Anonim

Spojení, fyzická mapa osobnosti a vzestup kryoniky s vysokým rozlišením

ScienceFeature

Loz Blain

3. dubna 2018

3 obrázky

Connectome je fyzická mapa vaší mozkové neuronální struktury. Pokud ji můžeme plně zachytit, mapovat jej a nahrát ho do superpočítače, je to dost, abyste vytvořili simulaci, která zahrnuje vaše myšlenky, vzpomínky a chování? (Kredit: kiss777 / Depositphotos)

Jaká je podstata člověka? Je to hluboká otázka na úterý. Zatímco téměř nic není známo o samotném vědomí, věda otevřela drobné dveře do toho, jak funguje mozku. A ať už jste biologický esenter, který věří, že celá vědomost je zakotvena v mozku nebo v nějakém druhu spiritismu, který vidí vědomí jako něco odděleného a ne z tohoto letadla, které řídí, pozoruje a pracuje s mozkem, je jasné, že mozok je zodpovědný za množství věcí, které vás činí, kým jste.

Vzpomínky, například. Svalové vzpomínky. Vzory myšlení, které se časem stávají čím dál víc opotřebené, dokud nebudou standardní. Spojení mezi věcmi. Funkční reprezentace věcí, konceptů, nápadů, lidí. Ať už je to duše, ducha, nebo oddělené vědomí, co se týká nebo ne, tyto vzpomínky a spojení se zdají existovat na fyzické úrovni v mozku.

A co existuje na fyzické úrovni, by transhumanisté říkali, mohou být zachráněni po smrti a znovu animováni v určitém okamžiku nebo v nějaké formě. Kolekce kryokonce, v níž jsou po smrti zmrzlé plné těla nebo jen mozky, aby zachovaly co nejvíce této vzácné myšlenkové tkáně, s nadějí, že jedinci mohou být jednoho dne přivedeni zpět k životu.

Jaké fyzické struktury se přesně snažíme zachovat a současně ji zachovávají současné kryokonzervační techniky?

Seznamte se s připojením

Connectionome je v podstatě schéma zapojení mozku. Je to fyzická mapa všech neuronů v mozku - nebo dokonce celého nervového systému - a synaptických spojení mezi nimi.

A to je něco, co fyzicky vidíme pomocí různých zobrazovacích technologií v řadě různých stupnic. Vezměte kostku mozkové hmoty, nakrájejte ji jemně a pak vytvořte 3-D model krychle a začnete vidět ohromující fyzickou složitost, kterou vyžaduje i ten nejjednodušší mozek bezobratlých.

V makro měřítku se husté neuronové větve nakloní a propletnou s nespočtem dalších. Tvary jsou nekonečně složité - představte hustě nabitou mísu špaget, ale s každým pramenem změňte svůj tvar, tloušťku a 3-D geometrii celou cestu dolů, aby se přizpůsobily jiným pramenům a spojte se s nimi několikrát.

Čím více přiblížíte, tím složitější věci se stávají, protože menší a menší neurony se odvíjejí od větších, spojují se s ostatními všech velikostí na specifických místech nazývaných synapse, kde mohou být informace vyměňovány ve formě neurotransmiterů a elektrických impulzů.

Je to kolosální zjednodušení, teorie však spočívá v tom, že každá z těchto cest, se všemi svými dotykovými body, větvemi a spojeními s jinými cestami, může představovat myšlenku, paměť nebo akci. Čím víc to uděláte, nebo si to myslíte, tím větší a silnější je cesta. Čím víc se o ní dozvíte, tím více fyzických spojení se tvoří s jinými neurony a procesy, dále budováním vaší mapy porozumění.

Tak se mapa mozku mění v průběhu času, neustále posiluje některé cesty, zatímco ostatní jsou ponechány umřít z nepoužívání. Mohli bychom být v jistém smyslu vězni našich spojů v tom, že přesně určují, z jakých myšlenek se vynoří situace. Ale pouhým samotným myšlenkovým činem máme schopnost opětovně propojit se do značné míry, rozšířit některé cesty a umožnit ostatním, aby upustili. Čím více si něco myslíte nebo děláte, tím víc se stane fyzická část vašeho mozku - a je to jen tak možné nechat části atrofovat, pokud je ignorujete.

A zatímco nemáme doslova ponětí, jak oddělit funkci od těchto nekonečně složitých forem, zdá se být fyzickým projevem toho, jak věříme, že věci jako paměť, chování, osobnost a porozumění by mohly fungovat. Teoreticky, pokud byste mohli naprosto mapovat propojování jednotlivce a pochopit, které bity dělaly to, mohli byste sestavit kompletní model, který by předpovídal, co by tato osoba myslela, řekla a dala s ohledem na řadu okolností.

Kde se nachází výzkum v této oblasti?

V současné době je možné pomocí různých typů zobrazování MRI (funkční a difúzní) mapovat některé z těchto věcí na makro úrovni u živých subjektů.

To nám již začíná pomáhat porozumět určitým chováním a jevům; vědci se pokoušejí použít mapování difúze MRI k vysledování toho, jak věci jako deprese a úzkostné poruchy narušují zdravou funkci mozku. Výhody živého mapování jsou jasné - můžete získat předmět dělat nebo přemýšlet o věcech, sledovat, co se děje v mozku, a použít to, abyste vytvořili nějakou představu o funkci každé z oblastí, které můžete rozlišit.

Ale zatímco zobrazování pomocí MRI u živých subjektů je v krátkodobém časovém horizontu mnohem pravděpodobnější, technologie je příliš nízká, aby dosáhla konečného cíle úplné mapy lidského spojení. MRI může zvýraznit mozkové superhighways, ale nemůže se dostat dolů na úroveň chodníků a turistických stezek.

Chcete-li se dostat na buněčnou úroveň, což je konečný cíl, potřebujete v současné době mrtvého pacienta. Jeden, jehož mozku můžete nakrájet na malé bloky, pak rozsekat ty bloky a analyzovat je pomocí světelných a elektronových mikroskopů, skvrn a dalších nástrojů, aby znovu vytvořili mapu s vysokým rozlišením, která umožňuje výzkumníkům sledovat, označovat a zobrazovat všechny neurální cesty a synaptické připojení v 3D.

Zde je mimořádné video od vědců z Department of Conneomics od Max Planck Institute, které ukazují, jak mohou být 2-D vrstvové plátky zpracovány do 3-D modelu connectome pro malý kus mozku:

Zavolat tyto mapy komplexu je další kolosální podhodnocení. Když vědci plně modelovali spojitost čeledi C. elegans, který má pouze 302 neuronů, které se vysledovaly, nakonec potřebovali 12 terabajtů dat, aby je ukládali.

Mapa lidského mozku by měla být více v řádu dvou milionů terabajtů. To je čistě popisovat jeho fyzickou strukturu. Pokud jste chtěli v určitém okamžiku v budoucnu vytvořit nějaký funkční model člověka uvnitř nějakého ultrarychlého počítače, budete pravděpodobně také potřebovat vědět, co z toho každá z těchto cest v pekle funguje.

Nezapomeňte ani na to, kolik z toho špagetového spleť neuronů se zabývá jevy specifické pro tělo mozek je in. Protože to se připojuje ke všem druhům fyzických systémů a podsystémů, od smyslových vstupů, k nevědomé reakční obvody, sekrece hormonů, motorické impulsy a regulace pozadí. Rekonstruujte propojení mozku bez všech ostatních bitů a dobro vědí, jaké systémy budou schopny fungovat, když je pryč tolik těla a vstupních mechanismů.

A za předpokladu, že dokonce i tato ohromná sada nekonečně složitých a spojených problémů může být vyřešena a vy byste si mohli v počítači spustit svůj model - model samého sebe v určitý den a čas, samozřejmě, protože neuroplasticita zajišťuje, že "vy "je neustále se vyvíjející koncepce - zůstává otázkou, zda lze tento model říci, že je naživu, nebo mít vědomí. Nebo pokud jen dokáže na vás opravdu dobrý dojem.

Zdá se však možné, že tento druh techniky, aplikovaný na správně uchovaný mozek mnoho let po smrti, by mohl být používán k získání vzpomínek a vzorů osobnosti a chování, které by mohly lidem poskytnout legitimní nárok na nesmrtelnost. Pokud je osobnost něco jako myšlenka a myšlenka může být propagována dopředu prostřednictvím různých podkladů, možná i osobnost může. A je jistě v pohodě přemýšlet o nahrání své osobnosti do nějakého 30-nožního vysoko postaveného robota Godzilla.

Zachování mozku

Jak postupujeme, dozvídáme se stále více o tom, kolik toho nevíme. Zatímco věda o mozku pokročila podobně astronomickou rychlostí k ostatním vědám, je to předmětem tak obrovské složitosti, že je pravděpodobné, že lidský mozek doslova není dostatečně chytrý, aby pochopil své vlastní činnosti. Známé neznámé se nadále shromažďují a zdá se, že se budeme spoléhat na stroje a software, které dokážou rychleji a ve větší míře rozmýšlet, než můžeme, abychom rozvinuli komické gigantické záhady spojovacího zařízení.

Jedna věc se však zdá být jasná: pokud budeme přetrvávat v oblasti kryoniky - zmrazení mozků nebo celých těl v naději, že jim někdy budeme vzkřísit - musíme se ujistit, že je zachováváme způsobem, který podporuje rekonstrukci nebo mapování spojovací jednotky při nejvyšších možných rozlišeních.

A nejlepší způsob, jakým nyní známe, je aldehyd-stabilizovaná kryoprezervace nebo ASC. Je to dvoustupňový proces. Za prvé, fixační chemikálie s názvem gluteraldehyd se používají k rychlému přeměně mozku z jeho normální, vodnaté struktury na něco jako měkkou gumu. Toto zablokuje neuronové dráhy na místě, než začnou ponižovat, a dává vám mozek, který je uložen tak neporušený, jak si to věda může představit, a to až rok nebo dva, aniž by ztratily informace.

Druhým krokem je vitrifikace - zmrazení pevného mozku pro dlouhodobé uchování. Při použití stejného ethylenglykolu necháte vozidlo jako nemrznoucí prostředek, mozko je chráněno před poškozením tvorby ledových krystalů a pak je ponořeno do extrémních teplot při teplotě -122 ° C (-188 ° F), kde může být více či méně neurčitě.

A zdá se, že funguje. V roce 2010 poskytla Nadace pro zachování mozku peněžní odměnu pro prvního jednotlivce nebo tým, který důsledně prokázal techniku ​​schopnou nenákladně a úplně zachovat celý lidský mozek pro dlouhodobé skladování (> 100 let) s takovou věrností, že struktura každého neuronálního procesu a každé synaptické spojení zůstává nedotčené a sledovatelné pomocí dnešních elektronových mikroskopických (EM) zobrazovacích technik.

K této ceně patří dvě etapy - úspěšné uchování malého savčího mozku, něco jako myš, a úspěšné uchování mozku většího savce, jako je prase. A v roce 2015 se Robert McIntyre a jeho tým přiblížili stadium jedna k spokojenosti soudců, uchovávají si mozku králíka s použitím výše popsaných technik ASC a poprvé udržují plnohodnotnou připojitelnost mapovatelnou v procesu. Zde je video, které se pohybuje dolů přes vrstvy zachovaného králičího mozku a ukazuje, jak můžete sledovat cesty v této 3D struktuře:

Který samozřejmě vyvolává nepříjemnou otázku: A co ostatní mozky, které již byly zmrzlé? Byla technologie času dostatečná k tomu, aby dosáhla pohybujícího se cíle zachování přesně tak, abychom se z nich dostali?

Nektom a hledáním dokonale zmrazeného lidského mozku

McIntyre věří, že technika bude měřítko zahrnovat lidské mozky? Ano. Ve skutečnosti je to celý bod cvičení. A on se spojil s kolegou absolventem MIT, aby vytvořil společnost Nectome, že doufá, že jednoho dne bude schopen uchovat a ukládat mozky s určitou přesností, která umožní budoucím technologům volný přístup k jejich všem připojenům, včetně všech vzpomínky a osobnostní znaky, které jsou uzamčeny uvnitř.

Nektomovým krátkodobým cílem je zdokonalení techniky konzervace ASC způsobem, který lze použít na lidské mozky - něco, co považuje za dvouletý cíl. Ale také pracuje na složitém problému, jak pracovat na mapování připojení pomocí různých barevných barev a zobrazovacích technik.

Společnost je optimistická, že během několika málo let budou vědci zjišťovat způsob, jak extrahovat vysoké úrovně paměti z myšacích mozků a že pokroky ve výpočetní technologii jim umožní plně mapovat mozku 10 000 neuronů již v roce 2022.

To je stále cesta k asi 100 miliardám neuronů, které najdeš v lidském mozku, ale v tomto okamžiku je to opravdu jen otázka rozsahu a zpracovatelské síly.

Co s tím dělat, jakmile jsme zcela zakódovali biologickou strukturu? To je další otázka pro další generaci vědců. Zajišťuje dostatečné spojení, nebo se tato technologie stane smutně zastaralou při příštím pokuse o pochopení? Možná. Pouze mapování propojení a navrhování nástrojů pro správnou přípravu mozku pro dlouhodobé ukládání? To je něco, co lidstvo může patovat samé na zádech.

Zdroje: Nektomie, Max Planck Institute Department of Conneomics

Nervové buňky z mozkové mozkové kůry byly rekonstruovány pomocí nového softwaru pro analýzu spojitosti SegEM. Byly také zobrazeny elektronové mikroskopické obrázky (šedé), ze kterých byly rekonstruovány nervové buňky a jejich spojení. (Kredit: MPI f. Brain Research / Berning, Boergens, Helmstaedter)

Bílá hmota se nachází v lidském mozku, jak je vizualizováno traktografií MRI (Kredit: Xavier Gigandet a kol., Gigandet X, Hagmann P, Kurant M, Cammoun L, Meuli R a kol., 2008). Hmota )

Connectome je fyzická mapa vaší mozkové neuronální struktury. Pokud ji můžeme plně zachytit, namapovat jej a nahrát jej do superpočítače, je to dost, abyste vytvořili simulaci, která zahrnuje vaše myšlenky, vzpomínky a chování? (Kredit: kiss777 / Depositphotos)

Doporučená Redakce Choice