211service.com
Stort hjärntänkande
Forskare lär sig mycket om hjärnan – hur den kan fatta beslut på en del av en sekund, hur den lär sig av tidigare misstag, hur den omvandlar ljuspulser till en komplex visuell scen. Men för vissa är det bara halva historien att dechiffrera språket för de elektriska pulserna som färdas genom våra hjärnor. Den andra delen, och en som är mycket mer filosofisk och komplex, är hur den hjärnaktiviteten översätts till medvetande – en persons självmedvetenhet och uppfattning om världen omkring dem.
Bill Newsome , en neuroforskare vid Stanford University i Palo Alto, CA, har ägnat de senaste tjugo åren åt att studera hur neuroner kodar information och hur de använder den för att fatta beslut om världen. På 1990-talet kunde han och medarbetare förändra hur en apa reagerade på sin miljö genom att skicka elektriska stötar till vissa delar av hjärnan. Fynden gav neuroforskare enorm insikt i hjärnans inre funktioner.
Men Newsome är besatt av en kvardröjande fråga: Hur uppstår medvetande från hjärnans funktion? Han känner att det bästa sättet att svara på den frågan är att implantera en elektrod i sin egen hjärna – och se hur den elektriska strömmen förändrar hans uppfattning om världen.
Newsome skulle inte vara den första personen med ett hjärnimplantat. Epilepsipatienter genomgår elektrisk stimulering före hjärnkirurgi. En förlamad man i New England har ett experimentellt implantat som översätter hans hjärnaktivitet till rörelser av en robotarm. Och kanske mest känd, Kevin Warwick, en cybernetikprofessor vid University of Reading, Storbritannien, implanterade först ett chip i nervfibrer i hans arm 2002, och implanterade sedan ett chip i sin frus arm, som en del av hans strävan att bli en cyborg.
Det är inte säkert att Newsome kommer att få godkännande för ett så radikalt åtagande. Men om han gör det, kommer hans experiment inte att vara i intresse av att bota en sjukdom eller bli en mänsklig maskin. Han hoppas kunna göra något bredare: förstå medvetandet.
Teknikgranskning : Varför är förståelse av medvetande så viktigt för dig?
Bill Newsome : Jag tror att hur medvetande uppstår ur hjärnans funktion är en av de mest fascinerande och viktiga frågorna inom hela neurobiologin. Om vi förstår systemet fullständigt (från input till output) på cellnivå, men fortfarande inte vet exakt vad som orsakar medvetna mentala fenomen, kommer vi att ha misslyckats.
TR: De flesta av dina experiment har gjorts på apor. Hur började det forma din syn på förhållandet mellan hjärnans funktioner och mänskligt medvetande?
BN : Vi studerar rörelseuppfattning. Vi tränar apor att titta på ett mönster av prickar som rör sig i en viss riktning och att rapportera prickarnas riktning genom att flytta deras ögon i samma riktning. Om en apa väljer rätt svar får han en belöning.
Detta enkla beteende innehåller en värld när det gäller att förstå hur nervsystemet utför intelligent beteende. Sensorisk information som kommer in i hjärnan genom ögat måste kodas till något neuralt språk som representerar stimulansen i hjärnan. Baserat på denna neurala representation måste apan sedan göra en bedömning på hög nivå om vad han faktiskt ser. Detta beslut styr i sin tur valet av ett motorsvar, att titta åt vänster eller höger.
TR: Och du lade till en ny nivå till denna experimentella uppställning genom att stimulera apans hjärna.
BN : Vi placerar en elektrod i ett område av hjärnan som kallas MT. Cellerna i detta område reagerar selektivt på en specifik rörelseriktning. Vissa celler är aktiva när apan tittar på prickar som rör sig åt vänster, vissa celler är aktiva när apan tittar på prickar som rör sig åt höger. Man hade länge misstänkt att MT var viktigt för vår förmåga att se rörelse. Så vi gjorde ett experiment där vi stimulerade dessa celler artificiellt med små pulser av elektrisk ström – det förändrade vad aporna rapporterade att se.
TR: Så med apexperimenten kan du stimulera hjärnan på mycket fokuserade sätt och förändra hur apan reagerar. Men apan kan inte berätta för dig vad han ser när du stimulerar hjärnan.
BN : Ja. Människor kan rapportera vad de ser eller hör eller känner, men med apor kan du bara titta på deras beteendeförändring. Jag kan inte klättra in i huvudet på en apa och se vad apan verkligen ser.
Detta kommer till kärnan i den aktuella debatten om studiet av medvetande. Vilken är den medvetna upplevelsen som följer med stimuleringen och apans beslut? Även om du visste allt om hur neuronerna kodar och överför information, kanske du inte vet vad apan upplever när vi stimulerar hans MT.
TR: Människor har visat att stimulering av den mänskliga hjärnan kan göra liknande saker också, eller hur?
BN : Elektrisk stimulering av hjärnan är inte ny. Wilder Penfield, en neurokirurg i Kanada på 1930- och 40-talen, som var pionjär inom neurokirurgisk behandling av epilepsi, var den första som började stimulera hjärnan hos medvetna människor. Han ville kunna identifiera de delar av hjärnan som är inblandade i tal och rörelse, innan han tog ut den del av hjärnan som han trodde var ansvarig för sjukdomar, så han utvecklade sätt att göra ett hål i skallen och exponera hjärnan fullt ut. medvetna människor.
Medan han var där och stimulerade hjärnan i kliniska syften, stimulerade han även andra delar av hjärnan. Han visade att genom att stimulera visuell cortex kan man få människor att se stjärnor eller ljusblixtar. När han stimulerade hörselbarken kunde folk höra surrande signaler. När han gick djupare in i hjärnan, in i den temporala cortex, kunde han framkalla komplexa uppfattningar. En patient skulle säga saker som 'Jag sitter på verandan på min mammas hus och hon kallar mig på middag.'
Han gjorde allt detta på 1930-talet, men fältet gick aldrig någonstans eftersom han inte visste något om hjärnans kretsar. Penfield stimulerade bara neural vävnad av okänd karaktär. Han kunde framkalla medvetna fenomen, men han fick ingen insikt i exakt hur de medvetna fenomenen är relaterade till [beteendet] hos de aktiverade neuronerna.
Nu vet vi om enstaka celler, neurala kretsar och deras selektiva egenskaper. Så vi kan göra bättre hypoteser om hur celler kan bidra till kognitiva fenomen som perception eller minne eller uppmärksamhet. Vi kan justera noggrant riktade delar av systemet och få ett förutsägbart svar.
TR: Så hur planerar du att förstå kopplingen mellan aktivitet i specifika delar av hjärnan och medvetandet?
BN : Nu vet jag inte hur jag ska reda ut det, men det verkar för mig att stimulera en mänsklig hjärna som min egen skulle vara ett bra ställe att börja. Om jag kunde stimulera min MT, då skulle jag förmodligen veta och kunna säga om jag verkligen ser de [faktiska] prickarna röra sig [som i apexperimenten] eller något helt annat. Detta skulle vara en början mot att identifiera de [specifika aspekter av medvetande som åtföljer] neurala aktivering vid olika punkter i nervsystemet.
TR: Tror du att du verkligen skulle kunna få myndighetsgodkännande? Vilka är de stora etiska frågorna?
BN : Att få godkännande för att göra något sådant här skulle vara svårt. Alla mänskliga experiment i detta land är under noggrann granskning. Advokater och handläggare på institutioner ser svagt på sådant här på grund av ansvarsfrågorna. Och där är ett bestämt halka-argument. Jag kanske skulle kunna argumentera för mitt eget experiment, men det kan skapa prejudikat för andra för vilka det skulle vara mer riskabelt.
Till exempel, om jag gjorde det här experimentet, skulle det förmodligen bli en stor sak och komma i tidningarna. Någon ung doktorand kanske ser det som ett sätt att komma vidare i sin karriär och besluta sig för att göra det. Han kan utsätta sig själv för större risk än jag. Kanske skulle han sondera djupare in i sin hjärna, där det finns större risk att skada kärlsystemet. Det skulle vara obehagligt att tro att jag delvis var ansvarig för det, även om mitt eget äventyr blev bra.
TR: Vill du verkligen göra det här?
BN : Tja, jag har funderat mycket noga på det. Jag har pratat med neurokirurger, både i USA och utanför landet där regleringsmiljön är mindre strikt, om hur praktiskt och riskabelt det är. Om risken för allvarliga postkirurgiska komplikationer var en på hundra skulle jag inte göra det. Om det var en på tusen skulle jag seriöst överväga att göra det. Till min sorg uppskattar de flesta kirurger att risken ligger någonstans mellan mina riktmärken.