Как и зачем изучать мозг?

ловека. Стоит множество задач при его изучению, одной из которых является поиск обратной биологической связи.

Например, у 85%-95% здоровых взрослых людей есть альфа-ритм, наибольшая амплитуда которого регистрируется в состоянии спокойного бодрствования. Человек, подключённый к нейроинтерфейсу (системе обмена информацией «мозг-компьютер») и получающий информацию о своём альфа-ритме, может управлять состоянием. В данном случае – расслабиться, успокоиться.

Итог: изучение мозга приведёт к тому, что человек научится управлять своими когнитивными возможностями и процессами. Кроме того, с некорректной работой главного органа связан обширный спектр патологий. При наличии достаточного количества нейрофизиологических знаний существенно упростится диагностика и лечение огромного перечня болезней.

Как происходит изучение?

Уже сегодня действуют несколько программ. Одна из них – Blue Brain Project. Учёные стимулировали работу отдельных нейронов и на каждый из них выделили по одному процессу. Но стоит отметить: опыт ставился на крысах. По этой причине удалось создать кластеры всего из 1000 процессов, чего недостаточно.

Касательно психических заболеваний: были проведены исследования шизофрении, выявившие нарушение баланса серого и белого вещества мозга. Несмотря на то, что расстройство обычно вызывается нарушением распределения окситоцина, серотонина и прочих нейромедиаторов, нейрофизиология в его лечении не является приоритетной. Как правило, психические заболевания комплексны и не связаны со структурными изменениями в самом органе, а среди причин – социальные факторы, стресс и прочее. 

Также в изучении используются нейроинтерфейсы, позволяющие не только считывать мозговую активность, но и определять правильно ли работает орган.

Стоит упомянуть магнитометр (он же магнитоэнцефалограф). С его помощью можно зафиксировать паттерн – сигнал, который проявляется вследствие деятельности определённой зоны мозга. Данный метод можно использовать для локализации патологических сигналов при эпилепсии. 

Какие медицинские проекты заинтересовали Максима Острася?

Гость упомянул адресную доставку лекарств. Говоря простым языком, это наноконтейнеры с определёнными лекарствами, необходимыми для лечения конкретных болезней. Такие контейнеры направляются строго в зоны, на которые должен воздействовать препарат, аккумулируются и высвобождаются под локальным воздействием. 

Развитие подобной технологии является ключом к прорыву во множестве направлений медицины, особенно в онкологии. Более подробно об исследованиях, нейроинтерфейсах, нейрофизиологии, её целях и задачах – в видео.

В дополнение к теме

Что такое человеческий мозг?

Головной мозг (ГМ) человека является главным органом нервной системы, в котором происходит активное взаимодействие нейронов с синаптическими связями. Это гарантирует формирование сложных электрических импульсов, посредством которых обеспечивается контроль за деятельностью всех систем организма.

Нейроны являются частью ГМ, осуществляющей генерирование и передачу нервных импульсов. ГМ взрослого человека имеет вес около 1,5 кг (у новорожденного ребенка – от 350 г) и состоит из 100 млрд нейронов. Также человеческий мозг состоит из 1 трлн глиальных клеток, необходимых для выполнения дополнительных, но не менее важных функций. Эти клетки отвечают за химическую передачу информации, что в итоге формирует долговременную память.

Хотя учёные добились значительного прогресса в изучении мозга за последние десятилетия, многие аспекты его работы всё ещё остаются тайной. То, как функционируют отдельные клетки, объясняется весьма подробно, но принципы взаимодействия миллиардов нейронов и работы мозга как единый, целый механизм описаны в нейробиологии лишь в упрощённой форме. Тем не менее научный мир активно работает в этом направлении, разрабатывая и внедряя новые методы исследований.

Новейшие способы исследования мозга

Сегодня есть несколько общедоступных способов диагностики ГМ:

• ультразвуковое исследование;
• магнитно-резонансная томография;
• позитронно-эмиссионная томография;
• компьютерная томография.

Каждый год учёные в области нейронауки (neuroscience) работают над созданием более развитых методик, позволяющих эффективнее понимать строение и работу мозга, но их возможности пока являются точечными. Так, недавно южнокорейские исследователи во главе с профессором Чои Воншиком, работающие в ЦМСД ИФН Сеула, сделали крупнейшее открытие в области исследования глубоких тканей. Они изобрели инновационный микроскоп, облегчающий изучение биологических тканей коры ГМ сквозь неповреждённую черепную кость. Правда, пока исследования проводятся только на мышах. Такие аппараты сочетают в себе аппаратную и программную адаптивную оптику, восстанавливающую изображение объектов. С помощью своей разработки учёные получили микроскопическую карту нейронных сетей ГМ, сохранив пространственное разрешение.

Ещё одной нашумевшей разработкой стало создание Илоном Маском мозгового чипа. Как утверждают разработчики, их «детище» позволяет человеку улавливать звуки, находящиеся за границами привычных частот. Главной целью создания чипа является имплантация электронных интерфейсов в мозг парализованных людей, что позволит им общаться с помощью компьютерной техники и смартфонов.

По словам деятелей науки из Neuralink, для достижения данной цели планируется использование специальных «нитей» 4–5 мкм в диаметре, обеспечивающих передачу информации на основной процессор. Такие «нити» должны вживляться в мозг посредством роботизированного хирурга, избегая кровеносных сосудов для минимизации воспалительных процессов. Теоретически «пучок» с шестью такими нейронитями, содержащий почти 200 электродов, способен развивать и существенно расширять способности человека, что может стать новой веткой эволюции.

Очередным новейшим изобретением стали наночастицы, способные проникнуть в ГМ. Благодаря их использованию удастся ускорить развитие технологий для лечения болезни Альцгеймера, Паркинсона, иных нейродегенеративных патологий.
Недавно учёные заявили, что технология вживления в ГМ нейроинтерфейсов уже работает на благо человечества. Данная система позволяет наладить взаимодействие мозга и компьютера, что обеспечивает двусторонний обмен информацией. Это предоставляет возможность генерировать команды для внешних устройств (компьютеры, приложения, роботы, дроны, протезы, экзоскелеты и пр.), задействуя мозговую активность. Такие интерфейсы позволят изучать ГМ и проводить обучение для развития мозга.

Чего мы еще не знаем о мозге?

За долгие годы исследований учёным так и не удалось определить, чем отличается строение мозга гениев и людей с низким интеллектом. Вероятнее всего, различие заключается в работе нейронов, чего нам пока так и не удалось постигнуть.

Ещё мы пока не можем знать, каковы различия мозга человека и животных. Также неясно, по какой причине ГМ имеет такой вид и форму, ведь изначально человеку удавалось бы выживать при существенно более скромных его размерах. Учёным не удалось отыскать тот переходной мостик, который связывает питекантропа и человека разумного. Современные люди имеют такие же гены, как у неандертальца, но по какой-то причине они начали «сворачивать» в сторону.

И самое главное, исследователи до сих пор не смогли выяснить, как нашему мозгу удаётся работать целостно – если когнитивные функции отдельных зон становятся понятными, то принцип работы целостной «машины» для нас остаётся неизвестным.