Рассел Полдрак (Russell Poldrack) лишь с виду обыкновенный парень. Как и все мы, утром он завтракает, пьет кофе и идет на работу — ничего необычного. Но в отличие от других людей, ежедневно он тратит массу времени, чтобы тщательно восстановить события каждого прожитого дня. Он отслеживает свой рацион и все свои переживания, по нескольку раз в день отвечая на вопросы анкет, в деталях рассказывая, какие эмоции он испытывал.
Зачем? Вот уже полтора года каждый вторник и четверг Полдрак проходит МРТ-сканирование мозга. Нейропсихолог по профессии, он выступает и в качестве исследователя, и в качестве испытуемого в потрясающем количественном эксперименте по изучению собственного мозга. Научный журнал Nature Communications недавно опубликовал его работу под названием «Долгосрочное нейронное и физиологическое фенотипирование одного индивидуума».
«Один индивидуум» в данном контексте — это Полдрак лично. Хотя ученый может быть не самым подходящим кандидатом для подобного рода исследования, но, по его мнению, он достаточно обычный человек для эксперимента, в ходе которого, между прочим, анализируется уникальный характер мозговой активности.
Результаты исследования, в свою очередь, могут лечь в основу дальнейших экспериментов.
Когда люди меняются, изменяется ли их мозг?
Работа Лори Фрик, основанная на результатах электро-энцефалограммы сна многих лет
Сейчас в Полдрак работает в Стэнфордском Университете, а до этого возглавлял научно-исследовательский Центр обработки изображений в Университете Техаса. На проведение эксперимента Полдрака побудило творение местной художницы Лори Фрик (Laurie Frick). В основе ее работы — результаты грандиозного ЭЭГ-исследования мозга. О своей методике создания портретов она рассказала на сцене TEDx:
«Для себя я решила обратиться непосредственно к данным собственного тела. Я надела фитнес-браслет, считавший мои шаги. Каждый день я взвешивалась и фиксировала свои параметры. Я сплевывала в пробирку, чтобы получать образцы ДНК. Я установила приложение ManicTime, фиксирующее все действия на компьютере. Я фиксировала все маршруты на телефоне, куда бы ни шла. Настроила уведомления электронной почты, скрупулезно фиксировала все ощущения в животе и все, что я ела».
В той же презентации Фрик отметила, что изучение собственного тела для создания произведения искусства продвинуло некоторые исследования в центре.
Движущую роль в проекте выполнял не нарциссизм, ну или не только он. «В то время как многие люди, — добавляет Фрик, — следят за показателями жизнедеятельности: поведение, настроение, пульс, питание, никто еще не исследовал мозг — ни собственный, ни чей либо еще».
Что касается Полдрака, то он в большей степени заинтересован в исследовании собственного коннектома (connectome). Коннектом человека — это вся структура нервных связей организма. Его можно представить как электрическую схему тела, состоящую из всех нейронов организма. Также как и геном, эта структура содержит данные о том, кто мы есть, почему мы чувствуем то, что чувствуем, и делаем то, что делаем.
Часть коннектома человека
Нейробиологическое исследование коннектома на клеточном уровне тщательно изучает и составляет 3D-карты всех нейронов в мозге. Неудивительно, что единственный организм, коннектом которого можно отобразить таким образом, имеет ничтожно маленький мозг — это нематода (круглый червь) Caenorhabditis elegans.
Но Полдрак специализируется на нейробиологии человека, а в данном научном направлении коннектомы не настолько точны. «Техники, доступные нам сейчас, не способны отобразить микроскопические элементы мозга живого человека», — объясняет Полдрак. Пока что нейробиологи используют МРТ, чтобы отследить кровоток в разных частях мозга. Это дает им информацию о том, какие части мозга активны и когда.
«Когда вы проводите МРТ, — говорит Полдрак, — то видите четкую закономерность в “поведении” мозга».
Из этого ученые делают выводы о том, какие области взаимосвязаны. И хотя коннектом человека подвергался многочисленным исследованиям еще до эксперимента Полдрака, никто не пытался отследить изменения коннектома в течение длительного времени. И это проблема, если мы захотим когда-нибудь разобраться и понять смысл данных нейровизуализации. Как указано на сайте проекта: «Люди меняются. А когда они меняются, их мозг меняется тоже».
«Большинство исследователей, за которыми я наблюдал, ограничивались несколькими сканированиями МРТ одного мозга».
В 2013 году Роберт Бильдер, руководитель центра психоневрологического фенотипирования при поддержке Национального института здравоохранения, объяснил, что проект Полдрака позволит восполнить пробелы в научном понимании мозговой активности:
«Даже в случае многочисленных сканирований одного мозга, мы проводим сканирования с разницей в несколько недель, месяцев или даже лет. В результате, мы даже не знаем, что считается нормой в рамках ежедневных изменений. Проект Рассела не скажет нам, что есть норма, потому что исследуется один мозг, но я полагаю, что этот проект покажет нам, что возможно происходит в мозге. Мы увидим ежедневные колебания, узнаем, какие изменения происходят».
Рассом Полдром (Russome Poldrome)
Аппарат МРТ, сканирующий мозг Полдрака
С самого начала Полдрак понимал, что сам станет объектом собственного эксперимента. Его вдохновляли труды современных ученых в этой области. При этом подобные самоисследования имеют практическое преимущество — Полдрак может собрать о себе больше данных, чем о ком-либо другом.
В первую очередь, проводя эксперименты над собой, Полдрак обошел нормативные положения Комиссии по биомедицинской этике, ограничивающие сбор бесполезных данных. Этот комитет изучает, наблюдает и регулирует научные эксперименты над человеком. Изучая собственное тело, Полдрак получил возможность собирать данные, которые могли быть получены в только ходе инвазивных процедур, большинство которых понадобилось бы для будущих исследований, а не для подтверждения конкретных гипотез.
«Если бы мы проводили исследования над другими испытуемыми, нам бы понадобилось намного больше официальных обоснований для проведения экспериментов», — объясняет Полдрак. — «Такой подход предоставил нам свободу действий пробовать то, что по нашему мнению принесло бы практическую пользу».
Полдрак также осознавал, что количество данных о себе, которые он стремился получить, будут ошеломительными. Он также понимал, что является самым целеустремленным и заинтересованным подопытным на Земле. «Я знал, что буду прилежнее и аккуратнее, чем любой другой кандидат, — говорит Полдрак. — Я намерен посещать все процедуры, чтобы отслеживать все те показатели, которые запланировал». Он добавляет: «Уже в ходе сбора данных я понял, насколько бы это было сложно для постороннего человека».
Полдрак назвал проект MyConnectome — «Мой коннектом», отчасти чтобы люди перестали называть его проект «Рассомом» или «Полдромом».
Изображение мозга, разделенного на зоны для исследования
Сбор данных начался осенью 2012 года. Полдрак отслеживал настроение, уровень тревожности и стресса, концентрацию внимания, питание, употребление алкоголя, сон, давление, пульс, степень тяжести псориаза, боль в мышцах. Он также кратко записывал события каждого дня.
«Многие из этих показателей я уже знал, как отслеживать и замерять, какие-то мне были уже известны, — говорит Полдрак. — В то же время, я старался не превратить сбор данных в непреодолимое задание. Но через некоторое время мне чертовски надоело замерять все эти показатели».
Два раза в неделю Полдрак проводил МРТ сканирование своего мозга. Это был поверхностный мониторинг. Большинство сканирований длилось не более 10 минут, но сам звук аппарата раздражал испытуемого. К концу исследования Полдрак провел 104 сканирования собственного мозга. А по вторникам, сразу после сканирования он сдавал анализ крови, показывающий экспрессию генов в белых кровяных тельцах, чтобы определить, какие гены были в активной форме в тот или иной день.
«По правде говоря мы делали все, что могли», — говорит Полдрак. Деньги для финансирования проекта выделил Университет Техаса из фонда без ограничивающих условий использования. Эксперимент не получил грантов: «Есть анализы и исследования, которые мы могли бы проводить, но не проводим в силу их стоимости»
Отсутствие возможности собрать еще больше данных стало спасением для проекта. Весной 2014 года сбор данных был завершен, после чего Полдрак занялся сложным и длительным анализом, чтобы привести сведения к единому знаменателю и извлечь смысл из полученных результатов.
«Когда я приступил к анализу данных, я не мог даже догадываться, насколько сложная задача мне предстоит», — признается Полдрак.
Доказательство концепта
Карты коннектома Полдрака
Исследование, опубликованное научным центром Nature Communications, перечисляет некоторые заключения и выводы эксперимента. Первостепенным открытием стало доказательство изменения нейронных сетей в человеческом теле со временем — каждый день, неделю, месяц:
«Психоневрологические когнитивные исследования показали, что единичное измерение функции мозга характеризует индивидуума в общем. Мы зарегистрировали отчетливые изменения во времени, предположив, что исследования функции человеческого мозга могут быть дополнены результатами наблюдений за мозговой активностью в разное время у одних индивидуумов».
Полдрак подчеркивает, что так как в исследовании принимал участие лишь один испытуемый, то его можно воспринимать как подтверждение работоспособности концепции. Ученый полагает, что полученные результаты окажутся наиболее полезными для старта других научных исследований.
Работа Полдрака подтвердила существование связи между формой его коннектома и тем, завтракал он или пил кофе или нет.
«Изначально я не планировал проводить такой эксперимент, — говорит Полдрак. — Я воздерживался от пищи по вторникам, потому, что сдавал кровь, но я очень люблю завтракать и пить кофе. Поэтому я не воздерживался от еды в другие дни. Со временем я понял, что это существенно влияет на мое физиологическое состояние, и мне стало интересно отслеживать еще и взаимосвязь между моим состоянием и приемом пищи либо кофе».
Коннектом Полдрака натощак (слева) и после чашки кофе и завтрака (справа)
Команда Полдрака обнаружила еще больше взаимосвязей в определенных нейоронных сетях мозга — в частности, между системами, отвечающих за движение и зрение, если испытуемый не получал еды и кофеина. Полдрак находит этот факт интересным: «Если бы мы полагались на предположения, например, что испытуемый был уставшим, то взаимосвязи были бы уставлены ошибочно». Желание понять, почему эта взаимосвязь появляется, дает веские основания для дальшейших исследований.
Другое более важное открытие — количество значимых взаимосвязей между экспрессией генов и функциональной связанностью мозга, подтвержденное результатами МРТ-сканирований и анализов крови Полдрака. Это представляет особый интерес, потому как может объяснять, как нервы человека связаны с генетикой — иными словами, как человеческий коннектом взаимодействует с человеческим геномом. Данные взаимосвязи столь многочисленны и настолько доминантны, что представляют особое значение для эксперимента, даже учитывая ограниченность исследования одним испытуемым.
«Я не думаю, что кто-то может взглянуть на результаты исследований и воскликнуть: «Вау, вот этот конкретный ген связан с вот этой конкретной частью мозга!», — говорит Полдрак. — Но исследование доказывает идею взаимосвязей мозга и экспрессии генов, и таких связей множество».
«Нейробиология пока не может объяснить этого, — добавляет Полдрак. — Не все из установленных связей ошибочно положительны». Исследователь планирует создать приложение для анализа связей полученных данных.
Открытый человеческий коннектом
Другая сторона Рассела Полдрака. Внешняя часть
С момента окончания исследований Полдрак старался вести более свободную жизнь без прежнего жесткого графика. Он прекратил отслеживать детали каждой минуты своего дня, больше не проводил каждый вторник и четверг в кабинете МРТ.
«Во многом эксперимент был захватывающим, — говорит ученый. — Но с другой стороны он меня деморализовал. Я все еще сомневаюсь, что результаты исследований соответствуют моим ожиданиям от эксперимента. Это первый раз в моей карьере, когда я настолько сильно переживаю по поводу своего эксперимента».
Отчасти его разочарование не имеет отношения к эксперименту. Полдрак надеялся, что кроме величайших открытий, полученные данные помогут ему лучше понять себя — к примеру, какие продукты питания усугубляют его псориаз. Будучи и испытуемым, и ученым в наиболее масштабном количественном самоисследовании, известном науке, это казалось рациональным и оправданным ожиданием. Но ему не повезло. В ходе исследования Полдрак понял, насколько мизерно полученные результаты могут изменить его жизнь.
Полдрак создал эксперимент MyConnectome, чтобы собрать столько данных, сколько возможно, для дальнейшего анализа. Он развил несколько научных гипотез, но он не нашел их подтверждения, как и ответов на свои личные вопросы — данных слишком много.
Однако еще есть время. Полдрак говорит, что хотя его научный труд уже опубликован, все еще многое стоит проанализировать. Он надеется, что другие исследователи подхватят его инициативу. Собранные практически в одиночку разнообразные данные — еженедельные анализы крови, питание, настроение, сканирования мозга — были опубликованы для всеобщего доступа.
«Я посоветовался со своими коллегами по поводу того, стоит ли публиковать эти данные или нет, — сообщает Полдрак, — в частности, информацию о генах. В конце концов, я решил, что оно стоит того».
«Очевидно, есть определенные риски. Кто-то теоретически может использовать мой геном для воссоздания ДНК и создания моей копии для совершения преступления, — смеется он. — Но с другой стороны, кто то может проанализировать мои данные, прийти и сказать: Эй, мы определили причину твоего псориаза. Измени свой рацион». Также люди могут продолжить труды: чем больше ученых задействовано в исследовании, тем выше вероятность, открыть что-то новое. А артисты, как Лори Фрик, смогут воплотить результаты в нечто прекрасное.
В то же время, некоторые сведения все-таки недоступны научному сообществу — к примеру, его личный дневник эксперимента. Часть из этой информации он считает слишком личной для открытого доступа. «В этом исследовании столько меня, столько всего личного, — говорит Полдрак, улыбаясь. — Хотел бы я суметь сказать «нет» в ответ на запрос, отслеживал ли я количество сексуальных контактов в ходе эксперимента».
Если другие последуют примеру Полдрака и создадут карту собственных коннектомов, это превратит результаты его работы в отправную точку более масштабного исследования. Тем не менее, Полдрак подумывает над тем, чтобы вернуться к отслеживанию жизнедеятельности, чтобы найти причину некоторых своих состояний. Больше всего он беспокоится о питании. Полдрак говорит, что сейчас он уже понимает, как он должен был на самом деле отслеживать данные, и как определить, каким образом диета влияет на вспышки псориаза.
Но после такого масштабного эксперимента, ученому, который впервые столь досконально изучил себя, нужно время, чтобы собраться с силами для нового исследовательского рывка. Как утверждает сам Полдрак, он должен настроиться на серьезную работу, чтобы добиться успеха и заставить себя вновь отслеживать все эти показатели.
Высоких вам конверсий!
По материалам: priceonomics.com
