كيف يقوم الدماغ بحوْسَبة العقل (2-3)

محتوى مترجم
المصدر	edge
التاريخ	2016/05/12
الكاتب	edge

كيف يقوم الدماغ بحوْسَبة العقل (1-3)

لقد درست الكيمياء والهندسة الكهربية والفيزياء بالكلية، وقررت أنني مهتم بفهم الدماغ. بالنسبة لي، كان هذا المجهول الكبير. سيبدو هذا مبتذلًا نوعًا ما، لكنني بدأت بالتفكير بشأن كيف تفهم أدمغتنا الكون، وكيف يعطينا الكون أشياء مثل قوانين الفيزياء التي تبنى عليها الكيمياء والأحياء، والتي يبنى عليها الدماغ. إنها نوعٌ من الدائرة المغلقة. كنت أحاول التفكير فيما يمكن فعله كمسارٍ مهني؛ فكرت، ما هي أضعف نقطة في تلك الدائرة؟، وبدا أن الدماغ مجهول للغاية.

كنت منبهرًا بشدة بالأشخاص الذين كانوا يبتكرون تكنولوجيا لمعالجة المشكلات الكبيرة، أحيانًا تكنولوجيا شديدة البساطة. جميع الكيميائيين في القرن الثامن عشر والتاسع عشر الذين توصلوا إلى طرقٍ لقياس الضغط والحجم والعناصر المتفاعلة، بدون ذلك من غير المتخيل أنه كان سيصبح لدينا أشياء مثل الجدول الدوري للعناصر وميكانيكا الكم وما إلى ذلك.

ما لمع في ذهني هو أننا نحتاج إلى الوصول للتكنولوجيا التي ستعطينا حينها البيانات التي نرغب فيها، ومن ثم فتقودنا إلى المعرفة الأكثر شحًا وأناقة. وبالنسبة لعلم الأعصاب، بدا أننا لم نمر أبدًا بتلك الحقبة التكنولوجية. كان هناك قطع وأجزاء- لا تسئ فهمي- مثل الأقطاب الكهربائية والماسح الضوئي بالرنين المغناطيسي MRI، لكن لم يكن هناك أبدًا مجهود منظم لنصبح قادرين على رسم خريطة لكل شيء، وتسجيل جميع الآليات، والسيطرة على كل شيء. وهذا هو ما أردت القيام به.

في الوقت الذي بدأت فيه الدراسات العليا بجامعة ستانفورد، كنت أستمر في إخبار الجميع بأنني أرغب في تطوير تقنيات للدماغ وجلب علوم الفيزياء إلى علم الأعصاب. اعتقد كثيرون أنها فكرة سيئة، صراحةً، وأعتقد أن السبب في ذلك هو أنه في ذلك الوقت كان العديد من الفيزيائيين والمخترعين يحاولون تطوير أدوات لدراسة الدماغ، لكنهم كانوا يفكرون إلى الأمام فيما كان ممتعًا لهم القيام به، وليس للخلف بشأن الأسرار العميقة للدماغ.

الدرس الرئيسي الذي تعلمته خلال دراستي ما بعد الجامعية كان أنه إذا لم تفكر في الأسرار العميقة للدماغ وفكرت فقط فيما تجده ممتعًا في الفيزياء فإن التقنيات التي تبنيها قد لا تكون بتلك الأهمية وقد لا تحل مشكلة كبيرة. ما تعملته هو أن علينا أن نقبل الدماغ بظاهره، علينا أن نقبل تعقيداته، ونعمل بشكل رجعي من تلك النقطة، ونقوم بإجراء مسح لجميع مجالات العلم والهندسة من أجل بناء تلك الأدوات.

خلال العقد الأول من عملي كأستاذ بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، كنا نبني تلك الأدوات معظم الوقت. بنينا أدوات للتحكم في الدماغ، وأدوات لرسم خريطة بناء جزيئات ودوائر الدماغ، وأدوات لمشاهدة الدماغ أثناء نشاطه. في الوقت الحالي نمر بنقطة تحول؛ نحن مستعدون لنشر تلك الأدوات منهجيًا وعلى نطاقٍ واسع. لا تسئ فهمي، ما تزال الأدوات تحتاج إلى تحسينات لتصبح في مستوى تحدي دراسة الدماغ، لكن بالنسبة للكائنات الصغيرة مثل الديدان والذباب والسمك، أو بالنسبة لأجزاء صغيرة من أدمغة الثدييات، نحن مستعدون للبدء في رسم خرائطها ومحاولة فهم كيف تقوم بالحوسبة.

يتقدم العمل من خلال دعم المنح الخيرية والحكومية بشكلٍ رئيسي، وقد كنا محظوظين للغاية أنه كان هناك نوعٌ من الزيادة في الأشخاص المهتمين بتمويل الأشياء مرتفعة المخاطرة والعائد. هذا أحد أسباب كوني في مختبر الإعلام بالمعهد، وربما تتساءل أيضًا ما الذي يجلب أستاذ علم أعصاب إلى كلية الهندسة المعمارية بمعهد ماساتشوستس؟.

كما كنا نناقش سابقًا، لدى علماء الأعصاب ارتياب عميق في التكنولوجيا، أن التقنيات لا تعمل عادةً، والدماغ شديدة التعقيد بحيث لا تستطيع الأدوات سوى حل المشاكل البسيطة. عندما كنت أبحث عن وظيفة أستاذ، كان الأمر مسألة حظ. كنت قد نشرت أنا وزميلي كارل دايزروث بالفعل ورقة بحثية تثبت أننا نستطيع تفعيل الخلايا العصبية عن طريق الضوء، وهي تقنية أسميناها منذ ذلك الحين علم البصريات الوراثي (optogenetics)، حيث تشير «opto» للضوء و«genetics» للجينات؛ لأننا نستعير جينا من نبات لجعل الخلايا الضوئية حساسة للضوء. لكن كثيرا من الناس في ذلك الوقت كانوا ما يزالون مرتابين بشدة: هل هذا الشيء حقيقي أم أنها تقنية جديدة ما تزال لا تعمل كما ينبغي بحيث ستكون هامشًا؟. ذهبت إلى مختبر الإعلام للشكوى بشأن مدى تسييس وتعقيد الوسط الأكاديمي، وكنت محظوظًا للغاية؛ لقد كانوا يختتمون بحثًا فاشلًا عن شخصٍ يشغل وظيفة وقالوا «لماذا لا تأتي هنا؟» وهكذا ذهبت، ومنذ ذلك الحين ونحن نقدم المساعدة للكثير من تقنيات علم الأعصاب هناك.

عندما ذهبت إلى مختبر الإعلام بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لأول مرة، كان الكثير من الأشخاص في حيرةٍ شديدة بشأن ما الذي سأفعله هناك. هل سأتحول إلى «تكنولوجيا المختبر الكلاسيكية المتعارف عليها» فأطور مثلًا طرقًا لجعل الهواتف النقالة تشخص المرض العقلي أو أشياء أخرى من هذا القبيل؟. أردت أن أحصل على حقيقة الدماغ عن طريق الفحص المباشر. كان مختبر الإعلام من عدة نواح هو المكان المثالي للبدء. يمكننا دعم هذه الأفكار وهذه الأدوات منذ البداية حتى تصبح جيدة بما يكفي ليستطيع علماء الأعصاب رؤية قيمتها. لقد استغرق هذا عدة أعوام.

استغرق الأمر فترة ثلاث سنوات حتى بدأ هذا في حيازة قبول التيار الرئيسي، وبعد ذلك كان هناك ثلاث سنوات أخرى حيث كان الناس يقولون: رائع، كيف نحصل على المزيد من التكنولوجيا؟، وقاد هذا إلى مبادرات مثل مبادرة «براين» التي أطلقها بأوباما، والتي حاولت الوصول إلى تطويرٍ واسع الانتشار لتكنولوجيا علم الأعصاب. بدأت مبادرة برين بتشجيع من مؤسسة كافلي. كانوا يستضيفون سلسلةً من جلسات العصف الذهني حول ما الذي يمكن لعلماء الأعصاب وعلماء الجزيئات الدقيقة تحقيقه معًا، وكان بول اليفيزاتوز وجورج تشرش ورافاييل يوست والكثير من الأشخاص على تلك الحدود في تلك الجلسات المبكرة. وفي أواخر عام 2012 تمت دعوتي إلى تلك الجلسات المبكرة حيث تمت دعوة العديد من المخترعين وبدأنا نتحدث حول أن رسم خريطة لنشاط الدماغ هو شيء رائع وكل شيء لكن التقنيات قد تكون أوسع كثيرًا من هذا؛ ربما تحتاج أكثر من مجرد الخرائط.

ربما تحتاج طرقًا للتحكم في الدماغ، طرقًا لإعادة ترتيب توصيلات الدماغ. وكانت تلك نقطة تحول مثيرة لأن الأمر تحول من رسم الخرائط إلى التكنولوجيا بشكلٍ عام، وبعد أربعة أو خمسة أشهر أعلن أوباما مبادرة «براين» هذه، وهي اختصار أبحاث الدماغ لدفع تقنيات علم الأعصاب الابتكارية، حيث تخصص الآن مئات الملايين من الدولارات سنويًا، حسب العام، لمحاولة صنع المزيد من التكنولوجيا للمساعدة على فهم الدماغ.

تدار مبادرة «براين» الآن من قِبل عدة وكالات حكومية. لدى تلك الوكالات أولوياتها الخاصة. لذا، على سبيل المثال، تهتم داربا (وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة) بشدة بطب الأطراف الاصطناعية، على سبيل المثال، لا مفاجأة هنا. بينما تهتم المؤسسة الوطنية للعلوم بالمزيد من العلوم الأساسية، وهكذا. لدى الوكالات المختلفة أجنداتها المختلفة الآن.

ياربا (نشاط مشاريع أبحاث المخابرات المتقدمة) أيضًا متواجدة. إنهم يحاولون الدفع بقوة باتجاه رسم قصير المدى لخرائط دوائر الدماغ في الثدييات يقوم على التكنولوجيا الموجودة، ويركز جزء صغير من هذا أكثر على جانب تطوير التكنولوجيا. أغلب الأموال تذهب إلى جانب التطبيق. لكن لدينا بعض الأدوات الجديدة التي نعتقد أنها قد تكون مفيدة بشدة.

الشراكة رائعة إذا كان يمكنك العمل بجد وبذكاء وحل المشكلة. لكن إذا كنت تعالج شيئا مثل الدماغ، أو التحديات الكبرى في علم الأحياء بوجهٍ عام، فإن الكثير يعتمد على المصادفة. فيعتمد الكثير على الارتباطات التي تحدث بالصدفة عندما تجلب مجالين علميين معًا، عندما تصل النقاط، عندما تقوم بنوعٍ من هندسة الصدفة لتنتج شيئا غير متوقعٍ تمامًا، كل ذلك من الصعب القيام به عندما يكون لديك أبوابٌ مغلقة. سيظل ذلك صعبًا إذا لم تسمح بالتعاون الحر والمفتوح.

مجموعتنا كبيرة للغاية، أعتقد أننا ثاني أكبر مجموعة بحثية بمعهد ماساتشوستس بالكامل. لكننا نعمل مع حوالي 100 مجموعة، خبراء جينات وكيمياء وأشخاص يصنعون ألماس متناهي الصغر وكافة أنواع الأشياء. السبب هو أن الدماغ شديد الفوضى وأنه معقد، حيث لا نعلم يقينا أي تقنيات وأي إستراتيجيات وأي أفكار سوف تكون الأفضل على الإطلاق. وهكذا، نحتاج إلى التعاون التكاملي لضمان، أو على الأقل الوصول إلى أقصى احتمالية للنجاح في حل المشكلة.

إنك بحاجة إلى الوسط الأكاديمي ليكون لديك القدرة على توصيل النقاط والتعاون، وترغب في شركات عندما يحين الوقت للدفع بقوة وإنجاز شيء وإنتاج حجم أكبر وإعلانه. ما آمل في هندسته في العقد القادم أو نحو ذلك هو مؤسسات هجينة حيث نستطيع أن يكون لدينا أشخاص يأتون ويذهبون لأننا قد نحتاج إلى فكرة تأتي وتذهب حتى تنضج.

سأعطيك مثالًا: نحن نطور نوعًا جديدًا من الميكروسكوبات وأنواعًا جديدة من التقنيات النانوية (تقنيات الجزيئات متناهية الصغر) من أجل تسجيل كميات ضخمة من البيانات من الدماغ. أحد زملائنا كان يقدّر أنه عما قريب ستحتاج بعض الأجهزة التي نطورها إلى جزءٍ كبير من نطاق الإنترنت بالكامل حتى يمكننا تسجيل جميع بيانات الدماغ التي قد نحصل عليها في مرحلةٍ ما. الآن نحتاج إلى بعض الإلكترونيات، صحيح؟، نحتاج إلى إلكترونيات لتخزين جميع البيانات والحاسبات لتحليل البيانات. لكن هذا شيء ينتمي إلى النطاق الصناعي.

من الأسهل كثيرًا إنجاز ذلك في شركة عن إنجازه في الوسط الأكاديمي لأن الصناعيين يمكنهم إنجاز الأمر وإنتاج حاسبات جبارة، لذا فقد بدأنا تعاونًا. تقوم شركة صغيرة هنا في كامبردج بولاية ماساتشوستس بإنتاج هذه الحاسبات. والآن نعمل على التقنيات النانوية، وذلك الدمج بين تصميمين مؤسسين مختلفين يسمح لنا بالتحرك أسرع من الشركات وحدها أو الوسط الأكاديمي وحده. تلك النماذج الهجينة الجديدة ستكون أساسية لموازنة الاحتياج إلى الحظ والاحتياج إلى المهارة والقدرة.

الشيء الذي أتحمس بشأنه أيضًا هو كيف نتخلص من المخاطرة في الأحياء والطب؟. أغلب العقارات، واغلب الإستراتيجيات لمعالجة المرضى، يتم اكتشافها إلى حدٍ كبير عن طريق الحظ. كيف نتخلص من هذه المخاطرة؟، تحدثنا قليلًا بشأن كيف أن هناك علومٌ أساسية مثل الفيزياء، ثم لديك علومٌ ذات درجة أعلى مثل الأحياء. الطب أيضا قد يكون له وسائل علمية مختلفة لأنواعٍ مختلفة من الأمراض. ولقد حققنا نجاحاتٍ كبيرة في مواجهة البكتيريا والفيروسات بسبب المضادات الحيوية، وبسبب اللقاحات. لماذا كانت هذه الأشياء ناجحة للغاية؟؛ لأننا نساعد أجسادنا على محاربة غاز أجنبي، صحيح؟. لكن إذا نظرت إلى الأمراض الكبيرة، الأمراض التي لا يعرف أحد كيف نتصرف بشأنها، هناك اضطرابات الدماغ، الكثير من السرطانات، أمراض المناعة الذاتية، تلك أمراض حيث يحارب جسدنا نفسه، وذلك أصعب بكثير لأنه لا يمكنك إعطاء عقار يدمر الغازي الخارجي لأن ذلك الغازي الخارجي هو أنت.

كيف نستطيع تقليل المخاطرة الصعبة في الطب؟، علينا أن نفكر بشأن تطوير العقار والتطوير العلاجي من زاويةٍ مختلفة. ربما لا تكون الطرق التي تعطينا مضاداتٍ حيويةٍ جديدة وعقاراتٍ جديدة وما إلى ذلك غير مناسبةٍ بقدر ما تحدثه من تغيير حاد في مستويات نشاط دوائر معينة من الدماغ، وكذلك تعديل النظام المناعي بحدة كي يحارب سرطانًا لكن ليس بالقدر الذي يؤدي إلى التسبب في هجومٍ للمناعة الذاتية.

أحد الأفكار هي-حسنًا- إذا كان الأمر هو أن جسدك يحاربك، فإن الذي ترغب فيه هو معرفة شديدة العمق بوحدات بناء تلك الخلايا وكيف تنتظم داخل الجسم. قد تكون الافتراضات الأساسية وراء فهم الدماغ صحيحة فيما نحتاج إليه من أجل تقليل المخاطرة في الطب، لكي نفهم كيف تخفق الخلايا والأعضاء والأنظمة في هذه الاضطرابات المستعصية. هذا شيء كنت أفكر كثيرًا بشأنه مؤخرًا: كيف نقلل خطر الهدف والمنهجية والمسار نحو علاج الأمراض؟.

كان هناك دراسة أجريت حول كيف قد يكلف أخذ العقار من الفكرة إلى السوق 25 مليار دولار الآن. وإذا نظرت إلى الأمراض شديدة الصعوبة مثل أمراض الدماغ والسرطانات ونحو ذلك، فإن معدل الفشل في الحصول على التصديق للاستعمال البشري يتجاوز 90 بالمئة.

دفعني هذا إلى التفكير في أن هذا هو ربما نفس نوع المشكلة الفكرية المتعلقة بلماذا لا نستطيع فهم كيف تقوم دوائر الدماغ بحوسبة الأفكار والمشاعر. لدينا تلك الأنظمة الكبيرة ثلاثية الأبعاء، سواء كانت دائرة دماغية أو سرطانا أو النظام المناعي، ومعرفة كيفية التحكم بتلك الخلايا وجعلها تقوم بالشيء الصحيح، يعني إيجاد الفروق الدقيقة التي تجعل تلك الخلايا مختلفة عن الخلايا العادية في أجسادنا. أفكر كثيرا بشأن كيف يمكننا محاولة أخذ تلك الأدوات التي نطورها لرسم خرائط الدماغ للسيطرة على الدماغ، لمساعدة الدماغ أثناء نشاطه، وتطبيق ذلك على بقية الطب.