Сделают ли нас бессмертными компьютерные модели мозга?

В одной из пещер Астурии (регион на северо-западе Испании) есть наскальный рисунок мамонта с яркой деталью — большим красным сердцем. Это произведение искусства, которому по меньшей мере четырнадцать тысяч лет, скорее всего, изображает жертву успешной охоты. Испокон веков главными отличиями живого существа от куска мяса служили пульс, дыхание и сердцебиение.

Представление о связи между органами, отвечающими за эти процессы, и жизнью особи постепенно менялось. С одной стороны, мы все больше узнавали о мозге и его роли в деятельности организма, а с другой — научились, например строить аппараты жизнеобеспечения для управления сердцем и легкими. Сегодня жизнь и смерть различают по наличию или отсутствию мозговой активности. Это логично, поскольку, в отличие от других органов, мозг не только сигнализирует о жизни, но определяет вас как личность — ваши память, знания и субъективное восприятия мира.

Что такое коннектом?

Чтобы понять, как человеческая индивидуальность обеспечивается деятельностью мозга, нам нужно разобраться в его структуре на уровне связей между отдельными нейронами. Понимание биологической структуры помогло раскрыть природу самых разнообразных форм жизни. Например, растения очень многим обязаны широте своих листьев, которые идеально подходят для преобразования световой энергии в химическую. Схожим образом глаз — будь то глаз человека или насекомого — превращает свет из окружающей среды в электрические сигналы в нервной системе. Эти импульсы несут информацию о состоянии окружающей среды.

Но взаимосвязь между структурой и функциями мозга все еще остается загадкой. Она несравненно сложнее, чем у других органов, которые выполняют конкретные функции. Глаза, сердце или руки можно пересадить или заменить техническим приспособлением. Но трансплантация мозга, даже если бы она была возможна, попросту бессмысленна — она бы просто поменяла реципиента и донора местами. Сама идея подобной операции абсурдна.

Структура мозга новорожденного во многом определяется его уникальным генетическим кодом и условиями жизни в утробе матери. По мере того, как человек взрослеет, приобретенный опыт преобразует нейронные связи: в разных областях они могут разрастаться с разной скоростью. Одновременно с этим изменяется прочность уже существующих связей. Особенно наглядно эти процессы можно проследить у близнецов, чьи мозги поразительно похожи при рождении, а затем накапливают множество отличий.

В процессе развития нейронных связей формируется память — настолько важная для всей нашей нервной системы функция, что она неявным образом проявляется во всех аспектах работы нашего сознания. Даже неосознаваемые нами навыки, которые необходимы, например, для езды на велосипеде, произнесения слов или ходьбы, требуют памяти.

Кажется невероятным, что люди, которые перенесли тяжелое переохлаждение и несколько часов провели в состоянии клинической смерти (когда отсутствуют сердечная и мозговая активность), могут достичь полного выздоровления. Этот факт демонстрирует, что электрическая активность нейронов сама по себе не является ключевым фактором в способности к памяти.

Несмотря на то, что некоторые анатомические области мозга, по всей видимости, действительно выполняют более-менее определенные функции, память человека не формируется и не хранится в какой-либо из них. Такие структуры, как миндалевидное тело и гиппокамп, играют важную роль в работе памяти, но сводить ее к ним — все равно что слушать Пятую симфонию Бетховена с одними струнными (та-да-да-дам!).

Нас самом деле активность, связанная с памятью, охватывает всю соединительную структуру мозга, так называемый коннектом. Коннектом включает в себя все нейроны и связи между ними — синапсы. Ученые утверждают, что, в сущности, человек — это его коннектом.

Таким образом, чтобы понять, как коннектом обеспечивает работу памяти, нужно целиком воспроизвести структуру мозга. Но учитывая всю сложность нейронных связей, отслеживание нейронной проводки в таком масштабе — непростая задача. В кубическом миллиметре мозговой ткани содержится около 50 000 нейронов и 130 миллионов синапсов. А весь человеческий мозг имеет размер более 1 миллиона кубических миллиметров и содержит около 86 миллиардов нейронов, что почти не уступает количеству звезд в нашей галактике.

Но наиболее релевантный для наших задач параметр — количество синаптических связей, которое составляет 100 триллионов. И чтобы узнать, какая именно мозговая активность участвует в формировании памяти и усваивании опыта, необходимо определить все возможные пути, по которым нейронные сигналы могут проходить через эти связи.

Точная модель нервной системы способна объяснить поведение

По мнению Джеффа Лихтмана, нейробиолога из Гарвардского университета и новатора в области коннектомики, польза от воспроизведения полного коннектома человека будет огромной. Мы сможем, например, изобрести эффективные методы лечения нейрокогнитивных расстройств, таких как шизофрения или аутизм — проблемы, которые, как считается, вызваны неправильным соединением нейронов, хотя мы до сих пор не знаем, каких именно.

Лихтман сравнивает коннектомику с геномикой: получение полного коннектома человека аналогично получению полного генома — оно приведет к целому ряду открытий, которые мы пока что даже не можем представить.

Модели коннектомов различных животных уже помогли науке продвинуться вперед. Например, исследователи из Института исследований мозга Аллена в США составили схему мышиного мозга — она показывает, как разные типы нейронов соединяют разные анатомические области. А ученые из исследовательского кампуса Джанелия в Медицинском институте Говарда Хьюза в Эшберне в сотрудничестве с учеными из Google составили карту центральной области коннектома плодовой мушки в масштабе отдельных нейронов — подвиг, на который потребовалось более двенадцати лет и более сорока миллионов долларов.

Еще в 1980-х годах ученые-новаторы составили полную карту коннектома круглого червя (Caenorhabditis elegans) со всеми его 302 нейронами и около 7600 синапсами — их работа давала почву для исследований на протяжении многих лет. Сложное моделирование активности коннектома круглого червя выявило паттерны нейроактивности, лежащие в основе его извивающихся движений.

У многих видов животных запоминание и воспроизведение каких бы то ни было упорядоченных последовательностей достигается благодаря синхронизации и координации нейронных сигналов между, на первый взгляд, далекими областями мозга. Например, когда молодые птицы разучивают свои песни, их мозг извлекает, кодирует и сохраняет в различных нейронных цепочках звуковые паттерны, которые они слышат от других птиц. Эти цепочки в свою очередь активируют последовательности мышечных движений, которыми воспроизводятся запомненные звуки. В настоящее время проводится более двадцати исследований взаимосвязей между человеческими коннектомом и памятью. Многие из этих исследований курируются Координационным центр коннектома Национальных институтов здоровья США.

Чтобы смоделировать мозг, его нужно сперва убить

Чтобы создать модель коннектома животного, его мозг должен быть извлечен, тонко нарезан и удержан от распада специальным веществом — фиксатором, например, формальдегидом. Только после этого возможен структурный анализ и поиск связей между отдельными нейронами. Свойства каждого нового среза регистрируются с помощью различных методов микроскопии. И уже затем паттерны электрического потока классифицируются по различным типам нейронов и по связям, которые они возбуждают или подавляют. Крайне важно законсервировать извлеченный мозг в неприкосновенном виде, чтобы его сложная структура не потерпела ущерба.

Сохранить человеческий мозг с неповрежденным коннектомом пока не удается: он слишком быстро разрушается после смерти.

При остановке кровотока, насыщающего клетки кислородом, происходит заметное снижение метаболизма, и всего за пять минут мозг может быть необратимо поврежден.

Итак, чтобы сохранить точную структуру всего коннектома, нужен метод, при котором каждый нейрон и каждое из его синаптических соединений останутся на своих местах — и так для 100 триллионов связей.

Если в самом деле вы — это ваш коннектом, в структуре которого отпечатаны все ваши воспоминания и сущность, то его консервация позволит уберечь от распада и ваше коннектомическое «Я».

Следовательно, сохранение коннектома гипотетически может означать бессмертие.

В 2010 году группа нейробиологов объединилась вокруг общего интереса к этой идее, создав «Фонд сохранения мозга» (Brain Preservation Foundation). Президент и соучредитель BPF — старший научный сотрудник исследовательского кампуса Джанелия Кеннет Хейворт. Он надеется привлечь ученых к тому, чтобы сделать сохранение мозга опцией для пациентов с неизлечимыми заболеваниями: «Я знаю человека, который умирает в больнице, и сейчас у него просто нет выбора», — сказал он. «Если никто не будет поддерживать испытание этой процедуры, мы не сможем ее в полной мере разработать… Я бы хотел, чтобы у меня была возможность сохранить мозг, если я столкнусь с неизлечимой болезнью».

Вскоре после создания BPF начала предлагать вознаграждение в размере $100000 за открытие новых методов сохранения коннектомов (деньги были пожертвованы израильским предпринимателем и игроком в покер Сааром Вильфом): по призу за сохранение мозга мелких и крупных млекопитающих. После подготовки подробных руководств по оценке целостности мозга, включающих сканирование с помощью электронной микроскопии на молекулярном уровне, эта чрезвычайно сложная задача была предложена любому, кто готов за нее взяться.

Если она кому и под силу, так это крионическому сообществу, которое посвятило себя криоконсервации, то есть замораживанию неизлечимо больных людей (или их мозга) в жидком азоте сразу после смерти — в надежде, что они будут возвращены к жизни и излечены в будущем. Хейворт хотел, чтобы денежный приз побудил крионистов продемонстрировать эффективность своих методов консервирования: «Премия должна была мотивировать людей, предлагающих подобные услуги показать, на что они способны, или умолкнуть».

Оба приза выиграли ученые из частной калифорнийской криобиологической исследовательской компании 21CM, занимающиеся сохранением замороженных образцов — они законсервировали неповрежденные коннектомы кролика и свиньи.

Грег Фэйи, основатель 21CM и опытный криобиолог, разработал инновационную технологию вместе с Робертом Макинтайром, выпускником Массачусетского технологического института (MIT). Их метод называется криоконсервацией на основе альдегида и основан на быстродействующем фиксаторе — глутаровом альдегиде (раньше его использовали как дезинфицирующее средство). В сочетании с другими химическими веществами он приводит мозг в стеклообразное состояние — отсюда и более простое название процесса — витрификсация, то есть превращение в стекло.

Коннектомы остаются неповрежденными после криогенного замораживания до температуры −135 °C. При такой температуре все метаболические и биологические процессы замедляются до такой степени, что образцы можно хранить на протяжении условно неограниченного времени, потенциально — в течение сотен (если не тысяч) лет без каких-либо признаков гниения.

Так что если идеи о коннектомном «Я» и ключевой роли памяти в личности человека верны, то витрификсация, возможно, позволит законсервировать сознание на неопределенный срок.

Заморозка и пересадка личности

Макинтайр убежден, что очень важно сохранить не только физические структуры мозга, но и саму память, которая в них содержится. Ведь человеческий прогресс основан на передаче информации во времени и предполагает развитие способов этой передачи.

Появление устного языка, а затем письменности были важнейшими вехами на этом пути. «Представьте себе, что вы вернулись в дописьменную эпоху и сообщили нашим предкам, что однажды все их слова можно будет превратить в резные фигурки на камне, которые сохранятся на многих протяжении веков, чтобы кто-нибудь в далеком будущем смог их повторить? Они бы вам не поверили!» — считает Макинтайр.

Макинтайр вдохновился идеей научиться с помощью нейробиологии извлекать воспоминания непосредственно из мозга — ведь он содержит гораздо больше информации о переживаниях и событиях, чем любые другие формы ее хранения — такие как текст, аудио или даже видео.

Слушая записи, на которых его бабушка рассказывала о путешествии в крытом фургоне из Оклахомы в Техас, Макинтайр задумался, можно ли каким-то образом извлечь подобное воспоминание из мозга? Он мечтал получить «живое воспоминание»: перспективу от первого лица и ощущение реального присутствия. Такую информацию невозможно передать через учебник истории, потому что в нем теряется личный опыт, переживание конкретного человека в конкретной ситуации.

Будучи студентом, Макинтайр посетил лабораторию нейробиологии, где исследователи назвали его идею сумасбродной и невозможной. После этого он решил подойти к этой проблеме с помощью искусственного интеллекта. Он защитил курсовую работу в Массачусетском технологическом институте, а в 2014 году переехал вместе с отцом в хижину в глуши, чтобы закончить диссертацию. Однажды отец спросил его, есть ли другие способы сохранения воспоминаний, кроме использования искусственного интеллекта. Они пришли к выводу, что лучшее решение — оставить создание невообразимых пока технологий будущим поколениям, а сейчас сосредоточиться на носителе воспоминаний — коннектоме.

Если в нем хранятся воспоминания, которые можно пережить заново, его значение трудно переоценить. Можно, например, читать о мировых войнах в учебниках или мемуарах, но эти формы передачи информации не способны сообщить то же, что живые воспоминания. Макинтайр считает, что, обогатившись ими, человечество приобретет достаточно рассудительности и предусмотрительности, чтобы свернуть со скользкого пути, ведущего к гибели.

Благодаря витрификсации наконец-то появился метод консервации человеческой памяти, хранящейся в коннектоме. Но, к сожалению, фиксирующее средство, используемое при витрификсации, ядовито для организма: невозможно увековечить воспоминания, не убив их носителя.

Если вам все же предстоит пройти эту процедуру, события будут развиваться следующим образом. Едва погаснет ваша последняя мысль, вас введут в состояние глубокого наркоза. Врачи вскроют вам грудную клетку и подключат артерии к перфузионному аппарату, через который вас накачают глутаровым альдегидом — он проникнет в капилляры мозга и прекратит всю метаболическую активность, почти мгновенно убив вас. В это время соединяющиеся белки превратят ваш мозг в прочную и долговечную сеть. Затем его перфузируют антифризом, чтобы предотвратить повреждение от последующего извлечения и замораживания на неопределенный срок.

Вопрос в том, стоит ли овчинка выделки. Ведь «лечение» (смерть) хуже изначальной проблемы — потери «живой памяти».

Тем не менее и Хейворт, и Макинтайр считают, что витрификсация, хоть и фатальна для биологического мозга, сможет обеспечить людям определенный вид бессмертия, если будет найден способ отсканировать личность с коннектома, а затем каким-то образом перенести на искусственный носитель, который заменит мозг с функциональной точки зрения.

Полная эмуляция мозга и цифровое бессмертие

Для воскрешения сознания из консервированного коннектома необходимо, чтобы искусственная среда точно воспроизводила паттерны нейронной активности, которые поддерживают память, идентичность и опыт.

Эта задача называется эмуляцией мозга.

Вопрос заключается в том, должен ли мозг состоять только из биологического материала? Если работа ума представляет собой сеть связей, разве он не может быть воспроизведен при помощи другой субстанции?

Хотя наука эмуляции находится в зачаточном состоянии, какие-то достижения она уже успела продемонстрировать — в частности, использование цифровых информационных пространств для эмуляции мозговой активности. Современные нейроинтерфейсы позволяют силой мысли управлять работой протезов. Более того, существуют настоящие нейронные протезы, которые напрямую заменяют клетки мозга, что лишний раз иллюстрирует, что форма элемента системы вторична по отношению к его функции.

Но как именно можно эмулировать настолько сложный объект, как мозг?

В последнее время развиваются два подхода. Первый и самый популярный заключается в создании цифровой модели коннектома и его активности на молекулярном уровне. Такая грандиозная симуляция будет настолько полна и точна, что начнет проявлять эмерджентные характеристики личности, памяти, сознания, мыслей и чувств, как это происходит с человеческим мозгом.

Работа такой модели будет продуцировать нечто подобное субъективному опыту живого человека, чье сознание, по современным представлениям естественников, — эмерджентное свойство мозга. В будущем это предполагает возможность жизни в виртуальном мире, где все эмулированные разумы смогут взаимодействовать и перемешиваться.

Второй подход предполагает трансплантацию эмулированного мозга в искусственное тело. В этом случае рукотворный разум сможет существовать в реальном мире, будучи вживленным в полностью синтетическую субстанцию.

Трудные проблемы копирования сознания

Но возможно, что безжизненный застекленный мозг — это все, что крионика может сохранить. А даже если ей удастся создать из него полную эмуляцию с теми же воспоминаниями, идентичностью, чувствами и субъективным «Я», что было у носителя мозга, это существо вряд ли можно будет назвать тем же самым человеком — это будет лишь его точная копия.

А если сделать несколько копий, какая тогда будет настоящей? Все? В таком случае воспоминания, идентичность и субъективный опыт похожи на ноты, которые можно сыграть на любом инструменте.

С другой стороны, личность можно определять как непрерывный процесс, а не набор характеристик. В старости вы — лишь частично тот же человек, каким были в молодости, но не существует такого переходного момента, когда «Я» молодого человека умирает, и ему на смену приходит какое-то другое.

Мы должны ответить на вопрос: ограничено ли наше существование теми самыми молекулами, из которых в данный момент состоит наше тело?

По мере того как мы исследуем сознание и коннектомы, наши представления о них могут кардинально измениться. Во время бесед и с Лихтманом, и Хейвортом, и Макинтайром я слышал одну и ту же мысль: сейчас мы только мечтаем о возможности воскрешения мозга, но когда эта задача будет решена, культура и технологии сильно изменят форму, которую примет бессмертие.

Как и Лихтман, называющий себя «презентистом» в пику футуризму, Макинтайр проводит аналогию с открытием ДНК: «Когда семьдесят лет назад ее обнаружили, никто не знал, что с ней делать, но сейчас…» Хейворт считает, что ждать прорывов в ближайшее время не стоит, но также добавляет: «Человечество в конечном итоге преуспеет в понимании мозга и в разработке необходимых технологий для сканирования и симуляции».

Такие далеко идущие перспективы влекут за собой большую ответственность.

Потенциальная возможность избежать смерти с помощью витрификсации поднимает многочисленные этические вопросы: будет ли процедура доступна для всех желающих или же станет привилегией богатых? Как защитить свои воспоминания от внешнего вмешательства, уничтожения или кражи? Кто будет ими владеть? Кто и при каких обстоятельствах может получить к ним доступ?

Консервирование мозга как дорогое развлечение

Одна идея на этот счет вряд ли вызовет возражения: прежде всего необходимо сделать витрификсацию доступной неизлечимо больным пациентам. Макинтайр и его бывший сосед по студенческому общежитию Майкл Макканна после выигрыша $100 000 основали весьма скандальный венчурный стартап — банк мозга под названием Nectome. Его основная цель, как указано на сайте компании, — архивировать человеческую память. На данный момент Nectome собрал более $1 000 000 инвестиций и получил федеральный грант в размере $960 000 от Национального института психического здоровья США на «сохранение и визуализацию мозга в наномасштабе». В федеральном гранте прямо упоминается «коммерческий потенциал услуг по сохранению мозга».

У Nectome уже есть список из как минимум тридцати сторонников, каждый из которых пожертвовал $10 000. Процедура витрификсации, никогда прежде не применявшаяся к мозгу живого человека, технически легальна в пяти штатах США — благодаря действию законов об эвтаназии с врачебной помощью для неизлечимо больных.

Единственная витрификсация человека в Nectome была произведена с головным мозгом пожилой женщины: операцию сделали всего через два с половиной часа после ее смерти, в результате чего был получен один из наиболее хорошо сохранившихся мозгов в мире.

Неудивительно, что вокруг Nectome возникли серьезные разногласия. В СМИ эти пожертвования неправильно истолковываются как депозиты для суицидальных процедур, что Макинтайр категорически отрицает: «Эти люди просто решили спонсировать проект на раннем этапе. Мы не предлагаем никаких услуг по сохранению мозга». Тем не менее, реагируя на общественные дискуссии, в 2018 году MIT прекратил сотрудничество с Nectome в области нейробиологии.

Но не стоит надеяться, что можно обрести бессмертие, просто став клиентом Nectome. Тождество нашего «Я» и коннектома — пока только гипотеза. И может быть, мы никогда не сможем выяснить, способно ли сознание существовать в искусственном теле. Что если витрификсация окажется лишь изощренным и чрезвычайно затратным способом самоубийства?

«Никто не должен спешить консервировать свой мозг, пока нет гарантии, что это будет работать», — заявляет Хейворт. По его словам, он просто хочет способствовать развитию науки. «Возможно, это не сработает, но люди же умирают. Уже доказано, что витрификация надежно сохраняет именно те структуры и молекулы, благодаря которым, по мнению современной нейробиологии, существует личность. Следовательно, у неизлечимых пациентов должна быть возможность воспользоваться этим шансом, если они того пожелают».