Несмотря на весь научный прогресс, работа сознания остается загадкой для ученых. На протяжении десятилетий нейробиологи могли лишь наблюдать работу мозга, не имея возможности напрямую воздействовать на глубинные процессы. Изменить ситуацию может разработка, недавно представленная исследователями MIT — транскраниальный сфокусированный ультразвук (tFUS). Технология позволяет неинвазивно проникать сквозь черепную коробку и точечно воздействовать на глубокие области мозга, ранее недоступные для прямой стимуляции. Что это может означать для обычных людей и ученых разных направлений, и можно ли вообще исследовать подсознание, разбирались «Известия».
В чем суть новой разработки
Долгое время ученые стремились понять, как в мозгу формируются мысли, эмоции и ощущения. Основным препятствием в этих исследованиях было отсутствие инструментов, которые позволяют напрямую проследить изменения активности мозга во время этих процессов.
Транскраниальный сфокусированный ультразвук (tFUS), который исследуют ученые Массачусетского технологического института (MIT), открывает новые перспективы не только для науки, но и для обычного человека. Как отмечает старший научный сотрудник Центра био- и медицинских технологий Сколтеха Лев Яковлев, технология позволяет неинвазивно и с высокой точностью воздействовать на небольшие участки мозга, включая глубокие структуры, ранее практически недоступные.
— В отличие от уже использующихся TMS и tDCS (транскраниальной магнитной стимуляции и стимуляции постоянным током — ред.), ультразвук может фокусироваться на подкорковых областях, которые раньше были практически недоступны без хирургии, — объяснил эксперт «Известям».
Именно узлы нейронных сетей в подкорковой зоне отвечают за регуляцию эмоций, мотивацию и двигательные функции. То есть за все то, что во многом определяют нашу личность.
Профессор, нейрофизиолог и научный руководитель Клиники восстановительной неврологии Ринат Гимранов в разговоре с «Известиями» напоминает, что здесь находятся в том числе таламус и элементы лимбической системы — зоны, которые традиционно связывают с эмоциями, ощущениями и неосознаваемыми процессами. Сам факт возможности неинвазивного воздействия на такие структуры, по его мнению, выглядит как серьезный технологический шаг вперед.
Новая технология может помочь нейробиологам и другим ученым в установлении причинно-следственных связей при исследовании процессов в мозге. У них появляется инструмент, позволяющий целенаправленно изменять работу конкретных нейронных цепей и наблюдать, как это влияет на ощущения, восприятие и мышление. Это принципиально новый уровень изучения сознания.
Что это значит для нас
Появление новой технологии открывает новые перспективы для всех людей. Во-первых, она может дать более глубокое понимание природы боли, эмоций, тревоги, депрессии и других состояний. Если удастся точно определить нейронные механизмы, лежащие в основе субъективных переживаний (таких, как злость, грусть, тревога или апатия), можно будет создавать более адресные и щадящие методы терапии при ментальных расстройствах.
Во-вторых, открывается возможность исследования фундаментального вопроса: возникает ли сознание исключительно как результат сложной когнитивной обработки или может формироваться на уровне локальных нейронных паттернов, включая подкорковые структуры, то есть по сути является физиологическим процессом? Ответ на него способен изменить само понимание природы человека.
Наконец, технология создает условия для этически приемлемых экспериментов со здоровыми добровольцами, что ранее было крайне ограничено из-за необходимости хирургического вмешательства. В будущем подобные исследования могут повлиять не только на медицину, но и на философию, психологию, образование и даже развитие технологий человеко-машинного взаимодействия.
Какие технологии уже используют при работе с мозгом
Современные методы нейронауки в основном позволяют фиксировать корреляции между активностью мозга и поведением человека. Известные многим электроэнцефалография (ЭЭГ) и функциональная МРТ показывают, какие области активируются в тот или иной момент, и связывают эти данные с конкретными реакциями или переживаниями. Однако наличие такой корреляции до сих пор не означало понимания причинно-следственных механизмов.
Именно здесь вступают в игру методы активной нейромодуляции — от транскраниальной магнитной стимуляции (TMS) до ультразвука. Они дают возможность не просто наблюдать, а экспериментально изменять активность конкретных областей мозга. Если при этом меняется поведение или субъективный опыт человека, появляется основание говорить о причинной роли стимулируемой зоны.
— Подобный подход давно используется для изучения относительно простых функций. Например, моторная и сенсорная кора обладают строгой топической организацией. Именно поэтому картирование моторной коры с помощью TMS стало классическим инструментом: стимуляция конкретного участка приводит к движению определенной части тела. Эти принципы хорошо изучены и воспроизводимы, что наглядно демонстрируют известные нейронные «гомункулусы», — объясняет доцент базовой кафедры Института биоорганической химии РАН, к.б.н., Ольга Мартынова.
Однако по мере перехода к более сложным когнитивным функциям эта ясность начинает исчезать. Чем выше уровень, тем сильнее размывается локализация. Лобные доли, префронтальная кора участвуют практически во всем: эмоциях, поведении, когнитивном и тормозном контроле. Здесь уже нельзя сказать: «вот эта точка отвечает за конкретную функцию».
— В результате изучение сознания и подсознательных процессов сталкивается с фундаментальным ограничением. Мозг представляет собой систему с огромным числом нейронов и степеней свободы, где связи постоянно перестраиваются. Какие-то из них устойчивы, другие — временные, возникающие лишь в конкретном контексте. На текущий момент точно установить все причинно-следственные связи в мозге человека практически невозможно, — подчеркивает Мартынова. — Слишком много переменных.
Однако даже частичное вмешательство в работу нейронных сетей уже сегодня используется в клинической работе. Например, депрессию лечат с помощью TMS в случаях, когда медикаментозная терапия и психотерапия оказываются неэффективными. Теоретически, схожие подходы могут быть реализованы и с использованием ультразвука — с более высокой точностью и доступом к глубинным структурам.
Функциональная МРТ, в свою очередь, дает пространственную картину — показывает, какие зоны и сети вовлечены в эмоции, память или интуитивные решения. Но это медленный метод, фиксирующий метаболические изменения, а не саму электрическую активность. Совмещение ЭЭГ и фМРТ позволяет увидеть, где именно работает сеть и в каком ритме она функционирует. Добавление TMS переводит исследование на следующий уровень — появляется возможность вмешательства. Появление tFUS расширяет эту логику еще дальше.
— Если раньше мы могли модулировать в основном корковые узлы сетей, то теперь появляется возможность влиять на глубинные реле-таламические и лимбические структуры. А именно они во многом определяют эмоциональную окраску, мотивацию и интуитивную оценку стимулов, — отмечает Гимранов.
Согласно метафоре эксперта, ЭЭГ показывает «музыку» мозга, фМРТ — «карту оркестра», TMS позволяет менять игру отдельных инструментов, а ультразвук впервые дает шанс дотянуться до «дирижера». В сочетании с поведенческими тестами, вызванными потенциалами и анализом функциональной связности это создает инструментарий, способный связать объективную нейрофизиологию с субъективным опытом.
В психиатрии и психотерапии уже формируется целое направление, которое условно можно назвать инструментальной психотерапией, рассказывает психиатр и психотерапевт Надежда Соловьева.
— Современные технологические решения используются в сочетании с классической терапевтической работой. Речь идет не о замене психотерапии, а о ее усилении. Транскраниальная стимуляция (магнитная, электромагнитная и в перспективе ультразвуковая) рассматривается как дополнительный инструмент, расширяющий возможности специалиста и позволяющий более прицельно воздействовать на определенные участки мозга, — замечает эксперт.
Среди уже используемых технологических инструментов она выделяет и VR-терапию, позволяющую безопасно моделировать пугающие ситуации и проводить современную экспозиционную терапию. Ультразвуковая стимуляция в этом контексте может стать ещё одним способом точной и персонализированной помощи — особенно в случаях, когда человеку трудно справиться с состоянием только за счет волевых усилий или психологических техник. Однако важно использовать технологии в комплексе с работой психолога или психотерапевта, подчеркивает специалист.
Что может рассказать о мозге ультразвук
Впрочем, подчеркивают специалисты, tFUS пока нельзя считать полностью «прозрачным» инструментом. В отличие от транскраниальной магнитной стимуляции, механизмы действия которой относительно хорошо изучены, влияние ультразвука на нейроны до конца не расшифровано. Проще говоря, исследователи могут видеть эффект своего воздействия, но пока не умеют определять, что именно стало причиной.
— Это может быть механическое воздействие на мембраны нейронов, влияние на ионные каналы, изменения микроциркуляции или сочетание нескольких факторов. Мы научились доставать глубоко, но пока еще не до конца понимаем, чем именно там воздействуем, — поясняет Ринат Гимранов.
Именно эта неопределенность, по мнению экспертов, сегодня и обозначает главную границу технологии. С одной стороны, tFUS уже демонстрирует высокую точность и относительную безопасность, с другой — требует более глубокого понимания биофизических механизмов, прежде чем его можно будет использовать для систематических исследований сознания и подсознания.
Нужно ли ограничивать использование ультразвука
Очевидно, что при использовании такого мощного инструмента есть определенные ограничения. Первое из них носит финансовый характер — пока аппаратура выглядит слишком дорогой для массового использования, например, в медицинских центрах или клиниках. Но развитие технологий обычно ведет к их удешевлению и стандартизации, напоминает Надежда Соловьева. Поэтому, по ее мнению, можно рассчитывать на постепенную интеграцию новых технологий в клиническую практику.
Лев Яковлев, в свою очередь, делает акцент на необходимости строгого регулирования. По мере развития технологий и возможного появления коммерческих приложений вопрос контроля, по его мнению, будет становиться всё более острым. Уже сегодня медицинские протоколы предполагают жесткие стандарты безопасности, и по мере расширения спектра показаний эта система должна только укрепляться.
Специалисты согласны в том, что здесь в первую очередь речь идет о «технологии трансформации личности». Поэтому любое вмешательство возможно только в рамках добровольной, осознанной работы пациента и профессионально выстроенной медицинской помощи. В этом смысле будущее транскраниального сфокусированного ультразвука и других стимуляционных методов, заключается не в замене терапии, а в расширении возможностей современной медицины, где технологии становятся частью комплексного, этически регулируемого подхода к лечению.