Valkoisen talon itähuoneen televisioiduissa huomautuksissa 2. huhtikuuta 2013 presidentti Obama kertoi yhtä mahtavaa tieteellistä tehtävää kuin Apollo-ohjelma. Tavoite ei ollut ulkoavaruus, vaan rajat jokaisen viehättävä: ihmisen aivot. Obama haastoi maan ”mielikuvituksellisimpia ja tehokkaimpia tutkijoita” kartoittamaan reaaliajassa elävän ihmisen aivojen kaikkien 100 miljardin hermosolun välkkymisen, matkan syvälle hermoskosmokseen, joka ei ole koskaan yrittänyt niin hienolla mittakaavalla. Panoraamanäkymä aivojen läpi lentävistä sähköpulsseista voi johtaa uusiin ymmärryksiin siitä, kuinka ajattelemme, muistamme ja opimme ja kuinka autismista Alzheimerin tautiin johtaneet ongelmat ohjaavat mielenpiiriämme. "Meillä on mahdollisuus parantaa miljoonien ihmisten elämää", presidentti sanoi, "mutta miljardeja ihmisiä tällä planeetalla."
Tästä tarinasta

Aivojen tulevaisuus
OstaaAsiaan liittyvä sisältö
- Iskut aallot voivat luoda vaarallisia kuplia aivoihin
- Useiden mielen yhdistäminen voi auttaa vaurioituneiden aivojen paranemisessa
Ensi kuussa kuuden mailin päässä Valkoisesta talosta Harvardin professori, nimeltään Florian Engert, tarttui mikrofoniin ja julisti maan parhaiden neurotieteilijöiden edessä Obaman ponnistelun olennaisesti turhaksi. "Meillä on ne tiedot nyt", sanoi Engert, joka huoneessa, joka oli täynnä professori bleiserit ja neuletakit, pukeutui lihaspaitaan, josta oli laajat näkymät punnitushauisistaan. ”Huomasimme, että he eivät todellakaan ole kovinkaan hyödyllisiä.” (“Mielestäni koko aivojen kuvantaminen on vain joukko härää ----”, miten hän antoi sen minulle myöhemmin.) Muille tutkijoille hänen on ovat kuulostaneet petturiksi.
Engert, joka on 48-vuotias, oli käytännössä ensimmäinen henkilö planeetalla, joka tarkkaili aivoja seinästä seinään, jota Obama kuvitti. Hän ja hänen kollegansa olivat tehneet sen sci-fi-arvoisella kokeilulla, joka tallensi jokaisen aivotoiminnan räpylän läpinäkyvässä vauvansebrafishissä, maamerkissä, joka julkaistiin vain vuotta aikaisemmin Marquee-tieteellisessä lehdessä Nature . Engertin ehdotus presidentin aivotutkimuksesta oli vähän kuin John Glenn palattu kiertoradalta ja käskenyt JFK: tä olemaan vaivaamatta kuun laskeutumista.
"Hänen tulisi olla puolustaja", sanoo Miyoung Chun, molekyyligeneetikko ja Kavli-säätiön johtaja, johtava neurotieteiden tutkimuksen puolustaja. "Monet muut neurotieteilijät juhlivat sitä, mitä hän pystyi suorittamaan, mutta hän itse sammuttaa sen."
Mutta Engert yritti huomauttaa: Koko aivojen nauhoittaminen ei hänen mielestään ole välttämättä paras tie uusiin löytöihin korvien välissä olevista kolmesta punnan lihasta. “Löydät kuviot, sekvenssit, klusterit, korrelaatiot ja pilkkualueet. Ja mitä sitten? ”Hän kertoi minulle. Se on paljon tietoa ilman paljon ymmärrystä.
Engert ajatteli, että Valkoinen talo - ja monet tutkijat - toivoivat liian paljon toiveita liian kapealle idealle aivojen ymmärtämisestä. Hänen kritiikissään ei ole kysymys pelkästään menetelmistä, vaan neurotieteen päätavoitteista. Kuinka paljon meidän pitäisi odottaa ymmärtävän elämämme aikana sellaisia ilmiöitä kuin muisti, uni ja tietoisuus? Mikä kentän korkeimman kutsun pitäisi olla? Pitäisikö sen hoitaa sairauksia, vai ovatko muut tutkimuslinjat yhtä arvoisia?
Engert nauttii kiistoista, varsinkin kun hän on sen keskellä. Se on vaarallinen peli akateemiselle, mutta hänen tieteensä pelastaa hänet. Tämän vuoden syyskuun aikana Obaman hallinto myönsi hänelle yhden uuden aivo-operaation suurimmista apurahoista, voitelemalla hänet johtajaksi siitä ponnistelusta, jota hän ei voi lopettaa erottelemalla.
**********
Tuhansien, ellei miljoonien aivosolujen, on puhuttava keskenään, jotta henkilö voi suorittaa jopa perustoiminnon, kuten nostaa lasillisen vettä. Solut vaihtavat viestejä sähköimpulssien muodossa, jotka kilpailevat millisekunnin nopeudella kuituverkostoja pitkin, jotka ulottuvat aivojen jokaiselle alueelle. Melkein joka hetki, toisin sanoen aivojen Peking on puhelimitse Helsinkiinsa, La Pazin ja Kampalan ollessa paikallaan konferenssissa. Näiden toimintapiirien ajatellaan tukevan joitain aivojen suurimmista mysteereistä: kuinka tallennamme ja muistamme muistoja; kuinka tunnemme tunteita; kuinka neuronit koodaavat tietoja aisteistamme ja kuinka ne hyödyntävät tietoja käyttäytymisen järjestämiseen; kuinka nuo piirit muuttuvat ihmisillä, joilla on psykiatrisia ja neurologisia sairauksia.
Aivan viime aikoihin asti tutkijat pystyivät tallentamaan vain muutamasta sadasta neuronista kerrallaan, jopa laboratorioeläimillä. He tekivät sen upottamalla elektrodit jokaiseen näihin kennoihin. Mutta mitä enemmän soluja yrität seurata kerralla, sitä suurempi on riski tappaa eläin tai oikaista elektroniikkaasi. Toki toimivat MRI-laitteet kuvaavat koko aivot, mutta ne seuraavat veren happitasoja, ei sähköistä aktiivisuutta, ja resoluutio on aivan liian raa'an piirien tutkimiseksi solutasolla. Siksi Engertin vuoden 2012 luontopaperi ripsien kokoisilla vauvan seeprakalailla laskeutui roiskevalaalla. Hänen tiiminsä oli löytänyt tavan tallentaa eläimen koko aivot fMRI: n pyyhkäisyllä ja elektrodien tarkkuudella solu kerrallaan.
Seeprakalat ovat makean veden kaloja, jotka ovat kotoperäisiä puroille, jotka kulkeutuvat riisinpehmusteiden läpi Gangesin varrella, Intiassa ja Bangladeshissa. Lännessä siniset ja kultaiset raidalliset kalat tunnetaan paremmin aloitusakvaariolajeista. 1970-luvulla tutkijat näkivät näissä huomaamattomissa olennoissa seuraavan suuren laboratorioeläimen merkinnät. Seeprakala kasvattaa nopeasti, maksaa vähän ja sisältää geenejä, joita on helppo käsitellä. Ja seeprakalat, aivot hännään, ovat elämänsä muutaman ensimmäisen päivän ajan läpinäkyviä. Tiedemiehet ymmärsivät myöhemmin, että sinun oli luettava vauvan seeprakalan mielet.
Vuosien kokeilun ja virheen jälkeen Engert ja hänen laboratorionsa jäsenet aloittivat villin kokeen. Engert nimitti sen nimellä ”Kala matriisissa”, sen sci-fi-elokuvatrilogian jälkeen, joka koski ihmisiä, jotka ajattelevat johtavansa tavallista elämää, mutta jotka todella suljetaan palkoihin, heidän aivonsa on kytketty virtuaalitodellisuuskoneeseen. Kokeen tavoitteena oli peruskysymys: Mitä tapahtuu vauvan seeprakalan aivoissa heidän oppiessaan?
Aluksi ei ollut selvää, kuka tahansa voisi opettaa vauvalle seeprakalaa mitään. Engert ja hänen kollegansa yrittivät vuosien ajan saada aikaan pysyviä muutoksia käyttäytymisessä antamalla kaloille lieviä iskuja tai palkitsemalla heidät alkoholilla tai kokaiinilla, kaikki turhaan. Mutta vaistojen mukaan seeprakalat uivat virtaa vastaan, refleksin, joka estää heitä pesemästä riisi-paddyksi tai, mikä pahempaa, merelle. Entä jos tutkijat voisivat saada kalat ajattelemaan, että tämä johdotettu refleksi ei toiminut oikein? Oliko kalat oppia sopeutumaan?
Tutkijat saivat linjan geeniteknisesti suunnitellut seeprakalat, joiden hermosolut vilkkuvat vihreänä ampuessaan; solut tuottavat fluoresoivan väriaineen, joka hehkuu kirkkaammin, kun läsnä on kalsiumioneja, jotka virtaavat sisään solun ampuessa. Kalan piti olla liikkumatonta, joten vihreät välähdykset eivät sumene mikroskoopin alla, ja heillä on silti vapauden illuusio.
Engert ja kaksi hänen jälkiasiakirjoistaan, Misha Ahrens ja Ruben Portugues, halvasivat kalat käärme-myrkkytoksiinilla ja suspendoivat sen veteen kirkkaaseen petrimaljaan. Jäljittääkseen virran uinnin visuaalisen kokemuksen, he asettivat projisointinäytön petrimaljan alle ja näyttivät joukon liikkuvia palkkeja. Kalan hännän hermoihin kiinnitetyistä elektrodoista tutkijat havaitsivat, mitä aivot käskevät hännän tekemään, vaikka itse hännä ei pystynyt liikkumaan. Tietokone hidasti palkkeja, kun kalat heiluttivat tai ajattelivat heiluttavan hänen häntäänsä, joten se saa visuaalisen vihjeen, että se pitää menestyksekkäästi paikkansa liikkuvassa vedessä.
Sitten tuli aivopesu. Kun kalat uivat, tutkijat hidastivat tankoja liikaa tai käänsivät suuntaansa tavoitteena saada eläin ajattelemaan, että sen hännästä oli tullut erittäin vahva. Tai he tekivät palkit hitaasti liian vähän, kaksinkertaistaen kalat ajattelemaan, että sen pyrstö oli epänormaalin heikko. Kummassakin tapauksessa kala kompensoi joko vähentämällä hännänsäilauksia tai lisäämällä niitä: mitä tarvitsikin pysyäkseen virtuaalivirrassa. Sen sijaan, että seeprakalat sen jälkeen, kun seeprakalat kalibroivat häntäsiiransa, he muistivat myöhemmin tehdä niin: He oppivat. Kun tutkijat tekivät kaloille kymmenen sekunnin tauon ja palauttivat sitten tankoa nopeudella realistiseen asemaansa, kalat kiinnittivät aluksi pyrstönsä ikään kuin ne olisivat edelleen joko liian voimakkaita tai liian heikkoja.










Kalan 100 000 neuronin videot, jotka on kuvattu suuritehoisella mikroskoopilla, näyttävät kimaltelevan vihreän kentät, jotka silmäilevät näön, liikkeen ja oppimisen alueilla. Erityisen huomionarvoista oli joukko aivosoluja, joilla ei ollut selkeää yhteyttä visioon tai liikkeeseen, ja jotka välähtivät vasta, kun kalat tajusivat, että heidän hännänsä olivat odotettua heikompia tai vahvempia. Engert arvioi, että näillä soluilla oli rooli ”yllätyksessä” tai “virheiden havainnoinnissa”.
Joukkueen paperissa oli useita läpimurtoja, mutta eniten huomiota kiinnitti aivojen laajuisen nauhoituksen tekninen ihme. Koskaan aikaisemmin tutkijat eivät ole kuvanneet aktiivisuutta elävän eläimen kaikissa neuroneissa. "Teknologia oli olemassa, jotta kokeilu suoritettaisiin, mutta ketään ei ollut", Joseph Fetcho, Cornellin professori, joka on edistynyt siemenkalan neurotieteen monilla perusedellytyksillä, kertoi minulle. ”Vain Florian oli tarpeeksi pähkinäinen. Se on tavallaan hänen koko "Mene iso tai mene kotiin" lähestymistapa elämään. "
**********
Kun ilmestyin Engertin laboratorioon Harvardin BioLabs-rakennuksen toisessa kerroksessa, hän tervehti minua ja sanoi: ”Aion näyttää sinulle jotain todella hauskaa.” Hän johdatti minut ulos rakennuksesta ja alas asfalttitien sivulle. Harvardin jumaluuskoulun ovi. Ovikehyksessä oleva laminoitu kortti sanoi: "Tupakointi kielletty 25 jalan päässä rakennuksen sisäänkäynnistä." Mutta itse ovessa oli toinen merkki: "Ei sisäänkäyntiä."
Hän katseli kasvojani varmistaakseni, että rekisteröin, kuinka toinen merkki voitaisiin kohtuudella lukea ensimmäisen kieltämiseksi. Sitten hän puhkesi kitkevästä, korkeasta naurusta. Kun kysyin, voinko ottaa kuvan, hän suostui innokkaasti varmistaen, että molemmat merkit olivat edelleen näkyvissä. Sitten hän sytytti American Spirit -savukkeen, puhalsi savua jumaluushallin räystästä ja väläsi kameraan parhaan tuhmapojan hymynsä.
Engert asetti minulle pienoiskoossa yhden hänen suosituimmista julkisista persooneistaan: rake komediossa, hurmuri, jonka huono käyttäytyminen on viimeinkin vaaratonta, että vain hänen syyttäjät näyttävät lopulta tyhmiltä. Tarinoissa, jotka hän haluaa kertoa itsestään, liittyy kapeita paeta yhdestä tai useammasta fussbudgetista tai harkinnasta. Harvard, jonka pyhitetty maine, suuret egot ja tweediset muotivaatimukset tarjoavat hänelle erityisen tehokkaan folion. Kun kollegat valittivat hänen luisteluistaan BioLabs-rakennuksen läpi, huoltohenkilökunta asetti “No Rollerblading” -merkit. He tulivat alas hänen toimiessaan.
Huomasin Engertin pöydän takana puukappaleilla käsitellyn nahkapiiskaa yhden iltapäivän aikana, ja kun kysyin, mitä se siellä tekee, hän tarttui siihen, ojensi jalkoihinsa ja irrotti korvanhalkeamishalkeaman, joka avasi pari hätkähdytettyjä luokkaopiskelijoita istuimiltaan. ”Näet kuinka he reagoivat, kuinka he yhtäkkiä toimivat nopeammin?” Hän vitsaili. Itse asiassa joku antoi sen hänelle ironisesti. Engert tunnetaan hyvin pitkästä hihnasta, jonka hän antaa laboratorion jäsenille. Hänen mielestä kekseliäisin tiede esiintyy ympäristössä, jossa loistavilla itsenäisillä ajattelijoilla on vapaus ohjata kekseliäimpiä ideoitaan, vaikka ne epäonnistuisivatkin.
Astrofysiikan yliopiskelija Adam Kampff punnitsi siirtymistä neurotieteen tohtoriksi vuonna 2002, kun Engert antoi hänelle Harvardin luottokortin ja käski rakentaa laboratorioon kaksifotonisen mikroskoopin, laserien ja peilien salauksen, joiden kokoaminen vaatii teknisen taiton suuruus. Mikroskoopit, jotka laukaisevat kaksi infrapunavalonsätettä yhdessä pisteessä, arvostetaan niiden fluoresoivasti värjättyjen solujen puhdasta kuvaa varten, kuten ne, jotka vilkkuvat vihreänä geneettisesti muunnetussa seeprakalassa.
Engert suihkutti sitten Berkeleyyn, jossa hän oli juuri valmistunut tutkijatohtorin apurahan, jotta hän voisi ajaa Honda Shadow -risteilijän moottoripyörällä takaisin Cambridgeen.
”Hänen poissa ollessaan mielestäni kulutin noin 300 000 dollaria”, Kampff kertoi minulle. "Takaisin taaksepäin mennään, " Odota, se on hullua ", " sanoi Kampff, joka jatkoi tohtoriksi ja jatkoi Engertin kanssa ja on nyt laboratorion johtaja Sainsbury Wellcome Centerissä, neurotieteen tutkimuslaitoksessa Lontoon University Collegessa. "Mutta se oli paras asia, mitä minulle on koskaan tapahtunut."
Vuoden 2009 julkisessa puheessa, jonka Engert toimitti osana toimikauttaan, kollega suositteli häntä ohittamaan lihaspaita ja pukeutumaan. Engert teki - lederhosen. Kun hän aloitti lavalla nahkahousuilla ja polvisukeilla, hän vakuutti pakatun luentosalin, että esiintymisen vastaisesti hän oli ottanut kollegansa neuvot sydämeen. "Tämä on Baijerin heimojen muodollinen pukeutuminen", Engert sanoi, kun huone tulvi naurusta, "ja se on merkki kaikesta yleisölle osoitetusta suurimmasta kunnioituksesta."
**********
Florian oli kerran hiljainen, sarjakuvaa syövä kotikappale, sanoo hänen sisarensa Katharina. He kasvattivat Münchenin Schwabing-alueella, lähellä sijaitsevien yliopistojen opiskelijoiden animoimia boheemiläisiä. Heidän isänsä oli leipuri, joka perusti paikallisen jäätelöketjun, ja heidän äitinsä myivät perheensä kampaamon lasten kasvattamiseksi. Loitsun vuoksi he kaikki asuivat lippulaiva Engert Ice -nimisen yläpuolella. Lapsia tuli aina ympäri, mutta ”et koskaan tiennyt ovatko he ystäviäsi jäätelön tai sen takia, että he pitivät sinusta”, kertoo Katharina, nyt Münchenin perusterveydenhuollon lääkäri.
Kun Engert oli lukiossa, heidän isänsä, huolissaan englanninkielisistä arvosistaan, lähetti hänet Lontooseen vuodeksi kielitutkimukseen. Engert tuli kotiin ekstravertinen ja itsevarma. Pian hän joutui joukkoon itsenäisiä kylmän sodan nihilistiä, jotka uskoivat elävänsä tällä hetkellä, koska ydinkatastrofi pystyi tuhoamaan ihmiskunnan ennen kuin joku heistä saavutti 30-vuotiaan.
Isot kysymykset maailmankaikkeuden alkuperästä innostivat Engertiä, ja fysiikka näytti saavan vastauksia. Hänen vanhempana vuotenaan Münchenin Ludwig Maximilians -yliopistossa kentän kaksi pilaria - alkuainehiukkaset ja astrofysiikka - olivat kuitenkin tulleet tuntemaan olevansa “liian erillään arjesta”, hän kertoi minulle. Hänen perheensä viereinen naapuri oli aivotutkija, ja hän kertoi Engertille, että neurotiede tarvitsee fyysikoita, että kentän tulevaisuus riippuu uusien työkalujen keksinnöstä aivoihin vertaamiseksi.
Jatko-opiskelijana ja tutkijatohtorina Münchenin ulkopuolella sijaitsevassa Max Planckin neurobiologisessa instituutissa ja Kalifornian yliopistossa Engert rakensi välineitä tärkeille löytöille siitä, kuinka rottien ja juoksevien poikien neuronit muuttuvat vastauksena visuaaliseen ja sähköiseen stimulaatioon - oppimisen kannalta tärkeät muutokset ja muisti. Hän vietti kaksi vuotta suunnitellessaan mukautetun kaksifotonimikroskoopin, jonka laser, jos sitä käsitellään väärin, voi räjähtää verkkokalvon. Tyypillisessä eleessä Engert taputti laboratorion suojalasit seinälle ja kiinnitti niiden yläpuolelle kyltin, joka sanoi: "Vain vimpuille."
Hänen lahjansa liike-elämän ja nautinnon harjoittamiseen on lisännyt osuuttaan sisäiseen kommenttiin. Vuonna 2002 Mu-ming Poo, jonka laboratoriossa Engert toimi postdokumenttina, kirjoitti kirjeen, joka kiinnitti laboratorion jäseniä laiskuuteen. "Siellä voi olla muutama harvinainen onnekas stipendiaatti, kuten Florian, joka ... voi nauttia elämästä jonkin aikaa ja saada silti työpaketin Harvardilta", Poo kirjoitti. "Ketään muuta laboratoriossa ei ole Florianin ylellisyyttä leikkiä."
**********
Valkoinen talo aloitti neurotieteen tehtävänsä, joka tunnetaan nimellä BRAIN Initiative (aivotutkimukselle edistämällä innovatiivisia neuroteknologioita) 100 miljoonan dollarin pyynnöllä kongressille. Kansalliset terveysinstituutiot myönsivät viime syksynä 46 miljoonaa dollaria BRAIN-apurahoja. Erilliset virastot, kuten Kansallinen tiedesäätiö, Puolustustutkimuksen edistyneiden tutkimushankkeiden virasto ja Elintarvike- ja lääkevirasto tukevat aloitteen tavoitteisiin mukautettua tutkimusta. Yksityisellä sektorilla yritykset, kuten Google, GE ja GlaxoSmithKline, ovat käyttäneet operaatioon yli 30 miljoonaa dollaria.
Pyrkimykseen osallistuneet tiedemiehet kuvailevat portaiden lähestymistapaa, joka työskentelee pyöreäistä matoista (300 neuronia), vauvan seeprakalaista ja hedelmäkärpäksistä (kumpaakin 100 000) hiiriin (75 miljoonaa) ja apinoihin (6 miljardia makaa) ennen ihmisen Himalajan huippukokousta. aivot (lähes 100 miljardia). Joillakin tavoin aloite etenee nyt kaikilla näillä rintamilla samanaikaisesti. Tutkijat tutkivat ihmisen aivojen osia ottaen samalla kokonaisvaltaisemman lähestymistavan laboratorioeläimissä. Ja he kokeilevat joukko työkaluja - lasereita, erittäin ohuita koettimia, kemiallisia merkintöjä, korkean teknologian ultraääniä, valolla aktivoituvia molekyylejä, seuraavan sukupolven fMRI: itä ja PET-skannereita - toivoen, että ne tallennetaan korkealla resoluutiolla syvistä sisällä olevista läpinäkymättömistä aivoista.
Chun, joka auttoi vakuuttamaan Valkoista taloa BRAIN-aloitteen käynnistämisessä, on verrannut seeprakalan työtä pikahissiin. "Olimme vielä ensimmäisessä kerroksessa yrittäessämme päästä toiseen kerrokseen", hän sanoo. "Sitten tyhjästä menimme kymmenenteen kerrokseen."
Vasta Engertin paperissa - ja seuraavana vuonna Misha Ahrensilta, joka teki seeprakalan mielenlukua dramaattisesti nopeammin -, ajateltiin, okei, tämä aloite voisi olla mahdollista, Chun sanoi. "Heidän tekemänsä uskonhyppy oli valtava."






Hän odottaa, että ihmisten terveydelle maksettavat korvaukset epilepsian kaltaisista sairauksista voisivat tulla vain viidessä vuodessa. Hoito vähemmän ymmärrettäville sairauksille - Parkinsonin ja Alzheimerin taudista autismiin, skitsofreniaan ja posttraumaattisiin stressihäiriöihin - on edelleen, mutta tuskin ulottumattomissa. Vertaamalla terveiden ihmisten aivoja soluittain soluista neuraalihäiriöihin, tutkijat saattavat pystyä eristämään piirit, joiden hajoaminen esikuvastaa sairautta. Nämä löytöt voisivat vauhdittaa uusien lääkkeiden ja hoitomuotojen kehittämistä. Seeprakalat, jotka ovat selkärankaisia ja joilla on siten aivojen kaltaiset aivot, johtavat jo tietä. Heitä käytetään lääkkeiden testaamiseen ja ahdistuksen, unen ja alkoholin väärinkäytön neurobiologian tutkimiseen.
Engert jättää kuitenkin mielellään tällaiset harrastukset muille tutkijoille. Hänen mukaansa hän ei koskaan ryhtynyt kuvatoimintaan aivojen jokaisessa solussa. Se oli vain lisä Matrix-kokeiluun - hana hiljentääkseen keskustelua siitä, onko tällainen tallennus mahdollista. Häntä ajavat kysymykset ilman ilmeisiä sovelluksia: Kuinka seeprakala reagoi tietyntyyppisiin ärsykkeisiin? Mitkä hermostopiirit tulevat, kun kalat uivat, metsästävät tai pakenevat saalistajia? Mitkä kokeilut tarjoavat parhaan kuvan seeprakalan oppimisesta?
Hän haluaa, että kansalaiset ja poliitikot arvostavat neurotiedettä samoista syistä, joita he tekevät Hubble-avaruus teleskoopilla, suurella hadronin kolarittimella tai Mars-roverilla. Mikään näistä ei koske päivittäistä elämää suoraan, mutta niitä rahoitetaan, koska maailmankaikkeuden mysteerien purkamisessa on kauneutta. Hän uskoo, että pyrkimykset lopetetaan, jos BRAIN-aloite ylitetään. "Ongelma", hän sanoo, "on, että jos emme ratkaise Alzheimerin ja Parkinsonin ongelmia, näyttää siltä, että olemme epäonnistuneet asetetuissa tehtävissämme ja ihmiset ottavat rahat pois ja sanovat:" Hyvää yrittää, ei sikaria. ""
Mitä tulee tämän työn esille tuomiin filosofisiin kysymyksiin - opettaako aivot tutkimalla meille mitä tahansa ihmisen tietoisuuden luonteesta vai sielun ideasta; vähentääkö tiede jonain päivänä ihmiskunnan tavaraa kylmäksi algoritmisen koodin laskemiseksi - hän on agnostinen.
Tapasimme eräänä iltana kirkkaan violetissa talossa, jossa hän asuu Boston Symphony -sopranina kuunvaloa harjoittavaa lääketutkijaa Polina Kehayovan ja heidän 6-vuotiaan tyttärensä kanssa. Linssimuhennuksen aikana Engert muistutti jotain, mitä MIT: n kielitieteilijä Noam Chomsky sanoi kerran: "Jos emme pysty selittämään, miksi torakka päättää kääntyä vasemmalle, kuinka voimme selittää, miksi ihminen päättää tehdä jotain?"
"Jopa pieninkin hyönteinen on näyttävästi hyvin sopeutunut instrumentti, joka on monimutkaisempi ja mielenkiintoisempi kuin mikään tietokone", hän kertoi minulle. "Tarkoitan, etkö haluaisi tietää kuinka sen aivot toimivat?"
Muutaman päivän kuluttua Engertistä pääsin eteenpäin hänen aivojensa toimintaan. Hänen tavoitteensa, osoittautuu, eivät ole niin hankalaa sopivuutta BRAIN-aloitteeseen kuin hän toisinaan teeskentelee, vaikka hänen motivaationsa olisivat erilaisia. Aivojen jokaisen vilkkuvan neuronin elävät kuvat voisivat pitää valtavana voimana, hän sanoo, jos tutkijat näkivät myös johdot: ohuet kuidut, joita neuronit lähettävät signaaleja. Sitten tiedät, puhuivatko tietyt neuronit toistensa kanssa - ja ehkä myös mitä he sanoivat.
Yhden iltapäivän kampuksella yksi Engertin opiskelijoista, Mariela Petkova, käveli minut pihan yli molekyyli- ja solubiologian professori Jeff Lichtmanin laboratorioon. Ikkunattoman huoneen sisällä koko seeprakalan aivot oli jäykistetty hartsilla ja leikattu timanttiveitsellä 30 000 erittäin ohutta viipaletta. Pyyhkäisyelektronimikroskoopit kuvaavat kutakin viipaletta, ja kahdeksan jatko-opiskelijaa ja useita vapaaehtoisia - myös Petkovan äiti - bulgarialaisesta Internetistä jäljittävät hermostoa "johdot" käsin siipistä viipaleeseen. Toinen professori, Constance Cepko, tekee lisäseurantaa seuraamalla kuinka fluoresoivat virukset leviävät aivojen läpi. Kun kytkentäkaavio on valmis, Engert asettaa vilkkuvien neuroniensa kartan sen päälle. Teoreetikko Haim Sompolinsky analysoi sitten neuraaliliikenteen virtauksia johtojen yli etsimällä periaatteita, jotka yhdistävät nämä liikennemallit tiettyihin kalojen käyttäytymisiin.
Kun Engertin työ, joka hänen mukaansa voi kestää 20 vuotta, tehdään, hänellä ei ole mitään muuta - tai vähemmän - loistavaa kuin “virtuaali kala”: ohjelmisto, joka jäljittelee seeprakalan aivojen täydellistä toimintaa. Tutkijat voisivat soittaa minkä tahansa sekoituksen aistillisiin tuloihin - veden lämpötilaan, valokuvioon, läheisen saaliin tai saalistajan polkuun - ja ohjelmiston algoritmit osoittaisivat paitsi kuinka todellinen kala reagoi, myös sen aivoissa tapahtuvan, millisekunnin ajan millisekunnin ja solu kerrallaan, ennen kuin se teki niin.
Hän on selvittänyt pohjimmiltaan, miksi seeprakala kääntyy vasemmalle.
**********
Perjantaiaamuna tuo Engertin laboratorioon ainoan rakennekuvan: viikoittainen all-hands-kokous, jossa 20 grad-opiskelijaa ja postdocs-asiakirjaa kertovat toisilleen tutkimuksestaan. Perjantaina joulukuun puolivälissä, kun olin noin, Engert vetoketti luistimille ja yllään t-paita, jossa oli kuva Snoopystä, joka taipui bicepiksi ja sanat ”Welcome to the Gun Show”.
Professori istui pöydän päässä ja iski ylös ja alas pneumaattisella tuolilla, kuin lapsi, joka makasi vanhempien pöydällä. "Vau", hän sanoi. "Minusta tuntuu, että olen vastuussa."
Mutta aivan yhtä nopeasti hän liukastui tuolilta huoneen nurkkaan, missä hän otti roolin, jota harvemmin nähdään julkisesti: hiljaisen ja kärsivällisen cheerleaderin tehtävä tutkijoilleen, trailun ulkopuolella oleville tutkijoille, jotka hän varustaa välineillä ja sitten lähtevät - soita kun pystyt! —Mielen tähtikenttiä.
Nuoret miehet ja naiset vuorotellen napsauttivat diojensa viimeisimmistä seeprakalatyöistään: Tässä ovat hermosolut, jotka vilkkuvat, kun kalat saavat lievän shokin. Täällä visuaalinen vihjaa aivonsa kotiin eteenpäin liikkeen arvioimiseksi. Täällä nopea kamera ylösalaisin jyrsimessä, uusi työkalu, joka voi pian antaa laboratorion jäsenten seurata aivojen toimintaa vapaasti uivissa kaloissa.
Engert esitti muutaman lempeän kysymyksen, mutta enimmäkseen rohkaisua oli: “Amazing!” “Erittäin mukava - peto toiminnassa!” “Katso sitä! Havainto, kognitio ja tietoisuus täällä. Kalan sielu! ”
Yksi luokkaopiskelija huomautti, että rullaluistimet Jokaisessa Engertin jalassa olivat eri värejä ja merkkejä. Engert irrotti luistimet paljastaakseen sukat - toisella jalalla harmaa, toisella musta. Sitten hän riisui sukkansa. Vasemmalla jalallaan iso varpaankyntti oli maalattu punaiseksi ja muut violetiksi. Oikealla jalallaan iso varpaankyntti oli violetti ja muut punainen. Kun hänen tyttärensä oli uupannut äitinsä varpaita äskettäisessä kynsilakkakokeessa, hänen isänsä oli tarjonnut hänen.