nano_book[1]

ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина

нажала ее лапкой и получила небольшое количество воды. Так повторялось несколько раз – крыса нажимала на кнопку и по лучала воду, а компьютер записывал ее мозговую активность.

Но вскоре кнопку дезактивировали, и наступила решаю щая фаза эксперимента. Ждать пришлось недолго: крыса быст ро раскусила этот трюк – она всего лишь подумала о нажатии кнопки – и снова насладилась прохладной водой! Ученые были поражены не столько удачей эксперимента, сколько проница тельностью крысы. Это был первый шаг к тому, чтобы постичь природу мозга, принцип его работы, “кодировку” мысли, в перспективе изменить в корне жизнь всего человечества.

А нью йоркские ученые создали целый отряд из пяти радио управляемых “крысоботов”, т.е. крыс с вживленными в мозг элект родами для дистанционного манипулирования их поведением.

Функционирует крысобот следующим образом. В “центр удовольствия”, т.е. в особый нервный узел, находящийся в сре динно передней части мозга, вживлен главный стимулирую щий электрод, а в нервные узлы левых и правых пучков усов крысы вживлены “поворотные” электроды. Ученым управляли животными, совсем как радиоуправляемыми машинками: для получения нового “импульса блаженства” крысе надо просто свернуть в ту сторону, с которой поступает очередной управля ющий сигнал.

Попутно ученые установили, что при более интенсивной стимуляции центра удовольствия крыса готова на “подвиги”, например, забирается на дерево или лестницу, прыгает с высо ты, бегает по рельсам или выходит на ярко освещенные участ ки (чего в обычной жизни избегает). Правда, инстинкт само сохранения животных оказался все же сильнее, так что с опас ной для жизни высоты крысу киборга не удается заставить прыгнуть никакими электростимуляциями “нирваны”.

Следующей целью Николелиса было подключение искус ственной руки робота к мозгу обезьяны. Переквалификация с грызунов на приматов не случайна – их мозг больше похож на мозг человека и превосходит мозг грызунов по размеру, что поз воляет задействовать большее количество нейронов, а значит и обеспечить более четкие и скоординированные движения. В от личие от 48 проводов, при помощи которых соединялся с компьютером мозг крысы, ученые вживили в мозг обезьянки 96

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

электродов толщиной с половину человеческого волоса, сигна лы от которых шли в радиопередатчик, а оттуда по радио – в компьютер, который при помощи сложных математических функций моделировал движения искусственной руки робота.

Сначала движения руки не соответствовали пожеланиям обезьяны, но постепенно она наловчилась вполне удовлетвори тельно выполнять простые движения. Она обучалась точно так же, как человек учится, к примеру, печатать на клавиатуре. Умственная деятельность была идентична той, которую обезья на совершала во время управления своей собственной рукой.

Для большей убедительности сигнал от мозга к руке был пе редан на расстояние почти 1000 км через Интернет. Для этого была изготовлена еще одна искусственная рука, которая нахо дилась в Массачусетском Технологическом Институте, а обезь яна осталась в Институте Дюка, который, напомним, находит ся в Северной Каролине. Соавтор проекта Мандаям Сринива сан восторженно отозвался по этому поводу: “Когда мы реши ли передать сигнал через интернет, мы не знали, насколько су щественна будет задержка. Даже через интернет все работало без нареканий. Было интересно смотреть, как в моем кабинете двигалась роботизированная рука, движимая мыслью обезьяны в Дюке. Будто она имела руку длиной в 1000 километров!”

Рис 211. Обезьяна манипулирует механической рукой

Таким образом сегодня мы имеем реальный пример совер шенно фантастических способностей:

телекинеза – перемещения предметами силой мысли;

телепатии – передачи мысли на расстояние.

354

ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина

Это в очередной раз показывает, насколько гибок челове ческий мозг – он приспосабливается не только к “естествен ным” действиям (физическим упражнениям, речи, письму, иг ре на музыкальных инструментах и т.п.), но и к искусственным, которые природой совершенно не предусмотрены, например, управлению искусственной рукой на подсознательном уровне.

Развитие подобных экспериментов открывают перед чело вечеством множество перспектив. Основная – это помощь лю дям, которые по той или иной причине не могут использовать стандартные средства взаимодействия с компьютером/робо том. Предполагается вживление некоторого количества мик ропроводников в различные двигательные центры мозга, кото рые затем будут соединены с нейрочипом, имплантированным в череп. Человек с подобным устройством сможет просто представляя различные движения управлять другим устрой ством, например, инвалидной коляской.

В принципе, таким же образом можно управлять роботизи рованной рукой/ногой или даже своей собственной, если это невозможно из за повреждений нервной системы. Прототипы подобного устройства уже существуют.

Возможно, всего через несколько лет мы откажемся от компьютерных клавиатур, мышей и других “каменных топо ров” нашей эпохи, ведь что может быть удобнее интерфейса, в котором компьютер понимает человеческий мозг без посредни ков в виде рук и ног, которые двигают мышку, нажимают кноп ки на клавиатуре, дергают джойстик, нажимают на педали и т.д. Достаточно лишь подумать, и на экране все само передвинет ся/напечатается/нарисуется/сосчитается!

Чтобы там не говорили противники киборгизации, но у лю дей, вынужденных пользоваться имплантантами, выбора нет. Всем им имплантанты здорово помогают и они ни за что не от кажутся от уникальной возможности хотя бы частично восста новить свое здоровье. И нанотехнологии уже сегодня принима ют в этом непосредственное участие – с их помощью можно де лать надежные биосовместимые имплантанты.

Проект “Искусственная сетчатка”, начатый в 1999 году cог ласно новой программе Министерства Энергетики США, дал потрясающие результаты: в 2002 году два пациента с имплан тантированным прототипом сетчатки могли различать крупные

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

буквы и некоторые предметы: чашку, нож, доску и т. д. Причем один из них до операции страдал слепотой 50 лет. В 2004 году уже шесть добровольцев носят микроэлектронный имплантант “искусственной сетчатки”, который выполняет функции жи вых клеток фоторецепторов. Имплантант имеет 10 000 элект родов, то есть человек видит картинку с разрешением 100х100 пикселей. К 2007 году ожидается сетчатка с разрешением 1000х1000 пикселей.

Как работает искусственный имплантант сетчатки? Устрой ство состоит из двух частей: одна находится непосредственно внутри глазного яблока, другая – снаружи, в очках пациента.

Рис 212. Принцип действия искусственной сетчатки

На линзе очков установлена миниатюрная камера, которая перехватывает изображение и передает его на микропроцессор, находящийся в дужке очков. Микропроцессор превращает сиг нал с камеры в набор электрических импульсов, “понятных” для глазного нерва. В линзу очков вмонтирована передающая антен на; она транслирует полученный код прямо в глазное яблоко. Принимающая антенна расположена вокруг радужной оболочки глаза и связана с крохотным имплантантом, который определен ным количеством электродов соединен с глазным нервом. С по мощью имплантанта и происходит передача сигнала в мозг паци ента, что позволяет ему видеть окружающий мир.

Так называемая кохлеарная имплантантация может вернуть слух даже в самых запущенных случаях, когда поражены чувствительные клетки, воспринимающие звуковые колеба ния. Специальный микрофон воспринимает звук, кодирует его

356

ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина

с помощью звукового процессора и передает электрические импульсы на слуховой нерв посредством гибких электродов, вживленных в улитку внутреннего уха пациента.

Рис 213. Схема действия кохлеарного имплантанта

Первая кохлеарная имплантация состоялась в 70 х годах ХХ столетия и постоянно совершенствовалась на протяжении 30 лет. Сегодня это миниатюрный аппарат с более чем 20 ю ка налами стимуляции. Устройство настолько функционально, что его можно даже подключать к телевизору или магнитофону для улучшения качества звука. А вот еще один интересный факт: за время, пока писалась эта книга, ученым из Мичиганс кого университета удалось вместить все функциональные бло ки имплантанта в миниатюрное МЕМС устройство, такого же размера, как обычная ушная улитка.

Конечно то, что передает мозгу кохлеарный имплантант, отличается от привычных звуков и речи – все таки количество электродов, вживленных в ухо, ограничено. Чтобы понимать обращенную к нему речь, человеку приходится несколько ме сяцев заниматься по специальной программе, однако это все же много лучше, чем вообще не иметь возможности слышать. Сей час в мире около 30 000 людей с кохлеарными имплантантами, причем в России их всего несколько десятков, поскольку имп лантация искусственного уха, к сожалению, стоит очень дорого

– около 30 тыс. долларов.

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

Мы рассмотрели всего лишь два примера уже существую щих и эффективно действующих нейроинтерфейса. А сколько подобных проектов находятся на стадии разработок и лабора торных испытаний? Искусственные имплантанты печени, сер дечного клапана, мочевого пузыря, поджелудочной железы – всего лишь малая часть известных разработок. Безусловно, с развитием науки и техники все больше имплантантов войдет в клиническую практику, а искусственные органы будут стано виться все надежнее и совершеннее. Так же как сейчас покупа ют автомобили, в будущем станут приобретать более быстрые ноги, слышащие ультразвук уши и видящие радиоволны глаза. Плохо это или хорошо, судить сложно, но такая перспектива кажется вполне осуществимой.

Итак, вероятно, что в будущем перенос сознания на техни ческий носитель окончательно сотрет различие между челове ком и машиной и устранит любимую тему футурологов – опас ность подчинения человека более развитым искусственным ин теллектом: ведь тогда этим самым более развитым искусствен ным интеллектом и будет сам человек.

Однако подобный перенос сознания порождает ряд фило софских проблем, связанных, например, с появлением нес кольких копий одного и того же сознания – одновременно в биологическом и машинном теле. После сканирования биоло гический человек останется тем же самым и впоследствии ум рет своей смертью. Более того, он может быть отсканирован да же без его ведома и лично для него (биологического) не столь важна судьба его электронной копии, потому что его инстинкт самосохранения все равно не будет удовлетворен.

Эту проблему можно разрешить постепенным замещением биологических нейронов искусственными. Тогда непрерыв ность сознания во времени и пространстве сохранится и новый кибернетический человек будет той же личностью, что и его би ологический предшественник, как в каждый момент переноса, так и после него. Таким образом, замена естественных нейронов искусственными не будет принципиально отличаться от естест венного обновления атомов в нервных клетках. Это не обяза тельно потребует надстройки искусственных нейронов вместо удаленных живых, можно обойтись включением готовых нейро нов на чипе по мере подсоединения интерфейсов к старым.

358

ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина

Принимая во внимание все вышесказанное, нет оснований предполагать, что человеческое сознание и человеческое обще ство являются наивысшими формами материи, выше которых она развиться уже не сможет. Но тогда мы должны будем рас сматривать человека уже не как “венец творения”, а как лишь одну из ступеней в бесконечной лестнице развития. То, что будет стоять на более высоких ступенях, может оказаться во столько же раз сложнее человека, во сколько раз человек сложнее однокле точного организма. Ну а если мы сконструируем искусственные носители сознания, то нет причин, почему они должны быть подвержены старости и смерти подобно биологическим.

Проект третий – криосохранение

С каждым днем все популярнее становится так называемая криотерапия – лечение холодом (от греч. krios – холод). В кри отерапии используется самый что ни на есть экстремальный хо лод: –196°C (температура жидкого азота). Современные крио терапевтические методы позволяют эффективно лечить многие кожные заболевания, улучшают обменные процессы, стимули руют иммунитет и даже борются с артритом, радикулитом и ревматизмом.

Испокон веков холод использовали как эффективный спо соб хранения быстропортящихся продуктов. Глубоко заморо женные мясо, рыба, овощи и фрукты могут храниться в моро зильной камере годами, не разлагаясь и практически не теряя своих свойств. Это говорит о том, что в условиях глубокого холо да все внутриклеточные процессы протекают очень медленно. При температуре жидкого азота эти процессы останавливаются полностью, а, значит, любая органическая ткань в таких услови ях может храниться веками без каких либо изменений. С по мощью современных криобиологических методов медики замо раживают донорские кожу, роговицу, костный мозг, сперму, эмб рионы и другие ткани, чтобы их можно было безопасно хранить и транспортировать в любую точку мира, после чего возможно их размораживание и возврат к нормальному состоянию.

Открытия 50 х годов в области молекулярной биологии в основном прояснили картину клеточной и молекулярной при роды жизни. Это позволило высказать предположение о том, что повреждения клеток, происходящие и в начальные стадии смерти, и от замораживания, теоретически могут быть не нас

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

только велики, чтобы наука будущего не могла их вылечить. Все это привело к идее крионирования умерших людей с целью раз морозить их в будущем, когда наномедицина разовьется нас только, что сможет починить поврежденные ткани. Какие на учные факты подтверждают такую возможность?

Личность человека определяется деятельностью его мозга. Причем как общие принципы обработки информации мозгом, так и индивидуальные особенности человека, его память в ос новном зависят от характера соединений между собой нейро нов. Это значит, что для будущего оживления человека доста точно сохранить структуру связей нервных клеток между собой. Или, по крайней мере, сохранить столько информации об этих связях, чтобы восстановить их с достаточной точностью.

Во вторых, экспериментальные данные свидетельствуют, что после смерти человека его нервные клетки разрушаются очень медленно. В течение нескольких часов после смерти еще хорошо сохраняются связи между нервными клетками. А мно гие нервные клетки еще живы. И, следовательно, есть шанс на оживление нервных клеток и восстановление функций всего мозга, всей памяти человека, если реанимацию проводить сред ствами медицины будущего, дающими возможность лечить нейроны на молекулярном уровне. Таким образом, то, что се годняшняя медицина считает смертью человека, является лишь констатацией факта, что человека нельзя реанимировать совре менными методами. На самом деле человек действительно не обратимо умирает лишь через несколько часов после остановки сердца и исчезновения электрической активности мозга. Поэ тому существующая практика замораживания сразу после реги страции смерти по критериям современной медицины оставля ет человеку шанс на реанимацию медициной будущего.

Уже сейчас можно замораживать и размораживать отдель ные нервные клетки и небольшие кусочки мозга так, что после размораживания они оказываются живыми. Это означает, что и при замораживании целого мозга или тела многие его клетки сохраняют свою жизнеспособность, а те, которые умирают, скорее всего, разрушаются не полностью, а лишь частично. А когда замораживают органы целиком и анализируют поврежде ния, получаемые отдельными клетками при помощи электрон ной микроскопии, то этот анализ свидетельствует, что такие

360

ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина

повреждения в принципе могут быть восстановлены при ис пользовании молекулярных роботов или другой медицинской технологии будущего.

Наибольшую опасность при замораживании представляет механическое повреждение мембран клеток образующимися кристаллами льда. Образуясь как вне, так и, что гораздо опас нее, внутри клеток, они разрывают липидный бимолекулярный слой, формирующий эти мембраны. Для защиты клеток от пов реждения при замораживании используют специальные веще ства – криопротекторы. Они делятся на две группы: проникаю щие внутрь клетки (например, диметилсульфоксид, ацетамид, пропиленгликоль, глицерин, этиленгликоль), и не проникаю щие (полиэтиленгликоли и полиэтиленоксиды, фиколл, саха роза, трегалоза и др.), которые действуют снаружи, осмотичес ки вытягивая из клетки воду.

Последнее выгодно: чем меньше в клетке останется воды, тем меньше потом образуется льда. Однако удаление воды при водит к повышению концентрации остающихся внутри клетки солей, вплоть до значений, при которых происходит денатура ция белка. Криопротекторы же первого типа не только снижают температуру замерзания, но и разбавляют образующийся при кристаллизации «рассол», не давая белкам денатурироваться.

Использованием криопротекторов – еще не панацея от пов реждающего воздействия льда. Дело в том, что высокие концент рации криопротекторов ядовиты, а низкие – малоэффективны. Устранить это противоречие предполагается путем поэтапного повышения концентрации криопротекторов по мере охлажде ния, так как понижение температуры уменьшает отравляющее воздействие криопротекторов. Также ведутся поиски новых эф фективных криопротекторов и условий замораживания.

Еще одной проблемой замораживания больших объектов является неоднородность биологических тканей, входящих в состав организма, что ведет к неравномерным скоростям за мерзания различных участков тканей и органов, возникнове нию химических и механических напряжений. Результатом этого является образование многочисленных повреждений на клеточном (разрыв стенок клеток) и на тканевом (микротрещи ны) уровнях. Это делает простое размораживание, без предва рительного исправления повреждений, невозможным. Однако

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

такие повреждения могут быть ликвидированы медицинскими нанороботами будущего.

Крионика как отдельное биомедицинское направление обязана своим возникновением профессору физики Роберту Эттинджеру – автору книги “Перспективы бессмертия”, издан ной в США в 1964 году. В ней были представлены основные идеи крионики. Начиналась она с вывода, что большинство ныне живущих людей имеют хороший шанс на возобновление физической жизни после смерти. Этот вывод следовал из того факта, что замороженные тела подвержены лишь незначитель ным изменениям, и из предположения, что перспективные тех нологии в конечном счете позволят осуществить оживление и омолаживание замороженных организмов.

Публикация “Перспектив бессмертия” и ее последующий перевод на другие языки инициировало крионическое движе ние в США и в некоторых других странах. Стали создаваться крионические организации для пропаганды крионики и для обеспечения возможности практического осуществления замо раживания (т. е. для привлечения финансовых средств и обору дования, покупки или строительства депозитариев для хране ния замороженных тел, юридического и организационного обеспечения и т. д.).

1967 год ознаменовался замораживанием первого человека, произведенным «по всем правилам». Этим первым пациентом был американский профессор психологии Джеймс Бедфорд.

В настоящее время замораживание для продления жизни применяется рядом частных американских клиник. Сегодня ими заморожено около 100 пациентов. К процедуре заморажи вания в основном прибегают люди, которые хотят либо жить долго, либо получить шанс воспользоваться передовыми воз можностями медицины будущего в случаях, когда бессильна современная медицина (если им грозит неизбежная смерть от рака, СПИДа, сердечно сосудистых заболеваний и т. п.).

Поскольку при температуре жидкого азота никаких изме нений в замороженном теле не происходит, теоретически замо роженные пациенты могут храниться тысячи лет. Однако, по наиболее оптимистичным оценкам, технология для их оживле ния может появиться уже во второй половине следующего века. Поэтому, скорее всего, им предстоит храниться в течение пяти десяти ста лет.

362