Мозг

Стэнфордские нейробиологи потратили несколько лет, разрабатывая новый способ 3D-сканирования мозга. Они совместили объёмную компьютерную томографию (array tomography — техника «антенных решёток» из радиоастрономии) и специально разработанный софт, чтобы получить объёмную и реалистичную 3D-модель. Такую, по которой можно перемещаться, масштабировать и вращать её в разных измерениях.

Сканирование от мягкой оболочки коры мозга мыши через шесть слоёв и подкорковое белое вещество к прилегающему полосатому телу.

Изучив полученную картину, учёные пришли к выводу, что синапсы устроены гораздо сложнее, чем предполагалось раньше.

В последние годы область крупномасштабного моделирования мозговой активности стала активно развиваться и все большее количество математиков и нейробиологов вовлекается в нее. В данном обзоре я проведу краткий обзор наиболее известных и удачных проектов в этой области. Также в заключении опишу мои мысли по поводу перспективы и полезности дальнейшего развития проектов подобного рода.

Впервые в мире начинается тестирование на людях модульного протеза руки, управляемого непосредственно мозгом. Совместный проект Пентагона и Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса(APL) — модульный протез руки — будет полностью контролироваться сенсорами имплантированными в мозг, и даже будет создавать ощущения прикосновения, передавая электрические импульсы обратно в кору головного мозга.

Если распознающая машина-персептрон на рисунок слона отзывается сигналом «мура», на изображение верблюда — тоже «мура» и на портрет видного ученого — опять-таки «мура», это не обязательно означает, что она неисправна. Она может быть просто философски настроена.
К. Прутков-инженер. Мысль № 30.

Строгая логическая функция активации

Копируя принцип действия биологического нейрона при создании искусственных нейронных сетей, мы особо не задумываемся, какой смысл приобретает функция активации логической модели нейрона. Функция всегда записывается в виде логической суммы, логического «И» для конкретного набора входов и именно одновременная активность этих входов активирует наш нейрон. Если откинуть внешнюю смысловую привязку входов мы можем описать активацию нейрона следующим образом. Для одного внешнего события состоящего из набора входящих образов происходит объединение конкретной группы из пришедших образов в новый чисто логический образ — абстрагирование. Уже для группы таких событий активирующих нейрон, происходит выделение общего набора — обобщение.

Много приходилось видеть, слышать и читать о том, как люди сравнивают человека и компьютер. Занятно со стороны наблюдать за этим процессом, особенно когда понимаешь, что происходит на самом деле. А на самом же деле происходит, ни много, ни мало сравнение творца с творением. Для того, чтобы это сравнение имело место быть, люди даже роботов делают похожими на людей. Но все равно, внутри таких недочеловеков «шестеренки и лампочки», как говорил герой фильма «Я, Робот». Но дело даже не в том, что сравниваемые с людьми отличаются по своему химическому составу. Ведь предметом сравнения является принцип и результативность их работы.

Вчера мне довелось пообщаться с Monir Mazaheri — научным сотрудником отделения нейробиологии в Karolinska Institutet, Швеция. Она рассказала о последних открытиях в исследованиях деградации мозга и болезни Альцгеймера. Оказалось, есть очень простые способы развить свой интеллект, если вы молоды, и сберечь его, если вам ближе к 60. Суть в том, что не обязательно много заниматься чисто интеллектуальной работой, важнее задействовать все зоны мозга.

Мы продолжаем рассматривать теорию строения сознания и его программирования от Тимоти Лири и Роберта Уилсона (РАУ).

Итак, мы условно разделили весь процесс эволюции человечества на 8 этапов, которые, в свою очередь, в ходе собственного индивидуального развития проходит каждый разумный примат. Подобное разделение может казаться натянутым, но оно является удобной моделью и ничем больше. Эволюция не настолько простое и быстрое явление, чтобы быть описанным в 3-5 пунктах, а более подробное разделение думаю заинтересует не всех читателей)

Думаю многим будет интересна теория строения сознания человека от признанного гуру психоделической революции Тима Лири, и Роберта Антона Уилсона, эту теорию расширивший и во многом способствующий её распространению.

Рассмотрим наше сознание как биокомпьютер, имеющий программное и аппаратное обеспечение. Сознание не является компьютером, а лишь моделируется, что вполне допустимо. Аппаратная часть представлена собственно мозгом, вспомогательной нервной сетью и прочей периферией, достаточно изученными в современной науке.

БОльший интерес представляет программная составлющая — оно не только «находится в мозгу», но и вне его — в форме книги, хранящей сигналы давно умерших людей или статьи на хабре, где находятся сигналы людей здравствующих. Вообще программное обеспечение человека состоит из всех сигналов когда-либо проходящих через мозг. Будь сознание только неупорядоченным вневременным комком подобных сигналов, у нас не было бы ни индивидуальности, ни пресловутого «Я».

Эта книга будет отличным дополнением к книгам о искусстве мышления.

Принципы работы головного мозга. Синергетический подход к активности мозга, поведению и когнитивной деятельности

Principles of Brain Functioning: A Synergetic Approach to Brian Activity, Behavior and Cognition


Издательство: ПЕР СЭ, 2001 г.
Твердый переплет, 352 стр.
ISBN 5-9292-0047-5
Тираж: 5000 экз

Герман Хакен — выдающийся немецкий ученый, хорошо известный в России как один из родоначальников термина «синергетика» и синергетического подхода к науке и междисциплинарным исследованиям. Его книги «Синергетика», «Иерархия форм неустойчивости в неравновесных структурах», «Самоорганизация и информация» были переведены на русский язык и были самым благожелательным образом встречены российской научной общественностью.

Учёные выяснили, какие именно участки головного мозга помогают в прохождении компьютерных игр. Это всего три крохотных тела: прилежащее ядро (на иллюстрации синее), хвостатое ядро (оранжевая точка) и скорлупа (красное). По их объёму можно с высокой точностью оценить успехи будущего геймера.



На иллюстрации показан также гиппокамп (зелёным). Его связь со способностями к компьютерным играм не обнаружена.

Кирк Эриксон (Kirk Erickson) из Университета Питтсбурга с десятью коллегами опубликовали свою работу в журнале Cerebral Cortex (PDF). Это первое в мире научное исследование такого рода.

В «Огоньке» пишут в их списке десяти открытий 2009 года:

Впервые в истории учёные из Нью-Йоркского медицинского университета смогли наблюдать в реальном времени процесс формирования дендритов — крохотных ответвлений от клеток мозга нейронов, которые отвечают за хранение долговременных воспоминаний. Для эксперимента нейробиологи использовали генно-модифицированных мышей, у которых нейроны коры мозга способны производить жёлтый флуоресцирующий белок — своеобразный маркер для новых воспоминаний. Выяснилось, что новые дендриты делятся на три группы: первая исчезает в первые дни после окончания тренировок; вторая сохраняется в среднем 1-2 месяца. Но есть и третья группа дендритов (около 0,8 процента), которая сохраняется на всю жизнь. Сделано грандиозное открытие: возможно, в будущем можно будет извлекать ранние младенческие воспоминания, стимулируя нужные зоны мозга, или записывать воспоминания умершего человека.

Надеюсь, всем понятно, что (несмотря на полёт фантазии журналистов) непосредственно до скачивания воспоминаний из мозга ещё очень далеко: науке ещё не известно, в каком формате хранятся воспоминания в дендритах.

Кроме того, долговременные воспоминания наверняка хранятся в мозгу как набор сильно сжатых и ярких впечатлений и образов, окрашенных эмоционально — никакого HD Video для просмотра извлечь не удастся, так что мелкие детали сцены убийства не получится достать из мозга жертвы, например.

С другой стороны, все тоталитарные правительства, которые с наслаждением в аэропортах раздевают своих граждан догола на экранах сканирующих рентгеновских установок, со временем получат инструмент для копания непосредственно в мозгу: сперва для проверки на терроризм, затем для проверки на оппозиционность, затем для проверки на нелояльность… Со временем, если помимо чтения появятся средства и для записи, то возможным сделается стирание долговременных воспоминаний, создание и наложение ложных воспоминаний для полной перестройки личности, и даже скачивание личности из одного тела в другое с предварительным «форматированием» нового носителя начисто.

В начале позапрошлого века французский математик Пьер Лаплас пришел к выводу, что наша вселенная является строго детерминированным объектом. То есть, зная начальное состояние системы, мы можем предсказать любое последующее её состояние, используя ряд вычислений.
Зная координаты и скорости всех объектов солнечной системы, мы имеем возможность предсказать её состояние через 10 — 20 — 1000 лет, пользуясь ньютоновской механикой. Лаплас считал, что детерминизм распространяется абсолютно на всё, в том числе и на человеческий разум.

Исследователи Принстонского университета совсем недавно сделали замечательное открытие о мозге. Они исследовали мозг крыс, и выяснили, что крысы, которые постоянно выполняют физические упражнения, гораздо легче переносят стресс, чем ленивые крысы. Ученым уже известно, что физические упражнения стимулируют создание новых клеток мозга (нейронов, нервных клеток), но вот только сейчас становится видно, что новые клетки функционально отличаются от других клеток мозга.

«Мы верим в существования предметов только по тому, что видим их и ощущаемым такими, какими отражает их наш мозга. Однако наши восприятия — лишь мысли, существующие в мозге. Если это лишь мысли в нашем сознании, то, представляя себе Вселенную и материю, как реалии, существующие вне нашего сознания, мы впадаем в большое заблуждение...»
Дж. Баркли

Согласно исследованиям Квабена Бохена (Kwabena Boahen), ученого в области информационных технологий из Стэнфордского университета, компьютер, полностью эмулирующий функционирование человеческого мозга, будет потреблять не менее 10 МВт энергии, что сопоставимо с мощностью, вырабатываемой небольшой гидроэлектростанцией. Благодаря работе, проведенной группой ученых, инженеров и программистов, разработавших небольшой суперкомпьютер, потребляемая эмулятором человеческого мозга мощность может быть снижена до 20 Вт, а это уже совершенно иной качественный уровень.

Уже практически каждому известно, что существует проект Blue Brain Project, о котором так же упоминалось в статье на хабре. Если говорить об этом вкратце, то ученые создают искусственный мозг, который после могут использовать для изучения, чтобы понять принцип его работы, а так же открыть для человечества новые возможности/лекарства/что-либо еще.

Эта статья немного о другом. Как обычно это бывает, все интересные мысли приходят ночью по пути к холодильнику: я задался вопросом, почему нельзя сделать бэкап своего мозга (а точнее участка памяти), что-то стереть, что-то добавить, ведь иногда это необходимо — забыть человека, какую-либо информацию, что не дает покоя, или же всегда помнить что-то важное.

С одной стороны, речь идет не о полной копии мозга, а лишь о секторе памяти. С другой, я понятия не имею, как можно моделировать этот сектор в цифровом виде, да и можно ли вообще. Все это сводится к области фантастики, но ученые нас очередной раз обманывают нам обещают, что уже через 10 лет, можно будет сделать полную копию мозга, а мне то всего лишь нужно всегда с собой носить память на флешке :)

Функциональный искусственный человеческий мозг может быть представлен уже через следующие 10 лет, сообщают ученые. Генри Маркман, ведущий исследователь и директор проекта Blue Brain Project (Проект Голубой Мозг), уже достиг успеха в симуляции работы элементов крысиного мозга. На конференции TED Global, проходящий в Оксфорде, он предложил, что одним важным применением синтетического человеческого мозга может быть поиск лечения для больных психических заболеваний, которыми предположительно страдают 2 миллиарда человек по всему миру с различными отклонениями.

«Это не невозможно воссоздать мозг человека, и мы сделаем это в течение 10 лет!» — заявил он. «И если у нас это получится, ждите голограмму на конференцию в 2020».

Биохимикам из UCLA удалось впервые в мире провести удачный эксперимент по визуальной идентификации конкретных молекул протеинов, которые синтезируются в мозге при записи новой информации в долговременную память. На фотографии слева — участок мозга до записи информации, справа — после.



В отличие от кратковременной памяти, в долговременной воспоминания хранятся на «физическом уровне», то есть в виде уникальных физических цепочек из синапсов, которые постоянно генерируются и модифицируются, для чего требуется непрерывный синтез новых протеинов. В данном эксперименте нервные клетки были обработаны флуоресцентным веществом, реагировавшим на ультрафиолет, после чего учёные могли наблюдать за синтезом новых белков, которые не реагировали на UV.

Исследователи из MIT Media Lab провели успешный эксперимент по активации с помощью лазера определённого набора нейронов в мозге макаки. Впервые в мире это сделано на примате. Раньше подобные опыты удавались лишь на нейронах рыбах, мухах и крысах.

Технически метод работает с помощью вирусного заражения определённых нейронных зон мозга, которые поле этого становятся чувствительными к синему цвету. Современные технологии позволяют строго ограничивать заражение очень маленькой областью мозга и даже с учётом конкретного типа нейронов. Благодаря этому достигается невероятная точность лазерного воздейстия, несравнимая с существующими методами, которые требуют использования электродов и медикаментов и поражают гораздо более обширные области.

Учёные надеются, что в ближайшем будущем смогут провести такой опыт и на человеке. По мнению экспертов, лазерные «пульты дистанционного управления мозгом могут использоваться для эффективного лечения психических расстройств, в том числе депрессии. Например, можно эффективно блокировать области, отвечающие за память, страх и т.д.

Результаты научной работы опубликованы в работе “Millisecond-Timescale Optical Control of Neural Dynamics in the Nonhuman Primate Brain”, журнал Neuron 62, 191–198, April 30, 2009.