Si les scientifiques peuvent comprendre le cerveau, cela aidera-t-il à guérir toutes les maladies, à gérer les sentiments, à contrôler les souvenirs et à générer des idées comme un ordinateur?
Le neuroscientifique Ed Boyden a parlé des perspectives de la recherche sur le cerveau, de ce qu'une personne peut accomplir si elle apprend à contrôler les neurones et des raisons pour lesquelles les projets qui ont échoué devraient avoir une deuxième, voire une troisième chance. Theory and Practice publie une traduction de l'interview.
«Générez constamment de nouvelles idées. Ne le lisez pas sans réfléchir. Commentez, formulez, réfléchissez et généralisez, même si vous lisez la préface. Ainsi, vous vous efforcerez toujours de comprendre l'essence des choses, ce qui est nécessaire à la créativité."
Ed Boyden a écrit un court essai pédagogique «Comment penser», et le paragraphe ci-dessus est devenu sa règle numéro 1. Il avait 28 ans, il a créé son propre groupe de recherche en neurosciences au MIT et a déjà publié certaines de ses recherches, qui lui a valu le prestigieux prix du cerveau pour avoir contribué à réaliser «sans doute la percée technique la plus importante en 40 ans», a déclaré le président du jury. C'était il y a presque dix ans. Son système de génération d'idées semble avoir répondu aux attentes. Boyden a reçu un prix de la percée de 3 millions de dollars l'année dernière, et lui et ses collègues ont découvert une nouvelle méthode d'observation d'un circuit électrique presque inimaginable dans le cerveau. Cela a produit certaines des images les plus précises du cerveau.
- Vous dites souvent que votre objectif est de "démêler le cerveau". À quoi penses-tu?
- Je pense que le sens de cette phrase changera à mesure que de nouvelles connaissances seront acquises, mais maintenant "démêler le cerveau" signifie pour moi que, premièrement, nous pouvons simuler (très probablement à l'aide d'un ordinateur) des processus qui généreront quelque chose comme des pensées et les sentiments, et deuxièmement, que nous pouvons comprendre comment traiter les troubles cérébraux tels que la maladie d'Alzheimer ou l'épilepsie. Ce sont deux objectifs qui me font avancer. L'un se concentre sur la compréhension de la nature humaine, l'autre est plus médical.
Vous pouvez discuter avec moi en remarquant qu'il y a une troisième question: qu'est-ce que la conscience? Pourquoi avons-nous des souvenirs, mais les bouteilles, stylos et tables, à notre connaissance, n'en ont pas? J'ai peur que nous n'ayons pas encore une définition exacte de la conscience, donc cette question est difficile à aborder. Nous n'avons pas de «mesure de conscience» qui indiquerait à quel point quelque chose est conscient. Je pense que nous y arriverons un jour, mais à moyen terme, je voudrais me concentrer sur les deux premières questions.
«Pourquoi en savons-nous tant sur le monde? C'est assez étrange que nous puissions comprendre la loi de la gravitation universelle ou de la mécanique quantique"
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Lorsque vous avez remporté le prix de la percée en 2016, vous avez parlé de vos efforts continus dans la recherche sur le cerveau: «Si nous réussissons, nous pouvons répondre à des questions comme« Qui suis-je? Quelle est ma personnalité? Que devrais-je faire? Pourquoi suis-je ici?". Comment la recherche peut-elle nous aider à répondre à la question "Qui suis-je?"
- Je vais vous donner un exemple. Lorsque la crise économique a éclaté en 2008, j'ai expliqué à beaucoup de gens pourquoi les gens font ce qu'ils font. Pourquoi nombre de nos décisions ne sont-elles pas les meilleures que nous pourrions prendre? Bien sûr, il existe tout un domaine de la science - l'économie comportementale, qui tente d'expliquer nos actions au niveau psychologique et cognitif. Par exemple, si vous posez beaucoup de questions à une personne, puis qu'elle passe devant un bol de bonbons, elle en prendra probablement quelques-unes, car elle est fatiguée des réponses et ne peut pas résister.
L'économie comportementale peut expliquer certaines choses, mais elle ne peut pas expliquer les processus qui sous-tendent la prise de décision, et encore moins, certains moments subconscients sur lesquels nous n'avons aucun contrôle. Notez que lorsque nous sommes conscients de quelque chose, c'est souvent le résultat de processus inconscients qui se sont produits juste avant cela. Donc, si nous comprenions comment les cellules cérébrales sont organisées en circuit (pratiquement un circuit informatique, si vous voulez), et voyions comment l'information circule à travers ces réseaux et change, nous aurions une idée beaucoup plus claire de la raison pour laquelle notre cerveau accepte certaines solutions. Si nous comprenons cela, nous pouvons peut-être surmonter certaines des limites et au moins comprendre pourquoi nous faisons ce que nous faisons.
Vous pouvez imaginer que dans un avenir très lointain (cela prendra probablement plusieurs décennies), nous serons en mesure de poser des questions vraiment difficiles sur pourquoi nous nous rapportons à certaines choses d'une manière ou d'une autre, ou pourquoi nous pensons à nous-mêmes d'une certaine manière - des questions qui le champ de vision de la psychologie, de la philosophie, mais auquel il est si difficile d'obtenir une réponse à l'aide des lois de la physique.
- Comment la recherche sur le cerveau aide-t-elle à répondre à la question "Pourquoi suis-je ici?"
- L'une des raisons pour lesquelles je suis passé de la physique à l'étude du cerveau était la question "Pourquoi savons-nous tant de choses sur le monde?" C'est assez étrange que nous puissions comprendre la loi de la gravité, ou que nous comprenions la mécanique quantique - du moins dans la mesure où des ordinateurs peuvent être fabriqués. C'est incroyable que le monde soit compréhensible d'une certaine manière.
Et je me suis posé une question: si notre cerveau comprend une partie de la structure de l'Univers, mais ne comprend pas tout le reste, et tout ce qu'il comprend est disponible grâce aux lois de la physique, sur lesquelles le travail de notre cerveau est également basé, alors cela se révèle quelque chose comme un cercle vicieux, non? Et j'essaie de comprendre: comment le casser? Comment rendre l'univers compréhensible? Supposons que nous ne comprenions pas quelque chose à propos de l'Univers, mais si nous savons comment fonctionne l'esprit humain et de quel genre de capacités de réflexion nous manquons, nous pouvons peut-être créer une intelligence artificielle plus avancée qui aidera à renforcer notre capacité à penser.
Ce concept que j'appelle parfois un "coprocesseur cérébral" - quelque chose qui fonctionne avec le cerveau et élargit notre compréhension.
Nous avons encore beaucoup de questions pour l'univers, non? Einstein a essayé de trouver un lien entre la mécanique quantique et la gravité, mais il n'a pas réussi dans ce domaine, et à ce jour, il n'est pas tout à fait clair comment résoudre ce dilemme. Peut-être que pour comprendre certaines choses, nous devons augmenter nos capacités intellectuelles. Que se passe-t-il si nous les développons? Bien sûr, il n'y a aucune garantie. Mais peut-être en saurons-nous plus sur l'origine de l'Univers, sur les forces qui l'ont influencé au début de l'existence et sur celles qui affectent maintenant.
- La dernière question sur ce sujet. Comment la recherche sur le cerveau aide-t-elle à répondre à la question "Quelle est ma personnalité?"
«Actuellement, nous essayons de cartographier la structure du cerveau. Il est assez difficile d'y voir quelque chose. Le cerveau lui-même est assez grand - un humain pèse plusieurs livres - mais les connexions entre les neurones, appelées synapses, sont minuscules. Ici, nous parlons de l'échelle nanométrique. Par conséquent, si vous voulez voir comment les cellules cérébrales sont connectées dans un réseau, vous devez considérer les synapses. Comment puis-je faire ceci? Nous avons développé une technique spéciale. Nous prenons un morceau de tissu cérébral et y injectons un produit chimique, plus précisément un polymère, qui est en quelque sorte très similaire à la substance des couches pour bébés. C'est un polymère qui gonfle lorsque du liquide est ajouté.
Si nous le plaçons à l'intérieur du cerveau et ajoutons de l'eau, nous pourrons alors séparer les molécules qui composent le cerveau, puis nous pourrons voir les minuscules connexions entre les cellules. Alors, on raisonne: si on prend un tout petit cerveau, par exemple un poisson ou un ver, peut-on l'étudier dans son intégralité? Serons-nous capables de représenter l'ensemble du système nerveux avec une précision de cavaliers individuels? Maintenant, c'est au niveau d'une idée, il n'y a pas encore de technologies nécessaires pour la mise en œuvre, mais si nous parvenions à améliorer la partie technique, il serait possible de dresser une carte suffisamment détaillée des connexions dans le cerveau, selon laquelle elle peut vraiment être reproduite à l'aide d'un ordinateur. Et cette copie fonctionnera-t-elle de la même manière que le cerveau de l'organisme, devenu la source principale?
Imaginez que nous ayons un ver avec 302 neurones et que nous ayons noté environ 6 mille connexions entre eux, ainsi que des molécules aux jonctions. Est-il possible de simuler les actions de ce ver? Ensuite, il sera peut-être possible de faire de même avec un poisson, puis avec une souris, puis avec un cerveau humain - chacun de ces cerveaux est environ mille fois plus gros que le précédent. Si vous pouviez cartographier le cerveau humain, la question se poserait immédiatement: si vous reproduisiez son activité sur un ordinateur, serait-ce toujours vous? Comme indiqué précédemment, nous n'avons pas de définition exacte ou du moins fonctionnelle de la conscience, alors même si nous ne pouvons pas juger cette qualité simplement en regardant quelque chose, nous ne pouvons pas encore donner de réponse, je dirais. Mais cela soulève une question intéressante sur la nature de la personnalité.
«Si nous comprenions comment les cellules cérébrales sont organisées en circuits et voyons comment l'information circule à travers ces réseaux, peut-être pourrions-nous comprendre pourquoi nous faisons ce que nous faisons.
- Il y a une dizaine d'années, vous avez écrit un essai "Comment penser". Depuis, avez-vous eu des modifications ou des ajouts à ces règles?
«J'ai écrit cet essai assez rapidement lorsque nous avons lancé le groupe de recherche au MIT et que nous avons passé la plupart du temps dans une salle vide à attendre l'arrivée de l'équipement. Depuis, par expérience, j'ai appris à suivre au mieux ces règles. Par exemple, la règle n ° 3 dit: "Travaillez en arrière par rapport à votre objectif".
À partir de ce moment, j'ai réalisé que si vous travaillez à partir d'un problème qui doit être résolu et que vous rencontrez des gens qui ont des compétences et qui procèdent de leurs capacités, alors il vous sera très facile de travailler ensemble, car toutes les parties sont en intéressé par cela. Les détenteurs de compétences veulent plus d'influence et de résolution de problèmes, et ceux qui fixent des objectifs veulent de nouveaux outils pour résoudre ces problèmes. Par conséquent, la règle n ° 3, «Travaillez en arrière, en partant de votre objectif», conduit naturellement à la règle n ° 6 - «Collaborez». J'ai également appris à analyser la nature des problèmes. Cette année, j'ai donné une courte conférence au Forum économique mondial de Davos. Il s’appelait Préparer une révolution, et il s'agissait d’apprendre à approfondir les problèmes et à trouver des solutions possibles. C'était quelque chose comme Comment penser 2.0, mais sous la forme d'une vidéo.
- Quels livres ont le plus influencé votre développement intellectuel?
- L'un d'eux est "Time, Love, Memory" de Jonathan Weiner. Elle parle des moments où les gens ont commencé à associer des gènes à des caractéristiques de comportement. L'auteur commence à l'aube de l'ère de la génétique - lorsque les gens ont découvert que les rayons X changent les gènes - et se termine par la modernité, lorsque les scientifiques découvrent quels gènes sont responsables, par exemple, de notre sens du temps ou de notre capacité à nous souvenir. J'adore ce livre parce qu'il montre la science en mouvement - pas comme un manuel, «vous avez des faits sept à quarante-huit, souvenez-vous-en» - il montre des gens souffrant d'incertitude qui surmontent toutes sortes de difficultés, et c'est très excitant. J'avais l'habitude de le relire chaque année et cela m'a beaucoup influencé.
Le deuxième livre s'intitule Thinking About Science. Elle parle de Max Delbrück, un physicien qui a également changé son domaine d'activité en biologie. Il a grandement contribué à la découverte de la structure des gènes et a contribué à ouvrir une nouvelle ère en biologie moléculaire. Le livre en dit long sur ses opinions, sur la façon dont il envisageait sa transition de la physique à la biologie. Ce livre a également beaucoup influencé ma vie, car je réfléchis souvent à la manière d'explorer des systèmes complexes comme le cerveau, comment comprendre l'état réel des choses, comment se débarrasser de l'approximation et ne pas m'arrêter à mi-chemin.
- Vous avez mentionné que vous preniez constamment des notes. Quel est ce système?
- Quand je parle à quelqu'un, je mets du papier sur la table et fais un résumé de la conversation. A la fin, je prends des photos des notes sur mon téléphone et donne la feuille à mon interlocuteur. Chaque mois, je passe en revue tous ces synopsis et les étiquet avec des mots-clés. Il y a deux raisons à cela. Premièrement, depuis que j'ai re-digéré la conversation, cela m'aide à m'en souvenir. Deuxièmement, puisque j'ai choisi les mots-clés, il est facile de les trouver. À ce jour, j'ai déjà terminé des dizaines de milliers de ces notes.
- Votre travail suggère que vous passez beaucoup de temps à réfléchir. Comment obtenir un maximum de résultats?
- Il y a trois points, du pragmatique à l'abstrait. Je me lève très tôt depuis longtemps. J'essaye de me lever à 4-5 heures du matin, beaucoup plus tôt que les autres membres du personnel du laboratoire. Grâce à cela, j'ai quelques heures de silence pour réfléchir et ne me laisser distraire par rien. Je pense que c'est important. Deuxièmement, de nombreuses bonnes idées sont en fait mauvaises, car comme elles sonnent immédiatement si bonnes, tout le monde y a déjà pensé et s'efforce de les mettre en œuvre. Par conséquent, je pense souvent à des choses qui à première vue semblent être de mauvaises idées, mais du coup, si vous les regardez sous le bon angle, elles se révèlent être bonnes? Je passe beaucoup de temps à essayer d'aborder les idées sous différents angles.
Il y a des décennies, l'astronome Fritz Zwicky a créé de nombreuses théories parmi les plus brûlantes de l'astrophysique aujourd'hui. La plus pertinente des idées actuelles, comme la matière noire, il a avancé dans les années 1930. Comment Zwicky a-t-il fait cela? Il a juste considéré toutes les options possibles. Zwicky a appelé sa méthode "analyse morphologique", mais il me semble que cela est impossible à prononcer, alors je l'appelle "schéma d'arbre en mosaïque".
Enfin - et ce point est encore plus abstrait - je crois aux découvertes fortuites. Je passe beaucoup de temps à parcourir les transcriptions d'anciennes conversations. Beaucoup d'entre eux concernent des idées qui ont échoué, des projets ont échoué. Mais tu sais quoi? C'était il y a cinq ans, et maintenant les ordinateurs fonctionnent plus vite, de nouvelles informations sont apparues, le monde a changé. Par conséquent, nous pouvons redémarrer le projet. Beaucoup de nos efforts ne réussissent pleinement qu'au deuxième ou au troisième essai. Une partie importante de mon travail consiste à me souvenir des échecs et à relancer les projets qui ont échoué le moment venu.
- Vous avez reçu vos principaux prix de recherche en optogénétique. Pourquoi est-elle devenue une réalisation si importante?
«Lorsque vous parlez d'optogénétique, nous devons nous rappeler que« opto »signifie« léger »et« génétique »signifie que nous utilisons des gènes qui font tout le travail. Vous introduisez un gène qui fonctionne comme une petite cellule solaire - essentiellement une molécule qui convertit la lumière en électricité. Par conséquent, si vous l'introduisez dans un neurone et que vous dirigez la lumière vers lui, vous pouvez contrôler l'activité du neurone.
Pourquoi c'est important? Au cours des cent dernières années d'étude de la neurologie, de nombreuses personnes ont essayé de contrôler les neurones en utilisant toutes les technologies possibles: pharmacologie (médicaments), impulsions électriques, etc. Mais aucun d'entre eux ne garantit l'exactitude. Avec l'optogénétique, nous pouvons diriger la lumière vers une ou plusieurs cellules et «allumer» ou «éteindre» ces cellules particulières. Donc pourquoi est-ce important? Si vous pouvez activer les cellules, vous pouvez déterminer de quoi elles sont responsables. Peut-être pour un sentiment, ou une décision, ou un mouvement. En les "désactivant", vous comprenez quelle est leur fonction: peut-être que vous "éteignez" certaines cellules, et une personne perdra une sorte de mémoire.
- L'optogénétique est aujourd'hui utilisée pour la recherche sur le cerveau dans les laboratoires du monde entier. Quels sont les domaines les plus prometteurs qui y sont liés, mettez-vous en évidence?
- Certains chercheurs mènent des expériences assez difficiles d'un point de vue philosophique. Par exemple, un groupe de scientifiques du California Institute of Technology a découvert un petit pool de cellules profondément ancrées dans le cerveau. Si vous les activez à l'aide de la lumière, par exemple chez les souris (beaucoup travaillent avec elles), les animaux deviendront agressifs, voire cruels. Ils attaqueront n'importe quelle créature ou objet dans le voisinage immédiat, même certaines choses aléatoires comme un gant. C'est très intéressant car maintenant vous pouvez poser des questions de la série «Que se passe-t-il lorsque vous irritez ces cellules? Cela envoie-t-il une commande motrice aux muscles? En d'autres termes, la souris se déplace-t-elle pour attaquer? Ou est-ce une commande sensorielle?
Autrement dit, la souris a peur et attaque en légitime défense? Vous pouvez poser des questions vraiment importantes sur la signification de l'expérience lorsqu'une partie du cerveau déclenche une réaction complexe comme l'agression ou la cruauté.
Un certain nombre de chercheurs travaillent sur l'activation ou la désactivation de l'activité neuronale dans différentes parties du cerveau à des fins médicales. Par exemple, un groupe de scientifiques, qui a montré chez des souris souffrant d'épilepsie, que vous pouvez «désactiver» les crises en agissant sur certaines cellules. Il existe d'autres groupes qui ont étudié des souris atteintes de la maladie de Parkinson et ont pu débarrasser les animaux des symptômes de la maladie.
Les scientifiques découvrent également beaucoup de choses intéressantes en sciences fondamentales. Mon collègue du MIT, Suzumi Tonegawa, et son équipe de recherche ont fait quelque chose de très intelligent: ils ont programmé les souris pour que les neurones responsables de la mémoire soient activés par la lumière. Ils ont découvert que si vous réactivez ces neurones avec une impulsion de lumière, la souris se comportera comme si elle revivait un souvenir. De cette manière, il est possible d'identifier les groupes de cellules qui font apparaître la mémoire dans la mémoire. Depuis lors, les chercheurs ont mené toutes sortes d'expériences - par exemple, ils peuvent activer un souvenir heureux, et une souris se sentira mieux, même si elle est malade. Et la liste continue encore et encore.
"Beaucoup de nos efforts ne réussissent que lors du deuxième ou du troisième essai."
- Avez-vous de nouvelles réflexions sur la façon d'améliorer la vie?
«J'ai réalisé que si je voulais vraiment que les technologies du cerveau soient appliquées partout dans le monde, alors je devais promouvoir cela en tant qu'entrepreneur, c'est-à-dire démarrer une entreprise et aider ces inventions à dépasser les cercles académiques. Mon laboratoire a déjà travaillé avec différentes entreprises, mais cette année je participe moi-même au lancement de trois. Espérons que nous pourrons comprendre comment ces technologies peuvent aider les gens. J'ai réalisé que je ne voulais pas simplement publier des articles scientifiques; Je veux que ces technologies soient utilisées dans la vraie vie.
«L'une de ces entreprises s'intéresse à la technologie de renforcement du cerveau, n'est-ce pas?
-Exactement. Nous avons lancé une petite entreprise appelée Expansion Technologies pour éduquer le monde sur ces théories d'autonomisation. Bien sûr, les gens peuvent étudier indépendamment nos publications sur ce sujet, mais si nous pouvons apporter nos idées aux masses, alors de nombreux problèmes scientifiques et médicaux seront beaucoup plus faciles à résoudre.
Je dois dire tout de suite que toutes les données de recherche peuvent être trouvées en ligne, nous partageons ouvertement toutes les informations. Nous avons formé plus d'une centaine de groupes de chercheurs. Si vous le souhaitez, n'importe qui peut effectuer lui-même une enquête microscopique similaire. Mais contrairement à l'optogénétique, où vous pouvez toujours vous tourner vers une organisation à but non lucratif pour obtenir de l'ADN gratuitement ou pour de l'argent, cette recherche nécessite la disponibilité de produits chimiques, donc une entreprise qui met à disposition des kits de réactifs nécessaires à tout le monde gagne du temps.
Nous essayons toujours d'augmenter l'impact positif sur le monde. Nous démarrons souvent un projet en nous demandant: "De quel problème souffrent des milliers de chercheurs, d'entreprises et d'universités?" Et puis nous essayons de créer un outil qui pourrait les aider. Donc, si nous réussissons, alors (pratiquement par définition) il ne sert à rien de le garder secret et pour nous-mêmes. Nous essayons simplement de partager nos outils avec autant de personnes que possible.
