Блуждающий нерв

Константин Анохин на симпозиуме БРИКС упомянул странный феномен, когда незадолго до смерти к людям, давно пребывающим в глубокой деменции и беспамятстве, вдруг возвращается ясность сознания. Они начинают узнавать родных, беседуют с ними, прекрасно соображают, шутят, все помнят. Внезапно “пробуждается” когнитивно полноценная личность, которая, казалось, давно разрушена дегенерацией.

Словно разбитая ваза собирается вновь.

Феномен получил название ‘terminal/paradoxical lucidity’, и он длится недолго. Часто спустя часы или дни после эпизода человек умирает, иначе говоря, внезапная ясность сознания может служить признаком того, что конец близок. Никто не знает, как и почему это происходит.

Но это схоже с тем, как порой тяжелые паркинсоники на время “приходят в себя” после леводопы или услышав музыку. Или как те пациенты, кто годами едва двигались, в миг опасности встают, бегут, ловко хватают предметы, ловят (парадоксальная кинезия).

Вопрос здесь в том, как сохраняется [или возвращается] личность на фоне тяжелого нейродегенеративного расстройства. Как это соотносится с состояниями мозга, и как бы научиться управлять этим процессом. Пока не ясно, но первое клиническое исследование уже идет.

В свежем Science про потенциал ‘биогибридной медицины’ — идею лечить болезни, имплантируя в пациентов клетки, производящие лекарство, вместе с биоэлектроникой, которая будет эти клетки контролировать.

Ровно под эту идею агентство ARPA-H год назад запустило программу REACT (What if your body could make its own medicine?), а в этом месяце объявило четыре команды из Mayo Clinic, Carnegie Mellon и Columbia, которые получат финансирование на разработку технологии.

Это как дополнение к недавнему посту. Подход “клетки как лекарства” будет набирать силу, так как появляются все более точные инструменты для контроля клеток in vivo. И все больше ученых работают над этой стратегией.

Скотт Александер предлагает AI Art Turing Test: он подобрал 50 “художественных” картин, и нужно угадать, какие из них созданы ИИ, а какие человеком. Тест повисит неделю, затем он выложит сведенные результаты. Подборка не так проста, есть шанс обмануться.

А как насчет художественной прозы? Недавно NY Times устроили эксперимент: попросили писательницу сочинить рассказ на тысячу слов, оговорив тему, жанр, детали, и тот же промт скормили ChatGPT, чтобы ИИ создал текст в стиле этой писательницы. Оба рассказа опубликованы в NY Times, один за другим, без указания авторства. Тут отличить человека от машины оказалось очень легко.

Так может ли ИИ по-настоящему творить? В августе Тед Чан поднял шум своим эссе “Why A.I. Isn’t Going to Make Art”, где настаивает, что ИИ никогда не сможет в искусство. Чан известный писатель-фантаст, мыслит оригинально и глубоко, а его публицистика обычно бьет в суть вещей. Но в эссе он показался не столь убедителен, и ему возражают. См. “Ted Chiang Is Wrong About AI Art”, а также доводы Эрика Хоэла или Томми Бланшара, который восхищается Чаном-писателем, как и я.

Спор вроде бы не принципиален, в силу условности понятия ‘искусство’. На деле же сталкиваются взгляды на суть GenAI, а именно, каково пространство генерации, где его границы.

Факты всегда противоречивы: LLMs креативнее людей vs. LLMs не способны рассуждать. Взгляды стабильнее и зависят от руководящей метафоры. Если вслед за Чаном считать ИИ “размытым JPEG сети”, то искусства ждать неоткуда. В той же логике рассуждал Хомский: GenAI заучивает шаблоны и экстраполирует наиболее вероятный токен; люди же создают объяснения, а они бывают крайне невероятны, как теории в физике.

Из известных мне самую интересную метафору обучения нейросетей предложил Джарон Ланье — он отождествил процесс с ростом дерева. Его эссе в New Yorker дает наглядный образ ИИ как леса, что помогает увидеть и возможности, и ограничения. Ланье не покупает версию “размытого JPEG” или “стохастического попугая”, отмечая, что GenAI делает неявные соответствия в обучающих данных явными. Это уже сродни творчеству.

Но у творчества есть предел. ИИ может “вырастить новое дерево”, но не выше тех, на которых был обучен. В этом смысле вершины искусства, вероятно, останутся за людьми.

Женщине с диабетом пересадили ее же клетки после перепрограммирования, и вот уже год она не нуждается в инъекциях инсулина. Китайские медики превратили ее клетки в инсулин-продуцирующие — теперь ее организм сам вырабатывает инсулин. Это прорыв в клеточной терапии.

Логика “клетки как лекарства” (или “клетки вместо лекарств”) будет врастать в медицину и изменять само понятие лечения. Но перепрограммирование — лишь один из сценариев.

Уже сегодня в UC Davis создают 'клетки-киборги', инициируя в живых E.сoli сборку синтетической полимерной сети. В этом случае обычные клетки преобразуются в метаболически активные устройства с управляемой функцией, от биосенсоров до доставки и синтеза нужных молекул в организме.

Еще радикальнее — сборка синтетических клеток или их подсистем с требуемыми функциями, используя инженерные принципы, с нуля. Так можно реализовать ‘синтетическую иммунологию’, где иммунную реакцию проектируют индивидуально и с высокой специфичностью.

Первый сценарий уже входит в практику через клинические испытания, второй сейчас в стадии первых экспериментов, третий — на уровне концепции. По сути, клеточная терапия охватит весь континуум от ‘естественности’ до ‘искусственности’, включая разные гибридные решения.

У Стэнфордского университета есть подкаст про изучение мозга и психики “From Our Neurons to Yours”, куда приходят ученые Стэнфорда, часто лидеры в своей области. На мой вкус, у подкаста оптимальный уровень сложности. Ведущий хоть и старается пояснять трудное, но откровений вроде “мозг состоит из нейронов” вы там не услышите. Самое то.

Выпусков уже 40+, к каждому есть транскрипт. Отличное погружение в передовые исследования. Гости излагают важные детали, и лучше понимаешь контекст, даже если ранее читал их статьи. Для примера:

💥 “How the brain helps cancers grow” с блестящей Мишель Монже, открывшей тесные взаимодействия нервной системы и опухолей (писал об этом здесь и здесь).

💥 “Unraveling Timothy Syndrome: the new science of human brain development” с Серджиу Пашка, главным в мире подсаживателем органоидов мозга человека в мозги живых крыс. Есть и другой выпуск с ним же.

💥 “Brain-Machine Interfaces” с Джейми Хендерсоном, возглавляющим NPTL в Стэнфорде, где разрабатывают нейроинтерфейсы с рекордным быстродействием (писал об этом здесь).

Там все выпуски весьма содержательны. Рекомендую.

Это возвращает нас к посту о психической регуляции здоровья. Там я упоминал Асю Роллс из Техниона, которая открыла “иммунноцепцию” в мозге. Конечно, работа про VTA и сердце — тоже её. В ноябре она выступит с докладом на Neuroscience 2024, крупнейшей конференции нейронаук, где представит те самые контуры медицины будущего, о которых я здесь пишу периодически. См. также ее небольшое интервью прошлого года.

Такие исследования (а их все больше) намекают на то, что многие процессы иммунной защиты, заживления, регенерации можно запускать напрямую из мозга. Это избавляет нас от необходимости микроуправления, превращая лечение в своего рода “высокоуровневое программирование”. Все инструменты здоровья в организме есть — их нужно научиться включать.

Вопрос, почему они не включаются у больных сами по себе. Ответ лежит в области биологии и, возможно, психологии. И это нужно изучать.

Все это также связано с эффектом плацебо, который на протяжении веков служит медицине, пусть даже большую часть истории врачи об этом не задумывались. Сегодня уже задумываются, и даже учатся его искусственно формировать.

Тема “Mind-Body” явно растет, обещая преобразовать способы лечения, и в то же время она глубоко фундаментальна, так как указывает на слепые пятна и пробелы в понимании биологической регуляции. Ближайшие годы будут в этом отношении захватывающими. Stay tuned.

Очень наглядно: как мозг исцеляет сердце. По сути, на картинке прообраз медицины нового типа.

Мы видим сердца мышей спустя 15 дней после инфаркта. Те, что справа, сохранились гораздо лучше — сердечной ткани больше, фиброзной меньше. В чем дело? В том, что правым мышам ежедневно стимулировали участок мозга, дофаминовые нейроны вентральной области покрышки (VTA). Это снизило воспаление и усилило заживление в сердце. Это также повлияло на печень — она стала вырабатывать больше белка, который помогает формировать новые кровеносные сосуды в поврежденной сердечной ткани. Сердце никто не лечил, только активировали клетки в мозге.

🔗 Статья в Nature Cardiovascular Research (полный текст, через vpn)
🔗 Пресс-релиз

Конечно, мыши не люди, и об этом стоит помнить. Но основания для оптимизма есть, поскольку тут мы не упираемся в различия молекул, генов и проч. [Продолжение] 👇

Якобы ARPA-H запускает программу по технологии замещения старого мозга молодыми клетками. Уже выбран руководитель, Jean M. Hébert, о чем в качестве инсайда сообщает Technology Review. На сайте ARPA-H таких сведений пока нет.

Hébert известен радикальным подходом к проблеме старения: он предлагает постепенно заменять все клетки тела, включая мозг, новыми клетками, полученными из стволовых. Сегодня разные группы успешно пересаживают нейроны в мозг грызунам. Главный вопрос уже не в том, приживутся ли они, а в том, как им встроиться в рабочие схемы и взять на себя нужные функции. Пока это сложно представить для памяти, психики.

Клеточная терапия может стать решением при инсультах, травмах, удалении опухолей и даже при нейродегенерации. Думаю, деньги выделят на это, и вряд ли на проблему старения. Хотя такая технология себя не ограничивает — ведь клетки можно добавить и в здоровый мозг, например, чтобы усилить его. Дождемся хода от ARPA-H.

В NEJM вышли две статьи, которые никак не связаны, но обе они соприкасаются с одной глубокой темой. Первая статья сообщает о речевом нейропротезе у мужчины с прогрессирующим БАС. Введенные в мозг матрицы электродов плюс машинное обучение позволили пациенту обрести членораздельную речь — 32 слова в минуту, да еще своим же “здоровым” голосом (сеть обучили на его ранних записях).

К таким работам мы стали привыкать, но кольнула одна ремарка в репортаже NY Times: после того как мужчина “заговорил”, ухаживающие за ним медработники стали иначе к нему относиться. До того он в основном мычал, и они считали, что он умственно слаб и плохо слышит. Как только зазвучал его голос, нормальная речь, они ‘признали’ в нем полноценную личность. Его злит, что для этого потребовалась операция на мозге.

Вторая статья о том, как неврологи искали людей в неподвижных живых телах. В клиниках Бельгии, Франции, Британии и США снимали фМРТ и ЭЭГ у пациентов, не реагирующих на вопросы, просьбы, обращения. По стандартным тестам это “овощи”. Но 60 из 241 выполнили задания в уме, изменив активность своего мозга, хотя внешне это никак не проявилось в поведении. Они не могут двигаться, но слышат, понимают и думают.

Этот метод (“воображайте игру в теннис”) в 2006 году придумал Адриан Оуэн, и он в числе авторов новой статьи. Как и Стивен Лорейс из знаменитой Coma Science Group. Неоднократно писал про того и другого. У Оуэна есть прекрасная книжка “Into the gray Zone: A Neuroscientist Explores the Border Between Life and Death” — на русском “В серой зоне” — где он подробно рассказывает историю своих исследований "пациентов-овощей".

В моей интерпретации обе статьи затрагивают вопрос “что есть человек?”, или кого мы готовы признать таковым. Вопрос этот встанет с новой остротой в 21 веке, из-за развития технологий, которые показывают, как ненадежны наши интуиции и практики.

Пузырь генеративного ИИ начал лопаться, считает Маркус. Он упрекает обучателей крупнейших нейросеток в том, что у них нет внятной бизнес-модели, которая окупила бы гигантские затраты этого сектора. Вложены уже сотни млрд. $, а главный вопрос надежности/галлюцинаций так и не решен, что резко ограничивает применимость технологии.

Он и не будет решен, т.к. это неотъемлемое свойство GenAI, настаивает Маркус.

В целом он твердит об этом давно, но теперь предрекает крах уже в этом году: “Пользователи потеряли веру, клиенты потеряли веру, венчурные инвесторы потеряли веру”. Возможно, его сподвиг недавний отчет Goldman Sachs “Gen AI: too much spend, too little benefit?”, где проводится та же мысль, более мягкими словами (см. также разбор отчета).

Несмотря на ряд успехов GenAI, например, в генеративной (био)химии, можно видеть, как тускнеют ожидания и как меняется тон комментариев, не только у Маркуса. Все наигрались в генерацию картинок/текстов и хотят, наконец, использовать ИИ в реальных задачах. Но этот переход не дается — в силу самой природы GenAI. Ключевой изъян в том, что GenAI беззащитен перед т.н. “выбросами”. Если на входе паттерн, сильно отличный от паттернов в обучающей выборке, на ответ нельзя положиться. Такой ИИ не понимает и не мыслит, он создает новые данные по шаблону старых.

Масштабирование не избавит от проблем (см. “AI scaling myths”). Метрики, где ИИ превосходит людей в решении задач, не измеряют интеллект/мышление, а превосходство может быть хрупким. Синтетические данные — не панацея от дефицита данных для обучения, такой маневр быстро ведет к коллапсу, т.к. каждая следующая модель учится не на реальности, а на предсказании реальности предыдущей моделью, и даже малые ошибки итеративно усиливаются.

Я бы не использовал слово “пузырь”. GenAI очень интересный инструмент, со временем мы поймем, как сделать его не просто удивляющим, но и полезным. Но отрезвление ожиданий — хороший признак.

☑️ Вышло огромное интервью Лекса Фридмана с разработчиками Neuralink, включая Маска, а также с пациентом, которому имплантировали их BCI. Видео аж на 8 с половиной часов, но в помощь есть транскрипт: на него замедление не распространяется. Хотя и текст за раз не осилить.

☑️ Ars Technica поговорили с Беном Рапопортом, из Precision Neuroscience, бывшим соучредителем Neuralink, который ушел создавать нейроинтерфейс иного типа: тонкую пленку вводят через щель в черепе и кладут на мозг. Бен считает, что для целей BCI проникать в глубину не нужно: “все сигналы, представляющие интерес, возникают в миллиметрах от поверхности мозга”. Недавно Precision уложили на кору мозга человека 4,096 электродов, это рекорд ЭКоГ.

☑️ Is Generative AI in Drug Discovery Overhyped? — Алекс Жаворонков, СЕО Insilico Medicine: “В этой статье я выскажу свое мнение о шумихе и реальности вокруг ИИ-разработки лекарств. Обратите внимание, что я пишу с точки зрения основателя Insilico Medicine, поэтому я глубоко предвзят и противоречив”. — Небольшое, но полезное эссе, почти инструкция.

☑️ Главный врач Helius Medical Technologies, компании-продавца стимулятора PoNS (пластина подает эл. импульсы на язык) поясняет, как их устройство используется для лечения пациентов с рассеянным склерозом. Принцип действия: стимуляция языка усиливает нейропластичность в мозге, что способствует укреплению нейронных связей.

☑️ Battelle получили от DARPA $22 млн. на разработку технологии, останавливающей повреждение мозга при травме, вызванной взрывом или ударом. Когда голова травмируется, в мозге запускается каскад клеточных и молекулярных событий, как эффект домино. Идея в том, чтобы еще перед боем ввести в военнослужащего препарат, который остановит этот каскад в случае сотрясения, попадания осколка и т.д.

👆Как работает эксперимент выше. Обеим самкам впрыснули в мозг магнитные наночастицы, но ввели разные рецепторы, ионные каналы, для контроля. У “зеленой” мыши в участке гипоталамуса на ГАМК-ергических нейронах есть механочувствительные рецепторы, а у “красной” нет. Именно эти клетки запускают паттерн материнского ухода за младенцами — если их блокировать, самка на мышат даже не взглянет.

При включении магнитов частицы начинают ‘щекотать’ механочувствительные рецепторы, чем и активируют клетки. Выбирая, где экспрессировать рецепторы, вы определяете, какой паттерн поведения вы будете вызывать. Авторам удалось выборочно и обратимо контролировать пищевое и социальное поведение, влиять на систему мотивации у свободно подвижных особей. Разработка корейская от IBS, здесь подробнее.

Замечу, что у истоков подхода на основе наночастиц и магнитного поля стояла Полина Аникеева, и корейцы ожидаемо на нее ссылаются. Полина когда-то окончила Питерский Политех, а с июля возглавила Department of Materials Science and Engineering at MIT. 👏

P.S. Механочувствительные каналы можно открывать и напрямую ультразвуком, обходясь без частиц. В тему свежая разработка от University of Texas: носимый миниатюрный гаджет для транскраниальной стимуляции фокусированным ультразвуком. Весит всего 8.5 грамм, совместим с ЭЭГ. Просто крепится на коже головы.

Это лишь крупицы того, что происходит. И в них уже читается намек на будущее.

Где сейчас фронтир нейротеха? Смотрите: две здоровые мышки, самки, просто бездельничают в камере. Затем включаются магниты по периметру камеры, и самка с зеленой меткой вдруг спешит к мышатам, лежащим поодаль, и переносит их в “укрытие”. Вторая самка, с красной меткой, не вмешивается — ей все равно.

Ученые запустили у “зеленой” мыши паттерн поведения — заботу о младенцах. Без кабелей и электроники на голове, просто магнитным полем. Они вызывали у мышей и иные виды поведения, в зависимости от того, какие нейроны задействовали. Теперь можно собрать грызунов в одном месте и одновременно включать/выключать разные поведенческие паттерны у разных особей.

Бояться пока рано — превратить человека в зомби с помощью магнитов все еще не так просто. А вот к лечению болезней мозга мы стали немного ближе, т.к. метод позволит неинвазивно и выборочно регулировать активность конкретных нейронных контуров.

Никогда мне не нравилась интерпретация Эверетта. На мой взгляд, она порождает слишком сильные парадоксы, а от физики я жду большего изящества. Но зато эти парадоксы вновь и вновь вдохновляют писателей и режиссеров: они строят на этом свои сюжеты. Если вы вознамерились посмотреть сериал “Темная Материя” / Dark Matter, вышедший на Apple TV+, то предлагаю сперва включить эту новую лекцию.

Алексей Семихатов говорит о странностях квантовой механики. Без привязки к сериалу, но просмотру “Темной материи” поможет. Сама лекция просто хороша.

Если хотите еще сильнее взорвать мозг, от себя добавлю 'знаменитые' статьи М.Б. Менского в УФН на тему связи квантовой физики и сознания. Правда, потреблять их надо с осторожностью, понимая, что это его личная интерпретация.

Заодно классика, ключевые труды:
🗞 A. Einstein, B. Podolsky, & N. Rosen (1935) "Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?" — Phys. Rev. [PDF]
🗞 H. Everett III (1957) '"Relative state" formulation of quantum mechanics' — Rev. Mod. Phys. [PDF]
🗞 J.S. Bell (1964) "On the Einstein Podolsky Rosen paradox" -- Physics [PDF]

Вот эта картинка. Она примитивна, т.к. всего лишь иллюстрирует принцип: человек как подмножество состояний сознания. В течение жизни мы перемещаемся внутри этого пространства, переходя из одного состояния в другое (напр., из бодрствования в сон и обратно). Есть и более редкие состояния, экстремальные, они тоже наши, принадлежат тому же пространству и, по сути, очерчивают границы человеческой психики.

Возможно, есть своего рода «трение» при переходе между разными состояниями, и мозг выбирает более легкие переходы. Тогда, вероятно, врачи научатся снижать «трение» и выводить людей из патологических состояний.

Но вот вопрос: что в промежутках? Если там неизвестные состояния, тогда их можно открыть; если они невозможны, то это может пролить свет на устройство сознания. Еще один интригующий вопрос, который вытекает из предложенной схемы: что за пределами пространства? То есть, реально ли [гипотетически] выйти дальше, ну например, вправо, т.е. обрести более высокую степень бодрствования, чем дано нам природой?

Квалиа, осознанные сновидения и соблазн нейротехнологий. Есть давняя проблема с нейротехом и, в особенности, нейроинтерфейсами: потенциал кажется мощным, но очень мало идей, как его раскрыть за пределами медицины.

Внятных сценариев мало, по большей части ерунда вроде управления автомобилем ‘силой мысли’. Более-менее системно звучит идея усиления командных взаимодействий людей и машин (ИИ агентов). Зерно в ней есть, но насколько BCI тут поможет, вопрос открытый.

Как-то мне попался занятный список потенциально возможных применений нейротеха, от тривиальных до чудных, типа временного расщепления сознания, избирательной амнезии или новых квалиа. Как и авторы, далеко не все перечисленное там я одобряю, но список намекает на подрывной потенциал нейротехнологий лучше, чем многие другие варианты, что я видел.

Сюда хорошо ложится то, что пишет Эрик Волльберг, директор небольшого стартапа Prophetic, в эссе “Qualia Takeoff in The Age of Spiritual Machines”. Он полагает, что исследование пространства переживаемого опыта станет одним из главных проектов XXI века. Технологии позволят людям испытывать больше разнообразных квалий.

Prophetic продает ультразвуковой гаджет для вызова осознанных сновидений. Волльберг считает, что его стартап лишь предвестник ‘взлета квалий’, когда пространство сознательных переживаний, потенциально доступных человеку, будет быстро расширяться за счет новых технологий и знаний. В Х он выложил картинку из статьи неврологов из Coma Science Group — я упоминал эту статью четыре года назад, и она весьма примечательна.

В ней авторы предложили рассматривать все состояния сознания как области в многомерном пространстве. В этом пространстве полно пустот, что намекает на возможные скрытые, неизвестные состояния и присущие им режимы работы мозга. Отсюда прямой путь к идее “заглянуть” в эти пустоты, хотя авторы благоразумно ее не высказывают.

Но она напрашивается. Не исключено, что поиск и “продажа” новых продуктивных состояний сознания и/или новых необычных переживаний станет со временем массовым продуктом нейротехнологий.

Гуманна ли гуманизация? В научном центре Техасского университета создали мышей с полноценной человеческой иммунной системой. У таких мышей от человека полностью функциональные лимфатические узлы, герминативные центры, лимфоциты и другие клетки, отвечающие за выработку антител и иммунных реакций, идентичных человеческим. Кишечный микробиом тоже от человека.

Их делают, чтобы тестировать лекарства “почти на людях”, то есть приблизить биохимию к нашему организму и надеяться, что так сработает лучше, чем на обычных мышах.

Создают и мышей с химерным мозгом, где часть клеток мышиные, а часть — человеческие. В Rutgers недавно подсадили в грызунов уже не только нейроны человека, но и разные виды глии. По мере созревания in vivo клетки человека начинают контактировать между собой в мозге мыши. Это имеет смысл ради изучения расстройств, при которых важны глиально-нейрональные взаимодействия. Такие эксперименты будут множиться.

Мысль тут, конечно, быстро сворачивает к обезьянам. Несколько лет назад ученые уже получили химерные эмбрионы яванского макака, где часть клеток были человеческими. Следующий неизбежный ход — гуманизированный примат с химерным мозгом. Технологии есть: можно вживить ему в мозг человеческие клетки или органоиды, либо вырастить химеру методом ‘комплементации бластоцист’, а можно отредактировать сам геном.

Эта ‘игра’ пойдет всерьез, когда ученые начнут спорить о процентах: сколько человеческого в обезьяне допустимо, и с какого уровня уже перебор. Никто не знает — мы вступаем в новую эпоху. Мыслители разных веков много рассуждали о животном начале в человеке. Теперь им предстоит учиться рассуждать и в обратную сторону.

В развитие темы Brain/Body из предыдущего поста: как уже организм влияет на психику. Как раз контексте нейро-иммунных взаимодействий см. недавний лонгрид в Science — о том, что иногда хронические психические заболевания, от которых людей лечат годами без малейшего успеха, вовсе не психические. Они имеют аутоиммунную природу, и больные быстро нормализуются после иммунотерапии. Бывает, достаточно дать правильный препарат.

Год назад я давал ссылку на потрясающую, в духе Оливера Сакса, историю от Washington Post: A catatonic woman awakened after 20 years. Her story may change psychiatry. О девушке, которая пережила психоз и на 20 лет впала в кататонию с тяжелой шизофренией. А затем один врач догадался посмотреть антитела в ее крови, и стал лечить ее иммунодепрессантами. И она вернулась!