Интересные новости и факты (психология, нейрофизиология)

[ArefievPV]

Представление музыки и восприятие музыкальных пауз имеют похожие «картины» в мозге
http://neuronovosti.ru/predstavlenie-muzyki-i-vospriyatie-muzykalnyh-pauz-imeyut-pohozhie-kartiny-v-mozge/

Во время прослушивания музыки мы воспринимаем не только сами звуки, но и паузы между ними. Таким же образом мы способны представлять мелодии. Ученые из Тринити Колледжа в Дублине обнаружили, что эти два процесса имеют похожие нейрокорреляты, то есть те совокупности нейронов, которые обрабатывают эти процессы. Исследование опубликовано в Journal of Neuroscience.

Согласно предиктивной теории, прослушивание музыки – это не только восходящие сенсорные процессы. При восприятии мелодии мы неосознанно пытаемся предсказывать последующие звуки, основываясь на нашем предыдущем опыте. При сопоставлении предсказания и поступающего звука возникает ошибка предсказания, которую можно увидеть в качестве ЭЭГ-сигнала, полярного сенсорному сигналу.

Ранее ученые искусственно вставляли паузы в музыкальном произведении для изучения этого феномена. Группа исследователей под руководством Джованни ди Либерто (Giovanni M. Di Liberto) провела исследование с музыкальными произведениям, где паузы – это часть мелодии. С помощью вычислительной модели исследователи выяснили в какие моменты должны возникать предсказывающие сигналы и сопоставили модель с полученными данными.

Ученые провели два ЭЭГ-эксперимента, в которых принимали участие обычные люди и профессиональные музыканты. В первом эксперименте всем участникам предъявлялись измененные отрывки из хоралов Баха. Во втором профессиональных музыкантов просили представлять музыкальные произведения, читая нотные записи. Именно представление музыки позволило обнаружить нейрокорреляты тишины и выяснить, что можно зафиксировать нейрональную активность даже при отсутствии самого звука.

«Во время тишины или при представлении музыки нет никакого внешнего стимула, так что получаемый нейронный сигнал виден исключительно благодаря процессу предсказания, внутренней модели музыки в мозге.  — объясняет ди Либерто. — Несмотря на то что в интервалах тишины нет входящего звука, мы все равно видим постоянную нейронную активность, показывая, что мозг реагирует и на тишину, и на ноты».

Научная группа планирует продолжить исследования в этой теме. Ученые предполагают, что предсказательная способность может влиять на умение представлять музыку. Джованни ди Либерто также прокомментировал, какие могут быть прикладные применения у нового исследования.

«Например, представьте когнитивные тесты, которые основываются на прослушивании музыки. Музыка вовлечена во множество когнитивных функций, и несколько минут прослушивания вместе с ЭЭГ могут дать полезные данные. К тому же слушать музыку гораздо приятнее, чем выполнять задачки».

P.S. А ежели эти когнитивные тесты использовать для определения АйКью (в качестве составной части общего теста на интеллект), то понятие об умственных способностях может здорово измениться. Кстати, у меня оно, в таком случае, понизится (мишка на ухо наступил)...

[ArefievPV]

Оптогенетика для спинного мозга
http://neuronovosti.ru/optogenetika-dlya-spinnogo-mozga/

В поисках новых методов лечения неврологических расстройств группа ученых из Швейцарии разработала беспроводной оптогенетический имплант, который впервые позволил управлять нейронной активностью спинного мозга у мышей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Biotechnology.


Расположение имплантов в спинном мозге мыши.

«Наша технология позволяет контролировать активность любого нейрона спинного мозга. Это помогает нам понять роль спинного мозга в функционировании всей нервной системы», — говорит Грегуар Куртин, директор исследовательского центра NeuroRestore, один из авторов исследования. Нейробиолог называет технологию революционной, подчеркивая перспективы развития оптогенетики.

Чаще всего оптогенетические методы применяются для управления нейронами головного мозга, иногда – для работы с черепно-мозговыми нервами или клетками сетчатки.  Со спинным мозгом все обстоит сложнее.

«Спинной мозг необходим для контроля движений и многих основных физиологических функций. Поэтому выяснение роли нейронов и проводящих путей, встроенных в спинной мозг, является важной задачей в фундаментальной и клинической неврологии. По сравнению с головным мозгом, спинной мозг сочетает в себе ряд уникальных задач, которые требуют новых технологий доставки света. Во время естественного поведения спинной мозг подвергается обширным смещениям, которые несовместимы с проникающими оптическими волокнами», — пишут авторы.

В новой работе авторы предложили новый метод доставки света к модифицированным нейронам спинного мозга при помощи комбинации четырех технологий: тонкопленочной микротехнологии, гибкой электроники, микросветодиодов (microLED), плюс силикон, подобный по свойствам мозговой оболочке (dura-like silicone).

«Мы сумели заключить миниатюрные светодиоды в гибкий имплант, он тонкий, но при этом прочный. Имплант крепится к спинному мозгу мыши вдоль поясничного отдела позвоночника. Совместно с коллегами из Швейцарской высшей технологической школы Цюриха мы разработали беспроводную электрическую схему для настраиваемого включения светодиодов. Встроенный чип естественным образом управляет мышечной активностью импульсами света в ответ на раздражение», — подчеркивает Стефани Лакур, под чьим руководством ученые и создали совершенно новые оптогенетические импланты.

Система управляется через Bluetooth и работает автономно. Ученые получили возможность наблюдать за мышами, чья активность не была стеснена проводами, предварительно проверив, не изменили ли импланты естественных движений.

Когда стало понятно, что мыши движутся естественно, авторы получили возможность изучать работу отдельных нейронов спинного мозга  во время совершения таких сложных действий,  как плавание и ходьба.

P.S. Ссылки в дополнение:

Оптогенетика. Как управлять нейроном с помощью света
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/433205/Optogenetika_Kak_upravlyat_neyronom_s_pomoshchyu_sveta

Оптогенетика в вопросах и ответах
https://alev.biz/news/science-news/neurosciences/optogenetika-v-voprosah-i-otvetah/

[ArefievPV]

Кеа оказались наивными реалистами
https://nplus1.ru/news/2021/10/05/nestor-notabilis-naive-realists

Новозеландские попугаи кеа не увидели разницы между реальностью и виртуальным миром. Орнитологи экспериментально доказали, что для этих птиц объекты, которые они видят на экране, являются частью реального мира. Так, кеа верят, что виртуальный шарик может оказаться в реальном ящичке. Авторы отмечают, что многие эксперименты по изучению интеллекта животных построены на идее, что те являются наивными реалистами, однако найти убедительные доказательства в пользу этого предположения удалось только сейчас. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Biology Letters.

Зоологи все чаще используют в экспериментах по изучению интеллекта животных различные экраны, в том числе сенсорные. При этом исследователи обычно считают испытуемых наивными реалистами, для которых предметы вокруг них и изображения на экране принадлежат к одному и тому же миру. Впрочем, возможно, такой взгляд не всегда верен. На это указывают результаты эксперимента, согласно которым человеческие дети уже в девятнадцать месяцев осознают разницу между реальным и виртуальным мирами. Учитывая, что интеллектуальный уровень некоторых животных не ниже, чем у детей такого возраста, они тоже вполне могут не быть наивными реалистами.

Команда орнитологов во главе с Амалией Бастос (Amalia P. M. Bastos) из Оклендского университета решила разобраться в данном вопросе на примере новозеландских попугаев кеа (Nestor notabilis) — одних из самых умных птиц в мире. Предыдущие исследования показали, что кеа способны узнавать в реальной жизни предметы, которые увидели на экране или фотографии. При этом они лучше справляются с заданиями, в которых им нужно манипулировать физическими объектами, а не взаимодействовать с сенсорными экранами — это может указывать на способность различать реальный и виртуальный миры.

Бастос и ее коллеги отобрали шесть взрослых самцов кеа, которые живут в неволе в парке Виллоубэнк в новозеландском городе Крайстчерч. Для проведения опытов с ними авторы создали специальную установку, аналогичную той, что использовалась в опытах с полуторагодовалыми детьми. На деревянной платформе они установили сенсорный экран, качели длиной 30 сантиметров и два ящичка, в которые с качелей падал шарик. В зависимости от конкретного эксперимента установку модифицировали: например, убирали настоящие качели или ящички и заменяли их изображениями на экране.

Птицы прошли предварительное обучение, а затем каждая из них поучаствовала в трех типах испытаний. Сначала кеа демонстрировали настоящие качели, с которых реальный шарик скатывался в один из двух ящичков. На следующем этапе им предложили проследить за виртуальной версией этой сцены на сенсорном экране. Наконец, в третьем типе экспериментов ученые совместили виртуальный и реальный миры: на экране вновь демонстрировались качели, а виртуальный мячик якобы скатывался в один из настоящих ящичков, расположенных рядом с экраном. В каждом случае кеа должны были коснуться клювом или языком того ящичка, реального или виртуального, в который скатился шарик (чтобы птица успела подумать над ответом, во время демонстраций между ней и ящичками или экраном находилась прозрачная перегородка, которую исследователи убирали через несколько секунд). В случае правильного ответа птица получала лакомство. При этом к третьем этапу особи допускались лишь после того, как продемонстрировали хороший результат в первых двух.

В экспериментах со смешанной реальностью пять из шести кеа чаще указывали на тот ящичек, куда якобы скатился виртуальный шарик. Шестая особь продемонстрировала такой же результат в ходе дополнительных испытаний. Эти результаты, впрочем, не позволяют сделать однозначный вывод, что кеа не осознают границу между реальными предметами и объектами на экране. Возможно, они прекрасно понимают, что виртуальный шарик не падает в ящичек, а указывают на него лишь потому, что, следуя этому правилу, можно получить лакомство.

В попытке понять, действительно ли кеа наивные реалисты, Бастос с соавторами немного модифицировали экспериментальную установку, заменив качели двумя шпажками, реальной и виртуальной. На первом этапе кеа демонстрировали, как настоящая шпажка помещает настоящий шарик в настоящий ящик, а виртуальная якобы помещает виртуальный шарик в настоящий ящичек. Если кеа видят отличия между двумя шпажками, они должны указывать на ящичек, куда попал настоящий шарик. Однако испытуемые птицы выбирали ящичек, где якобы находился виртуальный шарик, так же часто, как и ящичек с настоящим шариком. Иными словами, настоящий объект и объект на экране оказались для них эквивалентными.

Наконец, на последнем этапе исследователи повторили опыт с двумя шпажками, однако в этом случае виртуальная шпажка не опускала виртуальный шарик внутрь настоящего ящичка, а помещала на его вершину. Отсюда шарик скатывался вниз и исчезал за нижней границей экрана. В случае, если кеа руководствуются правилом, согласно которому для получения лакомства нужно указать тот ящичек, ближе к которому в последний раз находился шарик, они должны выбирать случайным образом. Однако если они склонны к наивному реализму, то должны делать выбор в пользу настоящего ящичка. Именно так поступали три кеа из шести — то есть, они не следовали правилу, а указывали на тот ящичек, где, как они верили, находился шарик.

Таким образом, кеа действительно можно назвать наивными реалистами. Они считают, что виртуальный мир — это продолжение реального мира, так что шарик, который они видят на экране, вполне может оказаться в настоящем ящике. Бастос и ее коллеги утверждают, что это первое достоверное доказательство того, что животные могут быть склонным к наивному реализму.

Ранее мы рассказывали о другом исследовании Амалии Бастос и ее коллег, посвященном кеа. Они описали, как самец кеа по имени Брюс, который еще подростком потерял верхнюю половину клюва, научился чистить перья камешком, зажатым между языком и подклювьем. Ранее никто не наблюдал, чтобы эти птицы использовали инструменты в гигиенических целях.

P.S. Ссылка в дополнение:

Лишившийся надклювья кеа почистил перья камушками
https://nplus1.ru/news/2021/09/13/bruce

[ArefievPV]

Почему женщины пьют сильнее мужчин
https://www.nkj.ru/news/42254/

Из-за повышенной чувствительности одного из мозговых центров, реагирующих на стресс, женские особи млекопитающих более склонны к запоям.

Вообще говоря, женщины склонны пить меньше мужчин. Но если у женщины появились проблемы, связанные со спиртным, то эти проблемы довольно быстро станут очень тяжёлыми — в этом смысле женщины пьют сильнее и тяжелее, чем мужчины. Вероятно, здесь есть какие-то социокультурные причины, однако сотрудники Корнеллского университета полагают, что дело не только в них.

Есть много экспериментов с животными, из которых следует, что у млекопитающих женский пол более склонен к запоям и что самки быстрее проходят путь от первого знакомства с алкоголем до болезней, связанных с алкоголизмом. Также известно, что склонность к запоям зависит от нервного центра под названием ядро ложа терминальной полоски, или BNST. Сама терминальная полоска — это группа нервных волокон, которые работают выходным шлейфом из амигдалы, или миндалевидного тела (а амигдала, как мы помним, один из главных эмоциональных центров). Про участок терминальной полоски под названием ядро ложа известно, что оно играет большую роль в реакции на стресс; от BNST во многом зависит степень тревоги, которую мы испытываем в связи с какими-то неприятным обстоятельствами. Но также активность BNST связана с алкогольными запоями. (Речь идёт именно о запоях, то есть когда человек за короткое время поглощает много спиртного.)

При этом BNST соединено с множеством других зон мозга. В статье в Nature Communications говорится, что у самок мышей BNST сильнее реагирует на приходящие сигналы. С повышенной возбудимостью BNST борется другой нервный центр — паравентрикулярное ядро таламуса, PVT: импульсы из PVT подавляют активность ядра терминальной полоски. И пока PVT работает, тяжёлый алкоголизм самкам не грозит. Но если пресечь связь между PVT и BNST, то самки мышей впадут в запой. А вот в поведении самцов никакой разницы не будет: у них BNST вообще менее активно, чем у самок, и самцовая склонность к алкоголю мало зависит от того, как работают PVT и BNST.

То есть можно сказать, что склонность самок к запоям — побочное следствие того, что один из мозговых центров управления стрессом (то есть BNST) у них более активен, чем у самцов. Пока у BNST работает предохранитель (паравентрикулярное ядро таламуса, PVT), никаких неприятностей ждать не стоит. Но если связь между PVT и BNST ослабеет, если PVT перестанет выполнять свои функции, то в поведении самок возникнут некоторые аномалии. И, как полагают исследователи, эти аномалии могут быть связаны не только с алкоголем.

Хотя эксперименты ставили на мышах, скорее всего, тот же механизм работает и у человека. Сейчас есть методы лечение психоневрологических расстройств, основанные на стимуляции или подавлении той или иной зоны мозга — возможно, действуя на связку PVT–BNST, можно добиться успеха в лечении некоторых таких расстройств у женщин.

[ArefievPV]

Обмани меня, если сможешь: особый режим нейроинтерфейсов отличит правду от лжи
http://neuronovosti.ru/obmani-menya-esli-smozhesh-osobyj-rezhim-nejrointerfejsov-otlichit-pravdu-ot-lzhi/

В сентябре 2021 на форуме Neuroergonomics в Мюнхене ученые из Бранденбургского технологического университета представили доклад «Этика пассивного BCI: можем ли мы обнаружить информацию, которую человек хотел скрыть?». Иными словами, исследователи пытались выяснить, можно ли использовать интерфейсы мозг-компьютер в пассивном режиме как усовершенствованный полиграф, который будет считывать и анализировать электрические волны головного мозга. Также они попытались ответить на вопрос, почему это может противоречить принципам этики.


Условная негативная волна при правде и лжи

Технология интерфейсов мозг-компьютер (ВСI) активно применяется не только в группах парализованных людей для улучшения качества их жизни, но и в больших популяциях «здоровых добровольцев». Поэтому закономерно то, что этические вопросы или вопросы интеллектуальной собственности по отношению к собственным «нейроданным» становятся порой важнее новых открытий в этой области, о чем мы уже писали на нашем портале. И вот новый повод для беспокойства от сотрудников Бранденбургского технологического университета Дианы-Элизы Герман (Diana-Eliza Gherman ) и Торстена Цандера (Thorsten O. Zander) – пассивный режим BCI достоверно отличает правду от лжи, причем, незаметно для испытуемого.

Все методы ВCI делятся на три группы. При активных пользователь сам решает, что и когда ему сделать, а внешняя система реагирует на его меняющуюся мозговую активность во время действия, например, кликает виртуальной мышкой по ссылке, как в этом эксперименте* (ссылку приведу дополнительно). При реактивных BCI пользователь инициирует команду в ответ на воздействие системы (например, человек своим вниманием перемещает мышку к движущейся по экрану мишени).

Однако существует третья группа нейроинтерфейсов, которые управляют своими выходными данными за счет спонтанной мозговой активности человека, не заставляя того выполнять определенные умственные задачи или получать стимулы. Эти системы BCI, которые обычно отслеживают более длительные периоды активности мозга для обнаружения изменения когнитивного состояния или эмоционального возбуждения, называются пассивными BCI.

Примером этого может стать система, которая отслеживает нейронную динамику водителя в режиме реального времени и не только предупреждает его в случае сонливости, но и включает громче музыку, увеличивает яркость света в салоне. Другой пример – с помощью пассивного BCI можно убедиться в том, что пользователь действительно сосредоточен на задаче активного BCI, например, передвижения собственного инвалидного кресла.     

Работа, представленная на нейрофоруме в сентябре 2021 в Мюнхене, отлично иллюстрирует возможности этого метода. Ученые исследовали активность мозга по электроэнцефалограммам (ЭЭГ) 12 испытуемых, которые попарно играли в виртуальные кости “Mäxchen”. Не вдаваясь в подробности, скажем, что эта игра поощряет блеф и напоминает игру в мафию, то есть побеждает тот, кто лучше обманул своего соперника по поводу количества выпавших очков в каждом из раундов. Сравнивались данные ЭЭГ, когда человек достоверно врал про количество очков своему сопернику и говорил честно правильное число (еще можно было пропустить ход и промолчать).

Исследователи выяснили, что когда человек лжет, то на ЭЭГ условная негативная волна (Contingent negative variation) достоверно показывает более сильный отрицательный пик, чем при правдивых ответах. Этот CNV обычно появляется в двигательных областях до двигательной реакции и в дорсальной передней поясной коре головного мозга.

Логично предположить, что сам пользователь BCI не может в таком случае достоверно знать, обрабатывается его сигнал мозга или нет, ведь он не получает молниеносной обратной связи от интерфейса, а может вообще ее никогда не получить. Отсутствие согласия на получение когнитивного состояния может представлять собой проблему при дальнейшем использовании BCI в коммерческих целях. Авторы этой работы делают необычный вывод:

«Наши результаты показывают, что pBCI может отличать блеф от истины достаточно точно, даже если игроки пытались скрыть это обычным поведенческим подавлением. Этот потенциальный неявный и односторонний обмен между человеком и машиной порождает этические проблемы, поскольку не влечет за собой осведомленности или согласия пользователя и может быть использован в злонамеренных целях. Тем не менее, прежде чем работать над этическими рамками, необходимо провести дополнительные исследования, чтобы увидеть, могут ли пользователи использовать особые стратегии, позволяющие скрыть свои обманчивые намерения от системы BCI, аналогично другим видам технологии обнаружения обмана».

P.S. Ссылка в дополнение:

Ученые создали внутривенный интерфейс мозг-компьютер
http://neuronovosti.ru/uchenye-sozdali-vnutrivennyj-interfejs-mozg-kompyuter/

[ArefievPV]

Для акупунктурных точек нашли анатомическую основу и рефлекторную цепь
https://nplus1.ru/news/2021/10/13/acupuncture-gets-gain

Противовоспалительный эффект электроакупунктурной стимуляции реализуется через чувствительные нейроны, экспрессирующие белок PROKR2-Cre. С этих нейронов начинается рефлекторная цепь, продолжающаяся в ядрах блуждающего нерва и в конце высвобождающая катехоламины из надпочечников, которые обладают противовоспалительным эффектом. Как сообщается в журнале Nature, эти результаты дают более подробное объяснение нейроанатомических основ акупунктуры и возможность разрабатывать новые методы лечения.
 
Основная идея иглоукалывания заключается в том, что стимуляция определенных областей тела — акупунктурных точек — может влиять на процессы в других, отдаленных, частях. Традиционно предполагается, что такой эффект реализуется через гипотетические меридианные каналы, существование которых так до сих пор никому подтвердить не удалось. Однако эти эффекты пытаются объяснить с помощью соматосенсорных автономных рефлексов. По мнению ряда ученых, стимуляция рецепторов чувствительных нейронов в определенных частях тела может через рефлекторные цепи приводить к активации вегетативной нервной системы. Однако нейроанатомическая основа таких рефлексов оставалась неизученной.

Все эти данные позволят, по мнению авторов работы, оптимизировать методы биоэлектрической стимуляции в управлении различными вегетативными путями для лечения заболеваний. Так, если электроакупунктура может избирательно активировать определенные нейронные сети, ее можно было бы использовать для активации местных противовоспалительных механизмов в определенных частях тела — таких как артритное колено или определенные участки пищеварительного тракта у людей с хроническими воспалительными заболеваниями кишечника — без подавления всей иммунной системы и увеличения риска инфекции.

Несмотря на то, что использование акупунктуры в лечебных целях все еще вызывает множество споров из-за слабой доказательной базы, в 2016 году метаанализ показал, иглоукалывание облегчает нарушения сна у женщин в менопаузе. А в клинике Майо акупунктуру назвали эффективной при болях в спине.

[ArefievPV]

У мышей найдены нейроны, отвечающие за утешение расстроенных товарищей
https://elementy.ru/novosti_nauki/433882/U_myshey_naydeny_neyrony_otvechayushchie_za_uteshenie_rasstroennykh_tovarishchey

Важную роль в социальной жизни многих млекопитающих и птиц играет аллогруминг — дружеские прикосновения, поглаживания или уход за мехом (перьями) другой особи. Такие действия укрепляют аффилиативные (дружеские) связи между особями. Иногда аллогруминг используется для утешения сородичей, попавших в беду. Среди грызунов такое поведение было обнаружено у моногамных полевок.

Новое исследование американских биологов показало, что обычные лабораторные мыши — классические модельные животные, для которых разработаны мощнейшие исследовательские методики, — тоже утешают стрессированных знакомцев при помощи аллогруминга. Стресс определяется по запаху: умиротворенную мышь будут утешать, если перенести на нее запах стрессированной.

Как выяснилось, за это поведение отвечает особая популяция ГАМКергических нейронов медиальной амигдалы (MeA), производящих нейропептиды тахикинины и посылающих сигналы в медиальную преоптическую область гипоталамуса. По рисунку активности нейронов MeA можно определить, общается ли мышь со спокойным сородичем или со стрессированным и будет ли она его утешать. Другие нейроны MeA отвечают за обнюхивание сородичей, третьи — за самогруминг, а возбуждение четвертых ведет к нападению на сородича.

Дальнейшие исследования покажут, есть ли у приматов похожие нейронные контуры для утешения товарищей и других форм социального поведения, и если да, то унаследованы ли они от общих с мышами предков или возникли независимо.

Таким образом, во-первых, исследование показало, что мыши утешают стрессированных партнеров при помощи аллогруминга. Во-вторых, оно выявило популяцию нейронов, контролирующих это поведение. В-третьих, стало ясно, что MeA играет важную роль в регуляции нескольких форм социального поведения, для каждой из которых в MeA есть особая популяция нейронов. Обнюхивание сородичей, способность их утешать, если они расстроены, агрессия, прихорашивание — для каждого из этих интимных проявлений тонкой мышиной души есть специальные, биохимически обособленные группы нейронов в MeA. Получается, что всё это «прошито» в мозге на самом базовом нейробиологическом уровне.

Результаты, полученные на мышах, не стоит слепо переносить на приматов. Всё-таки у мышей в поведении куда больше инстинктивных, врожденных компонентов, чем у обезьян, чье поведение в большей степени определяется обучением (в том числе социальным), да и запахи играют в мышиной жизни более важную роль. Однако внешнее сходство многих аспектов социального поведения настолько велико (взять хоть ту же склонность утешать расстроенных товарищей при помощи аллогруминга), что невольно возникает вопрос: не унаследовали ли мы нейронные контуры, отвечающие за всё это, еще от общих с грызунами предков?

P.S. Ссылка (с небольшой цитатой) в дополнение:

Нейронные сети, отвечающие за социальное поведение, эволюционируют очень медленно
https://elementy.ru/novosti_nauki/431842/Neyronnye_seti_otvechayushchie_za_sotsialnoe_povedenie_evolyutsioniruyut_ochen_medlenno

Специализированный комплекс отделов мозга, управляющий социальным поведением, сначала был обнаружен у млекопитающих, затем у других наземных позвоночных и даже у рыб. Американские биологи показали, что у разных групп позвоночных сходна не только структура этого комплекса, но и характер работы ключевых генов в нем. Те различия, которые всё же имеются, в большей степени затрагивают синтез сигнальных веществ (нейромедиаторов) и в меньшей — распределение рецепторов, реагирующих на эти вещества.

По-видимому, уже у последнего общего предка лучеперых рыб и наземных позвоночных имелась социально-ориентированная нейронная сеть, основные структурные и нейрохимические свойства которой в ходе дальнейшей эволюции менялись весьма медленно.

[ArefievPV]

Абсолютный паразит: зомбирующий гриб оказался еще сложнее и опаснее, чем думали ученые
https://www.popmech.ru/science/395992-grib-zombi-okazalsya-kuda-opasnee-chem-schitali-uchenye-absolyutnyy-parazit/

Знаменитый грибок, превращающий муравьев в послушных зомби, преподнес ученым ряд сюрпризов. Оказалось, что он буквально врастает в тело насекомого и пожирает его клетки, делая из муравья своеобразный «мясной доспех».

У бразильских муравьев-плотников и без того нелегкую жизнь дополняет весьма странное обстоятельство — они могут превратиться в самых настоящих зомби. Это происходит благодаря заражению паразитическим грибком, споры которого прорастают в тело насекомого и влияют на его симпатическую нервную систему. Зараженный паразитом, муравей оставляет уют своего родного гнезда и отправляется блуждать в чащу леса, условия которого больше подходят грибу для полноценного созревания. Обычно муравей цепляется лапками за нижнюю сторону листа, после чего замирает, тем самым окончательно принося себя в жертву. Гриб продолжает развиваться внутри его тела, пока в конце концов не пронзит головной отдел и не высвободит новые споры. Весь этот процесс занимает примерно 10 мучительных дней, на протяжении которых большую часть времени насекомое остается в живых. Кошмар наяву, не правда ли?

Зомби в реальном мире: что скрывает гриб-паразит

Науке уже давно известен этот феномен, однако до сих пор ученые долго не могли понять, как именно паразитический гриб O. unilateralis играет свою роль кукловода. Его часто называли «мозговым паразитом», однако исследование, опубликованное в феврале 2021 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, опровергает данную теорию. Оказалось, что как раз мозг насекомого остается неповрежденным, а контроль за своим хозяином паразит осуществляет путем внедрения в мышечные волокна по всему телу! По сути, зараженный муравей становится для гриба своего рода «мясными доспехами» и средством передвижения, а часть клеток тканей муравья в процессе заменяются на грибные.

Чтобы сделать это удивительное открытие, Дэвид Хьюз (а именно он впервые обнаружил гриб-паразит) начал обширное исследование, в котором приняла участие международная команда энтомологов, генетиков, программистов и нейробиологов. Цель работы состояла в том, чтобы изучить клеточные взаимодействия между паразитом и его хозяином в ходе критической стадии жизненного цикла первого — той, во время которой муравей вцепляется в лист своими мощными мандибулами.

Ведущий автор исследования, Маридель Фредериксен, кандидат в докторанты в Университете Базельского зоологического института, Швейцария, заявила, что грибок выделяет тканеспецифические метаболиты в организм хозяина, вызывая тем самым изменения в экспрессии генов. Это также приводит к атрофии мышц нижней челюсти муравья, чтобы тот уже никогда не смог разжать их и позволить своему телу упасть на землю — это вызвало бы преждевременную гибель хозяина или подвергло бы паразита лишнему риску. Впрочем, до начала работы ученые не знали, как именно грибок координирует свои действия, чтобы так ловко манипулировать организмом хозяина.

Исследования и открытия

Для проведения исследования ученые заразили муравья-плотника O. unilateralis. При этом некоторые особи получили дозу менее опасного, не зомбирующего грибкового патогена, известного как Beauveria bassiana — они служили в качестве контрольной группы. Сравнивая динамику заболевания, вызванного этими двумя грибами, исследователи смогли выделить специфические физиологические проявления деятельности O. unilateralis у муравьев.

С помощью электронных микроскопов, группа создала трехмерную модель, позволяющую определять местоположение, численность и активность грибковых тканей внутри тел насекомых. Для этого были взяты образцы этих тканей размером всего 50 нм, а наблюдение велось с помощью приборов, способных мониторить и обрабатывать изображение с частотой 2000 раз за 24 часа. Чтобы проанализировать внушительный объем поступающих данных, ученые обратились к искусственному интеллекту: алгоритм, основанный на глубоком обучении, в ходе анализа выделял различия в деятельности грибковых и муравьиных клеток. Это позволило исследователям наглядно увидеть то, на какой стадии заболевания ткани организма все еще принадлежали насекомому, а где уже были преобразованы в гриб.

Результаты оказались одновременно чрезвычайно интересными и пугающими. Клетки O. unilateralis распространялись по всему телу муравья, от головы и грудного отдела до живота и ног. Более того, они были взаимосвязаны, создавая своего рода коллективную биологическую сеть, которая и контролировала поведение муравьев. Хьюз отметил, что под конец высокий процент клеток в организме хозяина превратился в клетки гриба — тот буквально сделал насекомое частью самого себя.

Но самое удивительное заключалось в том, что мозговая ткань осталась... нетронутой. «Обычно поведение животных контролируется мозгом, передающим сигналы мышцам, но результаты нашего исследования показывают, что паразит контролирует поведение хозяина с помощью периферических систем», объясняет Хьюз. «Почти как кукловод, тянущий за нитки, чтобы управлять движениями марионетки, грибок также контролирует мышцы муравья, манипулируя конечностями и мандибулами хозяина».

Может ли паразит влиять на мозг?

До сих пор неизвестно, как именно гриб заставляет муравья двигаться по направлению конкретного листа. Ученые полагают, что факт целостности мозга — это на самом деле ключ к решению головоломки: гриб использует потенциал муравьиного мозга достаточно долго, чтобы тот был жив и смог самостоятельно найти подходящую «площадку» для размножения паразита. Другая теория заключается в том, что гриб косвенно влияет на мозг, в частности на его сенсорные функции, чтобы «управлять» муравьями и заставлять их уходить в лес.

Гаймодо Чарисса де Беккер, энтомолог из Университета Центральной Флориды, не принимавшая участия в последнем исследовании, уверена, что проделанная работа подтверждает тот факт, что гриб может контролировать хозяина с помощью специальных секреционных соединений, которые играют роль нейромедиаторов. На это указывают в первую очередь данные, полученные при изучении грибкового генома.

Почему для нас это так важно? Понимание механизма зомбирования открывает целый ряд перспектив. В первую очередь, это синтез новых биологически активных соединений, которые могут быть использованы в качестве мощных лекарственных средств. Кроме того, ученые обратили внимание на то, что у гриба Ophiocordyceps kimflemingiae (родственного гриба-паразита) проявляются признаки активности в рамках «биологических часов»: одни гены гриба активны в дневное время, другие — в ночное. Судя по всему, ночью гриб активирует секрецию белков, которые могут взаимодействовать с мозгом хозяина, таким образом обеспечивая собственное доминирование над его нервной активностью. Кто знает, может быть в будущем подобный коктейль из имплантов и нейромедиаторов даст нам возможность управлять мозгом человека и, таким образом, раскрыть все его секреты?

[ArefievPV]

По какой логике работает «второй мозг» нашего организма?
http://neuronovosti.ru/glia_of_a_second_brain/

Новое открытие проливает свет на то, что кишечная нервная система человека полна неожиданных фактов. Исследование, опубликованное в журнале PNAS, открывает возможности лечения разного рода кишечных расстройств.

Исследователи из Мичиганского Университета США сделали необычное открытие, касающееся человеческой энтеральной (то есть кишечной) нервной системы. Нужно сказать, что она настолько независима, что кишечник мог бы справиться со своими повседневными «обязанностями», даже если бы каким-то образом оказался не связан с центральной нервной системой. Интересно, что количество специализированных клеток нервной системы (нейронов и глии) «второго мозга» приблизительно равно количеству нервных клеток в кошачьем мозге.

В отличие от хорошо известных и более знакомых нам нейронов, глия не обладает электрической активностью, но имеет множество других функций, которые за последнее десятилетие стали более понятными. Исследователи в новой работе выявили, что глия определенным образом влияет на сигналы в нейронных схемах не только в головном мозге, но и в кишечнике. Это открытие помогло бы развить область лечения кишечных заболеваний, от которых страдает около 15% популяции США.

Долгое время нейроны считались основным типом активных клеток в структуре энтеральной нервной системы. Из-за чего роль кишечной глии как ключевого регулятора моторики кишечника, как правило, игнорировалась. И если бы «второй мозг» был компьютером, глиальные клетки в нем играли бы роль чипов, работающих на периферии.

В передаче сигналов в нейронных сетях кишечника существует активная часть, состоящая не из нейронов. Именно ее формирует глия, регулируя и модифицируя эти сигналы. Исследователи объясняют, что кишечная глия функционирует в качестве логических элементов для изменения активности нейронных сетей.

Если выражаться метафорами, глия не воспроизводит ноты, но отвечает за тон, продолжительность и громкость звуков. Несмотря на аналогию глия играет гораздо большую роль в том, чтобы звук был качественным. Работа глиальных клеток создает более комплексную картину того, как устроена энтеральная нервная система.

«Помимо этого, теперь мы можем задаваться вопросами о том, как нацеливаться на определенный тип или группу глиальных клеток и корректировать их функции. Фармацевтические компании уже заинтересованы в этом», — отмечают авторы работы.

Ранее команда Гульбрансена выявила, что глия могла бы открыть новые пути для лечения синдрома раздраженного кишечника (СРК) – заболевания, при котором человек страдает от хронической боли в животе, вздутия и нарушения работы кишечника. В настоящее время причина этого расстройства до конца не известна.

[ArefievPV]

Жако превзошли ара по самоконтролю
https://nplus1.ru/news/2021/10/26/psittacus-erithacus

Африканские попугаи жако способны на протяжении пятидесяти секунд сдерживать желание съесть лакомство, чтобы получить вместо него более вкусную награду. При этом три вида южноамериканских ара могут продержаться лишь до тридцати секунд. К такому выводу пришли орнитологи после серии экспериментов по изучению самоконтроля у попугаев. Как отмечается в статье для журнала Animal Cognition, причина таких межвидовых различий пока остается неясной. Возможно, все дело в том, что жако живут в более сложных сообществах и обладают более крупным относительно размеров тела мозгом.

Самоконтроль позволяет отказаться от немедленного желания получить награду ради более значительной выгоды в будущем. Специалисты предполагают, что разные виды животных обладают разным уровнем самоконтроля в зависимости от интеллекта, скорости метаболизма, продолжительности жизни, экологических особенностей и социальной структуры. Кроме того, представители одного и того же вида порой демонстрируют отличающиеся способности подавлять импульсивное поведение.

Особенный интерес у исследователей вызывает вопрос о самоконтроле у попугаев — птиц, для которых характерен очень высокий интеллект. Эксперименты показывают, что некоторые попугаи могут откладывать получение награды не хуже, чем приматы и врановые. Например, танимбарские какаду (Cacatua goffiniana) способны терпеть до 80 секунд, чтобы получить лакомство более высокого качества, и до 20 секунд, чтобы получить большее количество лакомств. Кеа (Nestor notabilis) готовы ждать более ценную награду до 160 секунд. А один краснохвостый жако (Psittacus erithacus), которому дали команду «ждать», не прикасался к пище в течение 15 минут ради более вкусной альтернативы.

К сожалению, из-за отличий в дизайне экспериментов результаты разных исследований, посвященных изучению самоконтроля у животных, довольно трудно сравнивать между собой. Кроме того, не все методики одинаково информативны. Команда орнитологов во главе с Мэтью Петелем (Matthew Petelle) из Института орнитологии Общества Макса Планка приняла во внимание эти проблемы и решила сопоставить уровень самоконтроля у краснохвостых жако и трех видов ара — зеленых (Ara ambiguus), синегорлых (A. glaucogularis) и горных (Primolius couloni). Эти виды довольно сильно отличаются друг от друга с точки зрения пищевых предпочтений и социальной структуры. Синегорлые ара питаются почти исключительно плодами пальмы Attalea phalerata, зеленые — в основном плодами диптерикса Dipteryx panamensis (но при их дефиците переходят на другие корма), а горные ара и жако не столь привередливы и едят разные виды плодов и семян. При этом ара живут небольшими семейными группами, а жако образуют более крупные стаи.

Специально для экспериментов авторы собрали установку из двух наложенных друг на друга деревянных дисков, вращающихся независимо друг от друга со скоростью один оборот в минуту. К обоим дискам прикрепили по длинной спице с желтой или синей пластмассовой подставкой для корма на конце. На подставке исследователи размещали лакомство — менее (семечко подсолнуха) или более (кусочек грецкого ореха) любимое попугаями. У половины особей желтый цвет соответствовал более желанному лакомству, а синий менее желанному, а у второй половины наоборот. Во время тестов между подопытной птицей и установкой находился прозрачный пластиковый экран с отверстием посередине. Чтобы добраться до лакомства на конце спицы, попугаю нужно было просунуть голову в отверстие.

Каждая экспериментальная сессия начиналась с четырех демонстраций, в ходе которых попугаи должны были выбрать между более и менее желанной наградой (так ученые проверяли, помнят ли птицы условия опыта). Затем птицам предстояло пройти по четырнадцать тестов. В десяти из них попугай сначала мог дотянуться лишь до подставки с семечком, а грецкий орех оказывался в зоне его доступа спустя некоторое время. Если птица съедала семечко, ученые останавливали эксперимент и лишали ее шанса получить орех до следующей попытки; но если она игнорировала семечко, то вскоре у нее появлялась возможность дотянуться до ореха. В ходе первой сессии задержка между появлением нелюбимого и любимого лакомства составляла пять-десять секунд. Если птица успешно справлялась с этим испытанием, в следующей сессии интервал увеличивали, так что в конце концов он доходил до шестидесяти секунд.


Схематичное изображение экспериментальной установки (в данном случае семечко подсолнуха находится на желтой подставке, а кусочек ореха на синей). Слева: положение спиц во время демонстрации (попугай может дотянуться до обеих подставок). В середине: положение спиц в начале теста (попугай может дотянуться до желтой подставки). Справа: положение спиц в конце теста (попугай может дотянуться до обеих подставок).

Помимо основных тестов, в каждой сессии было еще по четыре проверочных. Они были необходимы, чтобы понять, действительно ли птица дожидается более вкусного лакомства или просто следует усвоенному правилу. В ходе двух тестов оба держателя были одинакового цвета и несли менее вкусное лакомство; при этом один из держателей появлялся с пятисекундной задержкой — но, поскольку на нем тоже находилось семечко, ждать его не было смысла. В двух других тестах держатели разных цветов несли семечко и грецкий орех, как и в основном эксперименте, однако в этом случае более вкусное лакомство первым появлялось в зоне доступа попугая. Птицы успешно проходили проверочные тесты (то есть не ждали прибытия второго семечка в первом тесте и сразу же брали с установки орех во втором) — таким образом, они уловили суть испытания.

Проанализировав результаты экспериментов, Петель и его соавторы обнаружили, что из четырех видов попугаев максимальный самоконтроль демонстрируют жако. Один представитель этого вида дожидался более вкусного лакомства на протяжении пятидесяти секунд, а среднее время ожидания для восьми особей составило 29,4 секунды. У всех трех видов ара успехи были намного скромнее: некоторые зеленые и синегорлые ара оттягивали получение лакомства на тридцать секунд, а для горных ара это значение составило всего двадцать секунд (более того, лишь половина из шести горных ара преодолела пятисекундный порог). В среднем же ара могли подавлять желание получить корм в течение 8,33-20,0 секунды.

У всех четырех видов средний успех особи снижался по мере того, как время ожидания увеличивалось (масса и мотивированность птицы на этот показатель не влияли). Кроме того, у всех видов самки оказались более терпеливыми, чем самцы. А если попугаи сдавались и брали менее вкусное лакомство, они обычно делали это в начале периода ожидания — вероятно, потому что понимали, как долго продлится задержка.

Максимального успеха в ожидании более вкусного лакомства добивались особи, которые тратили время на определенные виды самоуспокаивающего поведения: шагали, взаимодействовали со столом и прозрачным экраном или кусали руку экспериментатора. Впрочем, одним видам такое поведение приносило больше пользы, чем другим. Например, при равной доле времени, используемой для самоуспокоения, зеленые ара демонстрировали больший контроль, чем синегорлые. А жако справлялись с заданиями лучше, чем синегорлые и горные ара, даже если посвящали самоуспокоению столько же времени, сколько и они. Из предыдущих исследований известно, что собаки, волки и шимпанзе также используют самоуспокаивающее поведение, чтобы дождаться желанной награды.

Различия в уровне самоконтроля между четырьмя видами попугаев непросто объяснить с экологической и физиологической точки зрения. Жако, которые питаются разнообразными кормами, превзошли узкоспециализированных зеленых и синегорлых ара, однако горные ара, рацион которых также включает множество видов пищи, справились тестами хуже всех. Крупные размеры и, соответственно, более медленный метаболизм также не оказывают положительного влияния на уровень самоконтроля: жако, которые продемонстрировали лучшие результаты, весят около 450 граммов, а уступившие им зеленые ара — около 1300 граммов. Возможно, отличные способности жако к самоконтролю связаны с тем, что они живут в более сложных сообществах, чем ара, и отличаются более крупным относительным размером мозга.

Однако следует отметить, что зеленые и синегорлые ара относятся к редким и малоизученным видам, так что к имеющимся данным об их социальной структуре следует относиться с осторожностью.

Орнитологи доказали, что для новозеландских попугаев кеа объекты, которые они видят на экране, являются частью реального мира. Так, эти птицы верят, что виртуальный шарик может оказаться в реальном ящичке. Такой взгляд на мир называется наивным реализмом.

P.S. Ссылки на информацию, о которой упоминается в заметке:

Зефирный эксперимент связал самоконтроль шимпанзе с уровнем интеллекта
https://nplus1.ru/news/2018/02/12/marshmellow-chimp

Какаду изготовили три вида инструментов для извлечения семян из твердой оболочки
https://nplus1.ru/news/2021/09/01/cacatua-goffiniana

Кеа оказались наивными реалистами
https://nplus1.ru/news/2021/10/05/nestor-notabilis-naive-realists

[ArefievPV]

Исследователи «прочитали» мозговую активность при магнитной стимуляции памяти
http://neuronovosti.ru/issledovateli-prochitali-mozgovuyu-aktivnost-pri-magnitnoj-stimulyatsii-pamyati/

Ученые из Нидерландов проверили, как изменяется активность мозга при магнитной стимуляции лобной коры, когда участники эксперимента выполняли тест на память. Оказалось, что при стимуляции уменьшается бета-активность теменной коры, что приводит к улучшению вербальной памяти.

Память – это один из самых важных когнитивных процессов. Исследования показали, что при запоминании и воспроизведении в мозге можно наблюдать характерную картину нейронной осцилляции – совокупной активности нейронов в определенных зонах. Представьте себе, что нейрон – это лампочка. Она мигает с определенной частотой. Существуют разные частоты “мигания” нейронов, условно подразделяемые на альфа, бета, гамма, дельта, тета и другие волны. По характеристикам нейронной активности можно судить о том, что происходит в мозге.

Так, в момент когда человек обращает на что-то внимание, фокусируется (что в дальнейшем приводит к запоминанию информации) в мозге уменьшается альфа-активность под влияние лобной коры мозга. Альфа-активность служит своеобразными воротами, через которые информация входит в мозг.

Ученые из Нидерландов попробовали исследовать, что именно происходит с активностью мозга в тот момент, когда его стимулируют с помощью транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС).

В первом эксперименте ученые предложили респондентам два списка слов, один за другим. В каждом списке – по 10 слов. Сперва участники изучали первый список, затем шла инструкция: запомнить или забыть предъявленный список. После этого участникам демонстрировали второй список слов, только для запоминания.

При анализе данных ученые рассматривали только те случаи, когда необходимо было запомнить и первый и второй списки слов. Задание “забыть первый список слов” необходимо было лишь для того, чтобы удерживать внимание респондентов.

Когда участник запоминал второй список слов, ученые применяли магнитную стимуляцию. Одной группе участников стимулировали дорсолатеральную префронтальную кору (DLPFC), другим — вертекс. Стимулировали 45-ю повторяющимися разрядами с частотой в 1 Гц.

После запоминания шла отвлекающая задача: необходимо было отнимать по 3 от какого-то числа, которое называли исследователи. Затем участников просили вспомнить максимальное количество слов.


Результаты первого эксперимента. Слева — процент правильно воспроизведенных слов в зависимости от порядка их предъявления. Справа — отличие в правильности воспроизведения первого (желтый) и второго (сиреневый) списка.

Ученые проанализировали данные ЭЭГ участников во время стимуляции. Оказалось, что сразу после стимуляции в момент появления слова, которые нужно было запомнить, уровень бета-активности мозга снижался в обоих полушариях теменной коры. Изменений в других мозговых волнах ученые не обнаружили.


На левом рисунке показана разность активности мозга при стимуляции DLPFC или вертекса ПЕРЕД запоминанием, на правой — ПОСЛЕ. Обратите внимание, что бета-активность словно исчезает из теменной коры.

До появления слова, которое необходимо было запомнить, бета-активность увеличивалась, а после запоминания — уменьшалась. Ученые выяснили, что изменение бета-активности происходило не столько за счет изменения амплитуды волны, сколько из-за изменения апериодического компонента колебаний. Так, на графике ниже можно видеть, как изменяется сигнал (черная линия). Это изменение вызвано не столько самой активностью (красная линия), сколько наклоном этой активности в положительную или отрицательную сторону (синяя линия).



Во втором эксперименте ученые решили проверить полученные данные. В отличии от первого исследования, они предложили одним и тем же людям запоминать два списка слов, только при запоминании одного они стимулировали вертекс, а при запоминании второго — DLPFC. Либо же наоборот.

Результаты второго эксперимента показали, что стимуляция улучшила память только в том случае, если применялась к префронтальной коре.


Результаты второго эксперимента.

Полученные результаты подтвердили, что уменьшение бета-активности в теменной коре — один из механизмов запоминания. Даже более – это показатель того, что человек запоминает в данный момент.

Но почему же при стимуляции префронтальной коры наблюдались изменения в теменной зоне? Дело в том, что многие когнитивные функции базируют свою деятельность не на одной конкретной зоне мозга (локализационизм), а на группе зон. Чистота связи между этими группами и определяет эффективность протекания мыслительных процессов. Так, DLPFC и верхняя теменная кора образуют лобно-теменную сеть – тесно связанную группу нейронов.

Видимо, в тандеме этих двух зон, префронтальная кора играет ведущую роль, определяя осцилляцию теменной коры (уменьшая бета-активность).

В то же время любопытно, что ученые не упомянули про альфа-активность мозга. Таким образом, они подчеркнули, что ТМС повлияла только на бета-активность. Однако, в соответствии со многими экспериментами, перед уменьшением бета-активности префронтальная в коре также уменьшалась и альфа-активность. Это приводило к тому, что человек как бы “обращал внимание на слово”, “впускал новую информацию в мозг”, после чего снижалась бета-активность – то есть человек приступал к запоминанию.

P.S. Чуток прокомментирую.

Подход не совсем правильный, на мой взгляд – не там (и не между тем) ищут причинно-следственные связи. Мало того, сама интерпретация в стиле «причинно-следственности» здесь используется некорректно.

То есть, возможно, не человек (не его мозг) решил запоминать, вспоминать или обращать внимание, и потом возникает соответствующая активность какого-то ритма в определённых зонах, а эта самая активность и есть запоминание, вспоминание или обращение внимания. И с принятием решения (даже поэтапно) аналогичная ситуация – это тоже будет некая активность (какого-то ритма в определённых и/или между определёнными зонами мозга).

Кстати, нечто подобное я уже комментировал:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8271.msg236921.html#msg236921

Как ритмы мозга помогают управлять вниманием
https://www.nkj.ru/news/37494/
Улучшить внимание можно, если подавить альфа-волны в своём мозге – даже если не знать, как это у вас получается.
…..
P.S. Складывается впечатление, что, где в данный момент слабее альфа-ритм, туда и смещается вектор внимания. То есть, внимание не первично, а производно - оно результат актуального и локального снижения активности альфа-ритма в мозге...

И, изначально, во всех случаях, запускает все эти процессы сенсорика – импульс (поток) активности от рецепторов, а в роли местного (местного для организма, а для мозга, возможно, базового) генератора фоновых ритмов активности могут выступать эволюционно древние структуры мозга (ствол и т.д.).

Вот тут «краешком цепляют» ствол мозга (я там кратко прокомментировал новость):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8271.msg233044.html#msg233044

Больные в коме помогли ученым раскрыть фундаментальную загадку мозга
https://ria.ru/20190917/1558744836.html
По оценкам ученых, примерно сорок процентов пребывающих в коме пациентов на самом деле могут быть в сознании. Это показывают новейшие методы диагностики, позволяющие оценить активность нейронов в режиме реального времени. Как люди с тяжелейшими повреждениями мозга возвращаются к жизни — в материале РИА Новости.
…..

Характерно, что эти древние структуры унаследовали эту, можно сказать, эволюционную роль – роль главного представительства в мозге и проводника инстинкта (стремления к самосохранению).

Замечание в сторону.

Понятно, что проводником может быть только находящийся между*. Но ведь именно такова изначальная локализация (в широком смысле) быть между*: и самой нервной системы (и нервной ткани вообще) и её предшественника – системы управления многоклеточного организма. Мало того, система управления изначально возникла и состоялась как система взаимодействия клеток и клеточных структур в многоклеточном организме. Система взаимодействия, уже по своему определению, сама по себе находится между* взаимодействующими сущностями.

Вот здесь про возникновение нервной системы:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,2220.msg254864.html#msg254864

Могли ли нейротрансмиттеры создать нервную систему в качестве эволюционного ответа на повреждение?
https://elementy.ru/novosti_nauki/433837/Mogli_li_neyrotransmittery_sozdat_nervnuyu_sistemu_v_kachestve_evolyutsionnogo_otveta_na_povrezhdenie
…..

Да и само получившееся в итоге (в процессе эволюции) мало напоминает строго упорядоченные структуры управления (от того и «хромают» аналогии мозга с компьютером):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8969.msg255876.html#msg255876

Активная среда мозга: новая парадигма в нейронауках
http://neuronovosti.ru/aktivnaya-sreda-mozga-novaya-paradigma-v-nejronaukah/
…..

Продолжу.

То есть, именно через эти структуры идёт реализация стремления жить для всего многоклеточного организма – эти древние структуры как бы интегрируют, консолидируют (в силу своей принадлежности к нервной системе и своего местоположения в нервной системе) поток сигналов и преобразуют его в фоновый ритм активности (базовый для всех остальных структур головного мозга).

Кроме того, во внутреннюю организацию этих древних структур наследственные знания попросту «вшиты» – сама внутренняя организация определяется наследственной информацией. Понятно что, такое представительство инстинкта всего многоклеточного организма, по своей сути, является только сумматором/интегратором первичных (от отдельных клеток), вторичных, третичных и пр. стремлений к самосохранению

Тут ещё такой момент – первичные (от отдельных клеток) и вторичные (от небольших обособленных клеточных структур и тканей), а может и далее (третичные, четверичные и т.д.) стремления доходят туда, в представительство, через другие консолидирующие (и, разумеется, преобразующие) структуры только опосредованно.

Про инстинкт (в контексте его соотношения с разумом, интеллектом и пр.) в последний раз пояснял здесь:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8969.msg256770.html#msg256770

[ArefievPV]

Микроглия – ключевой игрок в работе сосудов мозга
http://neuronovosti.ru/mikrogliya-klyuchevoj-igrok-v-rabote-sosudov-mozga/

Исследователи Медицинской школы Университета Вирджинии обнаружили важную роль микроглии в регуляции кровотока и поддержании кровеносных сосудов мозга, о которой они рассказали в журнале Nature Communications. Исследователи предполагают, что результаты могут оказаться важными для изучения снижения когнитивных функций, деменции и инсульта.


На рисунке изображена сосудисто-нервная единица, состоящая из астроцитов (AC), перицитов (PC), микроглиальных клеток (MG) и капилляр-ассоциированной микроглии (CAM), нейронов и связанной с ними сосудистой сети.


Истощение микроглии и рецепторов, с помощью которых на может взаимодействовать с капиллярами, различными генноинженерными методами приводит к ухудшению взаимодействий микроглии с сосудами, увеличению диаметра капилляров и церебрального кровотока, а также к нарушению ответа на углекислый газ (сосуды в ответ на него расширяются).

Микроглия выполняет множество важных функций в мозге, мы даже посветили ей отдельный материал. Например, исследователи уже знают, что она контролирует гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), защищающий мозг от токсинов, микроорганизмов и прочего нежелательного «мусора», который может находиться в кровотоке. Микроглия также способствует формированию сложной сети кровеносных сосудов мозга во время развития человека, влияет на запуск и прогрессирование многих заболеваниях. Например, в недавней работе установлено, что при болезни Альцгеймера потеря микроглиальных клеток способствует накоплению амилоидных бляшек на стенках сосудов. Кроме того, она регулирует целостность ГЭБ при инсульте и усиливает межсосудистые взаимодействия при воспалительных процессах.

Но пока еще не до конца понятна роль микроглии в здоровом головном мозге. Новое исследование показывает, что эти клетки представляют собой ключевое звено, защищающее сосуды и регулирующее кровоток.

Исследователи в экспериментах с животными обнаружили микроглию, ассоциирующуюся с капиллярами мозга (CAM) и экспрессирующую определенный рецептор CX3CR1. Также они определили, какую роль эта микроглия исполняет, и выявили, что контролирует эти взаимодействия. Среди важных «обязанностей» капилляр-ассоциированных микроглиальных клеток оказалась помощь в регулировании диаметра капилляров, а также, возможно, уменьшение или увеличение кровотока по мере необходимости.

Предполагается, что  новые результаты могут дать значительный прогресс в изучении заболеваний, поражающих мелкие сосуды мозга. А это состояние, называемое микроангиопатией, способствует развитию сосудистых заболеваний мозга, в том числе ишемического инсульта, а также нейродегенеративных процессов, в частности болезни Альцгеймера.

P.S. Ссылка на этот «отдельный материал» (кстати, весьма познавательно):

Микроглия — на страже здоровья и пластичности мозга
http://neuronovosti.ru/microglia/

[ArefievPV]

Чем ты думаешь? Интервью с нейрофизиологом Вячеславом Дубыниным

Почему нужно танцевать и как запахи переносят нас в прошлое? За что отвечает гиппокамп и что такое натриевые пробки? Рассказ о мозге от известного нейрофизиолога.

0:00 - Вступление
0:24 - Нервные клетки правда не восстанавливаются?
6:47 - Как тренировать мозг?
9:30 - Умственные способности определены с рождения?
12:57 - Гениальность и сумасшествие связаны?
15:20 - Правое и левое полушария отличаются?
18:40 - Нужно ли развивать левую руку, если ты правша, и наоборот?
19:10 -  Почему мы не помним раннее детство?
21:42 - Как работает кратковременная и долговременная память?
25:44 - Почему запахи так связаны с воспоминаниями?
28:01 - Что такое сознание?
34:24 - Как мы воспринимаем время?
38:53 - Какова максимально возможная продолжительность жизни?

P.S. Можно сравнить мои суждения о сознании (и связанные с ним вещи) с тем, что об этом говорит Вячеслав Дубынин. Например, здесь:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8969.msg256773.html#msg256773

В других сообщениях темы (https://paleoforum.ru/index.php/topic,8969.0.html) я: и про сознания (многоуровневый механизм сознания, иерархичность механизма, связь уровня со степенью интеграции и пр.), и про волю (соотношение желаний/хотений), и про инстинкт, и про интеллект, и про разум, и про наблюдателя (и его местоположение) и т.д., много и подробно пояснял. На мой взгляд, высказывания Вячеслава Дубынина весьма неплохо вписываются в озвученные мною представления о сознании.

[ArefievPV]

Нейроны человека отличаются от нейронов других млекопитающих
https://www.nkj.ru/news/42469/

Человеческий мозг уменьшил плотность ионных каналов в нейронах — вероятно, для того, чтобы сэкономить на них энергию.

Нейрон генерирует электрический импульс с помощью ионных каналов — особых белков, которые сидят в клеточной мембране и пропускают через себя те или иные ионы. Под воздействием какого-то стимула — механического давления, химического вещества, или импульса, прибежавшего от другого нейрона — ионные каналы открываются или закрываются, концентрация ионов по обе стороны мембраны меняется и электрические свойства самой мембраны, соответственно, тоже меняются.

Нейроны отличаются друг от друга размерами, длиной и ветвистостью отростков, с помощью которых они принимают и передают импульсы. У большого нейрона ионных каналов будет больше, чем у маленького, если эти каналы считать поштучно. Но если взять большой нейрон слона и маленький нейрон мыши, то, несмотря на различие в абсолютном количестве каналов, они должны работать одинаково.

Для большинства зверей это так и есть, но всё меняется, когда речь заходит о человеке. Несколько лет назад сотрудники Массачусетского технологического института обнаружили, что нейроны крысы и человека отличаются по электрофизиологическим свойствам, и эти отличия обусловлены какими-то особенностями в дендритах — разветвлённых нейронных отростках, которые играют роль антенн, собирая сигналы от множества других нервных клеток. Дальнейшие исследования показали, что плотность ионных каналов на мембране человеческих нейронов ниже, чем на мембране нейронов крысы.

В новой статье в Nature сравниваются нейроны уже десяти видов зверей: карликовой многозубки (самого маленького млекопитающего на земле), песчанки, мыши, крысы, морской свинки, хорька, кролика, игрунковых обезьян, макак и человека (человеческие образцы брали у пациентов с эпилепсией, которым предстояла операция на мозге). Исследователи сравнивали плотность двух видов ионных каналов, пропускающих ионы калия и натрия, в мембранах пирамидальных нейронов пятого слоя коры полушарий. Толщина коры и размеры нейронов увеличиваются от многозубки к приматам, и одновременно увеличивалась плотность ионных каналов у каждого отдельного нейрона.

При этом если рассматривать не отдельный нейрон, а какой-то объём мозга, то оказывается, что плотность ионных каналов в объёме мозга у многозубки и макаки одинакова. Нейроны многозубки невелики по сравнению с нейронами макаки, поэтому в заданном «кубике» мозговой ткани нейронов многозубки, грубо говоря, будет больше, а нейронов макаки — меньше. Однако из-за разности в плотности ионных каналов у большого и маленького нейрона плотность тех же каналов в «кубике» мозга будет одинаковой. И если смотреть на кору полушарий, не разбирая её на отдельные нейроны, то получится, что электрические свойства будут одинаковы что у мыши, что у кролика, что у обезьяны — потому что у них у всех будет одна и та же плотность ионных каналов на единицу объёма коры.

Из этого правила выпадает человек: у него плотность ионных каналов в «кубике» коры оказалось меньше, чем можно было ожидать — потому что и на нейронах нашей коры плотность ионных каналов меньше, чем полагалось бы по сравнению с маками и в соответствии с нашими размерами. Ионные каналы требуют энергии, и чем их больше, тем больше энергии уходит на то, чтобы их синтезировать, и на то, чтобы они работали. Если мозг отказался от части ионных каналов, у него появилась возможность направить лишнюю энергию на что-то другое — например, на формирование более сложных синапсов между нейронами. Кроме того, те ионные каналы, которые у человеческого мозга и так есть, могли бы научиться более эффективно использовать энергию для возбуждения электрического потенциала.

Так или иначе, мозг человека — по крайней мере, насколько мы может судить по клеткам одного из слоёв коры — отличается от мозга других млекопитающих на уровне отдельных нейронов, и это отличие должно сказываться на каких-то особенностях функционирования мозга в целом. В перспективе авторы работы хотят точно так же изучить мозг человекообразных обезьян, которые наиболее близко стоят к человеку в эволюционном плане — так удастся понять, когда именно в мозге уменьшилась плотность ионных каналов и какие генетические изменения этому способствовали.

[ArefievPV]

Речь и орудийная деятельность контролируются единым центром в базальных ядрах
https://elementy.ru/novosti_nauki/433897/Rech_i_orudiynaya_deyatelnost_kontroliruyutsya_edinym_tsentrom_v_bazalnykh_yadrakh

Недавнее исследование отпечатков мозга на черепных коробках ранних представителей людей говорит о том, что рост мозга начался раньше, чем его структурные перестройки (M. S. Ponce de León et al., 2021. The primitive brain of early Homo). Эти перестройки связаны, по-видимому, с реорганизацией отделов, отвечающих за социальные функции, орудийную и лингвистическую деятельность человека. Они начались, судя по изученным черепам, 1,5–1,7 млн лет назад. Теперь ученые доказывают наличие общей нейронной основы для манипуляции орудиями и построения сложных синтаксических структур. Оба этих вывода поддерживают гипотезу о происхождении языка в связи со становлением орудийной деятельности. Рисунок с сайта the-scientist.com

Европейские нейрофизиологи изучали, какие нервные центры мозга активируются при решении лингвистических тестов и при орудийной деятельности. Они обнаружили заметное перекрывание активных зон при выполнении заданий этих двух типов: общие зоны располагаются в базальных ядрах переднего мозга. В экспериментах по обучению удалось подтвердить, что лингвистическая и орудийная функции не просто занимают общее пространство в мозге, но и координируются какими-то общими нейронными контурами.

Об этом свидетельствует эффект переноса при обучении: тренировка орудийной функции вызывает улучшение результатов по лингвистике, и наоборот — лингвистическая тренировка ведет к увеличению ловкости в манипуляции орудиями. Общая нейробиологическая основа в данном случае говорит в пользу коэволюции в становлении языка и орудийной деятельности.

После статистической обработки результатов выполнения тестов удалось показать с учетом контролей, что у испытуемых и вправду задания выполняются лучше после комплементарной тренировки, чем до нее. Иными словами, ученые зарегистрировали двунаправленный эффект переноса: от орудийной деятельности к лингвистической и в обратном направлении.

Эффект переноса интересен сам по себе — не так уж часто нейробиологам удавалось его зарегистрировать. Но в данном случае он важен и с точки зрения понимания эволюции языка. Если у этих двух функций есть общая нейробиологическая база с общими нейронными контурами — в базальных ганглиях и, возможно, где-то еще, — то они должны были эволюционировать взаимосвязано. Развитие одной неизбежно должно было в той или иной мере привести к развитию другой.