Jika ilmuwan dapat menemukan otak, apakah itu akan membantu menyembuhkan semua penyakit, mengelola perasaan, mengendalikan ingatan, dan menghasilkan ide seperti komputer?
Ahli saraf Ed Boyden berbicara tentang prospek penelitian otak, apa yang dapat dicapai seseorang jika ia belajar mengendalikan neuron, dan mengapa proyek yang gagal harus diberi kesempatan kedua atau bahkan ketiga. Theory and Practice menerbitkan terjemahan dari wawancara.
“Terus-menerus menghasilkan ide-ide baru. Jangan membacanya tanpa berpikir. Komentari, rumuskan, renungkan, dan umumkan, bahkan jika Anda membaca kata pengantar. Jadi Anda akan selalu berusaha untuk memahami esensi dari berbagai hal, yaitu apa yang dibutuhkan untuk kreativitas."
Ed Boyden pernah menulis esai instruksional singkat "How to Think," dan paragraf di atas menjadi aturan nomor 1. Dia berusia 28 tahun, dia memulai kelompok penelitiannya sendiri dalam ilmu saraf di MIT dan telah menerbitkan beberapa penelitiannya, yang mana memberinya Brain Prize bergengsi karena membantu mencapai "terobosan teknis paling penting dalam 40 tahun," kata ketua juri. Hampir sepuluh tahun yang lalu. Sistem pembuatan idenya tampaknya telah memenuhi harapan. Boyden menerima Hadiah Terobosan $ 3 juta tahun lalu, dan dia dan rekan-rekannya menemukan metode baru untuk mengamati sirkuit listrik yang hampir tak terbayangkan di otak. Ini telah menghasilkan beberapa gambar otak yang paling akurat.
- Anda sering mengatakan bahwa tujuan Anda adalah "mengurai otak". Apa yang kamu pikirkan?
- Saya pikir arti frasa ini akan berubah saat pengetahuan baru diperoleh, tetapi sekarang "mengungkap otak" bagi saya berarti, pertama, kita dapat mensimulasikan (kemungkinan besar menggunakan komputer) proses yang akan menghasilkan sesuatu seperti pikiran dan perasaan, dan kedua, kita bisa memahami bagaimana menangani gangguan otak seperti Alzheimer atau epilepsi. Ini adalah dua gol yang membuat saya terus maju. Yang satu berfokus pada pemahaman sifat manusia, yang lainnya lebih bersifat medis.
Anda dapat berdebat dengan saya dengan memperhatikan bahwa ada pertanyaan ketiga: apakah kesadaran itu? Mengapa kita memiliki kenangan, tetapi botol, pena, dan meja, sejauh yang kita tahu, tidak? Saya khawatir kita belum memiliki definisi yang tepat tentang kesadaran, jadi masalah ini sulit untuk didekati. Kami tidak memiliki "ukuran kesadaran" yang akan menunjukkan seberapa sadar sesuatu itu. Saya pikir kita akan membahasnya suatu hari nanti, tetapi dalam jangka menengah, saya ingin fokus pada dua pertanyaan pertama.
“Mengapa kita tahu banyak tentang dunia? Agak aneh kita bisa memahami hukum gravitasi universal atau mekanika kuantum"
Video promosi:
- Saat Anda memenangkan Hadiah Terobosan pada tahun 2016, Anda berbicara tentang upaya berkelanjutan Anda dalam penelitian otak: “Jika kita berhasil, maka kita dapat menjawab pertanyaan seperti 'Siapa saya? Apa kepribadian saya? Apa yang harus saya lakukan? Kenapa saya disini?". Bagaimana penelitian dapat membantu kita menjawab pertanyaan "Siapakah saya?"
- Saya akan memberikan contoh. Ketika krisis ekonomi melanda tahun 2008, saya berbicara dengan banyak orang tentang mengapa orang melakukan apa yang mereka lakukan. Mengapa banyak dari keputusan kita bukanlah keputusan terbaik yang bisa kita buat? Tentu saja, ada banyak bidang ilmu - ekonomi perilaku, yang mencoba menjelaskan tindakan kita pada tingkat psikologis dan kognitif. Misalnya, jika Anda mengajukan banyak pertanyaan kepada seseorang, dan kemudian dia berjalan melewati semangkuk permen, maka dia mungkin akan mengambil beberapa, karena dia bosan dengan jawaban dan tidak dapat menolak.
Ekonomi perilaku dapat menjelaskan beberapa hal, tetapi tidak dapat menjelaskan proses yang mendasari pengambilan keputusan, dan bahkan beberapa momen bawah sadar yang tidak dapat kita kendalikan sama sekali. Perhatikan bahwa ketika kita menyadari sesuatu, seringkali itu adalah hasil dari proses tidak sadar yang terjadi tepat sebelumnya. Jadi jika kita memahami bagaimana sel-sel otak diatur ke dalam sebuah sirkuit (secara praktis sebuah sirkuit komputer, jika Anda mau), dan melihat bagaimana informasi mengalir melalui jaringan dan perubahan ini, kita akan memiliki gagasan yang lebih jelas tentang mengapa otak kita menerima. solusi tertentu. Jika kita memahami hal ini, mungkin kita bisa mengatasi beberapa keterbatasan dan setidaknya memahami mengapa kita melakukan apa yang kita lakukan.
Anda dapat membayangkan bahwa di masa depan yang sangat jauh (mungkin akan memakan waktu beberapa dekade), kita akan dapat mengajukan pertanyaan yang sangat sulit tentang mengapa kita berhubungan dengan hal-hal tertentu dengan satu atau lain cara, atau mengapa kita memikirkan diri kita sendiri dengan cara tertentu - pertanyaan yang ada bidang pandangan psikologi, filsafat, tetapi yang sangat sulit untuk mendapatkan jawaban dengan bantuan hukum fisika.
- Bagaimana penelitian otak membantu menjawab pertanyaan "Mengapa saya ada di sini?"
- Salah satu alasan mengapa saya beralih dari fisika ke mempelajari otak adalah pertanyaan "Mengapa kita tahu begitu banyak tentang dunia?" Cukup aneh bahwa kita dapat memahami hukum gravitasi, atau bahwa kita memahami mekanika kuantum - setidaknya sejauh komputer dapat dibuat. Sungguh menakjubkan bahwa dunia dapat dimengerti dalam beberapa hal.
Dan saya bertanya pada diri sendiri sebuah pertanyaan: jika otak kita memahami beberapa bagian dari struktur Alam Semesta, tetapi tidak memahami yang lainnya, dan semua yang dipahaminya tersedia berkat hukum fisika, yang juga menjadi dasar kerja otak kita, maka ternyata seperti lingkaran setan, bukan? Dan saya mencoba mencari tahu: bagaimana cara memecahkannya? Bagaimana cara membuat alam semesta bisa dimengerti? Misalkan kita tidak memahami sesuatu tentang Semesta, tetapi jika kita mengetahui cara kerja pikiran manusia dan kemampuan berpikir seperti apa yang kurang, mungkin kita dapat menciptakan kecerdasan buatan yang lebih canggih yang akan membantu memperkuat kemampuan berpikir kita.
Konsep ini terkadang saya sebut sebagai "koprosesor otak" - sesuatu yang bekerja dengan otak dan memperluas pemahaman kita.
Kami masih memiliki banyak pertanyaan untuk alam semesta, bukan? Einstein mencoba menemukan hubungan antara mekanika kuantum dan gravitasi, tetapi dia tidak berhasil dalam masalah ini, dan hingga hari ini tidak sepenuhnya jelas bagaimana menyelesaikan dilema ini. Mungkin untuk memahami beberapa hal, kita perlu meningkatkan kemampuan intelektual kita. Apa yang terjadi jika kita mengembangkannya? Tentu saja tidak ada jaminan. Tapi mungkin kita akan belajar lebih banyak tentang asal mula Alam Semesta, tentang kekuatan apa yang mempengaruhinya di awal keberadaan dan kekuatan mana yang mempengaruhinya sekarang.
- Pertanyaan terakhir tentang topik ini. Bagaimana penelitian otak membantu menjawab pertanyaan "Apa kepribadian saya?"
“Saat ini kami mencoba memetakan struktur otak. Cukup sulit untuk melihat sesuatu di dalamnya. Otak itu sendiri cukup besar - manusia memiliki berat beberapa kilogram - tetapi hubungan antar neuron, yang dikenal sebagai sinapsis, sangat kecil. Di sini kita berbicara tentang skala nano. Oleh karena itu, jika Anda ingin melihat bagaimana sel-sel otak terhubung dalam suatu jaringan, Anda perlu mempertimbangkan sinapsis. Bagaimana saya bisa melakukan ini? Kami telah mengembangkan teknik khusus. Kami mengambil sepotong jaringan otak dan menyuntikkan bahan kimia ke dalamnya, lebih tepatnya polimer, yang dalam beberapa hal sangat mirip dengan zat pada popok bayi. Ini adalah polimer yang membengkak saat cairan ditambahkan.
Jika kita menempatkannya di dalam otak dan menambahkan air, maka kita akan dapat memisahkan molekul yang membentuk otak satu sama lain, dan kemudian kita dapat melihat hubungan kecil antar sel. Jadi, kami beralasan: jika kami mengambil otak yang sangat kecil, misalnya ikan atau cacing, dapatkah kami mempelajarinya secara keseluruhan? Akankah kita dapat menggambarkan seluruh sistem saraf dengan akurasi setiap pelompat? Sekarang ini adalah pada level ide, belum ada teknologi yang diperlukan untuk implementasi, tetapi jika kami berhasil meningkatkan bagian teknis, akan mungkin untuk membuat peta koneksi yang cukup rinci di otak, yang menurutnya peta itu benar-benar dapat direproduksi dengan bantuan komputer. Dan akankah salinan ini berfungsi dengan cara yang sama seperti otak organisme, yang menjadi sumber utama?
Bayangkan kita memiliki cacing dengan 302 neuron dan kita mencatat sekitar 6 ribu koneksi di antara mereka, serta molekul di persimpangannya. Apakah mungkin untuk mensimulasikan tindakan worm ini? Kemudian, mungkin, akan mungkin untuk melakukan hal yang sama dengan ikan, kemudian dengan tikus, dan kemudian dengan otak manusia - masing-masing otak ini kira-kira seribu kali lebih besar dari yang sebelumnya. Jika Anda bisa memetakan otak manusia, pertanyaan akan segera muncul: jika Anda mereproduksi aktivitasnya di komputer, apakah masih Anda? Seperti disebutkan sebelumnya, kita tidak memiliki definisi yang tepat atau setidaknya definisi yang berfungsi dari kesadaran, jadi meskipun kita tidak dapat menilai kualitas ini hanya dengan melihat sesuatu, kita belum bisa memberikan jawaban, menurut saya. Tetapi hal ini menimbulkan pertanyaan menarik tentang sifat kepribadian.
"Jika kita memahami bagaimana sel-sel otak diatur ke dalam sirkuit dan melihat bagaimana informasi mengalir melalui jaringan ini, mungkin kita dapat memahami mengapa kita melakukan apa yang kita lakukan."
- Sekitar satu dekade lalu Anda menulis esai "How to Think". Sejak itu, apakah Anda memiliki amandemen atau penambahan pada aturan tersebut?
“Saya menulis esai ini dengan cukup cepat ketika kami memulai kelompok penelitian di MIT dan menghabiskan sebagian besar waktu di ruang kosong menunggu peralatan tiba. Sejak itu, melalui pengalaman, saya belajar cara terbaik mengikuti aturan ini. Misalnya, aturan # 3 mengatakan: "Bekerja mundur dari tujuan Anda."
Sejak saat itu saya menyadari bahwa jika Anda bekerja dimulai dari suatu masalah yang perlu diselesaikan, dan Anda bertemu dengan orang-orang yang memiliki beberapa keterampilan dan yang melanjutkan dari kemampuan mereka, maka akan sangat mudah bagi Anda untuk bekerja sama, karena semua pihak ada di tertarik dengan ini. Pemegang keterampilan menginginkan lebih banyak pengaruh dan pemecahan masalah, dan pembuat tujuan menginginkan alat baru untuk memecahkan masalah tersebut. Oleh karena itu, aturan # 3, "Bekerja mundur, mulai dari tujuan Anda" secara alami mengarah ke aturan # 6 - "Kolaborasi." Saya juga belajar menganalisis sifat masalah. Tahun ini saya memberikan kuliah singkat di Forum Ekonomi Dunia di Davos. Itu disebut Mempersiapkan Revolusi, dan itu tentang bagaimana belajar menggali lebih dalam masalah dan membuat solusi yang mungkin. Itu seperti Bagaimana Berpikir 2.0, tetapi dalam bentuk video.
- Buku apa yang paling mempengaruhi perkembangan intelektual Anda?
- Salah satunya adalah "Waktu, Cinta, Memori" oleh Jonathan Weiner. Dia berbicara tentang saat-saat orang mulai mengasosiasikan gen dengan karakteristik perilaku. Penulis memulai dengan awal era genetika - ketika orang menemukan bahwa sinar-X mengubah gen - dan diakhiri dengan modernitas, ketika para ilmuwan mencari tahu gen mana yang bertanggung jawab, misalnya, untuk indra waktu atau kemampuan untuk mengingat. Saya suka buku ini karena menunjukkan sains yang bergerak - tidak seperti buku teks, "Anda memiliki fakta tujuh hingga empat puluh delapan, ingatlah" - ini menunjukkan orang-orang yang menderita ketidakpastian yang mengatasi semua jenis kesulitan, dan ini sangat menarik. Saya biasa membacanya kembali setiap tahun dan itu sangat mempengaruhi saya.
Buku kedua berjudul Thinking About Science. Dia berbicara tentang Max Delbrück, seorang fisikawan yang juga mengubah bidang aktivitasnya menjadi biologi. Dia memberikan kontribusi besar pada penemuan struktur gen dan membantu memulai era baru dalam biologi molekuler. Buku itu menceritakan banyak hal tentang pandangannya, tentang bagaimana dia merenungkan transisi dari fisika ke biologi. Buku ini juga sangat memengaruhi hidup saya, karena saya sering berpikir tentang bagaimana menjelajahi sistem yang kompleks seperti otak, bagaimana mengetahui keadaan sebenarnya, bagaimana menghilangkan perkiraan dan tidak berhenti di tengah jalan.
- Anda menyebutkan bahwa Anda selalu membuat catatan. Apa sistem ini?
- Ketika saya berbicara dengan seseorang, saya meletakkan kertas di atas meja dan membuat ringkasan percakapan. Pada akhirnya, saya memotret catatan di ponsel saya dan memberikan lembar itu kepada teman bicara saya. Setiap bulan saya memeriksa semua sinopsis ini dan melabeli mereka dengan kata kunci. Ada dua alasan untuk ini. Pertama, karena saya telah mencerna kembali percakapan tersebut, hal itu membantu saya mengingatnya. Kedua, karena saya telah memilih kata kunci, maka mudah untuk menemukannya. Sampai saat ini, saya telah menyelesaikan puluhan ribu catatan semacam itu.
- Pekerjaan Anda menunjukkan bahwa Anda menghabiskan banyak waktu untuk berpikir. Bagaimana cara mencapai hasil yang maksimal?
- Ada tiga poin, dari pragmatis ke abstrak. Saya sudah bangun pagi-pagi sekali untuk waktu yang lama. Saya mencoba bangun pukul 4-5 pagi, jauh lebih awal dari pada staf laboratorium lainnya. Berkat ini, saya memiliki beberapa jam hening untuk berpikir dan tidak terganggu oleh apa pun. Saya pikir ini penting. Kedua, banyak ide bagus sebenarnya buruk, karena karena ide tersebut langsung terdengar sangat bagus, maka semua orang telah memikirkannya dan berusaha untuk menerapkannya. Oleh karena itu, saya sering berpikir tentang hal-hal yang pada awalnya tampak seperti ide yang buruk, tetapi tiba-tiba, jika Anda melihatnya dari sudut yang benar, ternyata baik? Saya menghabiskan banyak waktu mencoba mendekati ide dari sudut yang berbeda.
Beberapa dekade yang lalu, astronom Fritz Zwicky menciptakan banyak teori yang termasuk yang paling terkenal dalam astrofisika saat ini. Ide paling relevan saat ini, seperti materi gelap, ia kemukakan pada tahun 1930-an. Bagaimana Zwicky melakukan ini? Dia baru saja mempertimbangkan semua opsi yang mungkin. Zwicky menyebut metodenya "analisis morfologis", tetapi menurut saya ini tidak mungkin diucapkan, jadi saya menyebutnya "skema pohon-mosaik".
Akhirnya - dan poin ini bahkan lebih abstrak - saya percaya pada penemuan kebetulan. Saya menghabiskan banyak waktu melihat-lihat transkrip percakapan lama. Banyak di antaranya tentang ide yang gagal, proyek yang gagal. Tapi tahukah Anda? Itu lima tahun yang lalu, dan sekarang komputer bekerja lebih cepat, informasi baru telah muncul, dunia telah berubah. Oleh karena itu, kami dapat memulai kembali proyek tersebut. Banyak dari upaya kami hanya berhasil sepenuhnya pada percobaan kedua atau ketiga. Bagian penting dari pekerjaan saya adalah mengingat kegagalan dan meluncurkan kembali proyek yang gagal ketika saatnya tiba.
- Anda menerima penghargaan utama Anda untuk penelitian di bidang optogenetika. Mengapa dia menjadi pencapaian yang begitu penting?
“Ketika Anda berbicara tentang optogenetika, kita harus ingat bahwa“opto”berarti“cahaya”, dan“genetika”berarti bahwa kita menggunakan gen yang melakukan semua pekerjaan. Anda memperkenalkan gen yang bekerja seperti sel surya kecil - pada dasarnya adalah molekul yang mengubah cahaya menjadi listrik. Oleh karena itu, jika Anda memasukkannya ke dalam neuron dan mengarahkan cahaya ke sana, Anda dapat mengontrol aktivitas neuron tersebut.
Mengapa ini penting? Selama seratus tahun terakhir mempelajari neurologi, banyak orang telah mencoba mengendalikan neuron menggunakan semua teknologi yang mungkin: farmakologi (obat-obatan), impuls listrik, dan sebagainya. Tapi tidak satupun dari mereka menjamin akurasi. Dengan optogenetika, kita dapat mengarahkan cahaya ke satu sel atau beberapa sel dan "menghidupkan" atau "mematikan" sel-sel tertentu ini. Jadi mengapa ini penting? Jika Anda dapat mengaktifkan sel, maka Anda dapat mengetahui apa yang menjadi tanggung jawabnya. Mungkin karena perasaan, atau keputusan, atau gerakan. Dengan "mematikan" mereka, Anda memahami apa fungsinya: mungkin Anda "mematikan" sel-sel tertentu, dan seseorang akan kehilangan semacam ingatan.
- Optogenetika digunakan saat ini untuk penelitian otak di laboratorium di seluruh dunia. Apa bidang paling menjanjikan yang terkait dengannya, apakah Anda soroti?
- Beberapa peneliti sedang melakukan eksperimen yang cukup menantang dari sudut pandang filosofis. Misalnya, sekelompok ilmuwan di Institut Teknologi California menemukan kumpulan kecil sel jauh di dalam otak. Jika Anda mengaktifkannya dengan bantuan cahaya, misalnya pada tikus (banyak yang bekerja dengannya), maka hewan akan menjadi agresif, bahkan kejam. Mereka akan menyerang makhluk atau benda apa pun di sekitar, bahkan beberapa benda acak seperti sarung tangan. Ini sangat menarik karena sekarang Anda dapat mengajukan pertanyaan dari serial “Apa yang terjadi jika Anda mengiritasi sel-sel ini? Apakah ini mengirimkan perintah motorik ke otot? Dengan kata lain, apakah mouse bergerak untuk menyerang? Atau apakah itu perintah sensorik?
Artinya, tikus takut dan menyerang untuk membela diri? Anda dapat mengajukan pertanyaan yang sangat penting tentang arti eksperimen ketika bagian otak memicu reaksi kompleks seperti agresi atau kekejaman.
Ada sejumlah peneliti yang bekerja untuk mengaktifkan atau membungkam aktivitas saraf di berbagai bagian otak untuk tujuan medis. Misalnya, sekelompok ilmuwan, yang menunjukkan pada tikus yang menderita epilepsi, bahwa Anda dapat "mematikan" kejang dengan bekerja pada sel tertentu. Ada kelompok lain yang telah mempelajari tikus dengan penyakit Parkinson dan mampu menyingkirkan hewan dari gejala penyakit tersebut.
Ilmuwan juga menemukan banyak hal menarik dalam ilmu fundamental. Rekan saya di MIT Suzumi Tonegawa dan tim penelitinya melakukan sesuatu yang sangat cerdik: mereka memprogram tikus sehingga neuron yang bertanggung jawab atas memori diaktifkan oleh cahaya. Mereka menemukan bahwa jika Anda mengaktifkan kembali neuron-neuron ini dengan denyut cahaya, tikus akan berperilaku seolah-olah sedang menghidupkan kembali memori. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk mengidentifikasi kelompok sel yang membuat memori muncul di memori. Sejak itu, para peneliti telah melakukan berbagai macam eksperimen - misalnya, mereka dapat mengaktifkan memori bahagia, dan seekor tikus akan merasa lebih baik, bahkan jika ia sakit. Dan daftarnya terus bertambah.
"Banyak dari usaha kami hanya menjadi cukup berhasil pada percobaan kedua atau ketiga."
- Apakah Anda memiliki pemikiran baru tentang cara membuat hidup lebih baik?
“Saya menyadari bahwa jika saya benar-benar ingin teknologi otak diterapkan di seluruh dunia, maka saya harus mempromosikan ini sebagai pengusaha, yaitu memulai bisnis dan membantu penemuan ini melampaui lingkaran akademis. Laboratorium saya telah bekerja sama dengan berbagai perusahaan sebelumnya, namun tahun ini saya sendiri berpartisipasi dalam peluncuran tiga perusahaan. Semoga kami dapat mengetahui bagaimana teknologi ini dapat membantu orang. Saya menyadari bahwa saya tidak ingin hanya menerbitkan karya ilmiah; Saya ingin teknologi ini digunakan dalam kehidupan nyata.
“Salah satu perusahaan ini bergerak dalam teknologi pemberdayaan otak, bukan?
-Persis. Kami memulai sebuah perusahaan kecil bernama Expansion Technologies untuk mendidik dunia tentang teori pemberdayaan ini. Tentu saja, orang dapat secara mandiri mempelajari publikasi kita tentang topik ini, tetapi jika kita dapat membawa ide-ide kita ke massa, maka banyak masalah ilmiah dan medis akan lebih mudah diselesaikan.
Saya harus segera mengatakan bahwa semua data penelitian dapat ditemukan online, kami secara terbuka membagikan semua informasi. Kami telah melatih lebih dari seratus kelompok peneliti. Jika diinginkan, siapa pun dapat melakukan sendiri survei mikroskopis serupa. Tetapi tidak seperti optogenetika, di mana Anda selalu dapat beralih ke beberapa organisasi nirlaba untuk mendapatkan DNA secara gratis atau untuk mendapatkan uang, penelitian ini membutuhkan ketersediaan bahan kimia, sehingga perusahaan yang membuat kit reagen yang diperlukan tersedia bagi siapa saja dapat menghemat waktu.
Kami selalu berusaha meningkatkan dampak positif bagi dunia. Kita sering memulai proyek dengan berpikir, "Masalah apa yang dialami oleh ribuan peneliti, perusahaan, dan universitas?" Dan kemudian kami mencoba membuat alat yang dapat membantu mereka. Jadi jika kita berhasil, maka (secara praktis menurut definisi) tidak ada gunanya merahasiakannya dan untuk diri kita sendiri. Kami hanya mencoba berbagi alat kami dengan sebanyak mungkin orang.
