Технологии будущего: Держать голову в холоде.

09.09.2019 35 0.0 0
Технологии будущего: Держать голову в холоде.
Чтобы отсрочить смерть очень и очень надолго, придется найти способ подвергнуть мир наших мыслей долгосрочной консервации. Все наши воспоминания — первый поцелуй, то чувство, будто впервые сел на раскаленную плиту, и ощущение, что сел на раскаленную плиту во второй раз, — хранятся в миллиардах нервных клеток в наших головах. Каждая из них связана так называемыми синапсами в среднем с 1000 других нейронов, чтобы они могли обмениваться информацией. Поэтому не стоит слишком уж гордиться своими 250 последователями в Твиттере, ведь у одной клетки мозга в четыре раза больше фолловеров. Да и жизнь у нее более насыщенная, она выдает обновление своего статуса до 1000 раз в секунду, сообщая другим нервным клеткам посредством электрохимических сигналов, чем она в настоящий момент занята.

Сеть, соединяющая нейроны, настолько эффективна, что одна клетка мозга может связаться с любой другой клеткой, преодолев максимум четыре промежуточных этапа. Удивительно, что наш мозг может делать нечто подобное, учитывая, что, как правило, после четырех раз процесс передачи информации превращается в игру в сломанный телефон.

Содержимое нашей памяти хранится в связях наших нервных клеток. С каждым полученным опытом структура соединения этих синапсов изменяется. Некоторых раздражает мысль о том, что что-то настолько интимное, как наши мысли, опирается на что-то настолько банальное, как кусок жира и белка весом 1,3 килограмма у нас в голове. Все наши моральные принципы, страхи, надежды и воспоминания записаны в связях наших нервных клеток, и все вместе это называется «коннектом».

Представьте себе, что живете в ближайшем будущем, когда уже изобрели микроскопических нанороботов. Однажды глухой ночью я пробираюсь в вашу комнату и незаметно ввожу вам в кровь маленькие механизмы, которые затем попадают в ваш мозг. Там они начинают перестраивать ваши нейронные связи. Клетка за клеткой, синапсы выстраиваются так, как программируют их нанороботы, используя результаты сканирования мозга Барака Обамы. Вероятно, на следующее утро вы проснетесь и вскочите с постели, бодро воскликнув: «Yes We Can», а потом удивитесь и начнете гадать, каким образом вместо Белого дома вы очутились в квартире обычного жилого дома. Все ваши воспоминания будут воспоминаниями президента, а о своей жизни до нанороботов вы и не вспомните. Этот, очевидно, сильно упрощенный мысленный эксперимент призван проиллюстрировать, насколько фундаментально структура наших нервных связей определяет то, что мы называем своим Я. Можем ли мы законсервировать это Я, сохранив все нейронные связи в их текущем виде? Есть исследователи, которые считают, что это возможно. Они так в этом уверены, что даже предлагают денежный приз тому, кто приблизит нас к цели законсервировать коннектом отдельной личности.

«Brain Preservation Technology Prize», или «Премия за технологию сохранения мозга», была учреждена нейробиологом Кеннетом Хейвортом и в настоящее время составляет чуть более 100 000 долларов. Для оплаты проведения исследований эта сумма, конечно, смешная, но все же какой-никакой красивый жест. Двадцать пять процентов денег предназначено для людей, которым раньше всех удастся законсервировать весь коннектом мыши, включая все синаптические связи. Остальные семьдесят пять процентов отдадут тем, кто первым добьется успеха в сохранении мозга крупного животного. При этом есть условие, что этот метод можно будет применять и к людям сразу после клинической смерти.

Скорее всего, вы уже слышали о прекрасно сохранившейся ледяной мумии Эци, которая даже после тысячелетнего пребывания в замороженном состоянии по-прежнему выглядит практически шикарно. Значит ли это, что можно получить 25 % призовых денег, закопав в снег голову следующей же мыши, которую притащит ваша кошка? Наверное, нет, но вы на правильном пути. Чтобы добиться лучшей сохранности, полное охлаждение неизбежно. Если не верите мне, достаньте йогурт из холодильника и оставьте его на все выходные у радиатора. Экстремальное охлаждение не только предотвращает разложение в результате деятельности микроорганизмов, но и замедляет движение молекул настолько, что прекращается дальнейшее разрушение мельчайших компонентов клетки, белков, жиров и углеводов.

И все же я не советую бросать мозг в морозилку сразу же после того, как его владелец испустит последний вздох. Потому что в органах содержится такое количество воды, что в клетках образуются кристаллы льда. Последствия вы, вероятно, можете себе представить на примере лопнувших бутылок с водой, оставленных в морозильной камере или на улице в холодное время года. При замораживании вода расширяется, а кристаллы льда разрушают клеточные мембраны. Этой проблемы можно избежать, если своевременно начать прикладываться к стеклоомывателю автомобиля. Содержащийся внутри антифриз понижает температуру замерзания воды, благодаря чему она не кристаллизуется даже при самых низких температурах. Рыбы, живущие в Антарктике, уже давно освоили этот трюк. Из-за содержания соли в Южном океане вода в этом районе замерзает уже при -2 °C. Впрочем, в организме самих животных содержание соли гораздо ниже, потому что они активно ее выделяют. В результате при такой температуре окружающей среды их тела вмиг окоченели бы, так что для приготовления замороженного полуфабриката «Captain Iglo» осталось бы только собрать их замерзшие трупики с поверхности океана да запанировать. Поэтому рыбы вырабатывают белок, который, действуя подобно антифризу, защищает их от образования кристалликов льда внутри клеток.

Нам, теплокровным, такая роскошь недоступна, поэтому нам нужна наука, чтобы компенсировать свои недостатки.

Одним из самых влиятельных экспертов в области биологической защиты от замерзания является криобиолог (от греч. kryos — холодный) Грегори М. Фахи.

Криобиологу Грегори М. Фахи первому удалось охладить целый орган до температуры, подходящей для долговременного хранения без нарушения функциональности [87]. Для этой цели извлеченную почку кролика охладили до -135 °C. При этой температуре химические реакции настолько ослаблены, что вряд ли смогут разрушить что-то даже за тысячи лет. Исследователи, конечно, не хотели ждать так долго, поэтому аккуратно разморозили почку, смыли использованное средство от замерзания и вернули орган кролику. Почка и вправду начала снова выполнять свою работу, что позволило животному вести относительно нормальную жизнь. Если бы при экстремально низких температурах в почке образовались кристаллы льда, кролику с тем же успехом можно было бы имплантировать кусок мягкой колбасы. Поэтому пришлось принять меры предосторожности для предотвращения фактического замораживания и сопутствующей кристаллизации. Для этого орган был витрифицирован (от латинского vitrum — стекло).

Витрификация — это процесс, при котором жидкое вещество становится все более вязким по мере понижения температуры, пока в какой-то момент не станет полностью жестким без образования кристаллов.

При классической кристаллизации хаотически перемещающиеся молекулы жидкости занимают фиксированное положение в кристаллической решетке[17], как только температура опускается ниже определенной точки. При витрификации же, наоборот, когда температура понижается, движение молекул замедляется, но частицы при этом не образуют кристаллическую решетку. Это похоже на мед, который в замерзшем состоянии течет довольно медленно, а летом при 30 °C чуть ли не выпрыгивает из стеклянной банки. Само стекло представляет собой похожий материал, который при комнатной температуре кажется твердым, как кристалл, но на самом деле остается необыкновенно вязким веществом.

Тот факт, что витрификация может сохранять функциональность человеческих клеток, можно наблюдать на примере искусственного оплодотворения.

Эмбрионы хранятся при самых низких температурах, после чего их можно оживить даже через несколько лет, а потом имплантировать в организм женщины, где они смогут развиваться и впоследствии стать полноценными людьми.

Для крошечных эмбрионов, состоящих из нескольких клеток, это работает очень хорошо, но проделать такое с целым млекопитающим уже более затруднительно. Чтобы почка кролика перенесла такую экстремальную температуру и осталась относительно неповрежденной, ее пришлось прополоскать в смеси витрифицирующих веществ, получившей название М22. Таким образом, почка при температуре -135 градусов Цельсия пришла в кристально чистое, подобное стеклу состояние.

Давайте же наконец перейдем к интересному вопросу: можно ли будет в скором времени проделать такое со своим мозгом, чтобы сохранить собственные мысли? В конце концов, мы все хотим, чтобы следующие поколения узнали из первых уст о том времени, когда покемонов было всего 151.

И как мы вообще поймем, что мысли и воспоминания живого существа не были утеряны в процессе криоконсервации? В конце концов, нейронные связи — настолько хрупкие конструкции, что могут быть повреждены во время грубого процесса консервации. Чтобы проверить это, исследователи использовали червя-нематоду С. elegans. Они научили крохотных зверюшек реагировать на горький запах, напоминающий миндаль. Впоследствии животных заморозили, применив витрификацию. После оттаивания витрифицированные черви помнили заученный запах так же хорошо, как и животные, которых не подвергали замораживанию. Это был первый случай, доказавший, что при консервации воспоминания сохраняются.

Одна из серьезных проблем, связанных с витрификацией, заключается в том, что некоторые ткани не поглощают средство, предохраняющее от замерзания, достаточно эффективно. Это сильно затрудняет консервацию всего организма целиком. Но если вас интересует только фундамент наших мыслей, наш мозг и связанная с ним нервная система, то вам повезло. Наш мыслительный орган потребляет огромное количество энергии, и по этой причине он густо пронизан кровеносными сосудами, в которые можно ввести витрифицирующий раствор.

Именно это Грегори М. Фахи и его команде удалось проделать с кроликом [107]. Через крупную артерию он ввел в мозг животного глутаровый альдегид. Это химическое соединение, сохраняющее жидкое состояние при комнатной температуре, используется в основном для дезинфекции. Но в нашем случае оно послужило связыванию белков в мозге, в результате чего молекулы белка образовали жесткую трехмерную структуру, подобно карточному домику, который опрыскали липким спреем для волос до такой степени, что его уже не получится сдуть. Все остается на своем месте, словно мозг пропитали гелем. Затем его обработали спиртом этиленгликолем, действующим как средство от замерзания, и охладили до температуры -130 °C. Обычно мозг начинает разрушаться через 30 минут после смерти. Пропитка глутаровым альдегидом помогает отсрочить этот процесс на несколько недель, а замораживание после обработки этиленгликолем добавляет к этому сроку еще несколько столетий.

Можно ли через много лет разморозить этот мозг и имплантировать его другому кролику? Само собой разумеется, но кролик сразу же погибнет. Из-за образования поперечных связей в белках любая надежда на биологическое возрождение органа напрасна. Зато этот метод позволяет с исключительной точностью сохранить синаптические связи. Один из исследователей, принимавших участие в эксперименте, сравнил его с книгой, заключенной в пластиковый блок. Ее больше нельзя открыть, но, если удастся доказать, что обработка не уничтожила буквы, значит, все слова, содержавшиеся в ней, все равно должны были остаться на своих местах. Ее можно долго хранить, а в один прекрасный день аккуратно разрезать на тонкие пластинки, отсканировать страницы и напечатать новую книгу с теми же словами.

Та же задумка стоит и за идеей консервирования мозга кролика глутаровым альдегидом. С помощью сканирующего электронного микроскопа можно было увидеть, что мельчайшие структуры законсервированного мыслительного органа, в том числе нейронные синапсы, прекрасно сохранились. Консервация действительно работала настолько хорошо, что в начале 2016 года исследовательская группа получила 25 % от премии «Brain Preservation Prize» за практически идеальное долгосрочное сохранение мозга млекопитающего.

Но для чего все это, если фрикадельку уже не разморозить? Цель сопоставима с книжной аналогией: сохранить структуру мозга настолько точно, чтобы ее можно было восстановить на компьютере. Для этого пришлось бы порезать орган, как кусок колбасы, на бесчисленные ломтики, отсканировать его электронным микроскопом и разместить структурные данные в будущем суперкомпьютере, чтобы симулировать целый мозг. Концепция называется «Синтетическое возрождение». Но тут следует учитывать, что в данном случае сегодняшний суперкомпьютер соответствует компьютеру для дома и офиса, который через десять лет будет выставлен на распродаже в сети магазинов Aldi. Можно ли вообразить такое, что мы получим возможность сохранять свой мозг в момент смерти, чтобы впоследствии воссоздать его на компьютере? Представьте себе, что у вас на чердаке есть коробка, в которой пылится коннектом вашей бабушки, сохраненный на USB-накопителе. Станут ли для нас привычными заявления типа, как «Ой, кажется, я установил „World of Warcraft“ поверх бабушкиного мозга»?

На сегодняшний день это похоже на научную фантастику, и если когда-нибудь и получится симулировать функциональный человеческий мозг, то на это потребуется какое-то время. Но лучшие нейробиологические модели нашего времени соответствуют утверждению, что наши воспоминания и мысли хранятся в синапсах наших нейронов. Техники консервирования уже сегодня используются для сканирования и последующего цифрового воссоздания нервных систем очень мелких животных, таких как рыбки данио-рерио или черви С. elegans. Эти сканы пока еще недостаточно сложные, чтобы передавать воспоминания организмов. Хотя несколькими главами ранее мы уже упоминали о роботе, который благодаря симулированному мозгу червя-нематоды ведет себя подобно маленькому зверьку.

В некоторых случаях было бы полезно иметь доступ к мыслям покойного. По крайней мере это сэкономило бы судьям кучу времени, потраченного на выслушивание споров о наследстве между скорбящими родственниками. Но неужели вы действительно хотели бы, чтобы ваши правнуки узнали, правда ли вам постоянно хотелось спать в период полового созревания или же дверь в вашу комнату была всегда заперта совсем по другой причине? Вот они, великие философские вопросы, которыми неизбежно начинаешь задаваться вместе с появлением новых технологий.

Я уверен, скоро возникнут компьютеры, которые будут обладать достаточной вычислительной мощностью, чтобы симулировать человеческий мозг.

Остаются открытыми вопросы о том, получится ли законсервировать человеческий мозг во всех важных деталях, являются ли микроскопические процессы достаточно подробными, чтобы с точностью воссоздать орган на компьютере, и действительно ли структура коннектома — это все, что лежит в основе наших воспоминаний.

Но даже если все эти препятствия будут устранены, а мысли человека после его смерти не исчезнут, это все равно не вернет того, кто уже отбыл в мир иной. Сообщения о людях, которые после смерти воскресли, не отличаются особой частотой, а из-за нескольких случаев, которые, как известно, являются слухами, некоторые люди разбивают друг другу головы. Что будет, если целый вид вдруг воскреснет? Можете себе представить, чтобы тираннозавры, сбившись в стадо, спорили о том, кто должен стать мессией, и показывали друг другу средний палец своими маленькими ручками? Желание пережить такое стало бы для меня самой лучшей мотивацией к тому, чтобы законсервировать свой мозг.



Читайте также

Комментарии (0)
avatar