Sebastian Seung: Eu sunt conectomul meu

Trăim într-o perioadă uimitoare, era genomicii. Genomul tău este întreaga ta secvență de ADN. Secvența ta și a mea sunt puțin diferite. De aceea arătăm diferit. Eu am ochii căprui. Tu poate îi ai albaștri sau gri. Dar nu e doar la suprafață. Titlurile ziarelor ne spun că genele pot provoca boli îngrozitoare, poate chiar să ne modeleze personalitatea, sau să pricinuiască boli mintale. Genele noastre par a avea puteri uimitoare asupra destinelor noastre. Și totuși, mi-ar plăcea să cred că sunt mai mult decât propriile gene. Voi ce credeți? Sunteți mai mult decât propriile gene? (Publicul: Da.) Da? Cred că unii oameni sunt de acord cu mine. Cred că ar trebui să facem o afirmație. Cred că ar trebui să o spunem toți odată. În regulă: „Sunt mai mult decât propriile gene” -- toți odată. Cu toții: Sunt mai mult decât propriile gene. (Ovații) Sebastian Seung: Ce sunt eu? (Râsete) Eu sunt conectomul meu. Din moment ce sunteți cu adevărat minunați, poate ați dori să râdeți de mine și să o spuneți cu toții. (Râsete) În regulă. Acum, cu toții. Toată lumea: Eu sunt conectomul meu. SS: A sunat extraordinar. Știți, sunteți atât de minunați; nici măcar nu știți ce înseamnă un conectom, și binevoiți să-mi cântați în strună. Aș putea să merg acasă acum.

Ei bine, până acum, un singur conectom ne este cunoscut, al acestui mic vierme. Modestul său sistem nervos este format doar din 300 de neuroni. Iar în anii '70 și, '80 o echipă de cercetători a cartografiat toate cele 7,000 de conexiuni dintre neuroni. În această diagramă, fiecare nod este un neuron, și fiecare linie e o conexiune. Acesta este conectomul viermelui C. elegans. Conectomul vostru e mult mai complex, deoarece creierul vostru conține 100 de miliarde de neuroni și de 10,000 de ori mai multe conexiuni. Există o diagramă ca aceasta pentru creierul vostru, dar nu ar avea cum să încapă pe această prezentare. Conectomul vostru conține de un milion de ori mai multe conexiuni decât literele din genomul vostru. Ceea ce înseamnă multă informație.

Ce conține acea informație? Nu știm sigur, dar există teorii. Începând cu secolul al XIX-lea, neurologii au speculat că amintirile voastre -- informațiile care vă definesc -- poate că amintirile voastre sunt stocate în conexiunile dintre neuronii voștri. Dar poate și alte aspecte ale identității proprii -- poate personalitatea și intelectul vostru -- poate sunt și ele stocate în conexiunile dintre neuronii voștri. Așa că acum înțelegeți de ce am propus această ipoteză: Eu sunt conectomul meu. Nu v-am cerut s-o spuneți pentru că e adevărat, vreau doar să o țineți minte. Și de fapt, nu știm dacă această ipoteză e corectă, pentru că nu dispunem de-o tehnologie suficient de puternică pentru a o testa. Descoperirea conectomului acelui vierme a durat o mulțime de ani de muncă grea. Și pentru a găsi conectomi ai creierelor ca ale noastre, avem nevoie de-o tehnologie sofisticată, automatizată, care va grăbi procesul de găsire al conectomilor. Și în următoarele minute, vă voi spune câte ceva despre aceste tehnologii, care sunt în curs de dezvoltare în laboratorul meu și în ale colaboratorilor mei.

Poate ați mai văzut poze cu neuroni până acum. Îi puteți recunoaște imediat după formele lor fantastice. Își răspândesc ramurile lungi și delicate, asemănându-se cu copacii. Dar acesta e un singur neuron. Pentru a găsi conectomi, trebuie să vedem toți neuronii în același timp. Să facem cunoștință cu Bobby Kasthuri care lucrează în laboratorul lui Jeff Lichtman de la Universitatea Harvard. Bobby ține în mână secțiuni extraordinar de subțiri din creierul unui șoarece. Și le mărim de 100,000 de ori pentru a obține rezoluția la care putem vedea ramurile tuturor neuronilor, în același timp. Doar că, e posibil să nu-i recunoașteți încă, și asta pentru că trebuie să lucrăm tridimensional.

Dacă luăm multe imagini ale secțiunilor prin creier și le suprapunem, obținem o imagine tridimensională. Și totuși, poate tot nu vedeți ramurile. Așa că începem din vârf, și colorăm în roșu secțiunea transversală a unei ramuri. Și facem asta și pentru următoarea secțiune și pentru următoarea. Și continuăm să facem asta, secțiune după secțiune. Continuând prin întreaga stivă, putem reconstrui o formă tridimensională a unui mic fragment al unei ramuri a unui neuron. Putem face același lucru pentru un alt neuron, dar cu verde. Și puteți vedea că neuronul roșu îl atinge pe cel verde în două locuri, și acestea sunt așa-numitele sinapse.

Să mărim imaginea unei sinapse. Fiți atenți la interiorul neuronului verde. Ar trebui să vedeți mici cerculețe. Acesta se numesc vezicule. Ele conțin molecule numite neurotransmițători. Când neuronul verde vrea să comunice, să transmită un mesaj neuronului roșu, eliberează un neurotransmițător. La nivelul sinapsei, cei doi neuroni se presupune a fi conectați ca doi prieteni care vorbesc la telefon.

Deci, vedeți cum se găsește o sinapsă. Dar cum putem găsi un întreg conectom? Ei bine, luăm acestă stivă de imagini tridimensionale și o tratăm ca pe o carte de colorat tridimensională gigantică. Colorăm fiecare neuron cu o altă culoare, iar apoi ne uităm prin toate imaginile, găsim sinapsele și notăm culorile celor doi neuroni implicați în fiecare sinapsă. Dacă putem face acest lucru pentru toate imaginile, putem găsi un conectom.

În acest moment, ați învățat lucruri de bază despre neuroni și sinapse. Cred că suntem gata să abordăm una dintre cele mai importante întrebări ale neurologiei: cu ce este diferit creierul masculin de cele feminin? (Râsete) Conform acestei cărți autodidacte, creierul bărbaților e ca o vafă; își păstrează viața compartimentată în cutii. Creierul fetelor seamănă cu niște spaghete; totul în viața lor este conectat cu orice altceva. (Râsete) Râdeți voi, dar, să știți, această carte mi-a schimbat viața. (Râsete) Dar serios, ce-i în neregulă cu asta? Știți deja destul de multe. Ce-i în neregulă cu această afirmație? Nu contează dacă ești băiat sau fată, creierul tuturor e ca spaghetele. Sau poate capellini foarte, foarte subțiri cu ramuri. După cum un fir de spaghete intră în contact cu multe altele de pe farfurie, un neuron atinge mulți alți neuroni prin intermediul ramurilor încâlcite. Un neuron poate fi conectat cu atât de mulți alți neuroni, deoarece pot fi sinapse în aceste puncte de contact. Până acum, e posibil să vă fi pierdut perspectiva asupra cât de mare este, de fapt, acest cub de țesut cerebral.

Așadar, haideți să facem o serie de comparații pentru a vă arăta. Vă asigur, că asta este foarte mic. Latura are doar 6 microni. Deci, uitați cum arată față de un întreg neuron. Și vă puteți da seama că, de fapt, doar cele mai mici părticele din acele ramuri sunt înăuntrul acestui cub. Și un neuron, ei bine, e mai mic decât creierul. Și acesta e doar un creier de șoarece. Care e mult mai mic decât creierul uman. Când le arăt prietenilor mei asta, uneori îmi spun: „Ști, Sebastian, mai bine ai renunța. Neurologia e fără speranță.” Pentru că dacă vă uitați la creier cu ochiul liber, nu puteți vedea cât de complex este, dar când folosiți un microscop, în sfârșit, complexitatea-i tainică iese la iveală.

În secolul al XVII-lea, matematicianul și filozoful Blaise Pascal, a scris despre teama sa despre infinit, simțământul său de lipsă de importanță contemplând la întinderile vaste ale spațiului cosmic. Și, ca om de știință, nu ar trebui să vorbesc despre ceea ce simt. Prea multă informație, domnule profesor. (Râsete) Dar îmi permiteți? (Râsete) (Aplauze) Simt curiozitate, simt minunăție, dar, uneori, m-am simțit și disperat. De ce am ales să studiez acest organ atât de minunat în complexitatea sa care ar putea la fel de bine să fie infinit? Este absurd. Cum am putea îndrăzni să gândim că-l vom înțelege vreodată?

Și totuși, eu persist cu această strădanie vizionară. Și într-adevăr, în aceste zile nutresc noi speranțe. Într-o zi, o flotă de microscoape vor înregistra fiecare neuron și fiecare sinapsă într-o vastă galerie de imagini. Și într-o zi, supercomputerele cu inteligență artificială vor analiza imaginile fără asistență umană pentru a le concentra într-un conectom. Nu știu, dar sper că voi trăi să văd acea zi. Deoarece găsirea unui întreg conectom uman este una dintre cele mai mari provocări tehnologice din toate timpurile. Va fi nevoie de munca multor generații pentru a reuși. În prezent, eu și colaboratorii mei, avem un scop mult mai modest -- doar de a găsi părticele din conectomul micilor bucăți de creier de șoarece și cel uman. Dar chiar și asta va fi de ajuns pentru primele teste ale ipotezei că eu sunt conectomul meu. Deocamdată, dați-mi voie să vă conving de verosimilitatea acestei ipoteze, care chiar merită să fie luată-n serios.

În timp ce creșteți în adolescență și îmbătrâniți la maturitate, identitatea personală vi se modifică lent. La fel, fiecare conectom se schimbă cu timpul. Ce fel de schimbări au loc? Ei bine, neuronilor, ca și copacilor, le pot crește noi ramuri, și le pot pierde pe cele vechi. Sinapse pot fi create, și pot fi eliminate. Sinapsele pot crește în dimensiuni, dar pot și scădea. A doua întrebare: ce cauzează aceste schimbări? Ei bine, e adevărat că, până la un anumit nivel, sunt programate de genele noastre. Dar asta nu e tot, pentru că sunt semnale, semnale electrice, care călătoresc de-a lungul ramurilor neuronilor și semnale chimice care sar de pe-o ramură pe cealaltă. Aceste semnale poartă denumirea de activitate neuronală. Și există multe dovezi care susțin că activitatea neuronală ne codifică gândurile, sentimentele și percepțiile, experiențele mentale. Și există multe dovezi cum că activitatea neuronală poate cauza modificarea conexiunilor. Și dacă le puneți pe cele două cap la cap, observați că experiențele voastre vă pot schimba conectomul. De aceea fiecare conectom este unic, chiar și aceia ai gemenilor identici. Conectomul este acolo unde natura întâlnește dezvoltarea. Și e posibil să fie adevărat că până și banala acțiune de a gândi vă poate modifica conectomul -- o idee care vi se poate părea puternică.

Ce e în această imagine? Un pârâu cu apă rece și înviorătoare, ați spune. Ce altceva mai e în această imagine? Nu uitați de acel șanț în pământ numit albie. Fără aceasta, apa nu ar ști în ce direcție să curgă. Și legat de pârâu, aș vrea să propun o metaforă pentru relația dintre activitatea neuronală și conectivitatea. Activitatea neuronală e în continuă schimbare. E ca apa unui pârâu; nu stă niciodată locului. Conexiunile din rețeaua neuronală a creierului determină calea pe care o va urma activitatea neuronală. Așadar, conectomul e ca o albie. Dar metafora e mult mai bogată. Pentru că e adevărat că albia ghidează curgerea apei, dar pe perioade îndelungate de timp, apa schimbă, de asemenea, forma albiei. Și după cum tocmai v-am spus, activitatea neuronală poate schimba conectomul. Și dacă îmi permiteți să urc pe culmi metaforice, vă voi reaminti că activitatea neuronală este baza fizică -- sau cel puțin așa cred neurologii -- a gândurilor, sentimentelor și percepțiilor. Așa că am putea vorbi chiar de pârâul conștiinței. Activitatea neuronală este apa, și conectomul este albia.

Haideți să ne întoarcem de pe culmile metaforelor înapoi la știință. Să presupunem că tehnologiile care găsesc conectomii vor funcționa. Cum vom testa ipoteza „Eu sunt conectomul meu”? Ei bine, propun un test direct. Haideți să încercăm să citim amintirile din conectomi. Să considerăm memoria ca fiind o secvență temporală lungă de mișcări, ca un pianist care cântă o sonată a lui Beethoven. Conform unei teorii care datează din secolul al XIX-lea, asemenea amintiri sunt stocate ca lanțuri de conexiuni sinaptice în interiorul creierului. Pentru că, dacă primii neuroni din lanț sunt activați, prin intermediul sinapselor trimit mesaje neuronilor secundari, care sunt activați, și tot așa de-a lungul șirului, ca piese de domino care cad. Și această secvență de activare neuronală se presupune a fi baza neuronală a acelei secvențe de mișcări.

Așadar, un mod de a testa această teorie este de a căuta asemenea lanțuri în interiorul conectomilor. Dar nu va fi ușor pentru că nu vor arăta așa. Vor fi învălmășiți. Astfel, o să trebuiască se folosim computerele pentru a încerca să-i punem în ordine. Și dacă putem face asta, secvența de neuroni pe care o recuperăm din acea ordonare va fi o predicție a tiparului activității neuronale, care se derulează în creier în timpul amintirii. Și dacă am reuși acest lucru, ar fi primul exemplu de citire a unei amintiri dintr-un conectom.

(Râsete)

Ce dezordine. Ați încercat să conectați firele unui sistem complex ca acesta? Sper că nu. Dar dacă ați făcut-o, știți că e foarte ușor să greșiți. Ramurile neuronilor sunt ca niște fire ale creierului. Poate cineva să ghicească: care e lungimea totală a firelor din creier? Vă dau un indiciu. Este un număr mare. (Râsete) Estimez că sunt milioane de kilometri. Îngrămădiți în craniul dumneavoastră. Și dacă evaluați acest număr, puteți observa cu ușurință că există o șansă enormă de a greși conectarea firelor în creier. Și bineînțeles, presa adoră titluri ca „Conexiunile din creierul anorexic sunt diferite”, sau, „Conexiunile din creierul autist sunt diferite”. Acestea sunt afirmații plauzibile, dar de fapt, nu putem vedea conexiunile creierului destul de clar pentru a spune dacă sunt adevărate. Așadar, tehnologiile pentru a vedea conectomii ne vor permite, ca în sfârșit să observăm conexiunile greșite din creier, și să vedem tulburările mentale din conectomi.

Uneori, cea mai bună metodă de a testa o ipoteză este de a lua în considerare implicațiile ei extreme. Filozofii cunosc foarte bine acest joc. Dacă ați crede că eu sunt conectomul meu, atunci cred că trebuie, de asemenea, să acceptați ideea că moartea reprezintă distrugerea propriului conectom. Menționez asta pentru că în ziua de azi există profeți care susțin că tehnologia va altera fundamental condiția umană și probabil, chiar va transforma specia umană. Unul dintre visurile la care țin cel mai mult este de a păcăli moartea prin practica numită criogenie. Dacă plătiți 100,000 de dolari, puteți aranja să vi se înghețe trupul după moarte și să fie depozitat în azot lichid într-una dintre aceste canistre într-un depozit din Arizona, în așteptarea unei viitoare civilizații, destul de avansată pentru a te readuce la viață.

Ar trebui ridiculizați căutătorii moderni ai imortalității, numidu-i neghiobi? Sau vor chicoti într-o zi uitându-se la mormintele noastre? Nu știu. Prefer să le pun la încercare convingerile, științific. Propun să încercăm să găsim un conectom al unui creier înghețat. Știm că stricăciuni la nivelul creierului au loc după moarte și în timpul înghețării. Întrebarea e: acea stricăciune a șters conectomul? Dacă a făcut-o, nu va fi nicio șansă ca o viitoare civilizație să poată recupera amintirile acelor creiere înghețate. Readucerea la viața poate reuși pentru corp, dar nu și pentru minte. Pe de altă parte, dacă acel conectom e încă intact, nu putem ridiculiza afirmațiile criogeniei atât de ușor.

Am descris aventura care începe din lumea microscopică, și ne propulsează în lumea viitorului îndepărtat. Conectomii vor marca un punct de cotitură în istoria umană. Pe măsură ce am evoluat din strămoșii primate din savana africană, ceea ce ne-a diferențiat au fost creierele noastre mai mari. Ne-am folosit creierul pentru a modela mai multe tehnologii uimitoare. În final, aceste tehnologii vor deveni atât de puternice încât le vom folosi pentru a ne cunoaște mai bine descompunând și recompunând propriul creier. Cred că această călătorie de auto-descoperire nu e doar pentru oamenii de știință, ci pentru noi toți. Și sunt recunoscător pentru șansa de a împărtăși această călătorie cu voi, astăzi.

Vă mulțumesc!

(Aplauze)