Международный форум BIO Tech World 2019: круглый стол «Нейробиология и нейрореабилитация»

 

Встреча в формате круглого стола (слева направо): ректор Сколтеха Александр Кулешов, профессор Дмитрий Цыганов и профессор Чарльз Лью

Встреча в формате круглого стола (слева направо): ректор Сколтеха Александр Кулешов, профессор Дмитрий Цыганов и профессор Чарльз Лью

 

BIO Tech World является одним из крупнейших ежегодных форумов в области биотехнологий. В этом году в рамках форума состоялся круглый стол «Нейробиология и нейрореабилитация» под председательством директора Центра нейрореабилитации Университета Южной Калифорнии профессора Чарльза Лью и представителя Министерства науки и высшего образования Российской Федерации профессора Дмитрия Цыганова. На встрече собрались ведущие российские и зарубежные ученые из самых разных областей науки. Основная цель круглого стола – представить научной общественности Центр нейробиологии и нейрореабилитации (CNBR), созданный в структуре Сколтеха в сентябре 2018 года.

 

Фото: Профессор Дмитрий Цыганов

Фото: Профессор Дмитрий Цыганов

 

Профессор Цыганов отметил:

«Целью круглого стола «Нейробиология и нейрореабилитация» было обсуждение последних достижений ведущих ученых мира в области нейробиологии и нейрореабилитации, а также объединение усилий для решения фундаментальных инженерных проблем в этой области».

Участники круглого стола обсудили новую стратегию, направленную на использование результатов фундаментальных научных исследований для решения конкретных практических задач. Мы попросили профессора Чарльза Лью и научного сотрудника Центра нейрореабилитации и директора Центра лечения патологий мозга Йи Цзиня поделиться своими впечатлениями о прошедшей встрече.

 

Фото: Профессор Филипп Хайтович (Центр нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха)

Фото: Профессор Филипп Хайтович (Центр нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха)

 

Не могли бы Вы поподробнее рассказать о нейрореабилитации и лечении патологий мозга?

Чарльз Лью:

Я хотел бы поговорить о нейрореабилитации. Я уже давно занимаюсь химическими и биотехнологиями, хотя когда-то получил медицинское образование и работал нейрохирургом. Медицину я выбрал потому, что хотел разобраться в проблемах, стоящих перед медицинским сообществом, и попробовать решить их инженерными средствами – ведь именно так человечество всегда решало стоящие перед ним проблемы. Инженерия, суть которой как раз и заключается в разработке технических средств на основе научных принципов, меня тогда очень заинтересовала, и я понял, что именно ей хочу посвятить свою жизнь.

Еще работая нейрохирургом, я понимал, что конечная цель, к которой стремится все сообщество клинических нейробиологов – это восстановление пораженных функций ЦНС. У пациентов с поражениями спинного мозга практически нет шансов на восстановление, в то время как больные, страдающие сердечно-сосудистыми заболеваниями, например, после инфаркта могут полностью восстановиться, а сбросив вес, стать еще здоровее, чем прежде.

Я считал, что проблему восстановления функций нервной системы вполне можно решить при помощи инженерных средств. Что я имею в виду под инженерными средствами? Это может быть все что угодно – инженерная ткань, клетки или другие материалы биологического происхождения. Если взамен отсутствующих конечностей можно использовать ортопедические протезы, то почему для восстановления функций мозга не использовать нейропротезы?

В проектах, над которыми мы работали вместе с Йи Цзинем, применялась концепция нейромодуляции, основанная на использовании избыточности, заложенной в нервной системе человека, а также максимальном использовании живых клеток вместо восстановления мертвых.

Концепция нейрореабилитации появилась совсем недавно, поэтому сейчас мы пока находимся на этапе определения ее основных принципов. По сути, концепция основана на сочетании нескольких подходов – это восстановление пораженных функций нервной системы, включая репаративную регенерацию (регенеративная медицина), нейропротезирование и оптимизация, т.е. максимальное использование избыточности в нервной системе. Совокупность этих трех компонентов и составляет то, что я назвал бы нейрореабилитацией, основанной на инженерных решениях.

 

Йи Цзинь:

Я буду краток. Я рассматриваю эту проблему с позиций логики и собственного профессионального опыта. Получив высшее медицинское образование, я серьезно заинтересовался психиатрией, но очень скоро понял, что если разобраться в работе человеческого мозга нам совсем нетрудно, значит мы и сами не слишком сложны. Иными словами, мы и есть наш мозг. Так я пришел к выводу, что психиатрия сама по себе не в состоянии решить стоящие перед ней проблемы по очень простой причине: в психиатрии не существует четко поставленных вопросов, на которые можно было бы давать ответы. Предположим, пациенту ставят диагноз «шизофрения». У меня возникает вполне логичный вопрос: «А что такое шизофрения?». Создается впечатление, что в психиатрии есть все научно обоснованные ответы, а вот вопросов, столь же четко сформулированных, просто не существует. Полагаю, что диагностика психических расстройств должна основываться не только на физическом понимании того, как наш мозг управляется с потоками энергии и информации, но и на использовании основополагающих научных принципов.

Последние двадцать пять лет я занимаюсь в основном исследованиями в области электрофизиологии, фармакологии и некоторых других областях. В процессе работы я постепенно стал понимать, что современная психиатрия как область медицины находится в строго определенных рамках, за которые выходить нельзя. Тогда я ушел из науки и основал собственную компанию, чтобы зарабатывать деньги и оплачивать работу моей команды. Я считаю, что, прежде всего, нужно понять, какие нарушения происходят в мозге на физическом уровне, а не заниматься классификацией психических заболеваний, как это делается в современной психиатрии. Лечить нужно не болезнь, а мозг. В связи с этим меня в первую очередь интересуют не клинические признаки психического расстройства, а лежащие в его основе процессы, которые происходят в нервной системе человека.

Иначе говоря, мы пытаемся выявить проблему на физическом уровне. Для этой цели я использую алгоритм собственной разработки, при помощи которого импульсы головного мозга  пациента сопоставляются с базой референсных значений с тем, чтобы установить степень отклонения от нормы, а затем, в случае сильного отклонения,  попытаться привести пациента к норме.

Мы установили, что мозг обладает такими же механическими свойствами и работает по тем же принципам, что и любая другая физическая система. Возьмем, к примеру, двигатель внутреннего сгорания. По законам термодинамики, любой автомобиль должен иметь радиатор и охлаждающую жидкость. Наш мозг подчиняется тем же физическим законам, вот только механизм охлаждения у него другой.

Мы также установили, что нейроны очень эффективно способствуют распространению тепла, а такое состояние человека, как тревога, является одним из проявлений перегрева нейронов. На определенных стадиях развития шизофрении также наблюдается сильный «перегрев» мозга по сравнению с  его обычным состоянием, вследствие чего нарушается нормальный процесс кодирования нейронной информации. Как в такой ситуации помочь пациенту? Необходимо замедлить процесс «нагрева» мозга, «охладить» его и тем самым нормализовать информационный процесс. Если мозг, наоборот, слишком «холодный», например, при болезни Альцгеймера или серьезном депрессивном расстройстве, нужно попытаться активизировать метаболизм и кровоснабжение мозга.

 

Чарльз Лью:

Небольшое уточнение: когда Йи Цзинь говорит о «горячем» и «холодном», он имеет в виду не физическую температуру, а энергетическое состояние.

 

Йи Цзинь:

Температура, кстати, тоже играет определенную роль, но она очень незначительна по сравнению с другими факторами, которые мы используем для измерения «горячих» и «холодных» состояний мозга. Здесь речь идет в первую очередь об интенсивности метаболизма.

 

Чарльз Лью:

Яркое («горячее») пятно на изображении позитронно-эмиссионного томографа (PET) – это показатель высокой интенсивности метаболизма, а бледное («холодное») пятно – наоборот, низкой интенсивности.

 

Йи Цзинь:

Шизофрения – это проявление гиперактивности, либо хаотичной активности нейронов. В физике существуют законы сохранения энергии, поэтому если предположить, что ваш организм ведет себя так же, как синусоидальная волна, то происходит сохранение энергии, которая им движет, и метаболизм оказывается на нуле. Если колебания приобретают хаотичный характер, то ваш организм сжигает больше энергии. Это опять же закон физики. У большинства людей, страдающих психическими расстройствами, наблюдается рассинхронизация и беспорядочность этих колебаний, что зачастую приводит к развитию тревожных, панических состояний, маний, шизофрении и т.д. Отталкиваясь от нашей первоначальной идеи, мы разработали метод измерения собственной (т.е. преобладающей) частоты в организме конкретного человека. Генерируемые мозгом импульсы передаются на мощную магнитно-импульсную установку, которая направляет ответные электромагнитные импульсы в мозг, тем самым восстанавливая правильную работу нейронов. Под воздействием такой стимуляции нейроны начинают работать нормально, и пациент приходит в состояние покоя.

 

Чарльз Лью:

Дело в том, что патологические изменения функций мозга лежат в основе целого ряда заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, эпилепсия, депрессия и других. Главное ‒ определить не само заболевание, а функцию мозга, нарушение которой приводит к его возникновению.

 

Какие ключевые проблемы и инновационные решения вам удалось выявить и обсудить на круглом столе?

 

Чарльз Лью:

С нашей точки зрения, круглый стол прошел очень продуктивно ‒ нашими собеседниками были опытные специалисты в своей области, владеющие новейшими медицинскими технологиями. Они являются представителями другой, не совсем привычной для нас научной системы, поэтому общение с ними оказалось для нас особенно познавательным. Наука отчасти сродни музыке: здесь тоже действуют определенные правила, следуя которым можно создавать бесконечное многообразие вариантов. Если вы все время слушаете одну и ту же музыку, а потом вдруг слышите другую, вы  получаете совершенно новые ощущения.

Я убеждаюсь, что характер и тип конечного решения проблемы определяются исходными условиями и предпосылками для его разработки. В Соединенных Штатах, например, в медицине доминирующую роль играют фармацевтические компании, а это означает, что основной акцент делается на поиске новых лекарственных препаратов. Мы видим, что в России влияние фармацевтики не столь сильно, и для лечения психических расстройств используются в основном физические методы (этим в принципе и занимается Йи Цзинь). Но в целом, перед здравоохранением в России стоят те же проблемы, что и в других странах мира.

Мы попытались в общих чертах определить иной подход к решению этих проблем. Над этим вопросом сейчас активно работают ученые во всем мире (и мы в том числе), но, несмотря на все усилия, уровень заболеваемости такими расстройствами как деменция, аутизм, диабет 2 типа, метаболический синдром, продолжает неуклонно расти, и попытки решения этой проблемы в рамках существующих подходов вряд ли приведут к снижению темпов роста заболеваемости. Для того чтобы найти ключ к решению проблемы, необходим принципиально новый подход, позволяющий взглянуть на проблему шире и понять реальную причину роста заболеваемости.

 

Йи Цзинь:

Если сравнить актуальную статистику по заболеваемости деменцией среди пожилых людей с данными пятидесятилетней давности, окажется, что в настоящее время уровень заболеваемости деменцией гораздо выше. На вчерашней встрече отмечалось, что современная наука предлагает множество частных решений, например, для анализа липидного профиля, но пока не может ничего предложить для решения системных проблем, даже на уровне теории. В медицине существует множество узких специалистов, но нельзя забывать, что наш организм ‒ это единая и очень сложная биологическая система, которой свойственны нелинейность, многовариантность и взаимосвязанность, поэтому рассматривать каждую из ее частей по отдельности нельзя: например, сердце нельзя рассматривать отдельно от мозга, конечности отдельно от нервной системы и т.д. Вчера я убедился, что каждый из участников встречи является сильным специалистом в своей области. Думаю, пришло время объединить наши усилия и задуматься о том, как решить проблему в комплексе, а не по частям. Добиться этого можно, лишь объединив  усилия различных ученых и специалистов. Я вижу, что у вас такое объединение уже происходит и всецело поддерживается руководством, а так бывает далеко не везде.

Чарльз Лью:

Думаю, что это во многом является заслугой Владимира Зельмана, который выступал главным инициатором создания в Сколтехе Центра нейробиологии и нейрореабилитации. Центр объединил ключевых участников сотрудничества  по этому направлению, в состав которых вошли Йи Цзинь и я. Возглавляет Центр профессор Фабио Маччарди. Для участия в круглом столе были приглашены специалисты, которые могут помочь в реализации концепции Центра на базе нетрадиционного подхода, заключающегося в максимальном использовании компетенций Сколтеха как технического университета и отказе от исторически сложившихся стереотипных подходов. Взгляд на медицину «со стороны» позволяет избавиться от предвзятых представлений о том, как должно выглядеть искомое решение, и перейти на новые подходы, основанные на экспертизе и знаниях, накопленных в клинической и фундаментальной нейронауке. Центр должен стать исследовательской структурой нового типа, основанной на принципах сотрудничества, интернациональности и мультидисциплинарности. Цель круглого стола, состоявшегося в рамках форума BIO Tech World 2019, заключалась в том, чтобы предоставить всем ключевым участникам сотрудничества возможность поделиться информацией о результатах своей работы.

Форум BIO Tech World проводится уже семнадцать лет. Насколько мне известно, за последние несколько лет были предприняты серьезные усилия по расширению его тематики, да и само понятие биотехнологий в последние годы стало трактоваться значительно шире. В конце 1980-х годов, когда я будучи аспирантом изучал химические технологии, биотехнологии были очень узким научным направлением. В ту пору главное внимание уделялось промышленным биотехнологиям, основанным на использовании бактерий и процессов ферментации для создания промышленных продуктов, а также биомедицинским технологиям. Сейчас к биотехнологиям относят всё, что так или иначе связано  с биологией и биологическими системами, а основной их разновидностью считаются технологии, способные воздействовать на биологические механизмы поведения человека. Например, для того, чтобы убедить человека приобрести ту или иную вещь, активно используется искусственный интеллект. А разве это не биотехнология? Ведь она воздействует прицельно на наш мозг. В сущности, все виды деятельности, которыми занимается человек, можно отнести к той или иной категории биотехнологий, что неоднократно отмечалось в выступлениях участников круглого стола.

CNBR создан совсем недавно, в конце 2018 года. Его цель – поиск инновационных решений в рамках международного сотрудничества. Проведение круглого стола стало очень важным этапом нашего сотрудничества: и нам, и институтам-участникам важно было понять цели и задачи друг друга, с тем чтобы потом сформулировать общие цели, которые лягут в основу конкретной программы работы нового Центра.

 

Фото: Профессор Чарльз Лью (Директор Центра нейрореабилитации Университета Южной Калифорнии)

Фото: Профессор Чарльз Лью (Директор Центра нейрореабилитации Университета Южной Калифорнии)

 

Какие задачи, по Вашему мнению, стоят перед Центром в ближайшие годы?

Чарльз Лью:

В CNBR, благодаря работам его сотрудников – Филиппа Хайтовича, Михаила Беляева и других, уже создан очень серьезный задел. Мы планируем под руководством нашего директора Фабио Маччарди определить основные приоритетные задачи, максимально используя компетенции Сколтеха как технического университета в области компьютерных вычислений, математики, машинного обучения и др., а также найти пути их применения для количественной оценки отдельных аспектов неврологических функций. Еще одним высокоприоритетным проектом (а наша работа будет проводиться на проектной основе) является использование некоторых концепций, разработанных Йи Цзинем. Речь идет об энергетических состояниях мозга и их изменении при помощи магнитных импульсов для лечения деменции, аутизма и других аналогичных расстройств. Эти два проекта определены Центром в качестве главных приоритетов. Наша задача – сделать так, чтобы они были приведены в соответствие с существующими приоритетами CNBR в сфере нейробиологии и нейрогенетики.

 

Фото: Профессор Йи Цзинь (научный сотрудник Центра нейрореабилитации Университета Южной Калифорнии, директор Центра лечения патологий мозга).

Фото: Профессор Йи Цзинь (научный сотрудник Центра нейрореабилитации Университета Южной Калифорнии, директор Центра лечения патологий мозга).

 

Ректор Сколтеха Александр Кулешов о прошедшей конференции:

«Если конец 20-го века и начало 21-го в науке можно было бы назвать эпохой генетики, то следующие 20-30 лет в будущем, думаю, получат название эры нейронаук.  Для нас, Сколковского института науки и технологий, нейронауки – это одно из важнейших направлений нашей деятельности, и  созданный в сентябре 2018 года Центр нейробиологии и нейрореабилитации внес большой вклад в организацию и содержательную часть конференции».

 

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

Tweet about this on Twitter0Share on Facebook0Pin on Pinterest0Share on Tumblr0Share on VK