Интересные новости и факты (психология, нейрофизиология)

[ArefievPV]

Где мозг прячет наше «я»
https://www.nkj.ru/news/48299/
Цельность нашего физического «я» зависит от зоны коры под названием предклинье.

Когда мы говорим о нашем «я», то обычно имеем в виду мысли, эмоции, память, самосознание, способность рассказать, что с нами было, какими мы были прежде и какими стали сейчас. То есть синонимами «я» выступают личность, характер, нрав, душа, если угодно. Но мысли, эмоции и память проявляются в конкретной физической оболочке. Речь даже не о том, что мы понимаем, что у нас две руки и две ноги, речь о том, что на всякое событие жизни, на всё, что с нами происходит, мы смотрим из конкретного физического состояния: сидя, лёжа, спросонья, усталым или бодрым взглядом и т. д. и т. п. Поэтому, когда берутся изучать нейробиологическое воплощение «я», то рассматривают его с двух сторон: «я» как психический рассказ о собственной жизни и «я» как тело, которое эту жизнь живёт.

Ни в том, ни в другом случае нет какого-то одного нервного центра, о котором можно было бы сказать, что в нём прячется один или другой аспект «я». Чтобы найти нейробиологическое воплощение «я», нужно искать нейронные сети, объединяющие несколько участков мозга, несколько зон, которые демонстрируют согласованную активность. Конечно, возникает вопрос, как именно увидеть эту самую «я»-активность — всё-таки «я» существует постоянно, это не езда на велосипеде и не математическая задача, которыми мы занимаемся время от времени.

Предположительно, для «я» в смысле самосознания в мозге есть так называемая «сеть по умолчанию», или дефолтная сеть. Это система нервных узлов, которые работают в состоянии покоя и полной рассосредоточенности. Дефолтная сеть довольно велика и, судя по её активности, она потребляет больше энергии, чем другие нейронные системы. Есть некоторые основания полагать, что благодаря активности дефолтной сети рождается самосознание, причём рождается оно в том числе и из индивидуальной памяти, когда человек вспоминает, к примеру, что он ел на завтрак. Если же человека спросить в такой момент, сколько будет 32 умножить на 5, дефолтная сеть замолчит, и одновременно заработают другие центры, отвечающие за арифметику. Несколько лет назад мы писали об экспериментах сотрудников Стэнфордского университета, которые наблюдали за активностью дефолтной сети у нескольких человек, которые пребывали в полностью расслабленном состоянии или просто спали.

Что до телесного «я», то тут, как можно догадаться, большую роль играют зоны коры, анализирующие информацию от органов чувств и сенсорных рецепторов. Однако разрозненную сенсорную информацию нужно привести к одному знаменателю, иначе никакого единого «я» не получится. Те же исследователи из Стэнфорда опубликовали недавно статью в журнале Neuron, в которой пишут о зоне коры под названием предклинье, точнее, о передней части предклинья. Эксперименты говорят о том, что передняя часть предклинья служит интегратором и синхронизатором ощущений от органов чувств, позволяя нам почувствовать себя цельным телом в реальном мире.

В исследовании участвовали добровольцы, которым из-за эпилепсии в мозг временно вживили электроды. Мы много рассказывали о таких пациентах: бывает, что от эпилепсии можно избавиться только хирургическим путём, но чтобы определить очаг болезни, за мозгом нужно понаблюдать вживую. И вот больному вводят тончайшие электроды, которые следят за активностью групп нейронов, выискивая те, с которых начинается эпилептический припадок. Попутно можно ставить эксперименты на настоящем человеческом мозге, посылая через электроды определённые импульсы и спрашивая у человека, что с ним происходит.

У одного из пациентов приступы эпилепсии сопровождались специфическими ощущениями, как будто всё вокруг становилось нереальным и происходило не с ним. Эпилепсия у него начиналась из передней части предклинья. Затем нашли новых больных, которым можно было поместить электроды в предклинье, стимулируя его или подавляя внешними импульсами. Подопытным казалось, что они плывут, или, например, падают с высоты, но ничего такого с ними на самом деле не происходило — они лежали в больничной палате.

Исследователи особо подчёркивают, что это не был опыт выхода из тела, никто из участников эксперимента не видел себя со стороны. Они оставались в собственном теле, просто ощущения тела оказывались рассогласованы. Потом с помощью томографических снимков удалось проследить, что передняя часть предклинья действительно собирает данные от сенсорных зон мозга и согласовывает их активность.

Кроме того, передняя часть предклинья расположена рядом с одним из ключевых узлов дефолтной сети — они интенсивно обмениваются сигналами, однако нельзя сказать, что предклинье входит в дефолтную сеть, или что узел дефолтной сети входит в сеть телесного «я».

Предклинье — парная зона, и в зависимости от того, на правое или левое предклинье действовали импульсами, человек испытывал разные эмоции. То есть ему казалось, что он плывёт, или летит, или падает, но сопутствующие эмоции были приятные или неприятные. Пока трудно сказать, как именно «левость» и «правость» предклинья влияет на эмоции, и как это проявляется в нормальной жизни, а не при искусственной стимуляции. Но в перспективе, возможно, с помощью стимуляции передней части предклинья можно будет лечить разные психоневрологические заболевания, сопровождающиеся аномалиями в личностно-телесных ощущениях.

P.S. Мало кто задаётся вопросом, что если есть «самосознание», то, что следует считать просто «сознанием»? То есть, что есть «сознание» без всякого «само»?

[ArefievPV]

Собаки могут распознавать позу тела и выражение лица человека
http://neuronovosti.ru/sobaki-mogut-raspoznavat-pozu-tela-i-vyrazhenie-litsa-cheloveka/
Ученые выяснили, что собаки осознают информацию о позах тела так же, как и люди. Результаты исследования показывают, как эти животные воспринимают себя и окружающую среду. Также работа подтверждает, что височная доля головного мозга у собак играет ключевую роль в социальной коммуникации и восприятии. Работа опубликована в журнале Communications Biology.

У людей и приматов в височной доле головного мозга есть области, которые отвечают за восприятие лиц и тел — например, область FFA в веретенообразной извилине, распознающая лица. У собак височная доля тоже есть, но она развивалась независимо от мозга приматов. Поэтому ученые не были уверены, играет ли она ту же роль. В последние годы специалисты проводили поведенческие исследования, которые показали, что собаки (прямо как люди) хорошо воспринимают выражение лица и телесных жестов: например, сигналы руками. В новой работе ученые стремились понять, отражается ли этот поведенческий опыт в мозге собаки. Главная особенность этого исследования в том, что ученые использовали функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) с собаками.

Лишь четыре исследовательские группы в мире могут так делать. Для этого ученые разработали свою систему обучения, чтобы приучить собак к аппарату МРТ. Благодаря этому животным не вводят успокоительные (которые могут искажать результаты исследования), однако они могут покинуть аппарат в любое время.

В исследовании участвовали 40 человек и 15 домашних собак. Оказалось, что у псов, как и у людей, есть область мозга в височной доле, которая дает им возможность воспринимать позы тела. Более того, в восприятии лиц и тел участвуют и другие области мозга животного, причем (в отличие от людей) не только зрительные. Когда собака смотрит на лица и тела, у нее активируются области, отвечающие за обработку запахов.

«Мы, люди, часто сосредотачиваемся на лице при общении с другими. Наши результаты показывают, что лица также являются важным источником информации для собак. Однако поза тела и целостное восприятие, похоже, играют более важную роль», — объяснила Магдалена Бох из Венского университета.

В ходе эксперимента ученые выяснили, что выявленные области мозга, которые воспринимают лица и тела, активны у собак, когда они смотрят на сородичей и людей. Ученые отмечают, что это подчеркивает нашу тесную связь с этими животными.

«Собаки и люди могут не быть тесно связаны, но они были близкими компаньонами на протяжении тысячелетий. Поэтому сравнение собак и людей также дает нам новое понимание так называемой конвергентной эволюции процессов социального восприятия и обработки информации», — подытожил Клаус Ламм из Венского университета.

[ArefievPV]

Составлен каталог корреляций между чертами личности и умственными способностями
https://elementy.ru/novosti_nauki/434118/Sostavlen_katalog_korrelyatsiy_mezhdu_chertami_lichnosti_i_umstvennymi_sposobnostyami

Рис. 1. Корреляции между умственными способностями (левая, серая часть кольца) и чертами личности (правая, цветная часть кольца). Толщина линий отражает силу корреляции; самые толстые линии соответствуют корреляциям с r > 0,3. Размер сектора, занимаемого каждой чертой или способностью, отражает ее положение в иерархической классификации когнитивных и личностных характеристик. Например, среди умственных способностей самый широкий сектор отведен фактору g — «общему интеллекту». Изображение с вебсайта stanek.workpsy.ch, прилагающегося к обсуждаемой статье в PNAS. На сайте можно рассмотреть эту схему в деталях, а также разобраться в классификации признаков и их содержании

Личностные черты и умственные способности — два важнейших комплекса признаков, характеризующих человеческую индивидуальность. Известно, что личностные и когнитивные признаки не являются полностью независимыми: между ними существуют корреляции, которые давно изучаются, но до сих пор слабо систематизированы и не сведены в единый каталог. Чтобы восполнить этот пробел, американские психологи провели метаанализ тысяч исследований, охвативших более двух миллионов человек из полусотни стран.

В итоге удалось собрать данные по 3543 попарным соотношениям между 79 чертами личности и 97 умственными способностями. В 5% случаев (193 из 3543 соотношений) обнаружились сильные (r > 0,3), еще в 13% (449) средние по силе (0,2 > r > 0,3) корреляции.

Больше всего положительных связей с умственными способностями обнаружилось у личностных черт, входящих в состав комплексной характеристики «открытость новому опыту».

Отрицательных корреляций больше всего у черт, связанных с комплексным признаком «невротизм».

Исследование показало, что взаимосвязи между чертами личности и аспектами интеллекта сложнее и многообразнее, чем принято считать. Учет этих взаимосвязей необходим для более глубокого понимания структуры человеческой психики.

[ArefievPV]

Люди услышали тишину
https://nplus1.ru/news/2023/07/12/perception-of-silence
На это указали иллюзии восприятия

Исследователи из США провели ряд экспериментов, чтобы выяснить, как именно люди воспринимают тишину. У участников возникли те же иллюзии восприятия, что бывают со слуховыми или визуальными стимулами. Например, промежуток между двумя тонами казался дольше, если они звучали посреди тишины, возникающей внутри шума, а не посреди полной тишины. Это, по мнению авторов, означает, что люди именно слышат тишину, а не просто понимают сознательно.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Иногда на место звуков приходит тишина — мы воспринимаем ее и можем о ней говорить. Но неясно, осознаем ли мы тишину только когнитивно или буквально слышим отсутствие звука. Устройство слуховой системы подсказывает, что слышать мы способны только звук, но экспериментально восприятие тишины никто не исследовал.

Жуй Чжэ Го (Rui Zhe Goh) с коллегами из Университета Джонса Хопкинса решил разобраться в этом. Ученые провели семь экспериментов, основанных на иллюзиях восприятия, которые обычно возникают со звуками. Но на этот раз ключевым объектом иллюзий была тишина.

Все акустические стимулы слуховая система сегментирует и преобразует в представления дискретных событий. Это может вызывать иллюзии (временные искажения), в которых воспринимаемая продолжительность звуков отличается от реальной. Если тишину мы воспринимаем так же, как звуки, такие искажения должны происходить и с ней.


Схемы экспериментов, сверху — исходных, а снизу — адаптированных для изучения восприятия тишины
Rui Zhe Goh et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023

В первом эксперименте авторы исследовали иллюзию «одна тишина больше». Участники слушали уличный шум или шум рынка или ресторана, который в какой-то момент прерывался тишиной — это была либо одна длинная пауза, либо две коротких, между которыми снова ненадолго включался шум. Общая продолжительность двух коротких пауз соответствовала одной длинной. В подобных экспериментах, где вместо пауз были тона, людям казалось, что один непрерывный тон длиннее двух дискретных. Аналогично и здесь одна пауза казалась людям более продолжительной (p < 0,001). Интересно, что одну паузу участники посчитали более длинной примерно в 66 процентах случаев, и такой же процент ответов был в исходной иллюзии, когда более длинным людям казался один непрерывный тон.

Чтобы убедиться, что эта иллюзия выполняется, даже когда люди не могут сравнивать, ученые провели еще два эксперимента. В одном участники слышали только один вариант — либо одну длинную паузу, либо две коротких. Затем они должны были держать клавишу зажатой столько, сколько, по их мнению, длилась тишина. И здесь люди держали кнопку дольше, когда слышали одну паузу, чем когда слышали две (p < 0,001).

В третьем эксперименте ученые добавили второй вид шума — щебетание птиц — и включали его во время длинной паузы. Две коротких паузы оставались молчаливыми. Участники по-прежнему чаще считали одну паузу более длинной (p < 0,005). Это позволило исследователям убедиться, что иллюзия не вызвана тем, что люди просто отвлекаются что шума на более длинный промежуток в случае с одной паузой.


Одна пауза чаще воспринималась более продолжительной, чем две (первый эксперимент)


Одна пауза чаще воспринималась более продолжительной, чем две (второй эксперимент)


Одна пауза чаще воспринималась более продолжительной, чем две (третий эксперимент)
Rui Zhe Goh et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023

Следующие эксперименты были вдохновлены визуальной иллюзией, при которой расстояние между двумя точками, расположенными внутри объекта, кажется большим, чем такое же расстояние между двумя точками в пустом пространстве.

В четвертом эксперименте авторы предположили, что два тона посреди молчаливой паузы, которая расположена внутри шума, будут казаться более удаленными друг от друга, чем те же два тона, звучащие в полной тишине. Так и оказалось (p < 0,001).

В пятом эксперименте полную тишину перед проигрыванием тонов ненадолго прерывал белый шум. Это происходило в тот самый момент, когда в условиях встроенной в шум тишины шум прекращался. Участникам по-прежнему казалось, что два тона посреди паузы, встроенной в шум, удалены друг от друга сильнее, чем два тона после белого шума, внезапно нарушившего тишину (p = 0,007). Так авторы заключили, что причина не в неожиданном прерывании шума или тишины.

В шестом эксперименте авторы добавили в условие полной тишины шум, который включался уже после того, как испытуемые слышали два тона. Это было сделано затем, чтобы участники в обоих случаях определяли удаленность двух тонов друг от друга, находясь в одинаковых условиях шума. И здесь результаты повторились (p < 0,002).


Два тона посреди тишины, встроенной в шум, кажутся более удаленными (эксперимент 4)


Эксперимент 5


Эксперимент 6
Rui Zhe Goh et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023

В последнем эксперименте ученые вдохновлялись слуховой иллюзией, когда один высокий тон, нарушающий регулярную последовательность низких, кажется более продолжительным. Здесь участники встретились с частичным молчанием: они слышали одновременно два шума, например, высокую ноту органа и низкий рокот двигателя, и один из звуков четыре раза замолкал. Затем — на пятый раз — этот звук прерывался снова, либо же замолкал другой звук. И если в конце замолкал не тот звук, что обычно, это молчание казалось участникам более продолжительным (p < 0,001).


Замолкание нового звука чаще кажется более длинным, чем замолкание старого (эксперимент 7)

Таким образом, тишина проявляла себя как звук в этих экспериментах. Ученые пришли к выводу, что испытуемые не просто измеряют продолжительность пауз, а конструируют подлинные объектоподобные представления тишины. И эти представления подвержены временным искажениям так же, как представления о звуках. То есть, вероятно, репрезентации слуховых событий могут возникать даже если положительного акустического стимула нет. Это одна из форм так называемого восприятия отсутствия.

Можно попробовать испытать на себе каждый из семи экспериментов исследования: ученые сохранили их в свободном доступе.

А ранее мы рассказывали о том, что частое использование слов типа «звук» и «шепот» оказалось предшественником психоза.

[ArefievPV]

МЫСЛЯЩАЯ ГИПЕРСЕТЬ. В МИРЕ НАУКИ" №5-6, 2021
https://scientificrussia.ru/articles/myslyashchaya-giperset-v-mire-nauki-5-6-2021
(интервью: текст + видео)

У XXI в. есть все шансы войти в историю революционными открытиями в области изучения человеческого мозга. Ученые надеются, что вскоре наука о мозге сможет приподнять завесу тайны над природой разума и сознания.

Директор Института перспективных исследований мозга МГУ им. М.В. Ломоносова академик Константин Владимирович Анохин считает, что для этого необходима фундаментальная теория мозга, которая должна ответить на три главных вопроса: как устроено наше «я», как оно складывается и как работает. Лишь тогда мы поймем, кто мы такие, откуда мы пришли и куда мы движемся.

Константин Владимирович, что делает наш мозг мыслящим?

То, что в нем сконцентрированы мы сами. Это короткий ответ. Развернутый ответ дает гиперсетевая теория мозга, адресующаяся к его сущности, его отличию от других органов нашего тела.

Чтобы короткий ответ не выглядел банальным, обратите внимание: я не сказал, что наш мозг и есть мы. Я сказал, что мы сосредоточены в нашем мозге. Как такое может быть — чтобы одновременно «мы» и «в нашем мозге»? Это кажется явным парадоксом. Тем не менее, говоря о рождении или смерти человека, мы действительно имеем в виду весь организм, однако появись операции по трансплантации мозга — и мы будем думать о своем перемещении в новое тело вместе с пересаживаемым мозгом. Понять такое расположение научных фактов, при котором эти обстоятельства не образуют парадокс, есть первый шаг к разгадке великой тайны мозга.

Эта тайна веками привлекала исследователей человеческой природы. Как-то знакомый знаменитого французского философа и математика Рене Декарта спросил его, какие книги по физике тот предпочитает. В ответ Декарт провел его в пристройку своего дома, где на столах лежали тела вскрытых им животных, и сказал: «Вот мои лучшие книги». Декарт стремился узнать, где и как душа вступает в контакт с мозгом. Некоторые из гипотез и схем были опубликованы в его трудах. Но свои самые сокровенные идеи Декарт заносил при помощи тайного кода в секретную тетрадь. Через 16 лет после его смерти в дверь старого друга, хранившего его труды, постучал молодой ганноверский дипломат, умолявший о возможности увидеть тайные записи. Этим молодым человеком был будущий великий немецкий философ и математик Готфрид Лейбниц. Он страстно искал ответ на тот же вопрос, что и Декарт. Душеприказчик Декарта с большой неохотой дал Лейбницу коротко взглянуть на секретную тетрадь, и тому удалось поспешно скопировать всего полторы ее страницы. Вскоре тайная тетрадь Декарта исчезла навсегда, и эти полторы страницы, скопированные Лейбницем, есть все, что мы о ней знаем. На одном из этих листков Декарт зарисовал мозг, обозначив некоторые его структуры и выделив жирным контуром гипоталамус.

Позже Лейбниц разработал собственную теорию соотношения души и тела, согласно которой мир образован внепространственными единицами бытия — монадами, которые, по его словам, следует воспринимать наподобие душ. Частью его аргументации была знаменитая «мельница Лейбница» — возражение против механического материализма, того, что наши мысли и чувства возникают во взаимодействиях частей мозга как шестерен сложной машины. Однако другой великий философ, шотландец Дэвид Юм, вскоре уже уверенно описывал мышление как «незначительные колебания мозга».

Философские поиски соотношения разума и мозга продолжаются по сей день. Но основной смысл сегодняшнего момента в том, что решением этой проблемы занялась новая наука о мозге. Почему именно сегодня и почему новая? Дело в том, что долгое время думающий мозг не был прозрачен для нейронаучных исследований. Наука не располагала надежными способами подсмотреть, как миллионы нервных клеток взаимодействуют друг с другом в ходе психической деятельности. А главные тайны мозга записаны на языке общения таких ансамблей из индивидуальных нейронов. Сегодня в нейронауке начинают появляться методы изучения этого языка. Мы уже можем исследовать живой бодрствующий мозг животного, а иногда и человека, видя, как тысячи его нейронов объединяются в сообщества, рождающие мысли, чувства, поведение. И я убежден, что время разгадки сокровенных секретов мозга уже наступило. За чередой великих открытий в географии, физике, химии, биологии пришло время понять, как клетки нашего мозга образуют наше «я».

Конечно, мы не можем быть полностью уверены, что наших сегодняшних знаний и методов достаточно. Но, как сказал один замечательный физик, единственный способ понять, как высоко мы можем взлететь, — это стремиться ввысь до тех пор, пока солнце не растопит воск на наших крыльях. Я лично готов поставить на то, что в летописи науки наш век запомнится именно раскрытием фундаментальной природы разума и сознания. Но чтобы это произошло, потребуется радикально изменить наши представления о самой сущности мозга. Гиперсетевая теория мозга пытается сделать именно это.

В чем суть этой теории?

Теория позволяет понять мозг на принципиально новом уровне. Веками было принято рассматривать мозг в ряду других органов нашего тела — сердца, печени, почек. Нейронаука и сегодня описывает его лишь как сложную клеточную сеть из мириад нейронных и глиальных элементов. Гиперсетевая теория мозга говорит, что такой взгляд фундаментально неверен. Она утверждает, что истинную природу мозга можно понять, лишь исходя из принципа максимального существования. Согласно этому принципу, сущность любого объекта определяется его максимальной причинно-действенной силой — наивысшей способностью вступать во взаимодействия с другими объектами мира, испытывать такие воздействия и самому как целому воздействовать на мир. Как объяснял Платон устами элейского незнакомца в одном из своих знаменитых диалогов «Софист», суть бытия — в способности воздействовать и испытывать воздействия; существование есть не что иное, как эта способность, сила. Гиперсетевая теория мозга утверждает, что максимальная причинно-действенная сила мозга вовсе не в его физиологических потенциях, как у всех других органов тела; она в действенном соотнесении своего носителя,  всего организма со сложным предметным миром — сначала с окружающим внешним миром, а затем и с развивающимся на основе этих взаимодействий миром внутренним. Иными словами, согласно теории, мозг на максимальном уровне своего причинно-действенного потенциала представляет собой разум, то, что Декарт обозначил как res cogitans — мыслящую субстанцию.

Это основополагающий тезис теории, ее центральное тождество. Но если ограничиться только им, мы получим уже известную теорию тождества разума и мозга, вариантов которой в истории было множество. Молодой И.М. Сеченов писал об  этом в своем эссе «Попытка свести способ происхождения психических явлений на физиологические основы», более известном как «Рефлексы головного мозга», — книге, названной И.П. Павловым «гениальным взмахом русской научной мысли». Сам И.П. Павлов мечтал о том, что «осуществится естественное и неизбежное сближение и, наконец, слитие психологического с физиологическим, субъективного с объективным». В западной аналитической философии второй половины прошлого века это решение распространилось как научный материализм или теория тождества. Десятки именитых ученых и философов придерживались этой точки зрения.

Общим для всех этих решений было то, что они отождествляли разум с традиционной анатомией мозга — нервной сетью, а психику — с физиологическими процессами в этой нервной сети. Иными словами, они сводили психику к устройству и работе физиологического органа.

Гиперсетевая теория мозга говорит, что неверным в этих взглядах была не сама идея тождества, а то, с чем именно разум отождествлялся. Основная суть теории состоит в том. что она вводит представление об особой сущностной организации мозга — нейронной гиперсети. Согласно теории, максимальная причинно-действенная сила мозга — психика — воплощена именно в этой структуре. Теория описывает устройство этой нервной структуры, принципы ее возникновения и функционирования.

Нейронная гиперсеть таит в себе все, что составляет нас; все атомы нашего «я», нашей личности, наши представления. знания, воспоминания, организованные в сеть. Каждый из ее элементов — в теории они называются когами (КОгнитивными Группами) — закодирован в мозге распределенной сетью нейронов. В части из своих нейронов эти группы перекрываются, создавая таким образом связи. В теории такие связующие компоненты когнитивных групп называются лигами (ЛИнкерами Групп). А вместе коги и лиги образуют сеть из многих нейронных сетей — нейронную гиперсеть. Для обозначения этой когнитивной гиперсети в теории используется понятие «когнитом».

Важно подчеркнуть, что хотя элементы когнитома, узлы и связи в гиперсети материально представляют собой группы нервных клеток, по своим свойствам, то есть причинно-действенному потенциалу, они несводимы к ним, так же как белки по своим свойствам несводимы к составляющим их аминокислотам. Узлы в нейронной гиперсети обладают фундаментально новыми свойствами, они представляют собой гранулы когнитивной информации, нашего знания о мире.

Отвечая на ваш исходный вопрос, можно сказать: процессы, которые протекают в такой гиперсети, и делают наш мозг мыслящим. Мышление — это трафик в нейронной гиперсети разума.

Нейронная гиперсеть закладывается уже в эмбриональный период, когда формируется нервная система. Ребенок рождается с зачатками этой когнитивной сети, еще простой, но уже подготовленной миллионами лет эволюции к тому, с чем встретится организм. Он уже что-то знает, для него окружающий мир — не просто неразмеченное пространство. В нем есть определенные сущности и ценности: тепло, молоко, голос матери (который, как мы знаем, ребенок учится распознавать еще в утробе); они составляют начальный остов когнитивной гиперсети, личности.

В отличие от нейронной сети в мозге, почти не образующей новые элементы после рождения, нейронная гиперсеть, наш разум, наше «я» в детстве растет огромными темпами. И продолжает прирастать и дальше, во взрослом возрасте, и так до самой смерти. В какое-то время в ней начинаются процессы старения и разрушения, что и составляет распад личности, особенно тяжелый в случае нейродегенеративных заболеваний.

Грандиозная задача науки о мозге — понять принципы устройства этого когнитивного пространства, его роста, процессов, происходящих в нем. И я думаю, что базовые законы окажутся очень простыми. Мы или наши потомки, которые будут знать эти законы, возможно, удивятся их простоте, как и немногочисленности законов ньютоновской механики или дарвиновского естественного отбора.

Таким образом, наш мозг — это одновременно и разум, то, что делает нас уникальными личностями. Однако чтобы понять это, нужна эффективная теория. Нейрохирург и богослов В.Ф. Войно-Ясенецкий как-то сказал: «Я много оперировал на мозге и, открывая черепную коробку, никогда не видел там ума». Ответом ему могут служить слова Альберта Эйнштейна: «Лишь теория решает, что мы ухитряемся наблюдать». Только теоретически вооруженный взгляд может понять то сложнейшее устройство природы, которое образует наше «я», наш разум, нашу психику. И у меня есть глубокое убеждение, что исторический момент создания такой фундаментальной теории наступил сейчас.

Почему природа наделила именно этот орган такими возможностями, таким сложным устройством?

Потому что именно нервная система оказалась способна интегрировать информацию во всем теле, в том числе и от рецептивных границ с внешним миром, и поднимать эту информацию на уровень смыслов существования для целого организма. Первое — принципиальная особенность нейронной сети, второе — фундаментальное и нередуцируемое свойство нейронной гиперсети.

Почему нейронная сеть и ее гиперсеть возникли именно как свойства мозга? Как сказал один из создателей молекулярной биологии Жак Моно, природа — перелицовщик, она пользуется тем материалом, который у нее под рукой. Когда в очень примитивных организмах клетки, выделяющие химические вещества, начали вступать друг с другом в контакт, появилась возможность адресной доставки этих веществ по всему телу. Оказалось, что этот инструмент позволяет, хотя и медленно, интегрировать тело, состоящее из большого количества элементов. Возможность сделать это быстро возникла с появлением механизмов распространения в этой сети импульсных сигналов, что позволило ее носителям оперативно координировать свое поведение в отношении окружающего мира и категоризовать этот мир в терминах своих потребностей.

Мы знаем, что разные организмы, эволюционировавшие независимыми путями, обладают очень непохожими нервными системами. Нервная система улитки не похожа на нервную систему мухи, нервная система мухи не похожа на нервную систему осьминога, нервная система осьминога не похожа на нервную систему ящерицы, а та мало похожа на нервную систему человека. Но если подойти с позиции общих принципов, теории графов, математических закономерностей их организации (и это делается сегодня в науке о мозге), то эти нервные сети, несмотря на их внешнее несходство, демонстрируют уникальный общий способ организации, отличающийся и от случайных сетей, в которых все связано со всем, и от регулярных сетей, где одно цепляется за другое, как решетка. Элементы нервной системы тесно контактируют со своими ближайшими соседями, но часть этих нейронов отдают адресный сигнал в совершенно другую часть большой сети, и та моментально его получает, а далее у нее тоже есть свои локальные процессы. Это позволяет большой сети жить единой жизнью, пользуясь всеми выгодами локальной обработки информации, которая происходит в каждом из участков системы. Что в эволюции стало драйвером выработки таких общих принципов организации на фоне столь различного исходного материала? Гиперсетевая теория мозга говорит, что за фасадом этого процесса стоят кооперативные группы нейронов и их взаимодействия, решавшие задачу когнитивной адаптации живых существ к проблемному внешнему миру.

Когда мы читаем произведения, например, Платона, жившего в V-IV вв. до н.э., мы видим, что мозг у него при отсутствии тех знаний, которые есть у современного человека, был развит не меньше, а может быть и больше, чем у многих современных людей, перед которыми море информации. О чем это говорит?

Как я уже сказал, за тем, что мы ранее видели как нервную сеть, скрывается сформированная на ее основе гиперсеть. Но это значит, что вы можете иметь два внешне одинаковых мозга, которые не будут отличаться с точки зрения их веса, количества нервных клеток, числа связей между ними, однако их гиперсети, их наполнение содержанием могут быть очень разными. Более того, не исключено, что один мозг будет более мощным разумом, развитой гиперсетью, а у другого эта гиперсеть будет развита слабо. Нейронная гиперсеть у Платона была, видимо, очень мощной. За счет чего такое происходит? Один из основных инструментов развития нейронной гиперсети у человека — мышление. Мозг, генерируя новые комбинации нейронов, коги, способен сохранять их как уникальные элементы личности, опыта в этой гиперсети. А дальше следует вопрос: как много вы думаете? Знаменитый ответ Бернарда Шоу: «Мало кто думает чаще, чем два или три раза в год. Я добился всемирной известности благодаря тому, что думаю раз или два в неделю».

[ArefievPV]

Продолжение.

Я прочитала, что мозг — самый «жадный» орган из всех, потому что забирает очень много кислорода и вообще много ресурсов у организма. Есть мнение, что он сам принимает решения и ставит нас перед фактом. Он может быть настолько автономным?

Очень важные вопросы, возвращающие нас к самому началу: кто есть «я» и как это понятие соотносится с моим мозгом? Я — это личность, существо, человек. В меньшем объеме, чем тело, личность не существует. Однако сосредоточие личности, как мы видели, — нейронная гиперсеть мозга. Вместе с тем, чтобы эта гиперсеть сформировалась и мозг стал тем, что он есть, он должен находиться в теле. Именно тело позволяет ему взаимодействовать с окружающим миром, действовать, испытывать потребности, боль, желания, страсти. Выньте этот орган и положите в поддерживающую его метаболизм колбу — и вы разум не разовьете.

Как в романе А.Р. Беляева «Голова профессора Доуэля»?

Голова профессора Доуэля содержала мозг, сформировавшийся в результате сотен тысяч, миллионов эпизодов роста когнитивной гиперсети, которые прошел младенец, ребенок, юноша, ставший в конце концов профессором Доуэлем. Когнитом в этом мозге уже создан. Если же нет такой гиперсети, нет кварталов, домов, улиц, улочек, переулков в этом городе — не будет и городского трафика, ментальных процессов, сознания.



Согласно гиперсетевой теории, говорить, что мозг сам по себе, что он решает за нас, неверно. Почему? Потому что нейронная гиперсеть, когнитом, имеет два уровня — осознаваемый и неосознаваемый, но оба они суть разум, процессы в них разумные. Решения, принимаемые гиперсетью на неосознаваемом уровне, тоже представляют собой часть работы нашего разума, они обусловлены всем нашим предыдущим опытом, нашей историей, нашими знаниями.

Как вы пришли к гиперсетевой теории мозга?

Это непростой вопрос. Представьте, что вы неотступно думаете о решении какой-то проблемы. И за несколько десятилетий думали об этом около ста тысяч раз. Каждый такой мысленный акт — очередная ступенька лестницы. Когда-то вверх, а иногда и вниз. Огромное количество попыток, в которых ученый выдвигает гипотезу, сам же подвергает ее критике, убивает, выдвигает следующую, которую тоже убивает, и так годами. Как узнать, какие из ста тысяч ступенек лестницы оказались в итоге критическими?

В какой-то момент из таких многолетних попыток понять мозг сложилась идея когнитивных групп, которые я сокращенно назвал когами. Ког — это не только «КОгнитивная Группа», но и «КОоперативная Группа». Вместе ее элементы создают новое качество. В английском языке термин соg обозначает также лицо или вещь, представляющие собой малую, но необходимую часть структуры, организации. Коги в этом смысле — частицы, атомы, необходимые причинно-действенные элементы опыта, знания, психики, когнитома.

Концепция когнитивных групп продолжает идею «чувственных групп», «естественных групп» или «центральных групп одновременного действия», принадлежащую выдающемуся физиологу XIX в. И.М. Сеченову. Характеризуя их, он, в частности, писал: «Одновременному определенному комплексу извне всегда соответствует определенная чувственная группа». Представления о системных клеточных группах с высшими свойствами продолжают и линию теории функциональных систем, к школе которой я принадлежу. А идея лигов, линкеров групп, когнитивных связей, кодирующих знание об отношении внешних объектов между собой, развивает теорию временных нервных связей, принадлежащую другому нашему великому физиологу — И.П. Павлову. То есть ответ на ваш вопрос может быть и таким: гиперсетевая теория мозга выросла из того, что достигли наши предшественники, великие ученые.

Когнитивные группы и связи между ними представлены в мозге рассеянно. Их можно вообразить как нейронные облака. Один когнитивный элемент — это целое облако нервных клеток в мозге. Другой такой элемент — тоже облако в этом же мозге. То есть это облако в облаке. И таких облаков многие тысячи, возможно, миллионы. Это облака в облаках в облаках и т.д. На определенных подмножествах своих нейронов, лигах, они многократно перекрываются, так что изменения в одном облаке моментально распространяются на сотни других. Именно это, когда я назову какое-нибудь ключевое слово, активировав его ког, позволяет вам вытащить из своей памяти все, что ассоциировано с этим понятием, что вы знаете или помните в связи с ним.

Разложить всю эту систему в рамках анатомических координат и сказать, что вот это облако расположено в таком-то участке коры, а это в таком- то и между ними пролегают отростки нейронов, которые их связывают, невозможно. С другой стороны, если отойти от трехмерных координат, эти элементы образуют строго упорядоченное пространство. Поэтому в какой-то момент возникло понимание, что над нейронной сетью, образующей основу для таких облаков, формируется особая сеть из вершин этих групп, имеющая другую архитектуру свою топологию. И она, как я уже говорил, растет, хотя сама нейронная сеть при этом в размере не увеличивается. Так возникла идея гиперсети. На ее нижнем уровне трехмерная структура мозга, а вверху— структура нашего разума, психики, личности, нашего «я», обладающая уже совершенно другим устройством, свойствами, причинностью психологического уровня.

Создав концепцию нейронной гиперсети, я стал искать, существуют ли в математике представления о такого рода структурах, и выяснил, что есть, но немного. В ключевых руководствах по теории сетей вы не найдете упоминания о гиперсетях. Специалисты по теории сетей, которым я задавал вопрос о гиперсетях, смотрели на меня с непониманием. Но некоторые группы математиков приходили к этой концепции.

Одна из них развивает представления британского физика-теоретика и математика Рональда Аткина, который в начале 1970-х гг. пришел к идее, что существуют такого рода топологические структуры, образующиеся на границах разных уровней организации материи. Его ученик, профессор Джеффри Джонсон, опубликовал в 2013 г. монографию по гиперсетям в сложных системах. Однако надо сказать, что другие математики понимают под гиперсетями совсем иные структуры. Похоже, эта область математики еще не до конца устоялась. Но я надеюсь, что исследования гиперсетей мозга подтолкнут математику к созданию языка описания таких структур, так же как в свое время исследования в физике направляли развитие математической физики.

Общий прогресс науки идет в этом направлении, и сегодня вслед за вопросом об устройстве внешнего мира на повестке стоит вопрос об устройстве внутреннего мира человека, о том, кто мы и откуда. Все религии мира дают ответы на эти вопросы. Но когда на них начнет давать удовлетворительные ответы наука, человечество ждет масштабный когнитивный переворот — возможно, даже более существенный, чем во времена дарвиновской революции, изменившей понимание человеком своего места в природе.

То есть это будет ответ на вопрос, что такое сознание, разум, мышление?

Да, именно на эти вопросы наука XXI в. должна попытаться дать ответы. Если хотите, по сути это вопросы и о природе души. Последние 400 лет западная цивилизация жила в значительной степени под влиянием идей Декарта, разделившего всю природу на мир протяженный, физический, и мир духовный. Этот второй мир он описывал равнозначными для него понятиями разума и души— mind и soul. Для него это было одно и то же. Современная наука исходит из того, что мир един и разум есть часть этого мира. Поэтому научное решение проблемы разума будет означать, что мы решаем и вопрос о природе души.

Как вы думаете, это отразится на религиозных взглядах?

Если ваши религиозные убеждения не колеблют факты о происхождении животного мира и человека, накопленные биологической наукой со времен Дарвина, то у вас не будет проблем и с религиозными представлениями о душе на фоне накапливающихся данных науки о мозге.

Сложнее тем, кто, как я, находит такие противоречия. Здесь я бы разделил вопрос на две части: онтологическую и морально-этическую. В области онтологии, наших представлений об устройстве мира, в том числе и нашего внутреннего мира, человеческого разума, души, нам придется все больше и больше опираться не на религиозные, а на научные представления, хотя и в них нас могут ждать крупные потрясения. Гораздо сложнее с моралью. Опыт последних полутора веков показывает, что попытки построить моральные принципы, секулярную этику, исходя из тех или иных научных представлений, были, мягко говоря, малоуспешными, если не сказать катастрофическими. Скорее всего, современная наука еще не обладает таким надежным фундаментом для выработки этих устоев, какой был накоплен религией на основе тысячелетней практики человеческого общежития. В этом смысле религиозная мораль при всех ее несовершенствах будет, по-видимому, еще долго составлять эмпирически более надежную опору для правил человеческой жизни и поведения.

Трудными вскоре окажутся вопросы соотношений на стыке изменяющейся под влиянием науки онтологической картины мира, в том числе и мира внутреннего, и религиозных положений, проработанных на основе представлений об устройстве мира, существовавших несколько тысяч лет назад. Тут я преклоняюсь перед отвагой Далай-ламы, считающего, что если наука покажет, что в мире что-то устроено не так, как это сказано в буддизме, то буддизм, который он считает на одну треть религией, на вторую философией, а на третью наукой, должен будет отказаться от этого своего неверного постулата.

Сотрудничество российских ученых с Далай-ламой продолжается?

Продолжается, и очень активно. Исходной мотивацией российских ученых и философов было более глубокое знакомство с подходами буддизма в области исследования психики и сознания. Главный тезис Далай-ламы заключается в том, что если мы занимаемся мозгом и сознанием, то это субъективный мир и эффективно исследовать его можно, заглядывая не в мозг, а внутрь этого мира. Далай-лама утверждает, что буддизм как эмпирическая наука, посвященная исследованию своего «я», за 2,5 тыс. лет накопил огромный материал, которым не располагает западная психология. И тот, кто занимается мозгом, должен быть очень внимателен к этой части материала. Далай-ламой двигало также и желание познакомиться с российскими научными школами. До этого он 30 лет общался с американскими и западноевропейскими учеными, а у нас разные подходы. Первые наши разговоры с ним и с большой группой буддистских монахов-исследователей заключались как раз в попытках объяснить, в чем специфика российских научных школ, исследующих мозг и сознание. А она связана в значительной степени с революционными идеями в отечественной физиологии и психологии первой половины XX в„ когда проникновение в Россию идей марксизма, диалектического и исторического материализма создало новую методологическую основу для исследования вопросов, решавшихся в западной науке другими средствами.

Важнейшим продолжением этих встреч было то, что некоторые из российских ученых, участвовавших в диалогах, заинтересовались возможностью проведения экспериментальных исследований в самых интригующих областях человеческого сознания и работы человеческого мозга. Академик С.В. Медведев организовал целую группу таких российских исследователей, ведущих экспертов в области изучения человеческого мозга, экстремальных состояний, которые развернули две исследовательские лаборатории в буддистских монастырях на юге Индии. Они также организовали подготовку буддистских монахов для работы в этих лабораториях, им читали лекции по нейробиологии, нейрофизиологии, философии сознания, монахи проходили обучение работе с методами изучения мозга в России. Научные исследования в этих лабораториях сейчас активно развиваются.

Константин Владимирович, если бы вам сказали, что вы можете задать любой вопрос, ответ на который поможет вам кардинально дополнить теорию мозга, в чем бы он заключался?

Я бы спросил, какова структура этого пространства. Если знать это, то, двигаясь назад во времени, можно понять законы его возникновения. А двигаясь вперед, можно понять многое о законах динамики этой материи, то есть мышления, сознания.

Вы один из руководителей проекта «Мозг и информация: от естественного интеллекта к искусственному». Для чего он создан?

Чтобы ответить, надо вначале сказать несколько слов о самом проекте. Его возглавляет ректор МГУ академик В.А. Садовничий, и кроме МГУ в проекте участвуют еще два института — Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН и Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН. Мы оказались в числе победителей на конкурсе крупных научных проектов, организованном Российской академией наук и Министерством науки и высшего образования с целью развития фундаментальных научных исследований для долгосрочного развития России. Таким образом, первый ответ на ваш вопрос: проект был создан для долгосрочных фундаментальных исследований в области функций мозга.

Теперь более конкретно. То, о чем у нас шла речь раньше, может быть сформулировано и следующим образом. Главная специфика мозга в том, что он кодирует особый тип биологической информации — когнитивную информацию. И мы думаем, что на основе наших предыдущих исследований у нас в руках есть инструмент, который позволяет увидеть в работающем мозге, как он генерирует эту новую когнитивную информацию, в каких нервных клетках это происходит и по каким принципам. То есть мы можем начать задавать вопросы, что такое эта информация, как она запоминается, где хранится, как извлекается и используется. Это требует масштабного набора новых подходов. С одной стороны, они обращены к тому, как нервная клетка, сталкиваясь в головном мозге с новой информацией, запоминает ее и включает специфические молекулярные механизмы; с другой стороны, это поиск таких молекулярных зондов, которые будут универсальными индикаторами подобных процессов в нервных клетках и позволят количественно измерять эту новую информацию — иначе говоря, сказать, сколько битов информации родилось в мозге в момент того или иного когнитивного события. Для этого нужны новые инструменты молекулярной биологии, генной инженерии, физики, фотоники. С третьей стороны, решение этих вопросов открывает новые перспективы в попытках воспроизвести элементы этого процесса в искусственных системах. Это путь перехода от принципов, которые мы хотим понять для биологических нейронных сетей, к искусственным нейронным сетям.

Чтобы реализовать все эти задачи, в проекте собрались сильные группы российских исследователей в области молекулярной генетики и эпигенетики, биохимии, клеточной нейробиологии и нейрофизиологии, изучения поведения, нейрофотоники и спектроскопии, моделирования математических структур и искусственного интеллекта.

Мы надеемся, это продвинет нас в решении того, что мы считаем крупнейшей фундаментальной загадкой мозга, зацепившись за которую, можно будет расшифровать все остальное. Кроме того, это позволит подготовить некую платформу для следующего шага в разработке систем ИИ, имитирующих то, что делает мозг. В нашем коллективе есть и физики-теоретики, которые занимаются поисками фундаментальных принципов работы такого рода систем.

Проект очень сложный. В каком-то смысле он напоминает Вавилонскую башню. Мы все говорим на разных языках. В этом отношении проект представляет собой и попытку отработать взаимодействия между людьми, которые в своих профессиях накопили опыт совершенно разного употребления одних и тех же терминов.

А гуманитариев нет в этой группе, философов прежде всего?

Нет. Но это связано не с самим характером проблемы, а со спецификой проекта. Это, с одной стороны, опора на фундаментальную науку, уходящую глубоко в детали устройства нервной системы, а с другой — дань тому, что можно практически получить из этой тонкой инженерии нервной системы. Однако наряду с этим проектом в МГУ в прошлом году была создана и новая научно-образовательная структура, широко ориентированная на обсуждаемый нами комплекс проблем, — научная школа «Мозг, когнитивные системы и искусственный интеллект». И она как раз объединяет представителей очень разных факультетов — не только физического, механико-математического, вычислительной математики и кибернетики, биологического, но и психологического, филологического и философского.

На сколько лет рассчитан проект?

Проект очень короткий, всего два с половиной года. За это время мы должны продвинуться в методах исследования когнитивной информации в биологических нейронных сетях и начать подготовку инструментария в сфере ИИ, в частности создать методы визуализации того, что происходит в искусственных нейронных сетях, на разных их глубоких слоях, когда они занимаются решением тех или иных задач.

Каких вы ожидаете результатов в области искусственного интеллекта?

Я бы не стал предсказывать тут конкретные результаты. Исследования сегодня эволюционируют стремительно: если бы мне пять-десять лет назад сказали, что в моей области можно будет достичь того, что мы сейчас имеем, я бы, как и большинство моих коллег, не поверил. Поэтому сегодня гораздо важнее понять правильный вектор развития, выработать наиболее эффективные пути продвижения по нему. Вектор, на мой взгляд, будет состоять в том, что произойдет новое обогащение ИИ знаниями устройства нейронных сетей мозга, принципов обучения в них, кодирования ими когнитивной информации, в конечном счете — механизмов мышления и сознания. Еще можно предвидеть, что на этом пути возникнут глубочайшие этические проблемы. Мы сегодня гораздо больше, чем ранее, обладаем возможностью заглянуть внутрь устройства самих себя. И правильное приложение этих знаний потребует от человечества огромной ответственности.

https://vk.com/video-55685158_456240050

P.S. В дополнение видео с ютуба:

[ArefievPV]

«КОГНИТОМ ― ГЛУБОКАЯ ЖИЗНЬ МОЗГА». ЛЕКЦИЯ АКАДЕМИКА КОНСТАНТИНА АНОХИНА
https://scientificrussia.ru/articles/kognitom-glubokaa-zizn-mozga-lekcia-akademika-konstantina-anohina

Согласно гиперсетевой теории мозга, в глубоких слоях нейронной сети сходятся многократно переработанные сигналы от внешнего мира и формируются когнитивные группы. Эти «атомы» разума возникают отнюдь не в качестве надстройки над существующей нервной сетью, а трансформируя эту нейронную сеть донизу, до появления когнитивных свойств у отдельных нейронов. Каким образом это происходит? Какие инструменты помогают экспериментально изучать протекание глубинных когнитивных процессов в живом мозге? Как можно сделать мозг оптически прозрачным и увидеть его внутреннюю когнитивную архитектуру?

О нейробиологическом изучении разума и формировании когнитивной специализации нейронов мозга рассказывает в своей лекции академик Константин Владимирович Анохин, доктор медицинских наук, профессор, директор Института перспективных исследований мозга МГУ им. М.В. Ломоносова, автор гиперсетевой теории мозга.

https://vk.com/video-55685158_456241550?list=ln-8sArna5TD1uF77OiZ7

[ArefievPV]

«КОГНИТОМ ― КРОТОВЫЕ НОРЫ В МОЗГЕ». ЛЕКЦИЯ АКАДЕМИКА КОНСТАНТИНА АНОХИНА
https://scientificrussia.ru/articles/kognitom-krotovye-nory-v-mozge-lekcia-akademika-konstantina-anohina

В первых двух лекциях для «Научной России» академик Константин Владимирович Анохин рассказывал о гиперсетевой теории мозга и экспериментальном изучении ее следствий. Сегодня, в третьей лекции, речь пойдет о нейронных кротовых норах, которыми, согласно теории, буквально пронизан весь наш мозг. Они позволяют моментально связывать события, расположенные далеко друг от друга в нашей памяти, и составляют отличительное свойство психики, создающее основу для интуиции, инсайтов и творчества.

Как устроены эти туннели памяти в нашем мозге и почему они помогают человеку творить? Можно ли увидеть нервные клетки, формирующие кротовые норы, экспериментально? Чем нейронные кротовые норы отличаются от условных связей, открытых И.П. Павловым? Ответы на эти вопросы ― в лекции К.В. Анохина, доктора медицинских наук, профессора, директора Института перспективных исследований мозга МГУ им. М.В. Ломоносова, автора гиперсетевой теории мозга.

https://vk.com/video-55685158_456241553?list=ln-zwqHxasn7ammzZELnO

[ArefievPV]

«КОГНИТОМ ― НЕВЕРОЯТНАЯ ПРОСТОТА МОЗГА». ЛЕКЦИЯ АКАДЕМИКА КОНСТАНТИНА АНОХИНА
https://scientificrussia.ru/articles/kognitom-neveroatnaa-prostota-mozga-lekcia-akademika-konstantina-anohina

Сознание человека — величайшая тайна, требующая разгадки от современной науки. Гиперсетевая теория мозга утверждает: понять, что такое сознание невозможно, не поняв, что такое разум. А чтобы понять, что такое разум, необходимо вначале понять, что такое мозг. Согласно теории нейронных гиперсетей, человеческий мозг не только невероятно сложен, но и очень прост. И чтобы понять эту простоту, нужно обратиться к основам его формирования в эволюции и развитии.

Как принципы естественного отбора связаны с появлением разумного мозга и в каких именно его структурах возникает разум? Как определить биологические законы возникновения сознания? Почему между сознанием и процессами глобального доступа в мозге можно поставить знак равенства? О фундаментальной теории мозга и главных принципах зарождения сознания рассказывает академик Константин Владимирович Анохин, доктор медицинских наук, профессор, директор Института перспективных исследований мозга МГУ им. М.В. Ломоносова, автор гиперсетевой теории мозга.

https://vk.com/video-55685158_456241554?list=ln-ZyShKvXsnOjCscmWNu

P.S. Это первая лекция...

[ArefievPV]

Память становится долговременной в обобщениях
https://www.nkj.ru/news/48422/
Кора мозга сохраняет только те сведения, которые могут пригодиться в будущем.

Мозг по-разному обходится с информацией: от каких-то сведений он быстро избавляется, а какие-то хранит очень долго. Или, иными словами, есть память кратковременная и память долговременная (кто-то вспомнит, что есть ещё рабочая, но сейчас для простоты о ней лучше забыть). Кратковременная память хранится в гиппокампе. Потом с ней происходит то, что называется консолидацией: кратковременная память превращается в долговременную и одновременно переезжает на хранение в кору полушарий. В консолидации памяти большую роль играет сон, и мы неоднократно писали, что при этом происходит с разными мозговыми центрами.

Не вся кратковременная память консолидируется, однако не стоит думать, что всё неконсолидированное быстро исчезает из мозга. Некоторая информация надолго остаётся в том же гиппокампе. Есть разные теории, объясняющие такую сортировку памяти между разными хранилищами. Сотрудники Института Говарда Хьюза и Гарвардского университета показали, как можно объяснить происходящее с помощью нейросетевых алгоритмов, отчасти моделирующих работу мозга. В статье в Nature Neuroscience исследователи пишут, что консолидация памяти и перенос её из гиппокампа в кору — это не столько копирование, сколько преобразование информации. Консолидации с переносом подвергаются только те сведения, которые можно обобщить: они не просто соответствуют какому-то эпизоду в нашей жизни, они помогают понять мир вокруг и могут пригодиться в будущем.

Например, если мы услышим характерный журчащий звук, то неизбежно сделаем вывод, что где-то рядом течёт жидкость, будь то ручей в лесу или переполненная ванна в квартире. Связь звука и явления — то самое общее знание о мире, которое мы помним всегда. Информация, которая помогает делать такие обобщения, консолидируется из гиппокампа в кору. А вот представим поход в лес: мы слушали птиц, собирали ягоды-грибы, слушали журчание ручья. Всё это уникально в том смысле, что имеет отношение к одному-единственному эпизоду из нашей жизни; такая память и называется эпизодической. Информацию о том, что мы ходили в лес, никак не обобщить. (Можно, конечно, сделать усилие и представить конструкцию «если мы ходили в лес, то все люди способны ходить в лес», но выглядит это всё равно странно.) И в кору подобные сведения мозг не консолидирует.

Окружающая действительность достаточно непредсказуема, и далеко не всё, что с нами происходит, подлежит обобщению. Различая «обобщательную» информацию от той, которую обобщать не стоит, и распределяя их по разным зонам, мозг в прямом смысле облегчает себе жизнь. Но нужно ещё раз подчеркнуть, что про мозг, кору и гиппокамп говорится в некотором роде авансом, потому как опыты ставили с нейросетью. Результаты позволяют объяснить некоторые нейропсихологические феномены, полученные в других исследованиях, однако всё равно нужны целенаправленные эксперименты с настоящими нейронами и настоящим мозгом, которые позволили ли бы наглядно продемонстрировать обобщающую консолидацию памяти в коре полушарий.

P.S. Вообще-то, ожидаемо (разумеется, для меня с моим подходом/взглядом на эти вещи)…
 
Функционал абстрагирования/обобщения – это весьма древняя и универсальная штука. Такой функционал используется на всех уровнях (и, как в относительно чистом виде, и, как включённый в состав более сложного функционала) организации.
 
Если лезть совсем уж глубоко, до самых базовых основ строения материи, то, возможно, древнее абстрагирования/обобщения только функционал сознания и/или памяти (ведь знания-то надо же где-то/как-то иметь/хранить). Правда, на мой взгляд, при прочих равных, эти функционалы (сознания и памяти), всё же, попроще, нежели функционал абстрагирования/обобщения.
 
Кроме того, это ещё одно косвенное подтверждение, что люди (да и вообще любые организмы) осознают (узнают, опознают) именно абстракты образов, а не сами образы во всей полноте. Ведь для хранения полноразмерных образов никакой памяти не хватит, да и использовать знания в виде полноразмерных образов практически невозможно (это ж какой монструозный механизм сознания должен быть, чтобы мог сравнивать/сопоставлять текущий полноразмерный сенсорный образ с полноразмерным образом-воспоминанием). А вот абстракт/обобщение и сохранить легко (особенно, если имеется продвинутый функционал памяти с архивированием/разархивированием) и использовать для осознания (узнавания, опознания) удобно.

[ArefievPV]

Почему невозможно разучиться ездить на велосипеде: ответ вас поразит!
https://www.techinsider.ru/science/1564125-pochemu-my-ne-zabyvaem-kak-ezdit-na-velosipede-otvet-vas-porazit/
Можно забыть математические формулы, которые изучали в школе, куда положили ключи и то, что происходило вчера... Но почему невозможно забыть, как кататься на велосипеде, даже если многие годы отсутствовала практика? Наука нашла объяснение этому удивительному факту.

Все дело в типах воспоминаний.

Разные типы воспоминаний хранятся в разных областях нашего мозга. Долговременная память делится на два вида: декларативная и процедурная. Разберемся с каждой из них.

Декларативная

Она в свою очередь делится на еще два типа: воспоминания о событиях, например, о первом поцелуе, называются эпизодической памятью. Фактические знания, такие как столица России или количество хромосом в мозге здорового человека, являются частью семантической памяти. У этих двух типов декларативного содержимого памяти есть одна общая черта — вы осознаете эти знания и можете передавать их другим.

Процедурная

А такие навыки, как игра на музыкальном инструменте или езда на велосипеде, закреплены в отдельной системе нашего мозга — в процедурной памяти. Она управляет процессами, чаще всего, находящимися ниже границы уровня сознания.

Исследование

Одно из самых известных исследований, показывающих отдельные системы памяти, было проведено с участием эпилептика Генри Густава Молайсона. В 1950-х годах он перенес операцию по удалению части мозга, включая большую часть гиппокампа. После процедуры врачи обнаружили, что, хотя количество приступов эпилепсии уменьшилось, пациент не смог сформировать новые воспоминания. Он также не помнил многие эпизоды из прошлого — до операции.

Чтобы разобраться в этом случае, нейропсихологи провели с Молайсоном различные тесты. В одном из них они попросили его нарисовать пятиконечную звезду на листе бумаги, глядя на нее через зеркало. Зрительно-моторная координация эпилептика улучшилась в течение нескольких дней после операции, но пока он выполнял задание, он не запоминал, как это делал. Это означало, что пациент мог развивать новые процедурные воспоминания, но не декларативные.

Ученые утверждают, что даже при черепно-мозговой травме система процедурной памяти практически никогда не нарушается. Это происходит потому, что базальные ганглии — структуры, ответственные за обработку недекларативной памяти - относительно защищены в центре мозга.

Однако до сих пор неясно, почему содержимое именно процедурной памяти практические никогда не забывается. Существуют лишь теории, и одна из них гласит, что в областях, где закреплены модели движения, у взрослых может образовываться меньше новых нервных клеток, поэтому вероятность стирания таких воспоминаний меньше.

Выходит, что научившись ездить на велосипеде однажды, избавиться от этого навыка будет не так уж и легко.

P.S. Комментарий по выделенному тексту.

Разные типы воспоминаний хранятся в разных областях нашего мозга.

Воспоминания не хранятся, воспоминания формируются каждый раз заново. Хранятся «записи», а воспоминания формируются на основе этих «записей». То есть, «запись» не корректно приравнивать воспоминанию.
 
Кроме того, каждый акт вспоминания зачастую может изменить «запись» (грубо говоря, память модифицируется при частом вспоминании).

У этих двух типов декларативного содержимого памяти есть одна общая черта — вы осознаете эти знания и можете передавать их другим.

Она управляет процессами, чаще всего, находящимися ниже границы уровня сознания.

Опять высший уровень сознания приравнивают к сознанию вообще.
 
Осознание идёт на высшем уровне, знания для которого формируются под воздействием социума, потому и передача этих знаний другим особям социума возможна. Вообще, язык, он, для социума (соответственно, и все прочие знания, кодируемые и передаваемые с помощью языка), для взаимодействия особей в социуме.
 
Это именно социум формирует в особи эдакое «представительство социума» (с соответствующим программно-аппаратным интерфейсом) в виде языковой модели окружающего мира. Для отдельной изолированной (и выросшей вне социума) особи такой язык не нужен и сам собой он у неё не сформируется. По сути, язык является продуктом социума, а в мозгах особей формируется только его урезанное (и адаптированное под конкретные мозги с учётом средового окружения) отражение.
 
Ну, а так-то, любой процесс/акт осознания на любом уровне возможен только при наличии соответствующих знаний (для данного уровня). То есть, и езда на велосипеде происходит осознанно (на уровне выученных автоматизмов, так сказать), так как есть наличие соответствующих знаний (для данного уровня), полученных в результате обучения.
 
Любая реакция (даже просто оценка чего-нибудь), основанная на имеющихся знаниях (хоть врождённых, хоть приобретённых) извлечённых (и преобразованных в необходимую для использования механизмом сознания форму) из любого типа памяти, является осознанной.
 
Другое дело, что осознанной эта реакция будет не на высшем уровне механизма сознания (поэтому и сами знания, и результаты осознания предать другим невозможно), а на уровнях ниже (на тех уровнях, где и «прописались» соответствующие знания). То есть даже рефлекс (хоть врождённый, хоть условный) является тоже осознанной реакцией, так как он реализуется на основе (с учётом, в соответствии) имеющихся знаний. А уж насколько эти знания адекватны (соответствуют) текущей и/или перспективной обстановке/ситуации, это отдельный вопрос.

[ArefievPV]

Родственные узы: как младенцы распознают своих матерей? И распознают ли вообще?
https://www.techinsider.ru/science/798923-kak-mladency-raspoznayut-svoih-materey-i-raspoznayut-li-voobshche/
Иметь детей — это как держать в руках частичку себя. Частичку вашего сердца, на которую можно смотреть, щекотать, кормить и развлекать. Ребенок — это часть вашего сердца, которая была крепко привязана к вам в течение последних девяти месяцев, но некоторые матери начинают беспокоиться: что, если эта часть вашего сердца не узнает вас?

Приятно познакомиться!

Как оказалось, новорожденные младенцы умнее, чем мы думали. Возможно, они ничего не знают о реальном мире, но эти очаровательные крошечные человечки могут узнать своих мам.

На самом деле, другие виды животного мира тоже могут узнавать своих матерей. Новорожденные мыши и другие млекопитающие идентифицируют своих матерей, используя тот же механизм, что и новорожденные люди.

Новорожденный человек использует свои чувства, чтобы отличить свою мать от других особей. Отцы, не волнуйтесь, ваш ребёнок вас тоже узнает, но! — сначала мама.

Слух

Примечательно, что слух новорожденных активизируется ещё до того, как они выходят на свет. Еще на стадии внутриутробного развития они могут слышать материнский голос.

Ребёнок может слышать голос мамы и узнавать его, начиная с третьего триместра. Примерно через 30 недель внутриутробного периода механизмы (сенсорные и мозговые) достаточно развились, чтобы позволить это — соответственно, младенцы в утробе матери могут слышать и узнавать её голос в последние 10 недель беременности.

Примечательно, что младенцы могут слышать ещё сердцебиение своей матери и ритмичный кровоток.

Однако материнский голос, который слышит плод, низкий по звучанию и довольно приглушённый. Его слышно, когда он передаётся через кости матери и амниотическую жидкость.

Исследование показало, что даже недоношенные дети способны узнавать голос своей матери. После того, как младенец появился на свет, он, естественно, начинает отдавать предпочтение материнскому голосу из-за его знакомости детенышу. Таким образом, пренатальное воздействие играет важную роль в распознавании.

Идентификация ребёнка улучшается при постоянном воздействии голоса его мамы.
Постепенно малыш становится достаточно опытным, чтобы даже отличать голоса своего папы и других членов семьи от незнакомых людей.

Обоняние

Как и слух, обоняние развивается и становится функциональным, пока ребёнок находится в самой утробе матери, но что там нюхать в матке? Амниотическую жидкость!

Амнион представляет собой мешок, который окружает плод в матке. Он заполнен жидкостью, называемой амниотической жидкостью. Это та самая жидкость, которая выделяется при «отходе вод» у женщины. Ребенок находится в безопасности внутри этого амниотического мешка, а жидкость действует как амортизатор и источник питательных веществ для ребёнка на протяжении всей беременности.

Ребенок внутри матки ощущает амниотическую жидкость, когда он сосёт большой палец и во время глотания. Манипуляции с запахом амниотической жидкости в экспериментах показали изменения в реакции младенцев. Они проявляют влечение к запаху этой жидкости, что явно указывает на пренатальное «обучение».

После рождения ребенок инстинктивно поворачивается к материнской груди, так как она является источником амниотического запаха. Уже в первый день плачущие младенцы успокаиваются, когда их подносят к матери — из-за знакомого запаха.

Мамы обычно остаются в самом тесном контакте с ребёнком во время кормления и в другое время. Таким образом, младенец больше всего подвергается воздействию материнского запаха. Он начинает осознавать, что именно за этим запахом следует питание и вообще комфорт. В результате у него развивается предпочтение к определённому запаху.

Дети, находящиеся на искусственном вскармливании, менее склонны к материнскому запаху, чем дети, находящиеся на грудном вскармливании. Это означает, что воздействие материнского запаха играет жизненно важную роль в развитии узнавания ребёнка.

Зрение

Несмотря на то, что зрение ещё не полностью развито к моменту рождения, дети могут удивить вас по-разному! У новорожденного всё вокруг размыто и нечётко, если только объекты не находятся достаточно близко.

Исследования показали, что младенцы склонны воспринимать лица лучше, чем другие объекты. Следовательно, дети любят смотреть на лица! Однако они не в состоянии распознать их примерно до 3-6-месячного возраста. Младенцы в этом возрасте способны отличать лицо своей мамы от других.

Осязание внутриутробно

В исследовании, проведенном Университетом Данди в Шотландии, использовалась 3D-сонография в режиме реального времени для регистрации реакции плода на поглаживание материнского живота. Для этого исследования были выбраны женщины в третьем триместре.

Исследование показало, что ребенок реагировал на прикосновение матери к области живота больше, чем на прикосновение незнакомца. Младенец чаще всего тянулся к стенке матки, когда мама гладила себя по животу.

Нам может казаться, что новорожденные — новички в этом мире, абсолютно ничего не знающие. Однако младенцы достаточно умны, чтобы убедить нас, что это не так. Они выходят во внешний мир с достаточным объёмом знаний, чтобы распознать своего основного воспитателя — свою мать — и постепенно узнают о ней больше всего за несколько месяцев.

P.S. Предполагаю, что зачастую врождённые (наследуемые) предпочтения/предрасположенности путают с приобретёнными (в результате ещё внутриутробного обучения, так сказать) предпочтениями/предрасположенностями. Ведь многие неврождённые (ненаследуемые) предпочтения/предрасположенности могут возникать ещё до рождения, в утробе матери.

[ArefievPV]

Нейроинтерфейсы научились переводить сигналы мозга в текст в четыре раза быстрее
https://nplus1.ru/news/2023/08/23/bci-improving
Одна парализованная пациентка смогла «произносить» 62 слова в минуту, а другая — 78

Две команды ученых из США научили декодеры превращать сигналы мозга парализованных пациентов в текст в три-четыре раза быстрее, чем удавалось прежде. Статьи об этом [1, 2] опубликованы в Nature. Одни исследователи создали декодер, который переводил в текст беззвучную речь пациентки в текст со скоростью 62 слова в минуту, а вторая группа разработала немного другой интерфейс и перевела сигналы мозга не только в текст, но и в устную речь цифрового аватара и в его мимику. Их декодер генерировал текст со скоростью 78 слов в минуту. Предыдущий рекорд для подобных интерфейсов — 18 слов в минуту.

Речевые интерфейсы мозг-компьютер могут переводить нейронную активность мозга парализованных людей в текст или звук. Обычно для этого в мозг пациентов имплантируют электроды, которые получают сигналы от нейронов, когда человек пытается что-то произнести, думает о том, что хочет сказать (если произносить не может) или читает. Эти сигналы затем преобразовываются в текст с помощью нейросетей. Однако восстанавливать целые предложения — сложно, и обычно удается декодировать лишь отдельные слова и фразы, да и синтезируется такой текст медленнее, чем люди обычно говорят.

Две команды исследователей смогли улучшить работу таких декодеров. Ученые из Стэндфордского университета под руководством Фрэнсиса Уиллера (Francis R. Willer) декодировали речь пациентки с боковым амиотрофическим склерозом. Обычно боковой амиотрофический склероз начинается с разрушения нейронов спинного мозга и приводит к параличу конечностей, однако в редких случаях — как и в случае этой пациентки — первым поражается головной мозг. Женщина могла передвигаться, одеваться самостоятельно и печатать текст, однако не могла двигать челюстью и языком, чтобы говорить. Исследователи имплантировали в ее мозг четыре небольших датчика, в каждом из которых было 64 электрода.

Два датчика с электродами установили на поверхность мозга в область вентральной премоторной коры и два — в зону Брока, считающуюся ответственной за воспроизведение речи. Через месяц начали обучать программу, которая преобразовывает импульсы в текст. Женщина потратила около ста часов на то, чтобы пытаться произносить предложения — декодер (рекуррентная нейронная сеть) в это время превращал сигналы мозга в фонемы, а фонемы — в слова. Чтобы расшифровать любое английское слово, компьютер должен был освоить всего 39 фонем; это позволило ускорить работу интерфейса и сделать его точнее. Языковая модель помогала нейросети предсказывать каждое следующее слово в предложении.



Ученые обнаружили, что сигналы из зоны Брока практически не содержат информации об артикуляции. Это согласуется с некоторыми недавними исследованиями, ставящими под сомнение роль этой области в самом говорении [1, 2]. Однако в итоге декодер научился воссоздавать текст, используя сигналы из вентральной премоторной коры. И когда в словаре было лишь 50 слов, частота ошибок декодирования составляла 9,1 процента, когда женщина пыталась говорить вслух и 11,2 процента — когда она произносила предложения про себя. Когда словарь расширили до 125 тысяч слов, частота ошибок увеличилась до 23,8–24,7 процента. Декодер позволил женщине «произносить» 68 слов в минуту. Прошлый рекорд скорости декодированной речи — только 18 слов в минуту, а средний англоговорящий человек без речевых нарушений произносит около 160 слов в минуту.

Другая команда исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Франциско во главе с Эдвардом Чаном (Edward F. Chang) помогли парализованной пациентке заговорить в прямом смысле — через цифровой аватар. Ученые имплантировали 253 электрода на речевую область сенсомоторной коры и на область верхней височной извилины женщины, которая перенесла инсульт и не могла говорить и даже печатать. Электроды получали те сигналы, которые в норме мозг отправляет к мышцам челюсти, губ и языка и вообще лица. Пациентка также несколько недель обучала рекуррентную нейронную сеть соотносить сигналы мозга с фразами, которые она хочет произнести. Для этого она раз за разом беззвучно произносила предложения из набора, состоящего из 1024 уникальных слов.



В результате декодер научился воспроизводить текст со скоростью 78 слов в минуту. Ошибки возникали в 25 процентах случаев. Затем ученые использовали запись голоса пациентки, чтобы научить нейросеть говорить ее голосом. Также ученые создали цифровой аватар пациентки и заставили его лицо двигаться во время произношения синтезированной речи благодаря модели, которая преобразовывала акустические сигналы в артикуляционные движения.

Также аватар научили имитировать эмоции: для этого пациентка пыталась воспроизвести счастливое, удивленное и грустное выражения лица, а электроды считывали активность нейронов и передавали ее декодеру. Это еще сильнее приблизило синтезированную речь к естественной, хотя аватар говорил не так быстро.



Аватар воспроизводит предложения, которые пациентка произносит про себя

До широкого внедрения таких нейроинтерфейсов в жизнь парализованных пациентов еще далеко: сначала необходимо сократить время обучения декодера, увеличить точность расшифровки (для этого, полагают ученые, нужно увеличить количество электродов) и убедиться, что имплантированные электроды будут работать как надо в течение долгого времени и что интерфейсами могут пользоваться пациенты с разными диагнозами. Также ученые хотят избавить нейроинтерфейс от проводов, чтобы пациенту не требовалось подключаться к стационарному компьютеру для синтеза речи.

Недавно ученым удалось восстановить из нейронной активности кусочек песни Pink Floyd, который слушали испытуемые с электродами в мозге. А еще раньше декодер смог пересказать сюжет видеороликов, которые люди смотрели, — тогда не понадобились даже имплантаты, хватило фМРТ. Музыка и тексты были не очень точными, но что-то расшифровать получилось.

[ArefievPV]

К сообщению:
http://my-army-flot.ru/index.php?topic=29.msg1550#msg1550

Исследование: мозг использует для сохранения памяти не только соединения нейронов, но и электрические поля
https://www.techinsider.ru/science/news-1603811-issledovanie-mozg-ispolzuet-dlya-sohraneniya-pamyati-ne-tolko-soedineniya-neyronov-no-i-elektricheskie-polya/
В исследовании нейробиологов Массачусетского технологического института и Университета Лондона, показано, что информация, сохраняемая в памяти, координируется электрическим полем, возникающим в результате электрической активности всех участвующих в процессе нейронов. Это поле, в свою очередь, управляет нейронной активностью, или колебаниями напряжения, возникающими на мембранах клеток. Такой двунаправленный процесс и обеспечивает запоминание.

По словам авторов исследования, если нейроны — это музыканты в оркестре, а память — музыка, которую они создают, то электрическое поле — это дирижер.

Понятие «схема» (circuit) при описании мозга столь же неоспоримо, сколь и привычно: нейроны образуют прямые физические связи для создания функциональных сетей, например, для хранения воспоминаний или генерации мыслей. Но эта метафора неполна. Что заставляет эти схемы и сети объединяться? Новое исследование показывает, что, по крайней мере, часть этой координации обеспечивается электрическими полями.

В исследовании нейробиологов Массачусетского технологического института и Университета Лондона,  показано в опытах на животных, что в процессе  игры информация, которую они запоминали, координировалась электрическим полем, возникающим в результате электрической активности всех участвующих в процессе нейронов. Это поле, в свою очередь управляет нейронной активностью, или колебаниями напряжения, возникающими на мембранах клеток.

По словам авторов исследования, если нейроны — это музыканты в оркестре, области мозга — секции, например, струнные или духовые, а память — музыка, которую они создают, то электрическое поле — это дирижер.

Физический механизм, с помощью которого электрическое поле влияет на напряжение мембран нейронов, называется «эфаптической связью». Мембранные напряжения являются основополагающими для деятельности мозга. Когда напряжение превышает пороговое значение, возникает спайк, то есть нейрон срабатывают, посылая электрический сигнал другим нейронам через соединения, называемые синапсами.

«Многие нейроны коры головного мозга проводят много времени, колеблясь на грани спайков», — говорит Эрл Миллер, соавтор работы. - «Изменения в окружающем электрическом поле могут подтолкнуть их в ту или иную сторону. Трудно представить, чтобы эволюция не использовала этот механизм».

Новое исследование показало, что электрические поля управляют электрической активностью сетей нейронов для создания общего представления информации, хранящейся в рабочей памяти, говорит соавтор работы Димитрис Пиноцис. Он отметил, что полученные результаты могут расширить возможности ученых и инженеров по считыванию информации с мозга, что может помочь в разработке протезов, управляемых мозгом, для людей с параличом.

«Используя теорию сложных систем и математические расчеты на бумаге, мы предсказали, что электрические поля мозга управляют нейронами при создании воспоминаний», — сказал Пиноцис. — «Наши экспериментальные данные на животных и статистический анализ подтверждают это предсказание. Это пример того, как математика и физика проливают свет на поля мозга. Исследование может помочь в создании интерфейсов мозг-компьютер».

И в подаче другого ресурса (только ссылка и краткая цитата):

Электрические связи нейронов управляют памятью?
http://neuronovosti.ru/elektricheskie-svyazi-nejronov-upravlyayut-pamyatyu/
Математическая модель, созданная исследователями и MIT показала, что на процесс формирования памяти большее влияние оказывает не электрическая активность нейронов, а электрические поля, создаваемые скоплениями «общающихся» нейронов. Исследование, опубликованное в Cerebral Cortex, потенциально может иметь важное значение в лечении психических заболеваний.

[ArefievPV]

Наши нейроны оказались еще более совершенными, чем мы предполагали
https://dzen.ru/a/ZO9zLQodd1JKZoMD?utm_referer=yandex.ru
Недавно в журнале Neuron была опубликована важнейшая статья, в которой авторы делают обзор новейших открытий в области мультимедиаторных нейронов. Классическая парадигма, в рамках которой считалось, что нейроны делятся исключительно на возбуждающие и тормозящие, больше не актуальна. Последние исследования показывают, что исходящие синапсы нейронов могут выделять более одного вида нейромедиатора.

(A) Три примера мультитрансмиттерных нейронов, использующих везикулярную совместную упаковку двух нейротрансмиттеров на пресинаптических окончаниях.

(B) Мультитрансмиттерные нейроны АЦХ/ГАМК, обнаруженные в коре головного мозга, высвобождают АЦХ и ГАМК на разных пресинаптических окончаниях и независимо упаковывают эти нейротрансмиттеры в отдельные пулы пузырьков.

(C) Многие дофаминовые нейроны среднего мозга выделяют три нейротрансмиттера; дофамин и ГАМК совместно упакованы в одном и том же пузырьке, тогда как глутамат упакован независимо и высвобождается в разных пресинаптических участках.

Credit: Michael L. Wallace, Bernardo L. Sabatini / Neuron 2023

Нейротрансмиттеры или нейромедиаторы — это химические молекулы, высвобождаемые нейронами, которые позволяют им общаться друг с другом. Это химические «посланники», которые передают сообщения между нейронами и другими клетками нашего тела, влияя на все: от настроения до непроизвольных движений. Этот процесс обычно называют нейротрансмиссией или синаптической передачей.

Высвобождающиеся нейротрансмиттеры связываются с рецепторами другого нейрона. Нейроны, которые выделяют нейротрансмиттеры, называются пресинаптическими нейронами, а нейроны, которые получают нейротрансмиттерные сигналы, называются постсинаптическими нейронами. В зависимости от типа нейротрансмиттера и рецептора сигнал может или активировать, или тормозить воспринимающую клетку.

Нейротрансмиттеры (они же нейромедиаторы), а точнее — конкретное вещество, передающее сигнал от клетки к клетке (речь шла об ацетилхолине) обнаружил в 1921 году биолог Отто Леви, который позднее получил Нобелевскую премию за свое открытие. До этого велась дискуссия между двумя мнениями, второе из которых гласило, что коммуникация между нейронами осуществляется посредством электрической передачи сигнала. Леви установил, что эта концепция ошибочна, и доказал, что нейроны взаимодействуют друг с другом посредством высвобождения химических веществ, которые и называются нейротрансмиттерами или нейромедиаторами. С 1921 года по сегодняшний день обнаружено уже более 60 различных типов нейротрансмиттеров.

Нейроны часто определяются по типу нейротрансмиттера, которые они высвобождают (например, глутаматергический, ГАМКергический, холинергический и т. д.), при этом эта метка определяет функцию нейрона в цепи. Однако обозначение молекулы как «основного» нейротрансмиттера нейрона затемняет истинное разнообразие синаптической передачи сигналов, поскольку оказывается, что многие, если не все, нейроны выделяют более одного нейротрансмиттера.

Майкл Уоллес (медицинский факультет Бостонского университета) и Бернардо Сабатини (медицинская школа Гарварда) представили детальный обзор недавних открытий различных мультитрансмиттерных нейронов, обнаруженных по всей центральной нервной системе млекопитающих.

ГАМК/глутамат

Ранее считалось, что высвобождение нейротрансмиттера (по крайней мере, через воздействия на ионотропные рецепторы) оказывает либо тормозящее, либо возбуждающее действие на постсинаптические клетки. Возможно, наиболее сбивающими с толку примерами мультитрансмиттерных нейронов можно считать копередающие нейроны ГАМК/глутамата.

Недавно проведенный с помощью комбинации генетических скрещиваний и гибридизации in situ скрининг нейронов, высвобождающих ГАМК и глутамат, показал, что в 30 различных областях мозга находятся нейроны, которые экспрессируют гены, для «упаковки» синаптических пузырьков как ГАМК, так и глутамата. Эти результаты продемонстрировали, что котрансмиссия ГАМК/глутамата может быть более распространенной, чем считалось ранее.

Котрансмиссию многих из этих идентифицированных типов клеток еще только предстоит подтвердить физиологически. Но, как минимум, есть три области, где наиболее убедительно продемонстрировано существование ГАМК/глутаматных копередающих нейронов: это надмаммилярное ядро гипоталамуса (SuM), вентральная область покрышки (VTA) и энтопедункулярное ядро (EP).

ГАМК/глицин

Исследования 1990-х годов продемонстрировали котрансмиссию ГАМК и глицина из тормозных интернейронов в спинном мозге. Эти исследования были одними из первых, описывающих феномен «совместной упаковки», когда два разных нейротрансмиттера загружаются в отдельные синаптические пузырьки. Котрансмиссия ГАМК/глицина с тех пор наблюдалась в других областях, включая слуховой ствол мозга и мозжечок.

Во взрослом возрасте оба передатчика считаются тормозными. Кинетика рецепторов глицина быстрее, чем у рецепторов ГАМК, что приводит к тормозному постсинаптическому току с быстрыми и медленными компонентами. Примечательно, что ГАМК и глицин конкурируют за упаковку в синаптические везикулы, поскольку оба транспортируются одними и теми же везикулярными транспортерами (рис. 1А). Следовательно, упаковка ГАМК и/или глицина в везикулы в значительной степени зависит от их внутриклеточной (внутриаксональной) концентрации, которая контролируется либо внутриклеточным синтезом, либо переносчиками плазматической мембраны соответственно.

Эти результаты предполагают, что эффективность синапса зависит не только от числа постсинаптических рецепторов, но также от концентрации пресинаптического медиатора, а еще от того, сколько медиатора загружено в везикулу.

АЦХ/Глутамат

Холинергические нейроны играют важную роль во многих процессах и когнитивных функциях мозга, таких как обучение и память, сенсорное восприятие, синаптическая пластичность, возбуждение. Однако многие из этих нейронов также содержат везикулярные транспортеры глутамата (vGluT), которые коэкспрессируются с молекулярным механизмом синтеза ацетилхолина, везикулярной упаковки и высвобождения во многих областях мозга, включая стриатум, базальные отделы переднего мозга и медиальную головку мозга.

Несколько научных групп обнаружили, что vGluT и VAChT действуют синергично и что истощение одного транспортера или нейротрансмиттера также истощает загрузку и высвобождение другого. Эти данные противоречат результатам, описанным выше для нейронов, которые совместно упаковывают ГАМК и глицин, которые демонстрируют антагонистические отношения в отношении совместной упаковки. Вместе эти примеры иллюстрируют важность синергизма/антагонизма везикулярных транспортеров для нейронов, которые упаковывают два нейротрансмиттера в синаптические пузырьки.

Также в обзорной статье приводятся примеры исследований совместной нейротрансмиссии серотонина и глутамата, ацетилхолина и ГАМК, глутамата и глицина, дофамина и глутамата, дофамина и ГАМК, а также подробно рассматриваются механизмы совместной везикулярной упаковки, синергия и антагонизм везикулярных транспортеров, ключевые функции нейротрансмиссии.

Котрансмиссия ГАМК/глутамат как основа для обучения биологической нейронной сети

Помимо вышеперечисленного, открытие того, что отдельные синаптические везикулы нейронов габенулы (lateral habenula) содержат как ГАМК, так и глутамат, демонстрирует интересные возможности синаптической пластичности, при которой знак и вес синапса могут динамически устанавливаться в зависимости от активности.

В отличие от других областей мозга, которые разделяют ГАМК и глутамат на отдельные сигнальные каналы, эта функция делает этот синапс похожим на те, которые можно найти в искусственных нейронных сетях, в которых каждый синапс может принимать знаковое и градуированное значение.

Кроме того, нейроны, передающие ГАМК/глутамат, редко встречаются в головном мозге, но габенула получает много проекций от таких нейронов, что указывает на специализированную функцию котрансмиссии для вычислений, выполняемых этой цепью.

Дальнейшие шаги и цели

Секвенирование отдельных клеток считается важным новым инструментом для генетического определения типов клеток в тканях организма. Исследования, проведенные в головном мозге, привели к открытию новых классов нейронов, новых характеристик известных типов нейронов и, что, возможно, наиболее важно, к первоначальной беспристрастной основе для дальнейшего изучения разнообразия нейронов в мозге. Эти исследования также показали повсеместное распространение типов нейронов, имеющих генетические компоненты, необходимые для высвобождения более чем одного нейротрансмиттера.

К счастью, подходы, использующие оптогенетику, позволяют нацеливать генетическую стимуляцию исключительно на интересующий нас класс нейронов, но для убедительной стимуляции отдельных аксонов/синапсов требуется тщательная пространственно-временная калибровка оптической стимуляции. Необходимо также развить понимание того, как клетки с несколькими классами синаптических везикул могут направлять их к различным окончаниям, а также какие факторы определяют, содержит ли каждый синаптический везикул один или несколько классов транспортеров нейротрансмиттеров.

Еще более интересно, как эти свойства поддерживаются в течение сложного жизненного цикла синаптических пузырьков. Также важно подтвердить, что отдельные нейроны экспрессируют все гены, необходимые для высвобождения более чем одного нейротрансмиттера, поскольку анализ одной только популяции может привести к неверным выводам относительно котрансмиссии.

Если мы хотим в конечном итоге понять функцию, которую копередающие нейроны играют в нейронных цепях и поведении, то необходимо определить механизм, с помощью которого два или более нейротрансмиттеров высвобождаются одним аксоном или одним синапсом. Функциональное определение того, высвобождаются ли оба передатчика одновременно аксоном/синапсом и упакованы ли они в одни и те же или разные синаптические везикулы, ограничивает модели и гипотезы, связанные с функцией котрансмиссии в данном контуре.

Чтобы определить эти свойства аксонов/синапсов, часто необходимы эксперименты с минимальной стимуляцией для изучения содержания нейромедиаторов в отдельном месте высвобождения. К сожалению, классические подходы с минимальной стимуляцией, использующие внеклеточную стимуляцию, не работают, когда аксоны многих различных типов пресинаптических нейронов перекрываются, что делает невозможным определение того, подвергается ли воздействию только один аксон при стимуляции.

Отдельно необходимо сочетание экспериментальной и теоретической работы для понимания многообразия функций мультимедиаторных нейронов. Например, дофамин, ГАМК и глутамат, высвобождаемые DAN, могут вызывать длительные волны постсинаптических эффектов, каскадом от миллисекундных изменений возбудимости, запускаемых ионотропными рецепторами, до десятков секунд биохимической передачи сигналов и возбудимости. Эти временные волны могут быть разными для каждой постсинаптической мишени, которая сенсибилизируется к разным видам передатчиков и типам экспрессируемых рецепторов. И наоборот, ГАМК и АЦХ, совместно высвобождаемые в коре, могут действовать параллельно на разные мишени для достижения единого результата.

Наконец, совместное высвобождение ГАМК и глутамата может служить для обострения постсинаптических потенциалов, но может также создавать подписанные и градуированные синапсы, которые обеспечивают идеальный субстрат для пластичности. Многое еще предстоит исследовать как в особенной клеточной биохимии мультитрансмиттерных нейронов, так и в их функциях, в цепочках и, в конечном счете, в поведении человека.