Исследование человеческого мозга

Цефализация(греч. kephale — голова) — концепция, согласно которой эволюция жизни на Земле является направленным процессом, повышением роли головного мозга, центральной нервной системы в развитии биологических видов

на Земле. Идея этой концепции принадлежит американцу Д. Дану (1813—1895),

высказавшему ее в конце XIX в. Однако развитие этой идеи связано с учением В.

И. Вернадского о биосфере. Он писал, что в течение всего эволюционного процесса, начиная с кембрия, т. е. в течение пятисот миллионов лет, мы видим, что от времени до времени, с небольшими промежутками остановок до десятков и сотен лет идет увеличение сложности и совершенства строения центральной нервной системы, т. е. центрального мозга. Эта идея В. И. Вернадского изложена

в его работе «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения»1.

В прошлом веке исследования строения и функций головного мозга человека показали, что контроль деятельности всех органов и систем организма человека, объединение их в единое целое и организация их совместной работы осуществляются нервной системой, которую по выполняемым функциям подразделяют на центральную (ЦНС) и периферийную (ПНС). К ЦНСотносится головной и спинной мозг. К ПНС— отходящие от спинного и головного мозга нервы и нервные узлы. ПНС подразделяют, в свою очередь, на соматическую (координирует деятельность поперечно-полостной мускулатуры) и вегетативную (автономную), которая регулирует активность работы внутренних органов, желез

и гладкой мускулатуры.

Созданный в прошлом веке структурно-функциональный подход к изучению

функций головного мозга, нервной системы человека позволил подойти к более тщательному исследованию нервных клеток (нейронов). Человеческий мозг состоит приблизитель-

1 М.: Наука, 1965.

но из 100 млрд нейронов (от греч. слова - жила) и около 1 трлн синапсов. На

каждый среднего размера нейрон мозга человека приходится десяток глиальныхклеток, склеивающих все нейроны в единую систему и до 10 тыс. синапсов (от греческого слова, означающего соединение), которые обеспечивают передачу нервных сигналов (импульсов) от одного нейрона к другому. Важным компонентом нервной системы являются нейрогормоны,т. е. химические вещества, передающие нервные импульсы через синаптическиесистемы связи между нейронами. К ним относится адреналин и ряд других веществ. Расстройство системы производства соответствующих нейрогормоновприводит

к нарушению системы передачи импульсов между нервными клетками, что выражается, например, в ослаблении памяти и т. д.

Несмотря на то что исследования человеческого мозга интенсивно развивались

в прошлом веке, тем не менее остается много загадок в понимании этого чрезвычайно сложного образования: как происходит, например, процесс формирования сознания и мышления?

Часто в дискуссиях по проблемам изучения мышления можно услышать такую реплику: у человека нет органа, для того чтобы думать, размышлять, поскольку мозг занят решением сверхсложных задач управления всем человеческим организмом в целом. Ранее предполагали, что мозг в основном связан с обеспечением психических функций человека, однако глубокое изучение работы всего организма человека убедило ученых в том, что человеческий мозг играет важнейшую роль в управлении всем организмом и его поведением в материальной и социально-психологической среде. Клетки головного мозга крайне чувствительны к нормальному процессу кровоснабжения: предел реанимации, например, коры больших полушарий головного мозга находится в интервале от 3 до 8 мин, что значительно меньше предела выживаемости других органов человека.

С развитием нанотехнологии специалисты связывают большие надежды с возможностью точного воспроизведения некоторых важных функций деятельности головного мозга: управление отдельными мышцами и т. д.

Этот подход основывается на предложении сходства функций, выполняемых мозгом, состоящим из огромного числа малых размеров нейронов и функций систем, реализованных на микросхемах, которые моделируют отдельные процессы головного мозга:

микросхема плюс нейрон, передающий нервный импульс в соответствующие

нервные клетки.

Большую роль в развитии этого подхода играют методы математической топологии, раздела современной математики, изучающей строение разнообразных структур и их преобразования, т. е. способы перехода от одной в другую. Все материальные тела являются определенными пространственными фигурами расположения частиц, атомов, молекул, и, следовательно, информация об их расположении может быть использована для создания различных структур на микросхемах. Информация в головном мозге человека структурирована («записана») в 10 000 раз плотнее, чем в современных компьютерах.

Искусственный интеллект. Интеллект(лат. intelectus — ум, рассудок) — сложное образование. Грубо говоря, это целостная система функций человеческого ума или способностей человека создавать знания о мире, принимать решения и строить свою деятельность в соответствии с создаваемыми идеалами и ценностями. Люди давно интересуются созданием технической системы, способной решать задачи и выполнять функции естественного

интеллекта.

Искусственный интеллект— это, грубо говоря, способность технической системы решать задачи с элементами творческого мышления. В 1936 г. английский математик А. Тюринг (1912—1954) предложил примерный критерий различения естественного и искусственного интеллекта. Исследователь задает вопросы двум респондентам, находящимся в двух изолированных комнатах. В одной из комнат находится вместо респондента-человека техническое устройство, отвечающее на вопросы исследователя. Если исследователь не заметит разницы в получаемых ответах от машины и человека, то он будет убежден в том, что ответы ему дает человек, а не машина.

Сегодня развиваются два направления в создании искусственного интеллекта. Первое направление — это создание все более сложных программ для решения стандартных типов задач естественного интеллекта в принятии решений (экспертные оценки, деловые игры и т. д.). Второе направление связано с исследованием самого естественного интеллекта (что такое мышление и т. д.).

Генетика

Двадцать первый век часто называют веком биологии, генетики. Успехи генетики прошлого века вселяют как надежды, так

и опасения этического, правового и научного характера. Генетики говорят о

возможности биологического ремонта человека. Некоторые из них обещают разгадать полностью генетическую «тайну» человека и обеспечить человечество в будущем безопасными генетически модифицированными продуктами питания.Эти продукты питания получаются в результате вставки гена или нескольких генов одного организма вместо функционально сходных генов другого организма. Например, вместо гена теплолюбивости помидора вставляется ген живущей в холодных водах рыбы. Современное общество с большой осторожностью относится к предложениям генетиков, вспоминая предложения, которые давали, например, в недалеком прошлом специалисты по ядерной энергетике. В частности, некоторые специалисты утверждают, что в результате создания производства генетически модифицированных продуктов питания можно накормить от 1,5 до 2 млрд человек (в конце прошлого века общая площадь производства этих продуктов составляла всего лишь 39,9 млн га во всех странах в целом). Правда, последствия массового употребления продуктов с генетически модифицированной структурой еще слабо изучены.

Предполагается, что в первом десятилетии нового века будет известно, как работает каждый ген генома человека, т. е. за что отвечает и как связан с другими генами: Таким образом, как полагают специалисты, каждый человек будет иметь свой личный генетический паспорт, биологический документ, на основе которого

по желанию личности будет проводиться выращивание соответствующих тканей

и органов для биологического ремонта этой личности.

К середине XXI в., утверждают некоторые специалисты, будут созданы методы лечения большинства болезней, с которыми не справились наука и медицина прошлого века. К 2005 г. будет создана технология выращивания клапанов сердца

из клеток пациента. В первых десятилетиях нового века будет создан универсальный состав крови для переливания крови пациентам, имеющим разные группы крови.

Прогнозы, которые делаются специалистами, часто приобретают искаженный вид в средствах информации. Например, сообщалось, что был открыт ген преступности. На самом деле шла речь о сравнительном генетическом анализе части геномов людей, совершивших преступление, и обычных законопослушных граждан: обнаружение различия в определенном гене не означает, что это

различие определяет на генетическом уровне, быть человеку преступником или

нет. В феврале 2004 г. южно-корейские и американские исследователи сообщили

о клонировании эмбриона человека. Это означает, что клонирование человека

будет развиваться в терапевтическом направлении (клонирование органов человека) и в репродукционном направлении (воспроизводство потомства отдельных семей).

Долголетие

Человек не только биологическое, но и социальное, духовное существо, способное к осознанию своего положения в мире. Исследователей давно интересует проблема биологического долголетия, здоровья и возможного бессмертия человека в смысле более точного понимания причин его смерти.

Известный русский ученый И. Мечников был одним из первых среди исследователей проблемы долголетия и смерти человека.

Существует ряд концепций смерти: генетическая,утверждается генетическая запрограммированность гибель клеток организма; мутационная,считается, что накопление мутаций ведет к необратимому повреждению ДНК клеток с возрастом; аутоиммуннаяконцепция, согласно которой с возрастом происходит нарушение механизма распознавания чужеродных веществ в организме и выработка иммунной системы антител, которые повреждают собственные клетки; концепция накопления продуктов обмена веществв организме, которые повреждают клетки и затрудняют их нормальное функционирование. В настоящее время во многих научных медицинских центрах ведутся сложные работы по изучению механизма, который используют вирусы и болезнетворные бактерии на генетическом уровне, чтобы заставить работать клетки организма для своего размножения.

Само понятие смертиявляется с естественно-научной точки зрения сложным фактом. В самом общем случае под смертьюорганизма понимают прекращение жизнедеятельности организма, его гибель или, если говорить более точно, утрату организмом существенных свойств живого и подчинение ею останков действиям неживой природы, химическое разложение и т. п.

Сегодня различают клиническуюи биологическую смерть.Первая предполагает возвращение к жизни на основе частичного или полного восстановления базовых функций живого: обмен ве-

ществ, деление клеток и т. п. Второе представляет необратимый процесс, перед

которым современная наука бессильна сегодня, но возможно, как говорят некоторые специалисты, она сможет бороться более успешно с этим процессом в будущем. Сегодня считается, что смерть у человека наступает с прекращением деятельности нервных клеток, которые погибают приблизительно через 8 мин, некоторые другие органы человека могут быть пригодными для жизни даже несколько часов после официально зафиксированной смерти.

Специалисты по нанотехнологии утверждают, что ее развитие изменит современное представление о здоровье и смерти.

Биоэтика

Отношение человека ко всему живому, включая самого себя, составляет основу биоэтики, исследующей нравственные аспекты отношения человека к живым существам, например к эмбрионам человека, лишенным жизни в результате абортов. Медицинская этика (долг и обязанности врача перед больными) является одним из разделов современной биоэтики. В прошлом веке широко обсуждались с этической и правовой точки зрения два направления выхода из ситуации неизлечимо больного человека: добровольная смерть и глубокое замораживание

до лучших времен.

Доктор Дж. Кеворкян (США) — активный сторонник эвтаназии(при буквальном переводе с греческого — хорошая смерть). Созданный им прибор называется «сострадателем» (мерситрон):штатив с тремя капельницами с веществами, позволяющими в щадящем режиме пациенту добровольно уйти из

жизни, повернув кран на штативе собственной рукой или рукой врача, как

доверенного лица. Этот подход в правовом и медицинском плане вызывает справедливые возражения, которые достаточно хорошо известны. Второе направление — криомедицина— основано на искусственном замораживании организма и его последующем размораживании для соответствующего лечения. Кстати сказать, в свое время были предложения именно заморозить тело Ленина,

а не бальзамировать.

Среди множества проблем криомедицины особое место занимает проблема кристаллизации жидких образований в организме, поскольку живые организмы состоят в основном из воды. Некоторые исследователи, в том числе и российские, считают, что эта трудность будет преодолена в скором будущем за счет наноробо-

тов: последовательность атомов в микророботах будет соответствовать

последовательности атомов в генетических структурах соответствующих клеток пациента, что позволит диагностировать и лечить его клетки с помощью дистанционного компьютерного управления. Наконец, еще одно направление — это вживание в организм человека электронно-технических устройств: электронный глаз и т. п.

Энергетика

Сторонники традиционной энергетики, основанной на нефти, газе и угле, связывают большие надежды с добычей этих ресурсов со дна Мирового океана. В настоящее время ведется добыча нефти с глубины более тысячи метров, переход

же на добычу на более глубоких уровнях требует создания новой глубоководной техники. Надо отметить, что глубинный океан изучен достаточно слабо, особенно существование форм жизни на самых его предельных глубинах. Число людей, побывавших в космосе, неизмеримо больше, чем людей, побывавших на глубинах Мирового океана.

Наряду с идеей традиционной энергетики существуют направления, которые предполагают производство энергии с помощью термоядерных реакторов, квантовых генераторов и более совершенных современных энергетических ядерных установок, с использованием новых способов передачи энергии от производителя к потребителю. Квантовые генераторы— это новые технические системы, требующие для своего запуска небольшую энергию, для того чтобы увеличить ее в несколько раз. Что касается так называемой нетрадиционной энергетики (использование силы ветра, энергии Солнца, энергии разложения и синтеза биологических отходов), то высказывается точка зрения, утверждающая, что нетрадиционные источники производства энергии не смогут в ближайшем будущем обеспечить полностью увеличивающиеся потребности мирового сообщества в энергии.

Большие надежды связывают ученые с созданием термоядерных реакторов для решения энергетических проблем человечества в XXI в. В 1954 г. в Институте атомной энергии нашей страны была создана первая в мире установка по управляемому термоядерному синтезу,получившая название «токамак»(тороидальная камера с магнитной катушкой), в качестве прототипа будущих реакторов. В реакторах этого типа осуществляется реакция термоядерного синтеза легких химических элементов, ядер дейтерия

и трития. Тритий предварительно получают из реакции деления ядер лития-6.

В реакторах данного типа воспроизводится реакция, происходящая на Солнце, только элементы этой реакции берутся на Земле: дейтерий содержится в воде, литий — в ряде рудных пород (разведанные запасы лития оцениваются в 10 млн

т).

По мнению специалистов, для производства электроэнергии в 10 трлн кВт/ч, столько производится во всем мире за год, термоядерным реакторам понадобится всего лишь 1500 т дейтерия и 4500 т лития. Это означает, что такие реакторы

могут обеспечить энергией человечество на многие миллионы лет.