Модель мозга человека и битва за миллиарды

Каждый год в области нейробиологии публикуется около ста тысяч статей, однако переход к практическому применению этой стремительно увеличивающейся массы данных в клинических терапиях и к использованию этих научных знаний в повседневной жизни человека происходит с трудом и очень медленно. В настоящее время в ЕС и США реализуются два гигантских научных проекта стоимостью в миллиарды евро, цель которых изменить такую неудовлетворительную ситуацию, но при этом именно они и натолкнулись на значительное сопротивление в кругах самих нейробиологов. В чем тут дело?

Никогда еще в истории человечества столько ученых не исследовали человеческий мозг. Это наблюдение относится не только к базовым областям биологии и неврологии, смежные с ними области науки также используют теории и научные выводы нейробиологии. Так, например, все чаще психиатры представляют психические заболевания как «заболевания мозга», а инженеры в области информационных технологий и робототехники пытаются преобразовать нейронные структуры и функции в современные прикладные технологии.

Результатом столь многообразных научных исследований является огромное количество информационных данных и научных публикаций, посвященных всем уровням нервной системы, касается ли это экспрессии генов в нейронах, связей между нейронами, визуализации активности отдельных частей мозга или проблем, связанных с поведением человека и животных. И это только некоторые из многочисленных научных тем и аспектов. До сих пор, правда, такого рода крупномасштабные программы не приводили к экономическому успеху и не находили практического применения.

Ирония состоит в том, что в предыдущие годы фармацевтическая промышленность, которая до того финансировала почти половину всех научных разработок и поиск медикаментов для лечения заболеваний мозга, значительно урезала финансирование подобных исследований, именно потому, что уже совершенные в прошлом инвестиции себя не оправдали. К тому же общественность просто начала уставать от излишне оптимистичных заявлений о «революционных достижениях» нейробиологов.

Сейчас в научных монографиях во все большей степени ставятся под сомнение как расхожие «мифы о мозге», так и тенденция сводить всю человеческую жизнь только к функциям мозга. Одновременно с этим, в условиях постепенного старения населения, по нарастающей увеличиваются проблемы, связанные с распространением таких заболеваний, как слабоумие, кровоизлияние в мозг, депрессия, то есть болезней, вызванных как раз дисфункциями мозга.

И если медицина может похвастаться замечательными успехами в таких областях, как лечение сердечных, легочных и других заболеваний важных органов, то развитие терапии болезней мозга значительно отстает из-за недостатка общих знаний о проходящих в человеческом мозге процессах и об их сложности.

Серьезные средства, инвестируемые из общественных бюджетов в крупномасштабные нейробиологические исследования должны изменить существующее положение дел. Два самых известных научных проекта в этой области были запущены в прошлом году: это европейский «Проект по изучению человеческого мозгаВнешняя ссылка» («Human Brain Projekt», «НВР»), координация которого осуществляется на базе швейцарской Высшей технической школы Лозанны («EPFL»), и американская «Инициатива BRAINВнешняя ссылка», нацеленная на исследования мозга человека с опорой на новаторские нейротехнологии («Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies»).

Маркус Кристен

Биоэтик и нейро-информатик Маркус КристенВнешняя ссылка (Markus Christen) из «Института вопросов биоэтики» цюрихского Университета («Forschungsinstitut für Bioethik») является координатором научной ассоциации «Этика контроля и надзора» («Ethik von Monitoring und Überwachung» — «NEMOS»), программы, основной фокус которой направлен на исследование этических проблем в науке.

М. Кристен также входит в комитет по «Этическим, правовым и социальным аспектам» («Ethische, Legale und Soziale Aspekte» — «ELSA»), который функционирует в рамках проекта «HBP». Это совершенно независимый орган, в блоге которого М. Кристен выражает свои личные мнения по актуальным вопросам науки и исследований.

Оба проекта направлены на то, чтобы миллиарды долларов и евро, которые будут в течение следующих десяти лет получены из карманов налогоплательщиков Швейцарии, других европейских государств и США, координированно инвестировать в единый научно-исследовательский проект, целью которого является «получение фундаментальных знаний, которые помогли бы ответить на вопрос, что значит быть человеком, разработать новые методики и возможности лечения болезней головного мозга, создать новые революционные информационные и коммуникационные технологии». Именно так, в частности, определяет свои цели швейцарский проект «НВР».

Но насколько велик риск превращения всех этих громких слов в пустые обещания? С самого начала своей реализации оба этих крупномасштабных проекта столкнулись с критикой со стороны нейробиологов. Недавно сто пятьдесят пять видных европейских ученых опубликовали открытое письмоВнешняя ссылка в адрес Европейской комиссии, в котором выразили «свою озабоченность курсом, которым идет «НВР»». Кроме того, по их мнению, этот проект отличается тем, что он сфокусирован на «слишком узкой проблеме».

Не участвуя в реализации проекта «НВР» и являясь членом его Комиссии по этическим, правовым и социальным аспектам, я хотел бы в этой связи уточнить следующее.

Во-первых, все проекты по изучению мозга стартовали с правильной постановки вопроса, а именно — с констатации факта опасной фрагментации нейронаук и недостатка общих знаний в этой области. В глазах общественности «НВР» был воспринят, скорее, как идея «путем использования суперкомпьютера воспроизвести человеческий мозВнешняя ссылкаг» (как частично и заявляли авторы проекта). Только дело в том, что такая интерпретация оставляет без внимания собственно смысл всего проекта. А он ведь представляет собой стратегию, разработанную с целью реально консолидировать прикладные нейронауки.

Достичь этого предполагается, с одной стороны, созданием своего рода «атласа» человеческого мозга (за это отвечают американцы с их проектом «BRAIN»), с другой стороны, разработкой соответственного инструментария, работающего на основе компьютерных симуляций (швейцарско-европейский проект «НВР»). Все это позволит проводить научные исследования, которые по этическим соображениям невозможно реализовывать на живых людях.

Европейский проект «НВР» и американская «инициатива BRAIN» ставят, таким образом, перед собой цель унифицировать знания на различных уровнях и ориентировать экспериментальные исследования в науке в правильном направлении, к примеру, что касается экспрессии нейронных генов, идентификации различных типов нервных клеток и их локализации в мозге, их соединений друг с другом, а также расшифровки поведенческих проблем, обусловленных особенностями процесса координирования активности групп нейронов.

Сейчас мы еще не можем «расшифровать» картину типовых соединений нервных клеток между собой в индивидуальном человеческом мозге, то есть мы не в состоянии пока добиться того, что ученым удалось сделать в области расшифровки генома человека. А потому нейробиологам нужны инструменты, которые смогут подсказать, что им искать в реальном мозге. Симуляционные программы и карты мозга могли бы стать своего рода агрегаторами знаний или «увеличительными стеклами», используя которые ученые смогут по-настоящему осмыслить всю функциональную сложность мозга. Это и в самом деле захватывающая идея и притом одна из самых реалистичных возможностей преодолеть разрыв между данными, полученными путем изучения мозга, и реальной прикладной практикой.

Во-вторых, еще одна, с точки зрения этики, центральная тема, которой в последнее время как-то пренебрегали, заключается в возможных последствиях данной стратегии для самих научных исследований в области нейрофизиологии мозга. Не секрет, что такого рода исследования неизбежно влекут за собой постановку целого ряда именно этических вопросов, касающихся, например, проведения экспериментов на животных или защиты интересов «подопытных» людей, принимающих участие в таких экспериментах. При этом для ученых и экспертов в области этики подобные проблемы давно уже стали «классическими», и для их решения у нас есть хорошо отработанные методы.

Если же обычный процесс накопления знаний начинает претерпевать качественные изменения и превращаться, скажем так, в «большую нейробиологию», то есть принимать форму крупномасштабных научно-исследовательских проектов в области нейробиологии, то тогда невольно мы сталкиваемся с совершенно новыми вопросами. Например: как нам быть в случае получения противоречивых научных результатов? Какие из них будут использованы при написании исходных кодов симуляционных компьютерных программ, а какие — нет? И почему? И как должно происходить рецензирование научных работ, если речь идет об алгоритме, который используется для анализа и обработки колоссального количества научных публикаций, или о компьютерных программах, содержащих порой тысячи строк исходного кода?

Как наладить этически безупречную рабочую кооперацию между разнообразными научными специализациями — к примеру, между биологами и инженерами-разработчиками программного обеспечения — или между несколькими странами с различными стандартами в отношении к теме научной этики, взять хотя бы аспект получения разрешения пробанда на использование его данных в научных исследованиях? Как так структурировать данные компьютерных симуляций, чтобы их визуализация, созданная искусственно, не направляла исследователя на ложный путь, коль скоро задача этих симуляций как раз и состоит в том, чтобы указывать направление экспериментальной работе?

Все это очень сложные вопросы, и спекуляции на тему о том, что, мол, путем моделирования человеческого мозга можно каким-то образом создать «компьютер с искусственным интеллектом», это очень грубое упрощение, особенно, когда речь идет о том, чтобы выразить этические опасения, связанные с критериями, на основе которых происходит выбор (направления развития) обоих проектов.

В-третьих, в «большой науке» речь идет не только о «дорогостоящих инвестициях». Проведение крупномасштабных научных исследований так же оказывает влияние на то, как развивается научная кооперация, как она организована, как ею управлять и как ее поддерживать дальше. Это, наверное, неизбежная дилемма всех крупных проектов, финансируемых государством. Когда общественность узнает (и это правильно!) о бросающихся в глаза миллиардных вложениях, цель этих инвестиций должна быть официально разъяснена, а использование по назначению доказательно засвидетельствовано и доступно для общественного контроля. Однако это может привести к оторванным от реальности разъяснениям со стороны ученых и не менее нереалистичным ожиданиям общественности, которые зачастую подпитываются громкими заявлениями жадных до сенсаций СМИ.

Кроме всего прочего большая наука, большие деньги и внимание общественности сливаются зачастую воедино таким образом, что возникают настойчивые требования обеспечить прозрачность проекта на основе создания соответствующей управленческо-наблюдательной структуры, которая в свою очередь легко может войти в конфликт с естественной для многих научных областей практикой «снизу вверх» или «bottom-up», когда исследования ведутся в лаборатории, полученные данные публикуются, а позже они вливаются в общую научную концепцию проекта. Такая стратегия отличается от стратегии «top-down» или «сверху вниз», когда цель проекта определяется руководителями, а потом задания выполняются отдельными разработчиками. Стратегия «снизу вверх» распространена в теоретических областях, «сверху вниз» — в прикладных.

И чем больше денег «на кону», тем большее давление оказывается на ученых и тем более жесткими становятся требования к ним в плане обеспечения практических результатов, отсутствие которых может привести к тому, что финансирование научных проектов может быть урезано, важные тематические разделы сокращены, а научный персонал уволен. Поэтому, тот, кто ставит этические вопросы, не должен оставлять без внимания и такие, пусть на первый взгляд совершенно неважные, аспекты «большой науки». Имея перед глазами пример похожего опыта в климатологии, где симуляционные модели играют центральную роль как при распределении инвестиций, так и в процессе принятия политических решений, мы не должны недооценивать эти проблемы и в нейробиологии.

Наблюдатели из социологических и других научных областей, которые исследовали, как можно анализировать актуальные процессы в климатологии путем компьютерных симуляций, пришли к выводу, что достичь взаимодействия между учеными, работающими с моделями, и учеными, работающими с эмпирическими фактами, то есть с данными, полученными, так сказать, в аналоговом режиме в живой природе, очень сложно, и что визуализации имеют тенденцию стирать важные различия между симуляционными и реальными данными, и что тут присутствуют определенные психологические механизмы, которые могут помешать критической оценке результатов моделирования.

К примеру, Мианна Ласен (Myanna Lahsen), исследовавшая сотрудничество модельных теоретиков и метеорологов, установила, что у метеорологов часто возникало ощущение недостаточности степени интеграции их данных в погодные модели, предшествовавшие сегодняшним климатическим моделям. Когда речь идет о точности прогнозов погоды, то эмпирики, исходящие из того, что только чувственный опыт является единственным источником знаний, в последнее время стали еще более сдержанными там, где речь идет о точности предсказаний на основе моделей, а все потому, что в прошлом как модельные, так и количественные прогнозы и предсказания регулярно оказывались неверными. Они жаловались на то, что разработчики моделей просто исключают участие в проектах ученых других научных областей, что они негативно относятся к критике и живут в своем узком мирке. Именно на эти положения и ссылаются климатические скептики, ставя под сомнение результаты исследований климатологов.

К чему все это я говорю? Если этими проблемами не заниматься, то такое положение вещей может привести к полной дискредитации самого типа подобных научных проектов, я имею в виду разработку симуляционных моделей, которые в будущем могли бы облегчить нам проведение исследований и создать вызывающие доверие у общества и научных кругов варианты прикладного использования результатов фундаментальных исследований. В этом смысле опасения в отношении проекта «НВР», недавно выраженные нейробиологами в своем «открытом письме», просто повторяют опыт других сфер фундаментальных исследований, который те пережили в момент, когда компьютерное моделирование как инструмент науки только-только стало набирать вес и репутацию.

Французский нейробиолог и участник проекта «НВР» Жан-Пьерр Шанжо (Jean-Pierre Changeux) указал, что когда речь идет о реализации крупномасштабных проектов в области нейробиологии, и когда в рамках этих проектов мы используем симуляционные модели и обрабатываем астрономические объемы данных с тем, чтобы только потом приступить к непосредственным, сложным самим по себе, исследованиям человеческого мозга, нам необходимо разработать и использовать особую «эпистемологическую этику», а проще говоря, этику корректных теории и практики познания. Это означает, что в достижении цели «интеграции» знаний и намереваясь использовать мощные компьютерные ресурсы в управлении исследованиями, мы должны опираться как на тщательно разработанную архитектуру междисциплинарного сотрудничества, так и на поддержку со стороны науки и хорошо проинформированной общественности, не забывая также об углубленном исследовании этических аспектов «большой» нейробиологии и ее воздействия (на каждого нас и на общество в целом).

Мнение экспертов

Портал swissinfo.ch публикует с недавнего времени статьи сторонних авторов, экспертов и специалистов, которые делятся с нами своими уникальными знаниями и опытом, помогающими разнообразить информационную палитру, которую мы предоставляем в распоряжение наших читателей, и сделать дискуссии на те или иные актуальные для мира и Швейцарии темы более предметными и глубокими.

Перевод с немецкого и адаптация: Ирина Крут