Ученые постоянно пытаются залезть себе в голову
Несмотря на все развитие науки и техники, человек так до конца и не разобралась с одним из важнейших вопросов: как же все-таки работает серая штуковина в нашей голове, которая заставляет развивать науку и технику и задаваться всеми этими вопросами. Получается интересная рекурсия: что-то внутри нас хочет узнать, как работает тот, кто хочет узнать, как оно работает. На это тратятся колоссальные ресурсы, проводится множество исследований, мы более или менее понимаем общие принципы, но сложить все в единую стройную картинку достаточно сложно.
Зато это настолько интересно, что "Сегодня" собрала все последние исследования о головной мозг и выяснила, как работает интеллект, почему мы видим сны и сколько измерений используют нейроны головного мозга, чтобы обрабатывать входящие сигналы. Добро пожаловать в вашу голову - и не бойтесь того, что вы там увидите.
11 ИЗМЕРЕНИЙ: как общаются нейронов
Проект Blue Brain, базирующейся в Швейцарии, уже несколько лет занимается неблагодарным делом: нейробиологи пытаются выяснить все о головном мозге человека (и других существ, обладающих этим органом). В последнем исследовании они применили к нему математику (точнее - алгебраическую топологию, которая описывает свойства объектов и пространств независимо от изменений их формы) и ахнули от удивления. Не ждите каких-то выводов, сами ученые пока не понимают, с чем столкнулись, однако начало довольно интригующий: внутри нашей головы находится, говоря математическим языком, многомерное пространство.
Наш мозг - это примерно 86000000000 нейронов, связи между которыми простираются во всех направлениях, образуют сложнейшую сеть, которая и формирует сознание.
В своем эксперименте нейробиологи использовали подробную компьютерную модель неокортекса - это "новая кора", современная часть мозга, которая сформировалась позже и отвечает за сознание и восприятие. В процессе моделирования прохождения сигналов ученые заметили, что нейроны объединяются в группы, и количество нейронов в этих группах показывает размер многомерного геометрического объекта.
"Мы обнаружили мир, о котором даже не подозревали, - рассказывает руководитель проекта Генри Маркрам. - Даже в маленькой крупице мозга таких объектов десятки миллионов, в которых до семи измерений. А в некоторых сетях их количество доходило до 11".
Разработав модель, ученые протестировали ее на виртуальных стимулах, а потом взялись за крыс. Сигнал создает "многомерные дома" из нейронов и пустых пространств между ними. Сначала связь выглядит как палочка, затем - двумерная плоскость-доска, затем - куб, а затем и более сложные фигуры с четырьмя, пятью, шестью измерениями. И так до 11. Стоит, впрочем, отметить, что речь идет о физических измерения - внутри нашего мозга нет других мозгов, спрятанных в скрытых складках реальности. Многомерность здесь - это количество связей, которые образуют нейроны. Мы в этом плане тоже многомерные: сколько людей, с которыми общаетесь в данный момент, столько и измерений. Единственная проблема - ученым еще предстоит разобраться, почему группы нейронов собираются в такие конструкции.
МАТЕМАТИКА : ФОРМУЛА ИНТЕЛЛЕКТА
Ведущий нейробиолог Университета Августы в Джорджии доктор Джо Тзин считает, что вывел формулу интеллекта: N = 2i - 1. А еще, как говорит сам доктор, интеллект равен "Неопределенность и бесконечные возможности". Но это лирика, а нам следует обратиться к работе, опубликованной в Frontiers in Systems Neuroscience, в которой Тзин проверил свою теорию и выяснил, что она выполняется для семи различных областей мозга, определяя базисы вроде кормления, памяти и страха.
17 лет назад Тзин с помощью генной инженерии создал "умную мышь", которая училась и решала сложные лабиринты быстрее обычных собратьев. Через пару лет он обнаружил, что клетки гиппокампа мышей - центра памяти мозга - варьируются в зависимости от событий, которые происходят. Одни включались на событие в целом, другие были более придирчивыми и "разбирали" то, что происходит на элементы. При составлении карты Тзин заметил, что нейроны формируют кластеры - от специфических общим. Это и стало основной теории связанности: формула вечного демонстрирует, как нейросети осуществляют этот переход.
Главная мысль Тзина в том, что отдельный нейрон не может стать основной вычислительной единицей мозга, эту роль на себя берут нейросети, так называемые "кликами", что позволяет мозгу не ломаться каждый раз, как нейрон выходит из строя, потому что вы отравили его алкоголем. Простые клики переплетаются в крупные сети, которые называются FCM (functional connectivity motifs - функциональные мотивы связей) согласно Закону N = 2i - 1, где N - это число нейронных кликов, соединенных различными способами, а i - типы получаемой информации .
Если животное хочет пищи и самок, нужно три нейрокликы, чтобы удовлетворить эти потребности
Например, у вас есть животное, которое хочет пищи и самок. То есть i = 2 Соответственно, чтобы удовлетворить эти потребности, нужно три клика (2 х 2 - 1 = 3). Это напоминает кубики конструктора, из которых можно строить различные структуры в зависимости от поступающей. Более сложные задачи требуют более сложных построений, но основной принцип остается тем же. Причем, по мнению Тзина, эти блоки программируются заранее. В смысле в нашей голове уже есть ответы практически на все вопросы (или алгоритмы их решения). Так мозг смешивает "работу" и "деньги", превращая их в "экономику".
Чтобы подтвердить ценность самой формулы, ученые засунули в мозг мышей электроды и дали им корм, сахар, рис и обезжиренное молоко. Согласно теории, мышам нужно 15 нейронных кликов, чтобы полностью представлять каждый тип пищи и их комбинации. Стоит ли говорить, что именно 15 кликов и было обнаружено? Повторив эксперимент со страхами (взрыв, землетрясение, падение, удар током), исследователи снова получили 15 кликов.
Чтобы удостовериться, что этот алгоритм уже существует в мозге, а не изучается, эксперимент повторили, но с генетически модифицированными мышами, у которых не хватало рецепторов, необходимых для изменения нейросетей через обучение. Результат повторился.
Что с этим делать, пока неясно. Сам Тзин считает, что его теория позволяет просмотреть хранения воспоминаний в мозгу и прольет свет на то, как болезнь и старость влияют на мозг на клеточном уровне. А еще это позволит обучать искусственный интеллект гибкости и любопытства, но это уже совсем другая история.
Улучшенная мышь Дуги. Ее доктор Тзин создал 17 лет назад. Фото: www.princeton.edu
ПОМНИТЬ, ЛЕЧИТЬСЯ, ВЫЖИВАТЬ: ЗАЧЕМ ВИДЕТЬ СНЫ
Как-то уж так получилось, что у всего на этой планете есть причина. В том числе и в такой бестолковой на первый взгляд вещи, как сны. Мы насчитали десять. Переспите с этим мнением и выбирайте сами, какая вам больше нравится.
- Чтобы шляпа оставался шляпой
Сознание каждого из нас - жестокий и страшный цензор, подавляющее агрессивные и сексуальные инстинкты, и только во сне бессознательное раскрывает все основания и срывает завесу морали! Так сказал Фрейд, он создал психоанализ и вообще носил красивую бороду, похожую на ... хм, спокойной ночи!
- Чтобы улучшить самочувствие
Другие, не менее злобные исследователи пошли дальше и вовсе не давали людям видеть сны - как только начиналась фаза БДГ, пациентов будили. Выяснилось, что сон без сновидений - так себе затея: участники эксперимента стали напряженными, у них возникали проблемы с концентрацией, координация нарушалась, увеличивалась вес и к тому же появились галлюцинации.
- чтобы лечиться
Многие психологи считают, что чаще всего человеческому существу сложно отделить событие от сопровождающих ее эмоций. В смысле вы, конечно же, не зря ушли от того страшных кролика и юга кричали от ужаса, представляя его жуткие уши и мрачный взгляд.
Но разобраться, насколько сильно он угрожал вашей жизни, поможет именно сон, который как бы отделяя сильную эмоцию вроде страха, любви или печали и поможет мозгу обработать отдельно событие, отдельно чувства и вообще взглянуть на происходящее под другим углом, докопавшись до самой сути гнева или счастье, которые так внезапно свалившихся на вашу голову. Так что в любой непонятной ситуации действительно лучше поспать.
Целый день часть мозга под названием гиппокамп работает, не покладая нейронов, чтобы накопить все-все важные воспоминания (купить молоко, лицо той девушки, как называется и наспивувана новая песня). А во сне, как показывают исследования, гиппокамп перекачивает весь этот поток в кору головного мозга. Причем иногда воспроизводит весь день в обратном порядке. Так что постарайтесь хорошо отсыпаться после дня, полного ярких впечатлений.
- Чтобы не было расстройств
В 2009-м ученые из Гарварда провели исследование, которое нашло странную связь между сновидениями и биполярным расстройством. Мало того, проблемы со сном у детей и взрослых повышают риск развития этого самого расстройства. Это все связано с тем, что прерывание БДГ-сна влияет на уровень нейротрансмиттеров и гормонов стресса, а гормональные дисбалансы приводят к психическим расстройствам. Так что смотрите свои сны и не сходите с ума.
- чтобы успокоиться
В 2009 году пятеро исследователей нашли 35 здоровых студентов и 20 депрессивно-тревожных и заставили их спать. А потом будили - через 10 минут в фазе быстрого движения глаз (БДГ), когда мозг работает активно и мы видим сны, и через 10 минут в фазе НЕ-БДГ (когда мозг успокаивается). После чего несчастных заставляли проходить тесты на память, настроение и самооценку. Что и требовалось доказать: депрессивно-тревожные студенты видели во сне агрессию и самоистязания, но БДГ-сон странным образом помогал им справляться с этими эмоциями.
- Чтобы обрабатывать информацию
Оказывается, во время БДГ-сна мы создаем абстракции. В смысле берем какие-то новые понятия и связываем их с тем, что уже знаем или хотя бы отдаленно понимаем. Исследование показало, что сны возникают, когда мы начинаем осознавать эти связи (фрагменты звуков, изображений и движений). Мозг как бы пытается понять, что происходит, и рисует фантасмагорическую, но очень логичную на тот момент картинку из разных кусков, параллельно действительно заключая информацию кирпичик за кирпичиком, пока мы смотрим мультики.
- Чтобы быть фоном
С 1977 года некоторые скучные ученые, создавшие модель активации-синтеза, думают, что лимбическая система нашего мозга время от времени активируется, "вспыхивая", и включает какие-то рандомно картинки. Просто потому что может. Так что сны - это как бы интерпретация биологических сигналов, а все сонники придумали идиоты. Впрочем, тут же извиняются авторы теории, эти наборы картинок все же несут положительную функцию и помогают нам создавать новые идеи.
- чтобы приспособиться
Бодрствуя, мы (и все другие сновидца планеты) делаем ошибки, которые могут привести к нежелательным последствиям вроде смерти. А вот во время сна превращаемся в экспертов по безопасности, прячемся в самом-самом защищенном месте и сохраняем жизни. Эта поведенческая стратегия, в общем-то, помогла выжить множества живых существ, которые финишировали в естественном отборе. Но вот что интересно: стоит одной ночи провести в фазе БДГ-сна меньше времени, как следующей организм стремится наверстать упущенное и показывает сны дольше! Так что спокойно бегите за розовыми диванами на равликоцикли с крыльями летучей мыши - это эволюционно.
- Чтобы отбить атаку
Финские исследователи из Университета Турку придумали такую штуку, как "теория стимуляции угрозы". Они обнаружили, что дети, которые живут в опасных условиях (неблагополучные семьи, неблагополучные страны) или были так или иначе травмированы, видят более яркие сны, чем те, что живут в спокойных условиях. И система стимуляции угроз в них работает лучше: во время сна они как бы репетируют работу механизмов восприятия, позволяющие воспринимать и избегать опасности! Так что не бойтесь бояться во сне, это поможет, когда за вами на самом деле будет гнаться гигантский шмель с бензопилой.
Читайте самые важные и интересные новости в нашем Telegram
источник: "Сегодня" Стоит ли говорить, что именно 15 кликов и было обнаружено?
