Нейротехнологии
Нейротехноло́гии — это любые технологии, которые оказывают фундаментальное влияние на то, как люди понимают мозг и различные аспекты сознания, мыслительной деятельности, высших психических функций. Включают в себя также технологии, которые позволяют исследователям и врачам визуализировать мозг, и предназначены для улучшения и исправления функций мозга.
Основные положения
Отрасль нейротехнологий насчитывает полувековой возраст, однако своей зрелости достигла только в последние 20 лет. Ключевым событием стало появление
По мере развития отрасли она позволит обществу контролировать и использовать многие из возможностей мозга, влияющих на личность и образ жизни. Довольно распространённые технологии уже пытаются делать это; игры вроде Brain Age[1] и программы типа Fast ForWord[2], целью которых является улучшение функций мозга, принадлежат к разряду нейротехнологий.
В настоящее время наука способна изобразить почти все аспекты строения и функционирования мозга. Это помогает контролировать
Современные технологии
Визуализация
Магнитно-резонансная томография (МРТ) применяется для сканирования топологических и знаковых структур мозга, а также для визуализации мозговой активности. Применение МРТ имеет далеко идущие последствия в нейронауках. Это краеугольный камень в изучении мышления, в особенности после появления функциональной МРТ (фМРТ)[5]. Функциональная МРТ измеряет зависимость активизации участков мозга от повышения уровня кислорода. Технология даёт возможность строить карту ассоциативных связей между различными участками и областями мозга, в том числе выявлять новые участки и области. Благодаря фМРТ пациенты могут в режиме реального времени видеть, как их мозг реагирует на раздражители, тем самым получать визуальную обратную связь[6].
Компьютерная томография (КТ) является другой технологией сканирования мозга, используемой с 1970-х годов. Хотя в академической среде многие из функций КТ сегодня переходят к МРТ, первая по-прежнему используется в учреждениях здравоохранения для обнаружения активности и повреждений мозга. Используя рентген, учёные фиксируют в мозге радиоактивные метки, которые указывают на точки активности как инструмент для установления связей в мозге, а также выявляют множество травм/болезней, которые могут причинить мозгу долговременный ущерб (такие, как аневризма или рак)[5].
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) это ещё один метод визуализации, который настроен на фиксацию маркёров, являющихся источниками позитронного излучения (таких, как глюкоза)[5]. ПЭТ применяется всё чаще, потому что позволяет выявлять процессы метаболизма: проблемные участки мозга потребляют больше глюкозы.
Транскраниальная магнитная стимуляция
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) по сути является прямой магнитной стимуляцией мозга. Поскольку электрические токи и магнитные поля неразрывно связаны, воздействие магнитных импульсов на конкретные участки мозга позволяет получать прогнозируемый эффект[7]. Эта область исследований в настоящее время получает большое внимание в связи с потенциальной выгодой от лучшего понимания данной технологии[8].
Микрополяризация
Микрополяризация это форма нейростимуляции, использующая постоянный ток низкого напряжения, который подаётся непосредственно в интересующую зону мозга через небольшие электроды. Первоначально была разработана для помощи пациентам с повреждениями мозга, такими, как инсульты. Тем не менее, исследования по использованию микрополяризации на здоровых взрослых людях показали, что методика может увеличить когнитивные способности для решения различных задач, в зависимости от стимулируемой области мозга. Микрополяризация использовалась для улучшения языковых и математических способностей (хотя одна из её форм способна затормозить обучение математике[9]), развития внимания, улучшения памяти[10] и координации.
Измерения на поверхности черепа
Электроэнцефалография (ЭЭГ) является неинвазивным методом измерения волновой активности мозга. Вокруг головы размещаются ряд электродов, которые улавливают электрические сигналы. Обычно ЭЭГ используется при работе в состоянии сна, так как существуют характерные волновые структуры, связанные с различными стадиями сна[5]. Электроэнцефалография имеет основополагающее значение в исследовании того, как отдыхает мозг. В клинических целях ЭЭГ используются для изучения эпилепсии, а также инсульта и опухолей мозга.
Магнитоэнцефалографией (МЭГ) называется другой метод измерения активности мозга, он замеряет магнитные поля, образуемые электрическими токами в мозге. Преимущество МЭГ перед ЭЭГ заключается в том, что магнитные поля более локализованы, что позволяет лучше отслеживать реакцию различных участков мозга, а также выявлять перевозбуждение (как в случае эпилептических припадков).
Имплантаты
Нейроимплантаты это любые устройства, используемые для контроля или регулирования деятельности мозга. В настоящее время существует несколько имплантатов, доступных для клинического применения при лечении болезни Паркинсона. Наиболее распространёнными нейроимплантатами являются глубокие стимуляторы мозга (
Нейромодулирование[англ.] сравнительно новое направление, которое сочетает в себе использование нейроимплантатов и нейрохимию. В основе этого метода лежит представление о том, что мозг может регулироваться с помощью различных факторов (метаболических, физиологических, электростимуляции), действие которых способны промодулировать устройства, имплантированные в нейронную сеть. В настоящее время данный метод находится ещё в стадии исследований. Для его применения успешного необходимо создание устройств, которые вызывают как можно меньшую негативную реакцию со стороны организма. Этим занимается химия поверхности нейронных имплантатов[англ.].
Клеточная терапия
Учёные начинают изучать возможности использования в головном мозге стволовых клеток, которые недавно были обнаружены в нескольких участках. В ходе экспериментов стволовые клетки успешно используются в мозге детей, которые пострадали от родовых травм, и у пожилых людей с дегенеративными заболеваниями. Стволовые клетки помогают побудить мозг производить новые клетки и устанавливать больше связей между нейронами.
Фармацевтика
Фармацевтические препараты играют важную роль в поддержании химии мозга в стабильном состоянии и являются наиболее часто используемыми нейротехнологиями. Такие лекарства, как сертралин, метилфенидат и золпидем, действуют в качестве химических регуляторов мозга (для более подробной информации см. нейропсихофармакология[англ.]).
Стимуляция слабыми магнитными полями
Стимуляция с помощью слабых магнитных полей[англ.] изучается сейчас как средство борьбы с депрессией в Гарвардской медицинской школе, а ранее рассматривалась Гленном Беллом[12], Эндрю Марино[13] и другими исследователями.
Технологии будущего
Будущее нейротехнологий заключается не столько в том, какие новые методы появятся, а в том, каковы будут сферы применения технологий. Так, в настоящее время фМРТ исследуется как метод противоболевой терапии. Получая обратную связь о функционировании мозга во время приступов боли, пациенты могут уменьшать болевые симптомы[6]. Проведены исследования по тестированию эффективности фМРТ для распознавания лжи[14]. С той же самой целью изучались возможности ЭЭГ[15]. ТМС испытывается для создания возможных методов лечения пациентов с расстройствами личности, эпилепсией, посттравматическим стрессом, мигренью и другими расстройствами мозга[8]. Помимо этого, сканирование с помощью ПЭТ показало 93 % точности в обнаружении болезни Альцгеймера[16].
Что касается стволовых клеток, исследования показали, что подавляющая часть мозга не восстанавливается либо восстанавливается очень тяжело[17], но в то же время некоторые части мозга обладают хорошими регенеративными способностями (особенно гиппокамп и обонятельные луковицы)[18]. Большая часть исследований центральной нервной системы посвящена поиску способов улучшить регенеративные качества мозга. Существуют методы, которые улучшают познавательные функции и способствуют увеличению количества нейронных путей[2], однако они не дают быстрого распространения нервных клеток в мозге. Многие учёные пытаются вживлять пациентам с травмой спинного мозга каркасы, которые способствуют росту аксонов (порций нервных клеток, способных к передаче электрических сигналов), так что у пациентов начинает возвращаться способность передвигаться или чувствовать[19]. Потенциал технологий очень широк, в то же время многие из технологий пока пребывают в стадии лабораторных исследований[20]. Некоторые учёные остаются скептически настроенными в отношении возможностей стволовых клеток, полагая, что у электрических протезов больше шансов на решение медицинских проблем вроде потери слуха или паралича[21].
Системы доставки лекарственных веществ изучаются в целях улучшения жизни тех, кто борется с расстройствами мозга и при этом не может лечиться с помощью иных методов. Мозг обладает очень сильным барьером, который предотвращает попадание в него из крови некоторых препаратов от перехода из крови в мозг. Такие заболевания, как
Нейромодуляция используется сейчас для пациентов с двигательными нарушениями, хотя проводятся исследования в направлении того, чтобы применять эту технологию и для лечения других расстройств. Недавно было проведено исследование на тот предмет, что если DBS может помочь при депрессии, то она имеет также потенциал для терапии нескольких расстройств в мозге[21]. Пока что распространение DBS ограничивается его высокой стоимостью[11]. Создаётся новая версия DBS, которая развилась в новое направление под названием оптогенетика[20]. Оптогенетика предполагает глубокую стимуляцию мозга, соединяя волоконную оптику и генотерапию. Волоконно-оптические кабели предназначены для освещения под действием электрического тока, и белок может добавляться к нейрону под влиянием световых стимулов[25]. Нейромодуляция имеет широкий спектр применения, однако эффект от её применения часто является временным. Цель состоит в максимальном увеличении срока действия эффекта от применения DBS. Другим способом применения нейромодуляции стало бы создание нейро-компьютерных интерфейсов, позволяющих парализованным людям передавать свои мысли на экран компьютера[26].
Вопросы этики
Стволовые клетки
Этичность использования
Военное применение
Новые нейротехнологии всегда использовались правительствами, от детекторов лжи и технологий виртуальной реальности до реабилитации и понимания психики. До 12 % американских солдат возвращаются из Ирака и Афганистана с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР)[29]. Комбинируя фармацевтические препараты и нейротехнологии, некоторые исследователи нашли способы снижения «страха» и теоретизируют насчёт возможности применения полученных результатов в лечении ПТСР[30]. Виртуальная реальность является ещё одной технологией, которая привлекла большое внимание военных. Она могла бы использоваться для лучшего обучения солдат.
Приватность
Наконец, нейротехнологии могут выявить вещь, которую люди часто держат в секрете: о чём они думают. Несмотря на большие выгоды от развития нейротехнологий, учёные и политики должны задуматься о возможных последствиях для «когнитивной свободы». Данный термин важен для многих кругов, обеспокоенных целями прогресса в области нейротехнологий (см. нейроэтика). Текущие улучшения, такие, как чтение «отпечатков мыслей[англ.]» или выявление лжи с помощью ЭЭГ или фМРТ, может породить целый набор неприятных ассоциаций, хотя до полного применения этих технологий остаются ещё долгие годы[31]. Некоторые специалисты по этике обеспокоены также использованием ТМС; они опасаются, что данная технология может использоваться для изменения пациентов нежелательными способами[8].
Изучение
ЮНЕСКО будет проводить конференции про проблемам нейротехнологий [32], 13 июля 2023 в Париже открывается конференция по этике.
См. также
Примечания
- ↑ Nintendo Company of America.
- ↑ Oxford University Press, 1999. — 428 p. — ISBN 978-0195121933.
- ↑ Doidge N. The Brain that changes itself: Stories of personal triumph from the frontiers of brain science. — Viking Press, 2007. — 427 p. — ISBN 978-8178241753.
- ↑ «The Decade of the Mind» Архивная копия от 4 октября 2015 на Wayback Machine.
- ↑ 1 2 3 4 Purves, 2004.
- ↑ 27 февраля 2021 года.
- .
- ↑ .
- .
- .
- ↑ .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- ↑ "Embryonic stem cell therapy restores walking ability in rats with neck injuries" (англ.). Science Daily. 2009-11-10. Архивировано 23 сентября 2015. Дата обращения: 29 декабря 2015.
- ↑ .
- ↑ 1 2 Personal correspondence with Dr. Robert Gross
- ↑ "Breakthrough in the treatment of bacterial meningitis" (англ.). Science Daily. 2009-05-15. Архивировано 12 сентября 2015. Дата обращения: 30 декабря 2015.
- .
- .
- ↑ .
- .
- .
- .
- ↑ «National Center for PTSD Home» Архивная копия от 29 декабря 2015 на Wayback Machine.
- .
- .
- ↑ ЮНЕСКО возглавит глобальный диалог по проблемам нейротехнологий . Дата обращения: 14 июля 2023. Архивировано 7 июня 2023 года.
Литература
- Neuroscience / Ed. by D. Purves. — 3rd ed. — Sunderland (Massachusetts): Sinauer Associates, 2004. — XIX, 773 p. — ISBN 0-87893-725-0.
Рекомендуемая литература
- Анализ состояния и динамики мирового рынка нейротехнологий. Экспертно-аналитический доклад (pdf). РВК (2015). Дата обращения: 31 декабря 2015.
- Публичный аналитический доклад по направлению «Нейротехнологии» (pdf). Федеральный реестр экспертов научно-технической сферы. ФГБНУ НИИ РИНКЦЭ (2014). Дата обращения: 31 декабря 2015.