Oamenii de ştiinţă vor să cartografieze creierul uman şi să-l încarce într-un calculator

E anul 2015, iar noi nu suntem în stare să cartografiem nici macăr un creier de şoarece, darămite un creier de om.

„Nimeni nu ştie cum e configurat creierul," a declarat Shawn Mikula, omul de ştiinţă care a descoperit de curând o metoda de a conserva creierele pentru scanare, în cadrul unui interviu pe Skype cu Motherboard. „Creierele mamiferelor sunt un fel de cutie neagră."

Sunt câteva motive întemeiate pentru care cercetătorii vor să cartografieze creierul omenesc, sau orice alt creier. Odată ce oamenii de ştiinţă vor înţelege cum funcţionează creierele noastre la nivel neural, aceştia vor fi în stare să identifice cauzele unor tulburări mintale precum Alzheimerul sau schizofrenia.

Cercetătorii de la Washington University şi de la Harvard au vrut să realizeze o diagramă completă a creierului omenesc, numită şi conectom, cu ajutorul scanărilor RMN şi al unui joc online jucat de voluntarii la studiu. Niciuna din tentative nu a reuşit să evidenţieze transferurile sinaptice dintre neuroni la nivel microscopic, transferuri care joacă un rol important în înţelegerea modului în care funcţionează creierul la nivel fundamental.

Singura tehnologie disponibilă pentru cartografierea circuitelor neuronale este microscopia electronică, care implică secţionarea creierului în felii extrem de subţiri, fotografierea lor cu ajutorul unui microscop electronic şi crearea unei imagini unitare din mai multe fragmente. În ciuda imaginilor foarte detaliate, procesul de secţionare distruge circuitele neurale mai mari care trec prin creier şi nu pot fi încadrate într-o singură felie. În felul acesta, imaginea neuronilor mai mari apare distorsionată. Prin faptul că se concentrează pe neuronii mai mici, microscopia electronică pierde din vedere elementele de ansamblu.

În luna mai, Mikula a publicat o lucrare de cercetare în care descria o metodă de a conserva creierul cu ajutorul unei noi soluţii chimice pentru a putea fi scanat în detaliu fără a fi secţionat.

În cadru procesului de microscopie electronică, mostrele de creier erau pătate cu metale grele, precum osmiul şi reacţionau la fasciculele electronice ale microscoapelor. Dar, pentru că soluţia aceasta pe bază de metale grele, nu pătrundea prea adânc în membranele cerebrale, iar cercetătorii trebuiau să secţioneze creierul în felii subţiri de 20 de nanometri. După multe încercări, Mikula a descoperit că, dacă amestecă formamidă cu soluţia de metale grele, aceasta poate pătrunde complet un creier de şoarece.

Metoda lui Mikula, numită şi BROPA (brain-wide reduced-osmium staining with pyrogallol-mediated amplification) este considerată a fi revoluţionară datorită faptului că a depăşit multe obstacole din domeniul microscopiei electronice şi a deschis calea către scanarea creierelor unor mamifere mai mari, precum ale porcilor sau oamenilor.

„Singura cale prin care putem cartografia toate conexiunile neurale este dacă scanăm fiecare colţişor al creierului unui şoarece la rezoluţie nanometrică," ne-a explicat Albert Cardona, cercetător la Janelia Research Campus din Maryland, într-un email. „Până acum, oamenii de ştiinţă puteau doar să scaneze fragmente minuscule cu ajutorul microscopiei electronice, din cauza limitărilor procesului. Descoperirea lui Mikula, însă, depăşeşte aceste obstacole."

În domeniul imagisticii cerebrale, BROPA este o contribuţie relativ minoră, din moment ce nu explică cum este organizat creierul. Dar Mikula crede că BROPA reprezintă un instrument necesar pentru progresul din domeniu, care e încă învăluit în mister. Mikula speră ca în următorul an să scaneze complet un creier de şoarece cu ajutorul metodei BROPA.

Conform spuselor lui Mikula, dimensiunile atlasului creierului de şoarece vor fi în jur de 50 de petabyţi, adică 50 de milioane de gigabyţi. Dimensiunile unui atlas al creierului uman ar fi, prin comparaţie, de câteva mii de ori mai mari.

Mikula speră ca succesul său să conducă la scanarea creierului unei primate de dimensiuni mici în următorii zece ani. Acesta nu a făcut încă nicio estimare pentru scanarea primului creier de om, dar e optimist.

„Ştiu că vom ajunge, într-un final, să scanăm şi creiere de om, pentru că într-acolo se îndreaptă lucrurile," a spus Mikula. „Nu mai e mult până când guvernele vor finanţa scanarea primului creier uman la nivel microscopic."

După succesul metodei BROPA, oamenii de ştiinţă se întreabă ce alte tehnologii vor fi dezvoltate odată cu realizarea primului conectom al creierului uman.

Pe lângă modurile previzibile prin care o hartă a creierului ar putea ajuta medicina şi ştiinţa, cercetătorii speculează că o asemenea hartă ar putea fi folosită pentru a reproduce mintea umană într-un calculator. În felul acesta am putea să creăm o inteligenţă artificială sau să încărcam amintirile şi personalitatea unui individ într-un sistem de operare şi să construim o clonă digitală a acestuia.

Procesul acesta poartă numele de „mind uploading" şi este destul de controversat în comunitatea ştiinţifică, deşi nu este atât de SF pe cât îţi închipui.

Adepţii uploadării minţii, printre care şi Hayworth, spun că mintea unui individ constă doar în relaţiile şi comportamentele neuronilor, relaţii care pot fi transpuse în algoritmi în cadrul unui sistem computaţional.

Scepticii precum Mikula cred că aşa ceva este imposibil, pentru că mintea umană conţine elemente psihologice mult mai complexe decât structura neuronală, care nu pot fi replicate de un calculator.

Mikula speră ca descoperirea sa şi viitoarele progrese din domeniu să ne ajute nu să conservăm creierul uman prin uploadarea într-un calculator, ci să înţelegem ce înseamnă să fii om.

„Va fi ca o trezire care ne va ajuta să aflăm cine suntem," a spus Mikula. „Unii preferă introspecţia sau alte tehnici ca să înţeleagă cine sunt, eu prefer să fac asta prin observarea creierului uman la nivel neural."

Traducere: Mihai Niţă

Urmăreşte** VICE pe Facebook.**

Citeşte mai multe despre ştiinţă:
Oamenii de știință caută călători în timp pe internet Oamenii de știință au creat un extraterestru care ar putea supraviețui fără apă Știința spune că a fi îndrăgostit și a fi beat înseamnă același lucru Știința a descoperit de ce părinții tăi nu suportă muzica pe care o asculți