Особенности человеческого мозга.

Автор Cirill, января 24, 2014, 17:31:47

« назад - далее »

ArefievPV

#600
Решил продублировать в эту тему... Для интересующихся проблемой...
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8969.msg236060.html#msg236060
Цитата: ArefievPV от ноября 20, 2019, 08:18:05
Кэролайн Уилльямс (под редакцией)
«Мозг и сознание». Глава 7. Измененные состояния сознания
https://elementy.ru/bookclub/chapters/434777/Mozg_i_soznanie_Glava_iz_knigi

ЦитироватьВ книге собраны статьи ведущих авторов журнала New Scientist, проливающие свет на тайны нашего разума.

P.S. И по приведённой ссылке, и в самой книге (глава 4 "Свобода воли"), много любопытных фактов, заставляющих по новому взглянуть на понятия: "свобода воли" и "субъектность"...

Процитирую немного

ЦитироватьАвторы научно-популярных статей

Марк Бекофф – почетный профессор экологии и эволюционной биологии Колорадского университета в Боулдере, исследующий поведение и когнитивные функции животных. Он написал раздел в главе 10, в котором утверждает, что животные обладают сознанием и люди должны относиться к ним соответствующим образом.
Патрик Хаггард – профессор когнитивной нейронауки в Университетском колледже Лондона. Его исследования фокусируются на субъективном переживании произвольных действий и на образе тела в мозге. Он написал статью о свободе воли в главе 4.
Николас Хамфри – психолог-теоретик из Кембриджа, который изучает эволюцию интеллекта и сознания. Автор книги «Сознание. Пыльца души» и соавтор раздела «Изобретение сознания» в главе 3.
Дж. Кевин О'Риган – бывший директор Лаборатории психологии восприятия в Университете Париж Декарт, предложивший новый подход к пониманию сознания, автор книги «Почему красный не звучит как колокольчик: Как понять чувство сознания» (Oxford University Press , 2011). Он написал в главе 6 раздел о том, возможно ли создать «чувства» у машин.
Лиз Пол – старший научный сотрудник в Бристольском университете, исследует эмоциональные и познавательные способности животных разных видов. В главе 10 она пишет о сознании животных.
Анил Сет – соруководитель Центра наук о сознании им. Терезы Саклер при Университете Сассекса в Великобритании, автор готовящейся к изданию книги «Приемный зал» (Faber & Faber , 2019). Он исследует понимание биологических основ сознания, о чем пишет в главе 2.
Макс Тегмарк – профессор физики Массачусетского технологического института, специализируется в области космологии. В своей книге «Наша математическая Вселенная» он исследует физику сознания. В главе 3 его авторству принадлежит раздел «Является ли сознание состоянием материи?».
Адам Земан – исследователь в области когнитивной и поведенческой неврологии, включая неврологические расстройства сна,профессор медицинского факультета Университета Эксетера, автор книги «Сознание: Руководство пользователя». В главе 5 он пишет о расстройствах сознания.
ЦитироватьИз всех тайн человеческого существования самыми загадочными, должно быть, являются эти вопросы: «Что такое сознание? Реально ли оно или это просто иллюзия? И в любом случае, как оно работает?»

Люди задумывались над этими вопросами задолго до того, как узнали, что «органом» мышления является мозг. Пока Гиппократ в V веке до н. э. не заметил, что у людей с травмами головного мозга нарушались различные аспекты сознания, никто и не подозревал, что сознание имеет к мозгу какое-то отношение.

Но вопросы на этом не прекратились. Как может мягкая, похожая на тофу ткань мозга дарить нам такое богатство переживаний? Как мы можем утверждать, что мои переживания подобны твоим? Что происходит в бессознательном и как оно влияет на наши представления о свободе воли?

Пока у нас нет всех ответов, и эти вопросы продолжат обеспечивать работой ученых и философов в течение еще нескольких веков. Что у нас есть, так это некоторые увлекательные гипотезы, многие из которых кажутся невероятнее вымысла. Для навигации в глубинах философии и нейронауки мы собрали представления величайших исследователей сознания и объединили их с опытом авторов New Scientist.

Мы признаем, что следующие страницы не содержат всех разгадок тайн нашего разума, но они точно вызовут новые захватывающие вопросы. Они даже могут заставить вас переосмыслить все, что, как вы думали, вы знаете о реальности.

Кэролайн Уилльямс, редактор

ArefievPV

Оставшееся целым полушарие мозга обросло прочными функциональными связями
https://nplus1.ru/news/2019/11/20/one-hemisphere
Американские ученые выяснили, что при полном или частичном удалении одного из полушарий головного мозга основные функциональные связи реорганизуются и становятся прочнее. Для этого они изучили функциональную структуру мозга шести взрослых пациентов, в детстве переживших гемисферэктомию — полное или частичное удаление одного из полушарий. Более прочные (по сравнению со здоровым мозгом) связи, по-видимому, и обеспечивают нормальную работу когнитивных и моторных функций пишут ученые в Cell Reports.
ЦитироватьНейроны в головном мозге связаны в одну общую сеть, причем как на молекулярном уровне, так и функционально: на связях между разными отделами мозга полностью строится его работа. Разумеется, если повреждается какой-то из отделов мозга, то связь его с другими отделами нарушается — и это в итоге приводит к потере функций. Например, инсульт, сопровождающийся кровоизлиянием в левом полушарии, приводит к потере части речевых функций — афазии.

Мозг, однако, достаточно пластичен, и пластичности его хватает для того, чтобы нейронные связи реорганизовались, а функции, которые ранее выполняли поврежденные участки, перешли к другим отделам. Разумеется, этому предшествует длительный процесс реабилитации, который может занять несколько лет; при этом механизм того, как именно связи восстанавливаются (в особенности при достаточно обширных нарушениях) до сих пор неясен до конца.

Ученым под руководством Дорит Климан (Dorit Kliemann) из Калифорнийского технологического института удалось изучить восстановление функциональных связей в мозге шести пациентов, переживших гемисферэктомию в детском возрасте. Несмотря на отсутствие обширной части мозга как в левом, так и в правом полушарии, все пациенты отличались нормальными когнитивными и физическими способностями — во многом за счет того, что пережили операцию в раннем возрасте (от нескольких месяцев до 11 лет; на момент проведения исследования самим пациентам было от 20 до 31 года).

Работу мозга пациентов изучили с помощью фМРТ покоя — этот метод позволяет оценить функциональные связи головного мозга вне выполнения каких-либо заданий и воздействия какой-либо стимуляции. Всего исследователи сосредоточились на семи функциональных связях, которые суммарно покрывают практически всю кору в обоих полушариях: зрительная, соматомоторная, дорсальный и вентральный зрительные пути, связанные с работой внимания, лимбическая система, связь, отвечающая за когнитивный контроль, а также сеть пассивного режима работы мозга.

Результаты, полученные для пациентов, сравнили с шестью здоровыми участниками контрольной группы, подобранными по демографическим показателям. Ученые выяснили, что, по сравнению с контрольной группой, изученные функциональные связи в мозге пациентов были значительно прочнее (в особенности — у двух пациентов), но при этом организованы были так же: например, наблюдалась характерная слабая связь между разными сетями.

По-видимому, за время, прошедшее с операции по удалению части мозга, связи успели организоваться таким образом, чтобы занимать целые участки. Например, это было хорошо заметно по сети пассивного режима, которая обычно занимает оба полушария: у пациентов, в зависимости от очага повреждения, она была хорошо сохранения либо в одном, либо в другом полушарии.

Образование более прочных связей, таким образом, может служить механизмом восстановления работы мозга после повреждения. У изученных пациентов это проявляется лучшим возможным образом: несмотря на отсутствие обширных участков мозга, их когнитивные функции находятся на уровне нормы. При этом успех такой реорганизации, по-видимому, не зависит от возраста проведения гемисферэктомии и размера вырезанного участка: наиболее прочные функциональные связи наблюдались у пациента, который лишился половины правого полушария в возрасте трех месяцев, и пациентки, у которой в возрасте семи лет вырезали правое полушарие практически полностью.

Определенные функции головного мозга могут восстанавливаться даже в том случае, если поврежден или удален ключевой в их работе участок. Например, это работает для обонятельной системы: недавно ученые рассказали о нескольких пациентках, которые могут чувствовать запахи без обонятельных луковиц. Впрочем, как именно это происходит, пока что неясно.

ArefievPV

Не понятно куда это разместить. Решил сюда...
Правда, в заметке, скорее, об особенностях мышиного мозга, а не человеческого...

Человеческие нейроны прижились в мышином мозге
https://www.nkj.ru/news/37374/
Нейроны человека развиваются в мышином мозге долго, но, несмотря на это, потом они вполне срабатываются с нейронами мыши.

В мозг – по крайней мере, мышиный – можно добавлять нейроны, так сказать, со стороны: мы писали о том, что такие нейроны успешно соединяются с «натуральными» мозговыми нейронами и начинают вместе с ними выполнять общую работу. Но в этих экспериментах мышам пересаживали клетки, полученные от них же: кожные клетки мышей перепрограммировали в стволовые клетки, которых можно было превратить в любые другие, и полученным стволовым клеткам давали команду превратиться в нейроны.

Исследователи из Брюссельского свободного университета и других научных центров тоже занимались пересаживанием нейронов в мозг мыши, но только нейроны эти были человеческие и получали их из эмбриональных стволовых клеток. Известно, что в коре мозга человека нейроны и нейронные цепи созревают довольно долго – намного дольше, чем у других животных. Авторов работы интересовало, что определяет время созревания нейронов – какие-то их внутренние часы или это влияние окружения. Если всё дело в окружении, то после пересадки мышатам человеческие нейроны будут развиваться со скоростью нейронов мыши, и весь процесс займёт несколько недель.

Однако, как говорится в статье в Neuron, незрелые человеческие нейроны, попав в мышиный мозг, развивались с обычной человеческой скоростью, так что полноценные зрелые клетки из них получались только спустя несколько месяцев. Тем не менее, дозрев, они встраивались в мышиные нейронные цепи и начинали реагировать на визуальные стимулы (нейроны пересаживали в зрительную кору); более того, активность человеческих клеток менялась в зависимости от того, что именно показывали мышам. То есть, несмотря на собственный ритм развития, человеческие нейроны вполне смогли сработаться с чужим окружением.

В перспективе такие человеко-мышиные модели могли бы помочь в изучении того, что происходит с нашими нейронами в ходе индивидуального развития и что происходит, если нейрон оказывается испорчен какой-нибудь болезнью – например, болезнью Альцгеймера.

P.S. Ссылки на информацию, о которой упоминается в заметке:

Пересаженные нервные клетки встроились в мозг
https://www.nkj.ru/news/24773/
Новые нервные клетки можно получить из клеток кожи, причём  нейроны с таким своеобразным происхождением после пересадки смогут занять своё место в мозговых нейронных цепях.

Пересаженные нейроны встроились в мозг
https://www.nkj.ru/news/29831/
Нервные клетки, пересаженные во взрослый мозг, установили правильные контакты с «местными» и включились в общую работу.

ArefievPV

Почему за лесом не видно деревьев
https://www.nkj.ru/news/37421/
Зрительные центры мозга оценивают контекст того, что видят глаза, и в соответствии с контекстом меняют зрительное восприятие.

Выражение «Не видеть леса за деревьями» означает, что за частностями («деревьями») мы не видим общего (то есть «лес»). Но это если говорить о самых высоких уровнях мышления, где мы оперируем обобщениями, абстракциями и пр. Если же обратиться непосредственно к глазам, то обычно мы как раз, наоборот, не различаем деревьев в лесу – в буквальном смысле. И дело не только в деревьях и лесе; глядя на множество расположенных рядом объектов, мало отличающихся друг от друга, мы будем видеть их общую массу, и нам придётся приложить специальное усилие, чтобы разглядеть среди них что-то одно.

Исследователи из Нидерландского института нейробиологии описывают в Current Biology,что за нейронный механизм тут работает. Как известно, зрительную информацию у нас в мозге обрабатывают несколько центров, и на нижнем уровне находится первичная зрительная кора, которая непосредственно принимает нервные импульсы от сетчатки глаза. Нейроны первичной зрительной коры делят между собой зрительное поле, так что каждый отдельный нейрон реагирует только на очень небольшой кусочек этого поля. Соединение кусочков зрительного поля в целую картину, отличие неважного от важного, от того, к чему стоит присмотреться – уже дело зрительных нервных центров более высокого уровня.

Также известно, что если первичная зрительная кора смотрит на группу одинаковых объектов, то на каждый из этих объектов соответствующие нейроны первичной зрительной коры будут реагировать слабее, чем если бы такой объект перед ней был один. То есть на отдельные деревья в лесу мозг отзывается слабее, чем на отдельно стоящее дерево где-нибудь в поле. Предполагалось, что тут задействованы зрительные центры более высокого уровня. И предположения эти действительно подтвердились. Авторы работы ненадолго подавляли работу высших зрительных центров у мышей, которым показывали разные картинки – и оказалось, что при отключении высших зрительных центров первичная зрительная кора сильнее отзывается на изображения предметов, находящихся в окружении себе подобных.

Иными словами, высшие зрительные центры оценивают контекст того, что мы видим, и, исходя из этого контекста, регулируют первичное восприятие – то, как мы видим. Впрочем, говоря «мы», не стоит забывать, что эксперименты ставили на мышах, и что для полной уверенности в том, что и наш мозг так же управляет зрительный восприятием, эти результаты стоит проверить на приматах.

P.S. Думаю, что у людей это будет ещё сильнее проявляться, но научный результат требует проверки и подтверждения... Подождём...

ArefievPV

#604
Сотрясение нарушает информационные пути мозга
https://www.nkj.ru/news/37439/
Повреждения в информационном «шлейфе», связывающем левое и правое полушария, сказываются на когнитивных способностях.

Полушария мозга соединены несколькими нейронными информационными «шлейфами», главный из которых называется мозолистым телом. Это 200–300 нейронных отростков-аксонов, связывающие симметричные места обеих полушарий (хотя некоторые нервные волокна мозолистого тела связывают и несимметричные места, например, лобные извилины с теменными). Известно, что мозолистое тело особенно чувствительно к сотрясению мозга – это можно увидеть по его физиологическому состоянию после травмы. Но одно дело – физиологическое состояние, и другое дело – когнитивные последствия.

Сотрудники Нью-Йоркского университета решили узнать, как сказывается на психическом состоянии именно повреждение мозолистого тела, для чего придумали довольно изящный тест. В эксперименте участвовали несколько десятков человек, некоторые из них недавно перенесли сотрясение мозга. Во-первых, у них у всех состояние мозолистого тела проверили с помощью диффузионной магнитно-резонансной томографии, которая позволяет оценивать движение молекул воды в нервной ткани. Такую томографию используют как раз тогда, когда нужно присмотреться к белому веществу мозга, то есть скоплениям нейронных отростков-аксонов, вдоль которых диффундирует вода.

Во-вторых, все участники эксперимента прошли тест на передачу информации из одного полушария в другое. Человеку показывали экран, в центре которого стоял крестик, и на этом крестике нужно было сосредоточить всё внимание. Затем справа или слева от крестика появлялись несложные трёхбуквенные слова – например, КОТ – написанные сверху вниз. Слова нужно было прочесть сразу же, как только ты их увидел.

Тут нужно вспомнить, во-первых, что речевой центр обычно располагается в левом полушарии, и, во-вторых, что зрительные пути от правого и левого глаза частично перекрещиваются, то есть зрительная информация, попавшая в левый глаз, идёт в правое полушарие. Значит, слово, увиденное слева, сначала попадает в зрительный анализатор в правом полушарии, а потом, чтобы его озвучить, информация о слове должна попасть в левое полушарие, к речевому центру. Путешествия из полушария в полушарие происходят по мозолистому телу, и если с ним есть какие-то проблемы, это станет заметно. А вот если слово будет справа, то оно благодаря частичному перекресту зрительных нервов попадёт сразу в левое полушарие, и через мозолистое тело его гонять не будут (зрительные нервы перекрещиваются ещё до входа в мозг).

В своём докладе на ежегодном съезде Американского радиологического общества авторы работы сообщили, что те, кто перенёс сотрясение мозга, читали «левые» слова с большей задержкой по сравнению с теми, у кого сотрясения не было. «Левые» слова должны были пройти через мозолистое тело, и, очевидно, из-за сотрясения информация через него шла медленнее. Результаты МРТ, указывавшие на большие или меньшие повреждения мозолистого тела, соответствовали результатам теста.

Скорее всего, проблема с передачей информации через мозолистое тело касается не только сообщения зрительных центров и речевых – это касается вообще любой информации. Значит, при сотрясении мозга следует в первую очередь обращать внимание на состояние мозолистого тела, и по возможности предпринимать какие-то шаги к его восстановлению, если травма подействовала на него особенно сильно.

P.S. Здесь уже выход на практику просматривается - диагностика, лечение...
И ещё - в заметке неточность: не "200–300 нейронных отростков-аксонов", а "200–300 миллионов нейронных отростков-аксонов"...
Мозолистое тело
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%B7%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B5_%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%BE

ArefievPV

Как ритмы мозга помогают управлять вниманием
https://www.nkj.ru/news/37494/
Улучшить внимание можно, если подавить альфа-волны в своём мозге – даже если не знать, как это у вас получается.

Очень многие из нас хоть раз в жизни думали о том, чтобы стать более внимательными, и очень многие из тех, кто так думал, пытались использовать какие-то психологические упражнения, иногда на грани магии. Исследователи из Массачусетского технологического института предлагают свой способ усилить внимание, и никакой магии в нём нет – нужно просто уметь подавлять альфа-ритмы в собственном мозге.

О том, что альфа-ритмы (особенно те, которые генерирует теменная кора) как-то связаны с вниманием, нейробиологи знают давно. Однако до сих пор не было ясно, связаны ли альфа-ритмы со вниманием непосредственно, или же они представляют собой побочный результат какого-то нейронного процесса, который управляет вниманием. Чтобы это выяснить, участникам эксперимента на экране показывали некий узор и просили представить его более видимым, более контрастным. Одновременно у них регистрировали электрическую активность мозга с помощью магнитоэнцефалографии, которая позволяет наблюдать ритмы в миллисекундных интервалах. Исследователи записывали альфа-ритмы теменной коры левого и правого полушарий по отдельности. Суть была в том, что альфа-волны слева и альфа-волны справа отличались друг от друга, и чем сильнее они отличались, тем более контрастным становился рисунок на экране.

Участники эксперимента видели свои правые и левые альфа-ритмы одновременно с рисунком, который нужно было отконтрастировать. Специальный алгоритм отслеживал изменения в альфа-волнах. Чем более асимметричными становились лево- и правополушарные альфа-волны, тем более различимым делался рисунок. В результате человек управлял собственными альфа-ритмами, хотя делал он это бессознательно – просто у него что-то напрягалось в уме, и он видел последствия своих усилий. Спустя два десятка сеансов мозг уже хорошо понимал, что нужно сделать, чтобы получить отклик в виде контрастного рисунка, хотя понимание это было интуитивным – в том смысле, что никто не говорил себе «я сейчас сделаю то-то и то-то, чтобы изменить свои альфа-волны». По сути, здесь работал тот же механизм, который имеет место при формировании любого условного рефлекса.

После того, как участников эксперимента научили делать собственные альфа-ритмы асимметричными, настала очередь внимания. Слева и справа на экране появлялась светящаяся точка, на которую не нужно было обращать внимания – нужно было смотреть только по центру экрана. Насколько это удавалось, можно было узнать по активности зрительных центров коры. Во время обучения управлению альфа-волнами кого-то из добровольцев учили подавлять альфа-ритмы правого полушария, кого-то – левого.

Оказалось, что у того, кто подавлял альфа-ритмы справа, зрительная кора сильнее реагировала на точку слева и слабее на точку справа. Соответственно, у тех, кто подавлял альфа-ритмы слева, всё было наоборот. Напомним, что смотреть нужно было строго по центру и никаких точек стараться не замечать. Следовательно, у тех, кто замечал точку, внимание было хуже, и хуже оно было не в том полушарии, где альфа-волны были подавлены, а в том, где они были сильнее. То есть, например, правое полушарие с подавленными альфа-ритмами не замечало точку справа, а левое, где альфа-ритмы были активнее, реагировало на точку слева. (Хотя зрительные нервы у нас и перекрещиваются, зрительное внимание полушарий всё же относится преимущественно к своей стороне.)

Прямую связь альфа-ритмов со вниманием удалось показать и в других опытах. Например, человека просили внимательно присмотреться к какой-то уличной сценке, и пока он смотрел на фото, у него отслеживали траекторию взгляда – и взгляд сосредотачивался на той стороне изображения, где альфа-волны работали в пользу внимания. Наверняка по образу этого эксперимента можно сделать тренинг по усилению внимания, правда, пока неясно, насколько долго держится такой эффект, и можно ли его как-то обновить, не имея перед глазами рисунка своих альфа-волн. Кроме того, мы ведь обращаем внимание на разные вещи – это может быть вид из окна, а могут быть какие-то сведения из учебника, и было бы интересно узнать, работает ли тренировка альфа-волн на текстовой информации тоже.

P.S. Складывается впечатление, что, где в данный момент слабее альфа-ритм, туда и смещается вектор внимания. То есть, внимание не первично, а производно - оно результат актуального и локального снижения активности альфа-ритма в мозге...

ArefievPV

В двигательной коре мозга нашли речь
https://www.nkj.ru/news/37554/
Извилина коры полушарий, отвечающая за движения рук, различает произносимые слова.

С одной стороны, мы знаем, что мозг поделён на зоны, которые специализируются каждая на своей функции: допустим, гиппокамп – это центр памяти и ориентации на местности, зрительная зона коры обрабатывает сигналы от глаз и т. д. С другой стороны, в последнее время мы то и дело слышим о том, что этим самые специализированные зоны мозга – по крайней мере, некоторые из них – вполне могут брать на себя постороннюю работу, и та же зрительная кора вполне может начать «видеть» звуки.

Исследователи из Стэнфорда описывают в журнале eLife довольно интересный пример того, как нас может удивить какая-нибудь область коры мозга, которую мы привыкли ассоциировать с некоей функцией. Среди извилин коры есть так называемая передняя центральная извилина, которая управляет движениями, и различные зоны внутри этой извилины специализируются на движении определённой части тела. Изначально Сергей Стависки (Sergey Stavisky) и его коллеги работали с парализованными людьми, у которых с помощью вживлённых в мозг электродов регистрировали активность нейронов двигательных зон мозга – с тем, чтобы улучшить работу нейрокомпьютерных интерфейсов, которые переводят сигналы мозга в движение курсоров по экрану или в движения искусственных рук и ног.

В передней центральной извилине есть нейронный центр, управляющий кистью и предплечьем, и в него электроды вживлялись тоже. И вот исследователи в какой-то момент заинтересовались, не участвует ли этот центр в какой-нибудь ещё активности, помимо управления руками. По некоторым данным, полученным из более ранних экспериментов, «ручной» центр работал, когда человек что-то говорил. И вот сейчас, когда людей с электродами просили произнести какие-то слова или просто речевые звуки, нейроны «ручного» центра активировались. Более того, их активность отличалась в зависимости от того, что именно человек произносил, так что по работе этого центра можно было с некоторой вероятностью определить, что было сказано: у одного человека угадать слово по нейронным сигналам получалось в 85% случаев, у другого – в 55%.

Хотя о том, что с речью связаны неречевые зоны мозга, нейробиологи догадывались и раньше, сейчас это удалось показать со всей очевидностью. Почему речь отзывается в участке, который управляет кистью и плечом, пока не вполне ясно. Очевидно, он для речи не необходим – из медицинских случаев известно, что человек вполне может разговаривать и тогда, когда «ручной» центр передней центральной извилины повреждён и вообще не работает. Возможно, он участвует в каких-то совсем специальных аспектах речи; возможно, он начинает участвовать в речи только в особых обстоятельствах – всё-таки сейчас эксперименты ставили с парализованными пациентами, утратившими подвижность после травмы спины. Так или иначе, новые результаты ещё раз демонстрируют, что представление о специализации мозговых зон является в некоторой степени условным.

P.S. Ссылки на информацию, о которой упоминается в заметке уже предоставлял ранее (отдельными сообщениями):
Цитата: ArefievPV от октября 07, 2019, 05:46:34
Может ли кора мозга менять свои функции?
https://www.nkj.ru/news/26864/
У слепых людей с самого раннего возраста зрительная кора начинает реагировать на звуки речи.
Цитата: ArefievPV от октября 07, 2019, 05:29:52
Мозг слепых людей «видит» звуки
https://www.nkj.ru/news/37053/
Зрительная кора незрячих людей строит карту местности по звукам, как если бы она эти звуки видела.


ArefievPV

Зрительные нейроны мозга смотрят кино все вместе
https://www.nkj.ru/news/37708/
В первичной зрительной коре лишь очень немногие нервные клетки демонстрируют специализацию по разным визуальным стимулам.

Зрительные сигналы от сетчатки по зрительному нерву бегут в первичную зрительную кору. Считается, что нейроны зрительной коры сосредоточены каждый на своей узкой задаче. То есть, например, среди них есть клетки, работающие только с той информацией, которая касается контраста между чёрным и белым, или движения, причём не движения вообще, а только справа налево, и т. д. Окружающий мир поступает в мозг как бы в разобранном виде, а цельная картинка собирается уже в других отделах коры.

Однако, как пишут в Nature Neuroscience исследователи из Алленовского института мозга, представление о специализации нейронов первичной зрительной коры во многом преувеличено. Эксперименты ставили с 243 трансгенными мышами, у которых можно было наблюдать вживую за активностью клеток зрительной коры; всего авторы работы проанализировали активность без малого 60 тыс. нейронов. Мышам показывали самые разные вещи: изображение бабочки, плывущие по экрану чёрные полосы и т. д., вплоть до фрагментов фильма «Печать зла» классика кинематографа Орсона Уэллса.

В итоге оказалось, что лишь 10% нейронов реагируют только на визуальный стимул определённого рода – иными словами, только про 10% можно было сказать, что у них есть какая-то специальная задача. Из оставшихся две трети реагировали на различные элементы изображения, однако среди этих элементов были такие, на которые нейроны реагировали сильнее всего. То есть у двух третей нейронов первичной зрительной коры была, если можно так сказать, основная работа и набор хобби. Наконец, про оставшиеся нейроны вообще нельзя было сказать, с какими визуальными стимулами они предпочитают работать – они активничали по самым разным поводам, и какая у них конкретная задача, сказать было невозможно.

Правда, как отмечают сами исследователи, представление о специализации нейронов первичной зрительной коры происходят из экспериментов с кошками и приматами, которые смотрят на мир иначе, чем грызуны. С другой стороны, смотрят-то они иначе, но анализ сигналов у всех зверей подчиняется одинаковым правилам. Так что есть все основания полагать, что специализированных нейронов даже в первичном зрительном анализаторе на самом деле не так много – а это заставляет иначе взглянуть вообще на всю процедуру обработки визуальной информации в мозге.

P.S. Возможно, что специализация нейронов может зависеть: и от вида животных, и от условий, в которых происходит онтогенез (и даже от образа жизни до эксперимента) - думаю, нет там строгой однозначности...

ArefievPV

Как радиация вредит мозгу
https://www.nkj.ru/news/37758/
Терапевтические дозы излучения активируют в мозге вспомогательные клетки, которые не дают нейронам формировать контакты друг с другом.

Радиотерапия помогает убить раковые клетки, но, как и у химиотерапии, у радиоактивного изучения есть свои побочные эффекты. И особенно проблема побочных эффектов становится актуальной, когда речь идёт о радиотерапии опухолей головного мозга.

Исследователи из Рочестерского университета экспериментировали с мышами, которых облучали радиоактивным излучением в дозах, которыми у больных подавляют рост раковых клеток (естественно, дозы радиации масштабировали под мышей). В статье в Scientific Reports говорится, что после облучения у мышей в мозге слишком сильно активировалась микроглия, которая подавляла способность нервных клеток образовывать новые межнейронные контакты.

Микроглией называют особые вспомогательные клетки, которые представляют что-то вроде департамента иммунной системы в мозге: они убирают разный молекулярно-клеточный мусор и следят, чтобы в мозг не проникала инфекция. Притом у клеток микроглии есть ещё одна важная роль – они снимают с нейронов так называемые дендритные шипики, выросты на дендритных отростках, которые обозначают место будущего межнейронного соединения – синапса. В дендритном шипике появляются белки, необходимые для налаживания синапса, меняется структура мембраны и т. д., но если нужда в соединении отпадает, микроглия «состригает» шипик с нейронного отростка. Не все синапсы одинаково нужны, и если нейрон сформирует слишком много контактов, если он окажется вовлечён в слишком большое число нейронных цепей, он просто утонет в информационном шуме.

С другой стороны, если микрголия будет удалять шипики слишком активно, это тоже плохо скажется на когнитивных функциях: ведь для того, чтобы мозг что-то запомнил, переработал какую-то информацию, в нём должны появиться межнейронные контакты – а тут микроглия не даёт им формироваться. У пациентов после радиотерапии на мозге действительно часто проявляются проблемы с памятью, и, по мнению исследователей, причиной тому могут быть клетки микроглии, которые из-за радиации становятся слишком активными.

Очевидно, что если как-то усмирить микроглию, то можно избежать, по крайней мере, некоторых побочных эффектов от радиотерапии в мозге. Здесь есть разные способы, в частности, сами авторы работы сумели защитить синапсы, отключив один из рецепторов на микроглиальных клетках, и нужно только проверить, насколько эти способы подходят человеку.

ArefievPV

У нейронов нашли новые сигналы
https://www.nkj.ru/news/37934/
Некоторые нейроны человеческого мозга реагируют на входящий импульс тем слабее, чем сильнее на них действуешь.

Нейрон состоит из тела (или сомы) и отростков – аксона и нескольких дендритов. Аксон – отросток передающий, через него импульс идет от тела клетки к другому нейрону. Дендриты – отростки принимающие, они собирают импульсы от других нейронов и передают телу (хотя в действительности некоторые дендриты проводят сигнал в двух направлениях, к телу и от тела нейрона). Причём один-единственный дендрит принимает сигналы от множества нейронов, от сотен до тысяч.

В месте контакта между клеткой-передатчиком и клеткой-приёмником формируется синапс – особая структура как раз для передачи электрического импульса. Когда к синапсу подходит импульс, нейрон-передатчик выпускает из себя нейромедиатор, нейрон-приёмник этот нейромедиатор ловит. Молекулы нейромедиатора влияют не работу ионных каналов и насосов в клеточной мембране, так что в результате ионы перегруппировываются по обе стороны мембраны.

Если такая перегруппировка оказалась достаточно масштабной, если электрическое напряжение изменилось достаточно сильно, возникает потенциал действия – то и в соседнем участке мембраны ионы тоже начинают перемещаться в нейрон и из нейрона, и этот процесс распространяется по всему принимающему дендриту к телу нейрона и дальше, по аксону к следующей нервной клетке.

Каждый дендрит, как было сказано, собирает сигналы от множества нейронов, но приходящие сигналы не обязательно настолько сильны, чтобы запустить потенциал действия в принимающем дендрите. Кроме того, есть сигналы возбуждающие, а есть тормозящие, когда передающий нейрон заставляет принимающий успокоиться. Считается, что дендрит просто суммирует сигналы, и когда возбуждение преобладает над торможением и превосходит некое пороговое значение, в принимающем дендрите возникает свой сигнал.

Но картина на самом деле может быть намного сложнее. Исследователи из берлинского Университета Гумбольдта и других научных центров Германии и Греции экспериментировали с нейронами одного из слоев коры человеческого мозга. Нейроны, извлечённые из мозга, долго не живут, и чаще нейробиологи работают с нейронами грызунов, поскольку их проще достать.

На этот раз клетки брали у пациентов, которым делали операцию на мозге из-за эпилепсии; в нейрон в разных его местах вводили ионы и наблюдали, как меняется его электрическая активность. Потенциал действия у нейрона может спровоцировать перегруппировка ионов натрия, и тогда сигнал будет очень коротким, порядка миллисекунды; или же потенциал действия может возникнуть благодаря ионам кальция, и тогда сигнал окажется более долгим, в 50–100 раз дольше натриевого – так, во всяком случае, происходит в нейронах мозга грызунов.

Но, как говорится в статье в Science, у нейронов одного из слоёв коры человеческого мозга сигнал вёл себя как нечто среднее между натриевым и кальциевым. Исследователи меняли концентрацию кальция, но импульсы были «по-натриевому» короткие и шли серией, притом ионы натрия никакой роли здесь не играли. Более того, свойства нейронов оказались таковы, что наибольшая амплитуда сигнала была в том случае, если принятый сигнал только-только преодолевал пороговое значение; если же на нейрон действовали более сильным стимулом, то амплитуда его собственного импульса начинала падать.

Это отличается от обычного представления, что нейроны отвечают на входящие импульсы по принципу «всё или ничего» (то есть что нейрон либо срабатывает, либо нет, в зависимости от того, превысил ли сигнал «на входе» пороговое значение), и даёт возможность анализировать входящие импульсы на уровне дендрита. Значит, «вычислительной» единицей будет уже не группа нейрон, а один нейрон.

Возможно, что эти новые импульсы и сопутствующие им вычислительные способности есть свойство клеток только человеческого мозга и только одного слоя коры. С другой стороны, возможно, что такие нейроны есть и у животных, просто до сих пор их не замечали. Также нужно учесть, что поведение этих нейронов в мозге моделировали компьютерными методами на основе тех данных, которые удалось получить в опытах с отдельными клетками – чтобы проверить, соответствует ли модель настоящему мозгу человека, нужны другие исследования.

Это не первая работа, в которой говорится, что нейронные отростки обладают определённой самостоятельностью и могут обрабатывать информацию. Мы как-то писали, что запоминание информации зависит от того, совпадает ли активность тела клетки и ее дендритов, и что дендриты нейронов оказываются в несколько раз более активными, чем их тела, и такая дополнительная активность зависит от параметров мембраны, которые меняются в довольно широких пределах. Всё это добавляет мозгу возможностей в кодировании информации, а нас заставляет иначе взглянуть на значение отдельных нейронов.

P.S. Информация любопытная, но пока без комментариев...

ArefievPV

Человеческий мозг растёт на раковом метаболизме
https://www.nkj.ru/news/37937/
В клетках развивающегося человеческого мозга активируются энергетические реакции, которыми очень любят пользоваться злокачественные клетки.

Человеческий мозг очень увеличился в ходе эволюции, и произошло это благодаря определённым генам. Некоторые из них нам известны, в частности, ген ARHGAP11B, который нашли только у человека разумного, человека денисовского и неандертальцев, мы  писали о нём несколько лет назад. Тогда Виланд Хуттнер (Wieland B. Huttner) и его коллеги из Института молекулярной и клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка опубликовали в Science статью, в которой говорилось, что ARHGAP11B повышает число нейронных клеток-предшественников, которые образуются из стволовых клеток; также ARHGAP11B понуждает эти клетки-предшественники чаще делиться перед тем, как они окончательно превратятся в специализированные нейроны.

Но оставалось непонятным, как именно ген ARHGAP11B заставляет клетки активнее делиться. В новой статье в Neuron те же авторы как раз об этом и говорят. Оказалось, что белок, который закодирован в ARHGAP11B, отправляется работать не куда-нибудь, а в митохондрии. Как мы знаем, митохондрии представляют собой особые органеллы, которые снабжают энергией клетку. Активность самих митохондрий зависит от уровня ионов кальция в них. Ионы кальция выходят из митохондрий через особые поры, и вот белок ARHGAP11B вместе с другим митохондриальным белком эти поры закрывает.

Кальций, который теперь в избытке остаётся в митохондриях, запускает в них серию метаболических реакций, которые называются глутаминолизом – когда аминокислота глутамин расщепляется и даёт несколько других органических кислот плюс углекислый газ. При этом получаются молекулы ГТФ и АТФ, в которых энергия запасена в удобной для клетки форме; то есть глутаминолиз – просто ещё один способ получить энергию. Особенно активно он идёт в раковых клетках, хотя глутаминолизом пользуются все делящиеся клетки – иммунные, жировые и многие другие (так что, строго говоря, эти реакции не совсем правильно называть «раковым метаболизмом» – они имеют место не только в опухолях).

Очевидно, делящимся клеткам нужны дополнительные источники энергии, и расщепление глутамина как раз дополнительную энергию и даёт. А белок ARHGAP11B, который есть только у рода Homo, помогает включить эти реакции в нужный момент развития мозга, чтобы он смог вырасти до человеческих размеров.

P.S. Не совсем корректное название заметки, полагаю. Авторы об этом тоже упоминают...

Ссылка на информацию, о которой упоминается в заметке:

Как эволюция увеличила наш мозг
https://www.nkj.ru/news/25943/
Мы стали умнее благодаря увеличившемуся мозгу, а мозг увеличился благодаря нескольким генетическим уловкам, заставляющим стволовые клетки мозга активнее делиться.

ArefievPV

Продублирую в эту тему.

Цитата: ArefievPV от февраля 12, 2020, 14:52:29
Мозговые центры потребностей и эмоций
https://postnauka.ru/video/76484
Физиолог Вячеслав Дубынин о витальных потребностях, программах саморазвития и природе лени

https://www.youtube.com/watch?v=ZG9sobmIufc

Текстовый вариант лекции:
.....

P.S. Текстовый вариант здесь:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8969.msg238967.html#msg238967

ArefievPV

Иммунные клетки чистят мозг после инсульта
https://www.nkj.ru/news/38127/
В чрезвычайной ситуации мозг впускает в себя внешние иммунные клетки, которые собираются в повреждённом месте и начинают заниматься уборкой.

Уборкой мёртвых клеток, обломков мембран и прочего мусора у нас занимаются специальные иммунные клетки макрофаги – всё ненужное они в прямом смысле поедают, то есть захватывают клеточными выростами, погружают внутрь себя и переваривают. (Кстати, поедают они не только остатки мёртвых клеток, но и вполне живых бактерий, раковые клетки и вообще всё, что вызывает подозрение.) Макрофаги активно перемещаются в поисках чего бы съесть, и в нашем теле нет такого места, где бы их не было. Есть они и в мозге, только здесь клетки типа макрофагов называются микроглией, причём в мозге они не только следят за чистотой, но и редактируют нейронные цепочки.

При болезни макрофагов становится больше – они приходят к очагу воспаления из костного мозга. И в мозге происходит то же самое: при болезни Альцгеймера, при инсульте, при рассеянном склерозе клеток-уборщиков в нём становится больше. Но, быть может, то увеличение числа макрофагов в очаге болезни – это лишь результат перегруппировки клеток внутри мозга? И, может быть, макрофаги извне в мозг вообще не проникают, и он в любой ситуации старается обходиться только собственной микроглией? В конце концов, многие слышали, что в кровеносных сосудах мозга есть так называемый гематоэнцефалический барьер с очень, очень избирательной проницаемостью, который не даёт проникнуть в мозг многим молекулам и клеткам, плавающим в крови.

Исследователи из Боннского университета, Университета Иены и их коллеги из других научных центров Германии и США нашли способ пометить у мышей стволовые клетки красного костного мозга, которые производили макрофаги. Клетки снабжали геном, который кодировал флуоресцентный белок и который активировался под действием определённого вещества. Включая ген флуоресцентного белка в тот или иной период жизни мыши, можно было увидеть, как распространяются по телу макрофаги, рождённые костном мозге.

Если бы в мозге были иммунные клетки, пришедшие извне, это можно было бы увидеть по их свечению. Но, как говорится в статье в Nature Neuroscience, у обычных, здоровых мышей мозг не светился – то есть ему хватало тех макрофагов, что у него была. Как уже было сказано, такие постоянно живущие (или резидентные) макрофаги есть во всех тканях (только в мозге они называются микроглией), и ещё раньше тем же исследователям удалось показать, что первые из этих иммунных клеток приходят на свою территорию ещё во время эмбрионального развития и дальше обходятся своими силами. Макрофаги умеют сами делиться, и более новые клетки постепенно замещают старые, не нуждаясь в подкреплении из костного мозга – и в мозге происходит то же самое, что и в прочих органах.

Но в случае чего-то чрезвычайного подкрепление всё-таки появляется. Когда мышам в опыте устраивали инсульт, то больной мозг начинал светиться новыми макрофагами, которые пришли из костного мозга. Поначалу их можно было найти как в живой, так и в мёртвой нервной ткани, но спустя несколько дней все иммунные клетки-«пришельцы» группировались только в мёртвых зонах, где нужно было убрать погибшие нервные клетки.

Также удалось показать важность одного из генов, который помогает иммунным клеткам идти туда, куда нужно, и убирать то, что нужно. Это ген Cxcr4, который кодирует один из поверхностных рецепторов. Если у макрофагов его выключали, то, во-первых, их после инсульта приходило в мозг меньше обычного, а во-вторых, макрофаги никак не могли сгруппироваться в нужном месте – многие из них оставались в здоровых участках мозга, где их помощь была не нужна. Наконец, у макрофагов с выключенным рецептором Cxcr4 оставались малоактивными гены, которые помогают больной ткани справиться с повреждениями, и одновременно у них слишком активировались гены, стимулирующие воспаление – что не очень хорошо, поскольку воспаление бьёт по здоровым клеткам.

Если говорить о практических выводах, то можно сказать, что для эффективного восстановления после инсульта нужно следить за тем, как работает иммунитет: с одной стороны, в мозге должны появиться клетки-помощники, которые уберут молекулярно-клеточный мусор, с другой стороны, эти помощники должны работать только там, где нужно, держа воспалительную реакцию под контролем. Возможно, с помощью каких-нибудь веществ, позволяющих управлять макрофагами, можно будет в перспективе значительно ускорять послеинсультное восстановление мозга.

P.S. Получается, что гематоэнцефалический барьер иногда приоткрывается...

ArefievPV

При вспоминании нейроны возбудились в последовательности запоминания
https://nplus1.ru/news/2020/03/06/memoryreplay
Американские ученые установили, что при вспоминании материала нейроны в коре мозга человека возбуждаются в той же последовательности, что и при запоминании информации, а успешность ответа зависит от того, насколько эти паттерны совпадают.

Точность извлечения памяти также связана с тем, синхронизируются ли всплески активности нейронов с возбуждением медиальной височной коры. Статья опубликована в журнале Science.
ЦитироватьВспоминание определенных событий связано с повторением последовательного возбуждения участков мозга, которые были активны во время исходного эпизода. В конце прошлого века ученые обнаружили, что у крыс, когда они отдыхают в домашней клетке или даже спят, проигрываются те же последовательности разряда нейронов медиальной височной доли мозга, что и во время исследования лабиринта, которое проводили заранее. Ученые предполагают, что повторение паттернов активации лежит в основе извлечения и консолидации памяти и, возможно, планирования действий.

Последовательное проигрывание нейронного возбуждения в медиальной височной доле у крыс связано с возникновением частых веретенообразных колебаний (осцилляций) на электроэнцефалограмме. Похожие ритмы возникают и при извлечении эпизодической памяти у людей. Однако до сих пор не существовало данных, которые бы убедительно доказывали, что и на уровне отдельных нейронов у человека при воспоминании проигрываются определенные последовательности. Все дело в том, что инвазивные исследования на людях разрешены только во время необходимых медицинских вмешательств, а неинвазивные методы не позволяют регистрировать активность отдельных нервных клеток.

Группа ученых под руководством Алекса Ваза (Alex Vaz) из Национального института неврологических расстройств и инсульта США провела исследование на пациентах с эпилепсией. Таким людям имплантируют электроды, чтобы найти источник судорожной активности в мозге. Информацию собирали от электродов, которые находились в передней теменной доле и регистрировали возбуждение отдельных нейронов и локальные потенциалы.

Кроме того, исследователи записывали электрокортикограмму — метод, схожий с электроэнцефалографией, с отличием в том, что электроды накладывают не на кожу, а непосредственно на кору мозга. Таким образом, ученые могли сравнивать нейронную активность как на уровне отдельной клетки, так и в большем масштабе, а также проследить за синхронизацией двух зон: медиальной височной коры и средней височной извилины.

Участников исследования просили запоминать пары не связанных между собой слов (например, «ворона» и «джип»). Затем им показывали одно из слов («ворона») и просили вспомнить и назвать второе («джип»). Электрическую деятельность мозга записывали как вовремя запоминания слов, так и при их воспроизведении. Чтобы выделить последовательности разряда нейронов внутри одного всплеска активности, ученые разделили их в соответствии с тем, когда частота их разряда достигала максимума. Затем сравнивали два всплеска между собой и смотрели, сохраняют ли клетки такой же временной паттерн активности.

Веретенообразные осцилляции, которые регистрировали в средней височной извилине, всегда совпадали с событиями на двух уровнях меньшего масштаба: схожими колебаниями локального потенциала и всплеском активности отдельных нейронов. Такие явления регулярно повторялись в процессе запоминания каждой пары слов. Внутри каждого всплеска формировалась определенная последовательность разряда индивидуальных клеток, и в одной попытке (попыткой обозначили изучение и повторение одной пары слов) паттерн практически не менялся. В разных же пробах одни и те же нейроны возбуждались в разном порядке.

Ученые сравнили удачные (когда при тестировании участники правильно называли второе слово) и неудачные попытки. В пробах, в которых добровольцы отвечали правильно, последовательности разряда нейронов между всплесками при обучении были более схожими, чем когда слово называли неправильно. Авторы работы предполагают, что повторение одинаковых паттернов активации клеток связано с успешным запоминанием.

Затем исследователи проанализировали всплески, которые возникали при извлечении памяти (то есть при тестировании). Последовательность разряда нейронов в них постепенно менялась и становилась все больше похожей на паттерн, который регистрировали в процессе запоминания. Когда «мелодия», которую проигрывали клетки, максимально синхронизировалась с предыдущей, участники называли ответ. В неудачных же попытках последовательность не увеличивала свое сходство с «правильной» во времени.

Каждому всплеску активности отдельных нейронов соответствовала осцилляция в средней височной извилине, но не каждый раз такое колебание возникало в медиальной височной коре. При синхронизации возбуждения в этих двух участках мозга «правильность» последовательности на уровне отдельных нейронах была гораздо выше, чем когда медиальная височная кора не активировалась. Это подтверждает предположения о роли этой зоны в извлечении памяти.

То, что височные доли коры больших полушарий участвуют в запоминании памяти, подтверждает, например, следующее исследование: ученые инвазивно стимулировали височные зоны людей для улучшения запоминания текстовой информации, и им удалось увеличить число правильных ответов на 15 процентов.

P.S. Ссылка на информацию, о которой упоминается в статье:

Стимуляция височных долей улучшила память
https://nplus1.ru/news/2018/02/06/memory-stimulation

Evol

Цитата: ArefievPV от марта 07, 2020, 06:21:07Американские ученые установили, что при вспоминании материала нейроны в коре мозга человека возбуждаются в той же последовательности, что и при запоминании информации, а успешность ответа зависит от того, насколько эти паттерны совпадают.

Получается, что у памяти имеется явно выраженная органическая основа?