На чтение: ≈ 9 мин.Чтобы быть счастливым, нужны нейронные связи
Для того чтобы проникнуть в другие измерения, оказывается, не обязательно использовать черные дыры или машину времени, достаточно всего лишь… заглянуть в собственный мозг! Никакой фантастики тут нет: недавно нейробиологи из института EPFL в Швейцарии экспериментальным путем пришли к выводу, что в человеческом мозге присутствует огромное количество объектов, обладающих геометрическими свойствами и насчитывающих до 7, а порой и до 11 измерений.
Зачем вообще понадобилось такое исследование? Дело в том, что в мозге, по подсчетам специалистов, около 86000000000 нервных клеток – нейронов. Они образуют сети, взаимодействующие между собой. Именно благодаря нейронным связям мы способны осознавать окружающий мир, мыслить и действовать. Если связи между нейронами нарушены, мозг перестает нормально функционировать и возникают различные нервные и психические патологии. Если нейроны не соединятся между собой должным образом, мы не сможем совершить самое простое действие, например поднять руку или ногу, поправить волосы, у нас могут возникнуть проблемы с запоминанием тех или иных фактов и событий, мы можем оказаться не способны адекватным образом осмыслить ситуацию… Причиной могут стать травмы головы, различные физиологические недуги, дегенеративные процессы, например, носящие возрастной характер. Инсульт, шизофрения, опухоль мозга, аутизм, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз – все эти заболевания связаны с нарушением взаимодействия между нейронными сетями. Если в мозге что-то нарушено, то человек уже не сможет жить полноценной жизнью, даже если его тело и другие органы здоровы.
Есть такая поговорка: «Чтобы быть счастливым человеком, нужны хорошие связи. Хорошие нейронные связи».
Многим ученым хотелось бы понять, как устроен мозг и как работают нейронные сети, в том числе и для того, чтобы помогать больным людям. Но из-за большого объема нейронных связей решить эту задачу весьма затруднительно. И все же это может стать реальностью.
В последнее время ученые сделали несколько любопытных открытий о мозге. Так, нейробиологи из Французского института здоровья и медицинских исследований (INSERM) обнаружили, что мозг способен формировать нейронные сети на случай возникновения новой для него ситуации. Это позволяет приматам адаптироваться к новым условиям таким образом, который не предусмотрен эволюционными процессами. Уникальные комбинации нейронных импульсов помогают вырабатывать правильное поведение в непредвиденных обстоятельствах.
Чтобы доказать это, ученые построили модель резервуарной сети, которую заставили выполнить новую задачу. Затем они сравнили работу сети с работой префронтальной коры головного мозга подопытных обезьян, столкнувшихся с новыми для них обстоятельствами. Оказалось, что обе сети проявляли активность сходным образом.
А еще в мозг у нас встроен естественный навигатор, к такому выводу пришли специалисты из университетов Стэнфорда, Сан-Хосе и Нью-Йорка во главе с Тэккери Брауном. Они выяснили, что механизм, основанный на взаимодействии префронтальной коры и гиппокампа, дает нам возможность заниматься планированием, а также прокладывать маршруты из пункта А в пункт В.
МРТ установила, что периренальная кора мозга кодирует сигналы о состоянии внешней среды, а парагиппокампальная кора, примыкающая к гиппокампу – сигналы о положении тела в пространстве.
Кроме того, ученые выяснили, какие именно группы нейронов отвечают за распознавание так называемых промежуточных целей, указывающих на то, что человек находится на верном пути, и какие активизируются при «встрече» с объектами, которые свидетельствуют о том, что мы движемся в неверном направлении.
В свою очередь исследовательская группа Blue Brain из EPFL задумала построить на компьютере математическую модель структуры нашего мозга. В процессе ее построения ученые использовали метод алгебраической топологии. Так называется раздел математики, описывающий свойства объектов и пространств независимо от изменения их формы.
Тестирование проводилось на разработанной еще в 2015 году модели неокортекса – важной части мозга, которая предположительно ответственна за такие его функции, как познание и сенсорное восприятие.
В итоге выяснилось, что отдельные группы нейронов соединяются между собой в так называемые клики, представляющие собой многомерные геометрические объекты. Необходимо подчеркнуть, что речь идет вовсе не о пространственно-временных, а о чисто математических измерениях, то есть о количестве нейронных связей. Причем оно зависит от размера того или иного «клика», то есть узловой точки, в которой «пересекаются» нейроны.
При стимуляции виртуальной мозговой ткани искусственным путем нейроны реагировали на нее высокоорганизованным образом. «Это как если бы мозг реагировал на раздражитель, строя и затем разрушая башню из многомерных блоков… – утверждает Ран Леви из Университета Абердина в Шотландии. – Развитие активности через мозг напоминает многомерный замок из песка, который материализуется… и затем распадается».
Результаты тестирования были подтверждены также в процессе экспериментов на живых тканях у подопытных крыс.
«Мы нашли мир, о котором никогда не мечтали, – прокомментировал один из руководителей исследования Генри Маркрам. – Даже в самой маленькой части мозга существуют десятки миллионов подобных объектов, и размерность их колеблется вплоть до семи измерений. В некоторых сетях мы даже обнаружили структуры с количеством измерений, достигающим 11».
Важным открытием стало то, что между нейронными «кликами» существуют пустые пространства, или полости, которые, вероятно, критически влияют на работу мозга.
«Алгебраическая топология похожа на телескоп и микроскоп одновременно, – рассказывает еще один участник команды, математик Кэтрин Хесс из EPFL. – Он помогает приблизиться к сетям, чтобы найти скрытые структуры и одновременно увидеть пустые пространства. Это похоже на поиск деревьев и полян в едином массиве леса».
Теперь наконец появилась некоторая ясность по поводу того, как в мозгу протекают процессы обработки информации. Правда, пока непонятно, почему «клики» и полости формируются такими специфическими путями и как «многомерность» соотносится с решением когнитивных задач. Но исследователи надеются со временем получить ответ и на этот вопрос.
Ида ШАХОВСКАЯ
Выбор читателей
Комментарии