Нейрофізіолог Олексій Верхратський про роль науки у розвитку інтелекту

Олексій Верхратський. Нейрофізіолог, доктор медичних наук, професор Манчестерського університету, віцепрезидент Європейської академії наук

Нейрофізіолог Олексій Верхратський — один із найбільш цитованих у світі вчених українського походження. Його показник індексу Гірша становить 86 — у кілька разів вищий, ніж у найуспішніших українських науковців.

Доктор медичних наук, професор Манчестерського університету, дійсний член і віцепрезидент Європейської академії наук, член найвпливовішої Німецької, а також Польської та низки інших національних академій наук, почесний професор кількох університетів — усі регалії професора Верхратського важко перелічити.

Народившись у Станіславі (нині Івано-Франківськ), він робить вагомий внесок у світову науку й сьогодні мешкає у Великій Британії, підтримуючи зв’язки зі своїми українськими колегами.

ШЛЯХ ДО СВІТОВОЇ НАУКИ

Я походжу з родини спадкових лікарів і науковців. Мої дідусь, бабуся і батьки були професорами медицини та дослідниками; мій дідусь Сергій Верхратський був відомим хірургом і істориком медицини, батько Нестор і мама Ніна обидва завідували відділами в Інституті геронтології в Києві. Брат прадіда Іван Верхратський був знаним львівським натуралістом-зоологом, мовознавцем, одним із організаторів Наукового товариства імені Шевченка у Львові та першим головою його математично-природничо-медичної секції.

Ще на другому курсі медичного інституту я почав працювати в Інституті фізіології імені Богомольця, де кілька відділів займалися дослідженнями мозку. Деякий час я намагався працювати в науці на батьківщині. На початку 90-х ще можна було отримати досить великі, за мірками України, гранти; у мене були гранти Welcome Trust, Deutsche Forschungsgemeinschaft, VolkswagenStiftung — загалом близько 1 млн доларів.

Однак доводилося стикатися з багатьма труднощами: проблеми з митницею під час імпорту обладнання, відсутність перспектив для студентів і аспірантів, необхідність брати на себе завдання, не пов’язані з наукою. У якийсь момент мені це набридло.

У 1995 році я виїхав — спочатку мене запросили до Німеччини, а потім до Англії, де я зараз і працюю. Наразі я проводжу близько 6 місяців на рік у поїздках і роботі з багатьма колегами. Я жив у різних країнах, 7 років працював запрошеним професором у Японії: щороку протягом місяця викладав у Фукуоці, є запрошеним професором у кількох університетах Китаю, викладаю в Туреччині, курую лабораторії в Іспанії та Литві й активно співпрацюю з італійськими науковцями.

Один з основоположників нейробіології Сантьяго Рамон-і-Кахаль, лауреат Нобелівської премії з фізіології та медицини, 1906 рік

ЛЮДСЬКИЙ МОЗОК У ЦИФРАХ

Людський мозок, без сумніву, є найскладнішою системою, з якою коли-небудь стикалися природничі науки. Головний мозок складається приблизно з 200 мільярдів клітин (100 мільярдів нейронів і ще 100 мільярдів допоміжних клітин, відомих як нейрогліальні клітини, а також ендотеліальні клітини й клітини кровоносних судин). Ці клітини з’єднані між собою приблизно 100 трильйонами зв’язків, і все це сконцентровано в об’ємі близько 1,5 літра (0,0016 м³) усередині нашого черепа.

Нам потрібно близько 300–400 калорій (або 12 Вт/год) енергії на добу, щоб покрити енергетичні потреби мозку. Як обчислювальний пристрій мозок має оперативну пам’ять обсягом понад 2,5 петабайта, і ця пам’ять постійно перебудовується завдяки пластичності мозку та утворенню нових нейронних зв’язків. Людський мозок має продуктивність порядку одного екзафлопса, що еквівалентно мільярду мільярдів обчислень на секунду.

Один із найшвидших у світі суперкомп’ютерів — Тяньхе-2 у Гуанчжоу (Китай) — має максимальну швидкість обробки даних 54,902 петафлопса, тобто на порядок меншу. Цей суперкомп’ютер споживає 17,6 мегават електроенергії й займає 720 м² площі. Важко сказати, який у нього об’єм — ймовірно, не менше 1500 м³.

Іншими словами, сьогодні в людства немає технологій, які могли б хоча б наблизитися до можливостей мозку.

МОЗОК І ХВОРОБИ

Основна проблема виникає тоді, коли ця чудова машина виходить із рівноваги. На жаль, наразі ми не можемо вилікувати хвороби мозку — у кращому випадку можемо лише полегшити частину симптомів. Ми також не знаємо, чому виникають ці захворювання. Ми навчилися боротися з деякими судинними патологіями (наприклад, видаляючи тромби).

Однак регенерація пошкоджених ділянок досі залишається загадкою. Наприклад, провести реабілітацію після інсультів у білій речовині (мієлінізовані аксони, що переносять, зокрема, сигнали від моторної кори) неможливо. Патологія мозку та її корекція — саме ті теми, якими я займаюся останні роки.

ПРО РОЗШИРЕННЯ МЕЖ НОРМИ

Зараз багато пишуть про панічні атаки. Вони існували завжди й, швидше за все, є одним із підвидів реакції «бий або тікай», але раніше їх не діагностували як психіатричні проблеми. Те саме стосується й аутизму. Діагностика аутизму за останні 50 років зросла в десятки, якщо не в сотні разів. І далеко не всі аутисти, яким ставлять діагноз, є справді хворими.

Труднощі соціальної комунікації (один із основних симптомів розладів аутичного спектра) не обов’язково є наслідком патологічних змін; поведінка людей різноманітна, а межі норми постійно зміщуються. Діагноз може зіграти погану роль і негативно позначитися на долі цих людей. Це певна стигматизація, навішування ярликів. З цим потрібно бути дуже обережними.

Те саме і з панічними атаками. Усе це одразу набуває негативної конотації — мовляв, наявні психічні проблеми. З іншого боку, панічні атаки можуть бути симптомами тривожного розладу (anxiety disorders), що, безумовно, потребує пильної уваги, будучи bona fide психіатричним захворюванням.

ДЕЯКІ ВІДКРИТТЯ, ЯКІ ЗМІНЯТЬ СВІТ

З моєї точки зору, сьогодні найцікавіше в галузі нейрофізіології — це можливість керувати клітинами мозку за допомогою світла, так звана оптогенетика. У природі існує клас молекул опсинів, які змінюють свою конформацію та функцію під впливом світла; подібні молекули (після відповідної модифікації) можна цілеспрямовано експресувати в певних клітинах мозку. Стимуляція цих клітин світлом (через, наприклад, імплантовані світловоди) дозволяє активувати ідентифіковані групи нейронів або навіть окремі нейрони. Це дає змогу створити карту того, як вони впливають на поведінку організму.

Для мене ця технологія є (так само, як і brain imaging) відродженням френології на новому якісному рівні. Френологія, попри неправильне картування мозку, була фундаментальним відкриттям, яке постулювало локалізацію мозкових функцій. Звісно, говорити про те, як оптогенетика може бути використана для впливу на людський мозок, ще зарано, але можливості можуть бути досить фантастичними — наприклад, пряме «зрощення» з обчислювальними машинами або периферійними пристроями.

«Микроскопическая структура мозга», Сантьяго Рамон-и-Кахаль, Институт Кахаля, Мадрид, Испания

ПРОФІЛАКТИКА МОЗКУ

Коли людина народжується, її мозок являє собою комп’ютер із кількома програмами-інстинктами, встановленими природою. Освіта, особливо в перші роки життя, відіграє колосальну роль. Вона дає змогу нашому комп’ютеру почати продуктивно працювати.

На мою думку, це початкове тренування мозку залежить значною мірою від сім’ї, а не від школи. Розвиток, який розпочинається буквально від народження, — це те, що відрізняє людей, які мають здібності до науки чи мистецтва, від усіх інших. Школа насправді навчає виконувати накази, а не виходити за межі буденного.

Для підтримання мозку у формі, по-перше, надзвичайно важлива (як і для всього організму — адже мозок і тіло, безумовно, не можна розділяти) збалансована дієта, у якій є все необхідне, зокрема й білки. Відхід, наприклад, у веганство або вегетаріанство для мозку — не найкращий варіант. По-друге, фізичні вправи. По-третє, розумові вправи. Причому не пасивні, а активні (!). Тобто не просто читання книги, а вдумливе читання з аналізом прочитаного.

Завжди цікаво повертатися до старих праць нейроанатомів і нейрофізіологів. Наприклад, на дозвіллі можна почитати Рамон-і-Кахаля, лауреата Нобелівської премії з фізіології, який заклав фундамент сучасних нейронаук. Він зрозумів, що на клітинному рівні існує потік інформації, який іде з периферії до центру, а потім повертається до виконавчих органів.

Не менш цікаві й класичні праці Сєченова, особливо його «Рефлекси головного мозку». Сєченов надзвичайно точно визначив кінцевий підсумок усієї мозкової діяльності — яким є м’язове скорочення.

«Чи сміється дитина при вигляді іграшки, чи усміхається Гарібальді, коли його переслідують за надмірну любов до батьківщини, чи тремтить дівчина при першій думці про кохання, чи створює Ньютон світові закони й записує їх на папері — всюди кінцевим фактом є м’язовий рух». Запевняю, усе це надзвичайно цікаве й захопливе читання навіть для непосвячених. Потрібно змушувати мозок бути продуктивним.

Мозок підлягає тренуванню. Коли людина народжується — це комп’ютер із встановленим природою обмеженим набором програм, відповідальних за інстинкти, якими також керує мозок. Усе подальше розвиток залежить від інтелектуального тренування та насичення інформацією, а також від вивчення способів аналізу цієї інформації.

У принципі, досить невелика кількість людей використовує свій мозок для створення нових знань (що є основною функцією інтелекту) — його (тобто мозку) використання передбачає постійне навчання, постійне мислення і, найголовніше, постійну творчість. Боюся, що більшість людей використовує мозок як певний утилітарний інструмент: вони віддають перевагу виживанню, пристосуванню та підпорядкуванню замість того, щоб бути творчою особистістю й самостійно будувати своє життя.

ЕВОЛЮЦІЯ ЧИ ДЕГРАДАЦІЯ

Технічний прогрес несе як можливості, так і загрози для людства. Ми стикаємося зі зміною суспільно-політичної формації, яка відображає зміну засобів виробництва. На це підуть найближчі 30–40 років.

Вже зараз багато фахівців не потрібні, а з розвитком технологій зникне ще більше професій. Я не впевнений, що ми здатні створити «штучний інтелект». Комп’ютери, якими б великими вони не були, є виконавцями, а не творцями. Те, що ми називаємо ШІ, по суті являє собою нові алгоритми збору та аналізу даних. Дані, як зазвичай, можуть бути використані для найрізноманітніших цілей: наприклад, соціальні медіа надають великі масиви даних, які після відповідного аналізу дають змогу ще простіше маніпулювати людством.

Окрім цього, відбувається цілком очевидна заміна інтелектуальної праці бездумним використанням різноманітних приладів (смартфони та віртуальний простір є чудовим прикладом заміщення реальності для мільйонів). Найбільше я побоююся, що замість набуття штучного інтелекту ми втратимо природний.

ЧИ МОЖНА РОЗПІЗНАТИ ГЕНІЯ?

Визначити генія за структурою мозку неможливо. Відома американська дослідниця Маргарет Даймонд, професор Каліфорнійського університету в Берклі, у 1955 році отримала чотири фрагменти мозку Альберта Ейнштейна. Її увагу привернули певні зміни, але подальші дослідження показали, що вони були пов’язані зі старінням. Тож особливої різниці між мозком генія та звичайної людини немає.

Чи можна продовжити життя геніального мозку окремо від тіла, якщо забезпечити нормальну циркуляцію кисню та поживних речовин? Ми всі пам’ятаємо книгу Олександра Бєляєва «Голова професора Доуеля». Нині це вже не зовсім фантастика — коли людину вводять у стан клінічної смерті, фактично відбувається те саме.

Величезна машина замість серця перекачує кров, яка проходить через усі органи й системи, включно з мозком. Обговорюються спроби пересадити голову від однієї людини до іншої. Я не дуже вірю, що це спрацює. Тому не бачу сенсу, навіщо це робити — у будь-якому разі з часом почнеться відторгнення.

«Нервные центры насекомых», Сантьяго Рамон-и-Кахаль, Институт Кахаля, Мадрид, Испания

МОЗОК І МАРИХУАНА

У людини в голові є власна «марихуана» — представлена ендоканабіноїдами; останні є нейромодуляторами, які виділяються клітинами мозку. Розуміння механізмів діяльності ендоканабіноїдів може допомогти у розробці нових методів лікування глаукоми, розсіяного склерозу або больових розладів.

Що стосується марихуани як рекреаційного засобу чи ліків — усе залежить від застосування і дози. Як визначив Парацельс, «Sola dosis facit venenum» (тільки доза робить речовину отрутою). Наприклад, при хворобі Паркінсона невеликі дози марихуани можуть чинити благотворний вплив. Звісно, все залежить від кількості, але зловживання марихуаною може призвести до деградації мозку та психічних захворювань.

ПЕРСПЕКТИВИ УКРАЇНСЬКОЇ НАУКИ

Щоб наука розвивалася, в суспільстві має бути певна ступінь свободи. На пострадянському просторі її немає. Крім того, потрібні ресурси. Тільки в галузі наук про життя щороку виходить близько 1 млн статей. Очевидно, що 80% із них — це або інформаційний шум, або підтвердження вже відомих знань, або невеликі відкриття. Усе разом це створює критичну масу, яка рухає науку вперед.

Сьогодні лідерами в наукових дослідженнях є США, Велика Британія, Німеччина, Франція, Японія. З величезною швидкістю до них наближається Китай. У США діє National Institute of Health — організація, яка підтримує дослідження в галузі медицини з бюджетом у 30 млрд доларів на рік. Гадаю, що прямі витрати на фундаментальні дослідження в Америці становлять кілька сотень мільярдів доларів щороку.

За весь час існування України ресурси в науку не вкладалися. Тому потрібно визнати, що науки як системи тут фактично немає — є окремі талановиті люди.

Ну і, звісно, організація науки в Україні є абсолютним пережитком Радянського Союзу. Різноманітні структури, починаючи з НАНУ і закінчуючи відомчими академіями, є заповідником косності й незнання; доки НАНУ існує, наука в Україні неможлива.

Шанси на розвиток науки є, однак для цього потрібно перерозподілити ресурси. По-перше, чи є ці ресурси? По-друге, чи розуміє політичний істеблішмент, наскільки це необхідно? Від фундаментальної науки залежить рівень інтелекту всієї країни.

Найкращі університети світу одночасно займаються і наукою, і освітою, тому що це взаємопов’язано. Викладачі постійно підвищують свою кваліфікацію і краще навчають студентів. В українській вищій школі викладачі часто не мають належного рівня знань і не цікавляться тим, що відбувається у науковому світі.

Втім, незалежно від країни, якість освіти як на шкільному, так і на університетському рівні стрімко падає. Університети перетворюються на установи, які видають дипломи, а не знання. Масовість нівелює саму ідею освіти, яка має бути дуже вибірковою й індивідуалізованою. Лише крихітний відсоток людей здатен розвинути справжні інтелектуальні можливості, які й роблять їх творчими особистостями. Як не може бути маси блискучих оперних співаків, так само не може бути й великої кількості хороших учених.

Астроцити, що оточують сенільні бляшки та депозити бета-амілоїда навколо кровоносних судин. Ілюстрація надана героєм інтерв’ю Олексієм Верхратським

LA VITA È BELLA

Що стосується «натхнення», то основним його джерелом є саме життя — «La Vita è Bella» («Життя прекрасне» (італ.)). Я люблю те, чим займаюся. Я щодня багато годин пишу, і мені це подобається (я справді трохи графоман).

Я люблю класичну музику й класичну літературу, збираю європейські гравюри XVI–XVII століть і японські ксилографічні гравюри на дереві (укійо-е — образи мінливого світу) від епохи Едо до Тайсьо та ранньої Сьова — в японському образотворчому мистецтві 1920–1930-х років був свій дивовижний стиль модерн, відомий як Сін-ханґа. Я колекціоную старі книги, факсиміле та спеціальні видання, живу в них і разом із ними. Я люблю свою дружину, і зазвичай ми подорожуємо разом. Усе це дає насолоду життям, яку, ймовірно, можна назвати «щастям».

Наразі я мрію завершити книгу про механізми хвороб «Принципи гліопатології». Це підсумок 20-річної роботи. Наша нервова система складається з двох типів клітин: нейронів, які відповідають за функцію виконання (опрацьовують інформацію та виробляють поведінку), і глії, яка підтримує життєдіяльність нейронів. Кількість тих і інших приблизно однакова — по 100 мільярдів.

Швидше за все, більшість хвороб — це патологія саме цих гомеостатичних клітин. Ця теорія отримала розвиток за останні 15–20 років. Зараз я створюю одну велику концепцію й присвячую їй значну частину своєї енергії та сил. Точніше — не витрачаю, а отримую від цього величезну насолоду.

Займатися в житті тим, чим хочеш, — це рідкість і величезна привілея.

Бесідували: Віктор Галасюк і Жанна Крючкова