Quantumrun

BILLEDKREDIT: Quantumrun

Forstå hjernen for at slette psykisk sygdom: Future of Health P5

David Tal, udgiver, fremtidsforsker
@DavidTalWrites
LinkedIn

Tue, 09 / 15 / 2020 - 05: 34

100 milliarder neuroner. 100 billioner synapser. 400 miles af blodkar. Vores hjerner frustrerer videnskaben med deres kompleksitet. Faktisk forbliver de 30 gange stærkere end vores hurtigste supercomputer.

Men ved at låse op for deres mysterium åbner vi en verden fri for permanent hjerneskade og psykiske lidelser. Mere end det, vil vi være i stand til at øge vores intelligens, slette smertefulde minder, forbinde vores sind med computere og endda forbinde vores sind med andres sind.

Jeg ved godt, at det hele lyder skørt, men når du læser videre, vil du begynde at forstå, hvor tæt vi er på gennembrud, der nemt vil ændre, hvad det vil sige at være menneske.

Endelig at forstå hjernen

Den gennemsnitlige hjerne er en tæt samling af neuroner (celler, der indeholder data) og synapser (veje, der tillader neuroner at kommunikere). Men præcis hvordan disse neuroner og synapser kommunikerer, og hvordan forskellige dele af hjernen påvirker forskellige dele af din krop, det forbliver et mysterium. Vi har ikke engang værktøjer, der er stærke nok endnu til fuldt ud at forstå dette organ. Hvad værre er, verdens neurovidenskabsmænd har ikke engang en aftalt samlet teori om, hvordan hjernen fungerer.

Denne situation skyldes i høj grad neurovidenskabens decentraliserede karakter, da det meste hjerneforskning foregår på universiteter og videnskabelige institutter rundt om i verden. Men lovende nye initiativer - som USA HJERNE initiativ og EU Human Brain Project-er nu i gang med at centralisere hjerneforskningen sammen med større forskningsbudgetter og mere fokuserede forskningsdirektiver.

Sammen håber disse initiativer at skabe massive gennembrud inden for det neurovidenskabelige felt af Connectomics - studiet af forbindelser: omfattende kort over forbindelser i en organismes nervesystem. (Dybest set ønsker videnskabsmænd at forstå, hvad hver neuron og synapse inde i din hjerne virkelig gør.) Til dette formål omfatter de projekter, der får mest opmærksomhed:

optogenetics. Dette refererer til en neurovidenskabsteknik (relateret til connectomics), der bruger lys til at kontrollere neuroner. På engelsk betyder det at bruge de nyeste genetiske redigeringsværktøjer beskrevet i tidligere kapitler i denne serie til at genmanipulere neuroner inde i hjernen hos forsøgsdyr, så de bliver sensibiliserede over for lys. Dette gør det lettere at overvåge, hvilke neuroner der fyrer op inde i hjernen, når disse dyr bevæger sig eller tænker. Når den anvendes på mennesker, vil denne teknologi give videnskabsmænd mulighed for mere præcist at forstå, hvilke dele af hjernen der styrer dine tanker, følelser og krop.

Stregkodning af hjernen. En anden teknik, FISSEQ stregkodning, injicerer hjernen med en specielt konstrueret virus designet til ufarligt at præge unikke stregkoder i de inficerede neuroner. Dette vil gøre det muligt for forskere at identificere forbindelser og aktivitet ned til den individuelle synapse, hvilket potentielt udkonkurrerer optogenetik.

Billeddannelse af hele hjernen. I stedet for at identificere funktionen af neuroner og synapser individuelt, er en alternativ tilgang at registrere dem alle samtidigt. Og utroligt nok har vi allerede billedværktøjerne (alligevel tidlige versioner) til at gøre det. Ulempen er, at billeddannelse af en individuel hjerne genererer op til 200 terabyte data (omtrent hvad Facebook genererer på en dag). Og det bliver kun indtil kvantecomputere komme ind på markedspladsen omkring midten af 2020'erne, at vi nemt vil være i stand til fuldt ud at behandle denne mængde big data.

Gensekventering og redigering. Beskrevet i kapitel tre, og i denne sammenhæng anvendt på hjernen.

Overordnet set sammenlignes udfordringen med at kortlægge connectomet med udfordringen med at kortlægge det menneskelige genom, opnået tilbage i 2001. Selvom det er langt mere udfordrende, vil connectomets endelige udbytte (i begyndelsen af 2030'erne) bane vejen for en storslået teori om hjerne, der vil forene neurovidenskaben.

Dette fremtidige forståelsesniveau kan føre til en række applikationer, såsom perfekt sindkontrollerede protetiske lemmer, fremskridt inden for hjerne-computergrænseflade (BCI), hjerne-til-hjerne-kommunikation (hej, elektronisk telepati), viden og færdigheder uploades til hjernen, Matrix-lignende upload af dit sind til nettet – det virker! Men til dette kapitel, lad os fokusere på, hvordan denne store teori vil gælde for helbredelse af hjernen og sindet.

Afgørende behandling for psykisk sygdom

Generelt stammer alle psykiske lidelser fra en eller en kombination af genfejl, fysiske skader og følelsesmæssige traumer. I fremtiden vil du modtage skræddersyet behandling for disse hjernesygdomme baseret på en kombination af teknologi og terapiteknikker, der vil diagnosticere dig perfekt.

For psykiske lidelser, der hovedsageligt er forårsaget af genetiske defekter – herunder sygdomme som Parkinsons sygdom, ADHD, bipolar lidelse og skizofreni – vil disse ikke kun blive diagnosticeret meget tidligere i livet gennem fremtidige genetiske test/sekventering på massemarkedet, men vi vil derefter blive diagnosticeret meget tidligere i livet. i stand til at redigere disse generende gener (og deres tilsvarende lidelser) ved hjælp af tilpassede genterapiprocedurer.

For psykiske lidelser forårsaget af fysiske skader – inklusive hjernerystelse og traumatiske hjerneskader (TBI) fra arbejdsulykker eller kamp i krigszoner – vil disse tilstande til sidst blive behandlet gennem en kombination af stamcelleterapi for at genskabe skadede områder af hjernen (beskrevet i sidste kapitel), samt specialiserede hjerneimplantater (neuroproteser).

Især sidstnævnte bliver allerede aktivt testet til massemarkedsbrug inden 2020. Ved hjælp af en teknik kaldet dyb hjernestimulering (DBS) implanterer kirurger en 1-millimeter tynd elektrode i et specifikt område af hjernen. I lighed med en pacemaker stimulerer disse implantater hjernen med en mild, jævn strøm af elektricitet for at afbryde negative feedback-sløjfer, der forårsager forstyrrende psykiske lidelser. Det har de allerede fundet vellykket i behandling af patienter med svær OCD, søvnløshed og depression.

Men når det kommer til de lammende psykiske lidelser forårsaget af følelsesmæssige traumer – inklusive posttraumatisk stresslidelse (PTSD), ekstreme perioder med sorg eller skyldfølelse, langvarig udsættelse for stress og psykisk misbrug fra dit miljø osv. – er disse tilstande et vanskeligere puslespil at helbrede.

De plagede minders plage

Ligesom der ikke er nogen storslået teori om hjernen, har videnskaben heller ikke en fuldstændig forståelse af, hvordan vi danner minder. Hvad vi ved er, at minder er klassificeret i tre generelle typer:

Sensorisk hukommelse: “Jeg kan huske, at jeg så den bil passere forbi for fire sekunder siden; lugte til pølsevognen for tre sekunder siden; at høre en klassisk rocksang, mens du går forbi pladebutikken."

Kortsigtet hukommelse: "For omkring ti minutter siden bankede en kampagnetilhænger på min dør og talte med mig om, hvorfor jeg skulle stemme Trump for præsident."

Langtidshukommelse: “For syv år siden tog jeg på Euro-rejse med to kammerater. En gang kan jeg huske, at jeg blev høj på svampe i Amsterdam og så på en eller anden måde endte i Paris næste dag. Bedste tid nogensinde."

Af disse tre hukommelsestyper er langtidshukommelser de mest komplekse; de indeholder underklasser som implicit hukommelse , eksplicit hukommelse, hvoraf sidstnævnte kan opdeles yderligere ved semantisk hukommelse, episodisk hukommelseog vigtigst af alt, følelsesmæssige minder. Denne kompleksitet er grunden til, at de kan forårsage så meget skade.

Manglende evne til korrekt at optage og behandle langtidsminder er hovedårsagen bag mange psykologiske lidelser. Det er også grunden til, at fremtiden for helbredelse af psykologiske lidelser vil involvere enten at genoprette langtidshukommelser eller hjælpe patienter med at håndtere eller fuldstændig slette besværlige langtidsminder.

Gendannelse af minder for at helbrede sindet

Indtil nu har der været få effektive behandlinger til patienter med TBI eller genetiske lidelser som Parkinsons sygdom, hvor det kommer til at genoprette tabte (eller stoppe det igangværende tab af) langtidshukommelser. Alene i USA lider 1.7 millioner af TBI hvert år, hvoraf 270,000 er militærveteraner.

Stamcelle- og genterapi er stadig mindst et årti væk (~2025) fra potentielt helbredelse af TBI-skader og helbredelse af Parkinsons. Indtil da ser det ud til, at hjerneimplantater, der ligner dem, der er beskrevet tidligere, løser disse tilstande i dag. De bruges allerede til at behandle epilepsi, Parkinsons og Alzheimers patienter og yderligere udvikling af denne teknologi (især dem finansieret af DARPA) kunne genoprette TBI-patienters evne til at skabe nye og genoprette gamle langtidsminder inden 2020.

Sletning af minder for at helbrede sindet

Måske blev du snydt af en, du elskede, eller måske glemte du dine replikker ved en større offentlige talerbegivenhed; negative minder har en grim vane med at blive hængende i dit sind. Sådanne minder kan enten lære dig at træffe bedre beslutninger, eller de kan gøre dig mere forsigtig med at tage visse handlinger.

Men når folk oplever mere traumatiske minder, såsom at finde den myrdede krop af en elsket eller overleve en krigszone, kan disse minder blive giftige - potentielt føre til permanente fobier, stofmisbrug og negative ændringer i personligheden, såsom øget aggression, depression osv. PTSD omtales for eksempel ofte som hukommelsessygdommen; traumatiske hændelser og negative følelser hele vejen igennem, forbliver fast i nuet, da de ramte ikke kan glemme og mindske deres intensitet over tid.

Det er derfor, når traditionelle samtale-baserede terapier, medicin, og endda nyere virtual reality-baserede terapier, undlader at hjælpe patienten med at overvinde deres hukommelsesbaserede lidelse, kan fremtidige terapeuter og læger ordinere fjernelse af den traumatiske hukommelse helt.

Ja, jeg ved det, det lyder som en Sci-Fi plot enhed fra filmen, Evigt solskin i et pletfrit sind, men forskning i hukommelsessletning går hurtigere, end du tror.

Den førende teknik udvirker en ny forståelse af, hvordan minder i sig selv huskes. Du kan se, i modsætning til hvad almindelig visdom kan fortælle dig, er et minde aldrig hugget i sten. I stedet ændrer handlingen med at huske en hukommelse selve hukommelsen. For eksempel kan et lykkeligt minde om en elsket permanent blive til et bittersødt, endda smertefuldt, minde, hvis det huskes under deres begravelse.

På et videnskabeligt niveau registrerer din hjerne langtidsminder som en samling af neuroner, synapser og kemikalier. Når du beder din hjerne om at huske en hukommelse, skal den reformere denne samling på en bestemt måde, for at du kan huske den hukommelse. Men det er under det pakning fase, hvor din hukommelse er mest sårbar over for at blive ændret eller slettet. Og det er præcis, hvad videnskabsmænd har opdaget, hvordan man gør.

I en nøddeskal går indledende forsøg med denne proces lidt sådan ud:

Du besøger en lægeklinik for en aftale med en specialiseret terapeut og laborant;
Terapeuten ville derefter stille dig en række spørgsmål for at isolere årsagen (hukommelsen) til din fobi eller PTSD;
Når først isoleret, vil terapeuten holde dig til at tænke og tale om denne hukommelse for at holde dit sind aktivt fokuseret på hukommelsen og dens tilknyttede følelser;
Under denne langvarige erindring ville laboranten få dig til at sluge en pille eller injicere dig med det hukommelseshæmmende lægemiddel;
Efterhånden som erindringen fortsætter, og stoffet sætter ind, begynder følelserne forbundet med hukommelsen at aftage og falme sammen med de udvalgte detaljer i hukommelsen (afhængigt af det anvendte stof, forsvinder hukommelsen muligvis ikke helt);
Du bliver inde i rummet, indtil stoffet forsvinder helt, altså når din naturlige evne til at danne normale kort- og langtidsminder stabiliseres.

Vi er en samling af minder

Mens vores kroppe kan være en kæmpe samling af celler, er vores sind en kæmpe samling af minder. Vores minder danner det underliggende gitter af vores personligheder og verdenssyn. Fjernelse af en enkelt hukommelse – bevidst eller endnu værre ved et uheld – ville have en uforudsigelig effekt på vores psyke og hvordan vi fungerer i vores daglige liv.

(Nu hvor jeg tænker over det, lyder denne advarsel meget lig den sommerfugleeffekt, der er nævnt i næsten hver eneste tidsrejsefilm fra de sidste tre årtier. Interessant.)

Af denne grund, mens minimering og fjernelse af hukommelsen lyder som en spændende terapitilgang til at hjælpe PTSD-ramte eller voldtægtsofre med at overvinde det følelsesmæssige traume fra deres fortid, er det vigtigt at bemærke, at sådanne behandlinger aldrig vil blive tilbudt let.

Der har du det, med de tendenser og værktøjer, der er skitseret ovenfor, vil enden på permanent og lammende psykisk sygdom blive set i vores liv. Mellem dette og de storslåede nye lægemidler, præcisionsmedicin og afslutningen på permanente fysiske skader beskrevet i tidligere kapitler, skulle man tro, at vores Future of Health-serie har dækket det hele … ja, ikke helt. Dernæst vil vi diskutere, hvordan morgendagens hospitaler vil se ud, samt sundhedsvæsenets fremtidige tilstand.