Tarp Vilniaus ir San Diego gyvena Salk instituto neurobiologijos mokslų daktaras Giedrius Tomas Buračas. Kaune gimęs mokslininkas JAV sprendžia neuroinžinerines problemas ir dalinasi savo pasaulinio lygio atradimais su Lietuvos skaitytojais.

 

 

Karjerą pradėjote nuo biofizikos. Neuromokslas – tik atsitiktinumas ar aistra?

Į Vilniaus Universiteto Biofizikos programą stojau būtent dėl neuromokslų. Gamtos fakultete tuomet docentai Dobilas Kirvelis ir Vygandas Vanagas vedė pasaulinio lygio programą Neurokibernetikos ir Psichofizikos laboratorijoje, kurioje dirbau nuo pirmo kurso. Ten buvo atliekami tuometiniu požiūriu modernūs regėjimo elektrofiziologijos eksperimentai su katėmis, psichofizikiniai eksperimentai su žmogaus rega ir kuriamos robotinio regėjimo sistemos – tiek elektronika, tiek ir kompiuterinės programos. Visos šios tyrimų sritys patenka į modernių neuromokslų apibrėžimą. Kai pakilus geležinei uždangai ištrūkau į Vakarus, paaiškėjo, kad šios VU laboratorijos darbai yra neblogai žinomi, pavyzdžiui, Kopenhagos Niels Bohr institute ir Oxford universitete Didžiojoje Britanijoje.

Nors VU daugiausiai užsiėmiau teorija, įstojęs į doktorantūros studijas Kalifornijos Universitete San Diego mieste pradėjau nuo eksperimentų, nes buvau nusprendęs, kad tai yra geriausias būdas gerai susipažinti su smegenų veiklos principais. Tačiau be eksperimentavimo užsiėmiau ir mano eksperimentų rezultatais paremtų teorijų kūrimu.

Mano didžiausias tikslas – suprasti neurobiologinius žmogiškosios sąmonės mechanizmus. Ši aistra gimė bendraujant su Francis Crick, kuris, gavęs Nobelio premiją už DNR struktūros išaiškinimą, savo interesus buvo nukreipęs neuromokslų linkme. Su juo teko ištisą dešimtmetį dirbti ir gan glaudžiai bendrauti Salk Institute. Nors Salk institutas yra mažai kam girdėtas, tačiau tai etaloninis mokslo šventyklos pavyzdys.

Pavyzdžiui, žmogaus ir kitų gyvūnų regos sistema apdoroja regimąją informaciją, atpažįsta aplinkos objektus, scenas, padeda valdyti objektus. Tai sudėtingi uždaviniai, kurių dirbtinės sistemos (robotai, autonominės mašinos ir t.t.) nepajėgia atlikti taip sėkmingai kaip žmonės ar netgi musės. Todėl inžinieriai nuo seno įkvėpimo semiasi iš gamtos; pirmasis teorinis kompiuterio modelis (Tiuringo mašina) buvo sukurtas remiantis tuo, kaip žmonės daro sprendimus. Pastaruoju metu vis labiau vystosi neuroinžinierija – dirbtinių, praktines problemas sprendžiančių, sistemų kūrimas, kuris remiasi neuromokslų atradimais. Aš šiuo metu turiu galimybę užsiimti vien teorija bei neuroinžinerija – kuriu algoritmus sudėtingos informacijos signalus  apdorojančioms sistemoms.

 

Pagal 2011-ųjų straipsnius referuojamuose mokslo žurnaluose, panašu, jog savo laboratorijoje tyrinėjate regos centrus naudojant magnetinį rezonansą. Kokie klausimai dar yra neatsakyti šioje srityje?

Žmogaus ir kitų primatų regos sistema kol kas yra suprasta tik dalinai. Ji yra padalinta į regimosios informacijos apdorojimo etapus, ir kiekviename šių yra keletas modulių, kurių kiekvienas specializuojasi ties vienu regimosios informacijos aspektu (spalva, objekto judėjimo kryptimi ir greičiu, objekto forma ir t.t.). Smegenys pasirenka, kuriuos požymius pavaizduoti detaliau (vadinamus statistiškai dominuojančius požymius), o kuriuos – grubiau, remdamosi į akis srūvančių vaizdų statistikos pagrindu.  Praeitame šimtmetyje buvo surinkta labai daug informacijos apie tai, kaip tie moduliai skaido regimąją informaciją į dalis (t.y. kelis skirtingus požymius), bet nežinome, kaip tos sudedamos dalys yra vėl susintetinamos į vientisą regimąją patirtį. Pavyzdžiui, mes juk nepatiriame atskirai objekto spalvos, judėjimo ir formos. Viską patiriame vienu metu kaip kažkokios spalvos ir formos objektą, judantį kuria nors kryptimi (arba stovintį). Buvo atrasta apie trisdešimt regos sričių smegenų žievėje, kurios atlieka įvairių vaizdo savybių analizę, tačiau smegenų mechanizmai, kurie „sulipdo“ tuos įvairius požymius, reprezentuojamus skirtinguose smegenų lygiuose ir moduliuose, yra iki šiol menkai suprasti. Vis gausėja duomenų, kad sintezė bent dalinai yra atliekama per sinchronizuotus neuronų virpesius. Šią hipotezę dar prieš 20 metų iškėlė Singer bei Gray, su kuriuo irgi teko dirbti Salk institute. Deja, kol kas eksperimentiniai duomenys yra gan prieštaringi ir nėra galutinai aišku, kokį vaidmenį  virpesiai atlieka vizualios informacijos sintezėje.

Naudojant fMRI galima tirti didelių neuronų ansamblių veiklą. Mano interesų centre – kaip regimosios informacijos apdorojimas priklauso nuo aktyvaus dėmesio kreipimo į regimuosius objektus. Esu atradęs gan netikėtą dėmesio mechanizmą: pasirodo, kad regos sistemos neuronai gali padidinti savo jautrumą įvairiems objekto, kuriuo domimasi, požymiams. Pavyzdžiui, kai mes ieškome knygos raudonu viršeliu, visi raudoną spalvą atvaizduojantys neuronai pasidaro jautresni dėl požymiams specifiško dėmesio mechanizmo aktyvavimo, taip palengvindami ieškomos knygos pastebėjimą. Tokie dėmesio mechanizmai bent iš dalies yra atsakingi už minėtąją regimosios sistemos analizės rezultatų sintezę.

Daugiau informacijos:

http://www.pnas.org/content/106/39/16853.full.pdf+html?sid=eb0c0e1b-5d28-4cba-85bd-7a84de60d258

http://www.klab.caltech.edu/~saenz/pdf/saenz_NN02.pdf

http://www.klab.caltech.edu/~saenz/pdf/Saenz_VR03.pdf

 

Dalyvaujate Pasaulio Lietuvių veikloje, populiarinate mokslą Lietuvoje. Ar ateities planuose yra Lietuva?

Lietuva visada buvo, yra ir bus mano planuose. Reguliariai įvairiomis progomis skaitau paskaitas Lietuvoje. Dar 2000 metais kartu su profesoriumi O. Rukšėnu suorganizavau Aukštųjų Studijų Institutą Nidoje, į kurį dėstyti atvažiavo profesoriai iš geriausių pasaulio universitetų. Mokslo daktarai, kurie dalyvavo šiame renginyje vėliau pateko į tokias prestižines mokyklas kaip Caltech, MIT ir t.t. Nemažai tautiečių jo metu užmezgė tarptautinius ryšius, išvažiavo stažuotėms į užsienius. Tikiuosi, kad man dar  pasitaikys progų suorganizuoti panašių renginių Lietuvoje.