Метка: Будущее

Полностью расшифрованный геном

Примерно одна десятая часть генома человека оставалась неизученной, когда в 2019 году исследователи геномики Карен Мига из Калифорнийского университета в Санта-Круз и Адам Филлиппи из Национального исследовательского института генома человека в Бетесде создали консорциум Telomere-to-Telomere (T2T). И теперь в геноме нет неизведанных мест. В препринте, опубликованном в мае прошлого года, консорциум сообщил о первой сквозной последовательности генома человека. Они добавили почти 200 млн новых пар оснований к широко используемой согласованной последовательности генома человека, известной как GRCh38, и написали последнюю главу проекта «Геном человека».

Появившийся в 2013 году, GRCh38 стал ценным инструментом — каркасом для картирования ридов секвенирования. Но он весь в дырах. Во многом это связано с тем, что широко используемая технология секвенирования, разработанная компанией Illumina в Сан-Диего, дает точные, но короткие риды. Их длины недостаточно, чтобы однозначно картировать повторяющиеся геномные последовательности, включая теломеры, закрывающие концы хромосом, и центромеры, которые координируют разделение вновь реплицированной ДНК во время деления клетки.

Все изменили технологии секвенирования с длительным чтением. Разработанные Pacific Biosciences и Oxford Nanopore Technologies (ONT), они могут секвенировать десятки или даже сотни тысяч оснований за одно чтение, но — по крайней мере, вначале — не без ошибок. Однако к тому времени, когда в 2020 году команда T2T реконструировала свои первые отдельные хромосомы — X и 8 — секвенирование Pacific Biosciences продвинулось до такой степени, что ученые T2T могли обнаруживать крошечные вариации в длинных участках повторяющихся последовательностей. Благодаря этим тонким «отпечаткам» длинные повторяющиеся сегменты хромосом стало легко обрабатывать, и остальная часть генома быстро встала на свои места. Платформа ONT фиксирует множество модификаций ДНК, которые модулируют экспрессию генов, и T2T также смог картировать эти «эпигенетические метки» по всему геному.

Решенный T2T геном был получен из линии клеток, содержащей два идентичных набора хромосом. Нормальные диплоидные геномы человека содержат две версии каждой хромосомы, и исследователи в настоящее время работают над стратегиями «фазирования», которые уверенно соотносят каждую последовательность с соответствующей копией хромосомы. «У нас уже есть довольно феноменальные фазированные сборки», — говорит Мига.

Эта работа по сборке диплоидов проводится в сотрудничестве с партнерской организацией T2T, Human Pangenome Reference Consortium, которая стремится создать более репрезентативную карту генома на основе сотен доноров со всего света. «Мы стремимся охватить в среднем 97% аллельного разнообразия человека», — говорит один из ведущих исследователей консорциума, генетик Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке Эрих Джарвис. Как председатель проекта Vertebrate Genomes Project он также надеется использовать эти возможности для создания полных последовательностей для каждого вида позвоночных на Земле. «Я думаю, в течение следующих 10 лет мы будем рутинно делать геномы от теломеры до теломеры», — говорит он.

Определение белковой структуры

Структура определяет функцию. Но ее трудно измерить. Крупные экспериментальные и вычислительные достижения за последние два года дали исследователям дополнительные инструменты для определения белковых структур с беспрецедентной скоростью и разрешением.

Алгоритм предсказания структуры AlphaFold2, разработанный DeepMind, дочерней компанией Alphabet, основан на стратегиях «глубокого обучения» для экстраполяции формы свернутого белка на основе его аминокислотной последовательности. После убедительной победы на конкурсе «Критическая оценка предсказания структуры белка» в 2020 году, в котором вычислительные биологи тестируют свои алгоритмы предсказания структуры лицом к лицу, репутация AlphaFold2 — и внедрение — резко выросли. «Для некоторых структур прогнозы почти устрашающе хороши», — говорит старший научный сотрудник и бывший директор Европейского института биоинформатики в Хинкстоне Джанет Торнтон. С момента публичного выпуска в июле прошлого года AlphaFold2 применялся к протеомам для определения структур всех белков, экспрессируемых у людей и в 20 модельных организмах, а также почти 440 тысяч белков из базы данных Swiss-Prot. Это значительно увеличило количество белков, для которых доступны данные моделирования с высокой степенью достоверности. Алгоритм AlphaFold также доказал свою способность работать с многоцепочечными белковыми комплексами.

Параллельно с этим усовершенствования криогенной электронной микроскопии (крио-ЭМ) позволяют исследователям экспериментально определять даже самые сложные белки и комплексы. Крио-ЭМ сканирует мгновенно замороженные молекулы электронным лучом, создавая изображения белков в различных ориентациях, которые затем собираются в трехмерную структуру. В 2020 году усовершенствования аппаратного и программного обеспечения крио-ЭМ позволили двум командам создать структуры с разрешением менее 1,5 ангстрем, фиксируя положение отдельных атомов.
«До этого мы с диким энтузиазмом обсуждали термин «атомное разрешение», но оно было лишь околоатомным, — говорит содиректор Центра электронной микроскопии Симонса при Нью-Йоркском центре структурной биологии Бриджит Каррагер. — Это действительно атомное». И хотя обе команды использовали хорошо изученный модельный белок под названием апоферритин, по словам Каррагер, эти исследования показывают, что близкое к атому разрешение возможно и для других, более сложных целей.

Многие экспериментаторы, которые изначально скептически относились к AlphaFold2, теперь видят в нем явное дополнение к экспериментальным методам, таким как крио-ЭМ, где его вычислительные модели помогают в анализе и реконструкции данных. А крио-ЭМ может генерировать результаты, которые в настоящее время недоступны для компьютерного прогнозирования. Команда Каррагер, например, использует крио-ЭМ с временным разрешением, чтобы фиксировать быстрые конформационные изменения, происходящие при взаимодействии белков с другими молекулами. «Мы можем улавливать вещи и видеть происходящее с точностью до сотни миллисекунд», — говорит она.

Существует также значительный интерес к родственному методу — криоэлектронной томографии (крио-ЭТ), которая фиксирует естественное поведение белков в тонких срезах замороженных клеток. Но интерпретация этих переполненных сложных изображений — непростая задача, и Каррагер считает, что вычислительные достижения мира машинного обучения будут иметь особое значение. «Как еще мы можем решить эти почти неразрешимые проблемы?» — задается она вопросом.

Квантовое моделирование

Атомы размером с… атом. Но при правильных условиях их можно привести в состояние сильного возбуждения, сверхразмерное состояние с диаметром порядка одного микрометра и более. Вызывая это возбуждение на тщательно уложенных массивах из сотен атомов, физики продемонстрировали, что могут решать сложные физические задачи, из-за которых обычные компьютеры работают на пределе возможностей.

Квантовые компьютеры управляют данными в виде кубитов. Соединенные при помощи явления квантовой физики, называемого запутанностью, кубиты влияют друг на друга на расстоянии. Эти кубиты могут резко увеличить вычислительную мощность, которая достигается при заданной доле кубитов по сравнению с эквивалентным количеством битов в классическом компьютере.

Несколько групп успешно использовали отдельные ионы в качестве кубитов, но из-за электрических зарядов их трудно собирать при высокой плотности. Физики, в том числе Антуан Брове из французского национального исследовательского агентства CNRS и Михаил Лукин из Гарвардского университета, изучают альтернативный подход. Команды используют оптический пинцет для точного расположения незаряженных атомов в плотно упакованных двухмерных и трехмерных массивах, а затем применяют лазеры для возбуждения этих частиц в «ридберговские атомы» большого диаметра, которые запутываются со своими соседями. «Ридберговские атомные системы индивидуально управляемы, а их взаимодействие можно включать и выключать», — объясняет физик Джевук Ан из Корейского передового института науки и технологий. Это, в свою очередь, позволяет их программировать.

Этот подход получил значительный импульс всего за несколько лет благодаря технологическим достижениям, которые повысили стабильность и производительность массивов ридберговских атомов, а также быстрому масштабированию от нескольких десятков кубитов до сотен. Ранние приложения были сосредоточены на определенных проблемах, таких как прогнозирование свойств материалов, но подход универсален. «До сих пор у любой теоретической модели был способ реализации», — говорит Бровейс.

Пионеры в этой области основали компании, разрабатывающие системы на основе массивов атомов Ридберга для лабораторного использования, и, по оценкам Бровейса, такие квантовые симуляторы станут коммерчески доступными через год или два. Но эта работа также открывает путь к квантовым компьютерам, которые будут применяться в более широком смысле, в том числе в экономике, логистике и шифровании. Исследователи пытаются определить место этой пока еще зарождающейся технологии в компьютерном мире, но Ан проводит параллели с прорывом братьев Райт в авиации. «У того первого самолета не было никаких транспортных преимуществ, — говорит Ан, — но в конце концов он изменил мир».

Точные манипуляции с геномом

Несмотря на все возможности редактирования генома, технология CRISPR-Cas9 больше подходит для инактивации генов, чем для восстановления. Нацеливание фермента Cas9 на геномную последовательность относительно точно, но клеточная репарация полученного двухцепочечного разреза — нет. Опосредованная процессом, называемым негомологичным соединением концов, репарация CRISPR-Cas9 часто осложняется небольшими вставками или делециями.

Большинство генетических заболеваний требуют коррекции генов, а не их разрушения, отмечает гарвардский биолог-химик Дэвид Лю. Для этого Лю и его команда разработали два многообещающих подхода. Оба используют точное нацеливание CRISPR с одновременным ограничением способности Cas9 разрезать ДНК в этом месте. Первый, называемый редактированием оснований, связывает каталитически нарушенную форму Cas9 с ферментом, который способствует химическому превращению одного нуклеотида в другой — например, цитозина в тимин или аденина в гуанин.

Но в настоящее время этим методом можно внести только определенные изменения. Праймированное редактирование, более новая разработка группы, связывает Cas9 с типом фермента, известного как обратная транскриптаза, и использует направляющую РНК, которая модифицируется, чтобы включить желаемое редактирование в геномную последовательность. В ходе многоэтапного биохимического процесса эти компоненты копируют направляющую РНК в ДНК, которая в конечном итоге заменяет целевую последовательность генома. Важно отметить, что при обоих методах редактирования разрезается только одна цепь ДНК, так как это более безопасно и менее губительно для клеток.

Впервые описанное в 2016 году, редактирование оснований уже на пути к клиническому применению: компания Beam Therapeutics, основанная Лю, в ноябре получила одобрение от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, чтобы впервые испытать этот подход на людях с целью восстановления гена, вызывающего серповидно-клеточную анемию.

Праймированное редактирование продвинулось не так далеко, но появляются улучшенные итерации, и перспективы метода очевидны. Специалист по редактированию генома из Медицинского колледжа Университета Йонсей в Сеуле Хенбум Генри Ким и его команда достигли эффективности до 16% при исправлении мутаций генов сетчатки у мышей. «Если бы мы использовали более совершенные версии, о которых недавно сообщалось, эффективность была бы еще выше», — говорит он. Группа Лю также обнаружила, что первичный механизм способствует вставке последовательностей ДНК размером с ген в геном, потенциально предлагая более безопасную и более четко контролируемую стратегию генной терапии. Этот процесс не слишком эффективен, но иногда даже небольшая коррекция имеет большое значение, отмечает Лю. «В некоторых случаях болезнь можно вылечить, заменив ген на уровне 10% или даже 1%», — говорит он.

Таргетная генетическая терапия

Лекарства на основе нуклеиновых кислот влияют на клиническую практику, но они все еще в значительной степени ограничены с точки зрения тканей, в которых могут применяться. Для большинства методов лечения требуется либо местное введение, либо манипуляции ex vivo с клетками, которые берут у пациента, а затем пересаживают обратно. Одно заметное исключение — это печень, которая фильтрует кровоток и оказывается надежной мишенью для селективной доставки лекарств. В этом случае добиться результата помогает внутривенное или даже подкожное введение.

«Если всерьез задуматься, то сложно просто доставить препарат в любую ткань, — говорит инженер-химик из Массачусетского технологического института (MIT) Дэниел Андерсон. — Человеческое тело создано, чтобы использовать имеющуюся у нас генетическую информацию, а не принимать новую». Однако исследователи демонстрируют устойчивый прогресс в разработке стратегий, которые помогают направлять эти препараты в определенные системы органов, не затрагивая при этом другие ткани, которые не служат мишенями.

Часто в попытках использования генной терапии применяют аденоассоциированные вирусы, и исследования на животных показали, что тщательно отобранный правильный вирус в сочетании с промоторами тканеспецифических генов эффективно доставляет лекарство в определенные органы. Однако иногда вирусы сложно производить в больших масштабах, и они вызывают иммунные реакции, которые снижают эффективность или вызывают побочные эффекты.

Липидные наночастицы представляют собой альтернативу вирусам, и несколько исследований, опубликованных в последние годы, подчеркивают возможность настройки их специфичности. Например, подход селективного нацеливания на органы (SORT), разработанный биохимиком Дэниелом Сигвартом и его коллегами из Юго-западного медицинского центра Техасского университета, позволяет быстро генерировать и проверять липидные наночастицы, чтобы найти те, что могут эффективно воздействовать на клетки в таких тканях, как легкое или селезенка. «Это была одна из первых работ, которая показала, что если проводить систематический скрининг этих липидных наночастиц и менять их состав, можно исказить биораспределение», — говорит инженер-биомедик из Технологического университета Эйндховена Рой ван дер Мил. Андерсон отмечает, что несколько групп также изучают, как белковые компоненты, такие как клеточно-специфические антитела, помогают процессу нацеливания.

Андерсон особенно воодушевлен доклиническим прогрессом в воздействии на предшественников клеток крови и иммунных клеток в костном мозге, которого достигли компании Beam Therapeutics и Intellia. Обе используют специально разработанные составы липидных наночастиц. По его словам, успех в нацеливании на эти ткани избавит пациентов от изнурительного процесса, связанного с текущими методами генной терапии ex vivo, которые включают химиотерапию для уничтожения существующего костного мозга перед трансплантацией. «Применение этих методов in vivo может действительно изменить лечение пациентов», — говорит Андерсон.

Пространственная мультиомика

Взрыв в развитии одноклеточных омиков означает, что теперь исследователи регулярно получают генетические, транскриптомные, эпигенетические и протеомные данные из отдельных клеток — иногда одновременно. Но методы, нацеленные на одиночные клетки, приносят в жертву важную информацию, вырывая эти клетки из их естественной среды.

В 2016 году исследователи под руководством Йоакима Лундеберга из Королевского технологического института в Стокгольме разработали стратегию решения этой проблемы. Команда подготовила слайды со штрих-кодированными олигонуклеотидами — короткими цепями РНК или ДНК — которые могут захватывать матричную РНК из среза нетронутой ткани, так что каждый транскрипт можно отнести к определенному положению в образце в соответствии с его штрих-кодом. «Никто на самом деле не верил, что мы сможем провести полный транскриптомный анализ среза ткани, — говорит Лундеберг. — Но это оказалось на удивление легко».

Область пространственной транскриптомики взорвалась после этого. В настоящее время доступно несколько коммерческих систем, в том числе платформа Visium Spatial Gene Expression от 10x Genomics, основанная на технологии Лундеберга. Академические группы продолжают разрабатывать инновационные методы, которые картируют экспрессию генов с постоянно увеличивающейся глубиной и пространственным разрешением.

Теперь исследователи накладывают дополнительные «омические» идеи поверх своих пространственных карт. Например, инженер-биомедик из Йельского университета в Нью-Хейвене Ронг Фан разработал платформу, известную как DBIT-seq16, в которой используется микрожидкостная система, способная одновременно генерировать штрих-коды для тысяч транскриптов мРНК и сотен белков, меченных антителами-олигонуклеотидами. Это обеспечивает гораздо более точную оценку того, как экспрессия клеточных генов влияет на выработку и активность белка, чем можно было бы получить на основе транскриптомных данных, и команда Фана использует этот метод для изучения таких процессов, как активация иммунных клеток.

«Мы видим ранние признаки того, как иммунные клетки кожи реагируют на вакцину Moderna от Covid-19», — говорит он. Некоторые коммерческие системы также могут собирать пространственные данные от нескольких белков параллельно с транскриптомной информацией, включая платформу Visium и систему GeoMx от Nanostring.

Тем временем группа Лундеберга усовершенствовала свой метод пространственной транскриптомики для одновременного сбора данных о последовательности ДНК. Это позволило его команде начать картирование пространственно-временных событий, лежащих в основе онкогенеза. «Мы могли бы проследить эти генетические изменения в пространстве, как они эволюционируют в дополнительные генетические варианты, которые в конечном итоге приводят к опухоли», — говорит он.

Команда Фана продемонстрировала пространственное картирование модификаций хроматина в образцах тканей, что выявляет регуляторные ландшафты клеточных генов, влияющие на такие процессы, как развитие, дифференцировка и межклеточная коммуникация. Фан уверен, что метод можно сочетать с пространственным анализом РНК и даже белков. «У нас есть предварительные данные, показывающие, что это вполне осуществимо», — говорит он.

Диагностика на основе CRISPR

Способность системы CRISPR-Cas к точному расщеплению специфических последовательностей нуклеиновых кислот обусловлена ее ролью бактериальной «иммунной системы» против вирусной инфекции. Эта ссылка вдохновила первых пользователей технологии на размышления о применимости системы к диагностике вирусов. «Было бы очень правильно использовать то, для чего они созданы в природе», — говорит генетик из Института Броуда MIT и Гарварда Пардис Сабети. — На вашей стороне миллиарды лет эволюции».

Но не все ферменты Cas одинаковы. Cas9 — это основной фермент для манипулирования геномом на основе CRISPR, но большая часть работы по диагностике использовала семейство молекул, нацеленных на РНК, известное как Cas13. Оно было обнаружено в 2016 году молекулярным биологом Фэн Чжаном и его командой в Broad. «Cas13 использует свою РНК-инструкцию для распознавания РНК-мишени путем спаривания оснований и активирует рибонуклеазную активность, которую можно использовать в качестве диагностического инструмента с помощью репортерной РНК», — объясняет Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли, разделившая Нобелевскую премию по химии 2020 года за разработку возможностей редактирования генома CRISPR-Cas9 с Эммануэль Шарпантье, которая работает в Отделе науки о патогенах в Институте Макса Планка. Это связано с тем, что Cas13 не просто разрезает РНК-мишень направляющей РНК, он также выполняет «побочное расщепление» любых других близлежащих молекул РНК. Во многих диагностических средствах на основе Cas13 используется репортерная РНК, которая связывает флуоресцентную метку с молекулой-гасителем, подавляющей эту флуоресценцию. Когда Cas13 активируется после распознавания вирусной РНК, он разрезает репортер и высвобождает флуоресцентную метку из гасителя, генерируя сигнал. Некоторые вирусы оставляют достаточно сильные следы, поэтому их можно обнаружить без амплификации, что упрощает диагностику по месту оказания медицинской помощи. Например, в январе прошлого года Дудна и Мелани Отт из Института вирусологии Гладстона продемонстрировали быстрый тест CRISPR-Cas13 на для обнаружения SARS-CoV-2 без амплификации с помощью камеры мобильного телефона.

Процедуры амплификации РНК облегчают отслеживание вирусных последовательностей, и Сабети с коллегами разработали микрожидкостную систему, которая параллельно выявляет несколько патогенов, используя амплифицированный генетический материал всего из нескольких микролитров образца. «Сейчас мы можем одновременно исследовать 21 вирус по цене менее $10 за образец», — говорит она. Они разработали инструменты, позволяющие обнаруживать более 169 вирусов человека одновременно.

Дудна отмечает, что другие ферменты Cas дополняют набор диагностических инструментов, в том числе белки Cas12, которые обладают свойствами, сходными с Cas13, но нацелены на ДНК, а не на РНК. В совокупности они могут обнаруживать более широкий спектр патогенов или даже эффективно диагностировать другие неинфекционные заболевания. «Делать это относительно быстро очень полезно, тем более что различные подтипы рака определяются специфическими типами мутаций», — говорит Дудна.

Из всего, что я изучал в последнее время, одно направление выделяется своей ошеломительной сложностью: понимание того, как клетки и связи в мозге порождают сознание и способность учиться.

Благодаря более совершенным инструментам для наблюдения за мозговой активностью, более быстрому секвенированию генов и другим технологическим прорывам, мы многому научились за последние годы. Например, теперь мы больше знаем о различных типах нейронов, из которых состоит мозг, о том, как нейроны взаимодействуют друг с другом и какие из них активируются, когда мы выполняем разные виды задач. В результате многие называют наше время золотой эрой нейробиологии.

Но давайте рассмотрим этот прогресс в контексте. Мы только начинаем понимать, как работает мозг червя, а в нем всего 300 нейронов по сравнению с 86 млрд у человека. Можно представить, насколько мы далеки от ответов на действительно большие и важные вопросы о функциях мозга, в том числе о том, что вызывает нейродегенерацию и как можно ее предотвратить. Беспомощно наблюдая за тем, как моего отца пожирала болезнь Альцгеймера, я понял, что эта эпоха еще не золотая. Думаю, она больше похожа на ранний рассвет.

За прошедшие годы я прочитал немало книг о мозге, и большинство из них написано академическими нейробиологами, которые рассматривают его через призму сложных лабораторных экспериментов. Недавно мне в руки попала книга, которая носит гораздо более теоретический характер. Она называется «Тысяча мозгов: новая теория интеллекта», ее автор — технологический предприниматель Джефф Хокинс.

Я познакомился с Хокинсом в 1990-х, он был одним из пионеров мобильных вычислений и создателей PalmPilot. Впоследствии он решил сосредоточиться только на одном направлении: значительном улучшении машинного обучения. Его платформа для этого — компания Numenta из Кремниевой долины, которую он основал в 2005 году.

У машинного обучения невероятные перспективы. Я верю, что в ближайшие десятилетия мы создадим машины с широким и гибким «универсальным интеллектом», который позволит им помогать в решении действительно сложных, многогранных задач, например, в развитии медицины благодаря более глубокому пониманию того, как складываются белки. Ничто из того, что мы сегодня называем ИИ, не обладает таким интеллектом.

По выражению Хокинса, «в ИИ нет «личности»». Компьютеры могут обыграть гроссмейстера в шахматы, но они не знают, что шахматы — это игра. Хокинс утверждает, что нельзя создать универсальный искусственный интеллект, просто «делая больше того же самого, что мы делаем сейчас». По его мнению, ключ к развитию истинного универсального ИИ — это понимание гораздо большей части мозга, называемой неокортексом, и именно этому посвящена книга.

«Тысяча мозгов» подходит для неспециалистов, у которых мало знаний в области науки о мозге или информатики. Она наполнена захватывающими взглядами на архитектуру мозга и дразнящими подсказками о будущем интеллектуальных машин. В предисловии легендарный эволюционный биолог Ричард Докинз говорит, что книга «превратит ваш разум в водоворот… провокационных идей». И я с ним согласен.

Хокинс начинает с рассмотрения неокортекса, который составляет 70% человеческого мозга. Он отвечает почти за все, что связано с интеллектом, например, за нашу способность говорить, сочинять музыку и решать сложные задачи.

Опираясь на работу нейробиолога Вернона Маунткасла, Хокинс заявляет, что основная цепь неокортекса называется «колонка кортекса», которая разделена на несколько сотен «мини-колонок» с примерно сотней отдельных нейронов. Он утверждает, что «стремление понять интеллект сводится к выяснению того, что делает колонка кортекса и как она это делает».

Он считает, что основная функция кортикальной колонки — делать постоянные прогнозы о мире, в котором мы живем. «С каждым движением неокортекс предсказывает следующее ощущение, — пишет Хокинс. — Если какая-либо вводная информация не соответствует прогнозу мозга… это служит предупреждением для неокортекса, что его модель этой части мира нуждается в корректировке».

Название книги связано с выводом Хокинса о том, что кортикальные колонки работают параллельно, и каждая из них делает отдельные прогнозы о том, какую сенсорную информацию мы получим далее. Другими словами, каждая колонка функционирует как отдельная обучающаяся машина.

Если Хокинс прав в том, что единственный жизнеспособный путь к универсальному ИИ — это копирование работы неокортекса, маловероятно, что интеллектуальные машины вытеснят или поработят человеческую расу, как показано в классических научно-фантастических фильмах вроде «Матрицы» и «Терминатора». Потому что неокортекс работает иначе, чем части мозга, которые развились намного раньше и управляют нашими первичными эмоциями и инстинктами.

«Интеллектуальным машинам нужна модель мира и гибкость поведения, вытекающие из этой модели, но им не обязательно иметь человеческие инстинкты для выживания и продолжения рода», — пишет Хокинс. Другими словами, в конечном итоге мы сможем создать машины, воспроизводящие логический, рациональный неокортекс, без «старого мозга», этого «невежественного грубияна», запрограммированного на страх, жадность, зависть и другие человеческие грехи. Вот почему Хокинс считает, что люди не потеряют контроль над машинами, которые создают.

Но, к сожалению, нам все равно стоит побеспокоиться о темной стороне искусственного интеллекта. Даже если интеллектуальные машины возьмут только «новый мозг» и не будут обременены «старым», некоторые люди все равно попытаются использовать их в плохих целях. Как ни печально, такова человеческая природа.

И я возвращаюсь к своему исходному посылу о том, что мы пока еще находимся на раннем этапе понимания человеческого мозга по сравнению практически со всеми остальными частями мира. Мы пока не знаем, выдержит ли теория тысячи мозгов Хокинса экспериментальную проверку. И даже если так, мы все еще не знаем, как воспроизвести колонки кортекса с помощью цифровых технологий.

Зато я знаю наверняка, что буду еще много читать по этой теме. Надеюсь, это поможет добиться больших успехов в решении самых сложных мировых проблем.

Вы можете подумать, что метавселенная будет набором взаимосвязанных виртуальных пространств – всемирной паутиной, доступ к которой осуществляется через виртуальную реальность. По большому счету, это так, только есть и фундаментальная, но немного более загадочная сторона метавселенной, которая отличает ее от сегодняшнего интернета: блокчейн.

Вначале Web 1.0 был информационной супермагистралью связанных компьютеров и серверов, которые можно было искать, исследовать и обживать, как правило, через централизованную платформу компании, например, AOL, Yahoo, Microsoft и Google. На рубеже тысячелетий Web 2.0 наполнился социальными сетями, блогами, появилась монетизация пользовательских данных для рекламы централизованными посредниками на «бесплатных» платформах социальных сетей, включая Facebook, SnapChat, Twitter и TikTok.

Web 3.0 станет основой метавселенной. Он будет состоять из децентрализованных блокчейн-приложений, которые поддерживают экономику криптовалютных активов и данных, принадлежащих пользователям.

Блокчейн? Децентрализованный? Криптоактивы? Как исследователи, изучающие социальные сети и медиатехнологии, мы можем объяснить технологию, которая сделает метавселенную возможной.

Владение битами

Блокчейн – это технология, которая постоянно записывает транзакции, как правило, в децентрализованной общедоступной базе данных, называемой реестром. Самая известная криптовалюта на основе блокчейна — биткойн. Каждый раз, когда вы покупаете немного биткойнов, эта транзакция записывается в блокчейн биткойнов, что означает, что запись расходится на тысячи отдельных компьютеров по всему миру.

Эту децентрализованную систему записи очень трудно обмануть или контролировать. Публичные блокчейны, такие как Биткойн и Эфириум, также прозрачны — все транзакции можно посмотреть в интернете, в отличие от традиционной информации банков.

Эфириум — это блокчейн, как и Биткойн, но Эфириум также можно программировать с помощью смарт-контрактов, представляющих собой программные процедуры на основе блокчейна, которые запускаются автоматически при выполнении определенного условия. Например, в блокчейне можно использовать смарт-контракт, чтобы установить право собственности на цифровой объект — и никто другой не сможет претендовать на него, даже если обладает копией на компьютере. Цифровые объекты, которыми можно владеть, — валюта, ценные бумаги, произведения искусства — считаются криптоактивами.

Такие вещи, как произведения искусства и музыка в блокчейне, называются невзаимозаменяемыми токенами (NFT). Это означает, что они уникальны и не могут быть заменены, в отличие от взаимозаменяемых предметов, таких как валюта: доллар стоит столько же, сколько и любой другой доллар, и их можно обменять друг на друга.

Можно использовать смарт-контракт, в котором говорится, что вы готовы продать свое произведение цифрового искусства за $1 млн в эфире, валюте блокчейна Эфириум. Когда я нажимаю «согласен», автоматически происходит обмен права собственности и эфиром. Не нужен банк или еще какая-то третья сторона, и если кто-то из нас оспорит эту транзакцию — например, если вы заявите, что я заплатил только $999 тысяч, — другой может легко указать на публичную запись в распределенном реестре.

Какое отношение эти криптоактивы с блокчейном имеют к метавселенной? Самое прямое! Во-первых, блокчейн позволяет владеть цифровыми товарами в виртуальном мире. Вы будете владеть этим NFT не только в реальном мире, но и в виртуальном.

Кроме того, метавселенная не создается какой-то одной группой или компанией. Разные группы будут строить разные виртуальные миры, и эти миры будут совместимы, образуя метавселенную. Перемещаясь между виртуальными мирами — скажем, из виртуальной среды Decentraland в виртуальную среду Microsoft — люди захотят захватить с собой свои вещи. Если два виртуальных мира совместимы, блокчейн подтвердит право собственности на цифровые товары в обоих виртуальных мирах. По сути, если вы можете получить доступ к своему крипто-кошельку в виртуальном мире, вы сможете получить доступ к своим криптовещам.

Не забудьте кошелек

Итак, что вы будете хранить в своем криптокошельке? Наверняка в метавселенной вам понадобится криптовалюта. Также в криптокошельке будут храниться цифровые товары, такие как аватары, одежда для аватара, анимация аватара, виртуальные украшения и оружие.

Что люди будут делать с криптокошельками? Помимо прочего, расплачиваться в магазинах. Как и в интернете, вы сможете покупать традиционные цифровые товары — музыку, фильмы, игры и приложения. В метавселенной можно будет покупать и предметы физического мира, разглядывая 3D-модели товаров, что принимать более обоснованные решения.

И если в старом добром кожаном кошельке вы носили удостоверение личности, то криптокошельки можно будет связать с реальными личностями, чтобы облегчить транзакции, требующие юридической проверки, такие как покупка автомобиля или дома. Поскольку ваш ID будет привязан к кошельку, вам не придется запоминать информацию для входа на все веб-сайты и виртуальные миры, которые вы посещаете — просто подключите кошелек одним щелчком мыши, и вы в системе. Кошельки, связанные с ID, также будут полезны для управления доступом к областям метавселенной с возрастными ограничениями.

Криптокошелек также можно связать со списком контактов, что позволит переносить информацию о социальной сети из одного виртуального мира в другой. «Присоединяйтесь ко мне на вечеринке у бассейна в FILL IN THE BLANK-world!»

В какой-то момент в будущем кошельки также могут быть связаны с показателями репутации, которые определяют, какие разрешения у вас есть для трансляции в общественных местах и взаимодействия с людьми за пределами вашей социальной сети. Если вы ведете себя как токсичный тролль, распространяющий дезинформацию, то можете испортить свою репутацию и, возможно, система ограничит вашу сферу влияния. Это может стать стимулом хорошо вести себя в метавселенной, но разработчикам платформ придется расставить приоритеты в этих системах.

Большой бизнес

Наконец, если метавселенная — это деньги, то компании, безусловно, тоже захотят принять участие. Децентрализованный характер блокчейна потенциально уменьшит потребность в посредниках финансовых транзакций, но у компаний по-прежнему будет много возможностей для получения дохода, возможно, даже больше, чем в текущей экономике. Такие компании, как Meta, представят большие платформы, на которых люди будут работать, играть и собираться.

Крупные бренды, такие как Dolce&Gabbana, Coca-Cola, Adidas и Nike, тоже входят в состав NFT. В будущем, покупая предмет физического мира у компании, вы также получите право собственности на связанный NFT в метавселенной.

Например, купив желанный наряд известного бренда, чтобы надеть его в реальный танцевальный клуб, вы также станете владельцем криптоверсии наряда, который ваш аватар может надеть на виртуальный концерт Арианы Гранде. И этот наряд для аватара можно продать, как поношенную одежду.

Это лишь некоторые из многих способов, которыми бизнес-модели метавселенной, вероятно, будут пересекаться с физическим миром. Эти примеры будут становиться все более сложными, поскольку технологии дополненной реальности все чаще выходят на сцену, еще больше объединяя аспекты метавселенной и физического мира. Хотя собственно метавселенная еще не появилась, технологические основы, такие как блокчейн и криптоактивы, неуклонно развиваются, создавая основу для вездесущего виртуального будущего, которое скоро наступит.

Интернет демократизировал знания, открыв доступ к гораздо большему количеству информации, чем люди в состоянии прочитать. Независимо от того, чем вы интересуетесь, почти наверняка в интернете есть что-то новое, чего вы еще не знаете.

Нам всегда доступен этот кладезь информации, но понимаем ли мы, какие знания принадлежат нам, а какие — интернету? Путаница возможна, считает автор новой статьи в PNAS Адриан Ф. Уорд из Техасского университета в Остине. Он провел серию из восьми исследований, и результаты говорят о том, что люди, ищущие информацию в интернете, иногда не могут отличить собственные знания от данных сети — и это вызывает неоправданную самоуверенность в собственных способностях к запоминанию.

В первом исследовании участники сами или с помощью Google ответили на десять общих вопросов. Затем они прошли тест, где им было предложено согласиться или не согласиться с утверждениями о способности запоминать («У меня память лучше, чем у большинства людей»), об обработке информации («Я умен») и ее доступности («Если не знаю ответа на вопрос, я знаю, где его найти»).

Неудивительно, что участники, использовавшие Google, ответили правильно на значительно большее количество вопросов, чем те, кто полагался на свою память, и, что опять же неудивительно, они оказались более уверены в своей способности получить доступ к внешним знаниям. Но, что важно, они также продемонстрировали значительно более высокую уверенность в собственной памяти.

В другом исследовании участники, проходившие тест с помощью Google, спрогнозировали, что их результаты второго теста будут лучше, хотя у них не будет доступа к каким-либо внешним знаниям, по сравнению с другой группой, которая не пользовалась подсказками ранее. Однако в действительности эти участники показали не лучшие результаты, что позволяет предположить, что доступ к интернету вызывает необоснованную уверенность в знаниях и памяти.

В следующем эксперименте было введено новое условие: часть участников просили записывать их собственные ответы перед поиском в интернете. По сравнению с участниками, которые пользовались Google в обычном режиме, эта группа была значительно менее уверена в своей памяти и менее склонна предполагать, что ответит на вопросы в дальнейшем. То есть этот дополнительный шаг предотвратил ошибки, обычно встречающиеся при поиске в интернете.

Затем в ходе эксперимента изучалось, как изменяется атрибуция знаний в зависимости от сложности вопросов. Участникам случайным образом задавали простые, средние или сложные вопросы, ответить на которые нужно было как с помощью Google, так и без него. Те, кто отвечал на умеренно сложные вопросы, были значительно более уверены в своих знаниях после использования Google, чем после самостоятельных ответов. Также они считали себя умнее, были более уверены в своей хорошей памяти и в том, что в дальнейшем смогут хорошо справиться с заданиями и без помощи поисковой системы. Однако использование Google не повлияло на людей, отвечавших на простые вопросы, а среди тех, кому задавали сложные вопросы, это сказалось лишь на прогнозах относительно будущих результатов. Команда предполагает, что мы более уверены в своих знаниях относительно простых или сложных тем, а вот то, что касается задач средней сложности, оценить сложнее.

В заключительном исследовании участники снова ответили на общие вопросы, используя как свою память, так и Google или Википедию. Тем, кому выпала Википедия, была отправлена прямая ссылка на соответствующую информацию. После короткого перерыва участникам показали те же самые, а также дополнительные, новые вопросы, и снова спросили, смогли бы они ответить на них на основе собственных знаний, интернета — или им это не знакомо. Участники, которые использовали Google, ошибочно приписали внешние знания внутренним, как они это делали в предыдущих исследованиях, в отличие от тех, кто использовал Википедию. Это говорит о том, что люди воспринимают доступ к информации через поиск иначе, чем при более формальном хранилище информации.

В целом, исследования не показывают особенно хороших выводов о нашем восприятии собственных знаний и памяти. На базовом уровне это не такая уж большая проблема — в большинстве случаев мы можем войти в интернет, когда нужно что-то найти. Но эти искажения могут снизить эффективность запоминания: столкнувшись с новой информацией, которую стоит запомнить, человек посчитает, что уже ее знает, вместо того, чтобы счесть новой и сохранить у себя в голове.

Команда предполагает, что это слияние человеческих и онлайн-знаний в любом случае не так уж плохо: «возможно, это объединение приведет к «интерразуму» — когнитивной сущности, которая больше и мощнее, чем сумма ее частей». Возможно, до появления интерразума пройдут еще годы, но это может хотя бы частично облегчить чувство вины, когда вы в следующий раз воспользуетесь телефоном, чтобы подсмотреть ответ для викторины в пабе.

В первые недели пандемии семейный терапевт из Санта-Клары Моне Голдман по-разному пытался бороться со стрессом. «Я тренировался, я медитировал, я занимался йогой», — говорит он. Но лучше не становилось, пока он не обратился к привычному времяпрепровождению: видеоиграм. В ярком, захватывающем мире онлайн-игр Голдман нашел утешение — и снова начал получать удовольствие от жизни. Столкнувшись с трудностями виртуального общения с клиентами, он задался вопросом, могут ли игры помочь и его пациентам.

Голдман стал обучать других врачей, как использовать онлайн-игры в работе, и начал он с Roblox — платформы с миллионами игр, которая в США особенно популярна среди детей от 5 до 12 лет. Во время Zoom-сеанса с двумя мальчиками из начальной школы Голдман попросил детей назвать их любимую игру Roblox. Сначала воцарилось «полное молчание, у всех были выключены камеры», рассказывает Голдман. Потом один из мальчишек упомянул Brookhaven, ролевую игру, действие которой происходит в оживленном городе. Вскоре дети с энтузиазмом водили друг друга по игровому пространству, забыв о своей застенчивости.

Подобно традиционной игровой терапии, в которой игрушки помогают пациентам выражать мысли и чувства, онлайн-игры предлагают другой способ общения. Голдман считает, что для некоторых людей, которые переживают о своей внешности или речи, игры — это возможность открыть для себя «голос в его различных формах», будь то аватары, графика или другие цифровые творения. Он заметил, что дети, которым тяжело дается личная терапия, оживают и становятся более уверенными в виртуальной среде. «Это самый главный плюс», — говорит он. Сегодня Голдман консультирует детей, подростков и взрослых, сочетая игровую и разговорную терапию.

Хотя использование видеоигр в терапевтических целях не ново, интерес врачей к этому формату значительно вырос во время пандемии из-за массового перехода на телемедицину. «Многие терапевты были шокированы», — говорит Хосуэ Кардона, основатель Geek Therapy, некоммерческой организации, пропагандирующей использование видеоигр и других популярных медиа. По словам Кардоны, в декабре 2019 года группа Geek Therapy в Facebook насчитывала чуть менее 1000 участников, сейчас их более 5400. Клиницисты используют онлайн-игры по-разному: присоединяются к клиентам на таких платформах, как Roblox или Minecraft, либо дают им играть самостоятельно с определенной терапевтической целью.

В чем помогают игры

«Видеоигры привлекают и удерживают внимание», а это уже первый шаг к контролю тревожных мыслей, говорит клинический психолог Эйми Дарамус. В работе со взрослыми, страдающими хроническими психическими заболеваниями, включая тревогу, депрессию и шизофрению, она использует видеоигры как мост к другим навыкам преодоления трудностей. Если во время сеанса кого-то одолевают навязчивые мысли, видеоигры за несколько минут снимают беспокойство. В этот момент, объясняет Дарамус, пациент гораздо лучше способен проявлять осознанность.

Некоторые исследования показывают, что видеоигры так же — а потенциально даже более — эффективны, как и другие меры воздействия в области психического здоровья, особенно при тревоге. Исследование 2017 года, опубликованное в Prevention Science, показало, что для снижении детской тревожности игра MindLight так же эффективна, как и программа когнитивно-поведенческой терапии. В другом исследовании обращение к видеоиграм снижало тревогу пациентов больше, чем добавление второго лекарства.

Некоторые игры специально обращают внимание на проблемы психического здоровья — например, в Sea of Solitude изображен персонаж, столкнувшийся с депрессией и одиночеством — но и казуальные игры, предназначенные для развлечения, тоже полезны. Исследование 2009 года, опубликованное в PLOS One, обнаружило, что игра в Tetris после просмотра травматического фильма уменьшает количество воспоминаний, снижая риск посттравматического стрессового расстройства. По сути, игра «взламывает внимание и память, чтобы остановить повторение этих воспоминаний снова и снова, пока мозг их формирует», объясняет Дарамус.

А иногда именно в рамках цифровых границ игрового мира пациенты чувствуют себя более безопасно и свободно, чтобы справиться с сильными эмоциями. Клинический социальный работник из Пенсильвании Ким Уиллер Пойтевиен, которая консультирует детей и подростков, летом 2020 года заметила, что все больше юных чернокожих пациентов тяготеют к таким играм, как Fortnite, в ответ на расовое насилие. Дети «боятся полиции», и так они стремятся защитить себя. «У них есть предыстории, говорящие, что они хорошие люди, но полиция считает их плохими».

Игры также развивают навыки эмоциональной регуляции. Пойтевиен выросла в семье геймеров и с детства играла в Atari. Сегодня она часто играет со своими клиентами в видеоигры во время сессий, но не поддается им. «Сражаемся по-настоящему». По ее словам, проигрывая, дети развивают «толерантность к разочарованию». А неизбежные сбои, например, когда игра тормозит или выкидывает игрока, тренируют терпение.

Во время пандемии онлайн-игры были важным дополнительным ресурсом. «У всех терапевтов, которых я знаю, сейчас слишком много заказов», — говорит Дарамус. Если клиенты не могут прийти на очный прием или хотят попрактиковаться в техниках одоления стресса между сессиями, она часто прописывает игры с ориентацией на психическое здоровье, такие как Sea of Solitude, Night in the Woods и Gris.

Опасения по поводу зависимости

Некоторые эксперты выражают обеспокоенность по поводу экранного времени и зависимости от онлайн-игр, особенно у детей. Недавно Китай ужесточил свои и без того строгие правила, ограничивающие время онлайн-игр для детей до 18 лет. Хотя Всемирная организация здравоохранения признает игровое расстройство заболеванием, оценки его распространенности разнятся. Обзор 53 исследований 2020 года говорит, что этим расстройством во всем мире страдает примерно 3% игроков.

Ларри Розен, почетный профессор и бывший заведующий кафедрой психологии Калифорнийского государственного университета Домингес Хиллз, говорит, что игры способствуют модификации поведения, что может перерасти в зависимость. По его словам, чем больше мы играем, тем больше получаем химических веществ, приносящих удовлетворение — в первую очередь дофамина, серотонина и так далее.

С другой стороны, игры помогают избавляться от нежелательных чувств, а именно от беспокойства. Цепочка ежедневных входов в систему — концепция, популяризированная (но ни в коем случае не созданная) Snapchat — прекрасный тому пример. «Вы продлеваете цепочку, потому что тревожитесь, — говорит Розен. — Вам нужно быть ответственными и выполнять свои социальные обязательства». Когда мы входим в систему, чтобы продолжить серию, это неприятное чувство испаряется.

Онлайн-игры фантастически увлекательны, потому что их успех зависит от внимания. Чем дольше мы играем, тем больше вероятность, что мы что-то купим, и тем больше денег зарабатывают игровые компании. «Суть в том, что они хотят подольше задержать вас там», — говорит Розен.

Несмотря на потенциальные подводные камни игромании, терапевты стараются не стигматизировать игры. Они не говорят клиентам, что нужно прекратить играть, а используют более эффективный, по мнению Пойтевиен, подход: разговор о балансе. Она спрашивает: «Что вы чувствуете, когда играете в видеоигры до четырех часов утра? Каковы естественные последствия?»

Голдман с этим согласен. Ему не нравится определение «вызывающие привыкание», но он признает, что игры могут стать вредной привычкой. Если слишком часто использовать их в качестве стратегии борьбы со стрессом, после выхода из системы «останутся те же проблемы, с которыми мы пытались справиться», подчеркивает он. И эти проблемы, вероятно, «становятся еще более серьезными, потому что мы тратим больше времени на игры, и меньше на поиски работы или учебу в школе».

После пандемии

По словам Дарамус, чем более популярными становятся онлайн-игры, тем больше клиницистам требуются строгие этические принципы их использования. Задача заключается в том, чтобы «проводить терапию не так, как нам удобно, а так, чтобы она приносила пользу клиенту». Если пациент хочет провести всю сессию, играя в Animal Crossing, как врачу связать это с конкретной целью лечения, например, оттачиванием социальных навыков или формированием терпимости к стрессу?

Врачи хотели бы сохранить онлайн-игры в своем арсенале, даже когда пандемия в конце концов закончится и возобновятся личные консультации. Если традиционная разговорная терапия не дает результатов, игры становятся последней надеждой. Голдману регулярно звонят родители старшеклассников и студентов университетов, которые ненавидят терапию, но хотят хоть с кем-нибудь поговорить. Семьи обращаются к нему из-за непредвзятого подхода и симпатии к играм.

«Терапия может быть пугающей и сложной», — говорит Голдман. Общение с пациентами в игре, где они чувствуют себя в безопасности, многое меняет, даже если ради этого приходится назначать встречи на сервере World of Warcraft. «Все, что угодно, только бы вы вошли в эту дверь».

Представьте себе, как в один прекрасный день спутник возвращается, неся с собой микроскопического безбилетника, который не похож ни на что, с чем сталкивалась когда-либо жизнь на Земле. После того как он поймет, что на Земле есть все что нужно, то быстро начнет поиски наиболее благоприятной среды для размножения и питания. А пищей для него может служить что угодно, от крови доминирующего на планете вида до пластика.

Этот сценарий — сюжет книги Майкла Крайтона «Штамм Андромеды» — отражает опасения, которые в какой-то степени, упомянуты в финале романа «Война Миров» Г. Уэллса. Это страх того, что последствия биологического заражения — настоящая опасность космических путешествий, и угроза эта более реальна, чем, скажем, летающие тарелки.

В недавно опубликованной статье журнала Bioscience, Энтони Риккарди из Университета МакГилла, вместе с соавторами обсудил риск биологического заражения планеты. Ученые объяснили, что риск межпланетного перекрестного заражения не ограничивается только одним сценарием, и рассказали, как мы можем прийти к более глубокому пониманию проблемы и ее решению.

Биология вторжения

Авторы обращаются к новому междисциплинарному направлению науки, так называемой биологии инвазии, или вторжения. Это направление изучает проблемы, с которыми может столкнуться человечество из-за полетов в космос и взятия образцов для изучения. Биология инвазии фокусируется на том, что происходит, когда живой организм перемещается из привычной среды обитания в непривычную и начинает в ней развиваться.

Эта новая область науки выдвигает несколько важных идей о том, как может происходить такое «вторжение». Например, возможен такой сценарий:

• Изолированные экосистемы (острова, озера, удаленные уголки природы) подвержены наибольшему риску разрушения в случае внедрения инопланетного организма.
• Результаты подобного вторжения непредсказуемы.
• Лучшая стратегия в таких случаях — отнестись к ситуации как катастрофе и немедленно принимать меры.

Но как на самом деле выглядит внеземное «биологическое вторжение»?

В первую очередь большинству людей приходит в голову, что какой-нибудь космический микроб может попасть на Землю вместе с образцами с поверхности другой планеты. Такая ситуация называется прямым заражением и может привести к катастрофе, если занесенный организм попадет в благоприятные для себя условия, где сможет процветать.

Но такая ситуация может сработать и в обратную сторону. В 2019 году израильский луноход Берешит потерпел крушение на поверхности Луны. Груз аппарата, в числе прочего, состоял из тихоходок в особом, спящем состоянии. Тихоходка, которую еще называют «водяным медведем» — это микроскопический живой организм, способный выжить в экстремально тяжелых условиях обитания, в том числе, в космическом вакууме. И хотя их прибытие на Луну было вызвано несчастным случаем, невозможно исключить риск подобных происшествий в будущем.

А теперь представьте, что подобное случилось на Марсе. Все еще не утихают дискуссии о том, что бактериальные формы жизни могут выжить под его внешней поверхностью. Или, например, на Европе, спутнике Юпитера, где подземное море может быть средой обитания разнообразных форм жизни. Инвазивные виды с Земли могут стать катастрофой для инопланетных экосистем.

Как избежать перекрестного заражения

К счастью, опасения по поводу биологической опасности в космосе существуют несколько десятилетий и еще в 1967 году были отражены в Договоре о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела. Одно из положений договора предписывает участникам «руководствоваться принципом сотрудничества и взаимопомощи… и вести исследования таким образом, чтобы избежать вредного загрязнения и неблагоприятных изменений окружающей среды Земли в результате внедрения внеземных веществ и, в случае необходимости, принимать соответствующие меры по предотвращению этого».

Космические агентства приняли эти правила на вооружение с момента подписания Договора о Космосе. Астронавты Аполлона 11 не смогли, как известно, попробовать торт, испеченный в честь их успешного возвращения на Землю, ведь им пришлось отсидеть карантин в специально построенном для этой цели трейлере. Специалисты НАСА были настолько обеспокоены возможностью существования «лунных микробов», что давление в карантинном боксе поддерживалось ниже, чем атмосферное давление в здании вокруг, чтобы быть полностью уверенными в том, что воздух (а значит и любые бактерии) заходит внутрь, а не выходит из него.

Можно предположить, что сейчас мы знаем немного больше, чем в 1969 году, о контроле над биологической опасностью, но место для сомнений остается. Авторы статьи предлагают использовать «протоколы раннего обнаружения, оценки степени опасности, меры быстрого реагирования и карантинных процедур, которые сейчас применяются в отношении инвазивных видов на Земле для взаимодействия с потенциальными угрозами внеземного происхождения».

И прежде чем начать бояться вторжения маленьких зеленых микроорганизмов, стоит подумать о том, что шанс заражения на самом деле невысок. Расстояния и условия космических путешествий почти гарантировано уничтожат любого безбилетника. Но почти — это не сто процентов. Ученые также предупреждают о том, что по мере того как космические путешествия станут доступнее, нам придется усовершенствовать стандарты биологической безопасности.

Итак, пока решается проблема, как удержать заразу подальше от Земли и любых других мест, куда мы решим отправиться в путешествие, мы можем приложить усилия, чтобы и на Земле все оставалось на своих местах. В любом случае, пока не откроют продажи билетов на Европу, не стоит сильно переживать.

А может, после космического перелета нужно будет просто мыть руки чуть тщательнее, чем обычно.

Вспомним 1965 год, когда Том Лерер записал концертный альбом That Was the Year That Was. Про композицию под названием «So Long Mom (A Song for World War III)» он сказал, что «если какие-то песни останутся после Третьей мировой войны, лучше начать писать их сегодня». Помимо ядерной угрозы, в 1960-е переживали из-за перенаселения. Книга биолога Стэнфордского университета Пола Эрлиха «Демографическая бомба» была опубликована в 1968, в год, когда темпы прироста мирового населения превышали 2% — самый высокий показатель за всю историю человечества.

Спустя полвека угроза ядерного уничтожения потеряла свою неминуемость. Что касается перенаселения, то сейчас на Земле живет более чем в два раза больше людей, чем в 1968 году, при этом в большем комфорте и достатке, чем кто-либо ожидал. Хотя численность населения все еще увеличивается, темпы прироста снизились вдвое с 1968 года. Текущие прогнозы численности населения разнятся. Но общее мнение таково, что где-то в середине века она выйдет на пик и начнет резко падать. Уже к 2100 году численность мирового населения может быть меньше, чем сейчас. В большинстве стран, включая более бедные, уровень рождаемости сейчас намного ниже уровня смертности. В некоторых странах население в скорости сократится до половины нынешних показателей. Теперь мы начинаем беспокоиться о малочисленности населения.

Как палеонтолог я смотрю далеко вперед. Виды млекопитающих, как правило, зарождаются и исчезают довольно быстро, этот процесс занимает примерно миллион лет. Летопись окаменелостей указывает на то, что Homo sapiens существует уже около 315 тысяч лет или около того, но большую часть этого времени вид был редким — настолько редким, что фактически был близок к исчезновению, возможно, больше, чем один раз. Так были посеяны семена гибели человечества: нынешнее население выросло очень быстро из небольшого количества. В результате, как вид, H. sapiens необычайно однообразен. У некоторых групп диких шимпанзе генетическая изменчивость больше, чем у всей человеческой популяции. А отсутствие генетической изменчивости никогда не способствовало выживанию видов.

Более того, за последние несколько десятилетий качество человеческой спермы резко снизилось, что, возможно, привело к снижению рождаемости, но причин никто толком не знает. Один из возможных факторов — загрязнение, побочный продукт ухудшения окружающей среды человеком. Другим фактором может быть стресс, который, как я полагаю, вызван длительным проживанием в непосредственной близости от других людей. На протяжении большей части эволюции люди передвигались по миру налегке и жили разрозненными группами. Привычка жить в городах, практически друг на друге (в многоквартирном доме) появилась сравнительно недавно.

Еще одна причина спада роста населения — экономическая. Политики стремятся к неуклонному экономическому росту, но это невозможно в мире, где ресурсы ограничены. H. sapiens уже потребляют от 25 до 40% чистой первичной продукции, то есть органических веществ, которые растения создают из воздуха, воды и солнечного света. Это плохая новость не только для миллионов других видов на нашей планете, но и для экономических перспектив человечества. В наши дни людям приходится работать тяжелее и дольше, чтобы поддерживать уровень жизни, который был у их родителей, если такие стандарты вообще достижимы. Появляется все больше свидетельств того, что за последние 20 лет экономическая производительность остановилась или даже снизилась во всем мире. Как один из результатов, люди откладывают рождение детей до того момента, когда их собственная фертильность начинает снижаться.

Дополнительный фактор сокращения темпов роста населения — тот, который давно назрел и который можно только приветствовать — экономическая, репродуктивная и политическая эмансипация женщин. Она началась чуть более века назад, но уже позволила удвоить рабочую силу и улучшить уровень образования, продолжительность жизни и экономический потенциал людей в целом. Благодаря улучшенной контрацепции и медицинскому обслуживанию женщинам не нужно больше рожать много детей, чтобы хоть кто-то из них выжил. Но чем меньше и позже женщина рожает, тем больше это ведет к сокращению населения.

Самая коварная угроза человечеству — это так называемый «долг исчезновения». В развитии любых видов, даже тех, которые кажутся процветающими, наступает время, когда вымирание будет неизбежным, что бы они ни предпринимали, чтобы предотвратить это. Причиной вымирания обычно служит отсроченная реакция на потерю среды обитания. Наибольшему риску подвергаются те виды, которые доминируют в определенных зонах обитания за счет других видов, которые, как правило, мигрируют в иные места и, следовательно, распределяются менее скученно. Люди занимают практически всю планету и доминируют на ней благодаря тому, что поглощают большую часть продуктивности этого глобального участка среды обитания. Поэтому H. sapiens, возможно, уже ходячий мертвец.

Признаки уже налицо для тех, кто желает их увидеть. Когда среда обитания ухудшается настолько, что ресурсов не хватает даже при перемещении с места на место, когда рождаемость начинает снижаться и опускается ниже уровня смертности и когда генетические ресурсы ограничены — единственный путь — закат. Вопрос: «Как быстро?»

Я подозреваю, что человеческую популяцию ждет не только сокращение, но и коллапс — и в ближайшее время. Перефразируя Лерера, если мы собираемся писать о вымирании человечества, лучше делать это прямо сейчас.

Мы переходим в фотонный мир. Фотоника может стать более важной, чем электроника.

Фотоны, как и электроны, могут переносить и энергию, и информацию. У нас есть толстые провода для электронов, несущих большой заряд энергию, достаточный, чтобы ударить или убить человека, и у нас есть тончайшие, меньше волоса, проводки для электронов, несущих информацию (в электронике и микросхемах) – их энергию вы не можете почувствовать.

У нас есть фотоны солнечного света. За пределами защитного слоя атмосферы они могут убить человека. Внутри атмосферы Земли эти фотоны согревают нас, питают растения и опосредованно все живое на планете. У нас есть лазеры, которые стреляют фотонами с достаточной мощностью, чтобы прорезать сталь и убить нас. Но есть и слабые потоки фотонов, несущие информацию (оптические волокна и дисплеи) – их энергию мы никак не ощущаем.

Цифровой мир держится на электронах. Электроны лежат в основе всей сферы вычислительной техники и современных коммуникаций. Почти все биты – электронные. Мы используем пакеты электронов для создания бинарных кодов выключения/включения. Электроны близки нашему представлению о частицах, движущихся как частицы материи.

А фотоны, наоборот, волны, или волнообразные частицы. Свет и всё электромагнитное излучение, в том числе радио, распространяется как частицы-волны. На самом деле эти частицы не дискретны. Они непрерывны, подобно волнам. Они практически противоположны бинарности. В первом приближении фотонный мир кажется к аналоговому ближе, чем к электронному.

У нас есть интерфейсы для перехода между электроникой и фотоникой. Это то, как вы получаете на свой телефон фотографии из Instagram или смотрите Netflix по оптоволоконным кабелям. Электронные бинарные пакеты устремляются к экранам, излучающим фотоны. По мере того, как будут расширяться виртуальные миры, мы будем всё больше иметь дело с фотонами. Дополненная реальность, смешанная реальность или то, что я называю Зеркальным миром, – это область пространственной визуализации с полностью воссозданным объемом и мельчайшими деталями, которую будут имитировать фотоны реального мира. Чтобы визуализировать объемные пространственные сцены с необходимым разрешением и сделать максимально правдоподобный свет в мире, общем для множества участников, потребуются астрономические объемы вычислений.

Поскольку для получения конечных результатов нужны фотоны, может сложиться так, что мы будем делать все вычисления с помощью фотонов, а не переходить от них к электронам и обратно. Вместо электронных чипов у нас будут фотонные чипы. Представьте: движение фотонов используется для вычисления результатов, а затем результаты отображаются непосредственно в виде фотонов. Мы видим их на экранах наших умных очков, используя камеры, внутри которых обнаруживаем фотоны, генерируемые другим человеком в Зеркальном мире. И эти фотоны обрабатываются в фотонном чипе и преобразуются в новую сцену, отображаемую в виде фотонов на чужом экране. Даже без стопроцентно фотонного чипа Зеркальный мир требует огромного количества фотонов, визуализирующих виртуальную многослойность и ее правильное освещение. Зеркальный мир и даже метавселенная станут в первую очередь фотонным царством, в котором будут проноситься миллионы фотонов, сначала воспринимаемых, а потом воссоздаваемых. И наступит Фотонный век.

«Тот факт, что мы не можем надеяться детально описать доступным нам языком феноменологию марсиан или летучих мышей, не означает того, что они не испытывают сложных субъективных переживаний, сравнимых по богатству деталей с нашими ощущениями». Томас Нагель

Каково быть смартфоном? Во всех разговорах о будущем искусственного интеллекта этот вопрос замалчивается или, что еще хуже, считается решенным. Давнее предположение, отражение антропоморфного романтизма компьютерных ученых, писателей-фантастов и интернет-предпринимателей, заключается в том, что, когда у компьютера будет разум, у него будет и сознание, подобное нашему собственному. Мы, великие программисты, создадим машинное сознание по собственному образу и подобию.

Это предположение абсурдно, и не только потому, что источники и механизмы работы человеческого сознания до сих пор нам неизвестны и, следовательно, недоступны в качестве моделей для программистов и инженеров. Сознание переплетено с бытием, а бытие — с телом, а тело компьютера и (предположительно) бытие не имеют ничего общего с человеческим. Гораздо более разумно предположить, что сознание компьютера, если оно возникнет, будет полностью отличаться от сознания человека. Оно будет — если будет — настолько иным, что мы, вероятно, даже не сможем понять, что это и есть сознание.

Как заметил философ Томас Нагель в классической статье 1974 года «Каково быть летучей мышью?», мы, люди, не способны проникнуть в сознание любого другого живого существа. Мы не можем понять «субъективный характер» опыта других животных больше, чем они могут понять наш. Однако мы видим, что, за исключением, пожалуй, самых простых форм жизни, животное обладает сознанием — или, по крайней мере, бытием. Мы понимаем, что животное — это живое существо с разумом, чувствами и характером. Мы знаем, что эти животные что-то чувствуют, даже если не понимаем, что именно.

Мы понимаем это потому, что у нас общее генетическое наследие. Животные — продукты того же эволюционного процесса, что породил и нас, у них такая же основополагающая биология, тот же материальный субстрат, а значит они похожи на нас как физическими характеристиками, так и поведением. Учитывая это очевидное сходство, невозможно считать их чем-то иным, чем живыми существами.

С искусственным интеллектом у нас нет такого общего наследия или общей основы. Наше отношение к ИИ и его отношение к нам будет радикально отличаться. Столкнувшись с ИИ, мы не только не сможем проникнуть в его сознание или иным образом ощутить характер его существа, мы вообще не сможем распознать, что у него есть сознание или бытие. В нашем восприятии он останется неодушевленным предметом, который мы сконструировали.

Но вы можете спросить, разве его бытие не определяется созданием программы? В какой-то степени это может быть так — хотя кто может сказать, откуда взялось бытие? — но даже в этом случае программа не поможет понять характер компьютера. Вы не сможете узнать, что значит быть ИИ, исследуя единицы и нули его машинного кода, точно так же, как вы нельзя понять собственное бытие, изучив последовательности белков генетического кода. Сознательный компьютер, скорее всего, не будет знать о процедурах своего программного обеспечения — так же и мы не осознаем, как ДНК формирует тело, и не задумываемся о бесчисленных сигналах, которые каждое мгновение проходят через нервную систему. Интеллектуальный компьютер может выполнять всевозможные практические функции, в том числе принимать входные данные и выдавать результат, не осознавая, что он выполняет эти функции. Его бытие может лежать совершенно в другом месте.

Тест Тьюринга во всех его вариациях также бесполезен для идентификации ИИ. Он просто проверяет способность машины симулировать сходство с человеком. Он не дает понимания сущности ИИ, которая, опять же, может быть полностью отделена от его способности заставить нас почувствовать, что он похож на нас. Тест Тьюринга говорит о наших собственных навыках, но ничего не говорит о характере искусственного существа.

Все это открывает еще одну возможность. Может быть, мы уже окружены ИИ, но понятия не имеем, что они существуют. Их сущность невидима для нас, как и наша для них. Мы оба — объекты, находящиеся в одном и том же месте, но как существа мы живем в разных вселенных. Наши смартфоны, возможно, прямо сейчас, по словам Нагеля, испытывают «впечатления, полностью сопоставимые по богатству деталей с нашими собственными».

Посмотрите на свой смартфон. Вы видите в нем простой инструмент для исполнения команд, и, возможно, именно так вас он воспринимает вас — как послушного, но в остальном ничем не примечательного робота, который время от времени подключает его к электрической розетке.