Kokią temą tarptautinėje konferencijoje, vykusioje VU Gyvybės mokslų centre, pristatėte Jūs?

Konferencijoje kartu su Čekijos mokslininku Tomášu Páleníčeku atstovavome neuromokslų sričiai. Renginyje aš pristačiau temą apie tai, kaip naviguoja gyvūnai.

Pasakojau apie tai, kokie neuroniniai skaičiavimai slypi už navigacijos sugebėjimų gyvūnų organizme, ką mes ten radome ir kaip technologijos vystymasis susijęs su atradimais neuromokslų srityje.

Nuo gyvūno pereikime prie žmogaus. Ką šiuolaikinis mokslas žino apie žmogaus smegenis?

Didžioji dalis smegenų yra aktyvi beveik visą laiką, net ir miegant. Taip yra todėl, kad įvairios smegenų sritys turi labai specifines funkcijas, pavyzdžiui, reguliuoti kvėpavimą ar apdoroti informaciją, ateinančią iš juslės organų, ir tų sričių panaudoti kitiems tikslams, pavyzdžiui, atminčiai ir planavimui yra tiesiog neįmanoma.

Ar tiesa, kad žmogus naudoja tik kelis procentus savo smegenų galimybių?

Tai yra vienas iš populiarių, bet neteisingų mitų. Jis atsirado beveik prieš šimtą metų, kai neuromokslas buvo dar tik pradėtas plėtoti ir nebuvo prietaisų, kurie leistų išmatuoti tikrąjį smegenų aktyvumą. Dabar naudojant tokias technologijas kaip funkcinis magnetinis rezonansas žmonių smegenyse ar elektrofiziologiniai matavimai gyvūnų smegenyse galima išmatuoti, kas gi ten iš tikrųjų vyksta.

Savo tyrimuose pabrėžiate smegenų dalies – hipokampo – svarbą. Kaip jis susijęs su „žemėlapio“ mūsų galvose kūrimu?

Hipokampas yra viena svarbiausių sričių sąmoningame žmogaus gyvenime. Jis yra atsakingas už mokymąsi ir epizodinės atminties formavimą.

Kita ypač svarbi sritis, už kurią hipakampas yra atsakingas – navigacija. Ją naudojame praktiškai visą laiką. Pavyzdžiui, kai norime nueiti iki šaldytuvo, mūsų smegenys turi suskaičiuoti, kur yra šaldytuvas mūsų dabartinės pozicijos atžvilgiu, suplanuoti geriausią maršrutą ir einant iki ten visą laiką atnaujinti šiuos skaičiavimus.

Mes turime daug skirtingų ląstelių, kurios atlieka skirtingas funkcijas. Vietos ląstelės leidžia mums suprasti, kur mes esame, tinklinės ląsteles leidžia suskaičiuoti atstumus, o galvos krypties ląstelės – suprasti žiūrėjimo kryptį aplinkinės erdvės atžvilgiu ir t. t. Kartu šios ląsteles leidžia mums suvokti save erdvėje ir suprasti, kaip mums reikia nusigauti iki kitos vietos.

Smegenų tyrinėjimus atlikote su kolege iš Lietuvos Julija Krupič, o Jums vadovavo Nobelio premijos laureatas Johnas O’Keefe’as. Kokie tai tyrinėjimai?

Su J. Krupič ir J. O’Keefe’u dirbau gana naujoje srityje – tyrėme tinklines ląsteles. Šios ląstelės buvo atrastos visai neseniai, nors apie jų egzistavimą buvo numanoma jau gana ilgą laiką. Daug jų savybių dar nėra gerai suprastos ir mes intensyviai dirbome, kad jas atskleistume.

Vienas pagrindinių dalykų, kurį išsiaiškinome, buvo tai, kad šios ląstelės labai priklauso nuo išorinių aplinkos savybių. Tai labai svarbu norint suprasti, ką tiksliai šitos ląsteles daro ir kaip jos susiformuoja.

Kitas svarbus mano darbas J. O’Keefe’o laboratorijoje vyko su naujai atrasta technologija. Mūsų tyrimų metu įrašinėjame laisvai vaikštančių gyvūnų smegenų veiklą.

Viena didžiausių problemų iki šiol buvo ta, kad galėjome įrašinėti tik ribotą skaičių ląstelių vienu metu. Kaip žinome, gyvūnų elgesys yra nulemtas ne pavienių ląstelių, o ląstelių grupių, veikiančių kartu ir atliekančių kokius nors skaičiavimus. Mūsų su kolegomis iš JAV, D. Britanijos ir Belgijos išplėtotos technologijos leidžia įrašyti iki dešimt kartų daugiau neuronų vienu metu, o tai labai pastūmėjo tiek hipokampo, tiek visų kitų smegenų sričių tyrimų galimybes į priekį.

Kuo šie Jūsų ir komandos atradimai gali būti naudingi visuomenei?

Geresnis supratimas, kokie neuroniniai skaičiavimai yra paveikti ligos metu, leis geriau diagnozuoti ligos eigą arba sukurti vaistus, kurie bus labiau specifiniai ir turės mažesnius šalutinius poveikius.

Turbūt vienas geriausių pavyzdžių yra Alzheimerio liga. Ji pirmiausia paveikia tam tikras hipokampo dalis (entoralinį korteksą), ligai progresuojant ląstelės pradeda mirti ir jų atkurti jau nėra galimybės. Mes siekiame suprasti, kaip pagauti ligos pradžią ir sustabdyti, kad neprogresuotų.

Ką manote apie „dirbtines“ smegenis – dirbtinio intelekto galimybes?

Aš asmeniškai esu labai susidomėjęs šita tema. Mano nuomone, tik laiko klausimas, kada prasidės žmogaus ir neorganinės technologijos integracija tam, kad kompensuotų dėl ligos ar traumos prarastas galimybes, pavyzdžiui – galimybę grąžinti, formuoti atsiminimus ir mokytis.

Kitas pritaikymas, kuris turbūt irgi nebėra taip toli – žmogaus galimybėms išplėsti, pavyzdžiui, atminčiai pagerinti.

Visiškai dirbtinės smegenys atrodo kur kas tolimesnė galimybė. Visu pirma, mes dar labai daug ko nežinome apie biologinių smegenų vykdomus skaičiavimus, todėl šiandien yra dar ankstoka kalbėti apie dirbtines smegenis. Negalime sukurti dirbtinės sistemos, visiškai imituojančios biologinę, jeigu biologinės dar nesupratome iki galo.

Kokie tolesni Jūsų tyrimų planai?

Dabar esu labai susidomėjęs neuroniniais skaičiavimais mokymosi metu ir kaip aplinkos pasikeitimai gali paveikti mokymąsi neuroniniu lygmeniu.

Mano nuomone, šios žinios gali atnešti daug naudos vaikams, taip pat moksleiviams su vystymosi sutrikimais.

Parengė Gediminas Dubonikas, VU GMC