donmigel_62: (кот - учёный)
Оригинал взят у [livejournal.com profile] imbg в Хитроумности сэра Чарлза
Быль ли, выдумка ль - я не берусь судить.

Но сам по себе очень интересный рассказ об истоках нейробиологии, и о том, какие страсти иногда кипят в науке:

"...Жили-были два великих учёных, два физиолога. Каждый был славен и удостоен почестей у себя дома и в других странах. Даты их жизни почти совпадали, сходными путями шло восхождение к высотам. Конечно, это были совсем разные люди. Один, говорят, был застенчив, другой задирист и строптив; первый втихомолку писал сонеты в духе Джона Китса, второй гордился плебейским происхождением, хаживал в сад с лопатою и не брезговал сыграть в дурака.

Говорившие на разных языках и воспитанные в разных традициях, эти два человека многие годы проявляли взаимное понимание и почтение, как и дóлжно в научном мире. Так продолжалось до тех пор, пока одному из них не вздумалось приступить к исследованию физиологических механизмов сознания. Второй объявил эту затею лишённой всякого смысла, поскольку сознание-де физиологическому анализу не подлежит. Чем шире развивались исследования первого, тем больше сил, страсти и таланта вкладывал второй в свои старания их дискредитировать.

Первый был поражён до крайности. Он ждал поношений, но только не со стороны брата-физиолога, который имеет возможность проверить в своей лаборатории любой экспериментально установленный факт. Умозаключения внезапного оппонента он называл «чрезвычайно странными». Как же так? «Невролог, всю жизнь проевший зубы на этом деле, до сих пор не уверен, имеет ли мозг какое-нибудь отношение к уму?»

Второй неотступно гнул своё. Он вполне, совершенно уверен, что мозг к уму отношения не имеет. И незачем этим заниматься..."


"...Загадка осталась бы непостижимой, когда бы Шеррингтон не проговорился. Но он проговорился. Однажды.

Признание, которому не придали значения ни последователи, ни преследователи, ни нейтральные комментаторы Шеррингтона, мы находим в его известной лекции, читанной в 1934 году в Кембридже.

Речь шла о том, можно ли исследовать механизм сознания, о том проклятом вопросе, который он задавал всегда, чтобы в конце сказать, что такой возможности наука не даёт. Наверно, ему самому надоело это доказывать, тем более, что с каждым годом доказывать эту идею становилось всё труднее и труднее. И тут вдруг Шеррингтон заметил, что предмет этот такого свойства, что он может сурово отомстить за чересчур поспешное обращение с ним.

Это был совсем новый поворот. Вместо привычного — возможно или невозможно исследовать сознание? — было сказано: а нужно ли его исследовать или, может быть, лучше не нужно?..

Легко себе представить, продолжал Шеррингтон, что человек, узнавший, каким способом думает мозг, решит улучшить его работу. Владея механизмами, он начнёт их переиначивать, дополнять, либо упрощать на манер, который ему покажется более совершенным в сравнении с тем, что изобрела природа. И легко себе представить, что новые механизмы в самом деле окажутся лучше старых. Но это будет уже не человеческое сознание.

Тогда человеку придется покинуть сцену. Настанет новая эра. «Вы уж меня простите, — заключил Шеррингтон, — но я хотел бы надеяться, что новое господство не будет чем-то вроде общественных насекомых».

Тут он, как бы опомнившись, вернулся к прежней песне о том, что сознание исследовать невозможно, — но слово было произнесено! И всё становится на свои места. Всё обретает мотив. И отказ от исследования высших отделов мозга, и нападки на Павлова, и многолетние старания выстроить более или менее правдоподобную философскую систему, призванную помешать физиологическому изучению механизмов сознания, и не совсем логичные поступки, и, порой, совсем нелогичные умозаключения..."
Читать целиком "Хитроумности сэра Чарлза" ( я прочитал все за один присест).
donmigel_62: (кот - учёный)

Чтение романов надолго меняет мозг

Длительное погружение в художественную реальность производит долговременное воздействие на мозг. Изменения в некоторых его участках, спровоцированные чтением романа, остаются с нами даже тогда, когда мы уже оставили книгу.

Мы знаем, что благодаря своей пластичности мозг может адаптироваться под текущие задачи, особенно если эти задачи повторяются много раз: нейронные цепи перестраиваются так, чтобы действовать как можно эффективнее. Однако пластичность мозга срабатывает не только при усовершенствовании профессиональных навыков: сильные впечатления тоже могут в буквальном смысле оставить свой след в мозге. Считается, например, что сильный, постоянный стресс в раннем возрасте, когда мозг особенно пластичен, способен сказаться в зрелости. (То есть известная психологическая концепция о том, что детские впечатления аукаются нам всю жизнь, постепенно обрастает нейробиологическими доказательствами.)

Толстокнижное чтение преобразует вас и ваш мозг. (Фото Shutterstock.)

Но стресс и повторяющиеся профессиональные задачи — это довольно очевидные стимулы, так что в конце концов исследователи задумались над тем, могут ли влиять на функционирование и структуру мозга некие более тонкие и сложные раздражители. Понятно, что одни из самых изощрённых и сложных относятся к эстетической сфере. Собственно говоря, воздействие изящных искусств (в самом широком смысле) на человека всегда волновало учёных и философов. Вот, к примеру, не так давно психологи выяснили, что чтение высокой литературы способствует эмпатии.



Тут можно было бы сказать, что осталось лишь дождаться нейробиологов с их всемогущей фМРТ, однако и нейробиологи относительно давно интересуются такого рода экспериментами, которые позволяют понять, как эстетические переживания влияют на работу мозга. Удалось, в частности, выяснить, что при чтении в мозге активируются некоторые специальные участки, причём реакция на прозу отличается от реакции на поэзию.

Но в большинстве таких работ речь идёт о кратковременном эффекте от чтения, ограниченном малой формой произведений. Исследователи из Университета Эмори (США) захотели выяснить, остаются ли в мозге какие-то долговременные следы после длительного непрерывного чтения. Сказано — сделано: Грегори Бернс (Gregory Berns) и его коллеги пригласили 21 добровольца поучаствовать в эксперименте и заставили их в течение 9 дней читать роман Роберта Харриса «Помпеи». Судя по описанию, сюжет в книге довольно распространённый: главный герой предчувствует опасность и пытается предупредить других, которые этой опасности в упор не видят (речь, понятно, идёт о Везувии); всё это сдобрено, как полагается, любовной линией.

Впрочем, сами исследователи объясняют свой выбор «сильными повествовательными достоинствами книги», в которых есть драматизм, напряжение и пр. Так или иначе, испытуемые каждый день ходили в лабораторию, где у них сканировали мозг, после чего им давали прочесть 30 страниц из романа. Участников эксперимента также просили почитать на ночь, а на следующее утро проверяли, «усвоили» ли они очередной кусок. Само же сканирование проходило без чтения, то есть мозг в это время не был занят (насколько это возможно для нашего мозга).

Как пишут авторы работы в Brain Connectivity, регулярное чтение усиливало нейронные связи в левой височной коре, участвующей в анализе языка. Исследователи особо отмечают, что усиление этой зоны наблюдалось даже в спокойном состоянии, на следующее утро после вечернего общения с романом и до утреннего сеанса чтения. Авторы сравнивают это с мышечной памятью, когда к мышцам возвращается былая сила, даже если человек долго не тренировался.

Кроме того, у читателей отмечалось усиление первичной сенсомоторной коры, которая отвечает за чувство собственного тела. Известно, что сенсомоторная кора может активироваться не только при реальных движениях, но и под действием воображения — то есть когда мы думаем, например, о велосипедной прогулке. В случае с романом, как полагают авторы работы, произошло погружение читателей в героя, и действия древнего римлянина заставляли реагировать эту самую сенсомоторную кору. Получатся, что выражение «почувствовать себя в чужой шкуре» в этом случае не такая уж фигура речи, как может показаться: мозг действительно может «влезть в шкуру» выдуманного героя.

И, что особенно важно, все эти мозговые изменения сохранялись даже спустя пять дней после того, как роман дочитывался до конца. А это однозначное свидетельство в пользу долговременного действия чтения на мозг.

Правда, как долго вообще держится «эффект романа», пока что загадка, как и то, окажет ли такое влияние на мозг книга с другими характеристиками — к примеру, без обилия сюжетных поворотов, но с насыщенной «внутренней жизнью» героя.

Тут можно вспомнить исследование, о котором мы писали в начале года и в котором удалось найти связь между стилистическими изысками поэтического текста и активностью мозга. Но в той работе речь шла опять же о кратковременном эффекте. Так что вопрос, может ли хороший стиль надолго повлиять на нейробиологию мозга, пока открыт.


Подготовлено по материалам Университета Эмори.
donmigel_62: (кот - учёный)

Новый протез руки возвращает ощущение прикосновения


Много раз публиковались новости и статьи о протезах и биопротезах разных частей тела человека. Когда речь идет о протезе руки, сколь угодно высокотехнологичном, обычно никто не говорит об одной проблеме: отсутствии ощущения прикосновения, в результате человеку с таким протезом очень сложно контролировать усилие, с которым выполняется та либо иная операция. А вот новая разработка позволяет вернуть человеку ощущение прикосновения, благодаря особым сенсорам, которые напрямую подключены к соответствующим нервным окончаниям в руке человека.

Эта разработка создавалась объединенной командой специалистов из Cleveland Veterans Affairs Medical Center и Case Western Reserve University. По словам специалистов, ощущения человека при использовании данного протеза практически не отличаются от ощущений при «использовании» собственной конечности. Конечно, это утверждение касается только некоторых моментов, ведь никакой современный протез собственную руку не заменит. Но этот протез намного совершеннее всего, что создавалось до настоящего момента.


Создатели протеза утверждают, что сенсоры протеза напрямую подключены (особым образом) к соответствующим нервным окончаниям оставшейся части конечности. Электроды подключены к трем нервным окончаниям руки — радиальному, срединному и локтевому.

Импульсы, передаваемые протезом, в этом случае не отличаются от импульсов, передаваемых собственной рукой.

А новая разработка обещает давать постоянный эффект. Протез уже был испытан добровольцем, потерявшем собственную руку. По словам добровольца, при подключении импланта, он получает возможность чувствовать «пальцами», а также ладонью и тыловой частью ладони. При этом ощущения каждый раз возникают в одних и тех же местах «ладони». Правда, характер ощущения разный, при изменении электрического сигнала. Доброволец говорит, что при разных уровнях настройки чувствует то как бы ватные шарики, то волосы, то наждак.

Этот протез может служить основой для создания бионических протезов, которые действительно позволят человеку ощущать то, к чему он прикасается. Но до финального этапа еще далеко, хотя, как видим, уже есть все заявки на успех.

habrahabr.ru

donmigel_62: (кот - учёный)

Мозг обрабатывает зрительную информацию параллельными потоками

Разные аспекты зрительных данных вроде формы и цвета эксплуатируются в нашем мозге отдельно друг от друга, проходя через иерархическую цепочку относительно специализированных нейронных структур.

Зрение даёт мозгу огромный массив данных, среди которых можно выделить те, что относятся к цвету, к форме или, например, к чертам лица, — если мы смотрим на другого человека. Если мы начнём описывать, что видим, то такие признаки, конечно, разделим. А вот разделяет ли их мозг? В смысле — выделены ли у него под разные характеристики объектов разные нейронные области?..

Форму и цвет объекта наш мозг обрабатывает разными линиями нейронных «департаментов». (Фото the food passionates / Corbis.)

Понятно, что такие признаки можно разделить на уровни, но, скажем, черты лица — это понятие не того же порядка, что геометрическая форма или цвет. (Заметим, что под распознавание лиц в нашем мозге выделена специальная структура.) И как тогда их воспринимает мозг: что-то раньше, что-то позже? И не делятся ли более низкоуровневые признаки тоже на какие-то «подпризнаки»? Психологи, например, утверждают, что цвет воспринимается нами независимо от формы.


Роза Лафер-Соуза (Rosa Lafer-Sousa) и Бевил Конвей (Bevil Conway) из Уэллслийского колледжа (США) попробовали проверить, соответствует ли эта психологическая особенность нейроанатомическому устройству мозга, а заодно выяснить, как разные визуальные признаки сочетаются в одной мозговой «видеокарте».

Исследователи показывали макакам разные объекты, одновременно наблюдая с помощью фМРТ за активностью мозга животных. Прежде всего учёных интересовала нижняя височная кора, которая, как считается, и позволяет нам воспринимать окружающие предметы как предметы, то есть в качестве набора определённых визуальных характеристик. По одной популярной теории, разные отделы этой коры организованы как иерархические, каждый следующий из которых обрабатывает информацию более высокого уровня.

Авторам работы удалось установить, что разные визуальные признаки действительно распределены по разным отделам нижней височной коры, хотя эти отделы формы, цвета и лица в известной степени перекрываются. Более того, оказалось, что реакция на цвет или на другое лицо имеет несколько стадий, то есть в обработке отдельного признака можно вычленить несколько фаз.

В целом, как пишут учёные в Nature Neuroscience, «вычисление» изображения в мозге происходит по параллельным восходящим потокам данных, которые переходят из одного нейронного участка в другой и параллельность которых соответствует разным признакам. О том, какие разные уровни могут быть у обработки одного и того же признака, исследователи пока не знают. В случае цвета тут можно предположить, что сначала мозг в общем определяется с оттенком, а потом подключает память, которая уже конкретизирует этот оттенок — например, «зелёный, как лайм», или «зелёный, как трава», или «зелёный, как хвоя» и т. д. Но это, повторим, требует дальнейших психологических и нейробиологических исследований, не говоря уже о том, что такой же опыт хорошо бы повторить с человеческим мозгом.

Впрочем, надо думать, что параллельно-иерархический способ обработки зрительной информации свойствен не только резусам, но всем приматам и что многие вопросы, касающиеся человеческой психологии восприятия, вполне можно изучать в эволюционном аспекте, с участием наших «младших кузенов».

Подготовлено по материалам Medical Xpress.
Перекликается с недавним открытием в Рурском университете - http://donmigel-62.livejournal.com/111523.html
donmigel_62: (кот - учёный)

Журнал Science назвал десятку самых прорывных научных открытий года


Имvуннотерапия признана прорывом года по версии Science.

Имуннотерапия признана прорывом года по версии Science. http://www.sciencemag.org/content/342/6165/1432.full

Научный журнал Science назвал десять самых значимых открытий, которые в уходящем году изменили мир. Десятка оказалась не очень оригинальной: многие исследования удостоились внимания и его конкурента — журнала Nature.

Вслед за Nature влиятельный научный журнал Science выбрал «горячую десятку» уходящего года.

И хотя в списке Nature фигурировали лица, а Science сосредоточился на научных открытиях, легко заметить, что многие направления вошли в чарты обоих журналов — мастодонтов научного мира.

Главным научным прорывом года по версии Science назван успех клинических испытаний, подтвердивший эффективность относительно нового метода лечения онкологических заболеваний.


Метод иммунотерапии предполагает натравливание иммунной системы организма на свои же клетки — те, что неожиданно начинают генетически изменяться и бесконтрольно делиться.

Давать команду «фас!» иммунитету человека могут вакцины, однако не профилактические, которые используются против туберкулеза или гриппа, а терапевтические, которые вводят уже заболевшему пациенту.

Главная задача таких вакцин — обучить иммунную систему распознавать врага. Однако первые успехи внушали опасения: не рано ли радоваться, ведь врачам до сих пор не известно окончательное воздействие препаратов? Год назад NNN рассказывал о препарате ипилимумаб, который блокирует рецептор CTLA-4. Этот рецептор служит своеобразным тормозом для Т-клеток, которые играют важную роль в формировании иммунного отклика, уничтожающего раковую опухоль.

Уходящий год оказался годом побед, которые «зацементировали» эффективность этой стратегии, считает редакция Science.

Доказательства тому — женщина с опухолью в легком размером с грейпфрут, которая спустя 13 лет после начала лечения жива и здорова; шестилетний мальчик, оказавшийся из-за лейкемии на грани жизни и смерти, который сейчас перешел в третий класс и находится в стадии ремиссии; и мужчина, у которого раковая опухоль почки продолжила уменьшаться даже после окончания терапии.

В мае в Science вышла статья о вакцине Pexa-Vec, которая одновременно уничтожает раковые клетки и вызывает образование специфических антител на раковые антигены.

После вакцинирования один пациент, с почечно-клеточным раком, прожил 76 месяцев, другой, с мелкоклеточным раком легкого, — 24,5 месяца, третий, с меланомой, — 12 месяцев.

Новейшая технология редактирования гена CRISPR (Clustered Regularly Interspased Short Palindromic Repeats) разделила симпатии редакторов Science и редакции Nature, которая накануне отметила успехи в этой области молодого нейробиолога Фэн Чжана из Массачусетского технологического института.

Эта технология, позволяющая бороться с заболеванием путем исправления гена, в уходящем году пережила бум и в плане публикаций, и в плане общественного интереса. Только за десять месяцев ей было посвящено более 50 научных статей, в которых описывались эксперименты над ДНК мышей, крыс, бактерий, дрожжей, рыбок данио, червей, фруктовых мушек и человеческих клеток.

Все это позволяет делать протеин Cas9, помогающий деактивировать, удалять и менять определенные гены. http://www.sciencemag.org/content/342/6165/1434.1

Технология CLARITY стала еще одним открытием года, позволившим ученым изменить пути к изучению мозга.


Ученые придумали, как сделать ткани мозга прозрачными, как стекло: для этого они заменили рассеивающие свет жирные молекулы липидов, которые образуют клеточные мембраны, на молекулы прозрачного геля. При этом им удалось оставить нейроны, другие клетки мозга и их органеллы нетронутыми. О подобной технологии просветления мозга пресса рассказывала в июне. http://www.sciencemag.org/content/342/6165/1434.2

Выделение стволовых клеток из клонированного человеческого эмбриона, за которое двумя днями ранее был отмечен Шухрат Миталипов, также не осталось без внимания редакции. Техника, называемая пересадкой ядер соматических клеток, применялась еще 17 лет назад для клонирования знаменитой овцы Долли.

В этом году сумели извлечь стволовые клетки из клонированного человеческого эмбриона, после того как обнаружили, какую важную роль играет кофеин, стабилизирующий молекулы яйцеклеток. http://www.sciencemag.org/content/342/6165/1436.1

Выращивание искусственных органов заняло свое место в десятке прорывов года. Оставленные без присмотра в чашке Петри плюрипотентные стволовые клетки могут образовать различные ткани: сокращающиеся клетки сердца, нейроны и даже волосы и зубы.

В этом году ученым удалось вырастить такие специфические мини-органы, как печень, мини-легкие и — самое выдающееся — рудиментарные ткани мозга.

Искусственные мозги, выращенные австрийскими учеными, отличаются от настоящих. В отсутствие кровоснабжения клетки мозга перестают расти, когда достигают размеров семечка яблока, и без доступа кислорода и питательных веществ погибают. http://www.sciencemag.org/content/342/6165/1436.2

Несмотря на то что космические лучи, проникающие сквозь толщу атмосферы, были открыты еще век назад, несколько десятилетий ученые не были до конца уверены, где они рождаются.

Благодаря космическому телескопу Fermi в этом году астрономы доказали свою догадку — местом их рождения являются вспышки сверхновых, катастрофические взрывы, которыми звезды заканчивают эволюцию. http://www.sciencemag.org/content/342/6165/1438.1

Еще одним общим с журналом Nature прорывом названы исследования в области создания новых фотоэлектрических систем, попросту говоря, солнечных батарей.

Несмотря на то что солнечные элементы, созданные на основе перовскита, пока отстают по эффективности от кремниевых панелей, которыми покрывают крыши по всему миру, их использование обещает сильно удешевить эти альтернативные источники энергии. http://www.sciencemag.org/content/342/6165/1438.2

Вошли в список ведущих открытий года и исследования, давшие наконец ответ на вопрос, зачем мы спим.

Осенью, физиологи из Рочестерского университета (США), показали, что главная функция мозга в процессе сна — вымывание из него вредных веществ и токсинов, накопившихся во время бодрствования. http://www.sciencemag.org/content/342/6165/1440.1

И наконец, особого внимания удостоились ученые, занявшиеся изучением того, какие из микроорганизмов, обитающих в человеческом теле, отвечают за наше здоровье или, наоборот, способны вызывать заболевания.

Изучение отдельных микробов и их влияния на здоровье — первый шаг к персонифицированной медицине. http://www.sciencemag.org/content/342/6165/1440.2

Так же была отмечена работа молекулярных биологов по, созданию ключевого элемента для создания вакцин   против опасных детских инфекций. (Respiratory syncytial virus (RSV) ).

Учёные синтезировали антитела, которые помогут в борьбе не только с этим вирусом, но и вирусом ВИЧ. http://www.sciencemag.org/content/342/6165/1442.1

donmigel_62: (кот - учёный)

Пять главных вопросов нейробиологии


Изменит ли прогресс науки о мозге наше представление о самом себе? Уйдёт ли старая мораль, основанная на принципе свободной воли и умозрительных категориях добра, чести, совести?..

Благодаря прогрессу в изучении мозга нейробиология оказалась на переднем крае науки и этики. Вы не поверите, но на этой неделе Президентская комиссия США по вопросам биоэтики собиралась для обсуждения нравственной стороны науки о мозге.

Специалисты встречались по просьбе президента Обамы, который ранее в этом году призвал выделить из федерального бюджета $100 млн на программу Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies («Исследование мозга посредством развития новаторских нейротехнологий», BRAIN).

Обама предложил совету подумать над тем, какие моральные дилеммы могут возникнуть в связи с новыми возможностями, которые откроются перед исследователями человеческого разума благодаря его проекту и развитию нейробиологии в целом.


Журнал National Geographic попросил специалиста по биоэтике и генетике Хэнка Грили с юридического факультета Стэнфордского университета (США) назвать пятёрку самых «горячих» вопросов нейробиологии. В ответ учёный подчеркнул, что

нейробиология изучает не сознание, а мозг. Какую бы технологию она ни породила, к ней приложимы все те вопросы, которые обычно задаются в схожих случаях.

Работает ли нейробиология? Увлечься научной фантастикой легко, но надо твёрдо знать пределы возможностей технологии.

Если она работает, что тогда? Тогда появятся и новые возможности, и новые опасности. Важно уделить внимание и тем и другим.

d2_1.jpg Рис. 1.

1. Прогнозирование: нейробиология предсказывает судьбу.

Огромное количество средств уходит на то, чтобы научиться предугадывать, приобретёт ли тот или иной человек, скажем, болезнь Альцгеймера. Что произойдёт, когда будущее всё-таки начнут предсказывать? Очевидно, это будет иметь огромное значение и для отдельных людей, и для всей системы здравоохранения в целом, ведь на иной уровень выйдут и профилактика, и лечение деменции.

С другой стороны, однажды учёные по результатам сканирования мозга смогут определять, в какой степени человек предрасположен к совершению преступлений. Будет ли это использоваться как улика? Повлияет ли это на определение степени вины и вида наказания? Станут ли этот момент принимать во внимание при освобождении из тюрьмы? Г-н Грили рекомендует ограничиться использованием полученных таким образом сведений для психологической профилактики заключённых.

2. «Чтение мыслей»: детектор лжи и определение эмоциональных состояний.

Когда-то «чтение мыслей» казалось фантастикой, но теперь нейробиологи полны оптимизма. Речь идёт, конечно, не о восприятии чужого сознания, а о распознавании закономерностей деятельности мозга. В ходе одного из нашумевших исследований сотрудники Массачусетского технологического института (США) сумели с точностью до 85% определить, когда участник эксперимента видит человеческое лицо.

Подобная технология очень пригодится для общения с парализованными людьми и даже с теми, кто находится в вегетативном состоянии.

С другой стороны, возникает ряд правовых, этических и социальных вопросов, связанных с детекцией лжи. Сейчас только одна компания занимается разоблачением лжецов по данным сканирования мозга — NoLieMRI. Поскольку она не публикует своих результатов и никому не открывает методов, её деятельность не признаётся научным сообществом. В то же время большой интерес к этой технологии проявляет, например, Министерство обороны США, которое мечтает уйти от ненадёжного полиграфа.

Если всё-таки правомерность притязаний на «чтение мыслей» окажется доказанной, то технологию можно будет использовать, например, для определения того, действительно ли люди, претендующие на инвалидность и социальную страховку, испытывают дикие боли в пояснице.

3. Ответственность: существует ли свобода воли?

Некоторые нейробиологи убеждены в том, что со временем развитие неврологии приведёт к ликвидации судебной системы. По их мнению, рано или поздно наука докажет, что никакой свободы воли нет и люди на самом деле не отвечают за свои действия: «Это не я, мой мозг заставил меня сделать это». Что интересно, г-н Грили не знает юристов, которые держались бы такой точки зрения.

Эксперт рассказывает об одном показательном случае с 40-летним мужчиной из Шарлоттсвиля (штат Виргиния). Он внезапно заинтересовался порнографией, постепенно добрался до детской порнографии и кончил тем, что «пощупал» свою 12-летнюю падчерицу. Перед вынесением приговора он жаловался на головные боли, не мог читать, потерял сознание и оказался в больнице, где у него обнаружили опухоль размером с куриное яйцо в левой лобной доле (показано, что она вовлечена в процессы принятия решений и познания). Её удалили, и тяга к порнографии исчезла.

Онкожертву осудили условно. Десять месяцев спустя он пожаловался инспектору, что желание возвращается. Рентген показал, что опухоль снова на месте. Её опять вырезали, и с тех пор — а прошло уже два или три года — всё в порядке.

Г-н Грили опасается, что в ближайшее время подсудимые начнут просить о снисхождении, ссылаясь на аномалии мозга.

4. Лечение: нейробиология помогает медицине.

Нейробиологи много чего хотели бы изучать, но деньги им дают прежде всего для того, чтобы они разбирались с болезнью Паркинсона и подобными ей недугами. Именно это приводит сейчас в движение данную область.

Но насколько заслуживают доверия утверждения о возможности предотвратить или вылечить, скажем, зависимость от опиатов? Позволительно ли судье приговорить человека к принудительному лечению на основании результатов сканирования мозга? Или же мозг неприкосновенен? До какой степени родители могут навязывать детям лечение, основанное на данных нейробиологии?

5. Доработка: нейробиология расширяет возможности человека.

Некоторые студенты крепко сидят на адерале и риталине, считая, что эти препараты повышают умственные способности. В действительности они всего лишь добавляют бодрости, не более того.

Но что если однажды появится средство, которое действительно позволит сделаться умнее? Честно ли это будет по отношению к студенту, который не воспользовался им в сессию? А что если хитрюга-отличник после экзаменов перестанет принимать препарат — хорошим он будет врачом? Введут ли допинг-пробы в университетах?

Г-н Грили считает, что прежде всего это направление развития нейробиологии скажется на профилактике и лечении потери памяти в связи с болезнью Альцгеймера и просто с возрастом. Достаточно одной таблетки!




National Geographic


donmigel_62: (кот - учёный)

Кремниевые нейросети для «умных» машин



«Умные» машины, телесные и бестелесные, окружают нас во всё большей степени. В квартире — пылесос, на складе — погрузчик, в смартфонах — голосовой помощник Siri. Но для того, чтобы машины эти стали подлинно умными, им необходимо обзавестись инженерным аналогом достаточно мощного головного мозга. Причём для решения не только тех задач, которые принято связывать с человеческим интеллектом, но и тех, с которыми справляются животные, и не обязательно высшие. И вот теперь решение этой проблемы переходит в практическую плоскость.


Сначала несколько слов о мощностях нынешних компьютеров в их мобильном обличье. Как отмечают читатели, процессор смартфонов ARM Cortex выдаёт 1,5–2 гигафлопс, ну а тот ENIAC, что позволил технологии в рамках Манхэттенского проекта овладеть внутриядерными силами, мог осилить лишь 500 флопс. И этого хватило для нужд атомной программы… Мощностей же нынешних смартфонов вполне хватает для того, чтобы создать автопилот дрона («Смартфоны даруют мозги дронам»). А вот болтушка Siri зависит в своём функционировании от внешних серверов, из-за чего и впадает порой в длительные паузы…


Парадокс. Для самого что ни на есть передового научного исследования, связанного с абстрактным мышлением, хватило половины килофлопса. Гигафлопса хватает для автопилотирования дрона (подозреваю, что с лихвой хватит и для большого самолёта), связанного уже не с абстрактным мышлением, а с быстрой реакцией, равновесием и ориентацией в пространстве. А вот простейшее (то, что может любая базарная торговка или девка на завалинке, — быстро и связно трепаться) заставляет обращаться к внешним серверам…

А вот ещё критически важная для «умных» машин задача распознавания образов. С ней справляется и малый ребёнок, и лабораторный шимпанзе, и приподъездные кошки… И программное обеспечение от Google это тоже умеет, опознает лица людей и котиков. Но — требуя для этого массива из шестнадцати тысяч мощных процессоров, функционирование которых связано с весьма серьёзными энергетическими затратами, несопоставимыми с тем, кои употребляет на решение аналогичной задачи живой мозг (оценить затраты в единицах «флопс» затруднительно, ибо слишком уж велики порядки величин).

Затраты вычислительных ресурсов на эмуляцию нейросетей (логарифмическая шкала)

Затраты вычислительных ресурсов на эмуляцию нейросетей (логарифмическая шкала).

А объясняется этот парадокс историей технологий — в сопоставлении с историей человечества и живых существ. Для чего делались первые вычислительные машины? Для работы с абстрактными образами. Да, самое обычное натуральное число есть абстрактный образ. И не слишком простой. Читатель с математическим образованием — или, скорее, с интересом к этой науке — может обратиться к «Теории множеств» коллективного французского математика Николя́ Бурбаки́ и посмотреть, сколь громоздко приведённое там определение обыкновенного натурального числа 1.

Но вот эти-то абстракции, при их кажущейся простоте и доступности первокласснику, весьма могущественны. Движение небесных тел Кеплер описывал с помощью элементарной математики, а вот для того, чтобы определить наилучшую форму бочек для свойственника-бондаря ему пришлось создать основы математики высшей… И нынешние «мельницы чисел» с их гигантской производительностью не могут справиться с тем, с чем легко справляется кусочек серого вещества, неспособный сложить два и два.

Дело именно в различии первоначально поставленных задач. От живых существ беспощадная эволюция требовала выживания в реальном мире. В вычислительные машины конструктора закладывали способность совершения цепочек операций над абстрактными объектами, при всей привычности для нас являющихся плодом последовательного творчества умов ряда гениев, от Платона и Лейбница до Гильберта и фон Неймана. Причём то, что эти цепочки операций совершаются всё быстрее и быстрее, со всё большими объёмами чисел, распараллеливаемыми даже в смартфонах, преимуществ кремнию над белком не давало.

Да! Наращивание процессорных мощностей и объёмов обрабатываемых данных ключом к решению проблемы не было. И от технологии потребовалось то, чего не может сделать эволюция живых существ, являющаяся не-марковским процессом. Живое существо довольно жёстко определено прошедшими этапами развития. Инженер же может вернуться назад и начать движение от другой точки, располагая тем опытом и технологиями, которые наработал, двигаясь по предыдущему пути. Применить подходы, позволившие достичь нынешних процессорных мощностей, к нейросетям.

Соотношение сложностей биологических и кремниевых нейросетей

Соотношение сложностей биологических и кремниевых нейросетей.

Именно этим занимается нынче DARPA в рамках программы Систем нейроморфной адаптивной пластично-масштабируемой электроники (SyNAPSE). Пентагоновские деньги, скажем, выделяются командам разработчиков из HRL Laboratories, ранее известной как Hughes Research Laboratories, и родителям Watson’а из IBM Research. Команду SyNAPSE в IBM возглавляет Дхармендра С. Модха (Dharmendra S. Modha), глава группы когнитивных вычислений (Cognitive Computing) из IBM Almaden Research Center. Ну а Центр неврологических и поведенческих систем трудится под началом Нараяна Шринивазы (Narayan Srinivasa).

Нейрочип от IBM

Нейрочип от IBM.

И результаты в обоих случаях достигнуты более чем впечатляющие. Команда Модхи сейчас работает с представленным в 2011 году нейрочипом, на кристалле которого 6 000 вентилей моделируют поведение нейрона. Всего в микросхеме 256 кремниевых «нейронов», между которыми может быть установлено 262 000 «синаптических» связей. Свойства нейросети, в которую превращается кристалл в процессе программирования, и определяются этими синаптическими связями, сохраняемыми в блоке памяти.

Что нынче может этот нейрокристалл? Распознавать цифры от 0 до 9, причём даже предсказывать ту, которую только начинают писать на планшете. Играть в виртуальный настольный теннис. Водить дрон строго над двойной жёлтой, которой размечено шоссе к Альмадене… Скромно? Да, всё это умеют обычные процессоры. Но нейрочип использует для исполнения своих задач ничтожную долю вычислительных ресурсов, обычно требуемых от традиционных архитектур. А для программирования нейроморфных архитектур IBM создаёт библиотеки объектов, названных corelets: то ли ядрышки, то ли сущностишки, (от сути); не ясно, как перевести…

«Энцефалограмма» нейрочипа от HRL

«Энцефалограмма» нейрочипа от HRL.

Из этих корелетов — придётся, похоже, ввести очередной варваризм — и предполагается строить нейроморфный софт, в значительной степени моделирующий деятельность коры головного мозга. Но подход HRL ещё интересней: нейрочип, созданный командой Нараяна Шринивазы, имеет 576 искусственных нейронов. И тоже умеет играть в виртуальный настольный теннис. Но — в отличие от айбиэмовского образца, его для этого не программировали. В структуру изделия HRL Laboratories заложена возможность самостоятельного формирования синаптических связей.

В результате ему вручили виртуальную ракетку, дали ощущение виртуального мяча и не забывали стимулировать, поощрять или наказывать по результатам поведения. И в итоге всего лишь в пяти раундах нейрочип научился более чем прилично играть в пинг-понг. Причём применяя для этого всего лишь 120 нейронов! (Это к вопросу о том, насколько загружают свой мозг те, кто проводит досуг перед телевизором в обществе видеоигры. К нормальной игре в мелкий теннис ворчание автора не относится, она хороша для профилактики близорукости и развития моторики…)

В ближайших планах HRL's Center for Neural and Emergent Systems — поставить свой нейрочип на орнитоптер размером с ладонь, получивший уже имя «Бекас» — Snipe. Задача машущего полёта в авиации — одна из давнейших и смутнейших, сродни квадратуре круга. Вроде бы на некоторых режимах и для некоторых «массгабаритов» летательного аппарата он сулит заметный выигрыш по затратам энергии. Но даже комнатные модельки орнитоптеров, из сухих стебельков травы, гнутых на лампе накаливания, и тончайшей плёночки (фотоплёнка растворялась в ацетоне, а потом это выливалось на поверхность воды, откуда после застывания и снималось рамочкой) были редкостно капризны.

Машущему полёту нужно куда больше петель обратной связи, чем позволяла классическая инженерия. А теперь HRL надеется на успех! Ховард Хьюз был же изначально авиамагнатом (см. фильм-байопик «Авиатор» и фантастический «Контакт» по роману К. Сагана, где Хьюз — прототип загадочного благотворителя). Да и Пентагону, который оплачивает эти исследования (в SyNAPSE вложено уже около ста миллионов долларов), такая машинка вполне может пригодиться. Но это — частности! Куда важнее то, что на практике реализуется абсолютно новое направление ИТ.

Если вычислительные машины изначально создавались для операций с абстрактными объектами, то теперь весь гигантский потенциал ИТ-отрасли может быть использован и уже используется для нейрочипов, ориентированных на работу с объектами реального мира. По примерно тем же принципам, что функционируют живые организмы, но — без ошибок, которые неизбежно делала слепая эволюция. И такая технология имеет хорошие шансы наградить «умные» машины вполне полноценным «головным мозгом».

Михаил Ваннах

donmigel_62: (кот - учёный)

В коре мозга нашли встроенный «видеокодек»


Исходная и обработанные фотографии (вверху) и схема последовательности демонстрации (внизу). Изображение: Nora Nortmann et al.,
Исходная и обработанные фотографии (вверху) и схема последовательности демонстрации (внизу). Изображение: Nora Nortmann et al.,

Немецкие нейробиологи обнаружили, что первичная визуальная кора мозга способна, подобно видеокодекам, «сжимать» изображение за счет анализа различий между поступающими картинками. Исследование опубликовано в журнале Cerebral Cortex, кратко о нем можно прочитать на сайте Рурского университета.


Ученые демонтировали кошкам пары специально обработанных фотографий. На них изображения домов, лесов и тому подобного были обработаны таким образом, чтобы стереть детали только в определенном направлении (в фоторедакторах такой эффект обычно называется круговое размытие или «ветер»). При этом ученые наблюдали за реакцией визуальной коры V1 с помощью флюоресцентных внутриклеточных белков, реагирующих на концентрацию кальция.

Возбуждение отдельных групп нейронов сопровождалось свечением, поэтому ученые могли напрямую наблюдать за тем, как в мозге идет обработка по-разному ориентированных деталей изображения.

Оказалось, что при смене по-разному обработанных изображений с частотой в 33 герц (когда каждая фотография демонстрировалась по 30 миллисекунд), кора обрабатывает информацию «как есть». Когда частоту снижали до 10 герц (по 100 миллисекунд на картинку), то нейроны успевали вычесть одно изображение из другого и кодировали разницу между ними.

Ранее нейробиологи полагали, что такая сложная обработка изображения не может проводится в первичной коре V1, а осуществляется в более высоких по иерархии зрительных областях.

Открытие, таким образом, изменяет представление ученых о том, то что эти области получают в виде входящего сигнала.

При этом следует отметить, что первичная обработка визуального сигнала проводится еще на уровне сетчатки, когда сигналы от разных колбочек и палочек суммируются на одних нейронах.

donmigel_62: (кот - учёный)

Сила воли и  стимуляция мозга.

Силу воли можно передавать по проводам

Ученые нашли способ увеличить силу воли человека, повысить его самоконтроль. Судя по всему, совсем скоро люди смогут легко отказаться от сотен соблазнов, провоцирующих нездоровое поведение.



Неврологи из Университета Техаса и Калифорнийского университета в Сан-Диего успешно продемонстрировали уникальную методику усиления одной из важнейших форм самоконтроля. Новая методика заключается в электрической стимуляции мозга и в будущем сможет помочь множеству людей с различными зависимостями, обсессивно-компульсивным расстройством, синдромом дефицита внимания, гиперактивностью, синдромом Туретта и многими другими тяжелыми нарушениями деятельности механизма саморегуляции.


Натан Тандон и его коллеги с помощью имплантируемых в мозг электродов смогли контролировать силу воли пациента

«В мозге существует схема ингибирования (торможения) ответов на какие-либо раздражители, - рассказывает ведущий автор исследования доктор медицинских наук Натан Тандон (Nitin Tandon). - Мы смогли усилить действие этой тормозной системы с помощью стимуляции мозга».


Что это означает на простом, «житейском», уровне? Приведем простой пример: когда мы едим вкусную булочку, мы испытываем удовольствие. Однако, в определенный момент мы понимаем, что наелись или задумываемся о том, как тяжело будет «согнать» последствия этой булочки в спортзале. В этот момент активизируется определенный участок префронтальной коры головного мозга, и начинается торможение: в результате, пересиливая собственное желание, мы отказываемся от следующей булочки. К сожалению, не всегда механизм торможения срабатывает как надо: невероятно аппетитная еда с десятком вкусовых добавок, сигарета, бокал вина, обидные слова, рвущиеся с губ, жажда мести и неконтролируемая агрессия – все это результат нехватки самоконтроля. К сожалению, до сих пор нет надежных методов управления механизмом самоконтроля – его работа зависит от множества факторов, а в случае заболевания, восстановление работоспособности механизма является очень сложной задачей.

Однако, возможно, ученые нашли способ решить эту проблему. Они провели уникальный эксперимент по прямой электростимуляции префронтальной коры. Для этого была записана электрическая активность мозга добровольцев в процессе торможения, чтобы определить конкретные регионы мозга, отвечающие за этот процесс. Затем, данные участки мозга стимулировались электрическими импульсами, в результате чего наблюдалось искусственно созданное торможение, повышающее самоконтроль в «спорных» ситуациях.

К сожалению, у методики пока есть существенный недостаток: она требует прямой электрической стимуляции, то есть электроды надо поместить непосредственно в мозг пациента. Пока ученые решаются это делать только в отношении пациентов с тяжелой формой эпилепсии, которые и принимали участие в эксперименте. Тем не менее, теперь очевидно, что стимуляция префронтальной коры имеет большие перспективы, а значит исследования в данном направлении будут продолжены. Не исключено, что удастся добиться повышения уровня самоконтроля с помощью неинвазивной транскраниальной стимуляции, которая работает сквозь кости черепа и не требует хирургического вмешательства.


В будущем стимуляция префронтальной коры с целью увеличения самоконтроля может использоваться очень широко. Например без юмора будет восприниматься ситуация, когда смартфон будет контролировать импульсы, добавляющие силы воли человеку, который хочет избавиться от навязчивого желания проверить свой смартфон

Новая методика отличается от предыдущих похожих экспериментов тем, что не вызывает никаких побочных эффектов. Во всех предыдущих экспериментах электрические импульсы, как правило, нарушали те или иные функции мозга, но Натан Тандон и его коллеги смогли избежать этого и при этом повысить самоконтроль подопытного. Кроме того, стимуляция мозга за пределами префронтальной коры, не имела никакого эффекта, а значит электрические импульсы, обнаруженные учеными, являются специфическими именно для тормозной системы мозга.

По мнению Натана Тандона, прежде всего новая технология будет применяться для лечения болезней, но в будущем это может стать распространенной практикой снижения повседневной тяги ко множеству вещей, к которым современный человек питает нездоровое пристрастие.

donmigel_62: (кот - учёный)

Ученые выявили ген, который инициирует передачу сигналов в головном мозге

Американские ученые выявили ген LRP6, который инициирует передачу сигналов в головном мозге посредством синапсов, сообщается в их статье, опубликованной в научном журнале Cell Reports.

Для того чтобы найти искомый ген, ученым путем отсеивания пришлось искать среди почти 800 генов.

Ученые полагают, что найденный ими ген станет своего рода ключом к поиску других генов, в том числе тех, что провоцируют такие заболевания, как аутизм и шизофрения.

Астрономы построили новую карту теплового излучения галактической пыли

На основе данных с космической обсерватории Planck, запущенной Европейским космическим агентством (ESA) в мае 2009 года, была построена новая карта теплового излучения галактической пыли.

Данный результат востребован во всей астрофизике, поскольку все наблюдения ведутся «сквозь» эту пыль. Вследствие этого необходимо уметь учитывать ее вклад и очищать полученные данные от вклада пыли.

В то же время самой цитируемой статьей в астрофизике сейчас является старая карта теплового излучения галактической пыли, пояснил «Газете.Ru» ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ Сергей Попов.

Предполагается, что со временем новая карта, которая благодаря высокому угловому разрешению и работе на многих частотах является наиболее детальной, превзойдет предыдущую и по показателю цитируемости.

Ученые выяснили, что червоточины в пространстве-времени напрямую связаны с явлением квантовой запутанности

Червоточина в пространстве и времениЧервоточины в пространственно-временном континууме наверняка хорошо известны нашим читателям по научно-фантастическим произведениям, в которых они представляют собой прекрасный метод осуществления быстрых перемещений между различными частями Вселенной. Более того, понятие червоточин достаточно хорошо описано в пространственно-временной теории, где они называются мостами Эйнштейна-Розена, представляющими собой деформации пространственно-временного континуума. Но кроме червоточин в природе существует еще одно родственное явление, явление квантовой запутанности, и группа ученых-физиков из Вашингтонского университета и университета Стони-Греек в Нью-Йорке считает, что эти два явления, червоточины и квантовая запутанность, неразрывно связаны друг с другом.



Ученые выяснили, как существенно замедлить рост раковой опухоли мозга

Американские ученые выяснили, как существенно замедлить рост раковой опухоли мозга, сообщается в их статье, опубликованной в научном журнале Nature Neuroscience.

В частности, им удалось установить, что микроглия — специальный класс клеток, уничтожающих инфекционные агенты и разрушающими нервные клетки, рак уничтожает в первую очередь.

Опытным путем ученые определили, что противогрибковый препарат амфотерицин B восстанавливает микроглия, а те, в свою очередь, замедляют рост раковой опухоли в мозге.

Исследователи полагают, что их открытие поможет неизлечимо больным прожить гораздо дольше, чем они могли бы.

Ученые создали генетическую карту финиковой пальмы

Саудовско-китайская группа ученых создала генетическую карту финиковой пальмы, пишет The Arab Daily.

Сообщается, что для секвенирования ученым пришлось взять образцы изо всех 2 тыс. сортов финиковой пальмы, растущих по всему миру. Предполагается, что карта поможет в лечении заболеваний, поражающих пальмы.

Кроме того, ученые занимаются расшифровкой генома одногорбого верблюда дромадера.

Ген CUX1 напрямую связали с онкологическими заболеваниями

Британские ученые связали ген CUX1 с онкологическими заболеваниями, сообщается в их статье, опубликованной в научном журнале Nature Genetics.

В частности, они установили, что деактивация этого гена существенно увеличивает риск появления раковой опухоли.

Подобные выводы ученые смогли сделать, исследовав биологический материал, взятый у 7600 людей, болеющих раком.

По мнению исследователей, деактивация CUX1 является причиной появления рака примерно у 1% людей во всем мире.

Разнообразие обонятельных рецепторов влияет на восприятие запахов людьми

Разнообразие обонятельных рецепторов влияет на восприятие запахов людьми, выяснили американские ученые, статья которых опубликована в научном журнале Nature Neuroscience.

В частности, им удалось установить, что у каждого из людей обонятельные рецепторы отличаются как минимум на 30%.

Кроме того, исследователи установили, что у людей присутствует около 400 рецепторных белков, алгоритм активации которых и заставляет людей чувствовать запахи.

В то же время известно 511 рецепторных белков. При этом для каждого из белков последовательность аминокислот может существенно отличаться.

Спутники RBSP нашли новые подтверждения тому, что Земля действует как гигантский ускоритель частиц



Спутники RBSPБлагодаря запуску спутников-близнецов RBSP (Radiation Belt Storm Probes), которые НАСА отправило в космос в 2012 году, люди узнали много нового о магнитном поле Земли, о его характеристиках и поведении. Детальное изучение радиационных поясов Ван Аллена, что является основной задачей спутников RBSP, уже привело к нескольким открытиям, самым важным из которых является открытее наличия в окружающем Землю космическом пространстве огромного и чрезвычайно мощного ускорителя частиц естественного происхождения. В зависимости от текущего состоянии поясов Ван Аллена этот ускоритель может разгонять частицы почти до скорости света буквально на нескольких сотнях метров дистанции, а при других условиях такой же разгон может произойти на дистанции в сотни тысяч километров. И новые данные, собранные инструментами на борту спутников RBSP, позволили ученым найти ответ на вопрос о причинах такого нестабильного поведения.

ВМС США впервые запустили беспилотник из-под воды


Этапы запуска XFC UAS Фото: NRL.
Этапы запуска XFC UAS Фото: NRL.

Научно-исследовательская лаборатория ВМС США (NRL) впервые произвела запуск беспилотного летательного аппарата XFC UAS (eXperimental Fuel Cell Unmanned Aerial System, экспериментальная беспилотная воздушная система на топливных элементах) с борта подводной лодки из-под воды. Согласно сообщению NRL, запуск беспилотника был полностью успешным. После взлета аппарат пробыл в воздухе несколько часов, а затем приземлился на базе ВМС США в Андросе на Багамах.

Запуск беспилотника был произведен с атомной подводной лодки «Провиденс» типа «Лос-Анджелес». Для запуска использовался специально разработанный контейнер Sea Robin, умещающийся в пусковом контейнере крылатых ракет Tomahawk.

Контейнер был выпущен при помощи стандартного торпедного аппарата калибра 533 миллиметра. После запуска Sea Robin всплыл и осуществил вертикальный запуск беспилотника.

особенностью нового беспилотного аппарата стало использование на нем только энергии от топливных элементов, благодаря которым он может находиться в воздухе до шести часов.

Контейнер Sea Robin и сам беспилотник со складным крылом были разработаны лабораторией совместно с компанией SwampWorks, Научно-исследовательским управлением ВМС США (ONR) и Управлением технологий быстрого реагирования министерства обороны (DoD/RRTO). На создание системы ушло чуть менее шести лет.

Космический телескоп Hubble обнаружил пять планет, в атмосферах которых найдены четкие признаки наличия воды

ПланетаУченые-астрономы, использующие возможности, предоставляемые оборудованием космического телескопа Hubble, разработали новую методику измерений, позволяющую им с достаточно высокой точностью выделять и исследовать планеты, на которых есть вода и на которых может существовать жизнь. И эта методика тут же принесла первые результаты, которыми стало обнаружение сразу пяти подобных Юпитеру планет, в атмосферах которых присутствуют четкие признаки наличия воды. А дальнейшие измерения, проведенные в инфракрасном диапазоне света группой ученых из университета Мэриленда, позволили более точно определить природу атмосфер этих планет. http://www.slashgear.com/hubble-spots-five-water-likely-planets-03307415/




donmigel_62: (кот - учёный)

Женский мозг отличается от мужского структурой внутренних связей

Когнитивно-поведенческие различия мужчин и женщин можно объяснить тем, что у них по-разному устроены внутримозговые соединения: у женщин преимущество отдано межполушарным связям, а у мужчин — внутриполушарным.

Споры о том, отличается ли мужской мозг от женского, ведутся очень давно, но теперь, видимо, им может настать конец. Исследователи из Медицинской школы Пенсильванского университета (США) со всей определённостью сообщают в PNAS: да, структурные половые различия в человеческом мозге действительно имеют место быть.

Исследования такого рода, разумеется, уже проводились, и какие-то сведения о разнице между мозгом женским и мужским в науке постепенно накапливались. Однако представительной работы, в которой участвовало бы много добровольцев и где анализировались бы нервные соединения в масштабах всего мозга, до сих пор не было — и как раз такое исследование выполнили Раджини Верма (Ragini Verma) и её коллеги.

Характер внутримозговых связей у мужчин (сверху) и у женщин (снизу) (иллюстрация Ragini Verma / Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania).

В исследовании участвовали 949 молодых людей обоего пола в возрасте от 8 до 22 лет. Их мозг исследовался с помощью разновидности МРТ, называемой диффузионной тензорной визуализацией (ДТВ); с её помощью можно следить за диффузией молекул воды вдоль миелиновой оболочки нервов, и по движению воды определять, что, с чем и как в мозге соединено. А от мощности соединений между мозговыми центрами, понятно, зависит эффективность обмена данными, обработка тех или иных блоков информации и т. д.


Выяснилось, что у женщин плотность соединений выше в так называемой зоне мозжечкового намёта, куда входит область межполушарных контактов. То есть у женщин, грубо говоря, полушария были соединены «лучше», чем у мужчин. С другой стороны, у мужчин оказались более мощными проводящие пути внутри каждого полушария. Но это что касается большого мозга; на уровне мозжечка, у которого тоже есть полушария, ситуация у мужчин и женщин обратная: у мужчин лучше соединены сами полушария, у женщин — центры внутри полушарий мозжечка. Любопытно, что эти различия начинали проявляться с возрастом: у детей до 13 лет они были не так заметны, но становились более выраженными по мере взросления.

Из полученных данных можно заключить, что у мужчин, например, лучше обстоят дела с координацией, когда нужно быстро корректировать собственные движения в соответствии с получаемой сенсорной информацией. (И тут многие могли бы подумать, что женщинам следовало бы запретить садиться за руль автомобиля на нейробиологических, так сказать, основаниях.) У женщин же, с их мощными связями между «главными» полушариями, должны лучше обстоять дела с взаимодействием аналитики и интуиции. (А вот с этим многие явно не согласились бы.)

Тем не менее результаты вполне согласуются с когнитивно-поведенческими экспериментами, согласно которым женщины лучше управляют вниманием, лучше запоминают слова и лица, лучше ориентируются в группе, то есть проявляют хорошие социальные навыки. Мужчины же в соответствующих тестах выигрывают в сенсомоторных заданиях и в умении ориентироваться в пространстве. И такие когнитивно-поведенческие различия проявляются как раз к 12–14 годам — когда начинают возникать специфика в структуре проводящих путей мозга.

Всё это, наверное, можно обосновать с точки зрения эволюции, однако более интересным кажется вопрос, насколько неизменны эти различия. Ведь мозг — не жёстко детерминированная структура, он может меняться в течение жизни, он адаптируется к условиям среды, к жизненному опыту, к задачам, которые ему приходится решать, и примеров такой адаптации множество.

То есть было бы интересно проверить, возможно ли превращение мужского мозга в женский и обратно с точки зрения его внутренних связей, и что нужно сделать для такого превращения.

Подготовлено по материалам Медицинской школы Пенсильванского университета. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

donmigel_62: (кот - учёный)

Разработана самая сложная на сегодня модель мозга

ПО, конечно, не учитывает множества процессов, протекающих в мозге, но тем не менее система из 35 тыс. «клеток» позволяет изучать интеллект.

Умирающие клетки играют весьма скромную роль в ухудшении работы мозга, сопровождающем старение. Таков результат испытаний первой компьютерной модели деятельности мозга, которая справляется с тестами почти на уровне университетских студентов. Модель создана для изучения того, как возраст сказывается на мозге и поведении. Не исключено, в будущем на ней можно будет тестировать лекарства, компенсирующие снижение когнитивных способностей.

Фотозарисовка на тему мозга в старости (фото Ben Broomhall).

Психологам давно известно, что с возрастом интеллект теряет гибкость: ухудшается способность решать новые задачи. Точные причины этого процесса неясны, ведь с нами происходит множество изменений: нейроны умирают, уменьшается количество связей между областями и отдельными клетками мозга, сознательные представления становятся менее отчётливыми и пр.


И тут на сцене появляются Крис Элиасмит, нейробиолог-теоретик из Университета Ватерлоо (Канада), и его ученик Даниэль Расмуссен. Они взяли компьютер и смоделировали поведение примерно 35 тыс. клеток мозга, соединённых между собой биологически реалистичным образом.

Подобно реальному мозгу, модель кодирует информацию в виде шаблона электрической активности определённого набора клеток. Исследователи настроили систему для решения широко применяемого теста Равена, основанного на предсказании следующего абстрактного символа. Модель ищет закономерность в данной последовательности, а затем выдаёт прогноз. Авторы подчёркивают, что они ничего не закладывают в модель: программа всё анализирует и ищет сама. Тем не менее количество правильных ответов составляет в среднем 18,4 из 36.

Для сравнения: результат среднего студента университета — примерно 22. Даже в том случае, когда модель ошибается, она делает это очень по-человечески. «Полагаю, перед нами первая биофизически реалистичная модель, способная решать тест на гибкость интеллекта», — говорит г-н Элиасмит.

Доказав, что программа «думает» так же, как человек, исследователи смоделировали гибель клеток головного мозга в процессе старения, то есть случайным образом отключили около 20% «клеток». Как выяснилось, разницы не было почти никакой. Между тем с возрастом мы обычно теряем примерно 10% клеток головного мозга, и те, кому за шестьдесят, правильно решают в среднем на восемь заданий теста Равена меньше, чем тогда, когда им было до тридцати.

Однако, даже потеряв 20% мощности, модель стала допускать всего на одну–две ошибки больше. Вероятно, ухудшение когнитивных способностей вызывается чем-то другим, рассуждают авторы.

Естественно, несмотря на всю свою сложность, модель всё ещё намного проще реального мозга.

Результаты исследования опубликованы в журнале Intelligence.

Подготовлено по материалам NewScientist.

donmigel_62: (кот - учёный)

Страх и фобии передаются на генном уровне


Поведение может зависеть от событий в предыдущих поколениях, которые были переданы через генетическую память, позволяют предположить исследования на животных.

Эксперименты показали, что травматические события могут повлиять на ДНК в сперме и изменить поведение последующих поколений. Исследование Nature Neuroscience демонстрирует мышей, обученных с помощью электрических разрядов избегать определенный запах и передавших свое неприятие внукам.

По словам экспертов, результаты важны для исследований фобий и тревог. Животные были «обучены» бояться запаха вишни. Затем команда Университета Эмори в Атланте, США, присмотрелась к тому, что происходило внутри сперматозоидов. Они показали, что  участок ДНК, отвечающий за чувствительность к аромату вишни, стал более активным. Оба мышиных потомства и их потомки начинали дрожать, почувствовав запах вишни, благодаря чему избегали этот аромат, несмотря на то, что ни разу в жизни его не испытывали.

Behavioral sensitivity to odor is specific to the paternally conditioned odor.



Также были обнаружены изменения в структуре мозга. "Опыт родителей, даже до зачатия, заметно влияет на структуру и функции нервной системы последующих поколений", сделан вывод в докладе. Полученные результаты свидетельствуют о трансгенерационной эпигенетической наследственности - окружающая среда может повлиять на генетику индивида, а сами изменения могут быть переданы потомству.
                                           Behavioral sensitivity and neuroanatomical changes are inherited in F2 and IVF-derived generations.      Behavioral sensitivity and neuroanatomical changes persist after cross-fostering.

Профессор Маркус Пембрей из Университетского колледжа в Лондоне заявил, что сделанные выводы имеют весьма важное значение для исследования фобий, тревог и посттравматических стрессовых расстройств при условии наличия убедительных доказательств, что одна из форм памяти может быть передана между поколениями.

http://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/full/nn.3594.html

donmigel_62: (кот - учёный)

Одобрен имплантат для контроля мозга (видео)


В США одобрен к клиническому использованию имплантат, управляющий электрической активностью мозга. Пока подобные имплантаты будут применяться для лечения нервных болезней, но в будущем такие приборы могут использоваться намного шире.

В последние годы электроды, помещенные в мозг, использовались в качестве экспериментального лечения патологического дрожания конечностей при болезни Паркинсона, а также в нейроинтерфейсах, которые помогают парализованным людям управлять роботизированными манипуляторами. Новый имплантат, одобренный Комиссией по контролю за лекарствами и питательными веществами (FDA), предназначен для пациентов, страдающих от эпилептических припадков.

Это первый имплантат, который способен анализировать деятельность мозга и, в случае обнаружения аномалий, корректировать ее направленными электрическими импульсами.


Эпилепсия вызвана хаотической электрической активностью мозга, которая приводит к временной потере сознания и приступам мышечных судорог продолжительностью 1–2 минуты.

skull.jpg Рис. 1. Имплантат NeuroPace, автоматически управляющий электрической активностью определенного участка мозга, пока имеет довольно большие размеры и его использование связано с риском инфицирования.

Новый нейростимулятор NeuroPace имплантируется внутрь черепа и соединяется с помощью микроэлектродов со «сбоящими» участками мозга, которые являются причиной эпилептических приступов. NeuroPace отслеживает электрическую активность в данных регионах и автоматически посылает незаметные для пациента электрические импульсы, «гасящие» эпилептические нарушения в картинке электрической активности мозга.

Подобная техника, названная стимуляция блуждающего нерва, уже использовалась ранее, но NeuroPace – это первое имплантируемое устройство, которое отслеживает и автоматически вмешивается в деятельность мозга.




NeuroPace не может полностью избавить от эпилептических судорог, но существенно их облегчает. Исследования FDA показали, что у 29% пациентов наблюдалось снижение интенсивности припадков на 50% после трех месяцев использования NeuroPace. Через 2 года использования уже 55% пользователей отмечали снижение тяжести приступов на 50% или более.

Хотя нейростимулятор и не лечит основную болезнь, но смягчение симптомов очень важно для повышения качества жизни при многих нервных заболеваниях.

В частности от эпилепсии страдают 65 миллионов человек по всему миру. К сожалению, до сих пор об этой болезни известно мало, обычно диагноз «эпилепсия» ставится, если человек переживает 2 или более эпилептических припадков в год. Однако первоначальная причина заболевания обычно остается неясной. Иногда больным эпилепсией помогает смена диеты или лекарственная терапия. Если ничего не помогает, а припадки очень тяжелее и частые, то проводится довольно опасная операция по нейтрализации «сбоящего» участка мозга. Но иногда этот участок находится в регионе мозга, имеющем важное значение для нормальной жизни. В таких случаях должен помочь имплантат NeuroPace.

В будущем подобные имплантаты могут использоваться не только для лечения эпилепсии, но и, например, для контроля различных эмоциональных состояний. Устройства, способные менять рисунок электрической активности мозга, потенциально могут снимать агрессию, поднимать настроение, гасить боль или излишнее эмоциональное возбуждение. Есть где развернуть фантазию и любителям всяческих теорий заговоров, ведь наконец-то появились чипы, управляющие мозгом.

http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/top/index_science.shtml?2013/12/02/551800
donmigel_62: (кот - учёный)
Оригинал взят у [livejournal.com profile] postnauka в ScienceHub #08: Нейроинтерфейсы
Психофизиолог Александр Каплан о расшифровке активности мозга, его содержании и взаимодействии между мозгом и внешним устройством
donmigel_62: (кот - учёный)

Memento: где хранятся воспоминания и можно ли их редактировать

Наша жизнь — по большей части то, что мы о ней помним, но многие процессы, связанные с памятью, все еще остаются загадкой для нейрофизиологов. T&P объясняют, какой след оставляют события в нашем мозгу, можно ли удалять, редактировать и восстанавливать воспоминания, и почему забыть таблицу умножения легче, чем разучиться плавать.



Знания и навыки запоминаются по-разному

Многие из нас замечали, что забыть решение квадратного уравнения сравнительно легко, а вот разучиться плавать или ездить на велосипеде практически невозможно. Это связано с тем, что теоретическое знание и практические навыки хранятся в памяти по-разному. Процедурная память, связанная с запоминанием действий, использует более древние участки мозга, отвечающие за координацию, реакцию на визуальные раздражители (когда мы, например, видим преграду и объезжаем ее) и автоматические моторные рефлексы. Когда мы осваиваем новый навык, разные отделы мозга работают в команде: предфронтальная кора управляет постановкой задач и их распределением, базальное ядро запоминает модели интерактивного взаимодействия и помогает оперативно реагировать на визуальную информацию, а мозжечок отвечает за более тонкую координацию моторных действий. В результате они формируют очень сложную и устойчивую систему, которая позволяет крепко запоминать полученные навыки. Процедурная память развивалась сотни миллионов лет и существует у всех животных.

А за абстрактные знания, вроде правил решения квадратных уравнений, отвечает декларативная память, которую контролирует только один участок — кора головного мозга. Поэтому абстрактные воспоминания меньше «закреплены» и быстрее стираются, если их не использовать регулярно. Этот вид памяти — относительно новый и знаком только приматам.


Судьба нейрона зависит от эмоций

Пока что основная гипотеза работы долгосрочной памяти такова: воспоминания сохраняются в гиппокампе — трехслойном участке, расположенном в глубине височных долей мозга и являющемся частью лимбической системы. Это один из двух участков мозга, где новые нейроны возникают в течение взрослой жизни (второй — обонятельная луковица). Нейроны образуются в субгранулярной зоне, откуда клетки впоследствии мигрируют на короткие дистанции, чтобы закрепиться в слое гранулярных клеток.


Если с вами произошло какое-то значимое событие, эта часть памяти сохраняется в новом нейроне. Но из всех новых нейронов, образовавшихся в гранулярном слое, 98% умрут естественным путем в срок от нескольких месяцев до года. Они могут выжить (и заключенные в них воспоминания сохранятся как долгосрочная память), только если человек будет периодически возвращаться к этому воспоминанию в течение данного периода.

Обычно «выживают» воспоминания, имеющие аффективную нагрузку — они возвращаются, как только вы переживаете что-то, что ассоциируется с прошлым событием, оставившим яркий эмоциональный след. Мозг все время дополняет «рабочую память» с связанными событиями из прошлого, поэтому память часто работает по свободной ассоциации.


Ученым удалось «поймать» в мозгу конкретное воспоминание

Наука до сих пор не может однозначно ответить на вопрос, фокусируются ли воспоминания точечно в конкретных нейронах или распределяются по разным участкам мозга. Гипотеза распределения гласит, что каждое воспоминание сохраняется с помощью тысячи синапсов и нейронов, а каждый синапс или нейрон вовлечен в тысячи воспоминаний. Так что если один нейрон гибнет, остаются сотни других, отвечающих за сохранение того же воспоминания — но в то же время с исчезновением каждого нейрона тысячи воспоминаний немного блекнут. При этом не существует такого критического числа нейронов, гибель которых вызывает стирание воспоминания.

Но, согласно другой теории, каждое воспоминание оставляет в мозге вполне конкретный след — энграмму. И если отследить эту энграмму, теоретически можно ее удалить или изменить. Доказательства этой гипотезы недавно представил нобелевский лауреат Сусуму Тонегава, профессор Института Пиковера обучения и памяти при MIT. Тонегава и его коллеги из института показали, что им удалось обнаружить клетки, которые отвечают за часть энграммы определенного воспоминания и активировать их, используя технологию оптогенетики — методику изучения нервных клеток с помощью световых импульсов. Ученым удалось реактивировать энграмму в новых условиях и с помощью этого вживить ложное воспоминание в мозг мыши.

Исследователи вначале поместили мышей в незнакомую им клетку А, после того как они к ней привыкли, их клетки памяти были помечены каналродопсином — чувствительным белком, который в ответ на облучение синим светом может пропускать ионы внутрь клетки и таким образом позволяет точечно стимулировать участки мозга. На следующий день мышей поместили в новую клетку Б, не похожую на А. Через некоторое время мышей ударили средним разрядом электрошока. В то же время ученые использовали свет, чтобы активировать клетки, кодировавшие воспоминания о комнате А. На третий день мышей опять поместили в клетку А, где они застыли в страхе, ожидая удара током. Ложные воспоминания прижились: грызуны ассоциировали разряд, полученный в комнате Б, с комнатой А.

Впрочем, внедрять ложные воспоминания можно и без изощренного хирургического вмешательства: американский психолог Элизабет Лофтус провела эксперимент, в котором участникам, бывавшим в Диснейленде, показывали фото парка, на котором один из посетителей обменивался рукопожатием с кроликом Багзом Банни. После этого где-то треть респондентов вспомнили, что они тоже встречали Багза Банни в Диснейленде — хотя это было невозможно, потому что это персонаж не диснеевского мира, а вселенной Warner Brothers.


Неприятный опыт можно редактировать

Можно изменять и уже существующие воспоминания — этот метод помогает лечить фобии, посттравматический стресс и другие синдромы, связанные с повышенной тревожностью. Правда, пока это прерогатива психологов, а не нейрофизиологов. Один из самых перспективных методов «перезаписи» разработали гарвардский профессор Роджер Питман и профессор психиатрии Университета Макгилла Ален Брюне. Он выглядит так: вначале специалисты стимулируют воспоминание, побуждая человека вновь испытать эмоции, которые он ощутил когда-то в момент травматического переживания. Человек предварительно записывает свои неприятные переживания из прошлого и перечитывает их перед каждым психотерапевтическим сеансом, предварительно приняв пропранолол — лекарство от гипертонии, подавляющее частое сердцебиение, потливость и другие симптомы страха. В результате прежнее травматичное воспоминание перестает ассоциироваться с неприятными ощущениями.


Обсессия помогает развить суперпамять

Для невероятно острой памяти на события собственной жизни существует отдельный термин — «гипертимезия». Правда, тут имеются в виду не абстрактные мнемонические способности, а именно автобиографическая память — попытки заставить гипертиметика выучить наизусть словарь Брокгауза и Эфрона вряд ли увенчаются успехом, а вот гардероб гостей и плейлист на своем шестнадцатилетии он вспомнит в подробностях.

Первый зафиксированный официальной медициной случай гипермнезии произошел относительно недавно — в 2000 году бродвейская актриса Марилу Хеннер написала нейрофизиологу Калифорнийского университета в Ирвайне Джеймсу МакГафу, утверждая, что все автобиографические воспоминания хранятся в ее голове как картинки на DVD. Она могла запоминать тысячи лиц и в деталях помнила каждый день своей жизни начиная с 11 лет. Проведенные МакГафом и его коллегами исследования подтвердили ее необычные способности, которые оказались весьма редкими — с тех пор было обнаружено всего 20 человек с подобным синдромом «суперпамяти».

Магнитно-резонансная томография показала, что невероятно острая память Марилу может быть связана с особенностями мозга: височная доля и хвостатое ядро увеличены в размерах, что характерно для людей с обсессивно-компульсивным расстройством. И, действительно, в поведении Марилу наблюдались некоторые признаки ОКР: она стремилась к тому, чтобы в ее жизни все было упорядочено, в том числе и события прошлого.

Со стороны такая способность выглядит как невероятный дар, но стоит учитывать и ее оборотную сторону: люди с гипертимезией не только ярко помнят лучшие моменты своей жизни, но и не могут забыть ни одного плохого события, которое с ними произошло.


Мы лучше запоминаем незаконченые действия

Это явление называется «эффектом Зейгарник» по имени советского психолога Блюмы Зейгарник, ученицы Курта Левина. Согласно «теории поля» Левина, воспоминания живут дольше, если сохранить некую энергетическую напряженность, возникающую в начале любого действия. Это можно сделать, не дав действию завершиться. Левин проводил эксперименты с детьми, где ребят прерывали в середине творческого процесса и предлагали им заняться чем-то другим. Но неоконченное дело причиняло детям беспокойство, и при первой возможности они старались его завершить.

Зейгарник продолжила исследовать этот феномен и провела еще ряд экспериментов, подтвердивших, что невыполненные задачи создают определенное напряжение в человеческой памяти — другими словами, незавершенные гештальты. Оказалось, что в среднем участники вспоминали незавершенные действия на 90% лучше, чем завершенные. Зейгарник пришла к выводу, что эта особенность связана с мотивацией — люди с психическими расстройствами, затрагивающими мотивационную сферу, не проявляли подобного внимания к незаконченным действиям.

Д. Варламова.

donmigel_62: (кот - учёный)
«Мы — это наш мозг»: *Дик Свааб об открытиях в нейронауке, природе гомосексуальности и неосознанном выборе*

«Мы — это наш мозг»: Дик Свааб об открытиях в нейронауке, природе гомосексуальности и неосознанном выборе

«Мы — это наш мозг» — название новой книги всемирно известного нейробиолога Дика Свааба, которую совместно с «Издательством Ивана Лимбаха» он представит русскоязычным читателям 28 ноября в образовательном пространстве DI Telegraph. В преддверии встречи T&P выяснили у ученого, какие значимые открытия произошли в нейронауке в последнее время, почему сексуальную ориентацию не выбирают, куда смотреть молодым ученым и что не так с рациональностью.

— Назовите наиболее заметные открытия в нейронауке за последнее время. В чем их важность?

— Доказано, что глубокая стимуляция головного мозга приводит к смягчению симптомов болезни Паркинсона, и теперь эта практика успешно применяется для лечения других нарушений мозговой деятельности. Группе ученых удалось добиться впечатляющего результата в лечении тридцативосьмилетнего пациента с апаллическим синдромом, приобретенным за 6 лет до начала этой стадии лечения в автокатастрофе. Открытие произошло после того, как стимулирующие электроды были размещены на обеих сторонах таламуса, области в центре головного мозга, отвечающей за получение сенсорной информации. В течение сорока восьми часов после стимуляции пациент после пробуждения повернул голову в сторону человека, назвавшего его имя. В результате 4 месяцев электрической стимуляции у него стала восстанавливаться речь, он снова научился есть, пить и расчесывать волосы.

«Все доказательства указывают на то, что наша половая принадлежность и ориентация детерминируются еще до рождения»

Глубинные электроды недавно начали применять для лечения синдрома навязчивых состояний, психического расстройства, при котором пациент повторяет определенные действия как навязчивый ритуал, например, моет руки по сто раз в день или вырывает себе волосы. Учитывая, что глубокая стимуляция мозга хорошо зарекомендовала себя в экспериментах по улучшению памяти, современные исследования в этой области направлены на поиск способов использования этого вида терапии для лечения пациентов с нарушениями памяти.

— Что-нибудь еще интересное?


— Еще в человеческом мозге обнаружены структурные и функциональные девиации, связанные с половой самоидентификацией (ощущение самого себя в качестве мужчины или женщины) и сексуальной ориентацией (гетеро-, гомосексуальность). Было установлено, что у транссексуалов половые отличия отражены в соответствующих отделах мозга в измененном виде. Все доказательства указывают на то, что наша половая принадлежность и ориентация детерминируются еще до рождения. Научной базы, подкрепляющей предположение о том, что гомосексуальность — это выбор, попросту не существует.

Также появились многообещающие разработки в области нейро-компьютерных интерфейсов (или нейропротезов), которые даруют надежду на будущее исцеление слепым и паралитикам. Вне всяких сомнений, наиболее осязаемых успехов добились разработчики кохлеарных протезов, призванных помочь слабослышащим пациентам с расстройством внутреннего уха. Миллионы людей в мире лишены зрения из–за того, что светочувствительные клетки в сетчатке их глаз (фоторецепторы) были разрушены. С помощью зрительного нейропротеза визуальная информация будет посылаться с крошечной камеры, установленной на специальных очках, в миниатюрный ресивер, расположенный в зрительном центре головного мозга.

Впечатляющих результатов удалось добиться в случае с двадцатипятилетним Мэттью Нэглом, который был полностью парализован после удара ножом в шею. Плата величиной 4 на 4 миллиметра в 96 электродов, установленная в моторном кортексе Мэттью, при подключении к компьютеру, сумела успешно смоделировать специализированный интерфейс управления, подпитываемый нейронами моторного кортекса пациента. Он смог воспользоваться компьютером спустя всего пару минут после подключения, двигая курсор на экране силой воображения. Впоследствии он смог нарисовать на экране круг, прочитать электронную почту, поиграть в компьютерную игру и даже пошевелить протезом руки (сжать-разжать кулак).

—Какая современная научная проблема волнует вас больше других?

— Больше всего меня интересуют научные наблюдения за человеческим мозгом и моделями поведения, имеющими особое социальное значение, как например развитие мозга ребенка в утробе в условиях постоянного недоедания матери (например, в Африке) или под воздействием вредных химических соединений (при потреблении алкоголя, курении, приеме лекарств во время беременности, а также при неблагоприятной экологической обстановке). Это может повлечь за собой дефицит научения, поведенческие расстройства и психические отклонения в более позднем возрасте.

В тюрьмах по всему миру содержат огромное количество психиатрических и неврологических больных. Их наказывают, но не лечат. Лечение, образование и получение полезных профессиональных навыков должны получать более широкое распространение в пенитенциарной системе, чтобы такие заключенные не возвращались в преступный мир после выхода из тюрьмы. В большинстве исправительных учреждений заключенные делятся друг с другом только преступным опытом, в результате чего многие возвращаются к криминальной жизни и на воле.

«Плод осознанного мыслительного процесса ни в коем случае нельзя считать продуктом заведомо более высокого качества, чем неосознанный выбор»

— Какую специализацию вы посоветовали бы выбрать молодому ученому, занимающемуся нейронауками?

— Молекулярно-биологические исследования человеческого мозга после смерти и усовершенствованные современные технологии обработки и визуализации данных о мозге живом являются важнейшими источниками новой информации. В ближайшее время эти два способа изучения мозга станут основой общего нового направления — «молекулярной диагностики». У этого направления огромный потенциал, поэтому я советую молодым ученым освоить оба этих способа уже сейчас.

— По-вашему любой феномен можно объяснить с точки зрения науки? Есть ли границы применения у современных научных методов?

— В конечном итоге — да. Концепция альтернативного (ненаучного) объяснения научных явлений содержит в себе очевидное логическое противоречие. Что касается границ, то, конечно, технические ограничения всегда присутствуют, но и технический прогресс не стоит на месте.

— Каковы ваши взгляды на концепции сознания? Что вы думаете о теориях эмерджентизма и дуализма?

— Результаты нейронаучных исследований создали сильную базу для подтверждения теории монизма. У дуализма нет будущего. Процесс формирования сознания не включает в себя ничего, кроме структуры мозга и функций нейронов. В принципе, понятие сознания можно сузить до эмерджентной характеристики, сгенерированной совместной работой определенных областей огромной нейронной сети нашего мозга. Клетки мозга и отдельные зоны имеют свои собственные функции, но их взаимосвязь наделяет их совместной «эмерджентной» функцией. Также, наличие у человека сознания напрямую зависит от передачи информации из префронтального и париетального кортексов в кору больших полушарий. Один из таких информационных потоков проходит через таламус. Селективное внимание тоже играет важную роль для понимания феномена сознания. Оно возникает по причине того, что лишь часть воспринимаемых нами объектов подвергается рекуррентной обработке, из–за этого мы отдаем себе отчет лишь в тех стимулах, на которых сфокусировано наше внимание, полностью игнорируя остальные.

Три книги о нейронауке, которые советует Дик Свааб

Стоит заметить, однако, что большая часть работы нашего мозга происходит на бессознательном уровне, и он способен в бессознательном режиме прекрасно выполнять такие задачи, которые обычно рассматриваются как сугубо рациональные. Мы постоянно подвергаемся информационной бомбардировке и бессознательно используем селективное внимание, чтобы выделить то, что для нас важно. Многие из наших решений действительно принимаются «за долю секунды», «инстинктивно», или же на базе «интуиции», «внутреннего чувства», без глубокой сознательной обработки. Мы «выбираем» себе партнера, влюбляясь «с первого взгляда». Как и современные самолеты, летающие и приземляющиеся на автопилоте, без участия капитана, наш мозг может прекрасно функционировать без сознательного мышления.

Безусловно, мозг нужно обучить работать таким образом. Только путем беспрестанного наполнения бессознательной части разума гигантскими объемами информации, специалист по оценке произведений искусства приходит к тому, чтобы мгновенно распознавать, «ощущать» подделку. Также и врач должен принять огромное количество пациентов, прежде чем он сможет разработать «медицинский взгляд», позволяющий поставить диагноз еще до того, как пациент зашел к нему в кабинет. Компьютерная томография помогла нам удостовериться в том, что для ведения осознанного мыслительного процесса и для принятия интуитивных решений используются разные нейронные связи. Плод осознанного мыслительного процесса ни в коем случае нельзя считать продуктом заведомо более высокого качества, чем неосознанный выбор. Иногда рациональное мышление мешает принять правильное решение.

donmigel_62: (кот - учёный)

Ученые создали подробную модель нейрона и изготовили ее с помощью технологий трехмерной печати

Модель нейрона


Группа ученых-нейробиологов из Йельского Центра технических новшеств и дизайна (Yale Center for Engineering Innovation and Design, CEID), возглавляемая профессором Гордоном Шепэрдом (Gordon Shepherd) создала одну из самых подробных на сегодняшней день моделей нервной клетки - нейрона, и изготовила эту модель с помощью технологий трехмерной печати. "Эти "микросхемы", из которых состоит мозг, имеют крайне сложное трехмерное строение, которое невозможно себе представить, глядя на обычные двухмерные изображения" - рассказывает профессор Шепэрд, - "Модель нейрона позволяет нам взглянуть на нейрон, на его структуру и функции совершенно по-новому".

"Необычайно сложную и на первый взгляд случайную геометрию строения нейрона, с его клеточным телом, отростками-дендритами и длинными волокнами синапсов практически невозможно изготовить с помощью обычных методов моделирования" - рассказывает Джозеф Зинтер (Joseph Zinter), заместитель директора центра CEID, - "Но трехмерные принтеры могут с легкостью воспроизводить столь сложные формы, они являются идеальным решением для реализации проектов подобного рода".


Исследовательская группа из лаборатории, которой заведует профессор Шепэрд, подготовила трехмерные цифровые изображения нейрона, используя множество снимков клеток головного мозга животного-грызуна. Эти изображения были транслированы в последовательность команд для трехмерных принтеров, в результате которых была создана относительно большая, высотой 11 сантиметров, и шириной 12 сантиметров точная копия обонятельного нейрона животного-грызуна. Для сравнения стоит заметить, что созданная пластмассовая модель в тысячи раз превосходит по размерам реальные нейроны, которые можно увидеть в мозге животных.

"Мы рассматривали созданную модель и сравнивали ее с экспериментальными данными. Благодаря работе наших специалистов, модель совершенно ничем, кроме размеров, не отличается от реального нейрона" - рассказывает профессор Шепэрд, - Возможность взглянуть на структуру нервной клетки в таком ракурсе стала неожиданностью для многих людей, когда я впервые извлек ее из коробки, в аудитории воцарилась продолжительная "ошеломленная" тишина".

Созданная модель нейрона является только первой частью всего, что задумал создать с помощью трехмерного принтера профессор Шепэрд. Следующими моделями, которые уже наметили создать ученые, станут модели, состоящие из нескольких нейронов и нервных связей, синапсов, которые будут соединять эти нейроны. После этого ученые планируют создать модели сложных и запутанных нейронных сетей, которые могут стать неотъемлемой частью проведения будущих исследований в области нейробиологии и весьма наглядным обучающим пособием.
http://www.kurzweilai.net/first-3d-printed-model-of-a-neuron
donmigel_62: (кот - учёный)

Вирус, встроившийся в геном наших предков, влияет на работу мозга


Ретровирус, некогда встроивший свой геном в 22-юхромосому древнего гоминида

Ретровирус, некогда встроивший свой геном в 22-ю хромосому древнего гоминида, изменил систему генной регуляции и повлиял на работу мозга наших предков. Изображение с сайта www.fmnetnews.com

Российские ученые показали, что один из 133 эндогенных ретровирусов, встроившихся в наш геном после разделения эволюционных линий человека и шимпанзе, подвергся «молекулярному одомашниванию» и теперь функционирует в качестве регуляторного элемента, управляющего работой гена PRODH в некоторых отделах мозга (в первую очередь в гиппокампе). Ген PRODH участвует в синтезе нейромедиаторов, а его важность для работы мозга подтверждается тем, что мутации в нем влияют на риск развития шизофрении. Ретровирус содержит в себе два участка, к которым прикрепляется регуляторный белок SOX2, что приводит к увеличению активности PRODH в мозге. Вся совокупность полученных данных говорит о том, что данная ретровирусная вставка сыграла какую-то роль в эволюции человеческого мозга.

Встроившиеся ретровирусные геномы (эндогенные ретровирусы, ЭРВ) в большом количестве присутствуют в геномах животных. У человека таких вирусных вставок найдено около ста тысяч. Вместе они составляют 5-8% человеческого генома (Belshaw et al., 2004. Long-term reinfection of the human genome by endogenous retroviruses). Как и другие мобильные генетические элементы, ЭРВ нередко подвергаются «молекулярному одомашниванию», то есть становятся полезной частью хозяйского генома. Дело в том, что в них имеются готовые к использованию регуляторные элементы — промоторы и энхансеры (см. enhancer), влияющие на активность близлежащих генов. Поэтому каждое перемещение транспозона или вставка нового ЭРВ может изменить регуляцию экспрессии того или иного хозяйского гена. Если изменение окажется полезным, отбор поддержит данную вставку, и ЭРВ из «эгоистического» элемента превратится в полезный кусочек генома хозяина (см. ссылки в конце заметки).

Из множества ЭРВ, присутствующих в нашем геноме, только 133 являются уникальными для человека (их называют hsERV, human-specific endogenous retroviruses). hsERV — это самые молодые эндогенные ретровирусы, они встроились в геном наших предков уже после их отделения от предков шимпанзе. Изучение hsERV представляет особый интерес. Ведь если удастся найти среди них «одомашненные», это может пролить свет на генетические аспекты антропогенеза и помочь в поиске генов, изменения в работе которых сделали нас людьми (см. новость: Будут ли расшифрованы генетические основы разума?, «Элементы», 09.10.2006).

Один такой одомашненный hsERV удалось найти группе российских ученых из Института биоорганической химии РАН, Центра детской гематологии, онкологии и иммунологии Минздрава, Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, факультета Фундаментальной медицины, Института физико-химической биологии МГУ и Российского национального исследовательского медицинского университета совместно с коллегой из Бостонского университета. Ранее Антон Буздин и его коллеги показали, что многие hsERV проявляют промоторную активность в человеческих тканях, то есть инициируют транскрипцию прилегающих участков ДНК, но такая их деятельность не обязательно является полезной для хозяина (Buzdin et al., 2006. At Least 50% of Human-Specific HERV-K (HML-2) Long Terminal Repeats Serve In Vivo as Active Promoters for Host Nonrepetitive DNA Transcription).

В новой статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, авторы сообщили о результатах целенаправленного поиска hsERV, работающих как энхансеры, то есть участвующих в регуляции каких-то человеческих генов. Из 133 известных на сегодняшний день hsERV только шесть расположены в непосредственной близости от известных генов (на расстоянии до 5000 пар оснований перед сайтом начала транскрипции). Действующие энхансеры обычно (хотя и не всегда) располагаются именно в этой области, поэтому исследователи сосредоточили свои усилия на этих шести hsERV.


Чтобы выявить энхансерную активность, ученые объединяли участки ДНК, содержащие hsERV, с геном люциферазы (фермента, благодаря которому светятся светлячки), а полученные конструкции вставляли в человеческие клетки из нескольких разных клеточных культур (см. трансфекция). В качестве контроля использовались такие же конструкции, только с удаленными hsERV. Эти опыты позволили сузить круг поиска до трех hsERV, которые, как выяснилось, существенно повышают экспрессию соседнего гена (в данном случае — люциферазы). Энхансерная активность этих трех hsERV проявилась только в одной клеточной культуре (Tera1) из четырех испробованных. Это значит, что активность предполагаемых энхансеров в живом организме, скорее всего, проявляется не повсюду, а лишь в каких-то определенных тканях. Следует подчеркнуть, что проведенные эксперименты не исключают возможности того, что и другие три hsERV тоже имеют энхансерную активность, просто в данных клеточных культурах она не проявилась.

Дальнейшие эксперименты позволили авторам отбросить еще двух кандидатов и сосредоточиться на одном hsERV, который в человеческом геноме располагается перед геном PRODH. Как выяснилось, только у этого hsERV энхансерная активность, выявленная в люциферазных тестах, коррелирует с экспрессией предполагаемого подконтрольного гена (в данном случае — гена PRODH) в клеточных культурах.

У шимпанзе участок ДНК перед геном PRODH отличается от человеческого тем, что в нем отсутствует эндогенный ретровирус. Как выяснилось, человеческий участок, содержащий hsERV, обеспечивает значительно более высокий уровень экспрессии люциферазы в клеточной культуре Tera1 по сравнению с участком шимпанзе.

Все эти результаты говорят о том, что ретровирусная вставка, которую авторы обозначили как hsERVPRODH, привела к повышению экспрессии гена PRODH в каких-то тканях человеческого организма.

Известно, что активность регуляторных участков ДНК, в свою очередь, может регулироваться при помощи метилирования (см. Метилирование ДНК). Дальнейшие эксперименты с трансфицированными клетками подтвердили, что это справедливо и для энхансера hsERVPRODH. Высокий уровень метилирования снижает его способность активировать экспрессию соседнего гена, тогда как низкий уровень метилирования, наоборот, усиливает действие энхансера.

Какова функция гена PRODH и могло ли изменение его активности в результате ретровирусной вставки сыграть какую-то роль в эволюции человека? Судя по всему, могло. Кодируемый этим геном фермент — пролин-дегидрогеназа — участвует в метаболизме аминокислоты пролина. В клетках мозга из пролина синтезируется глутамат — важнейший нейромедиатор. Поэтому активность PRODH теоретически может влиять на баланс нейромедиаторов и, как следствие, на работу мозга. Это подтверждается тем, что некоторые мутации гена PRODH у человека повышают риск развития шизофрении и других неврологических нарушений.

Авторы измерили уровень экспрессии PRODH в образцах человеческих тканей и обнаружили, что активнее всего этот ген работает в мозге. Тогда ученые сравнили между собой образцы разных участков мозга. Максимальная активность PRODH обнаружилась в гиппокампе; высокая активность отмечена также в теменных и затылочных долях коры больших полушарий. Затем был измерен уровень метилирования hsERVPRODH в разных отделах мозга. Эндогенный ретровирус оказался сильно метилирован везде, кроме гиппокампа. Авторы также сравнили уровень экспрессии PRODH в трех отделах мозга (гиппокампе, префронтальной коре и хвостатом ядре) у человека и шимпанзе. Оказалось, что во всех трех отделах PRODH у человека работает активнее, чем у шимпанзе. Наконец, авторы показали, что PRODH экспрессируется в гиппокампе исключительно в нейронах, но не в других клетках мозговой ткани (таких как астроциты и клетки микроглии).

Энхансеры регулируют активность близлежащих генов посредством специальных регуляторных белков — транскрипционных факторов (ТФ), которые прикрепляются к участкам ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов (сайтам связывания ТФ), входящим в состав энхансера. Дополнительные эксперименты позволили установить, что hsERVPRODH содержит два активных сайта связывания важнейшего транскрипционного фактора SOX2. Как и многие другие ключевые белки-регуляторы, SOX2 выполняет в организме множество разных функций. В частности, он регулирует ранние этапы эмбрионального развития (см. новости Ученые разработали новый метод получения стволовых клеток, «Элементы», 11.11.2008 и Выявлен белок, отвечающий за своевременное включение генов у эмбрионов, «Элементы», 02.09.2013). Кроме того, он играет важную роль в развитии центральной нервной системы. В головном мозге максимальная экспрессия SOX2 наблюдается в гиппокампе — как раз там, где роль hsERVPRODH в регуляции активности PRODH, по-видимому, наиболее выражена. Эксперименты подтвердили, что SOX2 действительно прикрепляется к двум сайтам связывания, входящим в состав hsERVPRODH, и это действительно ведет к росту экспрессии PRODH.

Итак, вырисовалась следующая картина. В какой-то момент после разделения эволюционных линий человека и шимпанзе в геном наших предков неподалеку от гена PRODH встроился очередной ретровирус, что поставило активность гена PRODH в зависимость от транскрипционного фактора SOX2. Это привело к росту активности PRODH в разных отделах мозга, в первую очередь в гиппокампе, где экспрессия SOX2 максимальна.

Каким образом всё это повлияло на функционирование мозга, еще предстоит выяснить, но то, что влияние имело место и было полезным — в этом практически нет сомнений, иначе отбор не сохранил бы такое нововведение. Итак, перед нами еще один пример того, как «одомашненный» вирус стал неотъемлемой частью хозяйского генома. Писатели-фантасты, сочинявшие истории о вирусах, контролирующих человеческий мозг, оказались не так уж далеки от истины.

Авторы отмечают, что у многих других человеческих ЭРВ, родственных изученному, имеются те же самые два участка, пригодные для прикрепления SOX2. Судя по тому, что эти участки довольно консервативны — мало менялись в ходе эволюции — можно предположить, что хотя бы некоторые из них действительно функционируют как сайты связывания SOX2, и это чем-то полезно организму. Можно ожидать, что дальнейшее изучение эндогенных ретровирусов приведет к новым интересным открытиям.

Источник: Maria Suntsova, Elena V. Gogvadze, Sergey Salozhin, Nurshat Gaifullin, Fedor Eroshkin, Sergey E. Dmitriev, Natalia Martynova, Kirill Kulikov, Galina Malakhova, Gulnur Tukhbatova, Alexey P. Bolshakov, Dmitry Ghilarov, Andrew Garazha, Alexander Aliper, Charles R. Cantor, Yuri Solokhin, Sergey Roumiantsev, Pavel Balaban, Alex Zhavoronkov, and Anton Buzdin. Human-specific endogenous retroviral insert serves as an enhancer for the schizophrenia-linked gene PRODH // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Published online before print November 11, 2013.

См. также о «молекулярном одомашнивании»:
1) Статья из последнего выпуска журнала Science, в которой показано, что одомашненные мобильные элементы сыграли важную роль в эволюции половых хромосом у плодовых мушек: Christopher E. Ellison, Doris Bachtrog, 2013. Dosage Compensation via Transposable Element Mediated Rewiring of a Regulatory Network.
2) Предки человека заимствовали полезные гены у вирусов, «Элементы», 22.10.2008.
3) Сравнение геномов 29 млекопитающих проливает свет на эволюцию человека, «Элементы», 05.11.2011.

donmigel_62: (кот - учёный)

Найден ключ к восстановлению аксонов


Ученые из Школы медицины Вашингтонского университета (Washington University School of Medicine) в Сент-Луисе идентифицировали цепную реакцию, ответственную за восстановление поврежденных аксонов – открытие, способное оказать значительную помощь в разработке эффективных методов лечения повреждений нервов, приводящих к потере чувствительности или параличу. Статья об исследовании опубликована в журнале Cell.

Кроме того, американские исследователи доказали, что одно из звеньев этой цепной реакции в нервных клетках как головного, так и спинного мозга потеряно. Выпадение этого звена – белка HDAC5 – может объяснить, почему эти клетки не проявляют способности к самостоятельному восстановлению потерянных отростков. Новое исследование дает основания предположить, что активация HDAC5 в центральной нервной системе может стать триггером регенерации отростков нервных клеток.



«Мы знали, что вклад в восстановление отростков этих нервных клеток, называемых аксонами, вносят несколько генов, но что активирует экспрессию этих генов, а значит, и процесс восстановления, до сих пор оставалось неизвестным», – говорит руководитель исследования Валерия Кавалли (Valeria Cavalli), PhD, доцент кафедры нейробиологии. «Наше открытие приближает нас к тому, что в один прекрасный день мы сможем разработать методы лечения, делающие регенерацию аксонов более эффективной».


Аксоны – отростки нервных клеток, отправляющие сообщения. Как правило, они намного длиннее и более подвержены повреждениям, чем дендриты, выполняющие другую функцию – получение сообщений.

Read more... )

Profile

donmigel_62: (Default)
donmigel_62

March 2014

S M T W T F S
       1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 1819202122
23242526272829
3031     

Syndicate

RSS Atom

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags