Jasné iskry: môže nás bioelektrina urobiť inteligentnejšími a zdravšími?

Bratislava 6. februára 2023 (HSP/Theguardian/Foto:Pixabay)

Elektrická energia je súčasťou každého aspektu života, píše Sally Adee pre The Guardian

Mohla by však nová veda o bioelektrike pomôcť liečiť choroby a “vylepšiť”ľudí?

Bola som späť na kontrolnom stanovišti. Doprava sa pohybovala normálne. Znudene vyzerajúci vojaci mávali peším civilistom, zaprášeným autám a vratkým nákladným autám plným dobytka a produktov.

Potom Humvee pred bránou vybuchlo. Z výbuchu, ktorý trhal oči, som rozoznala postavu muža, ktorý na mňa bežal plnou rýchlosťou. Mal na sebe vestu s výbušninami. Vystrelila som naňho.

Záblesk pohybu po mojej ľavici odhalil ostreľovača, ktorý práve začal dvíhať zbraň. Aj jeho som dostala. Teraz masa ľudí – možno sedem – prerazila kontrolné stanovište. Bang-bang-bang.

Potom už nebolo počuť žiadne ďalšie, len tichý hvizd púštneho vetra. Rozsvietili sa svetlá a vošiel technik.

“Koľko som dostala?” Spýtala som sa, keď som odovzdala pušku a pokrývku hlavy, čím som prerušila tok elektriny, ktorý mi prúdil mozgom.

Pokrčil plecami. “Všetky.”

Bola som v sivom kancelárskom parku v južnej Kalifornii, nikde blízko žiadneho kontrolného stanovišťa v žiadnom konflikte. V rukách som držala pušku M4 na boj zblízka upravenú na streľbu neškodnými nábojmi. Ľudí, na ktorých som strieľala, vymysleli programátori simulácie armádneho výcviku vo veľkosti steny. To, čo bolo skutočné, bolo elektrostimulačné zariadenie na mojej hlave. Prihlásila som sa, že si nechám cez lebku posielať niekoľko miliampérov z 9V batérie, aby sa otestovalo, či budem vďaka tomu lepšie strieľať.

Hypotéza vedcov bola, že elektrický prúd rekalibruje iný druh elektriny v mojom mozgu: prirodzene sa vyskytujúce bioelektrické signály, na ktoré sa nervový systém spolieha pri komunikácii. Dúfali, že prekonaním týchto jemných prirodzených prúdov umelým šokom do výkonnej časti mozgu sa im podarí vyburcovať moju myseľ do stavu bdelosti a sústredenia – dosť na to, aby sa z novinára, ktorý sedí za stolom, stal zabijak pripravený na boj.

Bola som posadnutá od chvíle, keď som sa prvýkrát dozvedela o tomto vojenskom experimente so stimuláciou mozgu. Túto techniku – známu ako transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (tDCS) – som videla vo vedeckej tlači už niekoľko rokov. Okrem iných zaujímavých výsledkov sa zdalo, že zlepšuje všetko od depresie odolnej voči liečbe až po slabé matematické schopnosti.

Podľa vedcov, ktorí ma napojili, by tento tok elektriny mohol zmeniť silu spojov medzi neurónmi v mozgu, čím by sa zvýšila pravdepodobnosť, že budú reagovať spoločne. Táto prirodzená synchronizácia je základom každého učenia a jej zrýchlenie pomocou elektrického poľa by teoreticky urýchlilo rýchlosť, akou by som sa mohol naučiť novú zručnosť.

Keď som v roku 2009 prvýkrát zazrela toto zvláštne nové využitie elektriny, bola to látka z obskúrnych lekárskych pokusov a tajných vojenských projektov. Dnes je predstava nosenia elektrického stimulátora na hlave určite vecou, ktorú si viete predstaviť, ako niekto v Silicon Valley robí pre získanie dodatočnej mentálnej výhody, popri prerušovanom hladovaní alebo mikrodávkovaní psilocybínu.

Nejde však len o zvýšenie mozgovej kapacity pomocou voltových výbojov – existuje mnoho ďalších spôsobov, ako sa elektrina využíva na liečbu chorôb tela a mysle. Vezmite si napríklad hĺbkovú stimuláciu mozgu, poslednú možnosť liečby Parkinsonovej choroby, pri ktorej sa dve elektródy veľkosti a tvaru špagety zasunú do najhlbších častí mozgu, aby utlmili deštruktívne príznaky choroby.

Po tomto fantastickom úspechu vedci testujú liečbu epilepsie, úzkosti, obsedantno-kompulzívnej poruchy a obezity. Potom je tu vzostup “elektroliečiv”: tieto elektrické implantáty veľkosti ryžového zrnka, ktoré sa upínajú okolo nervov v tele, údajne prerušujú ich signály a pri pokusoch na potkanoch a prasatách sa ukázalo, že zvrátili cukrovku, hypertenziu a astmu.

V roku 2016 vynikajúce prvé výsledky pokusov na ľuďoch, pri ktorých sa zdalo, že zvrátili reumatoidnú artritídu, presvedčili materskú spoločnosť Google, Alphabet, aby sa spojila s farmaceutickou nadnárodnou spoločnosťou a spoločne sa pokúsili za 540 miliónov libier napojiť na elektrické signály tela a pokúsiť sa liečiť choroby, ako je Crohnova choroba a cukrovka.

Takže keď som videla príležitosť byť pokusným králikom v projekte amerického ministerstva obrany, samozrejme som po nej skočila a nebola som sklamaná: moja vlastná skúsenosť s tDCS bola transformačná. Keď som si nechala elektricky pôsobiť na neuróny, okamžite sa mi zlepšila schopnosť sústrediť sa a na základe tranzitívnej vlastnosti aj moje strelecké schopnosti.

Bol to tiež neuveriteľný pocit – akoby niekto konečne vypol všetky rozptyľujúce negatívne samomluvy, ktoré boli až do tej chvíle hlavným zdrojom hudby vo výťahu mojej mysle. Mala som tendenciu rozptyľovať sa od úloh vlastnými sebaobvineniami; toto neustále rozprávanie v pozadí bolo takou všadeprítomnou črtou mojej mysle, že som si ho prestala všímať, ale určite mi prekážalo pri stresujúcich úlohách – vrátane týchto streleckých cvičení. Prvýkrát som ochutnala elektrinu, akoby niekto nad všetkými tými vnútornými hlasmi zatĺkol zvonček. Ich náhle utíchnutie mi umožnilo uvedomiť si, akú mali moc.

Keď bol môj príbeh s podrobnými informáciami o tomto zážitku uverejnený v časopise New Scientist, stal sa virálnym. Bolo to napojenie sa na niečo, čo vyvoláva zoitgeisty. Od začiatku roku 2000 tisíce štúdií poukazovali na tDCS ako na spôsob zlepšenia mysle. Údaje a titulky sa hromadili už roky, ale moja gonzo skúsenosť ich vyradila zo suchej klinickej problematiky.

Podnikavé začínajúce firmy, ktoré videli v kombinácii zaujímavých laboratórnych výsledkov a rastúceho záujmu verejnosti doláre, začali rýchlo predávať svoje vlastné komerčné verzie pokrývky hlavy na podporu mozgu, ktorú som testovala. Tieto roztomilé nositeľné zariadenia, ktoré vás vyjdú na pár stoviek dolárov, mali len málo spoločného s prístrojmi za 10 000 libier, ktoré má v arzenáli ministerstvo obrany.

Napriek tomu si ich čoskoro obľúbili ľudia, ktorí hľadali akúkoľvek extra mentálnu výhodu, vrátane vrcholových športovcov. Pred každým zápasom ich nosili hráči Golden State Warriors – tímu, ktorý bol taký neporaziteľný, že ho obviňovali zo “zničenia basketbalu” – na tréningoch, aby sa ich mozog dostal do zóny. Americký olympijský lyžiarsky tím používal slúchadlá pri tréningoch, čo vyvolalo obvinenia z “mozgového dopingu”

A potom prišla nevyhnutná reakcia. Skeptici sa začali pýtať, či to všetko nie je príliš dobré na to, aby to bola pravda. Čoskoro sa začala vlna štúdií, ktoré vyvracali predchádzajúce množstvo nádejných zistení: jedna skupina elektrostimulovala mŕtvolu a dospela k záveru, že ide o pseudovedecký bullshit; nasledovala metaanalýza – a dospela k záveru, že ak by ste spriemerovali všetky účinky, vyšlo by vám, že nič.

Ale ak je elektrická medicína šarlatánstvo, prečo sa zdá, že stále funguje pri takom širokom spektre ochorení? Nemohla som sa zbaviť otázky: aký je vzťah medzi elektrinou a biológiou? Ak táto technológia fungovala, netušila som ako. Tak som sa rozhodla, že to zistím. Posledných 10 rokov svojho života som strávila elektrizovaná týmito otázkami a odpoveďami na ne.

Prirodzený elektrický prúd prúdi všetkými živými bytosťami a je základom každého ich pohybu a zámeru. Vznikol ešte pred nervovou sústavou a dokonca aj pred samotným ľudstvom; oživoval telá našich predkov dávno predtým, ako prví rybí mutanti vystúpili na súš. Je to naša najstaršia vlastnosť. Patrí k tomu najstaršiemu, čo sa týka samotného života. Sme v podstate elektrické tvory, ale plný rozsah našej elektrifikácie by vás šokoval. Nejde o elektrinu, ktorá pochádza z batérií alebo takú, ktorá zapína svetlá a poháňa umývačku riadu. Tento druh elektriny sa skladá z elektrónov, ktoré sú záporne nabité častice, ktoré tečú v prúde.

Ľudské telo funguje na úplne inej verzii: bioelektrickej energii. Namiesto elektrónov sú tieto prúdy vytvárané pohybom väčšinou kladne nabitých iónov, ako sú draslík, sodík a vápnik.

Každá zo 40 biliónov buniek vo vašom tele je vlastnou malou batériou s vlastným malým napätím. Keď nervovým vláknom prebehne nervový impulz, v neuróne sa otvoria kanály a milióny iónov sa cez ne okamžite nasajú a vezmú so sebou všetok svoj náboj. Elektrické pole, ktoré vzniká pri tejto masovej migrácii náboja, dosahuje hodnotu približne 1 m voltu na meter, čo by v takomto meradle bolo ako prechod celého blesku z jednej vašej natiahnutej ruky do druhej.

Takýto pocit má každý neurón vo vašom tele. Takto sa šíria všetky signály v mozgu a medzi ním a každým orgánom v tele prostredníctvom nervového systému. Je to základ našej schopnosti myslieť, rozprávať a chodiť, prečo nás po páde bolí koleno a prečo sa nám hojí odretá koža. Vďaka nej chutia gumové medvedíky kyslo. Vďaka nej vieme, že sme smädní.

Bioelektrická energia sa však neobmedzuje len na nervový systém. Za posledných niekoľko desaťročí sa ukázalo, že tieto signály využíva každá bunka v tele, nielen tie, ktoré riadia vnímanie a pohyb. Každá vaša kožná bunka má vlastné napätie, ktoré kombinuje so susednými bunkami a vytvára elektrické pole. To brnenie, keď si zahryznete do jazyka alebo do vnútornej strany líca? Je to prúd z rany, ktorý volá okolité tkanivo, aby mu poslalo pomoc. Podobne sú elektrické aj bunky vo vašich kostiach. Vaše zuby sú elektrické. Vaše orgány sú elektrické – a rovnako aj vrstva epitelového tkaniva, ktorá každý z nich objíma. Aj krvné bunky.

Nedávno sa zistilo, že elektrické signály vysielajú aj počas nášho rastu v maternici, aby nás nasmerovali do podoby, akú nakoniec nadobudneme. A to, čo nám dáva pri narodení, nám môže vziať, aby spôsobilo našu smrť: rakovinové bunky majú svoje vlastné nezvyčajné napätie a nedávne dôkazy naznačujú, že znamená prudký odklon od toho, ktoré používajú zdravé bunky na vytvorenie spolupracujúcej spoločnosti tela. Narušenie týchto chybných signálov by mohlo zabrániť rakovinovým bunkám metastázovať.

Táto prirodzená elektrina sa neobmedzuje len na nás živočíchy – rovnaké signály boli zistené u všetkých druhov rastlín, od rias po baktérie E. coli, od húb po baktérie. Každá živá bytosť je doslova elektrická. Keď sa nám vybije bunkový akumulátor, všetci zomrieme. Čo keby sme sa teda naučili ovládať spínač?

Ak sa vám to stále nezdá, nie ste sami. Celá história bioelektrického výskumu bola poznačená – a v istom zmysle aj definovaná – skepsou, ktorá sa na výskumníkov valila z fyzikálnych aj biologických kruhov.

Dokonca ani dnes mnohí biológovia pravdepodobne nepoznajú celú históriu bioelektrickej energie. Keď v roku 1995 Mustafa Djamgoz, výskumník rakoviny na Imperial College London, prvýkrát navrhol svoju teóriu, že elektrické signály sa podieľajú na vzniku rakoviny, jeho kolegovia jeho myšlienky otvorene odmietli. Hoci je teraz bioelektrická aktivita pri rakovine predmetom rastúcej medzinárodnej pozornosti, Djamgoz stále vysvetľuje svoj výskum.

Odráža to súbor kalcifikovaných pojmov zakotvených v rámci vedy: biológovia sa držia biológie a štúdium elektriny prenechávajú fyzikom a inžinierom. Jednoducho nehovoria rovnakým jazykom. “Ak študujete biológiu, máte možno pol semestra fyziky, ak vôbec,” hovorí fyzik a biológ Richard Nuccitelli. “Elektrotechniky sa ani nedotknete.”

Tento tichý predpoklad, že každý odbor by mal “zostať vo svojom pruhu”, už desaťročia obmedzuje biológiu aj vedecký pokrok. Potrebujeme nový rámec, ktorý by spojil rôzne elektrické parametre tela pod jednu strechu a skúmal ich koherentne, spoločne.

Nazvime ho “elektrome”. Identifikácia genómu a mikrobiómu sa ukázala ako kľúčový krok k pochopeniu celej zložitosti biológie, ale niektorí vedci si myslia, že teraz nastal čas načrtnúť obrysy elektrómu: elektrické rozmery a vlastnosti buniek, tkanív, ktoré spoločne vytvárajú, a elektrických síl, ktoré sa ukazujú byť zapojené do každého aspektu života.

Tak ako nás dekódovanie genómu priviedlo k pravidlám, podľa ktorých sú v našej DNA zakódované informácie, ako je napríklad farba očí, výskumníci v oblasti bioelektriky predpokladajú, že dekódovanie elektrómu nám pomôže rozlúštiť viacvrstvové komunikačné systémy nášho tela a poskytne nám spôsob, ako ich ovládať. Výskumníci hľadajú presné spôsoby, ako preklopiť obvody vo vnútri našich buniek, ktoré sú zodpovedné za všetko od hojenia cez regeneráciu až po pamäť.

Obnovenie elektrických signatúr rakovinových buniek do ich zdravého stavu zvrátilo nádory v pokusoch s hlavonožcami. Iné výskumy naznačujú, že určité vzorce elektrickej aktivity v mozgu vytvárajú špecifické zmyslové skúsenosti a že ich možno zaznamenať a prepísať – čo zvyšuje možnosť pokročilej protézy, ktorá človek môže cítiť tak plne, ako cíti kožu, s ktorou sa narodil.

Ak sme skutočne elektrickí, potom by sme mali byť všetci programovateľní na úrovni bunky. Čo sa však staExistuje jasný vzťah medzi naším elektrómom a tvarom nášho tela – od žiab cez červy až po človeka – takže musíme urobiť oveľa viac výskumu, než niekto vymyslí, ako si nechať narásť tretie oko ako senzáciu na sociálnych sieťach. Ešte znepokojujúcejšie je, že výskum bioelektróny by sa mohol príliš ľahko zneužiť tou nejasnou, ale nepopierateľnou túžbou vidieť ľudí ako obyvateľov menejcenných tiel, ktoré by sa dali vylepšiť len pridaním a nahradením hardvéru a softvéru.

Aké obmedzenia by sme teda mali klásť na vylepšovanie alebo zmenu ľudí? Kto bude riadiť pravidlá prestavby elektrického zapojenia tela? Čo keby ministerstvo obrany každej krajiny podrobilo svojich vojakov rovnakému výcviku, aký som absolvoval ja v Kalifornii?

Ak sa budeme snažiť manipulovať s ľudským telom, prinajmenšom ho môžeme manipulovať podľa jeho vlastných podmienok – podmienok, ktoré sa zdokonaľovali milióny rokov evolúcie. Záplava nových pozorovacích nástrojov nás priviedla k novému chápaniu bioelektrickej energie. “S bioelektrikou sme teraz v bode, v ktorom bola astronómia, keď Galileo vynašiel teleskop,” hovorí Djamgoz.ne. Technológia úpravy génov Crispr vyvolala vlnu obáv z dizajnérskych detí a naša schopnosť upravovať bioelektrický kód môže vyvolať podobné obavy. V jednej štúdii jednoduchá úprava elektrómu spôsobila, že žabiemu zadku vyrástli funkčné oči, a v inej štúdii prinútila červa, aby mu narástli dve hlavy.