В начале января модераторы онлайн-игры EyeWire, посвященной картографированию сетчатки человека с обозначением всех находящихся там нейронов и связей между ними (синапсов) силами добровольцев со всего мира, с гордостью заявили о завершении обследования 250-го нейрона. Учитывая, что таких нейронов в сетчатке больше миллиона, это достижение трудно назвать гигантским прорывом — скорее один из первых шажков по дороге «в тысячу ли». Дороге, которая должна привести нас к раскрытию тайн нашего мозга. И кто знает — может быть, даже к цифровому бессмертию.
Человек как набор нулей и единичек
Фантасты утверждают: если записать всю информацию, содержащуюся в человеческом мозге, то в принципе можно впоследствии перенести ее на другой носитель. Тем самым обеспечивается истинное бессмертие — пусть даже человек умер, пусть даже он будет умирать бессчетное количество раз, его личность сохранится в наборе нулей и единичек и всегда сможет быть восстановлена.
Превратить в быль эту странную сказку (или хотя бы подготовиться к этому) и пытается главный создатель EyeWire Себастьян Сеунг (Sebastian Seung). Бывший физик, а ныне нейробиолог из Принстона поставил перед собой невероятную по сложности и амбициозности цель: создать коннектом человеческого мозга — полную карту всех нейронов и связей между ними.
Вообще-то, коннектомами ученые занялись еще в 60-х годах прошлого века. Тогда будущий Нобелевский лауреат 2002 года Сидней Бреннер (Sidney Brenner), южно-африканский биолог, предположил, что поведение живого организма можно понять, составив полную карту его нервной системы. Он взялся за простейшую нервную систему круглого червя Caenorhabditis elegans (всего 302 нейрона, распределенных по всему телу), и, изучая один за другим его тонкие срезы, создал за два десятилетия полную нейронную карту. В 1986 году она была опубликована в Philosophical Transactions of the Royal Society of London, почтенном научном журнале, основанном еще Исааком Ньютоном. Номер вышел объемным, в 340 страниц, и с тех пор многие биологи называют его Книгой, причем не столько из-за фолиантной толщины, сколько из-за информации, которая там содержится, и сегодня, спустя почти три десятилетия, остается для исследователей сборником вопросов без ответа.
Фото: EyeWire
Известно, какие нейроны у C. elegans активизируются, чтобы червь пополз вперед или назад, но как червь запоминает? Где у него хранится память и как он вытаскивает из нее нужную информацию? Что из этих трех сотен нейронов и семи тысяч синапсов есть у всех червей, и какие изменения в их составе определяют извивающуюся личность? В общем, Сидней Бреннер со своим червем несколько опередил свое время — что уж говорить о Себастьяне Сеунге, взявшемся за коннектом из ста миллиардов нейронов и множества триллионов связей между ними!
Сказавшие «ом»
Термин «коннектом» возник в середине нулевых — по аналогии с геномом. В человеческом организме достаточно разных «омов». Всем известен геном — совокупность генов в нашей ДНК. Есть намного более сложная совокупность человеческих белков под названием протеом — с куда более обширным алфавитом, чем четыре буквы генома. Есть также производные от них — эпигеном, то есть совокупность, невообразимо более мощная, чем геном — список всех его возможных состояний с теми или иными включенными и выключенными генами. Можно упомянуть и фолдом (foldome) — совокупность всех вариантов сворачивания вышеупомянутых белков. Есть и еще, и наверняка, в ходе исследований образуются и другие.
Из всех этих «омов» человечеству пока удалось вскрыть только простейший — геном, спецификацию по созданию белков, объемом примерно в 20 тысяч страниц (генов), исписанных текстом из четырех букв. Но в истории исследования генома и коннектома, несмотря на всю их несоразмерность, уже прослеживаются некоторые аналогии.
Крейг Вентер
Фото: David S. Holloway / Getty Images / AFP
Геном человека удалось прочитать (секвенировать) громадному консорциуму из крупнейших биолабораторий мира, затратив на это десяток лет и столько же миллиардов долларов. Однако первый черновой вариант генома буквально на несколько месяцев раньше консорциума представил миру «человек со стороны», Крейг Вентер (John Craig Venter), сумевший за два года прочитать собственную ДНК с помощью созданной им компании «Селера» и сверхбыстрых секвенирующих машин из Европы. Ветеран войны во Вьетнаме, повеса и фанат виндсерфинга, Вентер бросил все и занялся наукой, мечтая о расшифровке генома. Однако грантов под его проекты не дали, и в благородную компанию «Геном человека» не приняли. Тогда Вентер решил обойтись без государственных субсидий, нашел частных инвесторов и стал один за другим читать геномы микробов. Потом прилюдно заявил, что обгонит «Геном человека» — и сделал это!
Было бы большим преувеличением назвать Себастьяна Сеунга человеком со стороны, но и он испытал на собственной шкуре все прелести судьбы изгоя. В свое время он круто поменял жизнь, оставив блестяще развивавшуюся карьеру физика ради исследований мозга. Здесь все шло уже не так блестяще, и хотя карьера биолога постепенно складывалась, попытки теоретически понять хоть что-нибудь в мегазагадке под названием «мозг» ни к чему не приводили. К 2005 году ученый впал в настоящую депрессию. «Мне казалось, что никогда не удастся проверить экспериментально, какая из теорий верна», — вспоминает он.
Сеунг в своей лаборатории
Фото: Jim Davis / The Boston Globe via Getty Images / Fotobank
И снова крутой поворот — Сеунг уехал из Кембриджа в Германию, чтобы разрабатывать для микроскопов программное обеспечение с элементами искусственного интеллекта, позволяющее сравнивать одновременно миллионы снимков.
В Кембридже поговаривали, что Сеунг «слетел с катушек»: он лишился доверия коллег, потерял гранты. Тем временем идея с программой обработки снимков понемногу реализовывалась, обозначился успех, но Сеунгу все равно не верили.
В конечном счете к анализу коннектомов — сначала мышиной сетчатки, а потом и человеческой — Сеунг подключил тысячи геймеров-добровольцев, пригласив их в игру EyeWire. А в 2013 году подоспел многомиллиардный проект президента США Барака Обамы BRAIN, где исследование коннектома человека признавалось одним из приоритетов и на эти цели выделялось 3 миллиарда долларов. По плану предполагается через десять лет создать подробную трехмерную карту для мозга дрозофилы, имеющего 130 тысяч нейронов, а спустя 15 лет достичь уровня, позволяющего наблюдать за работой мозга аквариумной рыбки данио-рерио или некоторых областей коры мозга у мышей.
Сейчас Сеунг на коне: он работает в Принстоне, где возглавляет элитный проект по коннектому дрозофилы. Однако ученый снова близок к депрессии. Он считает, что родился чересчур рано. Он понимает, что хотя путь к человеческому коннектому более или менее ясен, это действительно очень длинный путь, и вряд ли цель достижима при его жизни, а стало быть, цифрового бессмертия, о котором Сеунг последние годы много говорил и писал, он человечеству не подарит.
А был ли мальчик?
Кстати, в плане Обамы о цифровом бессмертии ни слова. Там цели более реалистичны: разобраться, как работает мозг, и разработать новые методы лечения разных болезней. Да и возможно ли оно в принципе, это цифровое бессмертие?
Согласно Сеунгу, коннектом — это и есть наш мозг, разум, наша личность, наши мысли и устремления, наши пороки и добродетели. Но многие в этом сомневаются. По мнению скептиков, коннектом — это дом, где живет человек, которого мы хотим понять, дом с его окнами, этажами, подвалами, чердаками, коридорами, окнами, балконами, мебелью, вещами, деньгами в заначках, паспортами, фотоальбомами, старыми и новыми письмами… Словом, это все, что говорит нам о человеке, но только не он сам.
К тому же возникает проблема точности, требуемой для копирования коннектома. Об этом задумывался писатель Хорхе Луис Борхес еще в 1946 году. В его рассказе «О строгой науке» картографы создали точную карту своей империи в масштабе один к одному. Кому нужна такая карта? В другом рассказе Борхес возвращается к теме картографов и вспоминает британского философа Ройса, утверждавшего: «Вообразим себе, что какой-то участок земли в Англии идеально выровняли и картограф начертил на нем карту Англии. Его создание совершенно: нет такой детали на английской земле, даже самой мелкой, которая не отражена в карте, здесь повторено все. В этом случае подобная карта должна включать в себя карту карты, которая должна включать в себя карту карты карты, и так до бесконечности».
Иными словами, при копировании карты коннектома где-то придется остановиться — в ущерб точности. И даже если когда-нибудь идеи Сеунга воплотятся в реальность, то скопированный разум будет отличаться от оригинала, каждый раз отходя от него все дальше и дальше. И это будет уже совсем другое бессмертие — приблизительное.