Психика и мозг

[АrefievPV]

Может ли это означать следующее: под признаком подразумевается раздражение определенной природы, характеризующееся, среди прочего и как пишут далее, определенной интенсивностью?

Нет. Признак – это абстракт, не более. А раздражение определённой природы и определённой интенсивности может просто активировать «запись» («след памяти») этого абстракта, превратив его в воспоминание. То есть, в зависимости от природы и интенсивности раздражения будет «вытаскиваться» то или иное знание (абстракт), которое и позволяет узнать/опознать тот или иной признак.   

Напомню:

Вообще-то, любой признак (как и свойство, качество, способность) – это интерпретация (системы, организма, ансамбля, человека и т.д. и т.п.), основанная на обобщении (абстракте). То есть, это некое знание (в виде абстракта), которое можно использовать, например, для узнавания.

Кстати, для выделения абстракта используется функция абстрагирования/обобщения, а для узнавания/опознания используется функция осознания (сравнения/сопоставления). В мозге (благодаря его сетевой архитектуре) функция абстрагирования и функция осознания зачастую используют одну и ту нейрофизиологическую структуру (или часть этой структуры). Сначала сеть обучается (итогом обучения является абстракт – совокупность связей (их конфигурация, их количество, из «веса»). А потом, проходящий по этой обученной сети «электрохимический ток» (сгенерированный сенсорными образами или образами-воспоминаниями) генерирует сигналы (либо на выходе из сети, либо по мере протекания по сети).

Вот эти сигналы, в зависимости от организации, и будут сигналами узнавания (либо наоборот, будут свидетельствовать об отсутствии узнавания), которые свидетельствуют о совпадении (или о несовпадении) абстракта и узнаваемого образа. То есть, в нейросетях алгоритм сравнения/сопоставления не «возвратно-поступательный», а «прямоточный».

[АrefievPV]

Астроциты регулируют когнитивную гибкость мозга
http://neuronovosti.ru/astrotsity-reguliruyut-kognitivnuyu-gibkost-mozga/

Группа исследователей из Центра сознания Института базовых наук в Тэджоне (Южная Корея) обнаружили, что астроциты – глиальные клетки, которые имеют характерную форму звезды – регулируют когнитивную гибкость. Ученые установили способность астроцитов мгновенно регулировать синаптическую пластичность ближайших к ним межнейронных соединений, которая играет важную роль в процессах когнитивной гибкости. Об этом они рассказали в журнале Biological Psychiatry.


Когда астроцит работает адекватно, то когнитивная пластичность в норме (В). Если Best1 каналы отключены, пластичность падает (С), но при добавлении D-серина все нормализуется. Credit: Koh, W., et al. / Biological Psychiatry 2021

Мир вокруг нас постоянно меняется, и нашему мозгу необходимо не только приобретать новые знания, но и уметь модифицировать старые. Это важно всегда, но сейчас особенно актуально. Подобная способность называется когнитивной гибкостью. Без нее мы бы не смогли адаптироваться к окружающей среде и были бы чересчур уязвимы перед неправильными решениями, основанными на предыдущих воспоминаниях.

Считается, что низкая когнитивная гибкость в таких расстройствах, как аутизм, шизофрения и ранние стадии болезни Альцгеймера, обусловлена снижением активности NMDAR рецепторов. Они играют большую роль в процессах синаптической пластичности и активируются при помощи агонистов и ко-агонистов. Источник одного из ко-агонистов – D-серина – был неясен, что и заинтересовало исследовательскую группу. Используя регуляцию генов, специфических для астроцитов, исследователи обнаружили, что астроциты могут синтезировать D-серин и выпускать его по кальциевым каналам Best1. Через те же каналы астроциты выпускают глутамат. Следовательно, их совместный выпуск с D-серином показывает, что астроциты – отличные регуляторы NMDAR рецепторов и синаптической пластичности.

«Так как астроциты контактируют более с чем 100 000 синапсов, они могут мгновенно контролировать синаптическую пластичность», — отмечают авторы.

Исследователи работали с генно-модифицированными мышами, у которых был деактивирован Best1. Ученые провели с животными эксперимент с водным лабиринтом Морриса, в котором мышам предстояло найти скрытую под водой платформу. Сначала мыши с деактивированным Best1 справлялись не хуже обычных мышей. Однако когда платформа передвигалась на другое место, мыши начинали испытывать проблемы с модификацией воспоминания.

Что интересно, когда ученые восстановили работу NMDAR с помощью инъекции D-серина в течение первого периода научения, последующих проблем с модификацией воспоминания не возникло. Это открытие показывает, что гибкость памяти предопределена еще на этапе научения, что расходится с предыдущей идеей о  необходимости синаптической пластичности только в моменты модификации воспоминания.

Кроме того исследователи обнаружили, что норэпинефрин и его рецепторы a1-AR могут активировать астроциты и провоцировать совместное высвобождение D-серина и глутамата. Из этого можно предположить, что гибкость памяти может быть обусловлена уровнем концентрации и возбуждения во время научения.

«Предыдущие исследования по большей части фокусировались на изменениях в специфических синапсах по отношению к стимулу. Важным открытием стало то, что когда при научении активируется один синапс, активируются также и соседние. В будущем оно позволит понять механизмы формирования воспоминаний и научения. Мы надеемся, что наши исследования помогут при лечении различных симптомов аутизма, шизофрении и ранней деменции, которые, как известно, снижают когнитивную гибкость», — говорят авторы.

[АrefievPV]

Мозг видит настоящее в прошедшем
https://www.nkj.ru/news/43345/

Чтобы сохранить непрерывность окружающего мира, мозг объединяет зрительную информацию, полученную за последние пятнадцать секунд.

Мы знаем, как много информации попадет в мозг через глаза, но редко задумываемся о том, что вся зрительная информация представлена множеством мимолётных фрагментов. Мы ведь охватываем глазом не всю картину перед нами, а смотрим в какую-то определённую зону, и эта зона постоянно меняется — взгляд переходит с одного на другое, одновременно меняется освещённость, угол зрения, и ещё много оптических параметров. Представим, например, как мы идём по улице и смотрим на угол какого-то дома: посмотрели на него секунду, потом посмотрели куда-то сторону, не сбавляя шага, потом снова посмотрели на тот же дом — в набежавших облаках и с другого расстояния он выглядит иначе, но мы-то понимаем, что дом тот же самый. Возникает вопрос, как мозгу удаётся удерживать цельную картину окружающего мира. 

Напрашивается ответ, что дело в памяти: мозг сшивает то, что он видит в данный момент, с тем, что он видел какое-то время назад. В статье в Science Advances исследователи из Калифорнийского университета в Беркли пишут, что это время составляет пятнадцать секунд.

Иными словами, мы видим не то, что в данный момент происходит у нас под носом, а некое среднее арифметическое всей зрительной информации, которая за последние пятнадцать секунд прошла через глаза.

Выяснили это с помощью психологического эксперимента с добровольцами, которым показывали видео с чьим-то лицом: видео длилось полминуты, в течение которой лицо заметно старело, где-то на десять с лишним лет. К концу видео нужно было сказать, насколько постарел человек. Участников эксперимента было несколько сотен, и почти всем казалось, что лицо на видео выглядит моложе — они видели его таким, каким оно было около пятнадцати секунд назад. (На всякий случай уточним, что речь шла не о реальном возрасте, а о том, как мозг воспринимает на глаз изменения в объекте.)

Можно сказать, что мозг видит не настоящее время, а прошедшее, но это будет верно лишь отчасти — скорее, он видит настоящее с помощью прошедшего. С одной стороны, настоящее в прошедшем даёт ту самую непрерывность мира — человек видит его единым. С другой стороны, такая пятнадцатисекундная размазанность восприятия может быть очень некстати, когда нужна большая скорость обработки зрительной информации. Авторы работы приводят в пример рентгенолога, который должен быстро просмотреть много снимков — не получится ли так, что он увидит в каком-то снимке нечто из предыдущего? Мы не знаем, сталкиваются ли настоящие рентгенологи с таким рабочим авралом, но, так или иначе, перед нами ещё один аргумент в пользу того, что спешка редко доводит до добра.

[АrefievPV]

Неосознанное восприятие звуков: мы слышим разницу, даже если не слушаем
http://neuronovosti.ru/neosoznannoe-vospriyatie-zvukov-my-slyshim-raznitsu-dazhe-esli-ne-slushaem/

Специалисты по нейробиологии из НИУ ВШЭ и Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН доказали, что мозг подсознательно отличает даже очень похожие звуковые сигналы во время пассивного слушания. Ученые предполагают, что результаты исследования могут помочь в диагностике пациентов, которые не способны активно реагировать на стимулы, например, при болезни Альцгеймера, Паркинсона, в состоянии комы. Исследование опубликовано в журнале Neuropsychologia.

Наша слуховая система способна распознавать звуки на подсознательном уровне. Мозг отличает даже очень похожие звуки, но эти отличия не всегда осознаются человеком. Именно этот факт продемонстрировали авторы нового нейробиологического исследования, посвященного восприятию звуков при пассивном слушании — в ситуации, когда человек не пытается намеренно услышать различия.

Для этого провели эксперимент с участием 20 здоровых добровольцев. Испытуемые слушали звуки, а исследователи с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ) измеряли отклик мозга на предъявляемые стимулы. Звуки были настолько похожи, что осознанно испытуемые могли отличить их лишь с вероятностью 40%.

Сначала добровольцы слушали последовательности из трех звуков, где один звук повторялся часто, а два других появлялись редко. Участники должны были нажимать на клавишу, если они улавливали разницу в звуках. Далее, уже в режиме пассивного слушания, те же звуки появлялись в более сложно организованных последовательностях. Это были группы из пяти одинаковых звуков и группы, где пятый звук отличался. 

В эксперименте использовалось два типа звуковых последовательностей: с нарушением локальной регулярности и с нарушением глобальной регулярности. В первом типе часто повторялись группы из одинаковых звуков и редко случайным образом возникала группа с другим звуком на конце. Во втором типе, наоборот, часто встречались группы с отличным звуком на конце и редко — группы из одинаковых звуков.

Распознавание этих двух типов звуковых последовательностей требует внимания разных уровней. Мозг на них реагирует по-разному, и ЭЭГ регистрирует разные типы потенциалов. Нарушение локальной регулярности может распознаваться без направленного внимания и вызывает потенциалы негативности рассогласования (НР) и P3a. Нарушение глобальной регулярности требует концентрации и вызывает потенциал P3b, отражающий более высокий уровень сознания. Эти потенциалы регистрировали и в более ранних экспериментах с применением той же методологии. Отличие работы ученых из  Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ и Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН в том, что они использовали трудноразличимые звуки. В других исследованиях стимулы (звуки или изображения) можно было распознать со 100-процентной вероятностью.

«Мы усложнили звуковую последовательность, предположив, что это упростит распознавание звуков. Мы бы увидели это по увеличению амплитуды потенциалов. Но результат получился неожиданным. Вместо потенциала P3b при нарушении глобальной регулярности возникал потенциал N400. Он связан с осознанной обработкой информации, однако может возникать и при непроизвольном внимании. Появление этого потенциала свидетельствует о процессе скрытого, неосознанного обучения, которое постоянно происходит в нашей жизни», — комментирует Ольга Мартынова, руководитель исследования, старший научный сотрудник Института когнитивных нейронаук и академический руководитель программы «Когнитивная нейробиология» НИУ ВШЭ.

Появление потенциала N400 подтверждает одну из существующих теорий, объясняющих работу сознания. Согласно теории предсказательного  кодирования, мозг создает модель окружающей среды на основании собственного опыта и опирается на предсказания для оптимизации своей работы. Если он сталкивается с опытом, противоречащим предсказаниям, картина мира обновляется. Этот процесс лежит в основе имплицитного (неосознанного) обучения и связан со стремлением минимизировать ошибки предсказаний для лучшей адаптации и быстрой реакции на изменения в окружающем мире.

Результаты работы важны как для фундаментальной науки, поскольку служат доказательством модели предсказательного кодирования, так и для возможного применения в клинических исследованиях. Например, с помощью потенциалов P3b и N400 можно оценить уровень сознания пациентов, которые не способны активно реагировать на стимулы (при болезни Альцгеймера, Паркинсона, в состоянии комы и др.).

P.S. Для того чтобы выявить различия (различить) или узнать необходимо провести операцию сравнения/сопоставления в той или иной форме (например, в нейросетях алгоритм сравнения/сопоставления реализуется не «возвратно-поступательным» способом, а «прямоточным», так сказать). Иначе говоря, необходимо осознать. Другое дело, что осознание может происходить на разных уровнях, но только работу высшего уровня принято считать собственно осознанием (а работу всех остальных уровней считают работой подсознания).

[АrefievPV]

«Физическим» метафорам нужна физическая активность
https://www.nkj.ru/news/43357/

Чтобы понять метафорический смысл некоторых крылатых выражений, мозг представляет, как эти метафоры выглядят в буквальном смысле.

Языковые центры мозга работают не сами по себе, а в сотрудничестве с другими зонами. Например, известно, что если в мозге повреждены сенсорно-двигательные области, языковые центры будут с трудом понимать слова, имеющие отношение к движениям и ощущениям. То есть если у человека после инсульта плохо работают руки, он также будет плохо различать слова «трогать», «брать» и «хватать» — не потому, что инсульт затронул нейронные цепи, отвечающие за анализ слов, а потому, что эти нейронные цепи не могут связаться с повреждёнными двигательными зонами.

Более того, двигательные центры нужны для понимания метафор, связанных с каким-то физическим действием. Иными словами, когда мы слышим что-то вроде «хвататься за соломинку», «прожужжать уши» и т. д., то чтобы их понять, языковые зоны обращаются за информацией о буквальном значении глаголов «хвататься» и «жужжать» — хотя сами выражения, разумеется, употребляются в переносном смысле. Об этом в статье в Brain & Language пишут сотрудники Университета Южной Калифорнии, поставившие эксперимент с четырнадцатью людьми, пережившими инсульт: все они были правшами, и после инсульта они в той или иной степени утратили контроль именно над правой половиной тела. У них спрашивали, как они понимают разные метафоры. Одни метафоры были основаны на каком-то действии, и среди них были как общеупотребимые (вроде «хвататься за соломинку»), так и литературные, извлечённые из каких-то литературных произведений. Другие метафоры были «бездейственными», то есть, например, описывали какое-то свойство или состояние («у него рыбья кровь» или «она легче пёрышка»); их тоже подобрали как из обычной бытовой речи, так и из литературы.

Как определяли понимание метафоры? На экране появлялось предложение с метафорой и набор из четырёх рисунков. Из рисунков нужно было выбрать тот, который правильнее всего описывает смысл предложения. Причём правильный ответ нужно было произнести, но никак не показывать на рисунок ни руками, ни пальцем, ни головой. Как и предполагалось, те, у кого инсульт ударил по двигательным центрам, плохо понимали «физические» метафоры (то есть связанные с каким-то действием), и малознакомые литературные метафоры они понимали хуже, чем метафоры из повседневного языка. То есть двигательные участки мозга нужны не только, чтобы чувствовать прямой смысл «двигательных» слов, но и чтобы чувствовать переносное, метафорическое значение.

В ноябре мы описывали другой пример того, как язык связан с руками. Тогда шла речь о синтаксисе: сотрудники французского Национального института здоровья и медицинских исследований (Inserm) показали, что сложная ручная работа помогает развивать языковой синтаксис, и наоборот — занимаясь языком, мозг начинает лучше управляться с руками.

P.S. Ссылка в дополнение:

Умелые руки помогают в языке
https://www.nkj.ru/news/42554/
Сложная ручная работа помогает развивать языковой синтаксис, и наоборот — занимаясь языком, мозг начинает лучше управляться с руками.

[АrefievPV]

Польза или вред: почему мы забываем?
http://neuronovosti.ru/polza-ili-vred-pochemu-my-zabyvaem/

Американские ученые провели исследование, в котором постарались объяснить, как будущий опыт влияет на забывание информации и что в дальнейшем происходит с ним. Данные опубликованы в журнале Nature Reviews Neuroscience.

Ежедневно с каждым из нас происходят те или иные события. Это могут быть приятные моменты, которые нам хотелось бы запомнить, или неприятные ситуации, в которые возвращаться нет желания. Так же многое остается как бы «за кадром» нашего восприятия. До недавних пор считалось, что мозг имеет определенное «хранилище», в котором при заполнении происходит замена воспоминаний или безвозвратное удаление нажитого опыта. Сейчас, когда ученые уже не так категорично относятся к мозгу как к накопителю, их фокус сместился на сам процесс работы воспоминаний.

Согласно одной из ведущих концепций работы мозга, нервная система любого живого существа состоит из нервных клеток – нейронов, которые в свою очередь организуются в ансамбли – сложные структуры с большим количеством связей. Одни и те же нейроны могут одновременно участвовать сразу в нескольких ансамблях, создавая высокоструктурированную нейронную сеть.

В начале XX века Рихорд Земан ввел термин  «энграмма», буквально с греческого означающий «внутренняя запись». Другими словами, энграмма – это совокупность изменений в нервной ткани, обеспечивающих сохранение результатов воздействия действительности на человека, или просто физиологическая основа памяти. Считается, что между энграммами возникают устойчивые ассоциативные связи.

Томас Райан (Tomás J. Ryan) – профессор Школы биохимии и иммунологии и Института неврологии Тринити колледжа, а также Пол Фрэнкленд (Paul W. Frankland) — профессор кафедры психологии Университета Торонто и больницы для больных детей в Торонто привели еще ряд доказательств, что забвение (угасание памяти о каком-либо явлении, событии или человеке) воспоминаний – это важная функция мозга несмотря на свою кажущуюся бесполезность и даже вредность. Также оно позволяет нашим мыслям взаимодействовать с окружающей средой. Доктор Райан, объяснил, что воспоминания работают через клетки энграмм, которые при активации могут успешно воспроизводить мысли из прошлого и получать доступ к ним. А забвение вызвано неспособностью энграммных клеток реактивироваться.


a. Согласно данной модели, животное (в данном случае мышь) формирует свои энграммы в результате своего восприятия мира. Установленные энграммы (бирюзовые клетки) на фоне неэнграммных клеток (серые клетки) функционируют в будущем как выводы, которые делает мышь об окружающем мире. Эти предсказания либо подтверждаются, либо отрицаются дальнейшим опытом. b. Когда энграмма вызывается и предсказание подтверждается, происходит положительный сигнал об ошибке прогнозирования. Таким образом энграмма либо сохраняется, либо обновляется (желтые клетки). Когда предсказания нарушаются, происходит возвратное забывание части информации (светло-бирюзовые клетки).

Ученые считают, что забывание так же важно, как и запоминание, для сбалансированной жизни. Исследования показали, что вместо потери памяти мы просто теряем доступ к этим воспоминаниям.

«Наша новая теория предполагает, что забвение связано с ремоделированием схемы, которая переключает ячейки энграмм из доступного в недоступный. Поскольку на скорость забвения влияют условия окружающей среды, мы предполагаем, что забвение на самом деле является формой обучения, которая изменяет доступность памяти в соответствии с окружающей средой и её предсказуемостью», — говорят авторы

Так же эксперты предположили, что «естественное забвение» (например, при болезни Альцгеймера) может быть обращено вспять при помощи определенных манипуляций.

P.S. Всё же, не стоит забывать, что сведение всего только лишь к нейронным ансамблям (нейронам, синапсам и т.д.) является упрощением. Наше «железо» устроено и функционирует значительно сложнее:

Активная среда мозга: новая парадигма в нейронауках
http://neuronovosti.ru/aktivnaya-sreda-mozga-novaya-paradigma-v-nejronaukah/

[АrefievPV]

1, 2, 3, 4... 5? Слова нужны, чтобы думать о числах
http://neuronovosti.ru/1-2-3-4-5-slova-nuzhny-chtoby-dumat-o-chislah/

Задумывались ли вы, что для представления точной числовой величины, превышающей четыре, людям может потребоваться слово для обозначения этого числа? Исследователи из MIT изучили то, как люди думают о числах на примере носителей языка цимане (чимане, мосетен) — вымирающего языка в Боливии. Статья опубликована в Psychological Science.

«Когда мы доберемся до больших чисел, даже до пяти и шести, нам понадобится какой-то способ представить это, если вы хотите представить это точно, — говорит Эдвард Гибсон, автор новой статьи и профессор Массачусетского технологического института по мозгу и когнитивным наукам. — Это не обязательно должны быть слова — вы могли бы использовать свои пальцы или что-то подобно, — но вам нужно какое-то независимое представление чисел».

Задачи, требующие манипулирования числами, могут быть выполнены только с использованием числовых слов или других явных систем для представления чисел, заявляет руководитель научной группы из MIT.

Слова имеют значение?

Цимане — это общество земледельцев и собирателей пищи, насчитывающее около 13 000 человек в тропических лесах Амазонии. Большинство детей цимане начинают ходить в школу примерно в возрасте 5 лет, но уровень образования и способность считать значительно различаются.

В исследовании 2014 года Гибсон, Пиантадоси и бывший аспирант Массачусетского технологического института Джулиан Хара-Эттингер обнаружили, что дети цимане усваивают значения числовых слов по той же траектории развития, что и дети в промышленно развитых обществах. То есть сначала они понимают «один», затем последовательно добавляют «два», «три» и «четыре». Однако в этот момент происходит резкий сдвиг в понимании, и дети понимают значения не только «пять» и «шесть», но и всех известных им числовых слов.

В языке цимане есть слова для чисел до 100, а слова для чисел больше этого заимствованы из испанского языка!

Дети в промышленно развитых обществах, которые уделяют гораздо большее внимание числам, начинают учиться считать примерно в возрасте 2 лет и хорошо разбираются в числах и счете к 4-5 годам. Однако среди цимане эта траектория происходит позже, начиная примерно с 5 лет и заканчивая примерно в 8 лет.

Для нового исследования, опубликованного в Psychological Science, Гибсон и его коллеги определили 15 носителей языка цимане, которые могли считать где-то от шести до 20, и 15, которые могли считать не менее 40. Это дало им возможность сравнить людей с различными способностями к вербальному счету и проверить гипотезу о том, что без числовых слов люди не могут выполнять задачи точного сопоставления, требующие от них мысленного представления чисел больше четырех.

Числовые представления

Для изучения этого вопроса исследователи использовали задачу, известную как «ортогональное сопоставление». В простейшем задании на сопоставление исследователи представляли ряд объектов, таких как батарейки, а затем просили участников выстроить эквивалентное количество разных объектов, таких как катушки с нитками.

При ортогональном сопоставлении объекты были представлены горизонтальной линией, но участники должны были выстроить соответствующее число по вертикали, поэтому они не могут просто сопоставить их один к одному.

Команда MIT обнаружила, что носители языка цимане смогли выполнить эту задачу, но только до чуть меньшего числа, на которое они могут рассчитывать. То есть тот, кто умеет считать до 10, начнет ошибаться, когда его попросят сопоставить восемь или девять объектов, в то время как тот, кто умеет считать до 15, начнет ошибаться около 13 или 14.

Результат можно посчитать?

«Это открытие дает самое четкое на сегодняшний день доказательство того, что числовые слова играют функциональную роль в способности людей представлять точные величины, превышающие четыре, и поддерживает более широкое утверждение о том, что язык может развивать новые концептуальные способности», — говорит Гибсон.

В будущей работе ученые надеются продолжить изучение того, как дети усваивают представления чисел и какие конструкции требуются, чтобы обозначать числа больше 4.

[Дарвинист]

Уважаемый АrefievPV, Вы не размещали в теме следующую заметку, см., пожалуйста: https://regnum.ru/news/innovatio/3507157.html?
Я не нашел подобной среди просмотренных мною материалов по ссылкам, почему и спрашиваю, поскольку не исключено, что пропустил. В таком случае извиняюсь заранее.

[Дарвинист]

Для любопытствующих, https://ru.wikipedia.org/wiki/Саккада.

[АrefievPV]

В височной коре нашли нейроны сложения и вычитания
https://nplus1.ru/news/2022/02/16/arithmetic-rule

В мозгу есть нейроны, которые активируются во время совершения определенных математических операций. Одни из обнаруженных клеток активны исключительно во время операций сложения, тогда как другие — при совершении операций вычитания. При этом эти нейроны реагируют одинаково, независимо от того, записана ли инструкция вычислений в виде слова («прибавить» или «отнять») или символа (знаков плюс и минус). Статья опубликована в журнале Current Biology.

В совершении даже самых простых арифметических действий задействованы сразу несколько систем мозга. Считается, что у людей и приматов основную роль в формировании представлений о числах и манипулировании ними играют теменная и префронтальная кора. Однако и другие зоны участвуют в обеспечении этих операций, например, медиальная височная кора. Так, известно, что объем гиппокампа и его функциональная связь с дорсолатеральной и вентролатеральной префронтальной корой предопределяют успех в математике у младших школьников. А снижение объема серого вещества парагиппокампальной извилины отмечается у детей с дискалькулией — трудностями в обучении или понимании арифметики (дискалькулия — достаточно сложный феномен, который не объясняется единичным структурным изменением, она связана с множеством и других изменений в структуре серого и белого вещества целого ряда регионов мозга, и указанное снижение лишь одно из этого большого списка). И, наконец, в медиальной височной коре находятся отдельные группы нейронов, которые кодируют числа. А как нейроны этого региона участвуют непосредственно в операциях сложения и вычитания неизвестно.

Андреас Нидер (Andreas Nieder) из Тюбингенского университета и Флориан Морманн (Florian Mormann) из Боннского университета вместе с группой ученых провели исследование, в котором приняли участие пациенты с резистентной формой эпилепсии — пять женщин и четыре мужчины. Для лечения эпилепсии участникам имплантировали электроды в височную долю мозга, но также эти электроды позволили ученым изучить активность отдельных нейронов височной доли во время того, как участники совершали простые арифметические операции с числами от нуля до пяти. Числа предъявлялись в одних задачах в виде арабских цифр, а в других — соответствующим количеством точек. Арифметическое действие также было записано двумя способами: либо знаками плюса и минуса, либо немецкими словами «und» и «weniger», обозначающими сложение/прибавление и вычитание. Для ответа участники с помощью сенсорной панели с цифрами от нуля до девяти вводили ответ, а затем получали обратную связь, указывающую, был ли результат правильным («richtig») или ложным («falsch»).


Примеры предъявления задач в эксперименте

В ходе эксперимента авторы зарегистрировали потенциалы действия 585 одиночных нейронов из медиальной височной коры, среди них 126 нейронов в парагиппокампальной коре, 199 нейронов в гиппокампе, 107 нейронов в энторинальной коре и 153 нейрона в миндалевидном теле. А далее используя многофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) ученые среди этих нейронов нашли те, которые избирательно активируются только на операции сложения, а другие — только на операции вычисления. Арифметическая задача появлялась не сразу, а по одному элементу через каждые 500 миллисекунд: сначала появлялось первое число, следом знак или слово, обозначающие операцию, и последним второе число. Благодаря этому ученые смогли выделить те нейроны, которые реагировали исключительно на обозначающее арифметическое действие: знак или слово (p < 0,001). При этом эти нейроны реагировали одинаково, независимо от того, записана ли инструкция вычислений в виде слова или знака.

Также исследователи вводили модели активности клеток в самообучающуюся компьютерную программу. В то же время они сообщали программному обеспечению, вычисляют ли испытуемые в данный момент сумму или разницу. Когда алгоритм столкнулся с новыми данными о деятельности после этой фазы обучения, он смог с высокой точностью определить, во время какой вычислительной операции он был записан (p <0,05), и снова независимо от того как подана инструкция вычисления, в виде знака или слова. Так авторы дополнительно подтвердили свои результаты.

Авторы считают свою работу важным шагом к лучшему пониманию одной из самых важных символических способностей человека, а именно процессов вычисления с числами. В ходе будущих исследований ученые планируют более детально изучить обнаруженные ими клетки и их популяции.

В последние годы связь математических способностей с функционированием нейронов неизменно привлекает интерес исследователей. Так, в прошлом году американские ученые, которые обратили свое внимание на лобную и теменную области, обнаружили, что высокая концентрация гамма-аминомасляной кислоты в левой средней лобной извилине предсказывает успехи в выполнении математических заданий.

P.S. Ссылка в дополнение:

Концентрация ГАМК в средней лобной извилине позволила предсказать успехи в математике
https://nplus1.ru/news/2021/06/07/maths-GABA-levels

[АrefievPV]

Когда от нашего выбора ничего не зависит
https://www.nkj.ru/news/43562/

Стресс заставляет мозг занять позицию наблюдателя, чьи действия никак не способны повлиять на то, что происходит.

Нет нужды повторять, что наше восприятие мира зависит не только от объективных вещей, но и от нас самих. То есть когда мы сталкиваемся с какой-то трудной ситуацией, имеет смысл спросить самих себя: наши действия действительно ни на что не влияют или нам просто так кажется. Понятно, что когда речь идёт о завтрашней погоде, то вы вряд ли на неё повлияете, но ведь не всё в мире сводится к метеорологии.

Что может повлиять на нашу уверенность в собственных силах? Очевидно, эмоции, стресс, депрессия и прочее. Для психологов (и не только для психологов) это давно не секрет, но чтобы изучить влияние того же стресса здесь нужно поставить эксперимент, который субъективные переживания превратит в объективные параметры, видимые для исследователя. А такой эксперимент поставить непросто.

Тем не менее, сотрудникам Центра Шампалимо это удалось. Они создали два виртуальных дома: в каждом было несколько комнат, и в каждую комнату вела дверь определённого цвета. В одном доме двери всегда соответствовали своим комнатам, и если вы выходили из кухни в фиолетовую дверь, то попадали в гостиную, а если в жёлтую — то в ванную. А вот во втором доме обе двери всегда вели в одну и ту же комнату. То есть какую бы дверь из кухни вы не открыли, вы попадали в ванную, а из ванной — опять же, какую бы дверь ни открыли — в гостиную. То есть во втором доме от вашего выбора ничего не зависело.

Кроме того, оба дома были идентичны, и когда человек гулял по виртуальной реальности, исследователи время от времени меняли один дом на другой и обратно. Соответственно, после прогулки по виртуальным домам у человека возникало чувство, что от его выбора ничего не зависит. Но это чувство могло быть более или менее сильным. И когда участника эксперимента в какой-то момент спрашивали, какая комната прямо сейчас находится за той и за другой дверью, он либо уверенно называл обе комнаты, либо говорил, что за обеими дверями находится одна и та же комната.

В статье в Nature Human Behaviour говорится, что с психологической точки зрения мозг в такой ситуации переключается из режима деятеля в режим наблюдателя. Когда он воспринимает ситуацию как действующее лицо, собственный выбор для него (то есть для мозга, то есть для нас) имеет значение. Когда он воспринимает ситуацию как наблюдатель, собственный выбор теряет значение. О переключении, впрочем, говорить не стоит: оба режима существуют параллельно, но то один, то другой получает преимущество.

Стресс, как можно догадаться, усиливает режим наблюдателя. Участников эксперимента без предупреждения слегка били электрическим током, после чего они с большей вероятностью чувствовали себя в доме с фиксированной последовательностью комнат: им сильнее казалось, что какую бы дверь они ни выбрали, они окажутся в строго определённой комнате. Неожиданные электрические разряды вгоняют в стресс, даже если они совсем слабые, и чем больше было таких электрических неожиданностей, тем сильнее было ощущение, что выбор той или иной двери не имеет значения. Объяснить это можно тем, что внезапные повороты судьбы вообще заставляют думать, что мир непредсказуем и мы тут ничего не решаем — соответственно, если уж нам достался внезапный удар током, то почему нам ждать предсказуемости от дверей в этом странном доме? Правда, тут на ум приходят ещё кое-какие мысли о том, что стрессом может кто-то манипулировать, чтобы заставить нас вообще перестать думать о каком-либо выборе. Но подобными размышлениями, разумеется, мы ни в коем случае увлекаться не будем.

[АrefievPV]

Мозг хранит память в электрическом поле
https://www.nkj.ru/news/43568/

Постоянство памяти сохраняется постоянством электрического поля, которое возникает от меняющегося ансамбля работающих нейронов.

Любая информация превращается в мозге в электрохимические импульсы, бегущие от нейрона к нейрону. И если, например, речь идёт о рабочей памяти, то логично было бы ожидать, что одни и те же сведения в ней будут удерживаться одними и теми же нейронами. Рабочая память хранит информацию, которая нам нужна вот прямо сейчас. Допустим, вы складываете два и три, или же идёте вдоль магазинных полок, ища нужный товар – рабочая память в первом случае загружает в себя двойку, тройку и операцию сложения, а во втором случае в ней хранится образ и название того, что мы хотим купить. Повторим ещё раз – пока задача остаётся прежней, пока мы не купили то, что нужно, информация в рабочей памяти остаётся прежней, и нейроны, которые её обрабатывают, тоже должны оставаться одними и теми же.

Однако на деле всё происходит не так. Если посмотреть на активность нервных клеток, поддерживающих рабочую память, то никакого постоянства мы там не увидим: какие-то нейроны, поработав, потом замолкают, другие начинают работать – задача же остаётся прежней. Здесь даже есть специальное название – сдвиг репрезентации, то есть представление (репрезентация) информации изменяется в смысле узора нейронов, которые в этом задействованы.

Сотрудники Института памяти и обучения Пикауэра и Лондонского университета пишут в статье в NeuroImage, что смотреть нужно не на активность отдельных нейронов, а на электрическое поле, которое создаёт вся группа клеток. Электрическое поле возникает вокруг любого проводника с электрическим током, и нейронные цепочки тут не исключение. Но измерить поле, имеющее отношение к рабочей памяти, напрямую невозможно. Если мы внедрим в мозг имплантат с электродами, считывающий активность отдельных нейронов, то мы и получим сведения об активности отдельных нейронов. Если мы используем электроэнцефалографию (ЭЭГ), то измерим суммарные электрические параметры сразу большой группы нейронов – слишком большой, чтобы можно было судить о тех клетках, которые задействованы в обработке конкретной информации.

Однако и из ЭЭГ, и из «электродных» данных всё-таки можно узнать, как ведёт себя электрическое поле отдельной группы клеток, если использовать определённые математические методы. Эксперименты с обезьянами, которые выполняли упражнение на рабочую память, показали изменения электрического поля в зависимости от информации, которую нужно было удержать в памяти. Обезьяны должны были на короткое время запомнить движение точки по экрану, и электрическое поле, соответствующее нейронам рабочей памяти, оставалось постоянным, хотя сами нейроны то включались, то выключались.

При этом, если направление движения точки менялось – иными словами, менялась сама информация, которую нужно было запомнить – то менялось и поле. И когда исследователи создали алгоритм, который по изменениям параметров поля памяти должен был предсказывать, что именно она держит в себе, то такой алгоритм работал точнее, нежели тот, который пытался угадать содержимое памяти, анализируя активность отдельных нейронов.

Авторы работы полагают, что постоянство памяти поддерживается как раз благодаря постоянству поля: какие именно нейроны будут задействованы, не так уж важно, один и тот же результат в смысле электрического поля можно достичь разными ансамблями клеток.

Кстати, само поле ведь тоже влияет на проводник, то есть на нейронные цепочки, и, скорее всего, оно помогает включиться каким-то нейронам, которые до сих пор молчали. Впрочем, предполагать тут можно очень много, и лучше дождаться новых экспериментов, которые помогут прояснить взаимоотношения между отдельными нейронами общим электрическим полем.

[Дарвинист]

Мозг хранит память в электрическом поле

А это, по моему мнению, уже по настоящему интересно, поскольку сближает точки зрения физиков и биологов относительно взаимоотношений репродуктивной и нервной систем...

[Дарвинист]

оба режима существуют параллельно, но то один, то другой получает преимущество.

Уважаемый василий андреевич, не напоминает ли это подзабытый нами цикл Карно? Вроде, вырисовывается та же схема: стресс - как контакт с нагревателем, средой - и потом переход в деятельный режим...

[василий андреевич]

  Стресс, в данной статье - это скорее прерывание нормальной работы по циклу Карно. Потому вполне логично, что организм переключается в режим наблюдателя, ожидающего когда можно продолжить наработку памяти в последовательной череде циклов.
  Другое дело, стресс, как шоковое состояние, характеризующее напряжение ожидания подходящего решения в ключевой ситуации. Тут да, идет поиск подходящего "нагревателя", что бы завершить алгоритм последовательных действий. При этом характерно, что для каждого психотипа будет свой субъективно оцениваемый "нагреватель". Вспомните, как в летописях герои ожидали знамения (или благословления) перед решающей битвой.