211service.com
Big Brain Thinking
Forskere lærer meget om hjernen – hvordan den kan træffe beslutninger på et splitsekund, hvordan den lærer af tidligere fejl, hvordan den konverterer lysimpulser til en kompleks visuel scene. Men for nogle er det kun halvdelen af historien at tyde sproget for de elektriske impulser, der rejser gennem vores hjerner. Den anden del, og en, der er langt mere filosofisk og kompleks, er, hvordan den hjerneaktivitet omsættes til bevidsthed - en persons selvbevidsthed og opfattelse af verden omkring dem.
Bill Newsome , en neurovidenskabsmand ved Stanford University i Palo Alto, Californien, har brugt de sidste tyve år på at studere, hvordan neuroner koder information, og hvordan de bruger den til at træffe beslutninger om verden. I 1990'erne var han og samarbejdspartnere i stand til at ændre den måde, en abe reagerede på sit miljø ved at sende elektriske stød til visse dele af dens hjerne. Resultaterne gav neuroforskere en enorm indsigt i hjernens indre funktion.
Men Newsome er besat af et dvælende spørgsmål: Hvordan opstår bevidsthed fra hjernens funktion? Han føler, at den bedste måde at besvare det spørgsmål på er ved at implantere en elektrode i sin egen hjerne - og se, hvordan den elektriske strøm ændrer hans opfattelse af verden.
Newsome ville ikke være den første person med et hjerneimplantat. Epilepsipatienter gennemgår elektrisk stimulation forud for hjernekirurgi. En lam mand i New England har et eksperimentelt implantat, der omsætter hans hjerneaktivitet til bevægelser af en robotarm. Og måske mest berømt, Kevin Warwick, en kybernetikprofessor ved University of Reading, UK, implanterede først en chip i nervetråde i hans arm i 2002, og implanterede derefter en chip i sin kones arm, som en del af hans søgen efter at blive en cyborg.
Det er ikke sikkert, at Newsome får godkendelse til et så radikalt foretagende. Men hvis han gør det, vil hans eksperiment ikke være i interessen for at helbrede en sygdom eller blive en menneskelig maskine. Han håber på at gøre noget bredere: forstå bevidsthed.
Teknologigennemgang : Hvorfor er forståelse af bevidsthed så vigtig for dig?
Bill Newsome : Jeg tror, at hvordan bevidsthed opstår ud af hjernefunktionen er et af de mest fascinerende og vigtige spørgsmål i hele neurobiologien. Hvis vi forstår systemet fuldstændigt (fra input til output) på cellulært niveau, men stadig ikke ved præcis, hvad der forårsager bevidste mentale fænomener, vil vi have fejlet.
TR: De fleste af dine eksperimenter er blevet udført på aber. Hvordan begyndte det at forme dit syn på forholdet mellem hjernefunktioner og menneskelig bevidsthed?
BN : Vi studerer bevægelsesopfattelse. Vi træner aber til at se på et mønster af prikker, der bevæger sig i en bestemt retning, og til at rapportere prikkernes retning ved at bevæge deres øjne i samme retning. Hvis en abe vælger det rigtige svar, får han en belønning.
Denne simple adfærd indeholder en verden i forhold til at forstå, hvordan nervesystemet udfører intelligent adfærd. Sensorisk information, der kommer ind i hjernen gennem øjet, skal kodes til et eller andet neuralt sprog, der repræsenterer stimulus i hjernen. Baseret på denne neurale repræsentation skal aben så foretage en vurdering på højt niveau om, hvad han faktisk ser. Denne beslutning styrer igen valget af en motorisk reaktion, at se til venstre eller højre.
TR: Og du tilføjede et nyt niveau til denne eksperimentelle opsætning ved at stimulere abens hjerne.
BN : Vi sætter en elektrode i et område af hjernen kendt som MT. Cellerne i dette område reagerer selektivt på en bestemt bevægelsesretning. Nogle celler er aktive, når aben ser på prikker, der bevæger sig til venstre, nogle celler er aktive, når aben ser på prikker, der bevæger sig til højre. Folk havde længe haft mistanke om, at MT var vigtigt for vores evne til at se bevægelse. Så vi lavede et eksperiment, hvor vi stimulerede disse celler kunstigt med små impulser af elektrisk strøm - det ændrede, hvad aberne rapporterede at se.
TR: Så med abe-eksperimenterne kan du stimulere hjernen på meget fokuserede måder og ændre den måde, aben reagerer på. Men aben kan ikke fortælle dig, hvad han ser, når du stimulerer hjernen.
BN : Ja. Folk kan rapportere, hvad de ser eller hører eller føler, men med aber kan du kun se på deres adfærdsændring. Jeg kan ikke kravle ind i hovedet på en abe og se, hvad aben virkelig ser.
Dette kommer til kernen i den aktuelle debat om studiet af bevidsthed. Hvad er den bevidste oplevelse, der følger med stimulationen og abens beslutning? Selvom du vidste alt om, hvordan neuronerne koder og transmitterer information, ved du måske ikke, hvad aben oplever, når vi stimulerer hans MT.
TR: Folk har vist, at stimulering af den menneskelige hjerne også kan gøre lignende ting, ikke?
BN : Elektrisk stimulering af hjernen er ikke ny. Wilder Penfield, en neurokirurg i Canada i 1930'erne og 40'erne, som var banebrydende inden for neurokirurgisk behandling af epilepsi, var den første, der begyndte at stimulere hjernen hos bevidste mennesker. Han ville være i stand til at identificere de dele af hjernen, der var involveret i tale og bevægelse, før han tog det stykke hjerne ud, som han troede var ansvarligt for sygdom, så han udviklede måder til at lave et hul i kraniet og blotlægge hjernen fuldt ud. bevidste mennesker.
Mens han var derinde og stimulerede hjernen til kliniske formål, stimulerede han også andre dele af hjernen. Han viste, at man ved at stimulere visuel cortex kan få folk til at se stjerner eller lysglimt. Når han stimulerede den auditive cortex, kunne folk høre summende signaler. Når han gik dybere ind i hjernen, ind i den temporale cortex, kunne han fremkalde komplekse opfattelser. En patient ville sige ting som: 'Jeg sidder på verandaen i min mors hus, og hun kalder mig til middag.'
Han gjorde alt dette i 1930'erne, men feltet gik aldrig nogen vegne, fordi han intet vidste om hjernens kredsløb. Penfield stimulerede blot neuralt væv af ukendt karakter. Han kunne fremkalde bevidste fænomener, men han fik ingen indsigt i, præcis hvordan de bevidste fænomener er relateret til de aktiverede neuroners [adfærd].
Nu ved vi om enkeltceller, neurale kredsløb og deres selektive egenskaber. Så vi kan lave bedre hypoteser om, hvordan celler kan bidrage til kognitive fænomener såsom perception eller hukommelse eller opmærksomhed. Vi kan tilpasse omhyggeligt målrettede dele af systemet og få en forudsigelig respons.
TR: Så hvordan planlægger du at forstå sammenhængen mellem aktivitet i specifikke dele af hjernen og bevidsthed?
BN : Jeg ved nu ikke, hvordan jeg skal finde ud af det, men det forekommer mig, at stimulering af en menneskelig hjerne som min egen ville være et godt sted at starte. Hvis jeg kunne stimulere min MT, så ville jeg formentlig vide og kunne sige, om jeg virkelig ser de [faktiske] prikker bevæge sig [som i abe-eksperimenterne] eller noget helt andet. Dette ville være en start på at identificere de [specifikke aspekter af bevidsthed, der ledsager] neural aktivering på forskellige punkter i nervesystemet.
TR: Tror du, at du virkelig kunne få myndighedsgodkendelse? Hvad er de store etiske spørgsmål?
BN : At få godkendelse til at gøre noget som dette ville være svært. Ethvert menneskeligt forsøg i dette land er under streng kontrol. Advokater og administratorer på institutioner har et svagt syn på den slags på grund af ansvarsproblemerne. Og der er et decideret glidebaneargument. Jeg kunne måske argumentere for mit eget eksperiment, men det kunne skabe præcedens for andre, for hvem det ville være mere risikabelt.
For eksempel, hvis jeg lavede dette eksperiment, ville det nok være en stor sag og komme i aviserne. En ung kandidatstuderende ser det måske som en måde at komme videre i sin karriere og beslutte sig for at gøre det. Han kan udsætte sig selv for en større risiko end jeg ville. Måske ville han sondere dybere ind i sin hjerne, hvor der er større risiko for at beskadige vaskulaturen. Det ville være ubehageligt at tro, at jeg var en del af ansvaret for det, selvom mit eget eventyr gik fint.
TR: Vil du virkelig gøre dette?
BN : Nå, jeg har tænkt meget grundigt over det. Jeg har talt med neurokirurger, både i USA og uden for det land, hvor de lovgivningsmæssige rammer er mindre strenge, om hvor praktisk og risikabelt det er. Hvis risikoen for alvorlige postkirurgiske komplikationer var én ud af hundrede, ville jeg ikke gøre det. Hvis det var én ud af tusind, ville jeg seriøst overveje at gøre det. Til min ærgrelse vurderer de fleste kirurger, at risikoen ligger et sted mellem mine benchmarks.