Quantumrun

BILDEKREDITT: Quantumrun

Forstå hjernen for å slette psykiske lidelser: Future of Health P5

David Tal, utgiver, fremtidsforsker
@DavidTalWrites
Linkedin

tirsdag 09 - 15:2020

100 milliarder nevroner. 100 billioner synapser. 400 mil med blodårer. Hjernen vår frustrerer vitenskapen med sin kompleksitet. Faktisk forblir de 30 ganger kraftigere enn våre raskeste superdatamaskin.

Men ved å låse opp mysteriet deres åpner vi opp en verden fri for permanent hjerneskade og psykiske lidelser. Mer enn det, vi vil være i stand til å øke intelligensen vår, slette smertefulle minner, koble sinnet vårt til datamaskiner og til og med koble sinnet vårt med andres sinn.

Jeg vet at alt høres sprøtt ut, men når du leser videre, vil du begynne å forstå hvor nær vi er gjennombrudd som lett vil endre hva det vil si å være menneske.

Endelig forstå hjernen

Den gjennomsnittlige hjernen er en tett samling av nevroner (celler som inneholder data) og synapser (veier som lar nevroner kommunisere). Men nøyaktig hvordan disse nevronene og synapsene kommuniserer og hvordan forskjellige deler av hjernen påvirker forskjellige deler av kroppen din, det forblir et mysterium. Vi har ikke engang verktøy kraftige nok til å forstå dette organet fullt ut. Enda verre, verdens nevrovitenskapsmenn har ikke engang en samlet teori om hvordan hjernen fungerer.

Denne tilstanden skyldes i stor grad nevrovitenskapens desentraliserte natur, ettersom det meste av hjerneforskningen foregår ved universiteter og vitenskapelige institutter rundt om i verden. Imidlertid lovende nye initiativ - som USA HJERNE-initiativ og EU Human Brain Project— er nå i gang for å sentralisere hjerneforskning, sammen med større forskningsbudsjetter og mer fokuserte forskningsdirektiver.

Sammen håper disse initiativene å gjøre massive gjennombrudd innen det nevrovitenskapelige feltet Connectomics - studiet av koblinger: omfattende kart over forbindelser innenfor en organismes nervesystem. (I utgangspunktet ønsker forskere å forstå hva hver nevron og synapse inne i hjernen din egentlig gjør.) For dette formål inkluderer prosjektene som får mest oppmerksomhet:

Optogenetics. Dette refererer til en nevrovitenskapsteknikk (relatert til connectomics) som bruker lys til å kontrollere nevroner. På engelsk betyr dette å bruke de nyeste genetiske redigeringsverktøyene beskrevet i tidligere kapitler av denne serien for å genetisk konstruere nevroner inne i hjernen til forsøksdyr, slik at de blir sensibiliserte for lys. Dette gjør det lettere å overvåke hvilke nevroner som fyrer opp inne i hjernen når disse dyrene beveger seg eller tenker. Når den brukes på mennesker, vil denne teknologien tillate forskere å mer presist forstå hvilke deler av hjernen som styrer tankene, følelsene og kroppen dine.

Strekkoding av hjernen. En annen teknikk, FISSEQ strekkoding, injiserer hjernen med et spesialkonstruert virus designet for å ufarlig trykke unike strekkoder inn i de infiserte nevronene. Dette vil tillate forskere å identifisere forbindelser og aktivitet ned til den enkelte synapsen, og potensielt overgå optogenetikk.

Avbildning av hele hjernen. I stedet for å identifisere funksjonen til nevroner og synapser individuelt, er en alternativ tilnærming å registrere dem alle samtidig. Og utrolig nok har vi allerede bildeverktøyene (i alle fall tidlige versjoner) for å gjøre det. Ulempen er at avbildning av en individuell hjerne genererer opptil 200 terabyte med data (omtrent det Facebook genererer på en dag). Og det blir bare til kvante datamaskiner gå inn på markedet, rundt midten av 2020-tallet, at vi enkelt kan behandle den mengden big data fullt ut.

Gensekvensering og redigering. Beskrevet i kapittel tre, og i denne sammenhengen brukt på hjernen.

Totalt sett blir utfordringen med å kartlegge konnektoren sammenlignet med den med å kartlegge det menneskelige genomet, oppnådd tilbake i 2001. Selv om det er langt mer utfordrende, vil konnektorens eventuelle utbetaling (på begynnelsen av 2030-tallet) bane vei for en storslått teori om hjerne som vil forene nevrovitenskapen.

Dette fremtidige forståelsesnivået kan føre til en rekke applikasjoner, som perfekt tankekontrollerte proteser, fremskritt innen hjerne-datamaskingrensesnitt (BCI), hjerne-til-hjerne-kommunikasjon (hei, elektronisk telepati), kunnskap og ferdigheter å laste opp til hjernen, Matrix-lignende opplasting av tankene dine til nettet – fungerer! Men for dette kapittelet, la oss fokusere på hvordan denne store teorien vil gjelde for å helbrede hjernen og sinnet.

Avgjørende behandling for psykiske lidelser

Generelt sett stammer alle psykiske lidelser fra en eller en kombinasjon av genfeil, fysiske skader og følelsesmessige traumer. I fremtiden vil du motta tilpasset behandling for disse hjernetilstandene basert på en kombinasjon av teknologi og terapiteknikker som vil diagnostisere deg perfekt.

For psykiske lidelser forårsaket hovedsakelig av genetiske defekter – inkludert sykdommer som Parkinsons sykdom, ADHD, bipolar lidelse og schizofreni – vil disse ikke bare bli diagnostisert mye tidligere i livet gjennom fremtidige, massemarkedsgenetiske tester/sekvensering, men vi vil da bli diagnostisert mye tidligere i livet. i stand til å redigere ut disse plagsomme genene (og deres tilsvarende lidelser) ved å bruke tilpassede genterapiprosedyrer.

For psykiske lidelser forårsaket av fysiske skader – inkludert hjernerystelse og traumatiske hjerneskader (TBI) fra arbeidsulykker eller kamp i krigssoner – vil disse tilstandene til slutt bli behandlet gjennom en kombinasjon av stamcelleterapi for å gjenoppbygge skadede områder av hjernen (beskrevet i siste kapittel), samt spesialiserte hjerneimplantater (nevroproteser).

Spesielt sistnevnte blir allerede aktivt testet for massemarkedsbruk innen 2020. Ved å bruke en teknikk som kalles dyp hjernestimulering (DBS), implanterer kirurger en 1 millimeter tynn elektrode i et bestemt område av hjernen. I likhet med en pacemaker, stimulerer disse implantatene hjernen med en mild, jevn strøm av elektrisitet for å avbryte negative tilbakemeldingssløyfer som forårsaker forstyrrende psykiske lidelser. Det har de allerede blitt funnet vellykket i behandling av pasienter med alvorlig OCD, søvnløshet og depresjon.

Men når det kommer til de lammende psykiske lidelsene forårsaket av emosjonelle traumer – inkludert posttraumatisk stresslidelse (PTSD), ekstreme perioder med sorg eller skyldfølelse, langvarig eksponering for stress og mental mishandling fra miljøet ditt, osv. – er disse forholdene et vanskeligere puslespill å kurere.

Plagen av plagsomme minner

Akkurat som det ikke finnes noen stor teori om hjernen, har heller ikke vitenskapen en fullstendig forståelse av hvordan vi danner minner. Det vi vet er at minner er klassifisert i tre generelle typer:

Sensorisk minne: «Jeg husker at jeg så den bilen passere for fire sekunder siden; lukte pølseboden for tre sekunder siden; å høre en klassisk rockelåt mens du går forbi platebutikken.»

Korttidshukommelse: «For omtrent ti minutter siden banket en kampanjetilhenger på døren min og snakket med meg om hvorfor jeg skulle stemme Trump for president.»

Langtidsminne: «For syv år siden dro jeg på Euro-tur med to kompiser. En gang husker jeg at jeg ble hektisk i Amsterdam og så på en eller annen måte endte opp i Paris dagen etter. Beste tiden noensinne."

Av disse tre minnetypene er langtidsminner de mest komplekse; de inneholder underklasser som implisitt minne og eksplisitt minne, hvorav sistnevnte kan brytes ytterligere ned etter semantisk minne, episodisk minne, og viktigst, emosjonelle minner. Denne kompleksiteten er grunnen til at de kan forårsake så mye skade.

Manglende evne til å registrere og behandle langtidsminner på riktig måte er hovedårsaken bak mange psykologiske lidelser. Det er også grunnen til at fremtiden for å kurere psykologiske lidelser vil involvere enten å gjenopprette langtidsminner eller hjelpe pasienter med å håndtere eller fullstendig slette plagsomme langtidsminner.

Gjenopprette minner for å helbrede sinnet

Til nå har det vært få effektive behandlinger for personer som lider av TBI eller genetiske lidelser som Parkinsons sykdom, hvor det gjelder å gjenopprette tapte (eller stoppe det pågående tapet av) langtidsminner. Bare i USA lider 1.7 millioner av TBI hvert år, 270,000 XNUMX av dem er militærveteraner.

Stamcelle- og genterapi er fortsatt minst et tiår unna (~2025) fra potensielt helbredende TBI-skader og kurering av Parkinsons. Inntil da ser det ut til at hjerneimplantater som ligner på de som er beskrevet tidligere, kan løse disse tilstandene i dag. De brukes allerede til å behandle epilepsi, Parkinsons og Alzheimers pasienter, og videreutvikling av denne teknologien (spesielt de finansiert av DARPA) kan gjenopprette evnen til TBI-lidende til å skape nye og gjenopprette gamle langtidsminner innen 2020.

Slette minner for å helbrede sinnet

Kanskje du ble lurt av noen du elsket, eller kanskje du glemte replikkene dine på en stor offentlig talebegivenhet; negative minner har en ekkel vane med å dvele i tankene dine. Slike minner kan enten lære deg å ta bedre beslutninger, eller de kan gjøre deg mer forsiktig med å ta visse handlinger.

Men når folk opplever mer traumatiske minner, som å finne den myrdede kroppen til en kjær eller overleve en krigssone, kan disse minnene bli giftige – potensielt føre til permanente fobier, rusmisbruk og negative endringer i personlighet, som økt aggresjon, depresjon , osv. PTSD, for eksempel, blir ofte referert til som hukommelsessykdommen; traumatiske hendelser og de negative følelsene som føles hele veien, forblir sittende fast i nåtiden da de som lider ikke kan glemme og redusere intensiteten over tid.

Det er derfor når tradisjonelle samtalebaserte terapier, medisiner og til og med nyere virtuell virkelighet-baserte terapier, ikke klarer å hjelpe pasienten med å overvinne sin hukommelsesbaserte lidelse, kan fremtidige terapeuter og leger foreskrive fjerning av det traumatiske minnet helt.

Ja, jeg vet, dette høres ut som en Sci-Fi-plottenhet fra filmen, Evig solskinn i et plettfritt sinn, men forskning på minnesletting går raskere enn du tror.

Den ledende teknikken utløser en ny forståelse av hvordan minner selv huskes. Du skjønner, i motsetning til hva vanlig visdom kan fortelle deg, er et minne aldri hugget i stein. I stedet endrer handlingen med å huske et minne selve minnet. For eksempel kan et lykkelig minne om en elsket permanent bli til et bittersøtt, til og med smertefullt, minne hvis det huskes under begravelsen.

På et vitenskapelig nivå registrerer hjernen din langtidsminner som en samling av nevroner, synapser og kjemikalier. Når du ber hjernen din om å huske et minne, må den reformere denne samlingen på en bestemt måte for at du skal huske det minnet. Men det er under det rekonsolidering fase når hukommelsen din er mest sårbar for å bli endret eller slettet. Og det er akkurat det forskerne har oppdaget hvordan man gjør.

I et nøtteskall, innledende forsøk av denne prosessen går litt slik ut:

Du besøker en medisinsk klinikk for en avtale med en spesialisert terapeut og laboratorietekniker;
Terapeuten ville deretter stille deg en rekke spørsmål for å isolere grunnårsaken (minnet) til din fobi eller PTSD;
En gang isolert ville terapeuten få deg til å tenke og snakke om det minnet for å holde sinnet ditt aktivt fokusert på minnet og dets tilhørende følelser;
Under denne langvarige erindring, ville laboratorieteknikeren få deg til å svelge en pille eller injisere deg med det minnehemmende stoffet;
Etter hvert som erindringen fortsetter og stoffet starter, begynner følelsene knyttet til minnet å avta og blekne, sammen med de utvalgte detaljene i minnet (avhengig av stoffet som brukes, kan det hende at minnet ikke forsvinner helt);
Du blir inne i rommet til stoffet går helt av, dvs. når din naturlige evne til å danne normale kort- og langtidsminner stabiliserer seg.

Vi er en samling minner

Mens kroppen vår kan være en gigantisk samling av celler, er sinnet vårt en gigantisk samling av minner. Våre minner danner det underliggende gitteret til våre personligheter og verdenssyn. Fjerning av et enkelt minne – med hensikt eller, enda verre, ved et uhell – ville ha en uforutsigbar effekt på vår psyke og hvordan vi fungerer i våre daglige liv.

(Nå som jeg tenker på det, høres denne advarselen veldig ut som sommerfugleffekten som er nevnt i nesten hver eneste tidsreisefilm de siste tre tiårene. Interessant.)

Av denne grunn, mens minimering og fjerning av minne høres ut som en spennende terapitilnærming for å hjelpe PTSD-lidende eller voldtektsofre med å overvinne de følelsesmessige traumene fra fortiden, er det viktig å merke seg at slike behandlinger aldri vil bli tilbudt lett.

Der har du det, med trendene og verktøyene som er skissert ovenfor, vil slutten på permanent og lammende psykisk sykdom bli sett i våre liv. Mellom dette og de store nye medisinene, presisjonsmedisinene og slutten på varige fysiske skader beskrevet i tidligere kapitler, skulle du tro at vår Future of Health-serie har dekket alt … vel, ikke helt. Deretter skal vi diskutere hvordan morgendagens sykehus vil se ut, samt den fremtidige tilstanden til helsevesenet.