Владимир Лазаревич Зельман, профессор Сколтеха, выдающийся специалист в области изучения человеческого мозга, заведующий отделением анестезиологии и реаниматологии Университета Южной Калифорнии (USC), почетный член Российской академии медицинских наук, иностранный член Российской академии наук рассказал о проекте ENIGMA, в котором, в том числе, принимает участие Сколковский институт науки и технологий.

Владимир Лазаревич, расскажите, пожалуйста о проекте ENIGMA и о том, как он зародился.

Проект ENIGMA зародился по инициативе доктора Артура Тога и, на тот момент, его аспиранта Пола Томпсона. Сама идея возникла из более широкой задумки этих двух ученных по проведению функциональных магнитно-резонансных исследований мозга, которая появилась около десяти лет назад, когда они работали в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). С помощью магнитно-резонансных исследований они планировали изучать анатомические особенности головного мозга. Затем было принято решение сравнить результат с генетическими особенностями. Так была заложена основа проекта по исследованиям мозга, который потом был расширен до международного уровня. Приблизительно пять лет назад группа Тога-Томпсона перешла в университет, где работаю я, – в Университет Южной Калифорнии (USC), который является одним из самых престижных частных университетов мира.

В настоящее время изучение мозга – одно из наиболее перспективных направлений. Многие международные исследовательские проекты, в том числе и ENIGMA, в течение ближайших 10-15 лет дадут нам ответы на многие вопросы: кто мы? Как работает наш мозг? Почему мы заболеваем? Как это предотвратить? Как обнаружить признаки заболевания на ранней стадии? Как лечить эти заболевания? и др.

Вы сказали, что в перспективе осуществление этого проекта откроет колоссальные новые возможности. Что делается для этого сейчас? Каковы основные направления исследований?

Изначально проект ENIGMA создавался для изучения патологий в неврологии и психиатрии: шизофрении, аутизма, маниакально-депрессивных психозов. Дальше включилось изучение ВИЧ-инфекций, при которых происходят тяжелейшие изменения в мозге. В частности, изучение болезни Альцгеймера – это тяжелейшая патология, число больных стремительно растет; а также болезни Паркинсона и других.

Сейчас мы начинаем изучать и другие виды заболеваний мозга: опухоли и сосудистые патологии. В будущем мы хотим исследовать, как меняется состояние мозга пациентов, перенесших операции на других органах, например, на сердце и при пересадке органов. Кроме того, нас интересует, как влияет на деятельность мозга реанимация, то есть возращение к жизни.

У нас около 100 миллиардов синапсов, 86 миллиардов нейронов, каждый из которых имеет до 10 тысяч взаимосвязей с другими нейронами, благодаря которым сигналы воспринимаются, формируются, анализируются. В итоге мы сознательно воспринимаем раздражители, что-то чувствуем, работает опорно-двигательный аппарат. В проекте мы используем метод функциональной МРТ и составляем генетическую карту мозга человека, посредством чего мы можем изучить огромное число патологий, многие из которых являются для нас большой загадкой.

Кроме того, сегодня развивается направление, связанное с использованием робототехники, мы осуществляем хирургическое вмешательство под эгидой brain-computer interface, то есть нейрокомпьютерного интерфейса (система по обмену информацией между мозгом человека и электронным устройством – ред.). В настоящее время пациенты с диагнозом тетраплегия (паралич четырех конечностей – ред.) могут силой воли заставить свои искусственные руки и ноги работать. Этим мы тоже занимаемся в рамках проекта. Я в своих лекциях в Москве и в других городах мира показывал несколько удачных операций, результатом которых стало то, что больные способны на некоторые самостоятельные действия и уже не нуждаются в круглосуточной помощи. Мы также работаем над тем, чтобы пациенты с болезнью Альцгеймера могли по крайней мере ориентироваться в своей домашней обстановке.

Вообще, мы живем в интереснейшее время, когда процветают так называемые life sciences («науки о жизни», например, биология, медицина, антропология и др. – ред.). Я считаю, что вершина эволюции – это сознание человека, и сегодня мы подбираемся к возможности расшифровать когнитивную функцию мозга и понять, как работает этот сложнейший компьютерный аппарат – человеческий мозг.

Владимир Лазаревич, вы упомянули, что многие патологии в настоящее время являются загадкой. Enigma в переводе с латинского – это же тоже загадка…

Да, слово enigma латинского происхождения, на русский переводится как загадка. Название нашего проекта имеет двойственное значение. Во-первых, то, как работает человеческий мозг само по себе является загадкой, а во-вторых, это аббревиатура, расшифровывающаяся как Enhancing Neuro Imaging Genetics through Meta-Analysis, то есть анализ нейровизуализаци и генетики мозга посредством метаанализа. В проекте исследуется взаимосвязь между анатомическими, функциональными и генетически признаками головного мозга, каким образом это все функционирует, что первично, что вторично. Мы пытаемся определить, где именно возникла «поломка», повлекшая за собой возникновение той или иной патологии. Мы, изучая мозг и порядка ста триллионов его синапсов, уже находим некие интересные взаимосвязи. Но это только начало, ведь количество информации настолько огромно, что, предположительно, в ближайшие 10 лет будут изучены лишь 75 тысяч синапсов – точек передачи информации, а их, как я говорил, сто триллионов. Возможно, мы сможем выделить особенности около тысячи патологических состояний мозга на уровне именно синаптической передачи, где произошла «поломка». Возникновение таких нарушений вероятней всего связано с неполадками в генетической регуляции, которая закладывается с момента зачатия, когда гены начинают координировать и регулировать создание всех наших органов, включая головной мозг. Различные сбои в этом процессе закладывают патологии, то есть заболевания, которыми человек будет страдать в будущем. Это очень сложные процессы, на которые также оказывает влияние эпигенетика.

Тем не менее, мы все в основном здоровы и живем достаточно долго, ведь в организме имеются силы, препятствующие этим отклонениям. Например, существует восстановление ДНК или, если проблема находится за пределами критической массы, происходит самоуничтожение патологической клетки, и, таким образом, не создается патологической ситуации. И так на всех уровнях – и при создании белковых молекул, и при их объединении в органы и ткани, и при их будущей регуляции.

ENIGMA является крайне важным проектом, кроме того, принципиальное значение имеет международное сотрудничество. В силу масштабов исследования, проект нуждается в огромном количестве ученых. Сейчас в проекте участвуют исследователи из более 35 стран мира. Особо хочу отметить наше сотрудничество с Российской Федерацией.

Расскажите, пожалуйста, про сотрудничество с Россией поподробнее…

Еще до того, как исследовательская группа Тога-Томпсона присоединилась к нашему университету, я встретился с профессором Томпсоном и предложил вовлечь в этот проект российских ученых. Около четырех лет назад мы совершили первую поездку в Россией, где выступили с сообщением об этом проекте в Институте нейрохирургии им. Бурденко. Также я предложил ему посетить Новосибирский Академгородок, где имеется огромный потенциал научно-исследовательских институтов. Шесть новосибирских институтов моментально подхватили эту идею, чему мы были очень рады. Мы читали там лекции, проводили переговоры. Но нам также нужна была помощь со стороны ведущих математиков и биоинформатиков России, поэтому у меня возникла идея пригласить к сотрудничеству Александра Петровича Кулешова. Сегодня он является ректором Сколтеха, а до этого возглавлял Институт проблем передачи информации РАН. Я обратился к нему и получил положительный ответ. Александр Петрович инициировал осуществление работы с теми огромными объемами информации, которые у нас накапливаются.

То есть, я, став координатором этого проекта, пригласил к сотрудничеству ученых из России, а также других стран СНГ. Мы надеемся, что они станут нашими постоянным партнерами, потому что база изучения на территории СНГ очень интересна: имеются различные слои населения, популяции, происхождение которых очень разнообразно, поэтому изучение мозга представителей этих популяций представляет большой интерес, тем более, что отношение – очень дружественное. Кроме того, очень важно, что Сколковский институт науки и технологий стал одним из наших главных партнеров. Группа Александра Петровича, возглавившего Сколтех в 2016 году, стала ключевым звеном для работы с нами. Для нас это очень важный факт, так как, повторюсь, нам необходима сильная математическая школа России. Сколтех как раз обладает таким ресурсом.

Какова роль Сколтеха в этом проекте?

Сколтех – это прекрасная идея и успешнейшая часть сколковского проекта. Уже сегодня есть некая критическая масса очень интересных ученых, которые создают научный продукт. Теперь необходимо этот продукт коммерциализировать и начать выводить на поле полезности, создавая финансовые возможности для дальнейшего развития.

Когда меня шесть лет назад пригласили стать членом Консультативного научного совета Фонда “Сколково“, я почувствовал, что у этого проекта есть огромное будущее. Сейчас у Сколтеха есть такой основной партнер, как Массачусетский технологический институт (MIT), но за эти годы я вложил много сил для того, чтобы один из крупнейших университетов США, USC, стал стратегическим партнером для Сколтеха. Сейчас Университет Южной Калифорнии находится на втором месте после MIT по обмену, по взаимным визитам и сотрудничеству со Сколтехом. Ученые Сколтеха все больше и больше вовлекаются в сотрудничество с нашим университетом. Очень интересные взаимоотношения сложились между Сколтехом, Институтом нейрохирургии им. Бурденко, Научным центром здоровья детей РАМН, Институтом неврологии, группой новосибирских институтов. Мы надеемся на сотрудничество с Институтом цитологии и генетики и многими другими научно-исследовательскими институтами. Пытаемся привлечь институты Калининграда и Владивостока – крайних точек РФ. В принципе, Сколковский институт науки и технологий становится своеобразным штабом, координатором.

В 2016 году на базе Сколтеха и Научного центра здоровья детей РАМН прошла конференция, посвященная проекту ENIGMA. Сейчас у нас впереди еще одна конференция, которая возможно пройдет в одном из регионов России или в одной из стран СНГ. Наша задача добиться того, чтобы форум не концентрировался в одном месте и вовлекал как можно больше участников.

Владимир Лазаревич, расскажите о ваших впечатлениях от прошедшей конференции? Каковы ее результаты и итоги?

Я очень доволен результатами конференции. Я переживал, что будет мало заинтересованных, что могут возникнуть организационные проблемы и так далее. Я оказался не прав – конференция в первый день в Центре здоровья детей собрала более 150 человек – врачей, ученых. Было очень много выступлений клиницистов, теоретиков из разных стран – Голландии, Германии, Польши, США и так далее. Я боялся, что на второй день, в Сколтехе, уже не будет такого количества людей. И я снова оказался не прав – вновь пришло порядка 150 человек. Это большой успех. Я знаю, что на конференции обсуждались условия сотрудничества Сколтеха с Институтом неврологии, а с институтом Бурденко уже имеется совместный проект. Все эти группы исследователей объединены совместной идеей, и со временем связи между участниками проекта будут только укрепляться.