home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Time - Man of the Year / Time_Man_of_the_Year_Compact_Publishing_3YX-Disc-1_Compact_Publishing_1993.iso / moy / 101592 / 10159928.000 < prev    next >
Text File  |  1993-04-08  |  13KB  |  257 lines

  1.                                                                                 SPECIAL ISSUE: MILLENNIUM -- BEYOND THE YEAR 2000 THE NEXT 1,000 YEARS, Page 81The Frontier Within
  2.  
  3.  
  4. By plumbing the deep secrets of the human mind, scientists will
  5. open the way to cures, wonders -- and voyeurism
  6.  
  7. BY J. MADELEINE NASH
  8.  
  9.  
  10.     Contemplate for a moment a tangle of seaweed tossed up on
  11. the shore. This is what a neuron looks like, surrounded by a
  12. thicket of tiny tendrils that serve as communications channels.
  13. Now multiply that neuron 100 billion times. Crammed into the
  14. skull of every human individual are as many neurons as there
  15. are stars in the Milky Way. Each one of these receives input
  16. from about 10,000 other neurons in the brain and sends messages
  17. to a thousand more. The combinatorial possibilities are
  18. staggering. The cerebral cortex alone boasts 1 million billion
  19. connections, a number so large, marvels neuroscientist Gerald
  20. Edelman in his recent book about the brain, Bright Air,
  21. Brilliant Fire, that "if you were to count them, one connection
  22. per second, you would finish counting some 32 million years
  23. after you began."
  24.  
  25.     Assembled by nature and honed by evolution, the convoluted
  26. 3-lb. organ positioned between our ears represents a triumph of
  27. bioengineering, one that continues to elude comprehension and
  28. defy imitation. "The brain," declares molecular biologist James
  29. Watson, co-discoverer of the physical structure of DNA, "is the
  30. most complex thing we have yet discovered in our universe." The
  31. quest to understand the biology of intelligence is likely to
  32. occupy the minds of the world's best scientists for centuries to
  33. come. The task may prove more challenging than those alive today
  34. suppose, requiring perhaps new breakthroughs in physics and
  35. chemistry. Meanwhile, the knowledge spawned by this search
  36. promises to transform society. Here is what lies ahead:
  37.  
  38.  
  39.     COMPUTERS WILL EMULATE THE BRAIN BUT NOT REPLACE IT
  40.  
  41.     From the wheeled cart to the printing press, from the
  42. telephone to the airplane, inventions have enormously expanded
  43. the repertoire of human capabilities, and this trend will
  44. continue, even accelerate. In this century computers have
  45. provided instant access to awesome number-crunching power and a
  46. vast storehouse of information. In coming centuries they will
  47. augment and amplify human skills in far more astounding ways.
  48. Thus, while the brain will not undergo much in the way of
  49. biological evolution, humans, assisted by ever more powerful
  50. computers, will become capable of far greater intellectual
  51. feats. "We won't recognize any difference in brains
  52. themselves," emphasizes Maxwell Cowan, chief scientific officer
  53. of the Howard Hughes Medical Institute in Bethesda, Maryland.
  54. "But we will recognize enormous differences in what brains know
  55. and understand."
  56.  
  57.     Intriguingly, the brain's expanding knowledge of itself has
  58. begun to suggest radical new approaches to computer design. Like
  59. the brain, the computers of the future will not execute tasks
  60. in serial lockstep but will be capable of doing a million things
  61. in parallel. The chips of which they are composed may well be
  62. silicon, but they will mimic biological systems in almost every
  63. other way. A tantalizing hint of what the future holds comes
  64. from a type of computer known as a neural network. Employing the
  65. time-tested tactic of trial and error, these assemblages of
  66. artificial neurons have already "learned" to recognize scribbled
  67. handwriting, deduce principles of grammar and even mimic the
  68. acoustic sensitivity of the barn owl. By cobbling several of
  69. these sensory systems together, scientists will certainly be
  70. able to create, say, a robot that combines a barn owl's hearing
  71. with the ability to track moving objects and issue an
  72. ear-piercing hoot. Home gardeners may well employ an artificial
  73. owl to chase away rabbits and deer, but they will hardly
  74. consider it an intellectual equal. "Let me put it this way,"
  75. laughs Caltech physicist Carver Mead, a legendary designer of
  76. computer chips. "Two hundred years from now, I will not be
  77. having this conversation with a piece of silicon."
  78.  
  79.  
  80.     THE DEAF WILL HEAR, THE BLIND SEE, THE LAME WALK
  81.  
  82.     By the end of the next century, if not before, scientific
  83. insight into the perceptual centers of the human brain should
  84. vanquish these ancient afflictions. Already scientists have
  85. developed a cochlear implant that bypasses nonfunctioning hair
  86. cells in the ear and stimulates the nerve leading to the
  87. auditory cortex of the brain. Says Michael Merzenich, a
  88. neurophysiologist at the University of California, San
  89. Francisco: "We know that these inputs to the brain are
  90. distorted, yet the patients who have worn them for a while
  91. insist that what they hear sounds perfectly normal." What
  92. appears to occur, says Merzenich, is that the brain somehow
  93. manages to adjust its connections to make sense of the
  94. distortions it receives. This clear demonstration of the
  95. plasticity inherent in the adult brain lends hope that
  96. scientists of the future will succeed in performing other
  97. similar feats. One of these might well be the ability to equip
  98. artificial limbs with electronic "neurons" that can respond to
  99. signals relayed by the brain. These circuits might even include
  100. the equivalents of the axons and dendrites that link one neuron
  101. to another.
  102.  
  103.     Almost certainly, scientists will master techniques for
  104. stimulating injured neurons to regenerate themselves. The
  105. brains and spinal columns of adult mammals do not possess this
  106. ability, at least not yet. A clue that this should be possible
  107. comes from frogs and salamanders, whose central nervous systems
  108. miraculously regrow following injury. Scientists have
  109. discovered several proteins that may eventually be deployed to
  110. rejuvenate broken spinal cords and damaged optic nerves. "I
  111. don't hold out too much hope for bionic man," says Michael
  112. Stryker, a colleague of Merzenich's who specializes in vision.
  113. "I think we will get there faster using biological techniques."
  114.  
  115.  
  116.     GENETIC ENGINEERING WILL EXTEND TO MENTAL TRAITS
  117.  
  118.     Scientists are currently absorbed in tracking down genes
  119. believed to be responsible for such mental illnesses as manic
  120. depression and schizophrenia. Eventually, they can be expected
  121. to broaden their goals and seek out the genetic tool kit for
  122. building such intellectual traits as musical talent,
  123. mathematical genius and, above all, personality. Shyness, for
  124. instance, appears to have a genetic basis; assertiveness and
  125. hair-trigger anger probably do as well. Like it or not,
  126. predicts Dr. Lewis Judd, chairman of the psychiatry department
  127. at the University of California at San Diego, "We are going to
  128. find that the attitudes we take, the choices we make, are far
  129. more influenced by heredity than we ever thought."
  130.  
  131.     For the next century or two, if not beyond, schemes for
  132. improving the brain through genetic tinkering are likely to be
  133. confounded by a combination of social taboos, legal
  134. restrictions and sheer biological ignorance. But when the genes
  135. that underlie personality and behavior are isolated and
  136. understood, society will reach a critical ethical divide. A
  137. Pandora's box of options that were not available in centuries
  138. past will suddenly pop wide open. Should would-be parents who
  139. learn a fetus has inherited a strong likelihood of developing
  140. a serious but treatable mental illness opt for an abortion?
  141. Should they choose gene therapy to replace the defective DNA in
  142. their newborn child's brain cells? And while they're
  143. contemplating all this, might they not also consider conferring
  144. on their offspring desirable traits like intelligence?
  145.  
  146.  
  147.     MIND READING WILL BE MORE THAN A PARLOR GAME
  148.  
  149.     The machines that make images of the brain today are large,
  150. expensive contraptions that only major medical centers can
  151. afford. But just as computers have become ever smaller, cheaper
  152. and more powerful, so will the ultrafast successors to
  153. present-day positron-emission tomography and magnetic-resonance
  154. imaging scanners. Washington University neurologist Marcus
  155. Raichle predicts, in fact, that the "brain scopes" of the
  156. future will make a big splash at Disneyland and other theme
  157. parks. One can imagine lines of vacationers waiting to have
  158. their thoughts and emotions imaged in garish hues.
  159.  
  160.     But these machines will also be put to serious purpose.
  161. Consider, for example, the tantalizing evidence that certain
  162. patterns of brain activity correlate with higher achievement
  163. levels. Competing educational strategies might someday be
  164. judged by whether they stimulate specific areas of the brain and
  165. how strongly. "Is phonics really the best way to teach
  166. reading?" muses Dr. Raichle. "Or is it just another silly idea?
  167. By looking at the brain, I think we'll discover the answer to
  168. that question." And to others as well. Many mothers-to-be have
  169. wondered whether playing music and reciting poetry can
  170. influence embryonic brain development in desirable ways. Someday
  171. they may be able to judge for themselves.
  172.  
  173.     More important, tomorrow's brain scanners will be able to
  174. assess intellectual strengths and weaknesses in preschool
  175. children. A wide spectrum of mental weaknesses will become
  176. targets for early intervention. Dyslexia could be diagnosed in
  177. infancy, the time when brain plasticity is highest. Therapies
  178. could then be monitored by charting changes in neuronal firing
  179. patterns.
  180.  
  181.  
  182.     BRAINS WILL BE HEALTHIER, HAPPIER
  183.  
  184.     Prominent mainstays of the pharmacopoeia of the future will
  185. be compounds that prevent nerve cells from dying. Much of the
  186. devastation caused by stroke is believed to occur because the
  187. directly injured neurons release massive quantities of the
  188. neurotransmitter glutamate. Normally, tiny bursts of glutamate
  189. act as signals between one neuron and another, triggering the
  190. brief opening of minuscule channels that allow calcium to pass
  191. through the cell's protective membrane. Too much glutamate,
  192. however, causes the channels to remain open too long,
  193. permitting an abnormal, and lethal, influx of calcium. Soon
  194. drugs that mop up excess glutamate or block its action may make
  195. this sort of stroke-related brain damage as preventable as
  196. tissue damage from gangrene. Similar strategies should likewise
  197. succeed in protecting neurons from the ravages of Alzheimer's
  198. disease.
  199.  
  200.     Needless to say, expanding knowledge of the brain's complex
  201. biochemistry and how it goes awry will bring about more
  202. effective treatments for depression and schizophrenia, panic
  203. attacks and obsessive compulsions, alcoholism and drug
  204. addiction. Along the way, scientists will gain profound
  205. insights into the biochemical signals that create the astounding
  206. range of human emotions. "Which peptides make you sad, which
  207. ones make you happy, and which ones make you feel just grand?"
  208. wonders Columbia University neuroscientist Eric Kandel. That
  209. knowledge could conceivably translate into an ability to
  210. fine-tune those states at will -- through either pharmacology
  211. or sophisticated biofeedback techniques.
  212.  
  213.     Certainly nothing in the past 100,000 years of cultural
  214. evolution can prepare future generations for the moment when
  215. science lays bare, as it most certainly will, the secrets of
  216. the human mind. "We will be rendered naked," predicts Tufts
  217. University philosophy professor Daniel Dennett, "in a way that
  218. we've never been naked before. The mind boggles at the
  219. varieties of voyeurism, eavesdropping and intrusion that will
  220. become possible." Concepts like good and evil, free will and
  221. individual responsibility, will presumably survive the upheaval,
  222. but not before being shaken to their deepest foundations.
  223. Imagine, for a moment, that a psychiatrist could peer into the
  224. psyche of a serial killer. Could the doctor see what was wrong?
  225. If he could, would he know how to fix it?
  226.  
  227.     The great adventure on which modern neuroscience has
  228. embarked will end up challenging our most cherished concepts of
  229. who we are. "In the end, we will even figure out how this
  230. tissue in our skulls produces the states of self-awareness we
  231. refer to as consciousness," ventures John Searle, a philosopher
  232. of science at the University of California, Berkeley. But just
  233. as understanding the Big Bang has not permitted humans to
  234. create new universes at will, understanding consciousness will
  235. probably not allow us to construct an artificial brain. Besides,
  236. says University of Iowa neurologist Dr. Antonio Damasio, "a
  237. brain is not likely to work without a body." At the very least,
  238. a disembodied brain would be extremely disoriented and terribly
  239. unhappy.
  240.  
  241.     In the coming centuries, one imagines, the desire to create
  242. monstrous caricatures of ourselves will dissipate. At long last,
  243. we will reclaim the awe and wonder our predecessors reserved for
  244. machines and turn them back toward our biological selves. Like
  245. Narcissus, we will behold the image of our minds and lose
  246. ourselves in endless admiration.
  247.  
  248.  
  249.  
  250.  
  251.  
  252.  
  253.  
  254.  
  255.  
  256.  
  257.