych neměl hovořit o svých pocitech. „To si nechte pro sebe, pane profesore." (Smích) Ale -- můžu? (Smích) (Potlesk) Cítím zvědavost. A taky úžas. Ale někdy jsem taky cítil zoufalství. Proč jsem se jen rozhodl studovat orgán tak děsivě složitý, že by klidně mohl být nekonečný? Absudní. Jak jsme si jen mohli dovolit myslet, že bychom tomu někdy mohli porozumět?

A stejně v této donkichotské snaze pokračuji. A vskutku chovám jisté naděje. Jednoho krásného dne armáda mikroskopů zachytí každičký neuron a každičkou synapsi v ohromnou databázi snímků. a jednoho dne superpočítače s umělou inteligencí tyto snímky zanalyzují -- to vše bez lidské pomoci --, aby vytvořily konektom. Rád bych se toho dne dožil. Protože rozluštění celého lidského konektomu je jednou z největších technologických výzev všech dob. Úspěch bude vyžadovat těžkou práci celých generací. Já a mí spolupracovníci máme zatím skromnější cíl -- zmapovat částečné konektomy malinkých kousků myšího a lidského mozku. Ale i to postačí k tomu, abychom poprvé otestovali naši hypotézu -- že „Jsem můj konektom". Prozatím mi dovolte pokusit se vás přesvědčit o hodnověrnosti této hypotézy. ;

S vývojem v dětství a stárnutím v dospělosti se vaše osobní identita pozvolna mění. Stejně tak se časem mění každý konektom. K jakým změnám přesně dochází? Takže, neuronům, jako stromům, mohou narůst nové větve a ty staré mohou odpadnout. Vznikají nové synapse a další zanikají. Synapse se mohou zvětšovat a mohou se zmenšovat. Další otázka: co tyto změny zapříčiňuje? Uznávám: do určité míry jsou předurčeny geneticky. Ale to není všechno. V mozku jsou signály, elektrické signály, které cestují po větvích neuronů, a také chemické signály, které skáčou z větve na větev. Tyto signály se nazývají nervová aktivita. A existuje mnoho důkazů, že nervová aktivita představuje naše myšlenky, pocity a vjemy, naše mentální prožitky. A existuje mnoho důkazů, že s nervovou aktivitou se spojení v mozku mohou měnit. A když si toto dáte dohromady, znamená to, že vaše zážitky mohou změnit váš konektom. Právě proto je každý konektom jedinečný -- i konektomy geneticky identických dvojčat se liší. Skrze konektom se genetika střetává s vlivy v průběhu života. Dokonce by se dalo říci, že pouhým aktem přemýšlení svůj konektom můžete měnit. Povzbudivé, že?

Co vidíte na tomto obrázku? Chladný, svěží potůček, řekli byste. Co ještě tam vidíte? Nezapomeňte na tu kamenitou podvodní cestu zvanou koryto potoka. Bez něj by voda nevěděla, kudy téci. Tento potůček mi poslouží jako metafora o vztahu mezi nervovou aktivitou a spojeními v mozku. Nervová aktivita se neustále mění. Je jako voda v tomto potůčku; jen tak se nezastaví. Spojení nervové sítě v mozku určují, kterými cestičkami se nervová aktivita bude ubírat. Takže konektom je jako koryto potoka. Tuto metaforu lze rozvést ještě více. Je pravda, že koryto potoka usměrňuje vodní tok. Avšak z dlouhodobého hlediska také samotná voda mění tvar koryta. A jak jsem vám právě řekl, nervová aktivita může měnit tvar konektomu. A pokud mi dovolíte vystoupit do metaforických výšin, připomenu vám, že nervová aktivita je -- podle neurobiologů -- fyzický základ myšlenek, pocitů a vjemů. Takže dokonce můžeme mluvit o „proudu vědomí“. Mozková aktivita je proudící potok a konektom je jeho koryto.

Přesuňme se teď z říše metafor zpět do světa vědy. Řekněme, že s naší technologií popisování konektomů jednou uspějeme. Jak hypotézu „Jsem můj konektom“ budeme testovat? Navrhuji přímý test. Pokusme se z konektomů vyčíst vzpomínky. Zaměřme se na to, jak jsou do paměti ukládány dlouhé sekvence pohybů -- jako když pianista hraje Beethovenovu sonátu. Již od devatenáctého století je známá teorie, že takové sekvence se v mozku ukládají v podobě řetězců synaptických spojení. Jakmile jsou aktivovány první neurony v takovém řetězci, pošlou prostřednictvím svých synapsí informace dalším neuronům v řadě, ty se tím aktivují -- a tak dále. Jako řada padajících dominových kostek. A následkem série neuronových aktivací je podle zmíněné hypotézy naučený sled pohybů.

Takže jedním ze způsobů testování naší teorie by bylo takové řetězce identifikovat uvnitř konektomů. To ale nebude tak jednoduché, protože takhle vypadat nebudou. Budou zamotané. Takže budeme muset použít naše počítače, aby se pokusily řetězce rozmotat. A pokud se nám to podaří, sekvence neuronů, kterou tak zmapujeme, bude předpovědí vzorce nervové aktivity, který mozek následuje při každé vzpomínce. Kdyby se tohle podařilo, byli bychom z konektomu poprvé schopni číst paměť.

(Smích)

To je binec. Už jste se někdy pokusili pozapojovat takhle komplexní systém? Doufám, že ne. Ale pokud ano, jistě víte, že je velmi snadné udělat chybu. Větve neuronů jsou jako tyhle kabely. Troufá si někdo odhadnout, jaká je celková délka drátů v lidském mozku? Nápověda: je to velké číslo. (Smích) Milióny kilometrů, odhaduji. Smotaných ve vaší lebce. Pokud na vás toto číslo udělalo dojem, pak lehce pochopíte, jak snadno se může stát, že se to v mozku pozapojuje špatně. Populární tisk vskutku miluje titulky jako „Anorektičky mají jinak propojený mozek,“ nebo „Autisté mají jinak propojený mozek“. Jsou to rozumná tvrzení, ale popravdě řečeno spojením v mozku nerozumíme natolik, abychom si tím mohli být jistí. Takže technologie mapující konektomy nám konečně umožní identifikovat špatná spojení v mozku, čímž porozumíme psychickým poruchám v konektomech.

Nejlepším způsobem, jak prověřit hypotézu, je někdy zaměřit se na její nejextrémnější dosah. Filosofové tuto hru znají vemi dobře. Pokud věříte, že „Jsem můj konektom", pak, myslím, musíte také přistoupit na to, že smrt znamená zničení vašeho konektomu. Hovořím o tom proto, že dnes existují proroci prohlašující, že technologie podstatně změní úděl člověka ve světě a možná dokonce radikálně promění lidskou rasu. Sní například o tom, že by podvedli smrt pomocí kryoniky. Za 100 000 dolarů můžete své tělo nechat po smrti zmrazit a naložit do kapalného dusíku v jedné z nádrží v Arizonských skladištích v očekávání, že nějaká budoucí civilizace bude dostatečně pokročilá na to, aby vás vzkřísila.

Měli bychom si z těchto moderních hledačů nesmrtelnosti dělat legraci a prohlašovat je za hlupáky? Nebo se budou oni jednoho dne smát nad našimi hroby? To já nevím. Rád bych tedy to, čemu věří, otestoval vědecky. Navrhuji, abychom se pokusili zmapovat konektom zmraženého mozku. Víme, že po smrti a při hibernaci dochází k určitému poškozování mozku. Otázkou je: rozbouralo toto poškození konektom? Jestliže ano, žádná budoucí civilizace nebude schopna zachránit vzpomínky zmraženého. Zmrtvýchvstání se třeba podaří tělu, nikoli však mysli. Naproti tomu, jestliže konektom vydrží neporušený, pak nebude tak jednoduché se kryonice vysmívat.

Popsal jsem cestu, jež začíná v mikrosvětě a vede nás až do světa daleké budoucnosti. Konektomy budou znamenat obrat v lidské historii. Poté, co jsme se vyvinuli z našich opičích předků v africké savaně, odlišovali jsme se od ostatních druhů většími mozky. Své mozky jsme použili, abychom vytvořili ještě úžasnější technologie. Ve finále tyto technologie budou tak výkonné a mocné, že nám pomohou k tomu, abychom poznali sami sebe rozebráním a zpětným sestavením našich vlastních mozků. Věřím, že tato pouť k sebepoznání nebude užitečná jen vědcům, ale nám všem. Bylo mi ctí smět vám tuto pouť představit.

Děkuji mnohokrát.

(Potlesk)