«Старение - это поиск новой структуры»
Эволюции нужно, чтобы мы старели, болели и умирали. Можем ли мы вмешаться в ее планы?
«По аналогии с тем, как мы не выражаем сожаление о смерти одной из миллиардов клеток нашего организма, биосфера тоже не слишком обеспокоена, когда уходит из жизни кто-то из нас. Ведь он выполнил свою жизненную функцию», - считает директор филиала РГМУ «НКЦ геронтологии» Минздравсоцразвития РФ, академик РАМН, доктор медицинских наук, профессор Владимир Николаевич Шабалин.
- Владимир Николаевич, есть мнение, что головной мозг человека стареет значительно медленнее, чем его тело. Расскажите, пожалуйста, так ли это, а также в чем заключается специфика старения мозга?
«Искусственная система жизнеобеспечения головного мозга, находящегося вне организма, будет легкодоступна для ее коррекции, любой сбой может быть быстро устранен»
- Старение - самый базовый, самый фундаментальный процесс, происходящий в живой материи. Только через процесс старения происходит развитие. Старение - это поиск новой, более совершенной структуры наших тканей, а значит, и их функций. Мы получили от родителей некую генетическую структуру, которая детерминирует нашу соматику (в головном мозге также есть соматические элементы). Каждая ядерная клетка, в том числе клетка головного мозга, постоянно продуцирует молекулы белков. Часть этих белков используется самой клеткой для замены стареющих молекул, а часть выводится в общую циркуляцию.
Белковая молекула несет информацию о той клетке, которая ее наработала, о том, в чем эта клетка нуждается, что эта клетка может дать для других клеток. На каждое изменение внутренней или внешней среды белковая молекула отвечает изменением своей вторичной и третичной структуры в виде изомерных превращений. И ту связь, которую она считает наиболее ценной, она архивирует и делает более прочной, более устойчивой. Когда молекула достигает высшей устойчивости, становится регидной, малоподвижной - она перестает функционировать. Организм (в процессе катаболизма) ее расщепляет, а её ценные элементы (в процессе анаболизма) встраивает в новые молекулы, а неэффективные элементы экскретируются из организма. Все структуры, которые мы нарабатываем в течение жизни, рано или поздно становятся достоянием биосферы, в результате этих превращений и происходит эволюционное развитие жизни. Основой эволюционного развития является пищевая цепочка (пищевой круговорот): животные поедают растения, растения поедают останки животных, микробы поедают и тех, и других и т. д. В результате этого внутрибиосферного переваривания происходит эволюционное преобразование структуры живой материи. В настоящее время высшим достижением этого преобразования является наш головной мозг. Головной мозг человека стоит на вершине огромной пирамиды всех тех эволюционных изменений, которые прошла биосфера Земли, создавая и удаляя с эволюционной сцены миллионы биологических видов и миллиарды индивидов.
- Почему же мы вынуждены умирать, а не бесконечно существовать, развиваясь?
- По аналогии с тем, как мы не выражаем сожаление о смерти одной из миллиардов клеток нашего организма, биосфера тоже не слишком обеспокоена, когда уходит из жизни кто-то из нас. Ведь он выполнил свою жизненную функцию. В пределах, предоставленных ему геномом, он внёс свой вклад в совершенствование структуры живой материи и дал ей новые возможности двигаться дальше. В настоящее время масса биосферы уже не увеличивается, она только совершенствуется качественно - т. е. структурно. Но чтобы создавать новое, нужно перерабатывать старое. Ничто не погибает и ничто не отчуждается в биосфере, всё находится в непрерывном преобразовании. На современном этапе эволюция фактически уже решила и проблему численности людей (наработала предельную массу высшего качества живой материи - массу биологического вида Homo Sapiens): по оценкам многих экспертов, во второй половине текущего столетия численность популяции людей на Земле достигнет 12 млрд, и это тот максимум, который наша планета способна выдержать.
На Земле в настоящее время насчитывается около 1,5 млн видов живой природы - это всего 1% от тех, которые когда-либо существовали. То есть 99% видов ушли с эволюционной сцены. Человек - тоже промежуточный вид, растворится и он в бесконечном круговороте жизни. Но жизнь человечества не пройдёт бесследно. Оно непременно даст ветвь жизни более высокого развития.
На Земле прошло несколько эволюционных этапов. Первый - физическая эволюция, в результате которой были созданы атомы, далее химическая эволюция обеспечила создание молекул, в том числе больших молекул, пробионтов. Итогом следующего этапа - биологической эволюции - явилось создание клеток, многоклеточных организмов, биологических видов, в том числе человека. В настоящее время эволюция сосредоточила своё внимание на головном мозге человека как высшем достижении структурно-функционального развития живой материи. При этом мы переживаем принципиально важный переломный момент в развитии жизни - переход к интеллектуальному этапу эволюционного развития. Дело в том, что наш интеллект развился до такого уровня, когда он начинает вмешиваться в эволюционный процесс, когда от принципа движения к совершенству путём проб и ошибок он заставляет эволюцию переходить к направленному поиску новых структур жизни.
Одним из возможных элементов интеллектуальной эволюции является проект «Россия 2045». Главной его задачей следует считать создание особых условий для совершенствования головного мозга человека, условий, которые включают в себя биологические, химические, физические, технические и другие компоненты жизнеобеспечения головного мозга. Концентрация усилий множества специалистов на реализации высокой идеи даёт надежду на получение значительных научных результатов при выполнении этого проекта.
Следует подчеркнуть тот факт, что развитие головного мозга человека происходит в течение всей его жизни, до самой глубокой старости. И если к 70-80 годам начинает нарушаться системная организация головного мозга, то его локальное совершенствование продолжается. Так, например: почему у пожилых людей ухудшается память? Потому что разрушаются межклеточные связи, через которые информация из блоков памяти передаётся в аналитические отделы головного мозга, т. е. снижается возможность вызова из архива нужной информации. Однако сам «архив информации» сохраняется и может пополняться. То есть индивид даже в старческом возрасте продолжает делать свой вклад в общее развитие интеллектуальной материи. Другой вопрос: почему эволюция сохранила не только физиологические пути развития живой материи, но и патологические? Почему человечество потенциально несёт в себе тысячи различных болезней? Дело в том, что при патологическом состоянии человек вырабатывает особые защитные структуры, которые не могут быть выработаны при физиологическом развитии организма. Затем, в процессе жизнедеятельности биосферы, эти структуры встраиваются в другие живые организмы, обеспечивая им соответствующие свойства.
- Если говорить о патологиях, не кажется ли вам, что вместо замены выходящих из строя органов проще заменить все тело целиком? Это могло бы быть проще и эффективнее, так как мы избегаем необходимости проходить весь тот путь, который прошла эволюция.
- В таком случае нужно ставить другие цели. Давайте, прежде всего, попробуем обеспечить жизнедеятельность только головного мозга, как в фантастическом романе Александра Беляева «Голова профессора Доуэля», зачем беспокоиться о теле? Зачем нужны перемещения головного мозга в пространстве, когда его основная ценность - в том, что он продуцент ценных идей?
- Как вы думаете, с чего следует начать решение этой задачи?
- Нужно начать с испытания на животных, с использования естественной или имеющихся препаратов искусственной крови. Уже сегодня фторорганические эмульсии и полигемоглобиновые растворы неплохо справляются с переносом газов. В жидкости, обеспечивающие жизнедеятельность головного мозга, должны быть также внесены пластические и энергетические вещества. Нужен аппарат «искусственные сердце - лёгкие» и некоторые другие технические средства. Эти вопросы решаемы.
- А очистка крови от токсинов?
- Есть искусственные почки, искусственная печень. К тому же метаболиты тела и головного мозга различны в количественном и качественном отношении. Если мы имеем дело только с головным мозгом, то мы будем иметь меньше проблем и с разнообразием аутотоксинов, и с их количеством. Безусловно, будет нужна детоксикация перфузионной среды (перфузия - это доставка питательных веществ с артериальной кровью в биологическую ткань - прим. ред.).
- А что сложнее, на ваш взгляд: очистка, газоснабжение, обеспечение кровью?
- Я не вижу здесь сложности. Мы умеем наполнять газом перфузионные среды и убирать отработанные газы из живых тканей. Данные системы уже имеются, просто их нужно адаптировать к проекту 2045 и посмотреть, как будет реагировать живая ткань, живой мозг на искусственные среды. Нужно будет отработать концентрацию газов, соотношение энергетических и пластических веществ в перфузионной среде, то есть те элементы, которые будут создавать приближение к естественной крови человека. Все это не представляет непреодолимых трудностей.
- А какое количество параметров необходимо будет контролировать? Есть ли сегодня какие-то способы это делать, или их тоже придется разрабатывать?
- Конечно, есть. Существуют и газоанализаторы, отработаны системы биохимического анализа крови, жидкостная морфология находится на достаточно высоком уровне. Задача состоит в интеграции разрозненных элементов в единую систему жизнеобеспечения и анализа её эффективности.
- То есть имеется возможность отслеживать все ключевые параметры в реальном времени?
- Конечно! Наблюдение будет проводиться on line.
- А как быть с тем, что элементы крови ломались, проходя через аппаратуру, захламляли кровоток?
- В искусственной крови, во фторорганической эмульсии, глобула, переносящая кислород, гораздо меньше эритроцита, поэтому проблема деформации не стоит. Это также справедливо для гемоглобинового раствора. Современный уровень искусственного кровообращения в значительной мере позволяет обходить и эту проблему.
- Насколько я знаю, максимальная продолжительность жизни с искусственным сердцем - около двух лет. Пациент, о котором я говорю, погиб в результате многочисленных тромбозов и инсультов, что связано, вероятно, с несовершенством данного аппарата.
- Искусственная система жизнеобеспечения головного мозга, находящегося вне организма, будет легкодоступна для её коррекции, любой сбой может быть быстро устранён.
- Скажите, пожалуйста, могут ли фторорганические соединения, которые существуют на сегодняшний день, использоваться для кровоснабжения мозга? Насколько я знаю, только крысы выдерживали такое.
- Фторорганические эмульсии разрешены к применению в клинической практике. Они применялись в Афганистане в полевых условиях при большой кровопотере у раненых и показали себя неплохо. У них есть одна проблема - они достаточно долго задерживаются в живой ткани, но эта проблема также решаема. Будем искать, будем определять наиболее эффективные среды, обеспечивающие жизнедеятельность головного мозга.
- Насколько я понимаю, будет необходима стимуляция мозга, поскольку он призван управлять телом и без обратной связи от тела может начаться отмирание или дегенерация некоторых отделов.
«Россия была и остается богатой интеллектуалами, несмотря на значительную утечку мозгов за рубеж. А когда будут первые результаты, с удовольствием вернутся и наши специалисты, и потянутся иностранные»
- Это особо важная проблема. Но дело в том, что кора головного мозга не управляет соматикой. Соматикой управляют подкорковый и нижележащие отделы головного мозга, в то время как кора выделена для интеллектуальной деятельности. На мой взгляд, отделение соматических структур не скажется на работе головного мозга. Однако все и химические, и психологические режимы работы отделённого от организма головного мозга, обеспечение его нормальной интеллектуальной функции - задача непредсказуемой сложности.
- В самом деле, когда мы говорим о мозге, возникает вопрос: где его границы? Нужно ли брать в искусственное тело продолговатый мозг, нужно ли брать спинной мозг с нервами?
- Если проект создания киборга явится основным, то, конечно, нужно сохранять всю центральную нервную систему. Если же мы хотим сохранить только интеллектуальные функции, то в это нет необходимости.
- Как вы думаете, насколько это усложнит проект - если мы будем переносить и головной, и спинной мозг?
- В части жизнеобеспечения органических тканей усложнения будут небольшими, а в части биоэлектронных контактов потребуется решение многих задач. Вместе с тем чем больше органики по отношению к искусственному материалу, тем легче решается основная задача. Иначе при создании киборга мы будем вынуждены заменять функции нижележащих отделов центральной нервной системы искусственными аналогами.
- Как вы думаете, каким мог бы быть формат такой работы? Имеет ли смысл создавать отдельную лабораторию, или нужно распределять работы между различными центрами?
- Я думаю, что на первом этапе нужно дать задачу уже существующим рассредоточенным лабораториям, а позже собрать их в единое учреждение. Если начинать с организации единого центра, можно потерять много времени.
- Сможем ли мы сформировать конкретный и четкий план, чтобы получить финансирование уже к осени?
- Мы должны составить техническое задание. Я думаю, к осени это вполне реально.
- Как много коллективов будет участвовать? Не возникнет ли сложности с выработкой единого взгляда, общего мнения?
- По моим предположениям, около сотни. Среди них будут и химики, и физики, и биологи. Нужно будет вырабатывать общий язык. Коллективы будут периодически собираться и обсуждать, наука есть наука - такого рода сложности во взаимопонимании уже возникали, и люди психологически готовы к ним.
Что касается организационной структуры, то она должна быть трехуровневой: на первом уровне - руководящий состав, который определяет принципиальные направления реализации проекта, выстраивает его логистику, второй уровень - специалисты-исследователи и разработчики различного профиля, третий - это производственный сектор, обеспечивающий перевод виртуальных разработок в материальные элементы итоговых конструкций.
- Как вы думаете, сможем ли мы в нашей стране найти всех необходимых специалистов?
- Мне кажется, Россия была и остаётся богатой интеллектуалами, несмотря на значительную утечку мозгов за рубеж. А когда будут первые результаты, с удовольствием вернутся и наши специалисты, и потянутся иностранные.
- Есть ли смысл привлекать к работе аспирантов?
- Конечно, и аспирантов, и студентов старших курсов. Чем моложе человек, тем более оптимистично он будет воспринимать проект. Кроме того, гармоничное сочетание разработчиков различных возрастов обеспечивает наибольший успех любого проекта. Если будет финансирование, то и привлечение нужных людей не составит большого труда.
- А какие сейчас студенты и аспиранты, на ваш взгляд? Нет ли ощущения, что многие талантливые люди уезжают?
- Многие уезжают. Но это не означает, что они не вернутся на родину, если здесь им предложат интересную работу. Достаточно много способных людей остается. Ведь уезжают в основном те, кто хорошо знает английский язык, а таких не больше 10%. А знание языка и уровень интеллекта не связаны между собой, поэтому у нас достаточно людей, чтобы решать самые сложные проблемы собственными силами. Все дело в качестве организации, вере в успех, уровне социальной заинтересованности в данном проекте.
- Какие наиболее интересные задачи вам видятся в нашем проекте, задачи, способные привлечь к себе внимание, потому что их никто раньше не решал?
- Мне кажется, самое интересное - это нейроинтерфейс - связь между живым и неживым. Ведь живая материя произошла из неживой, но как именно это случилось, никто не знает. Каким образом можно восстановить эти «творческие взаимоотношения»? Интерфейсы, которые смогут обеспечивать эту утерянную связь, мне кажутся наиболее интересной областью исследований. Наладить управление посредством живого мозга деятельностью всех искусственных соматических структур будет, пожалуй, самым сложным на первом этапе. А на втором - частично заменить и расширить интеллектуальные возможности головного мозга человека посредством элементов искусственного интеллекта.