Sebastian Seung: Som môj konektóm

Žijeme v pozoruhodnej dobe, v dobe genomiky. Váš genóm je celá sekvencia vašej DNA. Vaša sekvencia a moja sú mierne rozdielne. To je dôvod, prečo vyzeráme rozdielne. Ja mám hnedé oči, vy môžete mať modré alebo šedé. Ale nie je to len o povrchu. Titulky hovoria, že gény nám môžu spôsobiť desivé choroby, možno dokonca formovať našu osobnosť, alebo spôsobiť duševné poruchy. Zdá sa, že naše gény majú obrovskú moc nad našimi osudmi. A predsa ja by som si rád myslel, že som viac ako moje gény. Čo si myslíte vy? Ste viac ako svoje gény? (Publikum: Áno.) Áno? Myslím, že niektorí ľudia so mnou súhlasia. Myslím, že by sme mali urobiť prehlásenie. Myslím, že by sme ho mali povedať spolu. Dobre: "Som viac ako moje gény" - všetci spolu. Všetci: Som viac ako moje gény. (Potlesk) Čo som? (Smiech) Som môj konektóm. Teraz, keďže ste úplne super, možno mi môžete vyhovieť a povedať spolu aj toto. (Smiech) Dobre. Teraz všetci spolu. Všetci: Som môj konektóm. SS: To znelo výborne. Viete, ste úplne super, ani neviete čo konektóm je, a ste ochotní so mnou spolupracovať. Mohol by som aj odísť domov.

Dobre, doteraz je známy len jeden konektóm, ten, ktorý patrí tomuto malému červíkovi. Jeho skromný nervový systém pozostáva z len 300 neurónov. A v 70-tych a 80-tych rokoch minulého storočia tím vedcov zmapoval všetkých 7000 spojení medzi neurónmi. V tomto diagrame je každý uzol neurón, a každá čiara je spojenie. Toto je konektóm červa C. elegans. Váš konektóm je omnoho zložitejší ako tento, pretože váš mozog obsahuje 100 miliárd neurónov a 10000-ráz toľko spojení. Existuje diagram ako tento pre váš mozog, ale v žiadnom prípade sa nezmestí na tento snímok. Váš konektóm obsahuje miliónkrát viac spojení ako má váš genóm písmen. To je veľké množstvo informácií.

Čo je v týchto informáciách? Nevieme to isto, ale existujú teórie. Od devätnásteho storočia neurovedci premýšľali, že možno vaše spomienky -- informácie, ktoré vás robia vami - možno vaše spomienky, sú uložené v spojeniach medzi neurónmi vášho mozgu. A možno ďalšie stránky vašej osobnej identity - možno vaša osobnosť a váš intelekt - možno sú tiež zakódované v spojeniach medzi vašimi neurónmi. A preto teraz môžete vidieť, prečo som navrhol hypotézu: Som môj konektóm. Nežiadal som vás, aby ste ju skandovali, pretože je pravdivá, len som chcel, aby ste si ju zapamätali. A vlastne nevieme, či je táto hypotéza správna, pretože sme nikdy nemali technológie dostatočne silné na to, aby sme ju otestovali. Nájdenie konektómu toho červa trvalo viac ako tucet rokov náročnej práce. A na nájdenie konektómov mozgov podobných viac naším potrebujeme dômyselnejšie technológie, ktoré sú zautomatizované, ktoré urýchlia proces nájdenia konektómov. A v nasledujúcich pár minútach vám poviem o niektorých z týchto technológií, ktorých vývoj momentálne prebieha v mojom laboratóriu a v laboratóriách mojich spolupracovníkov.

Pravdepodobne ste už predtým videli obrázky neurónov. Viete ich hneď rozoznať podľa ich fantastických tvarov. Rozprestierajú dlhé a jemné vetvy, a skrátka vyzerajú ako stromy. Ale toto je nezávislý neurón. Aby sme našli konektómy, musíme vidieť všetky neuróny naraz. Takže poďme sa zoznámiť s Bobbym Kasthurim, ktorý pracuje v laboratóriu Jeffa Lichtmana na Harvardskej univerzite. Bobby drží neskutočne tenké plátky mozgu myši. A my používame 100000násobné priblíženie, aby sme dosiahli rozlíšenie, pri ktorom môžeme vidieť všetky vetvy neurónov naraz. Okrem toho, že stále ich ešte nemusíte naozaj rozoznať, a to preto, že musíme pracovať v troch rozmeroch.

Ak spravíme mnoho obrázkov mnohých plátkov mozgu a naskladáme ich, dostaneme trojrozmerný obrázok. A stále nemôžete vidieť vetvy. Tak začneme na vrchu, a zafarbíme priečny rez jednej z vetví načerveno, a urobíme to na ďalšom plátku a ďalšom plátku. A pokračujeme v tom plátok za plátkom. Ak budeme pokračovať cez celú kopu, môžeme zrekonštruovať trojrozmerný tvar malého fragmentu vetvy neurónu. A môžeme to urobiť pre iný neurón nazeleno. A môžete vidieť, že zelený neurón sa dotýka červeného na dvoch miestach, a tieto sa nazývajú synapsie.

Priblížme si jednu synapsiu. Všímajte si vnútro zeleného neurónu. Mali by ste vidieť malé krúžky. Tieto sa volajú (synaptické) vačky. Obsahujú molekulu známu ako neurotransmitér. A tak, keď zelený neurón chce komunikovať, chce poslať správu červenému neurónu, vylúči neurotransmitér. V synapsii sú dva neuróny, takpovediac spojené ako dvaja priatelia hovoriaci cez telefón.

Takže vidíte, ako sa dá nájsť synapsia. Ako môžeme nájsť celý konektóm? Tak, máme 3-dimenzionálny stoh obrázkov a správame sa k nim ako ku gigantickej 3D omaľovánke. Zafarbíme každý neurón inou farbou, a potom sa pozrieme na všetky obrázky, nájdeme synapsie a zvolíme farby dvoch neurónov zapojených do tej synapsie Ak to môžeme spraviť vo všetkých obrázkoch, mohli by sme nájsť konektóm.

Teraz, v tomto bode, ste sa naučili základy neurónov a synapsií. Takže si myslím, že sme pripravení na to, aby sme sa pustili do jednej z najdôležitejších otázok neurovedy: aké rozdiely sú medzi mužským a ženským mozgom? (Smiech) Podľa tejto svojpomocnej knihy, chlapské mozgy sú ako vafle, udržujú svoje životy rozdelené do škatuliek. Mozgy dievčat sú ako špagety, všetko v ich živote je spojené so všetkým ostatným. (Smiech) Vy sa smejete, ale, viete, táto kniha zmenila môj život. (Smiech) Ale vážne, čo na tomto nesedí? Už viete dosť na to, aby ste to mohli povedať. Čo je nesprávne na tomto vyjadrení? Nezáleží na tom, či ste chlap alebo dievča, Mozgy všetkých sú ako špagety. Alebo veľmi veľmi jemné rezančeky s vetvami. Presne ako sa jedno vlákno špagiet dotýka mnohých ďalších vlákien na vašom tanieri jeden neurón sa dotýka mnohých ďalších neurónov cez ich zapletené vetvy. Jeden neurón môže byť spojený s toľkými inými neurónmi, pretože synapsie môžu byť v týchto miestach kontaktu. Už ste mohli trochu stratiť perspektívu, aká veľká je v skutočnosti táto kocka mozgového tkaniva.

A tak si poďme spraviť sériu porovnaní, aby sme si to ukázali. Uisťujem vás, že je veľmi drobná. Jedna strana má len šesť mikrónov. Takže tu vidíme, ako vyzerá v porovnaní s celým neurónom. A vidíte, že skutočne len najmenšie fragmenty vetiev sú obsiahnuté vnútri tejto kocky. A neurón, ten je menší ako mozog. A toto je len mozog myši. Je omnoho menší ako ľudský mozog. Takže keď som toto ukázal mojim priateľom, občas mi povedali: "Vieš, Sebastian, mal by si to vzdať. Neuroveda je beznádejná." Pretože ak sa pozeráte na mozog púhym okom, nevidíte, aký zložitý v skutočnosti je, ale keď použijete mikroskop, nakoniec je skrytá zložitosť odhalená.

V 17-tom storočí matematik a filozof Blaise Pascal napísal o svojej hrôze z nekonečna, jeho pocite nedôležitosti, keď premýšľa nad nekonečnosťou vesmíru. A, ako vedec by som nemal hovoriť o svojich pocitoch. Príliš veľa informácií, profesor. (Smiech) Ale mohol by som? (Smiech) (Potlesk) Cítim zvedavosť, a cítim údiv, ale niekedy som cítil aj zúfalstvo. Prečo som si vybral štúdium tohto orgánu, ktorý je tak úžasný vo svojej zložitosti, že už mohol byť rovno aj nekonečný? Je to absurdné. Ako sme si vôbec dovolili myslieť, že tomu môžeme niekedy rozumieť?

A predsa zotrvávam v tomto donqichotskom úsilí. A vskutku v týchto dňoch cítim novú nádej. Raz flotila mikroskopov zachytí každý neurón a každú synapsiu v obrovskej databáze obrázkov. A raz superpočítače s umelou inteligenciou zanalyzujú obrázky bez ľudskej pomoci, aby ich zosumarizovali do konektómu. Neviem, ale dúfam, že sa toho dňa dožijem. Pretože nájdenie celého ľudského konektómu je jedna z najväčších technologických výziev všetkých čias. Úspech bude vyžadovať prácu generácií. V súčasnosti ja a moji spolupracovníci -- to o čo sa snažíme je omnoho skromnejšie -- len chceme nájsť čiastočné konektómy malých kúskov myšieho a ľudského mozgu. Ale aj to bude dostatočné na prvé testy tejto hypotézy, že „Ja som môj konektóm." Zatiaľ ma nechajte presvedčiť vás o hodnovernosti tejto hypotézy, o tom, že je hodná toho, aby bola braná vážne.

Ako rastiete počas detstva a starnete počas dospelosti, vaša osobná identita sa pomaly mení. Podobne každý konektóm sa v čase mení. Aké druhy zmien môžu nastať? Nuž, neurónom, tak ako stromom, môžu narásť nové vetvy, a môžu stratiť tie staré. Synapsie môžu byť vytvorené, a môžu byť odstránené. A synapsie môžu rásť do veľkosti, ale môžu sa aj zmenšovať. Druhá otázka: Čo spôsobuje tieto zmeny? Dobre, je to pravda. V určitom rozsahu sú programované vašimi génmi. Ale to nie je celý príbeh, pretože existujú signály, elektrické signály, ktoré cestujú pozdĺž vetiev neurónov, a chemické signály, ktoré skáču krížom z vetvy na vetvu. Tieto signály sa nazývajú neurálna aktivita. A existuje mnoho dôkazov, že nervová aktivita kóduje naše myšlienky, pocity a vnímanie, naše mentálne zážitky. A existuje mnoho dôkazov, že nervová aktivita môže spôsobiť zmenu vašich spojení. A ak dáte dokopy tieto dva faktory, znamená to, že vaše skúsenosti môžu zmeniť váš konektóm. A to je dôvod, prečo každý konektóm je jedinečný, dokonca aj konektóm geneticky rozličných jednovaječných dvojičiek. Konektóm závisí od daností aj vplyvu prostredia. A môže byť pravdou, že samotné zamyslenie sa môže zmeniť váš konektóm -- myšlienka, ktorá vám môže dať silu.

Čo je na tomto obrázku? Chladný a osviežujúci potok, hovoríte. A čo je ešte na obrázku? Nezabudnite na ten žliabok v zemi zvaný riečisko. Bez neho by voda nevedela, ktorým smerom tiecť. A s týmto potokom by som chcel navrhnúť metaforu pre vzťah medzi nervovou aktivitou a prepojeniami. Nervová činnosť sa stále mení. Je ako voda v potoku, nikdy sa nezastaví. Prepojenia nervovej siete mozgu určujú dráhy, po ktorých nervová činnosť prúdi. Takže konektóm je ako riečisko toho potoka. Ale metafora je ešte bohatšia. Pretože je pravda, že riečište smeruje prúdenie vody, ale z dlhodobého hľadiska voda taktiež mení tvar riečiska. A ako som vám pred chvíľkou povedal, nervová aktivita môže zmeniť konektóm. A ak mi dovolíte vzniesť sa do metaforických výšok, pripomeniem vám, že nervová aktivita je fyzickým základom -- tak tomu veria neurovedci -- myšlienok, pocitov a vnemov. A preto by sme mohli hovoriť až o prúde vedomia. Nervová aktivita je jeho vodou a konektóm jeho riečiskom.

Poďme sa vrátiť z výšok metafory a vráťme sa k vede. Predpokladajme, že naše technológie na nájdenie konektómov skutočne fungujú. Ako pôjdeme na testovanie hypotézy: „Som môj konektóm?" Nuž, ja navrhujem priamy test. Poďme sa pokúsiť prečítať spomienky z konektómov. Zoberte si zapamätanie dlhej časovej následnosti pohybov, napríklad klaviristu hrajúceho Beethovenovu sonátu. Podľa teórie, ktorá sa datuje späť do 19-teho storočia, také spomienky sú uložené ako reťaz synaptických spojení vnútri vášho mozgu. Pretože, ak sú aktivované prvé neuróny v postupnosti, cez svoje synapsie posielajú správy ďalším neurónom, ktoré sú aktivované, a tak ďalej pozdĺž línie, ako reťaz padajúcich kúskov domina. A táto postupnosť nervovej aktivácie je podľa hypotézy nervovým základom tejto postupnosti pohybov.

Takže jedným spôsobom ako sa pokúsiť otestovať teóriu je hľadať také reťaze v rámci konektómov. Ale nebude to ľahké, pretože nebudú vyzerať takto. Budú zamotané. Takže budeme musieť použiť počítače a pokúsiť sa rozmotať tú postupnosť. A ak to budeme vedieť urobiť, postupnosť neurónov, ktorú objavíme tým rozmotaním, bude predpokladom toho vzorca nervovej aktivity, ktorý je prehraný mozgom počas vyvolávania spomienok. A ak by to bolo úspešné, bol by to prvý príklad čítania pamäte z konektómu.

(Smiech)

Aký zmätok. Snažili ste sa niekedy prepojiť systém tak zložitý ako tento? Dúfam, že nie. Ale ak ste sa snažili, viete, ako ľahké je spraviť chybu. Vetvy neurónov sú ako drôty mozgu. Vie niekto uhádnuť, aká je celková dĺžka týchto drôtov vo vašom mozgu? Dám vám tip. Je to veľké číslo. (Smiech) Odhadujem, že sú to milióny míľ. Všetky napchaté do vašej lebky. A ak posúdite toto číslo, môžete ľahko vidieť, že existuje veľký potenciál nesprávneho zapojenia mozgu. A skutočne, médiá milujú titulky ako: „Anorektické mozgy sú zapojené inak," alebo „Autistické mozgy sú zapojené inak." Toto sú prijateľné tvrdenia, ale v skutočnosti nedokážeme vidieť prepojenie mozgu dostatočne jasne, aby sme povedali, že sú naozaj pravdivé. A tak technológie umožňujúce vidieť konektómy nám konečne umožnia prečítať nesprávne zapojenie mozgu, vidieť duševné poruchy v konektómoch.

Niekedy je najlepším spôsobom na otestovanie hypotézy zvážiť jej najextrémnejší dôsledok. Filozofovia poznajú túto hru veľmi dobre. Ak veríte, že ja som môj konektóm, myslím, že musíte akceptovať aj myšlienku, že smrť je zničením vášho konektómu. Spomínam to, pretože už dnes máme prorokov, ktorí tvrdia, že technológia podstatne zmení pomery ľudí a možno dokonca zmení ľudský druh. Jedným z ich najpestovanejších snov je oklamať smrť praktikou zvanou kryonika. Ak zaplatíte 100.000 dolárov, môžete si zabezpečiť, aby vaše telo po smrti zamrazili a uložili do tekutého dusíka v jednej z týchto nádrží v Arizonskom skladisku, očakávajúc budúce civilizácie, ktoré budú pokročilé tak, že budú schopné vzkriesiť vás.

Máme sa posmievať moderným hľadačom nesmrteľnosti, volať ich bláznami? Alebo sa raz budú smiať nad našimi hrobmi? Neviem. Uprednostňujem otestovanie ich domnienok, vedecky. Navrhujem, aby sme sa snažili nájsť konektóm zmrazeného mozgu. Vieme, že poškodenie mozgu nastáva po smrti a počas mrazenia. Otázka je: „Zmazalo poškodenie konektóm?" Ak zmazalo, neexistuje spôsob, akým by ktorákoľvek budúca civilizácia bola schopná obnoviť spomienky týchto zamrazených mozgov. Znovuzrodenie by mohlo byť úspešné pre telo, ale nie pre myseľ. Na druhú stranu, ak by bol konektóm stále neporušený, nemôžeme sa posmievať tvrdeniam kryoniky tak ľahko.

Popísal som hľadanie, ktoré začína vo svete veľmi malého, a poháňa nás do sveta ďalekej budúcnosti. Konektómy označia zlom v ľudskej histórii. Ako sme sa vyvíjali z našich opiciam podobných predkov na africkej savane, to čo nás odlíšilo boli naše väčšie mozgy. Používali sme naše mozgy na vytvorenie stále viac udivujúce technológie. Nakoniec tieto technológie budú také silné, že ich použijeme na spoznanie samých seba rozobratím a znovuzložením našich vlastných mozgov. Verím, že táto cesta sebaobjavovania nie je len pre vedcov, ale pre nás všetkých. A som vďačný za príležitosť podeliť sa dnes o túto cestu s vami.

Ďakujem

(Potlesk)