Логика сознания. Часть 8. Пространственные карты коры мозга
Задача настоящего цикла статей — попробовать описать как работает реальный мозг. Поэтому нас волнует не только работоспособность предлагаемых моделей, но и их согласованность с теми фактами, что известны про реальный мозг и реальные нейроны. В этой части пойдет разговор о том, насколько принципы пространственной организации, свойственные предлагаемой модели, соответсвуют тому, что известно про пространственную организацию реальной коры. В свое время Вернон Маунткасл выдвинул гипотезу, что для мозга кортикальная колонка – это основная структурная единица переработки информации. В свете описываемой модели можно конкретизировать функции кортикальных миниколонок, механизмы их работы и принципы взаимодействия. В предлагаемой модели мы исходим из того, что мозг оперирует информацией, которая состоит из дискретных понятий. Каждому понятию соответствует волна с определенным уникальным внутренним узором. Носителями волн, предположительно, являются дендритные сегменты. По узорам, которые создают информационные волны, распространяясь по какой-либо зоне коры, миниколонки этой зоны получает информационное описание происходящего. Одна и та же информация поступает в каждую миниколонку.
Структура и стартовые настройки мозга
Знание того как работает нейрон недостаточно для понимания того, чем обусловлено разумное и интеллектуальное поведение. Эволюция совершила удивительное мастерство, создав систему из относительно простых элементов, способную поразить невероятной успешностью во взаимодействии с окружающей средой. Недостаточно взять некую массу связанных нейронов (даже сложив слоями) подключить к ней датчики и выводы и получить хоть какое-то подобие мозга. Главным полем работы эволюции на протяжении миллионов лет является не нейрон, а структура и внутренняя организация нервных клеток в нервной системе. В предыдущей части мы говорили о структуре коры мозжечка и на его примере видно, что структура и организация является фундаментальной для его функций. Давайте разберемся в том, как организована кора больших полушарий, структура благодаря которой Человек стал самым успешным видом на Земле.
Логика сознания. Часть 6. Кора мозга как пространство вычисления смыслов
Что такое информация, как найти скрытый в ней смысл, что вообще есть смысл? В большинстве толкований информацию сопоставляют с сообщением или с данными, используя эти слова как синонимы. Сообщение обычно подразумевает конкретную форму. Например, устная речь, текстовое послание, сигнал светофора и тому подобное. Термин «сообщение» чаще используют, когда говорят об информации в связи с ее передачей. Под данными обычно подразумевают информацию, для которой определена форма ее хранения или передачи. Например, мы говорим о данных, когда упоминаем записи в базе данных, массивы в памяти компьютера, сетевые пакеты и тому подобное. Сам термин «информация» мы предпочитаем использовать, когда нет необходимости заострять внимание на способе ее передачи или форме представления. Информация, чтобы быть использованной, должна получить интерпретацию. Например, красный сигнал светофора можно интерпретировать как запрет ехать, улыбку как сигнал хорошего расположения и тому подобное. Конкретная интерпретация называется смыслом информации. По крайней мере, такой трактовки придерживается международная организация по стандартизации: «knowledge concerning objects, such as facts, events, things, processes, or ideas, including concepts, that within a certain context has a particular meaning».
Память, консолидация памяти и бабушкины нейроны
Первый вопрос, который возникает перед исследователями нервной системы и когнитивных процессов это, что такое память? Что такое память в биологическом аспекте? Как проявляется память на уровне отдельного нейрона? И в какой форме хранится информация в нервной системе? И сейчас мы ответим на эти вопросы.
Логика сознания. Часть 4. Секрет памяти мозга
Когда с нами что-то происходит наш мозг фиксирует это, создавая воспоминания. Изменения, которые при этом происходят с мозгом, принято называть энграммами или следами памяти. Вполне естественно, что понимание того, как выглядят следы памяти – основной вопрос изучения мозга. Без этого невозможно построить никакую биологически достоверную модель его работы. Понимание строения памяти непосредственно связано с пониманием того, как мозг кодирует информацию и как он ей оперирует. Все это, пока, — неразгаданная загадка. Еще большую интригу в загадку памяти вносят исследования по локализации воспоминаний. Еще в первой половине двадцатого века Карл Лэшли поставил очень интересные опыты. Сначала он обучал крыс находить выход в лабиринте, а затем удалял им различные части мозга и снова запускал в тот же лабиринт. Так он пытался найти ту часть мозга, которая отвечает за память о полученном навыке. Но оказалось, что память каждый раз сохранялась, несмотря на временами значительные нарушения моторики. Крысы всегда помнили где искать выход и упорно стремились к нему.
Команде ученых Университета Люксембурга удалось приживить «искусственные» нейроны в головной мозг мышей
Группа специалистов из Университета Люксембурга может отмечать сразу два достижения. Первое — им удалось преобразовать клетки кожи мышей в нейроны (собственно, это удавалось и другим командам ученых). Второе, более важное событие — приживление «искусственных» нейронов в головном мозге мыши. Причем приживление это долгосрочное, прошло уже более полугода с момента имплантации, а мыши живут и здравствуют, мозг функционирует нормально. На первый взгляд, новость не очень значительная. Однако, подобное достижение может иметь широко идущие последствия, включая возможность замены поврежденных нейронов головного мозга людей с нейро-дегенеративными заболеваниями, что позволит лечить ту же болезнь Паркинсона, например.
В человеческом мозге столько же «транзисторов», сколько в мировой ИТ-инфраструктуре
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.
Мужской мозг лучше всего работает в 39 лет
Американские нейробиологи опубликовали результаты исследования процесса старения нейронов человеческого мозга. Они выяснили, в каком возрасте начинает неизбежная деградация нервных клеток, а также как именно аксоны теряют защитное покрытие из миелина. Это начинается, в среднем, в возрасте 39 лет. У кого-то раньше, у кого-то позже. Именно в этом возрасте организм постепенно теряет способность регенерировать миелин, и аксоны постепенно теряют свой функционал, причём потеря миелина ускоряется в геометрической пропорции со временем (U-образная кривая).
Суперкомпьютер добился 10% производительности мышиного мозга
Одно полушарие мышиного неокортекса содержит 8 млрд нейронов по 8000 синапсов на нейрон. Для запуска полноценной симуляции исследователям IBM потребовался суперкомпьютер BlueGene/L на 4096 процессорах с 1 ТБ оперативной памяти. За десять секунд рабочего времени суперкомпьютер симулировал одну секунду работы почти полноценного мышиного мозга (8 млрд нейронов по 6300 синапсов). Человеческий мозг содержит 100 млрд нейронов, то есть в 12,5 раз больше, чем у мыши. Как много времени по закону Мура потребуется для того, чтобы программу эмуляции можно было запустить на обычном ПК — считайте сами.
Нейроинженеры научились программировать мозг вспышками света
Учёные из массачусетского технологического института нашли способ блокировать и возбуждать активность отдельных нейронов головного мозга с помощью вспышек жёлтого и голубого цвета. Светить нужно напрямую через мозговой имплант-светодиод.
