Nature (Великобритания): может ли мозг, выращенный в лаборатории, обладать сознанием?

В лаборатории Алиссона Муотри (Alysson Muotri) сотни миниатюрных образцов человеческого мозга, будто плоды кунжута, плавают в чашках Петри, они искрят, демонстрируя электрическую активность.

Эти крошечные структуры, которые называются органоидами мозга, выращены из стволовых клеток человека; увидеть их в лабораториях, изучающих свойства мозга, — дело привычное. Нейробиолог Алиссон Муотри из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) нашел несколько необычных способов исследовать эту проблему. Он подсоединил органоиды к шагающим роботами, модифицировал их геномы с помощью генов неандертальца, запустил их в космос на борту Международной космической станции и стал использовать их в качестве моделей с целью разработки систем искусственного интеллекта, больше напоминающих человеческий. Как и многие другие ученые, Муотри сейчас временно переключился на изучение COVID-19, используя при этом органоиды мозга; он хотел бы проверить, как именно лекарственные средства борются с коронавирусом SARS-CoV-2.

Но один эксперимент привлек к себе больше внимания, чем другие. В августе 2019 года исследовательская группа под руководством Муотри опубликовала статью в журнале «Cell Stem Cell», сообщив о создании органоидов человеческого мозга, которые являлись источником скоординированных волн активности, похожих на те, что наблюдаются у недоношенных детей. Эти волны проявлялись в течение нескольких месяцев, прежде чем команда ученых прекратила свой эксперимент.

Этот тип скоординированной электрической активности мозга является одним из свойств, которое свидетельствует о наличии сознания. Данное открытие побудило специалистов по этике вместе с другими учеными задать множество нравственных и основополагающих вопросов о том, имеем ли мы вообще право выращивать органоиды, которые достигли столь высокой стадии развития? Подлежат ли органоиды, «обладающие сознанием», какому-то особому режиму правового регулирования и каким-то особым правам, которые не распространяются на другие клеточные структуры? Можно ли вообще, если можно так выразиться, сконструировать сознание?

К идее автономно существующего и обладающего самосознанием мозга уже не раз обращались многие нейробиологи и специалисты по биоэтике. Так, например, всего лишь несколько месяцев назад ученые из Йельского университета в г. Нью-Хейвене, штат Коннектикут, объявили о том, что им удалось, по крайней мере, частично, вернуть к жизни мозг свиней, убитых за несколько часов до эксперимента. Удалив мозг из черепа свиньи и обработав его специальным химическим составом, ученые восстановили клеточные функции нейронов и их способность передавать электрические сигналы.

Проводились и другие эксперименты, например, предпринимались попытки имплантировать человеческие нейроны в мозг мышей. Однако такие эксперименты продолжают вызывать у нас вопросы, причем некоторые ученые вместе со специалистами по этике утверждают, что подобные эксперименты допускать никак нельзя.

Эти исследования подготовили почву для дискуссии между теми, кто выступает против любых попыток конструировать сознание, и теми, кто считает, что сложные органоиды являются средством, позволяющим изучать тяжелые человеческие болезни. Алиссон Муотри и многие другие нейробиологи полагают, что с помощью органоидов человеческого мозга ученые смогут лучше понять механизм таких патологических изменений человеческого организма (например, аутизм и шизофрения), которые невозможно детально изучить на моделях мышей. Муотри утверждает, что для достижения этой цели ему и другим ученым, возможно, потребуется специально создавать разумные структуры.

В настоящее время ученые призывают к созданию набора руководящих принципов, аналогичных тем, что используются в исследованиях на животных, для гуманного использования органоидов мозга и проведения других экспериментов, которые могли бы привести к конструированию сознания. В июне Национальные академии наук, инженерии и медицины США (NASEM) приступили к проведению научных исследований с целью выявления потенциальных юридических и этических проблем, связанных с органоидами мозга и химерами человека и животных [химеры — это организмы, состоящие из генетически разнородных клеток, — прим. перев.].

Опасения по поводу выращивания в лабораторных условиях мозга также высветили следующее «белое пятно»: среди нейробиологов не наблюдается согласия относительно того, как следует понимать понятие «сознание» и как его надо измерять. А поскольку рабочее определение отсутствует, то специалисты по этике опасаются, что эксперимент невозможно будет остановить, прежде чем будет пересечена запретная черта.
Обилие поведенных экспериментов может поставить перед нами трудный вопрос: «Если ученые вдруг заметят, что органоид вдруг обрел сознание, то им, возможно, придется поторопиться и предложить гипотезу, которая бы объясняла, как это всё могло произойти», — говорит когнитивный нейробиолог Анил Сет (Anil Seth) из Сассекского университета, расположенного неподалеку от города Брайтон, Великобритания. Но если согласно какой-нибудь гипотезе, созданной учеными, продолжает Анил Сет, один из органоидов будет считаться наделенным сознанием, а другой нет, то в случае такой двойственной трактовки «сознания» мы уже не имеем права утверждать, что мы, действительно, создали некую сущность, обладающую сознанием. «Вся наша уверенность во многом зависит от того, в какую гипотезу мы верим. Как говорится, круг замкнулся», — добавляет Сет.

Состояния разумности

Создать систему органоидов, обладающую разумом, может оказаться намного проще, чем дать ей точное определение. Ученые и врачи дают разные определения понятию «сознание» — т. е. в зависимости от конкретных целей; однако эти определения трудно объединить в единое четкое и работающее определение, которое бы можно было использовать по отношению к выращенному в лаборатории мозгу.

Обычно врачи говорят о присутствии в той или иной степени сознания у пациентов, пребывающих в вегетативном состоянии, на основании следующих признаков: моргает ли он, есть ли реакция в ответ на местное болевое воздействие или на другие раздражители. Например, с помощью показаний электроэнцефалограммы (ЭЭГ), ученые также научились выявлять реакцию мозга в ответ на электрический импульс. Если мозг пребывает в сознании, то он демонстрирует гораздо более сложную и непредсказуемую электрическую активность, чего нельзя сказать о мозге, пребывающем в бессознательном состоянии — его ЭЭГ характеризуется простотой и регулярностью.

Но подобные тесты на наличие сознания могут и не дать нам адекватного ответа на вопрос о том, присутствует ли у человека сознание или нет. В ходе изучения мозга людей, находящихся в коме или вегетативном состоянии, ученые показали, что мозг человека, не реагирующего на внешние раздражители, способен проявлять некоторую активность, чем-то напоминающую сознание (например, если человека просят подумать о ходьбе, то в двигательной зоне коры головного мозга фиксируется активность).

В любом случае стандартные медицинские тесты, призванные определить наличие сознания у человека, трудно применить по отношению к клеткам мозга, выращенным в лабораторных условиях, или к мозгу животных, отделенного от тела. Когда Алиссон Муотри выдвинул гипотезу о том, что активность органоидов, выращенных в пробирке, столь же сложна, как и у недоношенных детей, ученые не знали, как на это всё реагировать.

По мнению некоторых специалистов, активность мозга недоношенного ребенка не достаточно сложна, чтобы ее следовало относить к категории сознательной. Если же говорить об органоидах, то они не могут ни моргнуть, ни как-либо по-другому отреагировать в ответ на болевой раздражитель; вот почему они не пройдут клинический тест на наличие сознания.

Напротив, гораздо более вероятно, что неповрежденный мозг убитой свиньи обладает всеми необходимыми структурами, свидетельствующими о наличии в нем сознания, а также нейронными связями, образованными в результате тех воспоминаний и переживаний, которые животные испытывали при жизни. «Только представьте себе мозг, наполненный всеми этими структурами! Вряд ли мозг пуст. Не знаю, к каким выводам они пришли по поводу мышления, но его точно нельзя сводить к нулю», — утверждает философ и специалист по нейроэтике Джантин Лунсхоф (Jeantine Lunshof) из Гарвардского университета в городе Кембридже, штат Массачусетс. Когда мы пытаемся в мертвом мозге выискивать некое подобие жизни, как это сделала упомянутая выше команда ученых из Йельского университета, то здесь мы, возможно, столкнемся впоследствии также и с попытками возвратить хотя бы в каком-то виде сознание; правда, ученые — с помощью специальных химических веществ, блокирующих активность мозга, — приложили большие усилия для того, чтобы эти попытки не допустить.

 

Ученые согласны с тем, что им необходимо серьезно отнестись к тем перспективам, которые открываются в результате этих исследований. В октябре 2019 года UCSD провел конференцию, в которой участвовало около десятка нейробиологов и философов, а также студенты и представители общественности. Цель конференции — разработать и опубликовать этические принципы, на основе которых следует в будущем проводить подобные эксперименты на органоидах. Но публикация статьи откладывалась на несколько месяцев, отчасти из-за того, что некоторые авторы не смогли прийти к согласию по основным вопросам, касающимся понятия «сознание».

 

Крайне сложный

Почти все ученые и специалисты, изучающие этику, согласны с тем, что до сих пор никому не удалось, если можно так сказать, сконструировать сознание в лабораторных условиях. Но они спрашивают себя, на что следует обратить пристальное внимание и какие теории сознания могут оказаться наиболее актуальными. Например, согласно так называемой теории интегрированной информации, сознание появляется в результате увеличения количества взаимодействий между нейронными сетями мозга. Чем больше нейронов взаимодействуют друг с другом, тем выше степень сознания (ее обозначают греческой буквой «Ф»). Если «Ф» больше нуля, то считается, что данный организм обладает сознанием.

Согласно этой теории, большинство животных достигают этого уровня. Кристоф Кох (Christof Koch), президент Института исследований мозга имени Аллена в городе Сиэтле, штат Вашингтон, сомневается, что какой-либо из существующих органоидов может достичь этого порога, вместе с тем, Кох признает, что более продвинутый органоид вполне может достичь.

Другие конкурирующие теории сознания предполагают наличие сенсорного входа или некоторых особенностей скоординированной электрической активности во многих областях мозга. Например, согласно подходу, известному как теория глобального рабочего пространства, утверждается, что префронтальная кора головного мозга функционирует подобно компьютеру, обрабатывая сенсорные сигналы и интерпретируя их с тем, чтобы сформировать некие жизнеощущения. Поскольку у органоидов нет префронтальной коры и они не могут получать информацию извне, следовательно, они и не способны обладать сознанием. «Нейроны могут связываться друг с другом при отсутствии входных и выходных сигналов, но это не обязательно будет означать, что мы получили нечто, напоминающее человеческое мышление», — утверждает специалист по биологии развития Мэдлин Ланкастер (Madeline Lancaster) из Кембриджского университета в Великобритании.

Однако подключение органоидов к органам живых организмов может оказаться довольно простой задачей. В 2019 году команда Мэдлин Ланкастер соединила органоид человеческого мозга с позвоночником и мышцами спины мыши. После того, как нервы человеческого органоида соединились с позвоночником, дорсальные мышцы стали спонтанно сокращаться.

Большинство органоидов, выращенных в лабораторных условиях, воспроизводят только одну часть мозга — кору головного мозга. Но если им дать расти в течение достаточно долгого времени в специальной питательной среде, то человеческие стволовые клетки начинают спонтанно воссоздавать множество других частей мозга, которые затем начинают координировать свою электрическую активность. В статье, опубликованной в 2017 году, сообщается, что молекулярному биологу Паоле Арлотте (Paola Arlotta) из Гарвардского университета удалось превратить стволовые клетки в органоиды головного мозга, состоящие из множества различных типов клеток, включая светочувствительные клетки, подобные тем, которые обнаруживаются в сетчатке глаза. Под воздействием света нейроны органоидов стали активироваться. Но, по мнению Арлотты, тот факт, что клетки в эксперименте активировались, еще совсем не означает, что органоиды приобрели способность видеть окружающий мир и обрабатывать визуальную информацию. Здесь можно говорить лишь о том, что органоиды способны формировать нужные цепи.

Арлотта и Ланкастер полагают, что выращенные ими органоиды слишком примитивны, чтобы обладать сознанием, ведь у них отсутствуют анатомические структуры, необходимые для получения ЭЭГ сложной формы. Тем не менее, Ланкастер признаёт, что если говорить о более совершенных органоидах, то здесь всё зависит от того, какое дано определение. «Если вы полагаете, что муха обладает сознанием, то вполне вероятно, что это можно отнести и к органоиду», — говорит Мэдлин Ланкастер.

Однако по мнению Ланкастер и большинства других ученых, у некого объекта, напоминающего мозг свиньи, который был оживлен в лабораторных условиях, гораздо больше шансов обладать сознанием, чем у органоида. Коллектив ученых, исследовавший мозг свиньи, во главе с нейробиологом Ненадом Сестаном (Nenad Sestan) пытался найти новые способы оживления органов, а не конструирования сознания. Ученым удалось сделать так, чтобы отдельные нейроны или группы нейронов активировались, при этом исследователи постарались избежать той ситуации, при которой продуцируемые мозгом волны распространялись бы широким фронтом. Тем не менее, как только команда Ненада Сестана заметила нечто, напоминающее скоординированную активность ЭЭГ в одном из лабораторных образцов мозга, ученые немедленно остановили эксперимент. Даже после того, как невролог подтвердил, что эта ЭЭГ-активность вовсе не говорит о наличии сознания, ученые в качестве меры предосторожности провели анестезию мозга.

Ненад Сестан также связался с Национальными институтами здравоохранения США (NIH), чтобы проконсультироваться на счет дальнейших действий. Группа по нейроэтике из этого учреждения, в которую входили Лунсхоф и специалист по биоэтике Инсу Хен (Insoo Hyun) из Кейсовского университета Западного резервного района в городе Кливленде, штат Огайо, проанализировали ход экспериментов и согласились с тем, что Сестан должен продолжать процедуру по обезболиванию мозга. Но комиссия не стала заниматься разработкой каких-то универсальных регулирующих правил и положений; кроме того, комиссия обычно вообще не анализирует проекты, подразумевающие использование органоидов, с точки зрения биоэтики, поскольку члены комиссии полагают, что сознание не поддается конструированию. Кроме того, NIH не дал определение понятию «сознание». «Оно настолько трудноуловимо, что каждый настаивает на своем собственном определении, — говорит Хён. — А отсутствие четких определений становится большим препятствием для научной дискуссии».

Нечеткие определения

Некоторые думают, что бесполезно даже пытаться фиксировать какие-то проблески сознания в мозге, изучаемом в лабораторных условиях. «Невозможно сказать что-нибудь определенное по поводу таких клеток мозга — способны ли они думать или воспринимать окружающий мир или не способны. И все из-за того, что мы не понимаем природу сознания, — полагает невролог Стивен Лаурис из Льежского университета (Бельгия), который первым стал использовать некоторые методы визуализации, основанные на измерении сознания у пациентов, которые находятся в вегетативном состоянии. — Нам не следует быть слишком самонадеянными». По словам Стивена, дальнейшие исследования следует проводить с большой осторожностью.

 

По мнению Лауриса и других ученых, восприятие окружающего мира органоидом, наверное, будет сильно отличаться от восприятия мира недоношенным ребенком, взрослым человеком или даже свиньи, их вообще нельзя сравнивать в полном смысле этого слова. Более того, внутренние структуры органоида могут оказаться слишком малы, чтобы их активность можно было вообще точно измерять, а сходство между ЭЭГ органоидов и головного мозга недоношенных детей может оказаться случайным. Другие ученые, исследующие органоиды мозга, согласны с Лаурисом в том, что вопрос о наличии сознания в том или ином органе, может оставаться открытым. Многие ученые вообще не относятся к этой теме серьезно. «Я не знаю, почему мы вообще задаем этот вопрос, ведь органоиды — не человеческий мозг, — замечает нейробиолог Серджиу Паша (Sergiu Pasça) из Стэнфордского университета в Калифорнии. — Они состоят из нейронов, нейроны обладают электрической активностью, но мы должны тщательно обдумать методы их сравнения».

 

Алиссон Муотри хочет, чтобы выращенные им органоидные системы были сопоставимы с человеческим мозгом — по крайней мере, сопоставимы в некотором смысле. Это необходимо для того, чтобы можно было изучать заболевания человека и находить способы лечения. Алиссон лично в этом заинтересован, поскольку его 14-летний сын страдает эпилепсией и аутизмом. «Ему приходится несладко», — с сочувствием замечает Муотри. Органоиды головного мозга — это многообещающее направление, поскольку с их помощью можно воспроизводить процесс формирования связей в мозге на самых ранних стадиях развития, ведь понятно, что исследовать эти процессы на человеческом эмбрионе попросту невозможно. Но, по словам Алиссон Муотри, изучать расстройства человеческого мозга и при этом не использовать полностью функционирующий мозг — это все равно, что, скажем, изучать поджелудочную железу, которая не вырабатывает инсулин. «Чтобы во всем этом разобраться, мне понадобится модель органоида мозга, которая бы, действительно, напоминала человеческий. Мне может понадобиться органоид, который обладает сознанием».

Алиссон Муотри говорит, что он не знает, каким образом можно обнаружить сознание у органоида. По мнению Алиссона, с помощью органоидов ученые могли бы даже разобраться в механизме порождения сознания в мозге. Например, математик Габриэль Сильва (Gabriel Silva) из Калифорнийского университета в США изучает нейронную активность органоидов, полученных Муотри, с целью разработки алгоритма, описывающего механизм порождения сознания. Цель его научного проекта, который частично финансируется компанией Microsoft, состоит в том, чтобы создать искусственную систему, которая бы работала так же, как человеческое сознание.

На данный момент в Соединенных Штатах или в Европе не существует каких-либо норм и положений, которые бы помешали ученым конструировать сознание. Группа национальных академий планирует в начале следующего года выпустить отчет, в котором будет дан обзор последних научных работ и вынесено решение о том, надо ли специально регулировать исследования в этой области. Члены группы планируют рассмотреть такие, например, вопросы, как получение согласия человека на то, чтобы из клеток его организма были выращены органоиды мозга, а также вопросы о гуманном исследовании и утилизации органоидов. Международное общество по изучению стволовых клеток (ISSCR) тоже разрабатывает руководящие принципы, касающиеся органоидов, однако оно не занимается вопросами сознания живых существ, поскольку не считает, что наука уже близко подобралась к этому вопросу.

По словам Инсу Хена, в комиссию NIH по нейроэтике еще не направляли никаких предложений, касающихся создания сложных органоидов, обладающих сознанием, для работы с которыми необходимо было бы разрабатывать какие-то новые руководящие принципы. По словам Алиссон Муотри, Хену ничего не известно о том, чтобы кто-то пытался такие органоиды намеренно создавать, хотя какой-нибудь достаточно сложно устроенный органоид мог бы, с точки зрения некоторых определений, случайно превратиться в органоид, обладающим сознанием.

Тем не менее, Алиссон Муотри и другие специалисты утверждают, что некоторые рекомендации они восприняли бы с одобрением, например: требование к ученым о необходимости обосновывать то или иное количество взятых для изучения органоидов человеческого мозга; кроме того, ученые должны использовать их только в лабораторных исследованиях, которые невозможно провести никаким другим способом, а также ограничивать болевое воздействие на органоид и утилизировать их гуманным способом.

Наличие таких рекомендаций поможет ученым заранее взвесить все минусы и плюсы, связанные с созданием сущностей, обладающих сознанием. Многие ученые подчеркивают, что у подобных экспериментов большой потенциал с научной точки зрения. «У нас, действительно, есть пациенты с неврологическим расстройствами, которые не получают лечения, — говорит Мэдлин Ланкастер. — Если бы мы прекратили все эти исследования из-за наших философствований, то это крайне пагубно отразилось бы на обычных пациентах, для лечения которых действительно необходимо использовать новые методики терапии».

Тем не менее, новые методики лечения все еще можно протестировать на органоидах мозга, полученных с использованием стволовых клеток мыши, или на обычных животных моделях. Кроме того, такие эксперименты положат начало дискуссии об этичности использования человеческих органоидов. Например, Инсу Хен хотел бы, чтобы ученые занялись проблемой сравнения ЭЭГ органоидов мозга мышей с соответствующей ЭЭГ мозга живых мышей; благодаря этому у специалистов появится, наконец, возможность судить о том, насколько адекватно человеческие органоиды воспроизводят человеческий мозг.

Со своей стороны Алиссон Муотри не видит большой разницы в изучении органоидов человека и лабораторных мышей. «Мы работаем с животными моделями, у которых имеется сознание, и здесь сложностей никаких не возникает, — утверждает Алиссон. — Нам необходимо продвигаться вперед. И если выяснится, что они вдруг обладают сознанием, то, честно говоря, не вижу в том большой проблемы».