Интересные новости и факты (психология, нейрофизиология)

[ArefievPV]

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 220: кишечная нервная система контролирует жажду
http://neuronovosti.ru/nejronauki-v-science-i-nature-vypusk-220-kishechnaya-nervnaya-sistema-kontroliruet-zhazhdu/

При поглощении пищи и воды стимулируются сенсорные системы в ротоглоточной и желудочно-кишечной областях перед всасыванием. Эти сенсорные сигналы регулируют нейронные цепи, отвечающие за аппетит. Появляющиеся данные свидетельствуют о том, что при приеме воды появляется осмотическое давление в кишечнике, поэтому нейроны, отвечающие за чувство жажды, быстро затормаживаются. Этому процессу посвящена подробная статья, опубликованная в журнале Nature.

Лаборатория биолога Калтеха Юки Ока изучала передачу сигналов осмоляльности, регулирующих жажду, от кишечника в мозг. И теперь его команда обнаружила основной сенсорный путь, который стал промежуточным звеном между этими двумя процессами. Ученые исследовали систему воротной вены, проходящей через кишечник. Она отвечает за «доставку» большинства питательных веществ из кишечника в печень.

Существуют два основных сенсорных пути от кишечника до мозга: спинальный (ганглии задних корешков спинного мозга) и вагусный пути (блуждающий нерв, 10-я пара черепно-мозговых нервов). В исследовании использовались оптическое и электрическое регистрирование в сочетании с генетическими подходами для визуализации ответов осмоляльности от сенсорных ганглиозных нейронов. Применили генетически модифицированных мышей для визуализации активации нейронов в этих двух путях. Затем систематически отслеживались нейроны ганглиев задних корешков спинного мозга и блуждающего нерва в ответ на попадание в кишечник воды, соли или сахара, которые имитируют нормальный прием питательных веществ.

В результате исследователи выявили, что вагусные нейроны сильно активируются при изменениях осмоляльности в кишечнике. По сути определенные разновидности нейронов активировались в ответ на различные жидкости.

Кроме того, ученые определили, что блуждающие нервы, иннервирующие систему воротной вены, несут сигналы осмоляльности. Если повредить  ветвь блуждающего нерва, то они не могли реагировать на изменения осмоляльности.

Команда также исследовала, ощущают ли блуждающие нервы напрямую или опосредованно изменения осмоляльности в кишечнике. Авторы работы установили, что в ответ на изменения осмоляльности в кишечнике в воротную вену секретируется вазоактивный кишечный пептид. Далее активируется блуждающий нерв в области системы воротной вены.

Все это объясняет, как кишечник преобразует физические изменения осмоляльности в гормональные сигналы, которые отвечают за изменения осмоляльности и за удовлетворение чувства жажды.

[ArefievPV]

Польза или вред: почему мы забываем?
http://neuronovosti.ru/polza-ili-vred-pochemu-my-zabyvaem/

Американские ученые провели исследование, в котором постарались объяснить, как будущий опыт влияет на забывание информации и что в дальнейшем происходит с ним. Данные опубликованы в журнале Nature Reviews Neuroscience.

Ежедневно с каждым из нас происходят те или иные события. Это могут быть приятные моменты, которые нам хотелось бы запомнить, или неприятные ситуации, в которые возвращаться нет желания. Так же многое остается как бы «за кадром» нашего восприятия. До недавних пор считалось, что мозг имеет определенное «хранилище», в котором при заполнении происходит замена воспоминаний или безвозвратное удаление нажитого опыта. Сейчас, когда ученые уже не так категорично относятся к мозгу как к накопителю, их фокус сместился на сам процесс работы воспоминаний.

Согласно одной из ведущих концепций работы мозга, нервная система любого живого существа состоит из нервных клеток – нейронов, которые в свою очередь организуются в ансамбли – сложные структуры с большим количеством связей. Одни и те же нейроны могут одновременно участвовать сразу в нескольких ансамблях, создавая высокоструктурированную нейронную сеть.

В начале XX века Рихорд Земан ввел термин  «энграмма», буквально с греческого означающий «внутренняя запись». Другими словами, энграмма – это совокупность изменений в нервной ткани, обеспечивающих сохранение результатов воздействия действительности на человека, или просто физиологическая основа памяти. Считается, что между энграммами возникают устойчивые ассоциативные связи.

Томас Райан (Tomás J. Ryan) – профессор Школы биохимии и иммунологии и Института неврологии Тринити колледжа, а также Пол Фрэнкленд (Paul W. Frankland) — профессор кафедры психологии Университета Торонто и больницы для больных детей в Торонто привели еще ряд доказательств, что забвение (угасание памяти о каком-либо явлении, событии или человеке) воспоминаний – это важная функция мозга несмотря на свою кажущуюся бесполезность и даже вредность. Также оно позволяет нашим мыслям взаимодействовать с окружающей средой. Доктор Райан, объяснил, что воспоминания работают через клетки энграмм, которые при активации могут успешно воспроизводить мысли из прошлого и получать доступ к ним. А забвение вызвано неспособностью энграммных клеток реактивироваться.


a. Согласно данной модели, животное (в данном случае мышь) формирует свои энграммы в результате своего восприятия мира. Установленные энграммы (бирюзовые клетки) на фоне неэнграммных клеток (серые клетки) функционируют в будущем как выводы, которые делает мышь об окружающем мире. Эти предсказания либо подтверждаются, либо отрицаются дальнейшим опытом. b. Когда энграмма вызывается и предсказание подтверждается, происходит положительный сигнал об ошибке прогнозирования. Таким образом энграмма либо сохраняется, либо обновляется (желтые клетки). Когда предсказания нарушаются, происходит возвратное забывание части информации (светло-бирюзовые клетки).

Ученые считают, что забывание так же важно, как и запоминание, для сбалансированной жизни. Исследования показали, что вместо потери памяти мы просто теряем доступ к этим воспоминаниям.

«Наша новая теория предполагает, что забвение связано с ремоделированием схемы, которая переключает ячейки энграмм из доступного в недоступный. Поскольку на скорость забвения влияют условия окружающей среды, мы предполагаем, что забвение на самом деле является формой обучения, которая изменяет доступность памяти в соответствии с окружающей средой и её предсказуемостью», — говорят авторы

Так же эксперты предположили, что «естественное забвение» (например, при болезни Альцгеймера) может быть обращено вспять при помощи определенных манипуляций.

P.S. Всё же, не стоит забывать, что сведение всего только лишь к нейронным ансамблям (нейронам, синапсам и т.д.) является упрощением. Наше «железо» устроено и функционирует значительно сложнее:

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

[ArefievPV]

1, 2, 3, 4… 5? Слова нужны, чтобы думать о числах
http://neuronovosti.ru/1-2-3-4-5-slova-nuzhny-chtoby-dumat-o-chislah/

Задумывались ли вы, что для представления точной числовой величины, превышающей четыре, людям может потребоваться слово для обозначения этого числа? Исследователи из MIT изучили то, как люди думают о числах на примере носителей языка цимане (чимане, мосетен) — вымирающего языка в Боливии. Статья опубликована в Psychological Science.

«Когда мы доберемся до больших чисел, даже до пяти и шести, нам понадобится какой-то способ представить это, если вы хотите представить это точно, — говорит Эдвард Гибсон, автор новой статьи и профессор Массачусетского технологического института по мозгу и когнитивным наукам. — Это не обязательно должны быть слова — вы могли бы использовать свои пальцы или что-то подобно, — но вам нужно какое-то независимое представление чисел».

Задачи, требующие манипулирования числами, могут быть выполнены только с использованием числовых слов или других явных систем для представления чисел, заявляет руководитель научной группы из MIT.

Слова имеют значение?

Цимане — это общество земледельцев и собирателей пищи, насчитывающее около 13 000 человек в тропических лесах Амазонии. Большинство детей цимане начинают ходить в школу примерно в возрасте 5 лет, но уровень образования и способность считать значительно различаются.

В исследовании 2014 года Гибсон, Пиантадоси и бывший аспирант Массачусетского технологического института Джулиан Хара-Эттингер обнаружили, что дети цимане усваивают значения числовых слов по той же траектории развития, что и дети в промышленно развитых обществах. То есть сначала они понимают «один», затем последовательно добавляют «два», «три» и «четыре». Однако в этот момент происходит резкий сдвиг в понимании, и дети понимают значения не только «пять» и «шесть», но и всех известных им числовых слов.

В языке цимане есть слова для чисел до 100, а слова для чисел больше этого заимствованы из испанского языка!

Дети в промышленно развитых обществах, которые уделяют гораздо большее внимание числам, начинают учиться считать примерно в возрасте 2 лет и хорошо разбираются в числах и счете к 4-5 годам. Однако среди цимане эта траектория происходит позже, начиная примерно с 5 лет и заканчивая примерно в 8 лет.

Для нового исследования, опубликованного в Psychological Science, Гибсон и его коллеги определили 15 носителей языка цимане, которые могли считать где-то от шести до 20, и 15, которые могли считать не менее 40. Это дало им возможность сравнить людей с различными способностями к вербальному счету и проверить гипотезу о том, что без числовых слов люди не могут выполнять задачи точного сопоставления, требующие от них мысленного представления чисел больше четырех.

Числовые представления

Для изучения этого вопроса исследователи использовали задачу, известную как «ортогональное сопоставление». В простейшем задании на сопоставление исследователи представляли ряд объектов, таких как батарейки, а затем просили участников выстроить эквивалентное количество разных объектов, таких как катушки с нитками.

 При ортогональном сопоставлении объекты были представлены горизонтальной линией, но участники должны были выстроить соответствующее число по вертикали, поэтому они не могут просто сопоставить их один к одному.

Команда MIT обнаружила, что носители языка цимане смогли выполнить эту задачу, но только до чуть меньшего числа, на которое они могут рассчитывать. То есть тот, кто умеет считать до 10, начнет ошибаться, когда его попросят сопоставить восемь или девять объектов, в то время как тот, кто умеет считать до 15, начнет ошибаться около 13 или 14.

Результат можно посчитать?

«Это открытие дает самое четкое на сегодняшний день доказательство того, что числовые слова играют функциональную роль в способности людей представлять точные величины, превышающие четыре, и поддерживает более широкое утверждение о том, что язык может развивать новые концептуальные способности», — говорит Гибсон.

В будущей работе ученые надеются продолжить изучение того, как дети усваивают представления чисел и какие конструкции требуются, чтобы обозначать числа больше 4.

[ArefievPV]

В височной коре нашли нейроны сложения и вычитания
https://nplus1.ru/news/2022/02/16/arithmetic-rule

В мозгу есть нейроны, которые активируются во время совершения определенных математических операций. Одни из обнаруженных клеток активны исключительно во время операций сложения, тогда как другие — при совершении операций вычитания. При этом эти нейроны реагируют одинаково, независимо от того, записана ли инструкция вычислений в виде слова («прибавить» или «отнять») или символа (знаков плюс и минус). Статья опубликована в журнале Current Biology.

В совершении даже самых простых арифметических действий задействованы сразу несколько систем мозга. Считается, что у людей и приматов основную роль в формировании представлений о числах и манипулировании ними играют теменная и префронтальная кора. Однако и другие зоны участвуют в обеспечении этих операций, например, медиальная височная кора. Так, известно, что объем гиппокампа и его функциональная связь с дорсолатеральной и вентролатеральной префронтальной корой предопределяют успех в математике у младших школьников. А снижение объема серого вещества парагиппокампальной извилины отмечается у детей с дискалькулией — трудностями в обучении или понимании арифметики (дискалькулия — достаточно сложный феномен, который не объясняется единичным структурным изменением, она связана с множеством и других изменений в структуре серого и белого вещества целого ряда регионов мозга, и указанное снижение лишь одно из этого большого списка). И, наконец, в медиальной височной коре находятся отдельные группы нейронов, которые кодируют числа. А как нейроны этого региона участвуют непосредственно в операциях сложения и вычитания неизвестно.

Андреас Нидер (Andreas Nieder) из Тюбингенского университета и Флориан Морманн (Florian Mormann) из Боннского университета вместе с группой ученых провели исследование, в котором приняли участие пациенты с резистентной формой эпилепсии — пять женщин и четыре мужчины. Для лечения эпилепсии участникам имплантировали электроды в височную долю мозга, но также эти электроды позволили ученым изучить активность отдельных нейронов височной доли во время того, как участники совершали простые арифметические операции с числами от нуля до пяти. Числа предъявлялись в одних задачах в виде арабских цифр, а в других — соответствующим количеством точек. Арифметическое действие также было записано двумя способами: либо знаками плюса и минуса, либо немецкими словами «und» и «weniger», обозначающими сложение/прибавление и вычитание. Для ответа участники с помощью сенсорной панели с цифрами от нуля до девяти вводили ответ, а затем получали обратную связь, указывающую, был ли результат правильным («richtig») или ложным («falsch»).


Примеры предъявления задач в эксперименте

В ходе эксперимента авторы зарегистрировали потенциалы действия 585 одиночных нейронов из медиальной височной коры, среди них 126 нейронов в парагиппокампальной коре, 199 нейронов в гиппокампе, 107 нейронов в энторинальной коре и 153 нейрона в миндалевидном теле. А далее используя многофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) ученые среди этих нейронов нашли те, которые избирательно активируются только на операции сложения, а другие — только на операции вычисления. Арифметическая задача появлялась не сразу, а по одному элементу через каждые 500 миллисекунд: сначала появлялось первое число, следом знак или слово, обозначающие операцию, и последним второе число. Благодаря этому ученые смогли выделить те нейроны, которые реагировали исключительно на обозначающее арифметическое действие: знак или слово (p < 0,001). При этом эти нейроны реагировали одинаково, независимо от того, записана ли инструкция вычислений в виде слова или знака.

Также исследователи вводили модели активности клеток в самообучающуюся компьютерную программу. В то же время они сообщали программному обеспечению, вычисляют ли испытуемые в данный момент сумму или разницу. Когда алгоритм столкнулся с новыми данными о деятельности после этой фазы обучения, он смог с высокой точностью определить, во время какой вычислительной операции он был записан (p <0,05), и снова независимо от того как подана инструкция вычисления, в виде знака или слова. Так авторы дополнительно подтвердили свои результаты.

Авторы считают свою работу важным шагом к лучшему пониманию одной из самых важных символических способностей человека, а именно процессов вычисления с числами. В ходе будущих исследований ученые планируют более детально изучить обнаруженные ими клетки и их популяции.

В последние годы связь математических способностей с функционированием нейронов неизменно привлекает интерес исследователей. Так, в прошлом году американские ученые, которые обратили свое внимание на лобную и теменную области, обнаружили, что высокая концентрация гамма-аминомасляной кислоты в левой средней лобной извилине предсказывает успехи в выполнении математических заданий.

P.S. Ссылка в дополнение:

Концентрация ГАМК в средней лобной извилине позволила предсказать успехи в математике
https://nplus1.ru/news/2021/06/07/maths-GABA-levels

[ArefievPV]

Молодой орангутан во время эксперимента воспользовался каменным отщепом
https://nplus1.ru/news/2022/02/17/orangutan

Биологи решили провести эксперимент над пятью орангутанами из двух зоопарков и выяснить, смогут ли эти человекообразные обезьяны самостоятельно изготовить и применить по назначению каменные орудия. Один молодой самец однажды взял в зубы изготовленный человеком отщеп, чтобы добраться до награды, а также один раз сам сделал три скола с нуклеуса, но не стал их использовать. Кроме того, одна из молодых самок начала повторять за людьми удары молотком по нуклеусу, но изготовить отщепы у нее не получилось. О результатах эксперимента сообщается в статье, опубликованной в журнале PLoS ONE.

Около 2,6 миллиона лет назад началась самая продолжительная эпоха в истории человечества – палеолит, которая связана с началом изготовления гомининами примитивных каменных орудий. Древнейшие находки, относящиеся к олдувайской (олдованской) археологической культуре, были обнаружены в Восточной Африке. Так, в Эфиопии их нашли на памятниках Гона (2,7–2,5 миллиона лет назад), Омо (2,5–2,4 миллиона лет назад) и Хадар (2,5 миллиона лет назад), а также на некоторых стоянках в Кении, Танзании и Демократической Республике Конго. Кроме того, в Кении обнаружили еще более древние орудия, возраст которых достигает 3,3 миллиона лет, однако ряд исследователей критически относится к этому открытию.

Многие дикие животные также используют подручные предметы, чтобы добыть себе еду. Одно из самых интересных наблюдений сделано за южноамериканскими чернополосыми капуцинами (Sapajus libidinosus), которые часто пользуются камнями для раскалывания орехов и различных семян. Ученые обнаружили, что они способны и раскалывать молотком камни, положив и на наковальню, но в дальнейшем они не используют их в качестве орудий. Не были замечены в этом в дикой природе и ближайшие к человеку приматы – шимпанзе (Pan). Однако несколько экспериментов в неволе показали, что бонобо (P. paniscus) и орангутаны (Pongo) способны научиться у человека способам изготовления каменных отщепов и их применению для добычи пищи.

Альба Мотес-Родриго (Alba Motes-Rodrigo) из Тюбингенского университета совместно с учеными из Германии, Норвегии и ЮАР решила провести серию экспериментов над пятью калимантанскими орангутанами (P. pygmaeus), чтобы выяснить способность этих человекообразных обезьян использовать и изготавливать каменные орудия. Для исследования они выбрали двух самцов орангутанов из зоопарка в норвежском городе Кристиансанн и трех самок из британского зоопарка, расположенного в городе Атерстон. Ученые отметили, что эти особи ранее не обучались людьми и не имели доступа к камням в своих вольерах.

В ходе эксперимента в Норвегии биологи оставили приматам две коробки с приманкой, достать которую можно было лишь, использовав острые каменные орудия. Для этого в вольер они положили один бетонный молоток весом около 2,2 килограмма, а также заранее подготовленные нуклеусы весом от 0,8 до 1,5 килограмма. Во время проведения второго этапа эксперимента этим орангутанам также подложили кремневый отщеп размером 7,6×5×1,7 сантиметра, изготовленный человеком не на глазах у животных.

В начале эксперимента биологи не давали самцам никаких подсказок, чтобы проверить их способность спонтанно изготовить каменные орудия. После того, как приматы не стали делать каменные орудия, исследователи положили рядом с нуклеусом отщепы, два из которых приклеили к заготовке. Орангутанам из английского зоопарка ученые положили приманки, три бетонных молотка и нуклеусы, после чего они не менее 27 раз продемонстрировали животным, как нужно делать каменные орудия и как открыть коробку с едой.

В результате эксперимента орангутаны из первого зоопарка на начальном этапе не сделали того, что от них хотели ученые. Лишь один из самцов (Луи) вскрыл приманку, но использовал для этого собственную силу и принесенную с собой палку. Когда биологи подложили уже изготовленный собственными силами отщеп, этот же орангутан в одной из попыток прорезал на приманке отверстие, держа инструмент зубами. После чего он расширил его руками и достал награду. Затем ученые мотивировали животных брать отщепы в руки и обменивали их на виноград. Во время одного из испытаний Луи вытащил нуклеус из закрепленной платформы и начал его бить об пол и стены, держа одной рукой. Ему удалось отколоть от заготовки три острых отщепа, которые он в дальнейшем никак не использовал.

Биологи отметили, что среди трех самок из английского зоопарка больше всех взаимодействовала с подложенными предметами самая молодая особь (Молли). Так, она разбила один из молотков на шесть отдельных кусков бетона, после чего облизала их и обнюхала, но не стала никак использовать, хотя два из этих осколков обладали острыми краями. Молли трижды использовала молоток для ударов по нуклеусу, как ей показывали экспериментаторы, но у нее не получилось сделать отщепы.

В результате серии экспериментов ученые заключили, что в исходных условиях ни один из орангутанов не начал изготавливать острые орудия. Однако оба самца из норвежского зоопарка брали в руки молоток. Лишь однажды семилетний самец использовал изготовленный человеком острый отщеп в качестве режущего инструмента, а также один раз самостоятельно сделал с нуклеуса три острых скола. Кроме того, они отметили обучаемость одной из самок, которая начала повторять некоторые действия за демонстраторами.

Исследователи полагают, что случайное изготовление острых каменных орудий и их использование в качестве режущих инструментов, возможно, наблюдалось у некоторых видов вымерших приматов. Они предположили, что последний общий предок Pongo и Homo мог обладать необходимыми когнитивными и физическими способностями для подобного поведения.

Узнать подробнее о других сторонах жизни крупнейших на Земле древесных животных можно в нашем материале «Лесные люди».

P.S. Возможно, наши предки в первую очередь отличались от других современных им приматов именно повышенной имитативностью (повышенной подражательной поведенческой активностью) и, непосредственно связанными с этим, восприимчивостью и внушаемостью. То есть, не когнитивные способности сыграли ведущую роль, а именно способность и необходимость подражать. Ведь для таких приматов достаточно одной умной особи в большой стае, а остальные скопируют/сымитируют, и в итоге, придуманный умной особью приём/навык/способ, с достаточно высокой вероятностью распространится по популяции и будет воспроизводится от поколения к поколению.

[ArefievPV]

Искусственный нейрон впервые успешно «встроили» в биологическую систему
http://neuronovosti.ru/iskusstvennyj-nejron-vpervye-uspeshno-vstroili-v-biologicheskuyu-sistemu/

Шведские исследователи создали искусственный нейрон, состоящий из электрохимических транзисторов, который способен не только обучаться так же, как живой, но и встраиваться в органические системы. Его работу испытали на венериной мухоловке, которая по сигналу, поступившему от нейрона, захлопнула ловчий аппарат без добычи. Этот может стать первым шагом к интерфейсам мозг-компьютер нового поколения. О своих успехах ученые рассказали в журнале Nature Communications.


Биологический нейрон и его аналог. Илл. из обсуждаемой статьи

Попытки создать искусственную нервную систему не прекращаются с 80-90х годов, но пока что успехи в этой области нельзя назвать значительными. Нейронные сети хоть и построены по принципу работы настоящих нейронов, все-таки не могут повторить их, да и вообще представляют собой принципиально иной продукт. Тем не менее их активно используют в том числе для корректной расшифровки сигналов мозга.

Некоторых любопытных результатов достигли в 2020, передав нервный импульс через Всемирную сеть из Цюриха (Швейцария), где находились искусственные кремниевые нейроны, в Падую (Италия) на культуру живых нервных клеток через мемристоры в Саутгемптоне (Великобритания). Однако, с интеграцией в живую систему подобных кремниевых нейронных аналогов есть ряд трудностей: они жесткие и обладают низкой биосовместимостью, а значит долго работать беспроблемно не смогут. А вот продукт шведских исследователей эти сложности позволяет минимизировать.

Синтетические нейроны представляют  собой органические полупроводники – напечатанные на подложке биосовместимые электрохимические транзисторы. Находящиеся в их составе полимеры p-типа и n-типа способны переносить как положительные, так и отрицательные заряды. Исследователи объединили несколько транзисторов в одну схему и получили искусственные аналоги нейрона и синапса, где один нейрон контактирует с другим.

Система способна функционировать при крайне низком напряжении ниже 0,6 В – гораздо меньшем, чем удавалось создать до этого в других аналогах. Ее функции проверили на венериной мухоловке, которая захлопнулась при отсутствии добычи, стоило нейрону подать сигнал. Интересно, что этот нейрон также способен к обучению, а потенциально – к синаптической пластичности.

В дальнейшем авторы планируют проверить работоспособность изобретения на беспозвоночных и позвоночных животных. А в будущем, по их мнению, при успехе тестирования можно думать о носимых устройствах и нейроинтерфейсах нового поколения.

[ArefievPV]

Дрозофилы думают по-звериному
https://www.nkj.ru/news/43498/

Мушиный мозг образует ассоциативные связи с помощью кратковременной памяти.

Мозг насекомых устроен иначе, чем мозг зверей, да и размерами он слишком мал, чтобы мы могли допустить, что он способен на те же трюки, что и мозг млекопитающих. Какие-то базовые процедуры вроде управления сном, голодом, жаждой и пр., очевидно, они выполняют схожим образом. Но если говорит о высших когнитивных функциях вроде памяти и способности манипулировать информацией, то тут от мозга насекомых и мозга зверей никакого сходства не ждёшь.

Сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего изучали поведение дрозофил с помощью довольно хитроумного устройства: они создали панорамный дисплей, с помощью которого мухе казалось, что она летит, тогда как она на самом деле оставалась на месте. Изображение на дисплее двигалось в зависимости от того, как муха махала крыльями — соответственно, менялось направление «полёта», угол обзора и т. д.; фактически, это было что-то вроде виртуальной реальности. В какой-то момент дрозофиле показывали некую картинку, а спустя какое-то время к картинке добавлялось повышение температуры. Дрозофила реагировала на нагрев и меняла курс; спустя какое-то время она меняла курс, просто увидев ту самую картинку.

В первом варианте опыта «температурное» изображение и собственно нагрев перекрывались: температура повышалась до того, как исчезала картинка. Во втором варианте опыта картинка сначала исчезала, а спустя 5–20 секунд начинала повышаться температура. Чтобы связать одно с другим, нужно было обратить внимание на картинку, запомнить её и удержать в памяти как минимум на эти 5–20 секунд. Подобную процедуру легко выполняет мозг зверей и птиц — и, как оказалось, мозг дрозофил. Исследователи следили за потоками ионов кальция в нейронах мозга мух: их специально модифицировали, чтобы потоки ионов было видно по светимости флуоресцентных молекул. Движение кальция указывает на активность нервных клеток, так что можно было в реальном времени наблюдать, как работает кратковременная мушиная память.

В статье в Nature говорится, что на уровне зон мозга и нейронных цепей работу кратковременной памяти у дрозофил можно сравнить с работой кратковременной памяти у зверей. В мозге дрозофил удалось определить зону, которая за неё отвечает — это эллипсоидное тело в так называемом центральном комплексе, который обычно сравнивают по значимости и по функциям с корой полушарий звериного мозга. Запоминание и обучение у мух зависело от дофамина: выброс дофамина предшествовал повышению температуры, то есть с его помощью муха понимала, чего нужно ждать в ближайшее время.

Если в перерыве между картинкой и нагревом на дрозофил действовали какие-то другие стимулы, например, она внезапно чувствовала неожиданное дуновение воздуха, то связь между картинкой и температурой запоминалась хуже. Муха просто отвлекалась и забывала, что было перед нею только что; впрочем, то же самое происходит и с птицами, и со зверями.

Кажется, что запомнить что-нибудь на несколько секунд не так уж трудно, но, повторим, это нам не трудно, и на самом деле кратковременная память устроена весьма и весьма непросто, как с психологической, так и с нейробиологической точки зрения. Насчёт насекомых вообще и мух в частности до сих пор не было уверенности, что они могут формировать ассоциации между разными стимулами, один из которых к тому же перестал действовать — то есть он должен был остаться в уме. Поскольку дрозофилы оказались к этому способны, их можно использовать, чтобы изучать общие нейробиологические закономерности, которые лежат в основе подобных когнитивных навыков.

[ArefievPV]

Когда от нашего выбора ничего не зависит
https://www.nkj.ru/news/43562/

Стресс заставляет мозг занять позицию наблюдателя, чьи действия никак не способны повлиять на то, что происходит.

Нет нужды повторять, что наше восприятие мира зависит не только от объективных вещей, но и от нас самих. То есть когда мы сталкиваемся с какой-то трудной ситуацией, имеет смысл спросить самих себя: наши действия действительно ни на что не влияют или нам просто так кажется. Понятно, что когда речь идёт о завтрашней погоде, то вы вряд ли на неё повлияете, но ведь не всё в мире сводится к метеорологии.

Что может повлиять на нашу уверенность в собственных силах? Очевидно, эмоции, стресс, депрессия и прочее. Для психологов (и не только для психологов) это давно не секрет, но чтобы изучить влияние того же стресса здесь нужно поставить эксперимент, который субъективные переживания превратит в объективные параметры, видимые для исследователя. А такой эксперимент поставить непросто.

Тем не менее, сотрудникам Центра Шампалимо это удалось. Они создали два виртуальных дома: в каждом было несколько комнат, и в каждую комнату вела дверь определённого цвета. В одном доме двери всегда соответствовали своим комнатам, и если вы выходили из кухни в фиолетовую дверь, то попадали в гостиную, а если в жёлтую — то в ванную. А вот во втором доме обе двери всегда вели в одну и ту же комнату. То есть какую бы дверь из кухни вы не открыли, вы попадали в ванную, а из ванной — опять же, какую бы дверь ни открыли — в гостиную. То есть во втором доме от вашего выбора ничего не зависело.

Кроме того, оба дома были идентичны, и когда человек гулял по виртуальной реальности, исследователи время от времени меняли один дом на другой и обратно. Соответственно, после прогулки по виртуальным домам у человека возникало чувство, что от его выбора ничего не зависит. Но это чувство могло быть более или менее сильным. И когда участника эксперимента в какой-то момент спрашивали, какая комната прямо сейчас находится за той и за другой дверью, он либо уверенно называл обе комнаты, либо говорил, что за обеими дверями находится одна и та же комната.

В статье в Nature Human Behaviour говорится, что с психологической точки зрения мозг в такой ситуации переключается из режима деятеля в режим наблюдателя. Когда он воспринимает ситуацию как действующее лицо, собственный выбор для него (то есть для мозга, то есть для нас) имеет значение. Когда он воспринимает ситуацию как наблюдатель, собственный выбор теряет значение. О переключении, впрочем, говорить не стоит: оба режима существуют параллельно, но то один, то другой получает преимущество.

Стресс, как можно догадаться, усиливает режим наблюдателя. Участников эксперимента без предупреждения слегка били электрическим током, после чего они с большей вероятностью чувствовали себя в доме с фиксированной последовательностью комнат: им сильнее казалось, что какую бы дверь они ни выбрали, они окажутся в строго определённой комнате. Неожиданные электрические разряды вгоняют в стресс, даже если они совсем слабые, и чем больше было таких электрических неожиданностей, тем сильнее было ощущение, что выбор той или иной двери не имеет значения. Объяснить это можно тем, что внезапные повороты судьбы вообще заставляют думать, что мир непредсказуем и мы тут ничего не решаем — соответственно, если уж нам достался внезапный удар током, то почему нам ждать предсказуемости от дверей в этом странном доме? Правда, тут на ум приходят ещё кое-какие мысли о том, что стрессом может кто-то манипулировать, чтобы заставить нас вообще перестать думать о каком-либо выборе. Но подобными размышлениями, разумеется, мы ни в коем случае увлекаться не будем.

[ArefievPV]

Мозг хранит память в электрическом поле
https://www.nkj.ru/news/43568/

Постоянство памяти сохраняется постоянством электрического поля, которое возникает от меняющегося ансамбля работающих нейронов.

Любая информация превращается в мозге в электрохимические импульсы, бегущие от нейрона к нейрону. И если, например, речь идёт о рабочей памяти, то логично было бы ожидать, что одни и те же сведения в ней будут удерживаться одними и теми же нейронами. Рабочая память хранит информацию, которая нам нужна вот прямо сейчас. Допустим, вы складываете два и три, или же идёте вдоль магазинных полок, ища нужный товар – рабочая память в первом случае загружает в себя двойку, тройку и операцию сложения, а во втором случае в ней хранится образ и название того, что мы хотим купить. Повторим ещё раз – пока задача остаётся прежней, пока мы не купили то, что нужно, информация в рабочей памяти остаётся прежней, и нейроны, которые её обрабатывают, тоже должны оставаться одними и теми же.

Однако на деле всё происходит не так. Если посмотреть на активность нервных клеток, поддерживающих рабочую память, то никакого постоянства мы там не увидим: какие-то нейроны, поработав, потом замолкают, другие начинают работать – задача же остаётся прежней. Здесь даже есть специальное название – сдвиг репрезентации, то есть представление (репрезентация) информации изменяется в смысле узора нейронов, которые в этом задействованы.

Сотрудники Института памяти и обучения Пикауэра и Лондонского университета пишут в статье в NeuroImage, что смотреть нужно не на активность отдельных нейронов, а на электрическое поле, которое создаёт вся группа клеток. Электрическое поле возникает вокруг любого проводника с электрическим током, и нейронные цепочки тут не исключение. Но измерить поле, имеющее отношение к рабочей памяти, напрямую невозможно. Если мы внедрим в мозг имплантат с электродами, считывающий активность отдельных нейронов, то мы и получим сведения об активности отдельных нейронов. Если мы используем электроэнцефалографию (ЭЭГ), то измерим суммарные электрические параметры сразу большой группы нейронов – слишком большой, чтобы можно было судить о тех клетках, которые задействованы в обработке конкретной информации.

Однако и из ЭЭГ, и из «электродных» данных всё-таки можно узнать, как ведёт себя электрическое поле отдельной группы клеток, если использовать определённые математические методы. Эксперименты с обезьянами, которые выполняли упражнение на рабочую память, показали изменения электрического поля в зависимости от информации, которую нужно было удержать в памяти. Обезьяны должны были на короткое время запомнить движение точки по экрану, и электрическое поле, соответствующее нейронам рабочей памяти, оставалось постоянным, хотя сами нейроны то включались, то выключались.

При этом, если направление движения точки менялось – иными словами, менялась сама информация, которую нужно было запомнить – то менялось и поле. И когда исследователи создали алгоритм, который по изменениям параметров поля памяти должен был предсказывать, что именно она держит в себе, то такой алгоритм работал точнее, нежели тот, который пытался угадать содержимое памяти, анализируя активность отдельных нейронов.

Авторы работы полагают, что постоянство памяти поддерживается как раз благодаря постоянству поля: какие именно нейроны будут задействованы, не так уж важно, один и тот же результат в смысле электрического поля можно достичь разными ансамблями клеток.

Кстати, само поле ведь тоже влияет на проводник, то есть на нейронные цепочки, и, скорее всего, оно помогает включиться каким-то нейронам, которые до сих пор молчали. Впрочем, предполагать тут можно очень много, и лучше дождаться новых экспериментов, которые помогут прояснить взаимоотношения между отдельными нейронами общим электрическим полем.

[ArefievPV]

«Нейроны лица» активировались непохожими на лица изображениями
https://nplus1.ru/news/2022/04/07/face-neurons-faceness

«Нейроны лица» в зрительной коре активируются в ответ на изображения с визуальными паттернами лица, но непохожими на него — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Изображения для исследования создали при помощи генеративной нейросети, а их похожесть на лицо измеряли в соответствии с мнением испытуемых.

Чтобы проанализировать поток визуальной информации, мозг выделяет в ней отдельные параметры: оттенки, линии, категории объектов. Для таких параметров в зрительной коре существуют специализированные нейроны — они активируются в ответ на нужный параметр. Сначала информация обрабатывается на уровне простых черт и соответствующих им нейронов, а связи между ними позволяют «собирать» более сложные изображения и передавать информацию о них следующим типам нейронов. К последним можно отнести «нейроны лица», расположенные в зрительной коре.

Правда эти клетки не всегда реагируют только на лица — они могут частично активироваться в ответ, например, на круглые часы или фрукты. Поэтому до сих пор не было понятно, реагируют ли «нейроны лица» на соответствующую семантическую категорию изображений или на визуальный паттерн. Иными словами, действительно ли эти клетки распознают лица, а не все похожие на них изображения.

Ученые из технологического института Калифорнии и медицинской школы Гарварда по руководством Александры Бардон (Alexandra Bardon) провели ряд экспериментов, чтобы ответить на этот вопрос. Для этого они использовали генеративную нейросеть XDream: алгоритм создал один набор изображений, которые активируют «нейроны лица», а также набор для другого типа клеток — для контрольного эксперимента. Также ученые использовали «обычные» изображения — как лица, так и другие объекты (фрукты, автомобили и так далее).

Эти стимулы биологи предъявляли испытуемым, пока внутричерепные электроды считывали активность нужных нейронов. После каждого изображения участники выполняли задание: описать изображение любым словом, выбрать лучшее из пяти, сравнить сгенерированные нейросетью изображения с «обычными» (среди которых были лица), а также определить, как сильно и чем картинка похожа на лицо.

Оказалось, что изображения, созданные на основе активности «нейронов лица» действительно больше напоминали испытуемым лица (р ≤ 0.001). Кроме того, для естественных изображений лиц ученые действительно установили корреляцию между оценкой похожести картинки на лицо и ответной активности «нейронов лица» — чем больше изображение напоминает человеку лицо, тем активнее клетки. Однако обнаружить такую корреляцию для изображений из нейросети не удалось: даже когда испытуемый не распознавал лицо в изображении, его «нейроны лица» активировались.

Этот вывод свидетельствует о том, что для активации нейронов достаточно визуальных паттернов, даже если они не входят в семантическую категорию «лица» в сознании человека.

Помимо «нейронов лица» в мозге есть и другие клетки, ответственные за распознавание и анализ отдельных стимулов. Так, например, в этом месяце ученые обнаружили сразу и «нейроны пения», и «нейроны сложения и вычитания».

P.S. Ссылки в дополнение:

В мозге человека нашли реагирующие на пение нейроны
https://nplus1.ru/news/2022/02/22/singing-in-the-brain

В височной коре нашли нейроны сложения и вычитания
https://nplus1.ru/news/2022/02/16/arithmetic-rule

[ArefievPV]

Обучение страхом вызвало у мышей пластичность в дендритах
https://nplus1.ru/news/2022/04/19/dendritic-plasticity

У мышей, которых научили бояться звуковых сигналов, изменяется активность отдельных дендритов в клетках миндалины, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science. При этом пластичность в дендритах во время экспериментов не всегда согласовывалась с пластичностью клеточных тел нейронов.

Чтобы усвоить новые знания или опыт, мозг изменяет связи между нейронами — синапсы: создает новые, удаляет старые или меняет их силу и эффективность. Это свойство называют синаптической пластичностью и активно изучают в связи с разными типами обучения у разных организмов.

Нейроны принимают электрические импульсы от других клеток специальными отростками — дендритами. Дендритов у нейронов много и они ветвятся — это позволяет клеткам образовывать сразу много разных синапсов и принимать сигналы разных типов клеток. Исследования по синаптической пластичности фокусируются сразу на целом нейроне, объединяя его отростки и само клеточное тело, хотя логично было бы предположить, что изменения происходят на уровне отдельных дендритов и их синапсов — в зависимости от источника сигнала.

Ученые из института биомедицинских исследований в Базеле попробовали отследить синаптическую пластичность в отдельных дендритах живой мыши. Для появления пластичности животных необходимо было научить чему-то — здесь исследователи применяли классическое ассоциативное обучение. Мышей обучали бояться звуковых сигналов: при подаче звука их всякий раз били током по лапкам.

Одновременно с этим активность нейронов миндалины — этот отдел мозга считается ответственным за страх — записывали при помощи двухфотонного микроскопа. Визуализировать передачу сигнала удалось благодаря белку, который флуоресцирует при связывании с ионами кальция, которые и создают ток во время активации нейрона.

Оказалось, что такое обучение действительно способствует локальному изменению активности в дендритах. При этом чаще всего изменение напряжения в этих отростках согласовывалось с изменением в теле нейронов (p<0,05), но были и дендриты, в которых активность менялась вне зависимости от других частей клетки.

Кроме того, исследователи проверили, как пластичность в дендритах зависит от окружающих нейронов-ингибиторов — клеток, которые способны подавлять активность соседей. Для этого они «выключили» ингибирующие нейроны и вновь записали активность основных клеток миндалины — и активность в дендритах действительно выросла. Таким образом, локальная пластичность в дендритах вместе с ее регуляцией через нейроны-ингибиторы позволяет увеличить теоретическую вычислительную мощность нейросетей в миндалине — и, возможно, сделать поведение животного в опасной ситуации более гибким.

Механизмы нейропластичности регулируются не только на уровне нейронов, но и на уровне белков внутри них — например, тех, что формируют связи между этими клетками. Недавнее исследование показало, что на работу генов этих белков влияет псилоцибин. У крыс, принимавших это вещество, работа генов усилилась.

P.S. Ссылка в дополнение:

Псилоцибин усилил работу генов нейронных связей в префронтальной коре
https://nplus1.ru/news/2020/11/16/mushrooms-plasticity

[ArefievPV]

Мозг чувствует кишечных бактерий напрямую
https://www.nkj.ru/news/43761/

Нейроны гипоталамуса непосредственно чувствуют молекулы, из которых состоят клеточные стенки бактерий.

Есть масса данных в пользу того, что кишечная микрофлора и мозг взаимодействуют друг с другом, причём это взаимодействие может по-разному влиять на сам мозг. С одной стороны, бактерии подавляют симптомы аутизма и вообще помогают мозгу лучше соображать, с другой стороны, депрессия сопровождается характерными изменениями в составе микрофлоры, и микрофлора же в некоторых случаях ускоряет болезнь Паркинсона.

Однако пока что мало известно о том, как именно бактерии общаются с мозгом. Скорее всего, они посылают от себя какие-то молекулы, которые добираются до мозга и взаимодействуют там с определёнными рецепторами на определённых клетках. Но что это за молекулы, что это за клетки и что это за рецепторы? Сотрудники Пастеровского института пишут в Science, что от бактерий в мозг попадают так называемые муропептиды, а чувствуют их там нейроны гипоталамуса. Муропептиды – это фрагменты клеточной стенки бактерий, которая окружает их клеточную мембрану, добавляя бактериям прочности и защищая их от разных внешних неблагоприятностей. Клеточная стенка состоит из пептидогликана, или муреина, который представляет собой специальные модифицированные углеводы, перешитые короткими аминокислотными цепочками, то есть пептидами.

Муреиновая клеточная стенка свойственна только бактериям, и неудивительно, что наши иммунные клетки умеют чувствовать муропептиды – для этого у них есть специальные NOD2-рецепторы (аббревиатура NOD2 скрывает в себе некоторые особенности их строения и функционирования). Но также известно, что гены, кодирующие NOD2-рецепторы, имеют какое-то отношение к психоневрологическим расстройствам и болезням пищеварительного тракта. И вот сейчас исследователи подробно проанализировали, где в мозге работают NOD2-рецепторы, и оказалось, что они особенно активно присутствуют в гипоталамусе – небольшом участке мозга который, однако, играет огромную роль в регуляции обмена веществ, голода, аппетита, жажды, управляет половым поведением, влияет на память и эмоции и т. д.

И вот нейроны гипоталамуса, как мы только что сказали, пользуются NOD2-рецепторами, причём когда они чувствовали муропептиды, электрическая активность их падала – обломки бактерий как бы успокаивали гипоталамические нервные клетки. Когда муропептидов становится много, это обычно указывает на то, что бактерии интенсивно размножаются; иными словами, нейроны гипоталамуса становятся менее активны, когда микрофлора идёт в рост. Исследователи особенно подчёркивают, что нейроны чувствуют бактериальные молекулы сами, без посредников в виде иммунных клеток или кого-нибудь ещё.

Что будет, если NOD2-рецепторы отключить? Такие эксперименты поставили на мышах, и оказалось, что мыши с неработающими NOD2-рецепторами в гипоталамусе начинают больше есть, у них нарушается терморегуляция, появляется лишний вес и повышается вероятность диабета второго типа, особенно у пожилых самок.

Управляя микрофлорой, можно так подействовать на NOD2-рецепторы в гипоталамусе, чтобы ослабить себе аппетит и вообще нормализовать обмен веществ. Может быть, бактериальными муропептидами можно влиять и на другие функции мозга, вплоть до высших когнитивных – не будем забывать, что гипоталамус на что только не влияет. Впрочем, тут ещё надо проверить, как этот канал связи между микрофлорой и мозгом работает у человека.

P.S. Ссылки в дополнение:

Кишечные бактерии ускоряют болезнь Паркинсона
https://www.nkj.ru/news/30134/
Кишечная микрофлора, действуя через иммунную систему мозга, ускоряет в нём нейродегенеративные процессы.

Бактерии против аутизма
https://www.nkj.ru/news/34148/
Симптомы аутизма у детей и подростков можно ослабить с помощью правильных микробов.

Кишечная микрофлора меняется при депрессии
https://www.nkj.ru/news/35538/
В кишечнике больных депрессией не хватает некоторых бактерий.

Кишечные бактерии омолаживают мозг
https://www.nkj.ru/news/41936/
Кишечная микрофлора молодых мышей заставила старых лучше соображать.

[ArefievPV]

Незрячий с рождения человек испытал тактильную синестезию
https://nplus1.ru/news/2022/04/22/synesthesia-blindness

Исследователи описали случай синестезии у незрячего с рождения человека: мужчина переживал тактильные и пространственные ассоциации, связанные с числами, буквами, днями недели и месяцами. Результаты проведенного с ним интервью и эксперимента с контрольной группой опубликованы в Neuropsychologia.

Синестезия — нейробиологический феномен, при котором символы, явления и состояния приобретают дополнительные качества: например, у человека с синетезией будет возникать ощущение цвета, когда он видит числа (графемно-цветовая синестезия) или тактильные ощущения при восприятии звуков (акустико-тактильная синестезия). Механизм развития синестезии, как и возможность передачи этой способности по наследству, остается предметом исследований в различных областях науки.

Существует гипотеза о том, что именно зрение имеет главное значение в развитии синестезии: по общим прогнозам от 80 до 97 процентов синестетов имеют синестезию, связанную с цветом. Однако существуют и другие виды синестезии, которые связаны, например, со звуками или тактильными ощущениями, а это означает, что синестетами могут быть и незрячие люди.

Команда исследователей из Бельгии, Италии и Швейцарии под руководством Роберто Боттини (Roberto Bottini) из Университета Тренто провела эксперимент для подтверждения синестезии у сорокалетнего незрячего с рождения мужчины, а также интервью для описания ее проявлений. Его синестетический опыт включал в себя числа, буквы, дни недели, месяцы, текстуры и пространство, в котором именно семантические репрезентации вызывали тактильные и проприоцептивные (пространственные) ощущения.

В первой части исследования авторы провели интервью с мужчиной, в котором он рассказал про свой опыт. Синестезия, соотносящая числа с текстурами, проявлялась у него сильнее всего: каждый раз, когда он слышал, читал, думал о целом числе или видел его, то переживал это как будто у числа есть форма (кубы разного размера) и определенная текстура (например, число 3 — мягкое, а 4 и 5 — гладкие). При этом числа с одинаковыми цифрами имели одну текстуру, но различались в ее восприятии: 9 и 19 — мягкие, но первое число мягче, чем второе. Другая синестезия касалась локализации чисел в пространстве: мужчина описывал ее как выстраивание чисел (кубов) в ментальном трехмерном пространстве, причем линия меняла направление каждые 10 чисел (кубов), а отрицательные числа располагались зеркально по отношению к положительным.

Для букв, дней недели и месяцев также имелись отдельные ментальные пространства. Так, буквы воспринимались им как двухмерные квадраты одинакового размера с различной текстурой (A — мягкая, K — металлическая), которые располагались на диагональной прямой, которую мужчина видел перед собой. Дни недели воспринимались им как ворота (понедельник — гладкий и деревянный, вторник — грубый пластик) на прямой дороге. Месяца же были организованы в круг, плавающий в вакууме и представлены в виде кубов, в каждом из которых была общая числовая карта, но с количеством чисел, соответствующим месяцу.

Во втором этапе исследователи провели эксперимент с 10 контрольными испытуемыми без опыта синестезии, подобранными по возрасту и уровню образования: из них только двое были незрячими. Эксперимент должен был показать согласованность и точность синестетических ассоциаций и включал в себя две сессии, которые проводились с разницей в месяц. Испытуемым надевали повязку на глаза и после изучения доски с текстурами им предлагалось соотнести 24 числа, 12 месяцев, 7 дней недели и 26 букв алфавита с образцами на доске.

У мужчины с синестезией соответствие ответов (выбранных на доске с текстурами ассоциаций к стимулам) в первой и второй сессии показало 75 процентов для чисел, 42 процента для букв, 42 процента для дней недели и 8 процентов для месяцев. Средняя согласованность ответов между двумя сессиями у контрольной группы варьировалась от 7 до 9 процентов для чисел, букв и дней недели, а для месяцев достигла 18 процентов. Точный тест Фишера, который используется для маленьких выборок, подтвердил разницу в результатах синестета и контрольной группы для чисел (p < 0.001) и букв (p < 0.001).

Авторы отмечают, что даже при том, что ассоциация с текстурами для дней недели и месяцев не прошла статистическую проверку, это не означает отсутствие данной синестезии у мужчины. Прошлые исследования говорят о том, что сила и последовательность синестезии не всегда зависимы друг от друга, а это значит, что сильная, но непоследовательная синестезия может быть необнаружена тестами на согласованность. Исследователи также подчеркивают, что подтверждение синестезии у незрячего с рождения мужчины исключает гипотезу о необходимости наличия зрения для ее развития.

Существуют и другие исследования, где незрячие испытуемые помогли исключить зрение из необходимых факторов. Так, например, американские ученые провели эксперимент, где незрячие испытуемые искали лица в предъявленных формах, ощупывая их в фМРТ, в то время как зрячие испытуемые искали лица среди зрительных стимулов — те же формы были показаны им на экране. Ученые выяснили, что веретенообразная извилина способна распознавать лица без внешней зрительной стимуляции: она активировалась у испытуемых обеих групп, то есть вне зависимости от того, определяли ли лицо зрительно на экране или ощупывая модель.

P.S. Ссылка в дополнение:

Веретенообразная извилина мозга незрячих с рождения опознала лица на ощупь
https://nplus1.ru/news/2020/08/26/blind-fusiform

[ArefievPV]

Мозг обрабатывает информацию с помощью волн
https://www.nkj.ru/news/43782/

Реакция нейрона на стимул зависит от того, под какую электрическую микроволну он попал.

Мы представляем мозг как огромную совокупность нервных клеток, соединённых друг с другом множеством контактов-синапсов. Разные клетки отвечают за разные задачи: в мозге есть области, управляющие движениями, есть управляющие эмоциями, памятью, принимающие сигналы от органов чувств и т. д. Активность отдельного нейрона зависит от того, какие сигналы пришли к нему от других нейронов: просуммировав их, он либо сам пошлёт кому-нибудь импульс, либо, наоборот, ничего никому посылать не будет.

Не только мы так представляем себе мозг, это вполне работающая модель, которой пользуются нейробиологи. Но, как и многие другие модели, что-то в мозге она объясняет, а что-то – нет. Сотрудники Института Солка, Университета Лафборо и Калифорнийского университета в Беркли пишут в Science Advances об одном известном феномене, который модель отдельных взаимодействующих нейронов не объясняет. Например, если взять нейроны, которые обрабатывают зрительные стимулы – они реагируют на них в зависимости от контекста, в зависимости от того, на что направлено внимание. Яркая вспышка света заставит нейроны отозваться, если мозг сосредоточен на этом событии, и те же самые нейроны проигнорируют вспышку, если мозг поглощён чем-то другим.

Здесь можно предположить, что активность зрительных нейронов просто подавляют другие нейроны, которые сообщают им, что мозгу сейчас не до вспышек. Но, ещё раз повторим, в рамках модели отдельных взаимодействующих нейронов трудно описать такое поведение нервных клеток. Зато намного лучше его можно объяснить, если вместо взаимодействующих нейронов взять взаимодействующие волны. Исследователи проанализировали нейронную сеть в сенсорной области коры млекопитающих, которая охватывала 139 нейронов. Информация о зрительном стимуле, которую получает такая сеть, распределяется по её нейронам так, что в итоге получается нечто вроде волны активности – то есть в этой группе нервных клеток параметры импульсов, которые они генерируют, меняются волнообразно, причём волна у них у всех общая.

Речь не о тех альфа-, бета-, гамма-волнах, которые мы измеряем с помощью электроэнцефалографии – они показывают общую картину работы мозга. Волны, возникающие в небольших нейронных сетях – это микроволны, они одновременно возникают в разных областях мозга и распространяются по нейронным сетям. Встречаясь, такие микроволны взаимодействуют друг с другом, и от того, как они провзаимодействуют, зависит активность отдельной клетки. Грубо говоря, если волны погасят друг друга, клетка промолчит в ответ на стимул, если волны усилят друг друга, клетка на тот же стимул отреагирует импульсом. Волновой подход даёт другой инструмент для анализа того, как мозг работает с информацией: нужно работать не с отдельными межнейронными контактами, а с волнами активности; соответственно, такой метод предполагает несколько иной математический аппарат.

Исследователи поставили эксперимент с людьми, которым нужно было заметить на экране тонкую исчезающую линию рядом с другими фигурами, отвлекающими внимание. Подопытные замечали нужную линию с разным успехом, всё зависело от дополнительных зрительных факторов, и, что самое главное, результат вполне укладывался в «волновую» модель. Возможно, что и с другой информацией (не только зрительной) мозг оперирует тоже с помощью волн. Кстати, месяц назад мы писали о другой работе, которая в чём-то похожа на эту: в тот раз речь шла о том, что память сохраняется не столько благодаря непрерывной активности конкретных нейронов, сколько благодаря общему электрическому полю, которое создают разные нервные клетки.

P.S. Ссылка в дополнение (в теме уже есть пост http://my-army-flot.ru/index.php?topic=29.msg1165#msg1165 ):

Мозг хранит память в электрическом поле
https://www.nkj.ru/news/43568/
Постоянство памяти сохраняется постоянством электрического поля, которое возникает от меняющегося ансамбля работающих нейронов.

[ArefievPV]

Зрачковый рефлекс людей с афантазией не среагировал на воображаемые образы
https://nplus1.ru/news/2022/04/29/pupil-aphantasia

Австралийские исследователи выявили отсутствие зрачкового рефлекса при представлении визуальных образов у людей с афантазией, в то время как зрачки людей без нее сужались во время представления яркого образа. Авторы статьи, опубликованной в eLife, провели эксперимент, с помощью которого показали, что яркость визуального образа влияет на силу зрачкового рефлекса.

Ментальные образы - представление человеком переживания чего-либо - сопровождают многие жизненные процессы, такие как обучение, планирование или воспроизведение ситуаций из прошлого, поэтому представляют особый научный интерес. Многие исследования направлены на визуальные образы, а именно на изучение их яркости, так как они тесно связаны с когнитивными функциями людей.

Несмотря на кажущуюся естественность воображения, не все люди способны создавать образы в голове. Феномен, при котором человек не может воображать, называется афантазией. Физиологические способы выявления афантазии еще не изучены, так как это относительно недавно обнаруженное явление. Как показали прошлые исследования, зрачковый рефлекс может реагировать не только на реальный свет, но и на воображаемый, а это делает его возможным инструментом определения афантазии.

Австралийские исследователи под руководством Лахлан Кей (Lachlan Kay) из Университета Нового Южного Уэльса провели эксперимент, чтобы узнать как связаны уровень яркости визуального образа и зрачковый рефлекс. Для этого они попросили 42 человека без афантазии и 18 человек с афантазией пройти опросник яркости визуальных образов и два экспериментальных задания.

В первой задаче айтрекер регистрировал изменения зрачка испытуемых, которым нужно было смотреть на бесцветные треугольники (либо яркие, либо темные). На экране показывался один треугольник или четыре, в зависимости от пробы. После показа одного из вариантов, экран менялся на черный на восемь секунд, чтобы зрачок вернулся в спокойное состояние, а затем испытуемых просили активно представлять в голове форму, которая им предъявлялась. После каждой пробы они оценивали яркость представленного образа по шкале от 1 (образ в представлении не появился) до 4 (очень яркий, почти как смотреть на него в реальности).


Схема задачи с треугольниками

Результаты испытуемых без афантазии в первой части эксперимента показали значимый эффект яркости воспринимаемого изображения (F(1, 41) = 190,02, p < 0,001) и яркости ментального образа (F(1, 41) = 67,42, p < 0,0001), связанный со зрачковым рефлексом. Кроме того, чем выше была оценка испытуемым яркости представленного им образа из пробы, тем сильнее было сужение зрачка. Данные людей с афантазией также показали значимый эффект яркости воспринимаемого изображения (F(1, 17) = 81,18, p < 0,001), но не яркости ментального образа (F(1, 17) = 0,193, p = 0,67).

Во второй части эксперимента использовалась парадигма бинокулярной конкуренции, в которой испытуемому предъявляется сразу два разных изображения (в данном эксперименте — решетки Габора), но воспринимаются они не как смесь, а по отдельности — то одно, то другое. Сначала участникам на экране показывались буквы G или R, которые указывали на то, что нужно представлять сейчас в голове — вертикальную зеленую решетку Габора или горизонтальную красную соответственно. После этого им показывался экран с бинокулярной конкуренцией изображений зеленых и красных решеток Габора, а участников просили указать, какое из изображений было доминантным. Пробы, в которых испытуемый выбирал тот вид решеток, который представлял в начале, использовались в расчете балла прайминга (влияния представленного в начале пробы образа на последующий выбор доминирующего вида решетки): чем выше балл прайминга, тем сильнее был образ.


Схема задачи с решетками Габора

Степень изменения размера зрачка у людей без афантазии в задаче с треугольниками, как с одним (p = <0.0001), так и с четырьмя (p = 0.002), показала позитивную корреляцию с баллом прайминга во второй задаче. Такие результаты говорят о том, что уровень яркости воображаемого образа влияет на силу сужения зрачка во время его представления.

Таким образом, авторы подтвердили гипотезу о том, что зрачковый рефлекс реагирует на воображаемый образ, сужаясь в зависимости от его яркости. Кроме того, доказательство того, что зрачок людей с афантазией реагирует на яркость реального изображения, но не реагирует на яркость воображаемого образа говорит о том, что данную характеристику можно использовать как инструмент для физиологического подтверждения афантазии. 

Феномен афантазии также изучается и в контексте когнитивных функций. Так, исследователи обнаружили, что афантазия не мешает работе пространственной памяти, но связана с ухудшением работы эпизодической памяти.

P.S. Ссылки в дополнение:

Люди с афантазией отличились плохой эпизодической памятью
https://nplus1.ru/news/2020/06/23/aphantasia-cognitive-profile

Афантазия не помешала работе пространственной памяти
https://nplus1.ru/news/2020/12/28/aphantasia-spatial-memory