Адаптивный иммунитет Как машина читает мысли человека - Виталина Киргизова, Ксения Соловьева - Наука в фокусе - 2016-06-03
03.06.2016
Адаптивный иммунитет
Как машина читает мысли человека - Виталина Киргизова, Ксения Соловьева - Наука в фокусе - 2016-06-03
Скачать
В эфире радиостанции «Эхо Москвы» - Виталина Киргизова, сотрудник лаборатории геномики адаптивного иммунитета в институте биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН; Ксения Соловьева, научный сотрудник лаборатории нейронных систем и глубокого обучения. Эфир ведут Наргиз Асадова, Егор Быковский.
Н. Асадова
―
Добрый день! У микрофона Наргиз Асадова и мой постоянный соведущий Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». Привет, Егор.
Е. Быковский
―
Привет, Наргиз. Здравствуйте, дорогие друзья.
Н. Асадова
―
Здравствуйте, все. Сегодня у нас будут две замечательные темы. И я сказала бы, что у нас сегодня женский день. Обе наши гостьи – замечательные девушки, очень умные.
Е. Быковский
―
Очень привлекательные.
Н. Асадова
―
Да, очень привлекательные. Жалко, что вы их не видите – вот что я могу вам сказать. Начинаем с первой темы. Егор, тебе слово.
Е. Быковский
―
В этот раз, в отличие от обычного нашего обыкновения, мы не стали читать определённой новости, она потом прозвучит, чуть попозже, в ходе нашей беседы. А просто задумались о том, что, наверное, слово иммунитет – единственное из таких научных слов, которое мы слышим всё время, в отличие от какой-нибудь чёрной дыры, особенно в рекламах всяких хороших и не очень хороших медицинских препаратов. Что такое иммунитет, мы толком себе не представляем. Как с ним работают учёные? Для чего он нужен?Если в двух словах, то иммунная система – это большая система органов, не только кишечник или не только какие-то фагоциты, которые существуют у позвоночных животных (т.е. и у нас с вами), она объединяет органы и ткани, которые защищают организм от всяких патогенов и заболеваний.
Н. Асадова
―
И вот о том, как сегодняшние учёные изучают иммунитет и какие есть для этого новые способы, нам расскажет наша гостья – Виталина Киргизова, сотрудник лаборатории геномики адаптивного иммунитета в Институте биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. Здравствуйте.
Е. Быковский
―
Здравствуйте.
В. Киргизова
―
Здравствуйте.
Н. Асадова
―
Давайте объясним на пальцах, что такое иммунитет и что это за такая сложная система, потому что, как верно заметил Егор, по телевизору мы чаще всего слышим, что это кишечник и всё дело в нём.
Е. Быковский
―
На самом деле всё это гораздо сложнее. Да, давайте на пальцах. Или, как говорили римляне, «ab ovo» (от яйца), от самого простого.
В. Киргизова
―
Давайте. Посмотрим, что происходит, когда патоген хочет проникнуть внутрь. Патогены стремятся проникнуть внутрь человека, потому что здесь комфортно и приятно. Они пользуются ресурсами организма, чтобы размножиться.
Е. Быковский
―
У них там прекрасная питательная среда. Им хорошо.
В. Киргизова
―
Да. В первую очередь, об этом забывают говорить наши великие учёные, защитные органы - это не только лимфатические узлы, о которых кто-нибудь мог слышать, тимус. В первую очередь это кожа, потому что один из триллиона патогенов может проникнуть внутрь через кожу. Также замечательные защитные оболочки – это наши слизистые (слизистые носа, слизистые глаз). Затем, если патоген смог всё-таки прорваться внутрь, первая линия защиты – это врождённый иммунитет. Клетки врождённого иммунитета, такие как макрофаги, могут распознать этот патоген по каким-то общим молекулярным структурам (паттерны) и сразу его съесть.
Н. Асадова
―
Макрофаги обитают в жидкостях?
В. Киргизова
―
Да, в жидкостях, но могут случайно проникнуть в ткани. Например, в случае занозы, её сразу окружают макрофаги.
Е. Быковский
―
Место жительства – это кровь и лимфа.
В. Киргизова
―
Да, кровь и лимфа – это чаще всего. Потому что им там удобнее перемещаться.
Е. Быковский
―
Я, кстати, на всякий случай уточню буквально в двух словах, что кожа не сама по себе. То есть она и сама по себе защитник как чисто физический барьер. Но на ней ещё живут наши собственные микроорганизмы. Там есть и «плохие парни», и «хорошие», но они в том числе, эти «хорошие парни», защищают нас от всяких внешних плохих.
Н. Асадова
―
То есть есть кожный иммунитет и если он ослаблен, то можно заболеть всякими кожными нехорошими заболеваниями.
Е. Быковский
―
Не злоупотребляйте бактерицидным мылом, убьёте и «хороших парней» вместе с «плохими».
В. Киргизова
―
Да, это правильно. Но затем так случилось, что микроорганизмы мутируют гораздо быстрее, чем мы, они делятся раз в полчаса, и, соответственно, у них геном быстро очень меняется. Человек, как вы знаете, может произвести потомство раз в 20 лет, и мы не можем так быстро подстраиваться под те микроорганизмы, которые наша иммунная система должна распознать. Поэтому у нас есть вторая ветка иммунитета – это адаптивный иммунитет. Рецепторы адаптивного иммунитета могут распознать любой попадающий внутрь организм.
Е. Быковский
―
Прям любой?
В. Киргизова
―
Почти любой. Потенциально они могут распознать любую молекулу, потому что в организме одного человека может существовать до десяти миллиардов различных рецепторов адаптивного иммунитета. У врождённого иммунитета их только десять, порядка десяти. И всё это разнообразие, которое формируется врождённым иммунитетом, оно формируется у каждого человека индивидуально. Когда мы в детстве с вами болеем, как раз маленьких детей часто в садик не пускают, потому что у них температура. Это как раз тот процесс, во время которого человеческий организм учится заново распознавать все эти молекулы.
Н. Асадова
―
И у них адаптивный иммунитет формируется.
В. Киргизова
―
Да, адаптивный иммунитет как раз у них формируется. Когда ребёнок болеет, это не так уж и плохо.
Н. Асадова
―
Давайте перечислим те органы, первичные и вторичные, которые участвуют в этом самом адаптивном иммунитете.
В. Киргизова
―
Во-первых, из первичных органов это костный мозг и тимус. И там как раз происходит…
Н. Асадова
―
Скажите, что такое тимус.
В. Киргизова
―
Тимус – это вилочковая железа, она находится у нас где-то в основании шеи. У детей она очень развита и с возрастом сильно деградирует. К 20 годам перестаёт функционировать. То есть у нас активно иммунитет развивается примерно до 20 лет, а потом у нас всё хуже и хуже с каждым годом. Как раз во вторичных органах (это костный мозг и тимус) у нас происходит формирование клеток. Обучение и формирование самого иммунитета происходит во вторичных органах. Это, например, лимфатические узлы, лимфатические протоки, могут быть как раз различные лимфатические протоки в кишечнике…
Н. Асадова
―
Ну и кишечник, вот биота, про которую мы тут разговаривали много.
Е. Быковский
―
В просветных всяких органах несколько килограмм…
В. Киргизова
―
Да, представляете себе, организм просто в шоке от того, сколько у него там внутри всего, ему нужно как-то поддерживать и своих «хороших парней», чтобы не загубить. Соблюдать баланс. У нас есть исследователи, которые занимаются именно иммунологическим отношением к микробиоте нашего организма.
Н. Асадова
―
Мы даже некоторых знаем и приглашаем периодически в передачу.
Е. Быковский
―
Да, бывают у нас такие исследователи.
Н. Асадова
―
Давайте расскажем вот о чём. Как до сегодняшнего дня изучали иммунитет у нас в стране и в мире? И какие новые инструменты для изучения появились? Что нового вообще узнали?
В. Киргизова
―
Вообще в мире понятие иммунитета так широко начало применяться с Нобелевской премии, которую получил в том числе и наш русский учёный Мечников. Из русских всего лишь 2 учёных получали Нобелевскую премию по физиологии и медицине (по биологии Нобелевских премий нет). Первым был Павлов, а вторым - Мечников. Мечников как раз открыл фагоцитарную теорию иммунитета – это те самые фагоциты, которые могут поглотить патоген, если они его узнают.
Е. Быковский
―
Стражники-убийцы.
В. Киргизова
―
Да, стражники-убийцы как раз. И второй учёный, который разделил с ним эту премию, он открыл ветку адаптивного иммунитета – Эрлих. Он открыл, что иммунитет может передаваться в жидкостях, это такие антитела.
Н. Асадова
―
Так, и как его изучали? Как Мечников, в частности, изучал иммунитет? И как до сегодняшнего дня его изучали?
В. Киргизова
―
Иммунитет - это достаточно широкая область знаний, область науки.
Н. Асадова
―
Сложная система.
В. Киргизова
―
Да, сложная система.
Н. Асадова
―
Должен быть какой-то подход для изучения.
В. Киргизова
―
Его можно наблюдать как в микроскоп, как раз фагоцит может поедать. Можно делать мутанты мышей и смотреть, как у них развиваются те или иные… Как они вообще живут без лимфатических узлов или без тимуса. Могут ли они вообще выжить. На данный момент человечество отходит от того, чтобы использовать мышиные модели, потому что это плохо сказывается…
Е. Быковский
―
Секундочку, что такое машинные модели?
В. Киргизова
―
Мышиные.
Н. Асадова
―
Мышь как подопытный. Плохо сказывается на карме?
В. Киргизова
―
На карме. И мы начинаем экспериментировать с клетками. Можно изучить, какие рецепторы экспрессирует вообще клетка, чтобы было интересно посмотреть всё многообразие молекул, которые могут распознаваться одним человеком.
Н. Асадова
―
Так, хорошо. То есть вы выращиваете клетки?
Е. Быковский
―
От экспериментов с низшими позвоночными, ну нет, пожалуй, мышей всё-таки не назовёшь низшими, перешли к экспериментам с человечески клетками.
В. Киргизова
―
Да, с человеческими клетками. Вообще первый экспериментатор был человек, который изобрёл вакцинирование – это тоже, можно сказать, было на человеке. Это когда вирус от коровы прививали человеку, как раз так возникло вакцинирование. Сначала было от человека, потом к мышам и мухам, затем обратно сейчас к человеку.
Н. Асадова
―
То есть к клеткам человека. Хорошо, расскажите теперь тогда про свою статью, про тот метод, которым вы изучаете иммунитет и что вам удалось открыть.
Е. Быковский
―
Статья ещё не вышла, да?
В. Киргизова
―
Статья уже сейчас со дня на день должна быть опубликована в журнале «Nature Protocols». И мы там публикуем протокол для изучения иммунных молекул, которые присутствуют в крови человека и в крови мыши тоже. То есть у нас протокол и для человека, и для мыши. Мы можем посмотреть весь…
Е. Быковский
―
Секундочку. Давайте уточним, что такое иммунные молекулы. С фагоцитами разобрались – есть вот такие вот клетки, которые исполняют охранную функцию. Они достаточно крупные, набрасываются на патогены или на какой-то мусор и используют это как пищу. Отличный замкнутый цикл. Что такое иммунные молекулы?
В. Киргизова
―
Сейчас мы с вами как раз разговаривали о тех десяти врождённых рецепторах, которые у нас есть. А у человека есть две ветки адаптивного иммунитета. Одни - Т-клетки, которые несут Т-клеточные рецепторы, они контролируют развитие опухолевых клеток или внутриклеточных патогенов. Допустим, вирус попал в клетку, и он уже что-то в клетке делает. Организму нужно уже как-то следить за этими клетками, которые заражены вирусом. Это Т-клеточные рецепторы. А есть B-клеточная ветвь, и B-клетки как раз экспрессируют всем известные антитела. Антитела – это тоже белки, и их выделяют B-лимфоциты, и как раз наш протокол сначала был сделан в нашей лаборатории для T-клеточных рецепторов, а сейчас мы сделали протокол для прочтения репертуара, то есть молекул, которые есть в крови человека для антител.
Н. Асадова
―
Какие методы вы используете для изучения этих клеток? Как вы их репертуар изучаете?
В. Киргизова
―
Поскольку формирование большого числа рецепторов, в теории это до 10^17 различных антител может сформироваться в организме человека. А на самом деле у одного человека 10^11 может быть различных молекул. Это формирование идёт на уровне ДНК, у каждого лимфоцита идёт перестройка его ДНК. И мы изучаем ДНК, мы его секвенируем, то есть определяем последовательность каждого лимфоцита.
Н. Асадова
―
Сколько времени уходит сейчас на секвенирование ДНК каждой молекулы?
Е. Быковский
―
Особенно если каждого. Их же много, то есть в пробе некоего человека, меня или вас. Их получится очень много, и вы должны каждый проанализировать?
В. Киргизова
―
Да, мы должны каждый проанализировать. Сначала исследователи в 1990-х годах брали каждый одну клеточку, затем её сажали на чашку Петри и выращивали до целого пласта клеток. Затем эти клетки брали и секвенировали на секвенаторах первого поколения. Тогда мы могли только одну последовательность прочесть. Сейчас секвенаторы следующего поколения, которые могут анализировать до пятнадцати миллионов разных последовательностей за один раз. За десять часов можно получить десять миллионов различных последовательностей или больше даже.
Н. Асадова
―
Здорово, это очень впечатляет.
В. Киргизова
―
До двух миллиардов. Как раз с помощью этих высокопроизводительных секвенаторов мы читаем вот эти вот ДНК лимфоцитов, которые производят антитела.
Н. Асадова
―
Что нового вот в этом вашем протоколе. Если его публикуют в «Nature Protocols», наверное, это новый какой-то подход.
Е. Быковский
―
Во-первых, новый подход, во-вторых, к чему это приведёт? Ну ладно, это уже второй вопрос - к чему это приведёт.
Н. Асадова
―
Да, это второй. Не забегай вперёд.
В. Киргизова
―
Во-первых, мы публикуем протокол с использованием специального подхода молекулярного баркодирования – это когда на каждую ДНК вешается своя этикетка. Знаете, когда мы приходим в магазин, у нас у йогурта есть такой штрих-код.
Н. Асадова
―
Есть. Баркод.
В. Киргизова
―
И мы этим баркодом метим каждую молекулу ДНК. Затем мы можем, просеквенировав, сравнив её с другими молекулами с таким же штрих-кодом, понять, где у нас могла быть ошибка. Допустим, секвенатор тоже не идеален, он делает ошибки при прочтении, и мы можем установить точную последовательность изначально, которая была у B-лимфоцита.
Н. Асадова
―
Хорошо. И что нам даёт этот способ?
В. Киргизова
―
Мы сделали протокол, для того чтобы смотреть разные популяции B-клеток человека. У нас есть разные клетки. Сначала, когда они ещё не встретили своего патогена, они называются наивными клетками, или девственными клетками – клетками, которые еще никогда не встречали свою бактерию. Когда они встречают её, когда в организм что-то попало, то они становятся плазматическими клетками, которые в одну секунду двадцать тысяч антител выделяют в кровь. Это только одна клетка. А их порядка тысячи может быть или больше. Когда организм, допустим, болеет гриппом. Затем патоген повержен, он нивелируется из организма. Клетка, которая уже выделяла антитела, и сейчас ей это уже не нужно, так как патогена нет, она превращается в «офицера запаса» – клетку памяти. Если она ещё раз встретит свой патоген, то она снова превращается в плазматическую клетку, начинает всех крушить и обратно в клетку памяти. Это как раз так работает вакцинация, которая, когда мы ослабленным патогеном прививаем человека, а затем у него развивается иммунитет.
Н. Асадова
―
По сути, мы тренируем свои вот эти клетки вырабатывать антитела, чтобы они стали «офицерами запаса».
В. Киргизова
―
Да, чтобы стали «офицерами запаса».
Е. Быковский
―
Могли бы да, в какой-то удобный момент быстренько встать в строй. Правильно ли я понимаю, что вот этот вот метод мониторинга, или правильно сказать анализ?
В. Киргизова
―
Это мониторинг, да, мониторинг.
Е. Быковский
―
Позволяет выявить тех самых «офицеров запаса», о которых мы сейчас говорили, и, навесив на них соответствующий баркод, выявить их и быстренько размножить?
В. Киргизова
―
Да, это можно так вот сделать. Кстати, сейчас так борются с раком. На самом деле наш организм очень умный, в 90% случаях он сам умеет вылечить свой рак. У нас есть раковая опухоль, и её зачастую окружают пул лимфоцитов. Если мы выделим эти лимфоциты, мы можем их размножить и обратно вколоть человеку, и тогда он сможет сам справится со своим раковым заболеванием.
Н. Асадова
―
Своими же лимфоцитами. Мы их усиливаем вовне с помощью новых вот этих технологий.
В. Киргизова
―
Да, своими же лимфоцитами. Вовне, да. И затем заново ему подсаживаем. Но это мы можем, допустим, посмотреть, если мы проанализируем наивные клетки, то мы можем посмотреть, чем вообще человек может потенциально, на что может потенциально сформировать иммунитет.
Н. Асадова
―
А на что не может.
В. Киргизова
―
На что не может. Допустим, вот идеально как это могло бы развиваться. Приходит человек или ребёнок. Родителям нужно понять, можно ли ему давать прививку от какого-то патогена, от кори, допустим.
Е. Быковский
―
Это горячий вопрос.
В. Киргизова
―
И если у нас будет хорошо работать наша система, то мы можем взять у него кровь, посмотреть, можно ли ему сейчас это прививать, в данный конкретный момент, сможет ли он вообще сформировать иммунитет на это. И уже по этому профилю смотреть, давать ему или не давать эту прививку.
Н. Асадова
―
В каком количестве? Можем мы «промониторить», в каком количестве давать эту прививку?
В. Киргизова
―
Да, и в каком количестве. То есть мы можем посмотреть, как вообще у ребёнка работает иммунитет. Это очень важный вопрос, потому что иногда говорят, что прививка полезна, что спасает жизнь. Но иногда это и во вред бывает.
Н. Асадова
―
Да, бывают случаи, когда это во вред. И эти немногочисленные случаи стали причиной того, что люди некоторые…
Е. Быковский
―
К вакцинации относятся очень подозрительно.
Н. Асадова
―
Да, подозрительно. И даже к массовым отказам от вакцинации. Например, в Москве от прививки от коклюша стали массово отказываться. И коклюш как болезнь появился опять.
Е. Быковский
―
Грядёт эпидемия. А то и пандемия. Тьфу-тьфу-тьфу, чтоб не сглазить.
В. Киргизова
―
А так мы приходим к персонализированному подходу в медицине, и в вакцинации в том числе.
Е. Быковский
―
Он точно поможет выявить абсолютно все болезни, которыми человек болел? Если анализировать всё что есть в крови, вы застанете те антитела, которых уже очень немного. Потому что прошло какое-то время, клетки перестали их экспрессировать, их почти совсем не осталось. Но вы сможете сказать, что 20 лет назад человек переболел такими-то заболеваниями.
Н. Асадова
―
Ветрянкой, допустим.
В. Киргизова
―
Да. Есть такая шутка, что можно так различить по ДНК абсолютно двух идентичных злого и доброго близнеца. Посмотреть, кто где жил и кто чем болел. Поскольку у них одинаковый геном у всех клеток, но рецепторы у них разные.
Е. Быковский
―
Это хорошо. Если потерял свою историю болезни, можно будет обратиться к людям, которые будут потом владеть вашим методом, и они быстренько восстановят фактически по одному анализу, да?
В. Киргизова
―
Да. Сейчас это достаточно дорогостоящая операция. Она у нас проходит в Российской детской клинической больнице (РДКБ), в центре Рогачёва (Федеральный научно-клинический центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева) делают пересадки костного мозга и в том числе смотрят на эти репертуары T-клеточных рецепторов. B-клеточные рецепторы – это достаточно близкая тематика. Сейчас мы накапливаем этот пул данных, но со временем это всё будет достаточно дешёвым.
Н. Асадова
―
А почему? Какие предпосылки к тому, чтобы стоимость снижалась? Я так понимаю, что это дорого, в том числе и потому что эти машины для секвенирования очень дорого стоят.
В. Киргизова
―
Да-да, вы правы. Это дорого. Главное, что это не то чтобы дорого, они у нас стоят, их очень много в наших научных центрах, закуплено в России. Но очень дорогие реактивы, и поэтому сейчас в России почти ничего не секвенируется, а приходится всё секвенировать за границей. Несмотря на то, что эти секвенаторы у нас…
Н. Асадова
―
Почему мы не можем сделать свои реактивы?
В. Киргизова
―
Потому что они защищены патентами. А чтобы изобретать заново вот эти все методы секвенирования – это, конечно, всё непросто, долго и дорого. И сейчас у нас есть как раз секвенирования. Со временем мы накапливаем данные по разным вакцинам. Мы занимаемся сбором информации и созданием большой базы, какие рецепторы что распознают. Затем это накопим и позже мы сможем делать простые анализы. Есть такая штука, которая называется полимеразная цепная реакция, в любом in vitro можно сделать её – у нас есть различные медико-биологические центры, которые оказывают подобные услуги, и это уже будет стоить порядка тысячи рублей или даже дешевле.
Е. Быковский
―
Это радует.
Н. Асадова
―
Спасибо вам огромное. У нас в гостях была Виталина Киргизова, сотрудник лаборатории геномики адаптивного иммунитета в институте биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. Виталина, вам огромный респект.
Е. Быковский
―
И огромная просьба: продвигайтесь быстрее в ваших исследованиях.
Н. Асадова
―
Да, продвигайтесь быстрее в ваших исследованиях. Удачи вам! Я надеюсь, что скоро для нас для всех станет доступен этот способ – проверить свой иммунитет.
Е. Быковский
―
Посмотрим через пару лет. Пригласим вас снова. Вы расскажете, чего добились.
В. Киргизова
―
Если пригласите, конечно, расскажу.
Н. Асадова
―
Спасибо! Сейчас мы прервёмся на новости и рекламу, а потом вернёмся в эту студию, никуда не уходите.НОВОСТИ
Н. Асадова
―
16 часов и 35 минут в Москве. С вами по-прежнему Наргиз Асадова и Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». Мы продолжаем передачу «Наука в фокусе». Сейчас будет следующая тема, я её представлю. Многочисленные интернет-издания на этой неделе обрадовали нас новостью о том, что изобретена машина для чтения мыслей. Учёные из калифорнийского университета Бёркли разработали технологию, которая позволяет расшифровывать мысли человека и превращать их в слова. Под руководством Роберта Найта они анализировали деятельность головного мозга. Специалисты в течение продолжительного времени изучали, каким образом различные отделы головного мозга реагируют, когда человек слышит то или иное слово, произносит его вслух или думает о нём. Насколько я поняла, это основано на активности височной доли головного мозга, потому что именно височная доля головного мозга в левой части полушария, как считается, отвечает за речь. Но потом выяснилось, что не только этот участок головного мозга отвечает, а там более сложная система. Тем не менее, все эти исследования уже 10 лет ведутся. И учёные достигли первого такого прорыва, когда они уже точно могут считывать какие-то очень конкретные слова, которые человек не произнёс, а только о них подумал.
Е. Быковский
―
Я почитал все эти публикации и подумал, что журналисты немножечко погорячились явно с формулировками. И мы решили по этому поводу поговорить со специалистом, как у нас водится.
Н. Асадова
―
Да, Егор по этому поводу специально созвонился с Ксенией Соловьевой, научным сотрудником лаборатории нейронных систем и глубокого обучения, и задал ей все волнующие нас вопросы. Давайте послушаем.
Е. Быковский
―
Здравствуйте, Ксения. Спасибо, что согласились поучаствовать в передаче. Итак, мы вот очень заинтересовались этой новостью про работу группы Роберта Найта из Бёркли, которая в наших СМИ и не только в наших была отражена, пожалуй, немножко чрезмерно оптимистично - «машина для чтения мыслей» - везде были заголовки. Как вы думаете, можно ли её так называть? Действительно ли совершён какой-то большой прорыв, с вашей точки зрения? И о чём именно идёт речь?
К. Соловьева
―
Да, Егор, здравствуйте. В этой статье описан результат следующих исследований: из пяти пациентов с эпилепсией была проведена операция по инвазивному погружению электродов в мозг, то есть была вскрыта черепная коробка и туда имплантированы электроды.
Е. Быковский
―
Прошу прощения. Вот эта инвазивная операция была совершена именно в рамках работы группы Найта, или для чего-то ещё там были погружены электроды в мозг?
К. Соловьева
―
Просто это такая стандартная практика для того, чтобы записывать активность нейронов у человека. Обычно людям, у которых есть проблемы с мозгом и которые нуждаются в операциях всё равно, они подписывают соглашение, согласно которому в научных целях могут делать соответствующие эксперименты. То есть им просто дают какие-то задания, тесты и при этом фиксируют активность тех нейронов, которые при этом не записываются. Обычно происходит какая-то коллаборация научной лаборатории и медицинского учреждения для такого рода эксперимента. То есть это в принципе такая стандартная практика.
Е. Быковский
―
Понятно.
К. Соловьева
―
Соответственно, во время эксперимента пациентам предоставлялось три типа задания, сначала они слушали одно из шести слов, потом они его произносили, а потом делали воображаемое произнесение этого слова. Далее активность, которая считывалась с этих нейронов, обрабатывалась при помощи методов машинного обучения, и было показано, что можно отличить активность данного пациента при произнесении каждого из этих шести слов.
Е. Быковский
―
Их было всего шесть, этих слов?
К. Соловьева
―
Да, только шесть слов.
Е. Быковский
―
А какие они? Кстати, вы не знаете? Что это за слова были?
К. Соловьева
―
Я не обратила внимания, наверняка в статье есть эта информация.
Е. Быковский
―
Но в любом случае тут происходило какое-то обучение достаточно серьёзное. Потому что сначала исследователь должен много раз повторить это слово, чтобы понять, какие именно паттерны ему соответствуют, да? А уж потом…
К. Соловьева
―
В таких экспериментах вообще по нейроинтерфейсам и по инвазивным нейроинтерфейсам в частности всегда есть такой незакрытый вопрос по поводу того, что же больше обучается - сам человек или те алгоритмы, которые ведут обработку. И даже в известных экспериментах, где женщина управляла искусственной рукой при помощи просто активности нейронов моторной коры, там, опять же, во-первых, это обучение происходило достаточно долго – порядка года или даже больше. Во-вторых, идёт одновременное обучение человека, ну, поскольку так долго идёт этот процесс, с другой стороны, применяются обучаемые методы, которые на основе новых и новых данных об активности мозга человека, по-другому классифицируют эти данные и выводят на управление.
Е. Быковский
―
Понятно. Вопрос у меня ещё существенный: действительно ли такое чтение мыслей в этих рамках можно назвать чтением мыслей, хотя бы очень коротких? Оно является очень строго индивидуальным, или есть какие-то общие паттерны (допустим, слово «стол», если взять и замерить реакцию у десяти разных людей или они по-разному представляют себе это слово), и работа в таком случае будет очень индивидуальной. Вы в вашей лаборатории обрабатываете сигналы головного мозга. Они у разных людей по-разному устроены? Понятно, что есть какие-то регионы мозга, которые, в общем-то, отвечают примерно за одно и то же у всего человеческого рода. Но как формулируются определенные слова, по-разному ли они звучат на этом языке у разных людей? Или более-менее одинаково?
К. Соловьева
―
Смотрите, здесь, как правило, в вопросе универсальности паттернов мозга, отвечающих той или иной деятельности, играет несколько аспектов. Во-первых, это то, насколько высокоуровневая проведена обработка. Если мы считываем сигнал, который близок к какой-то модальности, например, у всех людей в одном и том же месте находится первичная зрительная кора или первичная слуховая кора, или моторная кора. Поэтому выявить какие-то такие схожие паттерны представляется более возможным и это больше используется, чем в более высокоуровневом представлении. Ну, понятно, да?Изначально, например, мы видим какой-то образ, в целом его изображение, звук или какие-то ещё модальности. Далее происходит его целый синтез и связь с представлением других образов, которые уже у этого человека были. И такое более сложное представление, можно сказать, более индивидуально, но я бы сказала, что нет каких-то универсальных механизмов, которые могут вот так вот читать один и тот же образ одинаково у большого числа людей. Здесь необходимо вести на высоком мультимодальном уровне индивидуальное обучение данного человека.
Е. Быковский
―
Понятно. То есть машина для чтения мыслей настолько далека от универсальности пока что, насколько это возможно. Во-первых, ей нужны погружные электроды, и снаружи этот сигнал не снимешь, нужно подвести его к совершенно определенным местам, да? Во-вторых, нужно индивидуальное обучение достаточно долгое.
К. Соловьева
―
И набор слов пока не такой большой. Всего шесть слов.
Е. Быковский
―
Расскажите, пожалуйста, подробнее, что вы делаете у себя в МФТИ? Я вот слышал, что вы занимаетесь каким-то нейрошлемом для виртуальной реальности. Что это такое, это более-менее понятно. Виртуальная реальность – то когда подаётся некий видео-, аудиосигнал, а ваш, наверное, ещё какую-то обратную связь отслеживает? Как он это делает?
К. Соловьева
―
Мне бы не хотелось раскрывать все детали, поскольку это ещё во многом на уровне гипотез и неоконченных исследований. Но в целом идея заключается в том, что когда человек мыслит, как правило, ему сложно фокусироваться и долго концентрироваться на одном и том же постоянном образе. То есть так, чтобы мы могли считывать какой-то паттерн его активности, соответствующий, например, образу стула и он не менялся. Поскольку, в частности, внутреннее представление каких-то зрительных образов не имеет внешнего отображения. То есть если мы можем, допустим, представлять движение руки или ноги, и понятно, как оно вовне проецируется, то здесь уже с движениями рук-ног есть явная обратная связь, а с представлением зрительных образов такой связи нет.Поэтому одна из задач такой связи – нейроуправление. И виртуальная реальность состоит именно в создании вот такой как бы обратной связи, которая бы позволила создавать стационарные образы и в зрительной модальности.
Е. Быковский
―
Как раз мне кажется, что наше время постепенно вышло. Спасибо большое, Ксения ещё раз, что согласились с нами поговорить. И удачи вам. Ждём в ближайшее время практических новостей о том, чем вы занимаетесь у себя в Московском физико-технологическом институте. Спасибо ещё раз.
К. Соловьева
―
До свидания.
Е. Быковский
―
До свидания. Итак, мы только что расстались с Ксенией, и я хотел бы ещё раз успокоить слушателей насчёт того, что прямое чтение мыслей, с одной стороны, невозможно – для этого нужны специальные средства, долгое обучение. А, с другой стороны, по поводу чтения мыслей выходят и разные другие интересные новости. Вот сейчас у меня есть ещё 2 минутки, я хотел бы коротко рассказать об относительно недавней штуке, очень любопытной, про японского робота Asimo (Advanced Step in Innovative MObility). Он давно уже появился. К нему приделывают всякие разные интересные интерфейсы. И, в частности, недавно рассказали, что не так давно робототехники из японского Honda Research Institutes выступили с отчётом о новом замечательном достижении: этот самый робот стал первым роботом-андроидом, который оснащён прямым интерфейсом взаимодействия с мозгом человека. Ну, тут тоже ни о какой телепатии речь не идёт. «Мысли человека» с некоторой точностью можно узнать, используя электроэнцефалограф и спектроскопию в нижнем инфракрасном диапазоне.Современные методы анализа позволяют вычленить из этих данных некий значимый сигнал, который передаётся на робота для выполнения. Но вообще само по себе это не ново. Куда более точным в качестве телепата является томограф. Но в итоге управление Asimo происходит как по волшебству, он без всяких движений и слов понимает то, что вы хотите ему сказать. Просто для этого надо очень чётко сформулировать сигнал, который вы хотите ему передать в мозгу.
Даже без томографа в этом случае энцефалограмма, которая снимает электрическую активность у поверхности черепа и спектрограф, который замеряет интенсивность кровообращения в разных областях мозга, дают вполне приемлемую точность чтения мыслей. Испытания показали, что робот верно понимает мысленные команды в 90% случаев. А это очень высокая точность, гораздо выше, чем у нас с вами, например. А сейчас мы должны уйти на несколько минут на рекламу, но передача не заканчивается. Оставайтесь с нами, скоро вернёмся.
РЕКЛАМА
Н. Асадова
―
Продолжаем передачу «Наука в фокусе». С вами по-прежнему Наргиз Асадова и Егор Быковский. И сейчас я объявляю нашу любимую рубрику «Вопрос-ответ». +79859704545 – телефон нашего прямого эфира, присылайте СМС, вопросы можете задавать о том, как устроено мироздание, мы с Егором будем отвечать в последующих передачах.
Е. Быковский
―
Если сможем.
Н. Асадова
―
Будем очень стараться. Если не сможем, то привлечём наших друзей учёных. Итак, вопрос от Семёна: «Какой биологический вид станет доминирующим на Земле следующим после человека?».
Е. Быковский
―
Да, этот вопрос был задан не на прошлой неделе, а на позапрошлой. Я его хорошо запомнил, отличный вопрос. Но ответить на него сложно однозначно, Семён, извините. Я начну с вот чего – главный-то вопрос на самом деле, почему и куда в вашей картинке мира вот в этой вот странной нет человека. Куда делся человек?Потому что чисто дарвиновское представление о событиях такое: вымирание вызвано тем, что появились новые организмы, которые вытеснили других. Так говорит эволюционная теория. Я не могу сказать, что это звучит совершенно чисто. Потому что оценка конкурентного вытеснения даёт тавтологию, в ней новые организмы считаются более конкурентноспособными, потому что они пришли на смену существовавших раннее. А причиной смены считается большая конкурентоспособность. Но вообще-то очень нелегко объективно сравнить вымершие группы, например, млекопитающих и динозавров. Кто из них был больше конкурентоспособен, нам сейчас уже сложно сказать. Или голосеменные и цветковые растения, там та же история. Допустим, одни группы демонстрируют большую сложность строения. Но вообще-то хорошо известно, что просто устроенные организмы могут процветать наряду со сложными, а то и победить их во многих случаях.
Н. Асадова
―
Бактерии всякие.
Е. Быковский
―
Да, они прекрасно себя чувствуют. Мы их совершенно не вытеснили. Или обратите внимание на то, как ели, а это голосемянные растения, они достаточно древние, в северных лесах отлично вытесняют лиственные деревья, которые являются куда более сложными организмами.Так и с человеком. Мне вообще трудно себе представить, что человек как вид эволюционно выдавит какой-то другой вид. Мы единственный вид на планете, который не просто приспосабливается к природе, а удачно её изменяет. И в этом смысле нас сложно выдавить. Мы сами кого хочешь выдавим. И постоянно это делаем.
Н. Асадова
―
Не дождётесь от нас.
Е. Быковский
―
Но могут быть другие варианты развития событий. Например, гигантский катаклизм. Нас всех уничтожит гигантский метеорит. Метеорит, который уничтожит нас всех, он уничтожит вообще всю наземную жизнь - как животных, так и растений.
Н. Асадова
―
Кроме бактерий.
Е. Быковский
―
Ну, или почти все. Тут вообще сложно сказать, кто придёт на смену человеку в таком случае.
Н. Асадова
―
Бактерии.
Е. Быковский
―
Может бактерии, может, мхи или коловратки какие-нибудь. В общем, Семён, простите. Я долго говорил, но толком на ваш вопрос так и не ответил.
Н. Асадова
―
Молодец! Тогда ответь на простой вопрос от Артура: «Что эффективнее - тянуть или толкать - сумку на колёсиках?».
Е. Быковский
―
Вот мне кажется, что что-то такое нас спрашивали пару лет назад. Но точно я не помню, поэтому отвечу, что ещё в 1973 году было такое исследование. Я про него прочитал некоторое время назад, оно проходило в университете штата Техас в США. И оно показало, что человеческий скелет может производить наилучшие толкательный усилия, когда руки находятся на высоте в семьдесят процентов расстояния от пола до ключицы, то есть на уровне грудной клетки. Но когда вы тянет, эффективным будет поместить руку на уровне примерно сорока процентов от этого расстояния – на середину бедра. Трёх- и четырёхколесные тележки ставят почти вертикально. Их ручки обычно расположены слишком высоко для эффективного тягового усилия. Поэтому их лучше перед собой толкать.Но классическая двухколёсная сумка-тележка, например, для гольфа или всякие сумки, с которыми вы в аэропорт едете, она обычно наклонена при качении таким образом, что высота ручки находится куда ближе к идеальному положению, к этим семидесяти процентам, поэтому её проще тащить за собой, нежели толкать.
И, кроме того, катить тележку сзади лучше в смысле сохранения усилий, когда вы ей управляете, потому что колёса находятся ниже точки приложения буксирующего усилия, так что она автоматически следует за вами, не надо специально как-то обрабатывать этот момент. А когда вы её толкаете, придётся прилагать дополнительные усилия кистью при каждой коррекции курса. Я ответил, Артур, надеюсь?
Н. Асадова
―
Вы знаете, дорогой Егор, вы так хорошо ответили, я даже не думала, что можно такой наукообразный ответ дать на такой простой вопрос. К сожалению, больше не сможем ответить на другие вопросы. Потому как время подошло к концу.
Е. Быковский
―
Ай-ай-ай, как всегда.
Н. Асадова
―
Мы всех благодарим, кто был с нами сегодня. Прощаемся с вами до следующей пятницы. До свидания.
Е. Быковский
―
Отличных вам выходных. Спасибо. До свидания.