11 лет назад 27 июля 2009 в 8:46 350

Однако со временем наши знания о собственном организме, как и способности по конструированию различных технических приспособлений, возросли многократно, и сейчас перед человечеством появляются перспективы, которые неудачливому покорителю неба из Древней Греции даже и не снились. В этой статье мы поговорим о расширении возможностей человеческого организма и о тех устройствах и приспособлениях, которые были созданы для достижения этой цели. Ну а начнется наш рассказ со знакомства с экзо- и биокибернетическими скелетами, то есть с теми девайсами, которые увеличивают физическую силу человека.

стволовые клетки

Экзоскелеты, протезы и стволовые клетки
Слово «экзоскелет» состоит из двух частей: «экзо-» на древнегреческом означает «внешний», а «скелет»… ну, он и в Африке скелет (смайл). Идея, положенная в основу работы этого типа устройств, состоит в следующем: некое внешнее механическое приспособление, надевающееся человеком, повторяет все его движения, но, за счет встроенных двигателей или сервоприводов, с гораздо большей силой. Сфер применения у таких устройств множество: они могут помочь пожилым людям, которым уже трудно передвигаться только за счет силы мышц, или грузчикам, которые, облачившись в экзоскелет, смогут перетаскивать тонны груза и работать без устали десятки часов (вспомните погрузчик из «Чужих»).

Однако самые большие силы и средства сейчас брошены на разработку экзоскелетов военного назначения, а наиболее масштабные программы по их созданию курируются знаменитой научно-исследовательской организацией DARPA, занимающейся заказами для Пентагона. Интерес военных к таким устройствам понятен, ведь экзоскелет идеально подходит для использования в бою, так как на управление им не нужно тратить время и силы: он попросту повторяет все движения владельца, не требуя от него особых навыков. Кстати, первый в мире экзоскелет также обязан своим появлением на свет американским военным, создавшим совместно с корпорацией General Electric еще в 60-е годы прошлого века устройство, способное усиливать движения владельца в 30 раз: поднятие 150-килограммового груза в таком облачении по прилагаемой нагрузке можно было приравнять к 5 кг в обычных условиях. Правда, никакого применения «скелету» так и не нашли, в основном из-за его огромных габаритов и веса – более 680 кг.

стволовые клетки

Нынешние образцы разработок военных инженеров, конечно, куда более совершенны и компактны, однако о них, к сожалению, мы знаем куда меньше: как известно, военные и секретность – вещи неразделимые. Впрочем, кое-какие данные в открытых источниках найти все-таки можно: так, например, в Сети можно раздобыть своеобразную «книгу рекордов» для экзоскелетов, в которой, в частности, содержатся такие данные: самым «быстрым» на настоящий момент считается устройство LS12, в котором можно преодолеть 3 мили (4,8 км) за 90 мин. Его «внук», «скелет» под наименованием LS14, позволяет пройти на полном заряде аккумуляторов лишь милю (1,6 км), зато дает возможность человеку поднимать и переносить до 92 кг груза практически без приложения каких-либо усилий.

Все эти прототипы по своим характеристикам пока далеки от заданных Пентагоном параметров: по замыслу военных подобные устройства должны позволять солдатам переносить 80-300 кг груза и не мешать бегу и ходьбе по лестнице, причем если «мощностные» характеристики уже вполне соответствуют этим требованиям, то вот с компактностью и временем работы все не так гладко. И тут американским специалистам есть чему поучиться у японских коллег: так, разработка компании Honda весит всего 6,5 кг. Правда этот «скелет», призванный облегчить передвижение людям с проблемами опорно-двигательного аппарата, состоит лишь из двух «ног» и маленького сиденьица для отдыха, но все же на фоне громоздких устройств американского производства он кажется более подходящим для реального использования. В общем сейчас разработка экзоскелетов идет полным ходом, и первые образцы должны поступить в свободную продажу уже в этом году.

Еще одним типом внешних «улучшайзеров» для человеческого организма являются искусственные протезы. Пока что такие устройства ставят своей целью лишь повторить возможности биологического аналога, однако в будущем можно ожидать появления механических рук и ног, куда более прочных и мощных, чем «оригинальные». Протезирование долгое время оставалось одной из самых медленно развивающихся областей медицины, хотя еще в Древней Греции люди научились заменять потерянные конечности обычными деревянными палками или простейшими металлическими крюками. Те же технологии, как мы знаем из приключенческой литературы, применялись вплоть до XX века, а во многих беднейших странах мира они популярны и до сих пор.

В более развитых странах протезы, конечно, за последние несколько десятилетий были серьезно усовершенствованы, и тем не менее заменить утраченную конечность они, конечно, не могли. Так было до наступления бума электроники – с развитием электронных и электрических устройств ситуация стала резко улучшаться. Почему? Да потому, что теперь есть способ, пусть крайне ненадежный и несовершенный, передать сигналы от мозга напрямую механической конечности, точно так же, как их получают настоящие рука или нога. Кроме того, стало возможным создание аналогов органов, воспроизвести которые раньше считалось нереализуемым, например глаза (современные прототипы «искусственных глаз» уже умеют передавать в мозг черно-белую картинку, хотя и очень низкого качества).

Основные проблемы в этой области, в отличие от создания экзоскелетов, относятся не к сфере механики или инженерии, а к нейробиологии: соединить настоящую нейронную сеть с искусственным органом крайне сложно, а научить человека использовать этот орган (а его – слушаться команд мозга) – задача еще более трудная. Впрочем, именно в этой области в последние годы наметился значительный прогресс: так, в прошлом году ученым удалось научить обезьян управлять искусственной рукой, имеющей пять степеней свободы, с помощью команд мозга. В ходе «обучения» использовалась оригинальная методика: управление «органом» постепенно передавалось от автопилота мозгу обезьяны, причем в ходе этого процесса не только животное училось работать с рукой, но и машина постепенно «обучалась» командам обезьяньего мозга.

В будущем подобные методики планируется применять и к людям, причем опыт с обезьянами выявил весьма интересные закономерности. Опираясь на полученные данные, можно сделать вывод, что, так как управление искусственной конечностью теперь осуществляется практически «на автомате», то со временем человеку вообще не придется задумываться над тем, как нужно совершать с ее помощью те или иные движения, – мы ведь не думаем, как мы ходим или бегаем. Так что вскоре управлять роботизированной конечностью (или любым другим «неорганическим» органом) можно будет так же, как и обычными. Впрочем, у инженеров и нейробиологов, занимающихся созданием искусственных конечностей, есть серьезные конкуренты, открытия и разработки которых могут со временем сделать электрические сердца, глаза и руки попросту ненужными: речь, конечно, идет о генных инженерах и специалистах по стволовым клеткам. И правда, кто же захочет затрачивать силы и время на обучение взаимодействию с механической рукой, которой к тому же нужен тщательный уход и обслуживание, если можно запросто вырастить новую из стволовых клеток.

Конечно, пока что все работы по выращиванию искусственных органов находятся в зачаточном состоянии, тем более что они периодически прерываются по требованиям различных религиозных и общественных организаций. И тем не менее успехи есть: так, специалисты уже смогли «с нуля» вырастить новую нижнюю челюсть и успешно пересадить ее пациенту. Более сложно организованные органы пока хуже поддаются «копированию», и тем не менее ученые уже в течение ближайшего десятилетия (максимум двух) планируют явить миру выращенные в пробирке сердце, глаз и печень. Ну а используя аппарат генной инженерии, такие органы со временем, несомненно, можно будет усовершенствовать, пересаживая человеку «идеальное» сердце, «орлиные глаза» или «суперсильную» руку. И честно говоря, этот метод усовершенствования человеческого организма представляется даже более перспективным, чем использование достижений электроники. Ну а теперь давайте рассмотрим другую область модификации человеческого тела – речь пойдет о различных чипах и компьютерах, вживляемых в организм.

Нейрологический и технологический уровни
Все современные чипы и прочие полупроводниковые устройства, которые вживляются или могут вживляться человеку, делятся на два класса: те, что взаимодействуют с его организмом, и те, что просто «встроены» в него и выполняют какую-то побочную функцию, никак не связанную с работой самого тела. Вот, к примеру, в Британии был предан огласке один из случаев применения девайса последнего типа: родители, напуганные историями с исчезновением детей, вживили своей 11-летней дочери чип, с помощью которого они теперь в любой момент могут узнать ее местоположение (устройство использует сотовую сеть, а не GPS). Трудно сказать, как отразится наличие такого чипа на психическом здоровье ребенка (у меня бы, наверное, развилась паранойя от мысли о том, что кто-то всегда может узнать, где я нахожусь. – Прим. автора), но физиологически он никак не влияет на организм подростка и не взаимодействует с ним: тело выступает лишь «контейнером», в котором «хранится» устройство. Совсем другой пример – уже упоминавшийся искусственный глаз или разрабатывающиеся (но очень далекие от реализации) проекты хранилищ информации, подключенных к мозгу. Эти «устройства» напрямую подсоединены к нервным окончаниям человека и обмениваются данными с его мозгом (хоть скорость и качество такого обмена пока и оставляют желать лучшего). То же самое можно сказать и об искусственных сердце или почке – они тоже активно взаимодействуют с организмом и играют свою роль в естественных процессах, протекающих в нем.

Что касается непосредственно чипов и прочих электронных вживляемых устройств, то тут ситуация на сегодняшний день такая: чипы первого типа, попросту «встраивающиеся» в тело (как правило, под кожу), существуют и изредка используются то там, то тут. В основном они применяются в разнообразных идентификаторах (от пропусков на режимные объекты до аналогов кредитных карт) или «навигаторах», следящих за местоположением и передающих его куда надо (ну например в ФСБ или вот родителям, как в истории с британской девочкой (смайл)). Сложностей с вживлением таких чипов в общем-то немного: процедура проста и за счет местного наркоза абсолютно безболезненна. Однако некоторые проблемы с использованием подобных устройств все же имеются.

Одна из них – морально-нравственная: то тут, то там появляются люди или организации, говорящие об аморальности и противоестественности вживления чипов в человеческое тело, при этом даже активно вспоминается Откровение Иоанна Богослова («Апокалипсис»): «И он (то есть Антихрист) сделает то, что всем, малым и великим, богатым и нищим, свободным и рабам, положено будет начертание на правую руку их или на чело их и что никому нельзя будет ни покупать, ни продавать, кроме того, кто имеет это начертание, или имя зверя, или число имени его». А ведь чипы как раз обычно вживляются в район предплечья… Что ж, если тысячи людей уверены в том, что ИНН – это козни Дьявола, то что уж говорить о подкожных чипах.

Другая проблема более простого типа чипов – их габариты: штуку размером с мобильный телефон в человека не внедришь – как минимум это будет сложно, дорого, болезненно и потому в целом неприемлемо. Соответственно, чип должен быть крошечным, и отсюда вытекает третья проблема данного типа устройств, касающаяся их функциональности: получается, что чип должен быть крошечным, автономным (взаимодействия с организмом-то нет), надежным и долговечным. Чтобы совместить все эти качества (да и в силу ограниченности производственных возможностей), чипы приходится делать элементарными. Как правило, на их основе создаются самые примитивные радиометки (RFID) или капсулы с крошечными микросхемами, содержащими несколько килобайт (максимум!) информации, – в общем-то других устройств, использующих данный тип чипов, и не видно. Попробуйте придумать нечто, встроенное в организм и способное приносить пользу, никак не взаимодействуя с ним (вышеупомянутые разнообразные метки и GPS-приемники не в счет). Придумали? Пишите мне на почту (призов, правда, обещать не могу (смайл). Нет? Вот и мне что-то не удалось.

Второй тип встраиваемых электронных устройств пока существует только в виде задумки. Хотя первые наработки в этом направлении уже есть: скажем, в университете Южной Калифорнии создан чип, способный заменить гиппокамп – часть мозга, отвечающую в числе прочего за память. Опыты на мышах показывают, что искусственный гиппокамп может обеспечить лучшее запоминание информации по сравнению с «обычным», при этом полностью воспроизводя все его функции. В будущем даже планируется внедрить такое устройство солдатам армии США для лучшего усваивания ими тренировочных упражнений и другой нужной в службе инфы. Впрочем, до этапа «испытаний на людях» этому проекту еще очень далеко: по крайней мере, о нем ничего не слышно уже четыре года, что неудивительно, ведь изменять структуру мозга здорового человека – огромная ответственность и опасность. Хотя, возможно, все работы в этом направлении в лучших советско-американских традициях попросту засекретили (и почему англичане с французами без этого обходятся? – Прим. автора).

Коллеги калифорнийцев из Вашингтона разработали более «мирный» чип: он усиливает сигналы отделов мозга, ответственных за движение, что должно помочь больным справляться со множеством опасных болезней, в том числе инсультом и параличом. При проведении опытов на обезьянах работа чипа в течение одного дня привела к заметным улучшениям их координации на протяжении нескольких недель, так что идея также весьма перспективная. Прочие чипы для мозга, которые пока находятся на стадии разработки или даже должны появиться уже в ближайшее время, включают в себя такие устройства, как «сексуальный чип», вызывающий искусственный оргазм, чип для борьбы с ожирением, чипы-считыватели, регистрирующие активность мозговых клеток (они важны как средство диагностики, да и при создании интерфейсов класса «мозг-компьютер» могут помочь).

В общем работа в этом направлении ведется, и достаточно активно. Проблема у создателей подобных устройств всего лишь одна, и она уже упоминалась вскользь: трудность проведения опытов на людях, да и внедрения существующих решений. В каком-то смысле немного проще испытывать опасное лекарство от рака или СПИДа: пациенты, согласившиеся на эксперимент, как правило, обречены на скорую гибель, и врачам легче пойти на риск – ведь они дают людям единственный шанс выжить. Опыты же на здоровых людях труднее и опаснее: как правило, такие эксперименты проводят только военные, да и то при полной секретности. Гражданские специалисты же ждут разрешения на подобные тесты и набирают группы добровольцев в течение десятилетий, что сильно снижает скорость развития данных технологий. Да и внедрять такие чипы (пусть уже и опробованные) будет весьма и весьма непросто: трепанация черепа – операция сложная, и далеко не каждый согласится на то, чтобы пилили его голову.

В общем технологии есть, и они развиваются, хотя до полного симбиоза человека и машины еще далеко – не отработаны методики внедрения активно взаимодействующих с организмом чипов в тело и слишком мало людей готовы на подобные опыты. В общем пока данная область науки по уровню развития напоминает космонавтику году эдак в 1959-1960-м (смайл).

Заключение
Человек принципиально отличается от любого другого живого существа тем, что на него практически перестали давить условия жесточайшего естественного отбора: вспомните физика Стивена Хокинга, который создал несколько сложнейших теорий современной космологии в буквальном смысле двумя пальцами – кроме них его мозг не способен управлять ни одной частью тела. Выжил бы такой человек 10 000 лет назад? Вряд ли. И уж совершенно точно он не смог бы тогда общаться с внешним миром, не то что писать книги или делать доклады на конференциях.

Однако человеческое тщеславие и гонка за идеалом пришли на смену прежней битве за выживание, взяв на себя роль «основного стимула для улучшения Homo sapiens»: не имея в том принципиальной необходимости, человек по-прежнему стремится расширить свои возможности. Будь то внешний экзоскелет, чип, повышающий вместимость памяти в десятки раз, или «кредитный чип», вживленный под кожу, с помощью которого можно проводить оплату, – все усовершенствования нашего тела, несомненно, будут способствовать прогрессу и увеличивать те или иные наши возможности, в конечном счете делая жизнь проще и лучше. Ну а что еще в общем-то от технологий будущего человечеству надо (смайл)?

И что особенно важно заметить, сейчас все эти технологии как раз подошли к тому уровню развития, когда остается всего один шаг до начала их массового внедрения. Так что в ближайшие годы уже можно ожидать появления считывателей вживленных чипов в магазинах или рабочих в экзоскелетах на стройплощадках. Ну что ж, будем ждать с нетерпением (смайл).

Стволовые клетки. Краткий экскурс
Размышляя над тем, чему бы посвятить врезку в этом материале, обязательно присутствующую в каждой большой статье в UPgrade (порядок у нас такой), я решил поведать о стволовых клетках. Да, эта тема не связана напрямую с темой статьи, но ведь мы периодически рассказываем о разработках в сфере биотехнологий. К тому же эти клетки настолько удивительны, интересны и открывают перед человечеством такие широкие перспективы, что не упомянуть о них в разговоре об усовершенствовании человеческого тела было бы странно. Так что начнем, да простит меня строгий редактор (смайл).

Итак, стволовые клетки удивительны прежде всего тем, что они могут превратиться в любой другой из 350 существующих у человека типов клеток. Нужны нейроны? Пожалуйста. Клетки печени? Так вот же они… Ну и так далее. Именно из стволовых клеток поначалу строится человеческий зародыш. Другая особенность этих клеток заключается в том, что они могут делиться неограниченное количество раз. Происходит это за счет того, что стволовые клетки, так же как половые и опухолевые (раковые), умеют наращивать концы хромосом в своей ДНК. Все другие типы клеток такими возможностями не обладают, а потому могут делиться лишь ограниченное число раз (пока концы хромосом вконец не «обточатся»). Благодаря такой особенности именно стволовые, половые и опухолевые клетки (хотя по понятным причинам первые чаще всего) называют «бессмертными» – их деление может продолжаться вечно, и только редчайшие мутации в процессе копирования ДНК могут нарушить этот процесс.

Третья же важная особенность стволовых клеток называется английским словом «хоуминг» – это означает, что такие клетки способны сами находить повреждения в организме, преобразовываться в «проблемном» месте в нужный тип тканей и «заделывать» собой поврежденные участки. Для человека, не очень близко знакомого с биологией и не понимающего в деталях, как это работает (типа меня (смайл). – Прим. автора), все это звучит фантастически, не правда ли? Почему же тогда люди умирают, спросите вы, если у них есть стволовые клетки, способные вылечить практически все и вся? Дело в том, что у пожилых людей стволовых клеток очень мало – к 70-80 годам их остается около одной на 10 миллионов «обычных».

(Для сравнения: у уже неплохо развившегося эмбриона соотношение стволовых и прочих клеток составляет 1 к 10 000.) По всей видимости, природе невыгоден бессмертный человек (слишком медленно происходил бы естественный отбор), и потому существует механизм, ограничивающий деление этих клеток. Но люди, как известно, обожают обманывать природу. Так, уже сейчас активно изучается вопрос о возможности искусственного размножения стволовых клеток и выращивания из них целых органов – надо отметить, что для этого применяются собственные клетки пациента, что резко повышает безопасность и эффективность пересадки полученных в результате органов. В общем, стволовые клетки – одно из уникальнейших явлений природы, которое люди только-только учатся использовать в своих целях. Что ж, надеюсь, мудрые ученые поспешат и освоят все тонкости лечения на основе этих прекрасных клеток хотя бы к моей старости (смайл).

Никто не прокомментировал материал. Есть мысли?