Мозговая акробатика

МОЛОТ Форумы Наука и технологии Мозговая акробатика

В этой теме 3 ответа, 1 участник, последнее обновление  Arc 1 год назад.

Просмотр 4 сообщений - с 1 по 4 (из 4 всего)
  • Автор
    Сообщения
  • #4056

    Arc
    Модератор

    Если нейронные области с легкостью переключаются с одних партнеров по общению на других, процесс усвоения знаний улучшается.

    Лора Сэндерс (Laura Sanders)

    Загляните внутрь мозга человека, усваивающего какую-то новую информацию. При определенном везении вам удастся понаблюдать за образованием связей между нейронами. Такой физический мост между двумя нервными клетками «запаивает» в мозг новые знания. При поступлении новой информации одни синапсы образуются и закрепляются, а другие — ослабевают, уступая место новым связям.

    Вы также сможете наблюдать и более тонкие изменения, такие как колебания уровней сигнальных молекул или даже незначительный рост активности нервных клеток. За последние несколько десятилетий ученые сосредоточенно изучали микроскопические изменения, происходящие в процессе усвоения мозгом новой информации. И хотя благодаря данному детальному изучению было выявлено множество интересных фактов о синапсах, связывающих различные участки нашего мозга, их все еще недостаточно. Нейробиологи до сих пор не составили полного представления о том, как же обучается человеческий мозг.

    Вполне возможно, что смотрели они на слишком близком расстоянии. Когда речь заходит о нейробиологии процесса обучения, фокусировка на одних лишь синапсах не позволяет увидеть главного.

    Благодаря новому, более широкому подходу ученые пытаются осмыслить масштабные изменения, обуславливающие процесс обучения. Исследуя смещение взаимодействий между множеством различных областей головного мозга, они начинают понимать механизмы захвата и удержания мозгом новой информации.

    Такого рода исследования опираются на мощные математические знания. Специалисты в области человеческого мозга берут на вооружение подходы и инструменты, разработанные другими науками, имеющими отношение к разного рода сетям, дабы в точных числовых выражениях раскрыть форму и функцию проводящих путей нервной системы, смещающихся в процессе обучения.

    «Когда вы учитесь, это требует изменений не только в одной области мозга, — говорит Даниэлла Бассетт (Danielle Bassett), нейробиолог из университета Пенсильвании. — В действительности здесь задействовано множество различных областей». Ее комплексный подход подразумевает вопрос о том, «что на самом деле происходит в вашем мозгу в процессе обучения?» Бассетт спешит дать определение этой новой области «сетевой нейробиологии» и приступить к открытию новых горизонтов.

    «Данное направление является весьма перспективным, — говорит нейробиолог Олаф Спорнс (Olaf Sporns) из университета Индианы в городе Блумингтон. По его словам, исследования Бассетт обладают большим потенциалом для ликвидации разрыва между изучением нейровизуализации и представлениями ученых о том, как же происходит обучение. — Я думаю, она избрала правильный путь».

    Бассетт и другие уже нашли волнительные намеки на то, что способный на более эффективное обучение мозг обладает гибкостью и способностью сходу перестраивать соединения с целью усвоения новых знаний. Некоторые области мозга всегда общаются с одними и теми же нейронными партнерами, редко переключаясь на другие. Но те участки мозга, что демонстрируют бóльшую гибкость, быстро меняют «собеседников», подобно родителю дошкольника, который отправляет приглашение на день рождения по списку адресов электронной почты, а чуть позже — памятку коллегам по работе.

    В нескольких исследованиях ученые стали свидетелями данной гибкости в действии, наблюдая за тем, как сети перенастраиваются в процессе обучения человека, когда тот находится внутри томографа. Гибкость сетей может способствовать нескольким типам обучения, а ее избыток, как показывают исследования, может быть связан с такими расстройствами, как шизофрения.

    Неудивительно, что некоторые исследователи спешат применить эту новую информацию, выискивая способы повышения гибкости мозга тех из нас, чьи нейронные связи отличаются излишней жесткостью.

    «Это довольно новые идеи, — говорит когнитивный нейробиолог Рафаэль Джеррати из Колумбийского университета. По его словам, математических и вычислительных инструментов, необходимых для данного типа исследований, до недавнего времени просто не существовало. Поэтому люди не размышляли о процессе обучения с точки зрения крупномасштабных сетей. — В некотором смысле проблема была довольно скучная, вычислительная, — говорит Джеррати. Но теперь для исследований открыта своего рода «концептуальный» путь.

    Такой концептуальный путь больше напоминает карту, состоящую из множества нейронных троп. Даже если человек учит что-то очень простое, для помощи ему задействуются довольно крупные участки мозга. Заучивание несложной последовательности движений, к примеру, выстукивание коротенькой мелодии на синтезаторе, пробуждает активность в той части мозга, что управляет движениями пальцев. Данное задание также задействует области мозга, участвующие в формировании зрительных образов, принятии решений, способности запоминать и планировать. А выстукивание чего-либо пальцами — довольно простой вид обучения. Во многих ситуациях этот процесс задействует еще большее количество областей мозга, интегрирующих информацию из нескольких источников, говорит Джеррати.

    Он со своими коллегами зафиксировал проблески некоторых из этих взаимодействий путем сканирования мозга людей, изучавших ассоциации между двумя лицами. И только одно из них сопоставлялось с неким поощрением. В более поздних экспериментах исследователи проверили, действительно ли человек мог понять, что ореол удачи, связанный с одним лицом, распространялся и на то лицо, чьим партнером он был ранее. Этот процесс, называемый «переносом обучения», — одна из тех вещей, что люди делают повседневно, например, когда вы опасаетесь заказывать салат в ресторане, где вам недавно подали испорченный сыр.

    Мозг участников исследования, показавших хорошие результаты в плане применения знаний о чем-то одном — в данном случае лице — по отношению к другому, обладал определенными характерными чертами, как сообщили Джеррати и его коллеги в журнале Neuroscience в 2014 году. Связи между гиппокампом — структурой мозга, ответственной за память и вентромедиальную префронтальную кору головного мозга, которая, в свою очередь, связана со способностью к самоконтролю и принятию решений, — у хорошо обучаемых участников эксперимента были слабее, чем у людей, которым усвоение новой информации давалось с трудом. Томографические изображения, полученные через несколько дней после прохождения тестового задания, выявили характерные различия между головным мозгом представителей обеих групп, заявляют исследователи. В ходе эксперимента также выяснились и другие нейросетевые различия среди вышеозначенных областей и крупных сетей, охватывающих мозг.

    По данным исследования, проведенного нейробиологом Винодом Меноном (Vinod Menon) из Стэндфордского университета и его коллегами, при сканировании мозга детей, испытывающих трудности с изучением математики, обнаружились, помимо прочего, неожиданные межнейронные связи. По сравнению с детьми, которые затруднений не испытывали, мозг ребят с дискалькулией, сканировавшийся при выполнении математической задачи, показал больше нейронных связей, особенно между теми областями, что участвуют в решении математических задач. Подобный избыток межнейронных связей — он был описан в 2015 году в научном журнале Developmental Science — оказался полной неожиданностью, говорит Менон, поскольку в ходе предыдущих исследований высказывалось предположение о крайней слабости таких математически обусловленных сетей. Однако может оказаться, что большое количество связей создает систему, неспособную к усвоению новой информации. «Идея заключается в том, что изобилующая нейронными связями система будет не столь восприимчива и эффективна», — говорит он.

    Необходимо установить гармоничное равновесие, отмечает Менон. Слишком слабые нейронные пути не могут переносить необходимую информацию, а пути, обладающие чрезмерным количеством связей, не позволят новой информации закрепиться. Но этим суть проблемы не ограничивается. «Речь не о том, что все везде меняется, — подчеркивает он. — Существует определенная специфичность». Некоторые соединения важнее других, все зависит от поставленных задач.

    Нейронным сетям необходимо переносить информацию вокруг себя быстро, но плавно. Для того, чтобы по-настоящему понять смысл этого перемещения как противопоставление данным, полученным с помощью статичных снимков, ученым нужно понаблюдать за тем, как мозг ведет себя в процессе обучения. «Следующий этап — выяснить, как в действительности перераспределяются сети, — говорит Менон. — Дать ответ на этот вопрос нам помогут исследования Даниэллы Бассетт и других ученых».

    Бассетт и ее коллеги зафиксировали эти изменяющиеся в процессе обучения сети. Добровольцам показали простые последовательности и попросили отстучать их на синтезаторе одновременно с проведением функциональной МРТ. На протяжении шести недель обучения нейронные сети в мозгу этих людей продемонстрировали подобие «суетливости». Некоторые связи становились сильнее, некоторые — слабее, подытожила Бассетт с коллегами в журнале Nature Neuroscience в 2015 году.

    Люди, быстро научившиеся выстукивать правильную последовательность клавиш, продемонстрировали интересную нейронную черту: по мере обучения их мозг задействовал определенные связи между лобной долей — верхним слоем передней части головного мозга — и передней поясной, расположенной ближе к середине мозга. Данная связь имела отношение к направлению внимания, постановке целей и планированию — навыкам, которые могут быть важны на ранних этапах обучения, а на поздних — уже нет, подчеркнула Бассетт. По сравнению с неуспевающими, быстро обучаемые добровольцы с большей долей вероятности переместили эти связи, в результате чего повысилась эффективность работы их мозга.

    Гибкость важна и для других видов обучения. 30 мая на сайте bioRxiv.org Джеррати, Бассетт и другие сообщили, что обучение методом проб и ошибок, при котором правильные ответы обеспечивают одобрение, а неправильные — не засчитываются, использует гибкость мозга по максимуму. Эта сеть включает в себя множество точек на коре (внешнем слое головного мозга) и в более глубокой структуре, известной как полосатое тело. В другой работе Бассетт и ее коллег, опубликованной в научном журнале Cerebral Cortex, выяснилось, что определенные области мозга способны на быстрое сформирование и разрыв нейронных связей.

    Проведенное в ходе этих исследований наблюдение выявило «гораздо более интересную сетевую структуру, чем предполагалось ранее, когда мы рассматривали только статичные снимки,» говорит Джеррати. По его словам, обучающийся мозг невероятно динамичен, а нейронные модули разрывают связи со своими партнерами и находят новых.

    Несмотря на различия нюансов в каждом следующем исследовании, основная общая черта остается неизменной: «Похоже, что часть знаний об окружающем мире делает некоторые части вашего мозга более гибкими и способными поддерживать связь с самыми разными областями», — говорит Джеррати. Иными словами, процесс обучение требует гибкости.

    Однако слишком хорошо — тоже нехорошо. При выполнении задач по извлечению информации из памяти внутри томографического сканера у людей с шизофренией наблюдалась более высокая гибкость нейронных сетей, чем у здоровых, объявила Бассет в прошлогоднем выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences. «Это наталкивает меня на мысль о том, что для здоровых людей гибкость опасности не несет, однако ее может быть слишком много», — говорит Бассетт.

    Ведь механизмы возникновения подобной гибкости неизвестны, как и то, что именно ею управляет. Андреа Стокко (Andrea Stocco), когнитивный нейробиолог из Университета Вашингтона в Сиэтле, подозревает, что важную роль в процессе контроля гибкости играет группа глубинных структур мозга под названием базальные ганглии. Он сравнивает эту область, включающую в том числе и полосатое тело, с авиадиспетчером, передающим информацию туда, где она более всего необходима. Одной из задач базальных ганглий, является, по всей видимости, прекращение определенных процессов. «Б-льшую часть времени базальные ганглии блокируют что-либо», — говорит он. Другие ученые нашли доказательства того, что контролировать гибкость помогают ключевые «центры» коры головного мозга.

    Исследователи пока не понимают связь показателей гибкости в различных областях мозга с микроскопическими изменениями, сопровождающими усвоение новой информации. В настоящее время, макро- и микрокартины процесса обучения — две отдельные реальности. Несмотря на отсутствие золотой середины, исследователи спешат найти признаки того, что нейронная гибкость может предоставить возможность улучшения способностей к обучению.

    Вполне возможно, что гибкость можно улучшить с помощью внешней стимуляции мозга. Людям, подвергшимся стимуляции, направленной на определенные цепи памяти, намного лучше удавалось вспомнить последовательности предложенных им слов, отметили ученые в выпуске журнала Current Biology от 8 мая. Некоторые специалисты утверждают, что раз стимуляция улучшает память, то может повысить и гибкость, а, возможно, и способность к обучению.

    Подают надежды также и некоторые препараты. Декстрометорфан, входящий в состав некоторых лекарств от кашля, блокирует белки, способствующие регуляции связей между нервными клетками. По сравнению с плацебо, у здоровых людей данный компонент придает некоторым областям мозга бóльшую гибкость и способность к быстрому переключению между нейронными партнерами, сообщили в прошлом году Бассетт с коллегами в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Она также изучает возможности нейронной обратной связи — процесса, при котором люди пытаются изменить структуры своего мозга для повышения гибкости с контролем в реальном времени.

    Повысить гибкость может также и нечто более простое. В выпуске журнала Scientific Reports от 31 марта Бассетт с коллегами описали выполненный ими сетевой анализ необычного объекта. В рамках проекта под названием MyConnectome нейробиолог Расс Полдрак, работавший тогда в университете штата Техас в Остине, трижды в неделю на протяжении года повергался процедуре МРТ головного мозга, тщательно отслеживая различные показатели, включая настроение. Бассетт и ее команда применили математические инструменты к данным Полдрака, дабы замерить его нейронную гибкость в каждый отдельно взятый день в поисках связей с его настроением. Результат оказался выдающимся: мозг Полдрака продемонстрировал максимальную гибкость в моменты наибольшего счастья, однако причины этого еще предстоит выяснить. (Минимальная же гибкость сопровождала удивление.)

    Это результаты только одного человека, а потому неизвестно, насколько применимы они будут к другим. Более того, в исследовании определяется только связь, но не утверждается, что счастье вызывает бóльшую гибкость и наоборот. Но идея занимательная, а то и очевидная, как говорит Бассетт. «Конечно, ни один учитель на самом деле не скажет, что считает трудновыполнимой нашу просьбу сделать детей счастливыми, чтобы они стали лучше учиться». Очень важно, однако, точно установить то, каким именно образом счастье влияет на процесс усвоения новой информации, — подчеркивает она.

    Исследовательская работа только начинается. Но вышеозначенная небольшая группа ученых уже предоставила аналитическую картину процесса обучения благодаря восприятию мозга как матрицы, состоящей из узлов и связей, которые легко могут смещаться, меняться местами и перегруппировываться. По словам Бассетт, более широкий взгляд на сетевую науку привносит «целый ряд новых гипотез и способов их проверки».

    Лора Сэндерс — независимый научный писатель, автор блога о науке воспитания детей. Ранее писала о нейробиологии, сообщая обо всех связанных с умственной деятельностью мистериях. Имеет докторскую степень в области молекулярной биологии, полученную в лос-анджелесском Университете Южной Калифорнии. Затем Лаура стала писать о человеческом мозге во всех его формах и проявлениях. Ее изыскания публиковались в научных журналах, в том числе Current Biology, Developmental Biology и PLOS Biology.

    #4059

    Arc
    Модератор

    Чем на самом деле отличается мужской мозг от женского

    Мужчины и женщины такие разные, потому что их мозг имеет отличия. Так гласит распространенный миф. На самом деле отличий почти нет. Ученые снова и снова наталкиваются только на одно.

    Марейке Кёниг (Mareike König)

    Женщины интересуются людьми, а мужчины — вещами. Женщины стремятся к сопереживанию, мужчины предпочитают систематизирование. Конечно, ведь мозги мужчин и женщин совершенно разные. Мозги женщин лучше снабжаются кровью. Зато мужские — тяжелее. У женщин больше серого вещества, у мужчин — белого. Таких предполагаемых отличий, как эти, можно предостаточно найти в интернете, но с научной точки зрения они довольно сомнительны. Потому что совсем неясно, какое влияние эти различия оказывают на функциональность.

    Миф о том, что мужской мозг выглядит и функционирует совершенно иначе, чем женский, прочно укрепился. При этом различия, как правило, очень незначительны, заявляют исследователи. И неясно, связаны ли вообще эти минимальные отличия каким-то образом с поведением или определенными способностями. Только в одной области головного мозга обнаруживаются отличия, здесь разница действительно не просто велика. Ученые также уверены, что именно она на самом деле отражается в поведении женщин и мужчин.

    Часть мозга, о которой идет речь, занимает всего несколько миллиметров. Она располагается глубоко в мозгу, в эволюционно очень старой области, промежуточном мозге. Ее функции большей частью настолько основополагающие, настолько инстинктивные, что у людей она навряд ли сложнее, чем у остальных млекопитающих. И там находится так называемая Nucleus präopticus medialis: небольшое ядро нервных клеток, то есть группа нервных клеток, совместно выполняющих определенные задачи.

    Различия закладываются в утробе матери

    Эта область мозга относится к человеческому сексуальному центру. У самцов млекопитающих она является узловой точкой, которая отвечает за «типично мужское» поведение: доминирование, агрессивность и половое влечение. Женщины же, напротив, не имеют единого центра управления. У них доминирование, агрессивность и половое влечение разъединены и контролируется разными нервными центрами в промежуточном мозге.

    Поскольку эту особенную функцию у мужчин выполняет Nucleus präopticus medialis, его размер более чем в два раза больше женского. Поэтому большое клеточное ядро — единственная часть мозга, по которой исследователи могут с уверенностью определить, принадлежит ли мозг мужчине или женщине.

    И уже на достаточно раннем этапе. К началу третьего месяца беременности плод развивает свои зародышевые клетки: яичники у девочек и семенники у мальчиков. Y-хромосома мужского эмбриона сообщает через медиаторы мозгу матери, что ей нужен тестостерон, чтобы развиться в мальчика, и строит место связывания рецептора с раздражителем для гормона. Кроме того и в миндалине мозжечка, которая перерабатывает эмоциональные впечатления и где в итоге зарождается сексуальное и агрессивное поведение.

    «Вряд ли сегодня кто-то еще сомневается в том, что такое дородовое отличие между мужчинами и женщинами имеет определенное влияние на поведение», — говорит Герхард Рот (Gerhard Roth), который является специалистом в нейробиологии и поведенческой психологии в университете Бремена.

    Есть доказательства того, что Nucleus präopticus medialis действительно отвечает за «типично мужское» поведение. Так, например, ученые пересадили самкам крыс Nucleus präopticus medialis мужских сородичей. После этого крыса начала взбираться на других самок. Она стала также агрессивнее, чем прежде, и участвовала в боях за территорию.

    Среди людей тоже есть указания на то, как значительно нервное ядро для поведения полов. Тогда, когда мужчины или женщины чувствуют сексуальное влечение к людям того же пола. Еще на стадии формирования плода у гомосексуальных мужчин Nucleus präopticus medialis заметно меньше, чем у их гетеросексуальных товарищей по полу.

    Обратное верно и для женщин-лесбиянок. У них нервное ядро больше, чем у гетеросексуальных женщин. В определенных случаях это может привести к тому, что генетический пол больше не соответствует гормональному. Тогда говорят об интерсексуальности.

    Ученые предполагают, что в таком случае имело место нарушение коммуникации между эмбрионом и гормональной системой матери. Это проявляется в более или менее выраженной форме для более 5% беременностей.

    Гормон стресса кортизол тоже играет роль

    Исследователь мозга Рот делает заключение из проведенных ранее исследований, что за различия в поведении между полами, прежде всего, ответственны гормональные взаимосвязи. Это подтверждают и результаты поведенческих исследований. Так, известно, что женщины сильнее реагируют на стресс, чем мужчины, и обычно более пугливы и тревожны, чем мужчины.

    Стресс тесно связан с гормоном кортизолом: высокий уровень кортизола увеличивает страх перед болью и опасностью. У женщин в мозгу нет специального ядра невротизма в мозгу. Но есть гормональный цикл, который легко может объяснить, почему женщины нервознее мужчин.

    Это связано с тем, что тестостерон подавляет гормон стресса кортизол. Поскольку у женщин, в среднем, в мозгу циркулирует меньше тестостерона, гормон стресса у них может беспрепятственно действовать. У мужчин в насыщенные тестостероном моменты влияние кортизола снижается.

    Поскольку такие гормональные различия закладываются еще до рождения, вероятно, они влияют на то, как развивается манера поведения. Например, исследователь мозга Рот предполагает, что в течение своей жизни мальчики развивают лучшее пространственное мышление, потому что они гормонально настроены на то, чтобы исследовать окрестности и делать открытия. Они карабкаются, строят и пробуют новое.

    Только средние значения существенно отличаются

    Девочки из-за своего более высокого уровня кортизола осторожнее. Они часто предпочитают оставаться с людьми, которые им знакомы. И поэтому рано обучаются общаться с другими. Так в среднем можно объяснить лучшие вербальные способности, не заявляя об особенно хорошем языковом центре женского мозга.

    Если бы это действительно было так, объясняет Рот, мы могли бы увидеть отчетливые различия в области коры головного мозга. В части мозга, где находятся все зоны, которые превращают нас в интеллектуальных существ, где возникает язык, логическое мышление и сложные чувства.

    Тому, что женщины предпочитают работать с людьми, а мужчины — с вещами, могут способствовать определенные гормональные предпосылки. Но качества, которые дети разовьют в течение своей жизни, в большей степени зависят от воспитания. И это не противоречит тому, что Эмма станет отличным инженером, а Лукас — любимым учителем в школе.

    И в заключение, при обсуждении разницы между полами речь всегда идет только о средних значениях. Уровень тестостерона у человека может значительно варьироваться. Так маленькая Эмма может с удовольствием бегать и лазать или опрокинуть своего партнера по дзюдо. А Лукас, может, лучше спокойно поиграет в настольные игры с соседским мальчиком, чем в мяч в саду.

    #4060

    Arc
    Модератор

    Вскрывая череп: Почему мы не может лечить заболевания мозга так же, как остальные болезни

    Джо Герберт (Joe Herbert)

    Наше понимание и методики лечения психических расстройств примитивны. Почему? Наше общество испытывает огромные нагрузки. Четверть женщин страдает от депрессии на каком-то этапе своей жизни (мужчины впадают в депрессию вдвое реже). Большинство из них никогда не обратится к врачу, и их депрессия никогда не будет диагностирована. Примерно 40% из них не поможет первый курс лечения антидепрессантами, а для приблизительно 60% и второй курс окажется неэффективен. Около половины людей, больных шизофренией, пойдут на поправку или смогут жить нормальной жизнью, у другой половины будет рецидив или они никогда не вылечатся. От анорексии умирает больше пациентов, нежели от любого другого психического недуга. Но психические расстройства только одна из разновидностей — и довольно искусственная — нарушений деятельности мозга.

    Лечение рассеянного склероза, болезни Паркинсона, инсульта и, прежде всего, болезни Альцгеймера остается на неудовлетворительном уровне. Боковой амиотрофический склероз неизменно фатален. Почему это происходит? Почему мы не можем лечить дисфункции мозга более эффективно? Вот простой ответ: мы недостаточно понимаем, как работает мозг. Но это приводит к более сложным вопросам. Что мы имеем в виду под «пониманием»? Что мы на самом деле ищем? Что нам нужно знать?

    Давайте начнем с сердца. Не потому, что в древности полагали, что оно является хранилищем эмоций, и даже не потому, что оно «разбивается» из-за любви; просто на его примере можно показать, что имеется в виду под «пониманием» того, как работает та или иная часть тела.

    Важным открытием стало то, что сердце является насосом: оно обеспечивает движущую силу для поддержания кровообращения. Нам не нужно знать, как происходит этот процесс, для того, чтобы воспроизвести его: аппарат искусственного кровообращения качает кровь, но не так, как это делает сердце. Так что это аналогичный механизм, а не гомологичный орган. Тем не менее, вы должны знать, как работает кровообращение, чтобы понять строение сердца.

    Впервые функцию обеспечения кровотока обнаружил английский врач Уильям Гарвей в 17 веке, попутно предсказав, что должны быть крошечные капилляры, соединяющие артерии и вены. Сам он никогда не видел этого: их обнаружили после изобретения микроскопа. Но как только был открыт механизм кровообращения, стало очевидным, что кровь с низким содержанием кислорода поступает в правую сторону сердца из организма и должна перейти в легкие, где будет насыщена кислородом, и вернуться на левую сторону перед тем, как снова начнет прокачиваться по телу. Кровь должна циркулировать только в одну сторону, что и объясняет наличие клапанов в сердце, которые предотвращают обратный ток (рефлюкс). Это также разъясняет, почему повреждение этих клапанов ухудшает способность сердца качать кровь через легкие или тело, в зависимости от того, какой клапан поврежден. Так что теперь с успехом проводятся хирургические операции, во время которых поврежденные клапаны заменяются элементами, повторяющими их функцию.

    Следующий вопрос — как работает насос? Как сердечная мышца производит сжатия, которые гоняют кровь по телу? Теперь мы понимаем физико-химические процессы, которые позволяют мышцам сокращаться. Мы также знаем, что есть область сердца, которая координирует сокращение каждой из четырех камер. Таким образом, если сердце начинает биться неровно, мы знаем, что делать. Еще было обнаружено, что сердце самостоятельно снабжает себя кровью и этот процесс может быть нарушен, что вредит работе сердца. Так были разработаны способы борьбы с закупоркой коронарных сосудов, и, поскольку стала известна причина, появилась возможность снизить вероятность возникновения такого заболевания.

    Существует много способов изучения работы сердца человека. Некоторые методы сравнительно новые: число распознаваемых сердечных заболеваний увеличилось не потому, что они проявились, но потому, что мы научились гораздо лучше диагностировать различные сердечные дисфункции. Так лечение стало более эффективным и целенаправленным: мы знаем, что пошло не так, и, в определенной степени, что с этим делать. Не все, конечно; еще не все. Но каждый уровень понимания приводит к конкретным достижениям.

    Если все методы лечения оказались неудачными, то можно даже пересадить сердце, что когда-то было невозможно. Это стало реальным, потому что мы узнали немало о том, как работает иммунная система, и как организм распознает «себя». Сердце больше не является тайной; принцип его работы понятен. Конечно, есть еще много того, чему надо научиться. Но путь к этим знаниям ясен.

    Перейдем к мозгу, и наше ясное видение неожиданно затуманивается. Как и сердце, мозг состоит из определенных структурных единиц — нейронов. Мы хорошо понимаем, как активизируется каждый нейрон и как он действует на следующий. Но теперь мы подходим к главной проблеме: нам известно, как сердечная мышца качает кровь, но мы не знаем, как набор нейронов формирует мысли, память, решения, эмоции. Мы знаем, что представляют собой скопления нейронов, и моделирование показывает, что их поведение трудно предсказать, в отличие от отдельных нейронов. Но о чем могут сказать эти скопления нейронов?

    Нейроны работают определенным образом: мозг является электрохимической машиной. Каждый из них активируется химическим веществом, вырабатываемым другим нейроном, это инициирует электрический сигнал, который проходит вниз по аксону и, в свою очередь, вырабатывает другое (или такое же) химическое вещество для следующего нейрона. Но это не простая цепочка: каждый нейрон может сообщаться с 10 000 других, что означает огромное количество возможных сочетаний. В человеческом мозге есть около 100 миллиардов нейронов, и около квадриллиона (10^15) возможных взаимодействий.

    И даже в таком случае, предположим, мы знаем, что каждый нейрон делает в отдельный момент времени — какие и где были химические реакции. Допустим также, что мы могли бы связать это с тем, что мозг делает в этот момент (скажем, вызывает чувство голода или видит знакомого) — что далеко за пределами возможностей нынешней неврологии. Будем ли мы на самом деле «понимать» то, что мы наблюдаем? Будем ли мы «знать», почему это представляет собой мысль, восприятие, мотивацию или эмоциональное состояние? Сможем ли мы тогда предсказать, что будет при других ощущениях (скажем, жажды или узнавания денежной купюры)? У нас нет теории нейронных функций, которая позволит нам узнать это, помимо грубого представления о том, за что отвечает определенная деятельность нейронной сети или узла (и даже это может варьироваться в разных частях мозга). Мы на самом деле не знаем, что искать.

    Мы понимаем мозг на другом уровне. Разные части головного мозга выполняют разные функции. Мы знаем, что есть отдельные участки, которые отвечают за движение, ощущают, обрабатывают зрительную информацию и так далее (хотя границы между ними расплывчаты). Например, мы знаем, что визуальная информация передается постепенно через ряд зон обнаружения, каждая из которых отвечает за отдельную характеристику вещей, которые мы видим (форма, цвет, движение и т. д.). А что происходит потом — тайна. Каким-то образом мозг соединяет все это в единое целое, поэтому мы видим один объект со всеми его атрибутами. Мы не понимаем, как это происходит. Хотя можно измерить активность нейронов в различных областях, мы не можем построить правдоподобную модель того, каким образом эта деятельность отвечает за феноменологические явления, происходящие в мозгу.

    Главная проблема — это соотнесение событий на уровне нейронов с известными функциями мозга. И наше знание других органов тут не поможет: мы не можем экстраполировать ту информацию, что мы знаем о сердце, печени, даже иммунной системе (которая сама по себе очень сложная), чтобы узнать, как на самом деле работает мозг. Психология — это описание того, что делает мозг, цель же нейронауки — описать, как работает мозг. Таинственный и, казалось бы, непостижимый разрыв между ними сбивает с толку не только диагностику и лечение психических заболеваний, но и все попытки понять смысл существования человечества. Мы — это то, чем является наш мозг, а наши замечательные руки лишь выполняют его команды. Но если мы не можем объяснить, почему мы решили сделать какое-то движение, не говоря уже о том, как мы учимся выполнять его более точно, каким образом мы сможем разрешить величайшую загадку нашего мозга: объяснить, как мозг формирует сознание?

    Здесь мы видим чарующую мощь аналогов. Мы способны построить компьютер, который, во многом (пусть пока и не очень глубоко) повторяет то, что человеческий мозг может делать. Он может производить расчеты, которые находятся за пределами возможностей большинства, если не всех людей. Машина может принимать решения, может учиться. Она может хранить информацию. И даже одурачить человека, заставив думать, что он общается с другим человеком. Но говорит ли это нам что-нибудь о том, как наш мозг делает подобные вещи?

    Вовсе нет. Электронный компьютер — это не электрохимический механизм. Он работает совершенно не так, как человеческий мозг. Машина имитирует то, что делает мозг, не копируя это, так же, как электронные часы лишь имитируют механические. Искусственный интеллект может помочь людям, может заменить их, возможно, даже устранить их, но разработчикам не нужно знать, как работает мозг, по крайней мере не больше, чем производители аппарата искусственного кровообращения должны знать о сердце. В обоих случаях мы должны знать только то, что этот орган делает.

    Если механик в гараже не понимает, как устроен двигатель автомобиля, то он не сможет сказать, почему мотор шумит, или как установить его правильно. Спросите любого психиатра, что происходит в мозге, когда люди находятся в депрессии, и он, вероятно, упомянет серотонин, одно из многих химических веществ, что вырабатывают нейроны. Психиатр выделяет его, потому что большинство препаратов, используемых для лечения депрессии, по всей видимости, работают изменяя уровень этого вещества в головном мозге. Изменение уровня норадреналина (похожего нейромедиатора) является не менее эффективным.

    И все же, нет доказательств того, что уровни серотонина и норадреналина в мозге человека, страдающего депрессией, как-то отличаются от нормальных. Вы заклеиваете порез на пальце лейкопластырем, который способствует восстановлению, но нельзя сказать, что порез был вызван недостатком лейкопластырей. Таким образом, изменение уровня серотонина может ускорить процесс восстановления некоторых людей — а есть те, кто сомневается даже в этом, — но это ничего не говорит нам о том, что такое депрессия и что послужила причиной ее возникновения.

    В настоящее время патологоанатомы, посмотрев на мозг человека с депрессией, не смогут отличить его от мозга здорового человека, тогда как посмотрев на мозг человека, больного рассеянным склерозом, можно заметить рубцы, которые оставляет болезнь. В психиатрических клиниках нет специальных устройств для выявления диагнозов или анализов крови. Как это отличается от работы, например, кардиологов, не правда ли?
    С неврологами ситуация обстоит немного лучше. Современные методы визуализации могут обнаружить, что именно в мозге пошло не так, потому что эти болезни обычно связаны с наблюдаемыми изменениями в его структуре. Здесь проблема заключается в понимании, что же надо с ней делать, если это не какая-нибудь операбельная опухоль. На самом деле, это немного несправедливо по отношению к государственной неврологической медицине. Существуют обстоятельства, при которых лечение может быть по крайней мере частично эффективно, к тому же эта область активно исследуется. Лечение рассеянного склероза, например, за последние десять лет значительно улучшилось, и есть обнадеживающие намеки на то, что мы сможем помочь поврежденному спинному мозгу самовосстановиться, пока не поздно. Но сейчас неврологи крайне ограничены в способах лечения, и это также отражает наше непонимание того, как мозг работает и как его починить.

    Психические заболевания, в отличие от неврологических, диагностируются и классифицируются исключительно по симптомам. Нет никаких объективных проверок: ни анализов крови, ни сканирования, ни физического обследования. Не существует ныне другой области медицины, к которой это было бы по-прежнему применимо (когда-то вся медицина базировалась на симптомах). В распоряжении врачей имеется широкий диапазон методов, которые используются как клинически, так и в рамках исследований мозга. Они очень полезны, даже можно сказать, жизненно необходимы. Но не в психиатрии. Психиатры упорно стараются найти надежный и последовательный способ выявления болезни, основываясь на симптоматике — но с переменным успехом.

    Американская психиатрическая ассоциация разработала формальную классификацию симптомов, которая оказалась очень полезной для психиатров в различных клиниках и даже странах при диагностике психических заболеваний. Но эта система выявила две основные проблемы: у каждого заболевания огромное количество приписываемых ему симптомов, что привносит некоторый хаос в каждую категорию; симптомы каждого расстройства до какой-то степени совпадают с другими, таким образом размывая различия между диагнозами. Более того, у всех людей мозг отличается, из-за генетики и пережитого опыта. Таким образом, одно конкретное заболевание мозга может вызывать разные симптомы, в зависимости от индивидуальных особенностей человека. Причиной сравнительно малого количества поставленных психиатрических диагнозов является то, что мы не знаем, как их подробно анализировать.

    Удивительно, но на самом деле, психических расстройств достаточно немного. Но сама система диагностики стала важной частью профессиональной структуры психиатрии и её очень сложно оспорить или изменить. История медицины показывает, что классификация заболеваний (первый шаг для их понимания) на основе одних только симптомов всегда неточна и не берет во внимание сложность и разнообразие расстройств органа или системы. Например, одышка когда-то считалась болезнью: теперь мы знаем, что это симптом, который может быть вызван рядом различных проблем, включая несколько сердечных нарушений, патологии легких, крови или мозга (к примеру, тревожные расстройства).

    Вернемся к депрессии. У нас есть несколько идей о том, какие части мозга отвечают за генерацию эмоций, и даже некоторая весьма поверхностная информация о том, какие части мозга начинают функционировать неправильно во время депрессий (предполагая, что это одно расстройство, а не группа, хотя скорее всего, это не так). Но пока мы не выясним наверняка, чем отличается мозг больного депрессивным расстройством (или шизофренией, ОКР и т. д.) от нормального, мы не узнаем, как его исправить.

    Это не обязательно означает, что знать о том, как эта часть мозга генерирует так называемую «депрессию» важнее, чем понимать формирование мозгом эффективной психологической защиты. Как мы уже заметили, частичного знания иногда достаточно, чтобы предложить эффективные средства защиты. Эдварду Дженнеру не понадобилось никаких знаний об иммунной системе, чтобы в конце восемнадцатого века разработать вакцину: он просто наблюдал развитие оспы у людей, работающих с коровами. Дженнер не имел ни малейшего понятия о том, как работает вакцина, но это никак не помешало ей стать эффективной. Возможно мы тоже сможем случайно или благодаря удаче открыть весьма эффективное средство борьбы с депрессией, не понимая как и почему оно работает: история медицины полна подобных счастливых случайностей (например, открытие пенициллина). Но для полного понимания мы должны узнать, что же именно не так.

    Но почему мы до сих пор не изучили мозг больного депрессивным расстройством досконально?

    Давайте в очередной раз отвлечемся от основной темы. Речь на этот раз пойдет о раке. Лечение рака за последние сто лет значительно продвинулось вперед — хотя все мы знаем, что предстоит еще больше. Сейчас около 75% детей, больных острым лейкозом, выживет. Ситуация с другими видам рака не столь обнадеживающая, но тенденция очевидна, и скорого появления новых лекарств ждут с оправданным нетерпением.

    С психиатрией дела обстоят иначе: большинство препаратов либо используются уже очень давно, либо являются лишь модификациями старых (я не предполагаю, что самыми эффективными методами лечения психических заболеваний являются, или будут являться, именно лекарственные препараты). Причиной столь яркой перспективы борьбы с раком является тот факт, что существуют заслуживающие доверия, обоснованные модели исследований. Животные тоже болеют раком, его можно развить у них искусственным путем. Эти опухоли очень похожи на те, что развиваются у людей. Раковые клетки можно выращивать в пробирках, где они ведут себя предсказуемо. Мы понимаем, что рак является генетическим заболеванием: он вызван мутациями в генах, которые контролируют рост клеток. Мы много знаем о различных генах и как они меняются.

    Этот факт, вкупе с нашей возможностью использовать проверенные экспериментальные модели, ведет нас к новому поколению лекарств. Например, были разработаны препараты на основе антител, которые находят и убивают раковые клетки. Они обещают быть намного эффективнее существующей грубой химиотерапии, с её ограниченной результативностью и серьезными побочными действиями. Таким образом, существует множество причин верить в светлое будущее борьбы с раком.

    А вот будущее психиатрии остается неясным. Несмотря на множество свидетельств обратного, нейронауки не располагают достоверными экспериментальными моделями хотя бы какого-нибудь психического заболевания. Мы не можем вырастить нейроны в пробирке, чтобы они показывали психическое расстройство. Поэтому мы не можем изучить их достаточно хорошо. Многие крупные фармацевтические компании просто отказались от исследований новых препаратов для борьбы с психическими заболеваниями — они не представляют, в каком направлении идти, поэтому основная надежда на будущее лежит на небольших биотехнологических стартапах. Академическая неврология должна найти ответы на многие вопросы, но препятствия, технические и теоретические, как можно заметить из всего вышесказанного, все еще крайне тяжело преодолеть.

    Сегодня нейроученых стало больше, чем когда-либо; правительства и другие организации объявляют о создании согласованных программ, направленных на решение описанных проблем. Некоторые из них не слишком хорошо продуманы, но хотя бы признается само наличие проблемы. Курс современной науки сфокусирован на биологии клетки, или на генах, которые клетки содержат и активируют. Нам больше известно о клетках, из которых состоит мозг, и том как они соединяются или преобразуют соединения между собой. Последние продвижения в понимании генома повлияли на исследования мозга, так же как и на все остальные сферы. В молекулярной и клеточной биологии и генетике настали удивительные времена. Но все же рывок к осознанию функций мозга как органа по-прежнему кажется неосуществимым. Именно по этой причине психиатрия еще некоторое время будет оставаться такой, какая она есть сейчас.

    Но однажды чей-то невероятный прорыв (или даже несколько) выведет психиатрию на совершенно новый уровень. Уровень, который свяжет происходящее в мозгу пациента и наблюдения психиатра. Это можно будет разбирать на клеточном уровне: «Какие нейроны не работают?». Или на химическом: «Вырабатываются ли аномальные химические вещества?». Или на системном: «Работают ли аномальные сети или скопления нейронов?». Чтобы на самом деле это постичь, нам пришлось бы делать логичные и убедительные выводы об одном уровне на основе других. Как и в других областях науки, контрольное испытание определяет, получится ли предсказывать неврологическое и психологическое состояния по одному взгляду на данные. А потом нам надо будет научиться это знание правильно использовать. Возможно, это приведет к смягчению давнего разрыва между психиатрией и неврологией.

    Интересно, что болезнь Альцгеймера перекочевала из психиатрии в неврологию. Почему это произошло? Потому что сейчас мы знаем те патологические изменения мозга, что лежат в её основе. Ученые-медики могут увидеть, что случилось в мозгу больного Альцгеймером. Сама болезнь не изменилась, но изменилось наше понимание болезни. И есть основания надеяться на то, что это приведет к её эффективному предотвращению, которое нельзя и представить без детального знания неврологической стороны проблемы. Давайте же представим день, когда вся психиатрия пойдет этой дорогой.

    Когда с проклятьем душевных заболеваний — трагичной и изматывающей ношей для индивидов и общества — наконец-то будет покончено.

    #6659

    Arc
    Модератор

    Нейроэстетика: как наш мозг понимает, что красиво, а что нет?

    Глядя на произведение искусства, мы ощущаем связь с чем-то большим. Почему?

    Сара Кауфман (Sarah L. Kaufman), Дэни Плейер (Dani Player), Джейн Оренштейн (Jayne Orenstein), Май-Инг Лам (May-Ying Lam), Элизабет Харт (Elizabeth Hart), Шелли Тан (Shelly Tan)

    Если задуматься, убеждение, что в театре можно отлично провести время, во многом противоречит логике. Там мы окружены незнакомцами, на нас обрушиваются необычные образы, а зачастую и символический язык, не поддающийся словесному выражению. Но если вечер действительно удался, мы обычно смеемся, плачем или получаем больше удовольствия от живого выступления, чем от просмотра той же постановки дома и в записи. В театре мы можем полностью погрузиться в происходящее и ощутить связь с чем-то большим, чем мы сами. Как это происходит?
    Ответы на многие загадки искусства можно найти с помощью науки. Считается, что искусство понимают сердцем, однако его путь начинается с мозга. Сложные внутренние системы сознания с поразительной скоростью воспринимают и интерпретируют эти тонкие материи. Представители новой науки — нейроэстетики — изучают отношения между искусством и мозгом.

    Мы любим развлекаться в больших компаниях

    Способность к социальному взаимодействию — одно из главных преимуществ нашего вида. Именно благодаря ему мы способны учиться на чужом примере. Мы стремимся внимательно считывать и анализировать эмоции и действия окружающих, поскольку эта особенность заложена в нашем мозге.

    Если, например, вы когда-либо посещали экспериментальный перформанс, где присутствовало мало зрителей, и вы почувствовали себя немного выставленным на всеобщее обозрение, то вы понимаете почему. Нам необходимо общение с себе подобными. И сигналы, получаемые от других людей, помогают мозгу понять логику окружающей реальности. Этот процесс начинается сразу после того, как мы оказываемся в толпе.

    Социальное взаимодействие — ключевая особенность мозга

    Социальные связи помогают понять человеческое поведение, большая часть которого складывается из оценок действий и эмоций — как наших, так и чужих. Мозг любит делиться эмоциями с окружающими. Это лишь одна из причин, почему посещение живого выступления — концерта, пьесы, оперы — возбуждает наши нервы. Учитывая способность мозга к эмпатии, неудивительно, что даже в таких бессловесных формах искусства, как живопись или танец, мы можем начать видеть скрытый смысл — и целую историю.

    Нам нравятся истории

    Повествование — эффективный способ передать информацию. Мы можем косвенно получать новые знания, пользуясь чужим опытом. При этом мы в безопасности и не испытываем необходимости действовать самостоятельно. Именно поэтому рассказ так сильно влияет на нас.

    Мы отправляемся в путешествие, маршрут которого уже придуман кем-то другим. Пример балета «Лебединое озеро» доказывает, что мы можем сопереживать главным героям, не испытывая при этом эмоций того же масштаба.

    Невозможно сопротивляться движению

    Основные участки нашего мозга в первую очередь координируют опорно-двигательную систему: отправляют мускулам команды, обеспечивающие движение и, соответственно, выживание. Мозг реагирует на язык тела, мимику, жесты — все движения, от которых может зависеть выживание или успех в социальной среде. Все они встречаются в «Лебедином озере».

    Но мы воспринимаем чужие движения не только на визуальном уровне. Мы неким образом воспринимаем их всем своим телом.

    Когда мы наблюдаем, как танцор стремительно пересекает сцену, мы зачастую тоже ощущаем внутреннюю дрожь. Согласно теории зеркальной нейронной системы, наш мозг автоматически повторяет воспринимаемые им чужие действия через двигательную зону своей коры.

    Давайте разберем это утверждение на примере пошаговой последовательности движений. Когда танцор делает прыжок или поворачивается, мы можем сами испытать ощущение полета.

    Многие ученые полагают, что мы анализируем поступки окружающих людей с помощью соматосенсорной системы: она обеспечивает передачу информации о полученных ощущениях от тела к мозгу и помогает нам ощущать эмоции другого как свои собственные.

    Этот механизм позволяет нам воспринимать последовательность движений артиста как единый в психологическом плане фрагмент. Серия прыжков может стать выражением стремления, поскольку мы неосознанно воспринимаем скрытую за ними эмоцию.

    Структура искусства активизирует нейроны в нашем мозге

    Ученые, которые исследуют различные формы искусства, считают, что существуют некоторые компоненты, способные особенно воздействовать на мозговую активность. Нейробиолог Вилейанур Рамачандран разработал несколько универсальных законов искусства. Эти закономерности были выявлены в целом ряде произведений искусства, которые принадлежат к разным периодам и культурам.

    Эти принципы активируют визуальные центры нашего мозга. Теоретически они воздействуют на усвоенные нами в процессе эволюции навыки, необходимые для выживания. В «Лебедином озере» прослеживаются следующие закономерности:

    Изоляция

    Выделение одного элемента помогает мозгу блокировать остальную сенсорную информацию и сконцентрироваться. Повышенный уровень внимания способствует усилению эмоциональной реакции, особенно когда сам элемент максимально упрощен. Одетта отделена от остальных исполнителей, а ее лебединая сущность передана всего несколькими жестами.

    Контраст

    Чем проще нашему мозгу воспринимать разделительные линии, тем быстрее он определяет границы — в особенности если речь идет о близлежащих объектах. Черно-белая цветовая схема «Лебединого озера» четко разделяет главных героев.

    Если зритель обнаруживает связь между абсолютно разными, как кажется поначалу, вещами, то откликается эмоциональнее и активнее, появляется эмпатия. Наш мозг проводит параллель между «лебединой» партией Одетты и ее психологическим состоянием, и эта аналогия углубляет наше восприятие ее боли.

    Разные движения порождают разные эмоции

    Нейробиолог Джулия Ф. Кристенсен и ее коллеги из Лондонского университета попросили участников своего исследования оценить эмоции от просмотра коротких беззвучных видео с выступлениями танцоров балета. Так на их восприятие не могла повлиять ни музыка, ни выражения лиц исполнителей.

    Позитивный отклик вызывали мягкие движения с круговой амплитудой — как, например, в сцене полета Одетты,которая состоит из плавных движений и па. Угловатые позы провоцировали негативные эмоции: асимметричные движения Черного лебедя впечатляли зрителей, но казались тревожными.

    Музыка — идеальная составляющая

    В ходе другого исследования Кристенсен и ее коллеги демонстрировали испытуемым как беззвучные, так и музыкальные отрывки из выступлений балетных танцоров. На кончиках пальцев у участников эксперимента были закреплены устройства по контролю потоотделения, чтобы отслеживать их эмоциональный отклик.

    Когда печальная музыка сопровождала исполненный грусти танец, испытуемые демонстрировали сильный отклик, в том числе и на телесном уровне. Если музыка не совпадала с содержанием видео, реакция ослабевала.

    Когда музыка и танец со схожим эмоциональным посылом совпадают, происходит нечто необъяснимое. Оно вызывает более мощный эмоциональный отклик, чем случайная комбинация.

    Подводя итог

    Когда вы отправляетесь на балет (или любое другое представление) вы вступаете в область действия подконтрольного эксперимента. Если все пройдет так, как планировалось, все элементы сольются воедино и сформируют нечто вроде коллективного бессознательного.

    Миллиарды клеток вашего мозга будут взаимодействовать с миллиардами мозговых клеток других людей, устанавливая соединения на микроуровне и способствуя слиянию наших сознаний.

    Этот процесс начинается, когда мы неосознанно включаем себя в число зрителей. Затем перед нами разыгрывается история, соединяющая нас с актерами.

    Мы начинаем чувствовать и понимать смысл происходящего на сцене, реагируя на магнетизм специфических визуальных центров. Испытываем эмоциональный подъем, когда музыка точно соответствует повествованию. Даже начинаем чувствовать эмоциональную привязанность в отношении других зрителей.

    Все, как и задумали артисты, а также хореографы, режиссеры, сценаристы и композиторы. Вся эта магическая трансформация начинается на уровне мозга одного индивида. Начинается с вас.

    На протяжении десятков тысяч лет искусство создавалось усилиями человеческого мозга. У каждой культуры есть собственный вид искусства. Однако ученые только сейчас начинают понимать, как наш мозг воспринимает и создает искусство и почему он это делает.

    Как и многие произведения искусства, наш мозг остается загадкой. Один из секретов мозга — то, как хрупкая материя, спрятанная в нашем черепе, может не только придумывать, создавать и наслаждаться искусством, но выходить с его помощью за пределы головы, тела, космоса, самого времени и реальности.

Просмотр 4 сообщений - с 1 по 4 (из 4 всего)

Для ответа в этой теме необходимо авторизоваться.