Nature: Може ли мозък, създаден в лаборатория, да добие съзнание?

В лабораторията на Алисон Муотри (Alysson Muotri) стотици миниатюрни човешки мозъци, с размерите на сусамено зърно, се реят в паничките на Петри, излъчвайки електрически искри. „Може ли мозък, създаден в лаборатория, да стане съзнателен?“ Това е заглавието на статията, в която сп. Natrure търси отговора.

Тези малки структури, известни като мозъчни органели, се отглеждат от човешки стволови клетки и са станали нещо обичайно в много лаборатории за изследване на човешкия мозък. Муотри, който е невролог от Калифорнийския университет в Сан Диего (UCSD), е открил някои необичайни приложения за тях. Той свързва органелите с ходещи роботи, модифицира техните геноми с гени на неандерталец, извежда ги в орбита на борда на Международната космическа станция и ги използва като модели за разработване на по-подобни на човешки системи за изкуствен интелект. Подобно на много учени, Муотри временно премина към изучаване на Covid-19, като използва мозъчни органели, за да тества как лекарствата действат срещу коронавируса на SARS-CoV-2.

Един експеримент на Муотри обаче привлече повече внимание от другите. През август 2019 г. групата на Муотри публикува статия в Cell Stem Cell, в която се съобщава за създаването на човешки мозъчни органоиди, които произвеждат координирани вълни на активност, подобни на тези, наблюдавани при недоносени бебета. Вълните продължиха месеци преди екипът да спре експеримента.

Този тип координирана електрическа активност на целия мозък е едно от свойствата на съзнателния мозък. Откритието на групата накара етици и учени да повдигнат много морални и философски въпроси относно това дали на органелите трябва да бъде позволено да достигнат това ниво на напреднало развитие, дали „осъзнатите“ органели могат да имат право на специално третиране и права, които не се предоставят на други клетъчни групи и възможността съзнанието да бъде създадено от нулата.

Идеята за безтелесен, самосъзнателен мозък вече е в съзнанието на много невролози и биоетици. Само няколко месеца по-рано екип от университета Йейл в Ню Хейвън, Кънектикът, обяви, че поне частично е съживил мозъка на свинете, убити няколко часа по-рано. Чрез премахване на мозъка от черепите на свинете и пълненето им с химически коктейл, изследователите възстановяват клетъчните функции на невроните и способността им да предават електрически сигнали.

Други експерименти – опити за добавяне на човешки неврони към мозъка на мишките, повдигат въпроси, като някои учени и етици твърдят, че тези експерименти не трябва да се толерират.

Изследването проправи пътя за дебат между онези, които искат да избегнат създаването на съзнание, и онези, които разглеждат сложните органели като средство за изучаване на опустошителните човешки заболявания. Муотри и много други невролози смятат, че органелите на човешкия мозък може да са ключът към разбирането на уникални човешки състояния, като аутизъм и шизофрения, които не могат да бъдат изследвани подробно при модели на мишки. Муотри казва, че за да постигнат тази цел, той и другите може да се наложи съзнателно да създадат съзнание.

Що се отнася до етичнара страна на проблема, изследователите призовават за набор от насоки, подобни на тези, използвани при изследванията върху животни, за хуманното използване на мозъчните органели и други експерименти, които биха могли да доведат до осъзнаване. През юни Националните академии за наука, инженерство и медицина на САЩ стартираха проучване за идентифициране на потенциални правни и етични проблеми, свързани с мозъчните органоиди и химери при хора и живо.

Загрижеността относно мозъка, отглеждан в лаборатория, също подчертава сляпо петно: невролозите нямат последователен начин за определяне и измерване на съзнанието. Без работеща дефиниция етиците се страхуват, че ще бъде невъзможно да се спре експеримент, преди той да премине границата.

Настоящият набор от експерименти може да създаде проблем. „Ако учените са убедени, че органоидът е в съзнание, може да се наложи да побързат и да се споразумеят за теория за това как се е случило“, казва Анил Сет, когнитивен невролог от университета в Съсекс близо до Брайтън, Великобритания. Но, казва той, ако любимата теория на единия човек счита органоида за съзнателен, а другият не, всяка сигурност, че съзнанието е постигнато, изчезва. „Доверието до голяма степен зависи от това в коя теория вярваме. Това е изолация.“

Създаването на съзнателна система може да бъде много по-лесно от дефинирането на такава. Изследователите и клиницистите дефинират съзнанието по различни начини за различни цели, но те са трудни за синтезиране в една ясна работеща дефиниция, която може да се използва за определяне на състоянието на лабораторен мозък.

Лекарите обикновено оценяват нивото на съзнание при вегетативни пациенти по това дали човек мига или трепва в отговор на болка или други стимули. Например, използвайки показания на електроенцефалограма (ЕЕГ), изследователите могат също да измерват как мозъкът реагира на електрически импулс.

Съзнателният мозък ще проявява много по-сложна, непредсказуема електрическа активност от несъзнателния мозък, който реагира на прости, редовни модели.

Но такива тестове може да не дадат адекватен отговор на въпроса дали човек има съзнание. При проучвания на мозъчни образни изследвания на хора в кома или вегетативно състояние, учените са показали, че хората, които не реагират, могат да проявят някаква мозъчна активност, която прилича на съзнание, като активност в двигателните области, когато бъдат помолени да мислят за ходене.

Фотомикрография на развиващ се мозъчен органоид с различни клетъчни типове, маркирани с различни цветове
С развитието на органелите на човешкия мозък, предневроналните клетки (червени) се превръщат в неврони (зелени), които са свързани в мрежи (бели). Кредит: Muotri Lab / Калифорнийски университет, Сан Диего.

Във всеки случай, стандартните тестове за медицинско съзнание са трудни за прилагане към мозъчни клетки, отглеждани в чинии или към безплътни животински мозъци. Когато Муотри предположи, че моделите на активиране на неговите органели са толкова сложни, колкото тези на недоносените бебета, хората не знаеха какво да направят по този въпрос. Някои изследователи не смятат, че мозъчната активност на недоносеното бебе е достатъчно сложна, за да бъде класифицирана като съзнателна. А органелите не могат да мигнат или да се отдръпнат от болезнен стимул, така че няма да преминат клиничен тест за съзнание.

Напротив, много по-вероятно е непокътнатият мозък на наскоро убито прасе да има необходимите структури за съзнание, както и окабеляване, създадено от спомените и преживяванията, които животното е получило по време на живота. „Когато мислим за мозък, изпълнен с всичко това, е трудно да си представим, че мозъкът е празен“, казва Джантин Лунсхоф, философ и невроетик от Харвардския университет в Кеймбридж, Масачузетс. „Не знам какво могат да направят по отношение на мисленето, но това определено не е нула“, казва Lunshof. Връщането на мъртъв мозък във подобие на живот, както направи екипът на Йейл, би могло да има потенциала да възстанови известна степен на съзнание, въпреки че учените са положили всички усилия да избегнат това, като използват химически блокиращи агенти, които пречат на дейността на целия мозък.

Изследователите са съгласни, че трябва сериозно да се възползват от възможностите, които произтичат от това изследване. През октомври 2019 г. UCSD беше домакин на конференция с около дузина невролози и философи, заедно със студенти и общественици, с намерението да създаде и публикува етична рамка за бъдещи експерименти. Но публикуването на статията беше отложено за няколко месеца, отчасти поради факта, че някои автори не можаха да се споразумеят за основните изисквания за съзнанието.

Почти всички учени и етици са съгласни, че все още никой не е създал съзнание в лабораторията. Но те се питат за какво да внимават и кои теории на съзнанието могат да бъдат най-подходящи. Например, според идея, наречена интегрирана теория на информацията, съзнанието е продукт на това колко плътно невронните мрежи са свързани чрез мозъка. Колкото повече неврони взаимодействат помежду си, толкова по-висока е степента на съзнание – количество, известно като phi. Ако phi е по-голямо от нула, организмът се счита за съзнателен.

Според теорията повечето животни достигат това ниво. Кристоф Кох, президент на Института за изследване на мозъка Алън в Сиатъл, Вашингтон, се съмнява, че всеки съществуващ органоид може да достигне този праг, но признава, че може и по-напреднал.

Други конкуриращи се теории за съзнанието изискват сензорно въвеждане или координирани електрически модели в много области на мозъка. Например, идея, известна като глобална теория на работното пространство, твърди, че префронталната кора на мозъка функционира като компютър, обработва сензорни сигнали и ги интерпретира, за да формира усещане за същество. Тъй като органелите нямат префронтална кора и не могат да получат информация, те не могат да станат съзнателни. „Без вход и изход невроните могат да говорят помежду си, но това не означава непременно нещо като човешко мислене“, казва Маделин Ланкастър, биолог за развитие от университета в Кеймбридж, Великобритания.

Свързването на органелите с органи обаче може да бъде доста проста задача. През 2019 г. екипът на Ланкастър отглежда човешки мозъчни органели близо до гръбначния стълб и гръбните мускули на мишка. Когато нервите на човешкия органоид се свържат с гръбначния стълб, мускулите започват да се свиват спонтанно.

Повечето органели са предназначени да възпроизвеждат само една част от мозъка – кората. Но ако се развият достатъчно дълго и с правилните растежни фактори, човешките стволови клетки спонтанно пресъздават много различни части на мозъка, които след това започват да координират своята електрическа активност. В проучване, публикувано през 2017 г., молекулярният биолог Паола Арлота от Харвардския университет убеждава стволовите клетки да се развият в мозъчни органели, съставени от много различни видове клетки, включително чувствителни към светлина клетки, подобни на тези, открити в ретината. Под въздействието на светлината невроните на органелите започнали да се активират. Но това, че тези клетки са били активни, не означава, че органелите могат да виждат и обработват визуална информация, казва Арлота. Това просто означава, че те могат да образуват необходимите вериги.

Арлота и Ланкастър вярват, че техните органели са твърде примитивни, за да бъдат разбрани, тъй като им липсват анатомичните структури, необходими за създаване на сложни ЕЕГ модели. Ланкастър обаче признава, че за напредналите органели това зависи от определението. „Ако смятате, че мухата е в съзнание, възможно е тя да е органоид“, казва тя.

Ланкастър и повечето други изследователи обаче вярват, че нещо като анимиран свински мозък би имало много по-голям шанс да достигне до съзнание, отколкото органоид. Екипът, работил върху мозъка на свинята, воден от невролога Ненад Сестан, се опитваше да намери нови начини за съживяване на органите, вместо да създава съзнание. Изследователите успяха да задействат отделни неврони или групи неврони и се опитаха да избегнат създаването на широко разпространени мозъчни вълни. Когато обаче екипът на Сестан видя нещо, което изглеждаше като координирана ЕЕГ дейност в един от мозъците, те незабавно спряха проекта. Дори след като неврологът потвърди, че този модел не съответства на съзнанието, групата прилага мозъчна анестезия като предпазна мярка.

Sestan също се свърза с Националния здравен институт на САЩ (NIH), за да разбере как да действа. Екипът на агенцията по невроетика, включващ Lunshof и Insoo Hyun, група по биоетика в университета Case Western в Кливланд, Охайо, оцени работата и се съгласи, че Sestan трябва да продължи да вцепенява мозъка. Но комисията не се е спряла на по-общи правила и обикновено не изисква оценка на биоетиката за предложения за органели, тъй като нейните членове смятат, че едва ли ще възникне съзнание. NIH също не стигна до дефиниция на съзнанието. „Толкова е гъвкав, че всеки претендира за собствената си стойност“, казва Хюн. „Ако не е ясно, че говорим за едно и също нещо, това е голям проблем за дискурса.“
Някои хора смятат, че е безполезно дори да се опитваме да идентифицираме съзнание във всеки мозък, поддържан от лаборатория. „Просто е невъзможно да се кажат значими неща за това, което тези групи мозъчни клетки могат да мислят или възприемат, като се има предвид, че не разбираме съзнанието“, казва Стивън Лорис, невролог от Университета в Лиеж в Белгия, който е пионер в някои техники за изображения. въз основа на измервания на съзнанието при хора във вегетативно състояние. „Не бива да бъдем твърде арогантни.“ По-нататъшните изследвания трябва да се извършват много внимателно, каза той.

Lauris и сътр. Отбелязват, че възприятието за органоид вероятно ще бъде много различно от възприятието за недоносено бебе, възрастен или прасе и не може да бъде пряко сравнима. Освен това структурите на органелата може да са твърде малки, за да може тяхната активност да бъде точно измерена, а приликите между ЕЕГ моделите на органоидите и мозъка на недоносени бебета могат да бъдат случайни. Други учени, работещи с мозъчни органели, са съгласни с Лорис, че въпросът дали системата е в съзнание може да бъде без отговор. Много хора избягват изцяло тази идея. „Не знам защо се опитваме да зададем този въпрос, защото тази система не е човешки мозък“, казва Серджиу Паша, невролог от Станфордския университет в Калифорния. „Те са изградени от неврони, невроните имат електрическа активност, но трябва да помислим внимателно как да ги сравним.“

Муотри иска неговите органоидни системи да бъдат сравними, поне по някакъв начин, с човешкия мозък, така че той да може да изучава човешките заболявания и да намери лечение. Неговата мотивация е лична: 14-годишният му син страда от епилепсия и аутизъм. „Той се бори усилено в живота“, казва Муотри. Мозъчните органоиди са обещаваща тенденция, тъй като възпроизвеждат най-ранните етапи на мозъчните връзки, които не могат да бъдат изследвани при развитието на човешкия ембрион. Но той казва, че изучаването на мозъчни нарушения при човек без напълно функциониращ мозък е като изучаване на панкреаса, който не произвежда инсулин. „За това ми трябва модел на мозъчен органоид, който наистина прилича на човешки мозък. Може да имам нужда от органоид, за да стана в съзнание. „

Муотри казва, че не знае кое определение да използва, за да реши дали органоидът достига до съзнание. В един момент, казва той, органелите дори могат да помогнат на изследователите да отговорят на въпроси за това как мозъкът произвежда съзнателни състояния. Например математикът Габриел Силва от Калифорнийския университет, САЩ, изучава невронната активност на Muotri organoids, за да разработи алгоритъм, който описва как мозъкът генерира съзнание 6. Целта на неговия проект, който е частично финансиран от Microsoft, е да създаде изкуствена система, която да работи като човешкото съзнание.

Метриката на съзнанието проследява будни състояния
В момента в САЩ или Европа няма правила, които да попречат на изследователя да създава съзнание. Група национални академии планира да публикува доклад в началото на следващата година, който ще опише най-новите изследвания и ще вземе решение за необходимостта от регулация.

От своя страна Муотри вижда малка разлика между работата върху човешки органоид или лабораторна мишка. „Работим с животински модели, които са в съзнание и няма проблеми“, казва той. „Трябва да продължим напред и ако се окаже, че те стават в съзнание, честно казано, не го виждам като голяма работа.“