Inženýrství mozku

V minulém století došlo k velkému pokroku v našem chápání těch aspektů neurálních výpočtů, které lze studovat pomocí experimentů na jedné nebo několika buňkách – například jak synapse umožňují neuronu mluvit s jedním ze svých sousedů. Ale jevy, které přiměly mnoho neurovědců k zájmu o mozek na prvním místě – učení, emoce, vědomí a záhadné poruchy, jako je deprese a schizofrenie – je stále obtížné vysvětlit pomocí experimentů na jedné nebo dokonce několika buňkách. Tisíce nebo miliony buněk, které pracují jako celek, jsou zodpovědné za prakticky veškeré naše chování, stejně jako za jeho poruchy.

Kvůli složitosti nervových obvodů zůstává praxe systémové neurovědy krásným uměním. Kromě jediného neuronu zůstávají výpočetní detaily pro většinu nervových okruhů v mozku zamlžené.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z března 2007

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Než jsem se stal neurovědcem, vyučil jsem se fyzikem a inženýrem. Rozhodl jsem se tedy, že zkusím vymyslet nástroje, které pomohou vyřešit staré, nepoddajné problémy normálního a patologického mozku. Spustil jsem novou výzkumnou skupinu v MIT Media Lab za účelem vývoje technologií pro řízení neuronální aktivity a jejich použití k nalezení a konstrukci obvodových prvků zprostředkovávajících specifické stavy a chování. Tyto technologie také použijeme k vymýšlení cílenějších a neinvazivních strategií pro nápravu mozkových poruch. Tyto snahy mohou neurovědcům umožnit lépe porozumět souvislostem mezi aktivitou nervového obvodu a stavy, jako je deprese (viz Neuron Control).

V roce 2005 se mi spolu se svými kolegy z Biofyzikálního institutu Maxe Plancka a Stanfordské univerzity podařilo způsobit, že specifické neurony vystřelí špičky přesně v reakci na krátké pulsy modrého světla tím, že se v neuronech exprimuje jedinečný membránový protein ze zelené řasy (viz Artificially Fireing Neurons, září/říjen 2006). Moje laboratoř vyvíjí automatizované protokoly pro použití této techniky a dalších nástrojů neurální kontroly, které vynalézáme, abychom systematicky odhalovali vzorce aktivity a chování obvodu, které jsou zprostředkovány konkrétním neuronem nebo sadou neuronů. Zkoumáme také systematické používání technologií neurální kontroly k nápravě neurologických a psychiatrických deficitů a ke zlepšení kognice.

Náš mozek je konečným rozhraním mezi námi a světem. Přímé inženýrství tohoto rozhraní nám může poskytnout nový pohled na to, jak cítíme vjemy, jak se rozhodujeme o akcích a jak si uvědomujeme sami sebe – a umožňuje nové způsoby komunikace, neurální protézy a kognitivní augmentace. Otázka, jak subjektivně prožíváme realitu, je jedním z největších nevyřešených problémů všech dob a bude vyžadovat nové nástroje a spolupráci napříč obory. Věřím, že v tomto hledání budou dovednosti a úsilí neuroinženýrů zásadní.

Edward Boyden je odborným asistentem na MIT Media Lab, kde vede novou laboratoř Neuroengineering and Neuromedia Lab.

skrýt