Έφτιαξαν ιούς με τεχνητή νοημοσύνη που εξολοθρεύουν βακτήρια – Οι ανησυχίες

Για πρώτη φορά στην ιστορία της επιστήμης, ερευνητές χρησιμοποίησαν την Τεχνητή Νοημοσύνη για να σχεδιάσουν από το μηδέν εντελώς νέους ιούς, εξολοθρεύοντας επικίνδυνα βακτήρια που αντέχουν στα κοινά αντιβιοτικά - Οι κίνδυνοι

Φανταστείτε έναν κόσμο όπου η Tεχνητή Nοημοσύνη δεν γράφει απλώς κείμενα, αλλά συνθέτει το ίδιο το λογισμικό της ζωής. Επιστήμονες μόλις διέβησαν ένα ιστορικό κατώφλι, κατασκευάζοντας τους πρώτους ιούς που σχεδιάστηκαν εξ ολοκλήρου από αλγόριθμους AI.

Οι ιοί αυτοί είναι βακτηριοφάγοι, ειδικοί ιοί που προσβάλλουν αποκλειστικά βακτήρια και χρησιμοποιούνται παγκοσμίως κατά λοιμώξεων που επιμένουν. Σε εργαστηριακές δοκιμές ένα «κοκτέιλ» αυτών των AI σχεδιασμένων ιών εξολόθρευσε βακτήρια E.coli που παρουσίαζαν αντοχή στους φυσικούς βακτηριοφάγους.

Η εξέλιξη αυτή υπόσχεται να φέρει επανάσταση στην καταπολέμηση θανατηφόρων, ανθεκτικών λοιμώξεων, αλλά ταυτόχρονα εγείρει κρίσιμα ερωτήματα βιοασφάλειας που η ανθρωπότητα καλείται τώρα να αντιμετωπίσει.

Από τα γλωσσικά μοντέλα στο γενετικό υλικό

Ο Δρ Brian Hie  από το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ χρησιμοποίησε γλωσσικά μοντέλα γονιδιώματος, το αντίστοιχο των AI chatbots για το DNA, για να σχεδιάσει λειτουργικά γονιδιώματα βακτηριοφάγων. Στη συνέχεια οι ιοί συντέθηκαν στο εργαστήριο και δοκιμάστηκαν ενάντια στο E.coli.

Η ικανότητα ταχείας σχεδίασης και προσαρμογής γονιδιωμάτων για συγκεκριμένα μικρόβια θα μπορούσε να μεταμορφώσει τη θεραπεία με βακτηριοφάγους και να διευρύνει τη βιοτεχνολογική «εργαλειοθήκη», όπως δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science.

Πώς εκπαιδεύτηκε η τεχνητή νοημοσύνη

Για τον σχεδιασμό των ιών χρησιμοποιήθηκαν τα μοντέλα Evo1 και Evo2, τα οποία εκπαιδεύτηκαν σε δεδομένα 2 εκατομμυρίων βακτηριοφάγων. Για λόγους ασφαλείας, αποκλείστηκε σκόπιμα ο γενετικός κώδικας ιών που προσβάλλουν ανθρώπους, ζώα ή φυτά.

Από χιλιάδες προτάσεις της AI επιλέχθηκαν 300 για εργαστηριακή παραγωγή. Αν και μόλις 16 αποδείχθηκαν βιώσιμοι, το συνδυαστικό «κοκτέιλ» τους εξουδετέρωσε αποτελεσματικά δύο ανθεκτικά στελέχη του E. coli.

Οι ανησυχίες για τη βιοασφάλεια

Πέρα από τα οφέλη οι ερευνητές υπογράμμισαν ότι η εργασία εγείρει σοβαρά ζητήματα βιοασφάλειας και βιοπροστασίας, συνιστώντας σε όσους σχεδιάζουν γονιδιώματα να συμβουλεύονται ειδικούς ασφαλείας.

Σε συνοδευτικό άρθρο στο Science, το οποίο επικαλείται ο Guardian, οι Tom Inglesby και Moritz Hanke (Πανεπιστήμιο Johns Hopkins) προειδοποίησαν: «Η ικανότητα σύνθεσης ιικών γονιδιωμάτων, μέσω παραγωγικής AI, είναι πλέον πραγματικότητα, όμως το θεσμικό πλαίσιο για την ασφαλή διαχείρισή της απουσιάζει».

Τα όρια και οι πραγματικές απειλές

Παρά την επιτυχία οι ειδικοί σημειώνουν ότι οι βακτηριοφάγοι διαθέτουν εξαιρετικά μικρά και απλά γονιδιώματα. Ο καθηγητής Tom Ellis (Imperial College London) τόνισε ότι η δημιουργία πιο σύνθετων οργανισμών παραμένει δύσκολη, ενώ πρόσθεσε πως ο μεγαλύτερος άμεσος κίνδυνος δεν είναι η AI, αλλά η εργαστηριακή τροποποίηση υπαρχόντων επικίνδυνων παθογόνων.

Τέλος, η Δρ Filippa Lentzos (King’s College London) υπογράμμισε την ανάγκη για μια πολυεπίπεδη προστασία, που θα περιλαμβάνει αυστηρούς ελέγχους τόσο στην ανάπτυξη των μοντέλων AI όσο και στο στάδιο της εργαστηριακής σύνθεσης του DNA.

ΠΗΓΗ: www.tovima.gr

Τεχνητά κύτταρα που μιμούνται τα ζωντανά

Τα συνθετικά κύτταρα βοηθούν τους επιστήμονες να κατανοήσουν τι είναι και τι δεν είναι απαραίτητο για τη ζωή. Η κατανόηση των συνδέσεων και των μηχανισμών της ζωής θα μπορούσε να βοηθήσει την ιατρική έρευνα, την εξερεύνηση του Διαστήματος και άλλους τομείς.

Ερευνητές κατασκεύασαν το SpudCell, ανοίγοντας δρόμο για τη συνθετική βιολογία και τη ζωή από το μηδέν

Το SpudCell είναι ένα συνθετικό κύτταρο που κατασκευάστηκε από επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Μινεσότας στις ΗΠΑ. Δημιουργήθηκε σε εργαστήριο από χημικές ουσίες, αλλά είναι ικανό να εκτελέσει πολλές από τις ίδιες λειτουργίες με ένα ζωντανό κύτταρο. Τρέφεται, αναπτύσσεται και αναπαράγεται, μεταβιβάζοντας το γενετικό υλικό του στις μελλοντικές γενιές.

Αν και δεν είναι το πρώτο συνθετικό κύτταρο που δημιουργήθηκε ποτέ, το SpudCell είναι το πρώτο που ολοκληρώνει έναν πλήρη κύκλο ζωής –από τη γέννηση έως τη διαίρεσή του σε κύτταρα επόμενης γενιάς– καθώς δημιουργήθηκε από «τα κάτω προς τα πάνω» χρησιμοποιώντας εργαστηριακές χημικές ουσίες. Πρόκειται για μια απλοποιημένη εκδοχή της δομής ενός ζωντανού κυττάρου, αποκαλύπτοντας τα βασικά γενετικά και δομικά συστατικά απαραίτητα για τις λειτουργίες της ζωής.

«Το SpudCell, αν και συχνά μιμείται τη συμπεριφορά ενός ζωντανού οργανισμού, ωστόσο είναι πολύ πιο απλοϊκό από ένα φυσικό κύτταρο και συναρμολογήθηκε κομμάτι κομμάτι», ανέφεραν οι ερευνητές.

Δεν είναι αύταρκες

Σε αντίθεση με τα περισσότερα φυσικά κύτταρα, το SpudCell δεν είναι αύταρκες. Καθώς αδυνατεί να παραγάγει τα δικά του ριβοσώματα –τα μέρη δηλαδή του κυττάρου που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή νέων πρωτεϊνών– οι επιστήμονες πρέπει να το τρέφουν με πρωτεΐνες και ένζυμα, με κάθε γενεαλογική γραμμή να διαρκεί μόνο πέντε έως δέκα γενιές.

Καθώς αδυνατούν να παραγάγουν τα δικά τους ριβοσώματα, οι επιστήμονες τα τρέφουν με πρωτεΐνες και ένζυμα ώστε να αναπτύσσονται και να αναπαράγονται.

Επιπλέον, το γονιδίωμα του εν λόγω συνθετικού κυττάρου είναι μικρότερο από τα περισσότερα ζωντανά κύτταρα. Περιέχει μόνο 90.000 ζεύγη βάσεων, σε σύγκριση με τα 3 δισ. ενός ανθρώπινου κυττάρου, και οι γενετικές πληροφορίες του χωρίζονται σε επτά μόρια DNA αντί να ενοποιούνται σε ένα. Αυτός ο κατακερματισμός σημαίνει ότι το σημαντικό γενετικό υλικό δεν μεταβιβάζεται πάντα πλήρως στην επόμενη γενιά κυττάρων.

Παρόλο που το SpudCell είναι μια νέα εξέλιξη, βασίζεται σε δεκαετίες έρευνας πάνω σε αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν «minimal cells» (σ.σ. κύτταρα ελάχιστης σύστασης). Πρόκειται για συνθετικά κύτταρα που περιέχουν μόνο την πιο βασική γενετική και δομική «αρχιτεκτονική» που απαιτείται για την εκτέλεση των λειτουργιών της ζωής.

Τα συνθετικά κύτταρα βοηθούν τους ερευνητές να κατανοήσουν πλήρως τις βασικές λειτουργίες ενός ζωντανού κυττάρου – τι είναι και τι δεν είναι απαραίτητο για τη ζωή. Η πρόοδος στην κατανόηση των συνδέσεων και των μηχανισμών της ζωής θα μπορούσε, με τη σειρά της, να βοηθήσει την ιατρική έρευνα, την εξερεύνηση του Διαστήματος και πολλούς άλλους τομείς μελέτης.

Υπάρχουν άλλα συνθετικά, αλλά όμοια με ζωντανά, κύτταρα; Για πάνω από έναν αιώνα, οι επιστήμονες προσπαθούν να μιμηθούν τις διαδικασίες της ζωής.

Το πρώτο τεχνητό «κύτταρο» στον κόσμο δημιουργήθηκε το 1957 από τον Καναδό φυσικό Τόμας Τσανγκ. Αν και αυτή η πρώτη προσπάθεια δεν λειτούργησε όπως τα βιολογικά κύτταρα, άνοιξε τον δρόμο για ιατρικές καινοτομίες που βασίζονταν στη μεταφορά βιολογικών υλικών μέσα στο σώμα. Από τότε ο τομέας της συνθετικής βιολογίας έχει ακμάσει.

Δημιουργούνται από χημικές ουσίες, αλλά μπορούν να λειτουργούν όπως τα φυσικά και να μεταβιβάζουν το DNA τους στις μελλοντικές γενιές.

Το 2010, ερευνητές στο Ινστιτούτο Γονιδιωματικής Ερευνας J. Craig Venter (JCVI), το οποίο διαθέτει εγκαταστάσεις στην Καλιφόρνια και στο Μέριλαντ των ΗΠΑ, δημιούργησαν «κύτταρα ελάχιστης σύστασης» που είχαν συνθετικό γονιδίωμα και μπορούσαν να διαιρεθούν μόνα τους. Τώρα, το SpudCell χαράσσει μια νέα πορεία για τη συνθετική βιολογία.

Σημαντική πρόοδος

«Η ομάδα της Κέιτ Ανταμάλα σχεδίασε και κατασκεύασε ένα μη ζωντανό συνθετικό κύτταρο που είναι πολύ πιο κοντά στο να είναι “ζωντανό” από οποιοδήποτε παράγεται στο πεδίο των συνθετικών κυττάρων», δήλωσε ο Τζον Γκλας, ο οποίος ηγείται της έρευνας για τα συνθετικά κύτταρα στο Ινστιτούτο J. Craig Venter.

Πρόκειται για σημαντική πρόοδο, αλλά οι ερευνητές πίσω από την έρευνα του SpudCell σημειώνουν ότι υπάρχει ακόμη πολλή δουλειά που πρέπει να γίνει. Ως επόμενο βήμα, οι ερευνητές ελπίζουν να δημιουργήσουν γενετικές οδηγίες για την κατασκευή ριβοσωμάτων, έτσι ώστε οι μελλοντικές εκδόσεις του συνθετικού κυττάρου να μη χρειάζεται να δανείζονται ριβοσώματα από ζωντανά κύτταρα – κάτι που περιορίζει την αναπαραγωγική ικανότητα του SpudCell σε μόλις πέντε έως δέκα γενιές.

Οι ερευνητές ελπίζουν επίσης να φέρουν τη λειτουργία του πιο κοντά στα φυσικά κύτταρα, βελτιώνοντας την ικανότητά του να μεταδίδει πλήρεις γενετικές πληροφορίες στις μελλοντικές γενιές και μειώνοντας την εξάρτησή του από την πλούσια σε ένζυμα «τροφή» που παρέχουν οι ερευνητές.

Αυτός ο νέος τρόπος δημιουργίας συνθετικών κυττάρων ανασύρει χρόνιες ανησυχίες σχετικά με την ηθική και την ασφάλεια των τεχνητών ζωντανών οργανισμών. Οι ειδικοί στη βιοασφάλεια υποστηρίζουν ότι το SpudCell και παρόμοια πρότζεκτ τεχνητών κυττάρων δεν αποτελούν άμεσες απειλές.

ΠΗΓΗ: www.kathimerini.gr

Αλκμαίων ο Κροτωνιάτης: Ο γιατρός-φιλόσοφος που έβαλε τον εγκέφαλο στο κέντρο της σκέψης

 

Χάλκινο μετάλλιο (1832) με την προτομή του Αλκμαίωνα του Κροτωνιάτη, φιλοσόφου και ιατρού της αρχαίας Ελλάδας.

Αλκμαίων ο Κροτωνιάτης: Ο πρωτοπόρος που ένωσε φιλοσοφία και ιατρική

Ο Αλκμαίων ο Κροτωνιάτης (5ος αιώνας π.Χ.) υπήρξε από τους πρώτους Έλληνες στοχαστές που συνέδεσαν τη φυσική φιλοσοφία με την ιατρική πράξη. Πριν ακόμη ακουστούν ονόματα όπως ο Ιπποκράτης ή ο Αριστοτέλης, εκείνος έθεσε τα θεμέλια για τη λογική μελέτη της υγείας, της νόσου και της ανθρώπινης ύπαρξης.

Ποιος ήταν ο Αλκμαίων ο Κροτωνιάτης;

Ο Αλκμαίων γεννήθηκε στον Κρότωνα, μια ελληνική πόλη της Κάτω Ιταλίας γνωστή για τη σχολή ιατρικής και τις φιλοσοφικές της παραδόσεις. Παρότι επηρεάστηκε από τους Πυθαγόρειους, δεν περιορίστηκε στα δόγματά τους. Επέλεξε έναν ανεξάρτητο δρόμο, στηριγμένο στην παρατήρηση και τη λογική, για να μελετήσει το ανθρώπινο σώμα και τη νόηση.

Τα έργα του χάθηκαν σχεδόν ολοκληρωτικά. Σώζονται μόνο αποσπάσματα μέσα από κείμενα του Αριστοτέλη, του Θεόφραστου και του Γαληνού. Ακόμη κι αυτά όμως αποδεικνύουν το πρωτοποριακό του πνεύμα.

Πώς όριζε την υγεία και την αρρώστια;

Ο Αλκμαίων υποστήριξε ότι η υγεία είναι αποτέλεσμα ισορροπίας (ἰσονομία) ανάμεσα σε αντίθετες δυνάμεις: το θερμό και το ψυχρό, το ξηρό και το υγρό, το πικρό και το γλυκό. Η νόσος εμφανίζεται όταν μία από αυτές υπερισχύσει.

Με αυτόν τον τρόπο, ο Αλκμαίων έσπασε το παραδοσιακό θρησκευτικό πλαίσιο που απέδιδε την ασθένεια στους θεούς. Την αντιμετώπισε ως φυσική διαταραχή που μπορεί να μελετηθεί και να θεραπευτεί. Η ιδέα αυτή επηρέασε βαθιά την ιπποκρατική ιατρική και οδήγησε στη θεωρία των χυμών.

Τοιχογραφία με τον Ιπποκράτη και άλλες μορφές της αρχαίας Ελλάδας, έργο του 19ου αιώνα.

Γιατί θεωρείται πρόδρομος της νευροφυσιολογίας;

Ένα από τα πιο τολμηρά βήματα του Αλκμαίωνα ήταν η άποψη ότι ο εγκέφαλος –και όχι η καρδιά– είναι το κέντρο της σκέψης και των αισθήσεων. Μέσα από ανατομές, παρατήρησε ότι η όραση και οι αισθήσεις εξαρτώνται από συνδέσεις που φτάνουν στον εγκέφαλο. Πρόκειται για πρώιμη αναγνώριση των οπτικών νεύρων.

Αυτή η θέση αμφισβήτησε την καθιερωμένη πεποίθηση ότι η ψυχή και τα συναισθήματα βρίσκονται στην καρδιά. Ο Αλκμαίων άνοιξε τον δρόμο για τους μεταγενέστερους, όπως τον Ηρόφιλο, τον Γαληνό και τελικά τη σύγχρονη νευροεπιστήμη.

Τι πίστευε για την ψυχή;

Ο Αλκμαίων συνέδεσε την αθανασία της ψυχής με την αδιάκοπη κίνηση. Την παρομοίασε με τα ουράνια σώματα, τα οποία κινούνται αέναα. Έτσι προσπάθησε να συνδέσει την ανθρώπινη ύπαρξη με την κοσμική τάξη. Αν και η προσέγγισή του ήταν περισσότερο συμβολική, έδειχνε την επιθυμία του να εξηγήσει τον άνθρωπο μέσα από τη φύση και όχι το υπερφυσικό.

Ποια ήταν η επιρροή του;

Παρά το γεγονός ότι ο Ιπποκράτης και ο Γαληνός έλαβαν περισσότερη φήμη, ο Αλκμαίων άφησε σημαντική κληρονομιά. Ο Αριστοτέλης συζήτησε τις θεωρίες του για τις αισθήσεις και την ψυχή, ενώ οι ιπποκρατικοί γιατροί υιοθέτησαν την έννοια της ισορροπίας. Ο Γαληνός τον αναγνώρισε ως έναν από τους πρώτους που έδωσαν έμφαση στην ανατομία και τη φυσιολογία.

Ο Αλκμαίων έμεινε δύσκολο να καταταχθεί: ήταν γιατρός ή φιλόσοφος; Στην πραγματικότητα ήταν και τα δύο. Και ακριβώς εκεί έγκειται η σημασία του: έδειξε ότι η κατανόηση της υγείας απαιτεί και εμπειρική παρατήρηση και φιλοσοφική σκέψη.

ΠΗΓΗ

Επιστήμονες επανέφεραν για πρώτη φορά δραστηριότητα σε κατεψυγμένους εγκεφάλους ποντικών

  

Tο διαστημόπλοιο «Avalon» στην ταινία επιστημονικής φαντασίας Passengers (2016) μεταφέρει 5.000 επιβάτες σε έναν εξωπλανήτη με το διαστρικό ταξίδι να διαρκεί 120 χρόνια. Οι επιβάτες του διαστημοπλοίου βρίσκονται σε κάψουλες κρυονικής ύπνωσης.

Μπορεί ο «κρυο-ύπνος» να κινείται στην σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας, αλλά οι ερευνητές πλησιάζουν όλο και περισσότερο στην αποκατάσταση της εγκεφαλικής λειτουργίας μετά από βαθιά κατάψυξη.

Ένα οικείο μοτίβο της επιστημονικής φαντασίας είναι η βαθιά κατάψυξη του αστροναύτη: το σώμα του βρίσκεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (έως -196 ^οC) και σε αναστολή ζωτικών λειτουργιών, για να αποψυχθεί και να αφυπνιστεί δεκαετίες ή αιώνες αργότερα, έχοντας όλες τις νοητικές και σωματικές του ικανότητες άθικτες.

Οι ερευνητές που επιχειρούν την κρυονική κατάψυξη και απόψυξη εγκεφαλικού ιστού από ανθρώπους και άλλα ζώα – κυρίως νεαρά σπονδυλωτά – έχουν ήδη δείξει ότι ο νευρωνικός ιστός μπορεί να επιβιώσει από την κατάψυξη σε κυτταρικό επίπεδο και, μετά την απόψυξη, να λειτουργήσει σε κάποιο βαθμό. Ωστόσο, δεν έχει καταστεί δυνατό να αποκατασταθούν πλήρως οι διαδικασίες που είναι απαραίτητες για την ορθή λειτουργία του εγκεφάλου – όπως η πυροδότηση των νευρώνων, ο κυτταρικός μεταβολισμός και η πλαστικότητα του εγκεφάλου.

Μια ερευνητική ομάδα στη Γερμανία έχει πλέον επιδείξει μια μέθοδο κρυοσυντήρησης και απόψυξης εγκεφάλων ποντικού, η οποία αφήνει άθικτο ένα μέρος αυτής της λειτουργικότητας. Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στις 3 Μαρτίου στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), περιγράφει λεπτομερώς τη χρήση μιας μεθόδου που ονομάζεται υαλοποίηση (vitrification), η οποία διατηρεί τον ιστό σε μια υαλώδη κατάσταση, σε συνδυασμό με μια διαδικασία απόψυξης που διατηρεί τον ιστό ζωντανό.

«Αν η λειτουργία του εγκεφάλου είναι μια αναδυόμενη ιδιότητα της φυσικής του δομής, πώς μπορούμε να την ανακτήσουμε μετά από μια πλήρη διακοπή λειτουργίας;» αναρωτιέται ο Alexander German, νευρολόγος στο Πανεπιστήμιο Έρλανγκεν-Νυρεμβέργης στη Γερμανία και κύριος συγγραφέας της μελέτης. Τα ευρήματα, σημειώνει, δείχνουν την πιθανότητα να μπορέσουμε μια μέρα να προστατεύσουμε τον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια ασθενειών ή μετά από σοβαρούς τραυματισμούς, να δημιουργήσουμε τράπεζες οργάνων ή ακόμη και να επιτύχουμε κρυοσυντήρηση ολόκληρου του σώματος σε θηλαστικά.

Ο Mrityunjay Kothari, ερευνητής μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο του Νιου Χάμσαϊρ στο Ντάραμ, συμφωνεί ότι η μελέτη προάγει την τρέχουσα τεχνογνωσία στην κρυοσυντήρηση εγκεφαλικού ιστού. «Αυτό το είδος προόδου είναι που μετατρέπει σταδιακά την επιστημονική φαντασία σε επιστημονική δυνατότητα», αναφέρει. Ωστόσο, προσθέτει ότι εφαρμογές όπως η μακροπρόθεσμη αποθήκευση μεγάλων οργάνων ή θηλαστικών παραμένουν πολύ πέρα από τις τρέχουσες δυνατότητες της μελέτης.

Συντήρηση για το μέλλον
Ο κύριος λόγος που ο εγκέφαλος δυσκολεύεται να ανακάμψει πλήρως από την κατάψυξη είναι η βλάβη που προκαλείται από τον σχηματισμό κρυστάλλων πάγου. Αυτοί εκτοπίζουν ή τρυπούν την ευαίσθητη νανοδομή του ιστού, διαταράσσοντας βασικές κυτταρικές διεργασίες. «Πέρα από τον πάγο, πρέπει να λάβουμε υπόψη αρκετές ακόμη παραμέτρους, όπως το οσμωτικό στρες και την τοξικότητα που προκαλούν τα κρυοπροστατευτικά», λέει ο German.

Ο German και οι συνεργάτες του στράφηκαν σε μια μέθοδο κρυοσυντήρησης χωρίς πάγο που ονομάζεται υαλοποίηση, σε μια προσπάθεια να διατηρήσουν τη λειτουργία του εγκεφάλου. Η υαλοποίηση ψύχει τα υγρά αρκετά γρήγορα ώστε να παγιδεύει τα μόρια σε μια ανοργάνωτη, υαλώδη κατάσταση, προτού προλάβουν να σχηματίσουν κρυστάλλους πάγου. «Θέλαμε να δούμε αν η λειτουργικότητα θα μπορούσε να επανεκκινήσει μετά την πλήρη παύση της μοριακής κινητικότητας στην υαλώδη κατάσταση», εξηγεί ο German.

Αρχικά δοκίμασαν τη μέθοδό τους σε τομές εγκεφάλου ποντικού πάχους 350 μικρομέτρων, οι οποίες περιλάμβαναν τον ιππόκαμπο – ένα βασικό κέντρο του εγκεφάλου για την μνήμη και την χωρική πλοήγηση. Οι τομές του εγκεφάλου υποβλήθηκαν σε προεπεξεργασία σε ένα διάλυμα που περιείχε χημικές ουσίες κρυοσυντήρησης, πριν ψυχθούν ταχύτατα με υγρό άζωτο στους -196 °C. Στη συνέχεια, διατηρήθηκαν σε καταψύκτη στους -150 °C σε υαλώδη κατάσταση για χρονικό διάστημα από δέκα λεπτά έως επτά ημέρες.

Μετά την απόψυξη των τομών σε θερμά διαλύματα, η ομάδα ανέλυσε τον ιστό για να διαπιστώσει αν είχε διατηρήσει κάποια λειτουργική δραστηριότητα. Η μικροσκοπία έδειξε ότι οι μεμβράνες των νευρώνων και των συνάψεων ήταν άθικτες, και οι έλεγχοι για τη μιτοχονδριακή δραστηριότητα δεν αποκάλυψαν καμία μεταβολική βλάβη. Οι ηλεκτρικές καταγραφές των νευρώνων έδειξαν ότι, παρά τις μέτριες αποκλίσεις σε σύγκριση με τα κύτταρα ελέγχου, οι αντιδράσεις των νευρώνων στα ηλεκτρικά ερεθίσματα ήταν σχεδόν φυσιολογικές.

Οι νευρωνικές οδοί του ιππόκαμπου εξακολουθούσαν να εμφανίζουν τη συναπτική ενίσχυση ή «μακρόχρονη ενδυνάμωση» που αποτελεί τη βάση της μάθησης και της μνήμης. Ωστόσο, επειδή τέτοιες φέτες αποικοδομούνται φυσικά, οι παρατηρήσεις περιορίστηκαν σε λίγες ώρες.

Η ομάδα κλιμάκωσε την μέθοδο εφαρμόζοντάς την σε ολόκληρο τον εγκέφαλο ποντικού, διατηρώντας τον σε υαλώδη κατάσταση στους -140 °C για έως και οκτώ ημέρες. Ωστόσο, το πρωτόκολλο χρειάστηκε επανειλημμένες τροποποιήσεις για να ελαχιστοποιηθεί η συρρίκνωση του εγκεφάλου και η τοξικότητα από τα κρυοπροστατευτικά.

Όταν οι εγκέφαλοι αποψύχθηκαν, προετοιμάστηκαν τομές και οι καταγραφές από τον ιππόκαμπο επιβεβαίωσαν ότι οι νευρωνικές οδοί – συμπεριλαμβανομένων αυτών του ιππόκαμπου που εμπλέκονται στη μνήμη – είχαν επιβιώσει και μπορούσαν ακόμη να υποστούν μακρόχρονη ενδυνάμωση. Ωστόσο, επειδή οι καταγραφές έγιναν χρησιμοποιώντας τομές εγκεφαλικού ιστού, οι ερευνητές δεν ήταν σε θέση να μετρήσουν εάν οι αναμνήσεις των ζώων είχαν επιβιώσει από την κρυοσυντήρηση.

Παραμένει επιστημονική φαντασία
Ο German και η ομάδα του επεκτείνουν τη μέθοδό τους από τα ποντίκια σε ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό. «Έχουμε ήδη προκαταρκτικά δεδομένα που δείχνουν βιωσιμότητα σε ιστό από ανθρώπινο φλοιό», αναφέρει. Η ομάδα διερευνά επίσης πώς η μέθοδος της υαλοποίησης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την κρυοσυντήρηση ολόκληρων οργάνων, ιδιαίτερα της καρδιάς.

Ωστόσο, ο Kothari επισημαίνει ότι το ποσοστό επιτυχίας ήταν χαμηλό για ολόκληρο τον εγκέφαλο και ότι τα αποτελέσματα ενδέχεται να μην μεταφράζονται άμεσα σε μεγαλύτερα ανθρώπινα όργανα, τα οποία παρουσιάζουν άλλου είδους προκλήσεις. «Ορισμένες από αυτές τις προκλήσεις σχετίζονται με τους περιορισμούς στην μεταφορά θερμότητας και τις υψηλότερες θερμομηχανικές καταπονήσεις που μπορεί να προκαλέσουν ρωγμές», σημειώνει ο Kothari.

Ο German προσθέτει ότι «θα χρειαστούν καλύτερα διαλύματα υαλοποίησης, καθώς και τεχνολογίες ψύξης και επαναθέρμανσης, προτού αυτές οι αρχές μπορέσουν να εφαρμοστούν σε μεγάλα ανθρώπινα όργανα».

Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: Scientists revive activity in frozen mouse brains for the first time –
https://www.scientificamerican.com/article/scientists-revive-activity-in-frozen-mouse-brains-for-the-first-time/

ΠΗΓΗ

Η επανάσταση της νευροτεχνολογίας

  

Καθώς η διασύνδεση ανθρώπινου εγκεφάλου και ηλεκτρονικού υπολογιστή βρίσκεται προ των πυλών υποσχόμενη θαυματουργές θεραπείες, μια νέα βιομηχανία γεννιέται εγείροντας ηθικά και νομικά ζητήματα.

«Ο Κέις ήταν είκοσι τεσσάρων ετών. Στα είκοσι δύο του ήταν ήδη κάουμποϊ, ένας από τους καλύτερους κλέφτες της Παροικίας. […] Δούλευε σε συνεχή υπερδιέγερση […], συνδεδεμένος σε μια κονσόλα του ηλεκτροσύμπαντος, που εκτόξευε την άυλη συνείδησή του στην τεχνητή παραίσθηση της μήτρας».

Το 1984, ο «Νευρομάντης» του Γουίλιαμ Γκίμπσον, το αρχετυπικό μυθιστόρημα του κυβερνοπάνκ, είχε ως πρωταγωνιστή του έναν «κάουμποϊ του ηλεκτροσύμπαντος» που, όπως όλοι οι όμοιοί του, συνδεόταν στο Διαδίκτυο απευθείας από το νευρικό του σύστημα για να αναζητήσει την επιβίωση, τη δράση, το χρήμα σε έναν δυστοπικό κόσμο εμφυτευμάτων, νευρολογικών επανασυνδέσεων, μικροβιονικών συστημάτων, όπου τα όρια ανάμεσα στον άνθρωπο, τη μηχανή και την Τεχνητή Νοημοσύνη, αν και ορίζονταν από τη νομοθεσία, γίνονταν πλέον δυσδιάκριτα.

Φουτουριστικό, ελεγειακό, απαισιόδοξο, το όραμα του Γκίμπσον φάνταζε πολύ μακρινό τότε – και πολύ κοντινό σήμερα. Μετά το Internet, την εικονική πραγματικότητα, την Τεχνητή Νοημοσύνη, στο προσκήνιο έρχεται η νευροτεχνολογία, η οποία υπόσχεται την ανάκτηση των αισθήσεών τους σε ασθενείς που έχουν χάσει τη χρήση τους και εγείρει ζητήματα ηθικής και δικαίου ως προς την πρόσβαση στον ανθρώπινο νου.

Η επέμβαση στο μυαλό μέσω τηλεπάθειας, καταναγκασμού, ψυχιατρικών τεχνικών διατρέχει τη λογοτεχνία επιστημονικής φαντασίας και τους φόβους του 20ού αιώνα από την εποχή που ο Τζορτζ  Όργουελ έγραφε το «1984» και ο επικεφαλής της CIA, Άλεν Ντάλες, δημιουργούσε το μυστικό πρόγραμμα «πλύσης εγκεφάλου» MK-Ultra ως αντίβαρο σε αντίστοιχες σοβιετικές απόπειρες.

Η διασύνδεση όμως εγκεφάλου – υπολογιστή (Brain – Computer Interface), όπως ονομάζεται το σύνολο των πρακτικών της εφαρμοσμένης νευροεπιστήμης, χρονολογείται τυπικά από το 1998, όταν ο νευρολόγος Φίλιπ Κένεντι του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Τζόρτζια χρησιμοποίησε ένα εμφύτευμα που επέτρεψε στον παράλυτο εξαιτίας εγκεφαλικού επεισοδίου Τζόνι Ρέι να γράφει λέξεις σε μια οθόνη μόνο με τις σκέψεις του. Τρεις δεκαετίες μετά, οι επίγονοι του λεγόμενου «πατέρα των σάιμποργκ» βρίσκονται στα πρόθυρα της επίτευξης θαυματουργών θεραπειών.

Οι πρωτοπόρες εταιρείες

Ο Μαξ Χόντακ, ειδικός στη βιοϊατρική μηχανική, ιδρυτής της εταιρείας Science Corp. και δημιουργός του τσιπ Prima, ενός κυκλώματος μεγέθους 2×2 χιλιοστών που διαθέτει 400 εξαγωνικά ηλεκτρόδια και τοποθετείται στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού, φιλοδοξεί να πετύχει με αυτό την ίαση της εκφύλισης ωχράς κηλίδας, χρόνιας πάθησης που προκαλεί προοδευτική απώλεια της κεντρικής όρασης και πλήττει 200 εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως.

Συνδέοντας το Prima με ένα εξειδικευμένο ζευγάρι γυαλιών που διαθέτουν κάμερα, οι εικόνες του περιβάλλοντος φθάνουν κατευθείαν στο οπτικό νεύρο και από εκεί στον εγκέφαλο. Με τον τρόπο αυτόν η 87χρονη πρώην δασκάλα Αλίς Σαρτόν και περισσότεροι από 20 άλλοι ασθενείς έχουν αποκτήσει και πάλι (εν μέρει) την όρασή τους.

Η προσέγγιση του νευροχειρουργού του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Φρανσίσκο Έντουαρντ Τσανγκ είναι κατά τι διαφορετική. Η δική του εταιρεία Echo Neurotechnologies έχει κατασκευάσει µια συσκευή «νευροπρόσθεσης», η οποία επιτρέπει σε έναν παράλυτο άνδρα χωρίς δυνατότητα ομιλίας να μετατρέπει τις σκέψεις του σε λέξεις πάνω σε μια οθόνη. Από το 2023 η βελτιωμένη εκδοχή του συστήματος περιλαμβάνει συνθετητή φωνής και ένα άβαταρ προσώπου που συνοδεύει τις έννοιες με εκφράσεις.

Για την απόδοση των εντολών του εγκεφάλου με όρους γλώσσας το πρωτότυπο του Έντουαρντ Τσανγκ εκμεταλλεύεται την πρόοδο της Τεχνητής Νοημοσύνης, συγκεκριμένα των μεγάλων γλωσσικών μοντέλων: «Δεν αποκωδικοποιούμε απλώς μεμονωμένες λέξεις, αλλά την πιθανότητα κάθε συγκεκριμένης λέξης» έλεγε ο ίδιος τον περασμένο Νοέμβριο στον Τζέφρι Κλούγκερ του περιοδικού «Time».

Η Neuralink αποτελεί μια τρίτη ενδεικτική περίπτωση. Όχι τόσο λόγω της διακριτής επιστημονικής της κατεύθυνσης – αν και είναι πιθανώς η πιο γνωστή από όλες της επιχειρήσεις νευροτεχνολογίας –, αλλά εξαιτίας της ιδιοκτησίας της από τον Ιλον Μασκ.

Σε μία από τις γνωστές παρεμβατικές στιγμές του, τον Νοέμβριο του 2022, ο μεγιστάνας της big tech αποφάσισε ότι, ύστερα από έξι χρόνια ύπαρξης, ο ρυθμός προόδου της εταιρείας δεν τον ικανοποιούσε – και μπορεί μια μαϊμού που παίζει Pong χάρη σε ένα τσιπάκι εμφυτευμένο στον εγκέφαλό της να είχε προσελκύσει βλέμματα και views στο YouTube, δεν αρκούσε όμως για το μεγαλόπνοο όραμά του ως προς τη μεταμόρφωση της ανθρωπότητας.

Το πρόβλημά του δεν ήταν η ποιότητα της έρευνας, ήταν το μάρκετινγκ: «Παιδιά, είναι λίγο δύσκολο να εξηγήσουμε αυτό το πράγμα στον κόσμο με τρόπο που να τους φανεί συναρπαστικό» ήταν η αποστροφή του, σύμφωνα με όσα γράφει ο Γουόλτερ Αϊζακσον στο «Elon Musk – Η επίσημη βιογραφία» (εκδ. Κλειδάριθμος, 2023).

Αν όμως η τεχνολογία βοηθούσε παραπληγικούς ή τετραπληγικούς ασθενείς να ανακτήσουν τον έλεγχο των αισθήσεών τους; «Αν κάποιος σε αναπηρική καρέκλα καταφέρει να περπατήσει και πάλι, τότε ο κόσμος θα το πιάσει αμέσως. […] Είναι μια ιδέα που μιλάει στην ψυχή, κάτι τολμηρό, ρε γαμώτο. Κάτι καλό».

Το αποτέλεσμα ήταν η εταιρεία να εκπονήσει το πρόγραμμα Prime, κατά το οποίο τετραπληγικοί, ηλικίας 22 ετών και άνω, αποδέχονται να τοποθετηθεί στον εγκέφαλό τους ένα τσιπ με 1.024 ηλεκτρόδια, μεγέθους περίπου όσο το νόμισμα του ενός ευρώ, για μια περίοδο έως έξι χρόνια. Χάρη σε αυτό, ο 29χρονος Νόλαντ Αρμπο, ο πρώτος ασθενής που εντάχθηκε στο πρόγραμμα, μπορεί σήμερα να χρησιμοποιεί με νοητικές εντολές μια οθόνη για να παίξει παιχνίδια, να διαβάσει ή να επικοινωνήσει.

Οι παραπάνω περιπτώσεις μπορεί να επεκτείνουν ήδη τον ορίζοντα της ιατρικής σε απροσπέλαστα ως τώρα πεδία, αν πιστέψει όμως κανείς τους πρωτοπόρους τους, οι στόχοι είναι πολύ πιο φιλόδοξοι: η μόνιμη υπέρβαση των συνεπειών των εγκεφαλικών επεισοδίων ή εκφυλιστικών νευροκινητικών ασθενειών, όπως η πλάγια μυοτροφική σκλήρυνση. Μιλώντας στο «Time», o Μαξ Χόντακ περιέγραψε ένα επόμενο στάδιο της έρευνας, το «βιο-υβριδικό μοντέλο».

Σε αυτό, το τσιπ που θα εμφυτεύεται στον εγκέφαλο θα διαθέτει βλαστοκύτταρα τα οποία, με τη σειρά τους, θα ενσωματώνονται στον ιστό συνδεόμενα με τους νευρώνες που ελέγχουν τη σκέψη ή την ομιλία: «Μπορεί να φανταστεί κανείς τη δημιουργία ενός κυκλώματος με 100.000 ηλεκτρόδια τα οποία, συνδεόμενα με το μυαλό, θα έδιναν ένα δισεκατομμύριο συνάψεις». Προφανώς, τέτοιου είδους καινοτομίες δεν κρύβονται πίσω από τη γωνία. Το γεγονός ότι ο Χόντακ επικαλείται την ταινία «Avatar» του Τζέιμς Κάμερον ως παράδειγμα για το τι να περιμένουμε από αυτή την τεχνολογία δίνει μια ιδέα της απόστασης που μένει να διανυθεί.

Η εκκολαπτόμενη βιομηχανία

Όμως, καθώς το χρήμα ποτέ δεν κοιμάται, η αγορά προεξοφλεί από τώρα τη γέννηση μιας νέας βιομηχανίας. Ο Τζέφρι Κλούγκερ έγραφε στο «Time» ότι 680 εταιρείες παγκοσμίως δραστηριοποιούνται σήμερα στον τομέα της τεχνολογίας διασύνδεσης εγκεφάλου – υπολογιστή. Το 2022 ο κύκλος εργασιών τους υπολογιζόταν στα 1,74 δισ. δολάρια και εκτιμάται ότι μέχρι το 2030 θα ανέλθει στα 6,2.

Εξ ου και τα γνωστά μεγάλα ονόματα της Σίλικον Βάλεϊ προσφέρουν ήδη τα κεφάλαιά τους ευελπιστώντας σε μελλοντικά κέρδη: η Λίντα Κίνστλερ έγραφε σε πρόσφατο τεύχος του περιοδικού των «New York Times» ότι ο Σαμ Αλτμαν της OpenAI ίδρυσε φέτος τη δική του σχετική startup (και το όνομα αυτής, Merge Labs), ενώ οι Τζεφ Μπέζος και Μπιλ Γκέιτς έχουν επενδύσει στην ανταγωνίστρια του Ίλον Μασκ, Synchron.

Για να αποκτήσει κανείς μια εικόνα του τιμήματος παρόμοιων συσκευών, αρκεί να ρωτήσει τον Μαξ Χόντακ. Ένα εμφύτευμα της Prima, έλεγε στον Κλούγκερ, θα κοστίζει 100.000 ως 200.000 δολάρια. «Αν και θα θέλαμε το κόστος να είναι το χαμηλότερο δυνατό, η πραγματικότητα είναι πως η τεχνολογία αυτή απαιτεί αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια προκειμένου να εξελιχθεί και να φθάσει στην αγορά» πρόσθεσε.

Ωστόσο, οι επενδυτές δεν προσδοκούν πακτωλό χρημάτων αποκλειστικά από τις ιατρικές χρήσεις. Εξίσου ή και περισσότερο τους ελκύει η δυνητική διάδοση καθημερινών εφαρμογών. Για παράδειγμα, τα εκτός εμπορίου γυαλιά που επινόησε η Ναταλίγια Κοσμίνα, ερευνήτρια του MIT Media Lab και επισκέπτρια ερευνήτρια της Google, τα οποία μέσω αισθητήρων στο δέρμα «μεταφράζουν» την εγκεφαλική δραστηριότητα σε κίνηση μιας μπάλας.

Tα πρωτότυπα ακουστικά AirPods με βιοαισθητήρες που η Apple επινόησε το 2023 και δίνουν τη δυνατότητα παρακολούθησης της δραστηριότητας του εγκεφάλου. Tα έξυπνα γυαλιά που παρουσίασαν τον περασμένο Οκτώβριο η Meta και η Ray-Ban, τα οποία σε συνδυασμό με ένα «νευροπερικάρπιο» παρέχουν στον ιδιοκτήτη τους την ευχέρεια να στέλνει μηνύματα και να πλοηγείται στο Διαδίκτυο με μικρές χειρονομίες (στην, ας πούμε, φιλική τιμή των 799 δολαρίων).

Οι ενστάσεις

Η συνολική εικόνα, βέβαια, είναι πολύ λιγότερο ρόδινη. Από ιατρικής άποψης, όπως τόνιζε ο Έντουαρντ Τσανγκ στο «Time»: «Οι τεχνολογίες αυτές σημαίνουν ένα όχι ασήμαντο ποσοστό ζημιάς στον εγκέφαλο και απώλειας κυττάρων». Υπάρχουν επίσης οι κίνδυνοι των μολύνσεων, εφόσον μιλάμε για καλώδια και ηλεκτρόδια που διαπερνούν το ανθρώπινο δέρμα. Αλλά ακόμη και αν αυτά ξεπεραστούν, μένει να απαντηθεί το μείζον ερώτημα των ηθικών και δεοντολογικών κανόνων της πρόσβασης στον ανθρώπινο νου.

«Αυτό που έρχεται είναι η ενσωμάτωση της Τεχνητής Νοημοσύνης και της νευροτεχνολογίας στις καθημερινές μας συσκευές» έλεγε η καθηγήτρια Δικαίου και Φιλοσοφίας του Πανεπιστημίου Ντιουκ, Νίτα Φαραχάνι, στο περιοδικό των «New York Times». «Βασικά, πρόκειται για απευθείας αλληλεπίδραση εγκεφάλου – Τεχνητής Νοημοσύνης. Όλα αυτά θα είναι πανταχού παρόντα και θα μπορούσαν να σημάνουν ως και την αντικατάσταση, την επεγγραφή του εαυτού μας».

Προς το παρόν, η νομική προστασία που αφορά παρόμοια ζητήματα είναι ελάχιστη – και το προηγούμενο των προσωπικών δεδομένων σε σχέση με την ανάπτυξη των κολοσσών της ψηφιακής τεχνολογίας όχι ιδιαίτερα ενθαρρυντικό. Κάποια κράτη, ωστόσο, έχουν κινηθεί ήδη ως προς το θέμα της «νευροϊδιωτικότητας» (neural privacy). Η Χιλή ψήφισε το 2021 τροποποίηση του Συντάγματος για τη διασφάλιση των «νευρωνικών δικαιωμάτων».

Η ισπανική Βουλή αποδέχθηκε ένα ψήφισμα «ψηφιακών δικαιωμάτων» με στόχο την προστασία της ταυτότητας, της ελευθερίας και της αξιοπρέπειας από τη νευροτεχνολογία. Το 2023 η Ευρωπαϊκή Ένωση υιοθέτησε τη Διακήρυξη του Λεόν, η οποία αναγνωρίζει την προτεραιότητα των δικαιωμάτων σε σχέση με τον νευροτεχνολογικό τομέα.

Στις ΗΠΑ, η Καλιφόρνια, το Κολοράντο, η Μοντάνα και το Κονέκτικατ έχουν περάσει πολιτειακούς νόμους προστασίας νευρωνικών δεδομένων, ενώ τον περασμένο Σεπτέμβριο το πρώτο σχετικό ερώτημα τέθηκε στη Γερουσία. Αν και η πλήρης εφαρμογή της ίδιας της τεχνολογίας είναι μακριά, η κατάχρηση των δεδομένων της δεν είναι, προειδοποιεί η Μακένζι Μάθις της Ομοσπονδιακής Πολυτεχνικής Σχολής της Λωζάννης: «Σε τρία χρόνια θα έχουμε μοντέλα νευρωνικών δεδομένων μεγάλης κλίμακας που οι εταιρείες θα μπορούν να φορτώσουν σε μια συσκευή, σε ροή stream, στο υπολογιστικό νέφος, ώστε να κάνουν προβλέψεις».

Μετά την επέλαση των social media στην κοινωνική ζωή, το επόμενο πεδίο εκχρηματισμού θα είναι ο ανθρώπινος εγκέφαλος.

Μάρκος Καρασαρίνης

ΠΗΓΗ: www.tovima.gr