Quantumrun

MYNDAGREIÐSLA: Quantumrun

Að skilja heilann til að eyða geðsjúkdómum: Framtíð heilsu P5

David Tal, útgefandi, framtíðarfræðingur
@DavidTalWrites
LinkedIn

Þri, 09 - 15:2020

100 milljarðar taugafrumna. 100 billjón taugamót. 400 mílur af æðum. Heilinn okkar truflar vísindin með margbreytileika sínum. Reyndar eru þær áfram 30 sinnum öflugri en okkar hraðskreiðasta supercomputer.

En með því að opna leyndardóm þeirra opnum við heim lausan við varanlega heilaskaða og geðraskanir. Meira en það, við munum geta aukið greind okkar, eytt sársaukafullum minningum, tengt huga okkar við tölvur og jafnvel tengt huga okkar við huga annarra.

Ég veit, að allt hljómar brjálað, en þegar þú lest áfram muntu byrja að skilja hversu nálægt við erum byltingum sem munu auðveldlega breyta því hvað það þýðir að vera manneskja.

Loksins að skilja heilann

Meðalheili er þétt safn taugafrumna (frumur sem innihalda gögn) og taugamóta (leiðir sem gera taugafrumum kleift að hafa samskipti). En nákvæmlega hvernig þessar taugafrumur og taugamót hafa samskipti og hvernig mismunandi hlutar heilans hafa áhrif á mismunandi líkamshluta, það er enn ráðgáta. Við höfum ekki einu sinni nógu öflug verkfæri ennþá til að skilja þetta líffæri að fullu. Það sem verra er, taugavísindamenn heimsins hafa ekki einu sinni samþykkta sameinaða kenningu um hvernig heilinn virkar.

Þetta ástand er að miklu leyti tilkomið vegna dreifðrar eðlis taugavísinda þar sem flestar heilarannsóknir fara fram í háskólum og vísindastofnunum um allan heim. Hins vegar lofar nýju frumkvæði-eins og Bandaríkjunum HEILA frumkvæði og ESB Human Brain Project-eru nú í gangi að miðstýra heilarannsóknum ásamt meiri rannsóknarfjárveitingum og markvissari rannsóknartilskipunum.

Saman vonast þessi frumkvæði til að gera gríðarlegar byltingar á taugavísindasviði Connectomics - rannsóknin á tengi: yfirgripsmikil kort af tengingum innan taugakerfis lífveru. (Í grundvallaratriðum vilja vísindamenn skilja hvað hver taugafruma og taugamót í heila þínum gera í raun og veru.) Í þessu skyni eru verkefnin sem fá mesta athygli:

Optogenetics. Þetta vísar til taugavísindatækni (tengt tengifræði) sem notar ljós til að stjórna taugafrumum. Á ensku þýðir þetta að nota nýjustu erfðabreytingarverkfærin sem lýst var í fyrri köflum þessarar seríunar til að erfðabreyta taugafrumum inni í heila tilraunadýra, svo þau verða ljósnæm. Þetta gerir það auðveldara að fylgjast með hvaða taugafrumur kvikna inni í heilanum þegar þessi dýr hreyfa sig eða hugsa. Þegar hún er notuð á menn mun þessi tækni gera vísindamönnum kleift að skilja nánar hvaða hlutar heilans stjórna hugsunum þínum, tilfinningum og líkama.

Strikamerki heilans. Önnur tækni, FISSEQ strikamerki, sprautar heilanum með sérsmíðuðum vírus sem er hannaður til að skaðlaust setja einstök strikamerki inn í sýktar taugafrumur. Þetta mun gera vísindamönnum kleift að bera kennsl á tengingar og virkni niður að einstökum taugamótum, sem gæti hugsanlega staðið sig betur en optogenetics.

Myndgreining á heila. Í stað þess að bera kennsl á virkni taugafrumna og taugamóta hver fyrir sig, er önnur nálgun að skrá þau öll samtímis. Og ótrúlegt er að við höfum nú þegar myndtólin (fyrstu útgáfur samt) til að gera það. Gallinn er sá að myndataka einstaks heila myndar allt að 200 terabæta af gögnum (u.þ.b. það sem Facebook býr til á dag). Og það verður bara til kl skammtatölvur koma inn á markaðinn, um miðjan 2020, að við getum auðveldlega unnið úr því magni stórra gagna.

Genaröðun og klipping. Lýst í kafla þrjú, og í þessu samhengi, beitt á heilann.

Á heildina litið er áskorunin við að kortleggja tenginguna borin saman við það að kortleggja erfðamengi mannsins, sem náðist aftur árið 2001. Þó að það sé miklu meira krefjandi, mun endanleg útborgun tengingarinnar (í byrjun þriðja áratugarins) ryðja brautina að stórri kenningu um heila sem mun sameina sviði taugavísinda.

Þetta framtíðarstig skilnings getur leitt til margvíslegra forrita, eins og fullkomlega hugastýrðra gervilima, framfara í heila-tölvuviðmóti (BCI), heila-til-heila samskipta (halló, rafræn fjarskipti), þekkingu og færni að hlaða inn í heilann, Matrix-eins og upphleðsla hugans á vefinn - verkin! En fyrir þennan kafla skulum við einbeita okkur að því hvernig þessi stóra kenning á við til að lækna heilann og huga.

Afgerandi meðferð við geðsjúkdómum

Almennt séð stafa allar geðraskanir af einum eða samblandi af genagöllum, líkamlegum meiðslum og tilfinningalegum áföllum. Í framtíðinni munt þú fá sérsniðna meðferð við þessum heilasjúkdómum sem byggir á blöndu af tækni og meðferðartækni sem mun greina þig fullkomlega.

Að því er varðar geðraskanir sem aðallega stafa af erfðagöllum - þar á meðal sjúkdómum eins og Parkinsonsveiki, ADHD, geðhvarfasýki og geðklofa - munu þær ekki aðeins greinast mun fyrr á lífsleiðinni í gegnum framtíðar erfðarannsóknir/raðgreiningar á fjöldamarkaði, heldur verðum við þá fær um að breyta þessum erfiðu genum (og samsvarandi kvillum þeirra) með sérsniðnum genameðferðaraðferðum.

Fyrir geðraskanir af völdum líkamlegra áverka - þar með talið heilahristing og heilaáverka (TBI) frá vinnuslysum eða bardaga á stríðssvæðum - verða þessar aðstæður að lokum meðhöndlaðar með blöndu af stofnfrumumeðferð til að endurvekja slasað svæði í heilanum (lýst í síðasta kafla), auk sérhæfðra heilaígræðslna (taugastoðtækja).

Sérstaklega er verið að prófa hið síðarnefnda fyrir fjöldamarkaðsnotkun fyrir árið 2020. Með því að nota tækni sem kallast djúp heilaörvun (DBS) græða skurðlæknar 1 millimetra þunnt rafskaut í ákveðið svæði heilans. Líkt og gangráð örva þessi ígræðslu heilann með vægu, stöðugu rafflæði til að trufla neikvæða endurgjöf sem valda truflandi geðröskunum. Þeir hafa nú þegar reynst vel við meðhöndlun sjúklinga með alvarlega OCD, svefnleysi og þunglyndi.

En þegar kemur að þeim lamandi geðröskunum af völdum tilfinningalegra áfalla - þar á meðal áfallastreituröskun (PTSD), öfgakenndar tímabil sorgar eða sektarkennd, langvarandi útsetningu fyrir streitu og andlegu ofbeldi frá umhverfi þínu, osfrv - eru þessar aðstæður erfiðari ráðgáta að lækna.

Plága erfiðra minninga

Rétt eins og það er engin stór kenning um heilann, hafa vísindin heldur ekki fullkominn skilning á því hvernig við myndum minningar. Það sem við vitum er að minningar eru flokkaðar í þrjár almennar tegundir:

Skynminni: „Ég man að ég sá bílinn fara framhjá fyrir fjórum sekúndum; finna lyktina af pylsuvagninum fyrir þremur sekúndum; að heyra klassískt rokklag á leiðinni framhjá plötubúðinni.“

Skammtímaminni: „Fyrir um tíu mínútum bankaði stuðningsmaður kosningabaráttu upp á hjá mér og ræddi við mig um hvers vegna ég ætti að kjósa Trump forseta.“

Langtímaminni: „Fyrir sjö árum fór ég í Evrópuferð með tveimur félögum. Einu sinni man ég eftir því að hafa verið háð í skál í Amsterdam og endaði svo einhvern veginn í París daginn eftir. Besti tími ever.”

Af þessum þremur minnistegundum eru langtímaminningar flóknust; þeir innihalda undirflokka eins og óbeint minni og skýrt minni, sem síðarnefnda má sundurliða frekar eftir merkingarfræðilegt minni, episódískt minni, og mikilvægast, tilfinningaþrungnar minningar. Þessi margbreytileiki er ástæða þess að þeir geta valdið svo miklum skaða.

Vanhæfni til að skrá og vinna úr langtímaminningum á réttan hátt er aðalástæðan fyrir mörgum sálrænum kvillum. Það er líka ástæðan fyrir því að framtíð lækna sálrænna kvilla mun fela í sér annað hvort að endurheimta langtímaminningar eða hjálpa sjúklingum að stjórna eða eyða algerlega erfiðum langtímaminningum.

Að endurheimta minningar til að lækna hugann

Hingað til hafa fáar árangursríkar meðferðir verið til fyrir þá sem þjást af TBI eða erfðasjúkdómum eins og Parkinsonsveiki, þar sem kemur að því að endurheimta glataðar (eða stöðva áframhaldandi tap á) langtímaminningum. Í Bandaríkjunum einum þjást 1.7 milljónir af TBI á hverju ári, 270,000 þeirra eru hermenn.

Stofnfrumu- og genameðferð er enn að minnsta kosti áratug í burtu (~2025) frá því að hugsanlega lækna TBI meiðsli og lækna Parkinsonsveiki. Þangað til þá virðast heilaígræðslur svipaðar þeim sem lýst er hér á undan takast á við þessar aðstæður í dag. Þau eru þegar notuð til að meðhöndla flogaveiki, Parkinsonsveiki og Alzheimer sjúklingum og frekari þróun þessarar tækni (sérstaklega þeir styrkt af DARPA) gæti endurheimt getu þeirra sem þjást af TBI til að búa til nýjar og endurheimta gamlar langtímaminningar fyrir árið 2020.

Að eyða minningum til að lækna hugann

Kannski varstu svikinn af einhverjum sem þú elskaðir, eða kannski gleymdir þú línum þínum á stórum ræðuviðburði; Neikvæðar minningar hafa viðbjóðslega vana að sitja í huga þínum. Slíkar minningar geta annað hvort kennt þér að taka betri ákvarðanir eða þær geta gert þig varkárari við að grípa til ákveðinna aðgerða.

En þegar fólk upplifir áfallafyllri minningar, eins og að finna myrt lík ástvinar eða lifa af stríðssvæði, geta þessar minningar orðið eitraðar - hugsanlega leitt til varanlegrar fælni, vímuefnaneyslu og neikvæðra breytinga á persónuleika, eins og aukinni árásargirni, þunglyndi o.s.frv. Áfallastreituröskun, til dæmis, er oft nefnd minnissjúkdómurinn; áfallatilvik og neikvæðar tilfinningar sem finnast í gegnum tíðina, eru fastar í núinu þar sem þjáningar geta ekki gleymt og dregið úr styrkleika sínum með tímanum.

Þess vegna þegar hefðbundin samtalsmeðferð, lyf og jafnvel nýleg sýndarveruleikatengdar meðferðir, tekst ekki að hjálpa sjúklingnum að sigrast á minnisröskun sinni, geta framtíðarmeðferðaraðilar og læknar mælt fyrir um að áfallaminni verði fjarlægt með öllu.

Já, ég veit, þetta hljómar eins og Sci-Fi söguþráður úr myndinni, Eilíft sólskin á Spotless Mind, en rannsóknir á minni eyðingu ganga hraðar en þú heldur.

Leiðandi tæknin vinnur úr nýjum skilningi á því hvernig minningar eru sjálfar minnst. Þú sérð, ólíkt því sem venjuleg viska gæti sagt þér, er minning aldrei höggvin í stein. Þess í stað breytir sú athöfn að muna minningu minninu sjálfu. Til dæmis gæti ánægjuleg minning um ástvin breyst varanlega í súrsæta, jafnvel sársaukafulla, minningu ef minnst er í jarðarför þeirra.

Á vísindalegu stigi skráir heilinn þinn langtímaminningar sem safn taugafrumna, taugamóta og efna. Þegar þú hvetur heilann til að muna minningu, þarf hann að endurbæta þetta safn á sérstakan hátt til að þú getir muna minnið. En það er á meðan endur sameining áfanga þegar minnið þitt er viðkvæmast fyrir því að vera breytt eða eytt. Og það er einmitt það sem vísindamenn hafa uppgötvað hvernig á að gera.

Í hnotskurn, fyrstu tilraunir á þessu ferli eru svolítið á þessa leið:

Þú heimsækir heilsugæslustöð til að panta tíma hjá sérhæfðum meðferðaraðila og rannsóknarstofu;
Sjúkraþjálfarinn myndi þá spyrja þig röð spurninga til að einangra rót (minni) fælni þinnar eða áfallastreituröskun;
Einu sinni einangraður myndi meðferðaraðilinn láta þig hugsa og tala um þá minningu til að halda huga þínum virkan einbeitt að minningunni og tengdum tilfinningum þess;
Meðan á þessari langvarandi endurminningu stendur myndi rannsóknarfræðingurinn láta þig gleypa pillu eða sprauta þig með minnishemjandi lyfinu;
Eftir því sem endurminningin heldur áfram og lyfið byrjar, byrja tilfinningarnar sem tengjast minningunni að minnka og dofna, samhliða völdum smáatriðum í minningunni (eftir því hvaða lyf er notað getur minnið ekki alveg horfið);
Þú dvelur inni í herberginu þar til lyfið hverfur alveg, þ.e. þegar náttúruleg hæfni þín til að mynda eðlilegar skammtíma- og langtímaminningar nær stöðugleika.

Við erum safn minninga

Þó að líkami okkar sé risastórt safn frumna, þá er hugur okkar risastórt safn af minningum. Minningar okkar mynda undirliggjandi grind persónuleika okkar og heimsmyndar. Það að fjarlægja eina minningu – vísvitandi eða, sem verra er, óvart – myndi hafa ófyrirsjáanleg áhrif á sálarlíf okkar og hvernig við virkum í daglegu lífi okkar.

(Nú þegar ég hugsa um það hljómar þessi viðvörun mjög lík fiðrildaáhrifunum sem minnst er á í næstum öllum tímaferðamyndum undanfarna þrjá áratugi. Áhugavert.)

Af þessum sökum, þó að minnkun og fjarlæging minni hljómi eins og spennandi meðferðaraðferð til að hjálpa þeim sem þjást af áfallastreituröskun eða fórnarlömb nauðgunar við að sigrast á tilfinningalegu áfalli fortíðar sinnar, þá er mikilvægt að hafa í huga að slíkar meðferðir verða aldrei boðnar af léttúð.

Þar hefurðu það, með straumum og verkfærum sem lýst er hér að ofan, mun endalok varanlegra og lamandi geðsjúkdóma sjást á ævi okkar. Milli þessa og stórsigurs nýrra lyfja, nákvæmnislyfja og endaloka varanlegra líkamlegra meiðsla sem lýst er í fyrri köflum, gætirðu haldið að Future of Health serían okkar hafi fjallað um þetta allt... ja, ekki alveg. Næst verður fjallað um hvernig sjúkrahús morgundagsins munu líta út, sem og framtíðarstöðu heilbrigðiskerfisins.