В Университет Льежа пригласили опытного фридайвера и попросили его задержать дыхание. Ученые хотели узнать, что происходит с мозгом во время длительного контролируемого апноэ. Дайвер прилег на кушетку, на него навешали датчиков, он закрыл глаза и перестал дышать на семь минут. Ученые снимали у него ЭЭГ высокой плотности. Во второй попытке он задержал дыхание на 6.5 минут, а ученые делали фМРТ.
В статье они пишут, что во время апноэ работа мозга сильно меняется. Функциональная связность одних участков усиливается, других падает. Растет там, где обслуживается принятие решений и осознанность, а ослабевает там, где возникают телесные ощущения. То есть дайвер, как считают ученые, вызывает диссоциацию между разумом и телом, при этом повышая свое присутствие в моменте.
Замечу, что авторы эксперимента и статьи – реаниматологи и анестезиологи из известной Coma Science Group. Их основная работа – вытаскивать людей с того света. Они всякое видали и очень любят поизучать этакое, а измененные состояния сознания с точки зрения физиологии едва ли не главный их научный интерес (я делал отдельный текст про их попытку вписать все состояния в многомерное пространство). Здесь же они хотели выяснить, можно ли заимствовать такую практику диссоциации, например, чтобы люди могли уменьшать хронические боли.
Дайвер рассказал, как задержка дыхания переживается им изнутри, вот этот фрагмент статьи:
«Во время апноэ испытуемый не перестает думать, но все как бы замедляется. Период задержки дыхания можно разделить на четыре отдельные фазы. Первая, переход к «душевному состоянию» апноэ, который ограничен первой минутой. Затем, с первой минуты до примерно 4,5 мин. испытуемый чувствует себя очень хорошо. Счастье берет верх, и он чувствует себя «здесь и сейчас», не обращая внимания на время. Ему ничего не нужно, чтобы дышать или двигаться, и он переживает моменты «чистого сознания». Но большую часть времени происходит и постоянный анализ приятных чувств и мыслей, которые он испытывает. Он пытается продлить этот период хороших ощущений как можно дольше, до перехода в третью фазу.
Первые сокращения грудной клетки сигнализируют о желании тела дышать, но первоначальный дискомфорт исчезает, оставляя субъекту снова хорошее самочувствие, даже если эти сокращения грудной клетки продолжают происходить непроизвольно. Это момент, когда испытуемый ставит цель по продолжительности апноэ, поскольку он знает, что задержка длится уже около 5 минут, и начинает обратный отсчет последних 1,5 минут. Во время этой четвертой фазы он пытается ощутить вкус каждой секунды, принимает ее и не позволяет мыслям хаотично скакать. Он сосредоточен на поддержании своего ритма для достижения поставленной цели. Эта последняя фаза характеризуется чувством настоящей эйфории и потенциальной потерей ясности сознания, однако, благодаря своей отличной тренировке, наш субъект сохраняет контроль над ситуацией. Желание дышать в этой последней фазе слабее, чем во время третьей фазы».
Тут уместно вспомнить еще выступление Дэвида Блейна на TED, где он рассказал подробно, что испытывал во время своего трюка по задержке дыхания в воде на 17 минут. Настоящее безумие.
В статье они пишут, что во время апноэ работа мозга сильно меняется. Функциональная связность одних участков усиливается, других падает. Растет там, где обслуживается принятие решений и осознанность, а ослабевает там, где возникают телесные ощущения. То есть дайвер, как считают ученые, вызывает диссоциацию между разумом и телом, при этом повышая свое присутствие в моменте.
Замечу, что авторы эксперимента и статьи – реаниматологи и анестезиологи из известной Coma Science Group. Их основная работа – вытаскивать людей с того света. Они всякое видали и очень любят поизучать этакое, а измененные состояния сознания с точки зрения физиологии едва ли не главный их научный интерес (я делал отдельный текст про их попытку вписать все состояния в многомерное пространство). Здесь же они хотели выяснить, можно ли заимствовать такую практику диссоциации, например, чтобы люди могли уменьшать хронические боли.
Дайвер рассказал, как задержка дыхания переживается им изнутри, вот этот фрагмент статьи:
«Во время апноэ испытуемый не перестает думать, но все как бы замедляется. Период задержки дыхания можно разделить на четыре отдельные фазы. Первая, переход к «душевному состоянию» апноэ, который ограничен первой минутой. Затем, с первой минуты до примерно 4,5 мин. испытуемый чувствует себя очень хорошо. Счастье берет верх, и он чувствует себя «здесь и сейчас», не обращая внимания на время. Ему ничего не нужно, чтобы дышать или двигаться, и он переживает моменты «чистого сознания». Но большую часть времени происходит и постоянный анализ приятных чувств и мыслей, которые он испытывает. Он пытается продлить этот период хороших ощущений как можно дольше, до перехода в третью фазу.
Первые сокращения грудной клетки сигнализируют о желании тела дышать, но первоначальный дискомфорт исчезает, оставляя субъекту снова хорошее самочувствие, даже если эти сокращения грудной клетки продолжают происходить непроизвольно. Это момент, когда испытуемый ставит цель по продолжительности апноэ, поскольку он знает, что задержка длится уже около 5 минут, и начинает обратный отсчет последних 1,5 минут. Во время этой четвертой фазы он пытается ощутить вкус каждой секунды, принимает ее и не позволяет мыслям хаотично скакать. Он сосредоточен на поддержании своего ритма для достижения поставленной цели. Эта последняя фаза характеризуется чувством настоящей эйфории и потенциальной потерей ясности сознания, однако, благодаря своей отличной тренировке, наш субъект сохраняет контроль над ситуацией. Желание дышать в этой последней фазе слабее, чем во время третьей фазы».
Тут уместно вспомнить еще выступление Дэвида Блейна на TED, где он рассказал подробно, что испытывал во время своего трюка по задержке дыхания в воде на 17 минут. Настоящее безумие.
SpringerLink
Mapping the functional brain state of a world champion freediver in static dry apnea
Brain Structure and Function - Voluntary apnea showcases extreme human adaptability in trained individuals like professional free divers. We evaluated the psychological and physiological adaptation...
Есть такой Торстен Цандер из Берлинского технического университета. Пожалуй, главный энтузиаст пассивных нейроинтерфейсов, он и ввел в научный оборот этот термин (пассивные – не требующие волевого усилия пользователя). Цандер активно продвигает pBCI и в то же время предупреждает о бомбе, которая в них скрыта. В экспериментах он показывает, что пассивный интерфейс может выудить из мозга данные, которые люди не желали бы открывать, и хуже того, они не будут знать, что эти данные у них считали.
В руках злодея pBCI опаснее полиграфа. Ведь когда подключают полиграф чтобы “узнать правду”, испытуемый понимает, что его обман хотят вскрыть. Он может не согласиться на процедуру, сопротивляться и применять защитные техники и т.п. В случае pBCI не так – человек не имеет понятия, что происходит. С его точки зрения он использует интерфейс для управления, лечения, развлечения, учебы, ‘прокачки мозга’ и чего угодно еще. Лишь поставщик технологии знает, что электроды отслеживают и другой слой данных.
В эти дни проходит 3-я конференция Neuroergonomics 2021. Цандер с коллегой поделились там одним своим результатом: по ЭЭГ они успешно выявляли, блефуют ли люди во время игры. Пока pBCI используют в лабораториях, для научных исследований, это не так страшно. Если же пассивные интерфейсы выйдут на массовый рынок, ситуация изменится. Тот, кто контролирует анализ данных, может извлечь из них сведения о психическом состоянии, предпочтениях и предрассудках, попытках обмана и так далее без ведома пользователя. Цандер призывает подумать, как быть с этим, оставаясь горячим сторонником pBCI. У него ответа пока нет.
В руках злодея pBCI опаснее полиграфа. Ведь когда подключают полиграф чтобы “узнать правду”, испытуемый понимает, что его обман хотят вскрыть. Он может не согласиться на процедуру, сопротивляться и применять защитные техники и т.п. В случае pBCI не так – человек не имеет понятия, что происходит. С его точки зрения он использует интерфейс для управления, лечения, развлечения, учебы, ‘прокачки мозга’ и чего угодно еще. Лишь поставщик технологии знает, что электроды отслеживают и другой слой данных.
В эти дни проходит 3-я конференция Neuroergonomics 2021. Цандер с коллегой поделились там одним своим результатом: по ЭЭГ они успешно выявляли, блефуют ли люди во время игры. Пока pBCI используют в лабораториях, для научных исследований, это не так страшно. Если же пассивные интерфейсы выйдут на массовый рынок, ситуация изменится. Тот, кто контролирует анализ данных, может извлечь из них сведения о психическом состоянии, предпочтениях и предрассудках, попытках обмана и так далее без ведома пользователя. Цандер призывает подумать, как быть с этим, оставаясь горячим сторонником pBCI. У него ответа пока нет.
Германский профессор, указавший на риск пассивных нейроинтерфейсов, про которого я писал три дня назад, увидел мой пост и отреагировал. Он пояснил, что имеет в виду, предлагая ученым проводить опасные демонстрации технологии (см. его другой текст на той же конференции, про который я не стал упоминать). Перевод его сообщения:
«Идея в следующем: мы думаем о компаниях и других организациях, которые работают над такими вещами, что скрыты в их лабораториях, и которые могут злоупотребить этой технологией в будущем. Сегодня, желая предупредить об опасности, мы вынуждены говорить «это возможно», но не можем дать конкретики. Если мы ясно покажем, какие плохие вещи можно сделать, мы сможем предупредить более детально и действенно, а общества смогут лучше подготовиться к этому».
Профессор считает, что голые рассуждения не убедят. Ученые должны на практике показать, как нейроинтерфейсы можно использовать со злым умыслом, чтобы все это увидели. Тогда выше шансы, что мы сможем найти решения. В чем-то похоже на то, что делают разработчики ИИ, регулярно демонстрируя уязвимости машинного обучения.
Zander говорит: «Это [опасные применения BCI] все равно произойдет, мы лишь должны подготовить самих себя как можно лучше!»
«Идея в следующем: мы думаем о компаниях и других организациях, которые работают над такими вещами, что скрыты в их лабораториях, и которые могут злоупотребить этой технологией в будущем. Сегодня, желая предупредить об опасности, мы вынуждены говорить «это возможно», но не можем дать конкретики. Если мы ясно покажем, какие плохие вещи можно сделать, мы сможем предупредить более детально и действенно, а общества смогут лучше подготовиться к этому».
Профессор считает, что голые рассуждения не убедят. Ученые должны на практике показать, как нейроинтерфейсы можно использовать со злым умыслом, чтобы все это увидели. Тогда выше шансы, что мы сможем найти решения. В чем-то похоже на то, что делают разработчики ИИ, регулярно демонстрируя уязвимости машинного обучения.
Zander говорит: «Это [опасные применения BCI] все равно произойдет, мы лишь должны подготовить самих себя как можно лучше!»
В свежем Lancet Neurology пишут, что болезнь Паркинсона возникает не в мозге. Она зарождается ниже, в периферических нервах, например, в районе сердца или кишечника, и далее по этим нервам уже добирается до мозга. Бывает, что и иннервация кожи становится источником патологии альфа-синуклеина, которая прогрессирует потом до Паркинсона. Это значит, что заметить развитие болезни можно на ранней стадии, когда ЦНС еще не затронута.
Поздние стадии сейчас “лечат” так: вводят глубоко в голову проволоку, чтобы достичь ядер таламуса, и подают ток. Некоторым помогает: симптомы притупляются, тремор исчезает. Но в черепе дырка. Хорошо бы перехватывать патологию, когда она еще внизу, и на периферические нервы подавать стимуляцию намного проще. Это одна из целей для неврологов на ближайшие годы: найти четкие биомаркеры и разработать терапию для самой начальной стадии. [Британия, как я писал выше, переводит свою медицину на раннюю диагностику и предупреждение заболеваний, а The Lancet семейство журналов британское, не будем забывать].
Для науки здесь вопрос шире. Нервная система как разветвленная сеть путей, по которым идут не только сигналы, но и путешествует всякая гадость, и даже кишечная флора способна влиять на работу мозга. Как бы нам научиться регулировать движение по этим путям?
Parkinson's disease outside the brain: targeting the autonomic nervous system
Autonomic failure: a neglected presentation of Parkinson's disease
Поздние стадии сейчас “лечат” так: вводят глубоко в голову проволоку, чтобы достичь ядер таламуса, и подают ток. Некоторым помогает: симптомы притупляются, тремор исчезает. Но в черепе дырка. Хорошо бы перехватывать патологию, когда она еще внизу, и на периферические нервы подавать стимуляцию намного проще. Это одна из целей для неврологов на ближайшие годы: найти четкие биомаркеры и разработать терапию для самой начальной стадии. [Британия, как я писал выше, переводит свою медицину на раннюю диагностику и предупреждение заболеваний, а The Lancet семейство журналов британское, не будем забывать].
Для науки здесь вопрос шире. Нервная система как разветвленная сеть путей, по которым идут не только сигналы, но и путешествует всякая гадость, и даже кишечная флора способна влиять на работу мозга. Как бы нам научиться регулировать движение по этим путям?
Parkinson's disease outside the brain: targeting the autonomic nervous system
Autonomic failure: a neglected presentation of Parkinson's disease
"Детские шаги". Свежий Science сетует, что США отстают от Великобритании в генетическом скрининге новорожденных. И тут же оговаривается: а верна ли сама идея брать полный геном младенца и искать мутации, связанные с риском заболеваний? Мутации редко гарантируют развитие болезни, это всегда вероятность. Человек может прожить вполне здоровую жизнь, так и не узнав, что у него в геноме что-то “не то”. Не будет ли эта процедура медикализировать состояния людей, забирать у них деньги на профилактику и лечение? И кто все это время будет распоряжаться данными?
В тексте приведены истории успеха. Например, о паре из Сан-Диего, которая в июне 2019 года вернулась домой из больницы с, казалось бы, здоровым ребенком, а затем получила телефонный звонок: стандартный скрининг показал, что у маленького Фитца не работает иммунная система. Фитцу провели секвенирование генома, и оказалось, что у него тяжёлый комбинированный иммунодефицит (SCID), редкое заболевание, которое убьет его в течение года. К счастью, в Сан-Франциско тестировали генную терапию для лечения SCID. Фитц получил трансплантат собственных клеток костного мозга, генетически модифицированных для исправления мутации. Теперь у него есть работающие иммунные клетки, и он отлично себя чувствует.
Проблема здесь в том, что таких однозначных мутаций крайне мало. Истории, как правило, будут иные: родителям сообщат, что у ребенка есть риск развития заболевания, но это не точно. Сам рожденный будет всю жизнь жить в ожидании худшего и, возможно, тратить лишние деньги. Геном же уйдет в базу данных, за доступ к которой поборются страховые компании, банки, работодатели. Скрытая дискриминация по ДНК в этом случае совсем не фантастический сценарий. Как и стигматизация.
Автор(ка) не пишет об этом прямо, но хорошо понимает. Вопрос пока открыт, хотя Британия активно уже идет по этому пути, а в США все еще мнутся, но вряд ли задержатся надолго. В конце концов иметь полный геном человека может быть полезно, знания о болезнях будут развиваться, а множество других анализов мы уже делаем в клиниках и не видим в том этической проблемы.
В тексте приведены истории успеха. Например, о паре из Сан-Диего, которая в июне 2019 года вернулась домой из больницы с, казалось бы, здоровым ребенком, а затем получила телефонный звонок: стандартный скрининг показал, что у маленького Фитца не работает иммунная система. Фитцу провели секвенирование генома, и оказалось, что у него тяжёлый комбинированный иммунодефицит (SCID), редкое заболевание, которое убьет его в течение года. К счастью, в Сан-Франциско тестировали генную терапию для лечения SCID. Фитц получил трансплантат собственных клеток костного мозга, генетически модифицированных для исправления мутации. Теперь у него есть работающие иммунные клетки, и он отлично себя чувствует.
Проблема здесь в том, что таких однозначных мутаций крайне мало. Истории, как правило, будут иные: родителям сообщат, что у ребенка есть риск развития заболевания, но это не точно. Сам рожденный будет всю жизнь жить в ожидании худшего и, возможно, тратить лишние деньги. Геном же уйдет в базу данных, за доступ к которой поборются страховые компании, банки, работодатели. Скрытая дискриминация по ДНК в этом случае совсем не фантастический сценарий. Как и стигматизация.
Автор(ка) не пишет об этом прямо, но хорошо понимает. Вопрос пока открыт, хотя Британия активно уже идет по этому пути, а в США все еще мнутся, но вряд ли задержатся надолго. В конце концов иметь полный геном человека может быть полезно, знания о болезнях будут развиваться, а множество других анализов мы уже делаем в клиниках и не видим в том этической проблемы.
www.science.org
Sequence every newborn’s DNA? Despite obstacles, UK pushes ahead
Pilot project hopes to test up to 200,000 babies for hundreds of childhood disease genes
Группа Полины Аникеевой из MIT на днях показала: мыши-паркинсоники после пяти минут нахождения в магнитном поле улучшили координацию и стали живее двигаться. В субталамическом ядре у них наночастицы, а на нейронах ядра капсаициновые рецепторы. Они нужны, чтобы клетки чувствовали тепло.
Это еще не излечение, но и задача была впервые попробовать. Хорошо помню, как Полина начинала этот проект, лет семь назад. Они синтезировали частицы, которые умеют нагреваться в переменном магнитном поле, затем тестировали их на анестезированных мышах, а после на бодрствующих. Еще в 2015-м мы обсуждали эту работу, и она тогда поясняла мне, что частицы греются за счет гистерезиса. Мы отдавали отчет, что это в первую очередь для научных применений, как и оптогенетика. Но время идет, и оптогенетика совсем недавно сделала первый шаг в клинику, вернув человеку зрение. Частицы последуют за ней.
Частицы можно впрыснуть в любую часть мозга и нагреть их переменным магнитным полем, оно легко проходит сквозь череп даже у человека. Тепло откроет TRPV1 каналы на поверхности нейронов, произойдет стимуляция. Такая схема менее агрессивна – все лучше, чем долбить клетки электричеством. Кстати, так можно стимулировать и периферические нервы и органы, что еще удобнее, и Полина тоже работает над этим. Не удивлюсь, если первый клинический результат будет не в мозге, а в ПНС. Но он все равно будет, в Полине я ни секунды не сомневаюсь.
Это еще не излечение, но и задача была впервые попробовать. Хорошо помню, как Полина начинала этот проект, лет семь назад. Они синтезировали частицы, которые умеют нагреваться в переменном магнитном поле, затем тестировали их на анестезированных мышах, а после на бодрствующих. Еще в 2015-м мы обсуждали эту работу, и она тогда поясняла мне, что частицы греются за счет гистерезиса. Мы отдавали отчет, что это в первую очередь для научных применений, как и оптогенетика. Но время идет, и оптогенетика совсем недавно сделала первый шаг в клинику, вернув человеку зрение. Частицы последуют за ней.
Частицы можно впрыснуть в любую часть мозга и нагреть их переменным магнитным полем, оно легко проходит сквозь череп даже у человека. Тепло откроет TRPV1 каналы на поверхности нейронов, произойдет стимуляция. Такая схема менее агрессивна – все лучше, чем долбить клетки электричеством. Кстати, так можно стимулировать и периферические нервы и органы, что еще удобнее, и Полина тоже работает над этим. Не удивлюсь, если первый клинический результат будет не в мозге, а в ПНС. Но он все равно будет, в Полине я ни секунды не сомневаюсь.
Nature
Magnetothermal nanoparticle technology alleviates parkinsonian-like symptoms in mice
Nature Communications - Deep-brain stimulation ameliorates parkinsonian symptoms, but it usually requires permanent implantation of hardware and connectors. Here, the authors show magnetothermal...
Нобелевку 2021 дали за открытие капсаициновых рецепторов. В предыдущем посте я как раз писал о технологии стимуляции мозга, которая использует именно такие рецепторы, TRPV1. В экспериментах их вводят в клетки с помощью генетических векторов, но на самом деле и у мышей, и у человека такие рецепторы и свои имеются. Когда мы чувствуем остроту перца на языке, это благодаря TRPV1.
Есть они и глубже, внутри организма, в разных местах нервной системы и даже в мозге – это, кстати, пока загадка, зачем они там. Но это можно использовать для лечебных целей. Ведь TRPV1 помогают не только остроту ощущать, но и тепло. Для них вообще нет разницы, именно поэтому вкус острой пищи бывает “обжигающим”. На этом можно строить термогенетику. Применения уже просматриваются, и исследования в этом поле активно идут.
Есть они и глубже, внутри организма, в разных местах нервной системы и даже в мозге – это, кстати, пока загадка, зачем они там. Но это можно использовать для лечебных целей. Ведь TRPV1 помогают не только остроту ощущать, но и тепло. Для них вообще нет разницы, именно поэтому вкус острой пищи бывает “обжигающим”. На этом можно строить термогенетику. Применения уже просматриваются, и исследования в этом поле активно идут.
BBC News Русская служба
Нобелевскую премию по физиологии и медицине вручили за исследование рецепторов температуры и осязания
Нобелевский комитет в Стокгольме назвал имя лауреатов премии в области медицины или физиологии. Ими стали Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян. Они открыли, каким образом температура или, например, прикосновение превращаются в человеческие ощущения.
Редко такое бывает, чтобы в научном журнале вышло сразу 17 статей по одной теме. Залпом. Особенно, если это журнал Nature. Но сейчас как раз тот случай: в открытый доступ выложены результаты исследований клеток мозга мышей, мартышек и людей в рамках первого этапа работы консорциума BICCN. Это это один из важнейших разделов американской BRAIN Initiative.
Событие для нейронаук очень громкое, пресс-релиз от NIH можете прочесть здесь, эдиториал от Nature здесь, новостную заметку здесь, а сама коллекция статей здесь. У каждой статьи десятки авторов, работа эта трудоемкая, на пределе сегодняшних технических возможностей. Цель ее в том, чтобы сделать перепись основных типов нейронов и узнать, чем же они отличаются друг от друга.
Для этого, например, брали образец моторной коры и проверяли клетку за клеткой: ее электрическую активность, ее форму и какие участки днк в ней работают (транскриптом). Так выделили десятки разных типов нейронов в одном маленьком участке ткани. Объем данных превысил 240 Tb, и он будет расти, так как проект BICCN продолжается. Конечно, попытки подсчитать и охарактеризовать типы клеток мозга были и раньше, но в таких масштабах этого еще не делали.
Тон комментариев, как и полагается, воодушевляющий: знаменательное достижение, веха, эти данные помогут найти новые мишени для лечения и углубят наше понимание мозга. На этом торжественную часть сворачиваю, ниже позволю пару замечаний от себя. Капну ложечку дегтя в медовую бочку.
Событие для нейронаук очень громкое, пресс-релиз от NIH можете прочесть здесь, эдиториал от Nature здесь, новостную заметку здесь, а сама коллекция статей здесь. У каждой статьи десятки авторов, работа эта трудоемкая, на пределе сегодняшних технических возможностей. Цель ее в том, чтобы сделать перепись основных типов нейронов и узнать, чем же они отличаются друг от друга.
Для этого, например, брали образец моторной коры и проверяли клетку за клеткой: ее электрическую активность, ее форму и какие участки днк в ней работают (транскриптом). Так выделили десятки разных типов нейронов в одном маленьком участке ткани. Объем данных превысил 240 Tb, и он будет расти, так как проект BICCN продолжается. Конечно, попытки подсчитать и охарактеризовать типы клеток мозга были и раньше, но в таких масштабах этого еще не делали.
Тон комментариев, как и полагается, воодушевляющий: знаменательное достижение, веха, эти данные помогут найти новые мишени для лечения и углубят наше понимание мозга. На этом торжественную часть сворачиваю, ниже позволю пару замечаний от себя. Капну ложечку дегтя в медовую бочку.
Я бы сказал, BRAIN Initiative вспоминает свои корни: в 2013 году ее изначально продвигали как B.A.M (Brain Activity Map), и лишь позже, после утверждения Обамой, дали другое название. И сейчас мы видим картирование, составление атласа клеток. У меня к этой логике, как к способу изучения мозга, отношение двойственное. Вероятно, такие знания лишними не будут, и ученые извлекут пользу из описаний клеток, взятых из разных зон коры. Но сомневаюсь, что так случится прорыв в понимании мозга.
Пока данные BICCN чуть менее чем полностью отражают 1% мышиного мозга. Макаки и люди, как обещают, будут потом. Но уже можно оценить достижимость цели — в мозге человека на три порядка больше нейронов, чем у мыши. Реалистичная перспектива тут лет пятьдесят. Кроме того, запас мышек для научных целей не ограничен; по людям есть нюанс.
Второе, люди разные — у них разные мозги, буквально. Будут отличия не только между типами клеток, и между зонами внутри одного мозга, но и между мозгами. Чтобы выйти на полезные обобщения, желательна большая выборка. Много разных людей.
Третье, как исследовать клетки в мозге человека? Пока он жив, это затруднительно. Рискну предположить, что ценность таких вещей как транскриптом или паттерны электрической активности резко падает после смерти. Если, конечно, цель в том, чтобы понять, как работает живой мозг, а не отдельные нейроны в препарате.
Мог бы продолжать, но логика, надеюсь, ясна. Атласы и каталоги — путь экстенсивный, по нему можно идти десятилетиями, без гарантии добраться хоть куда-нибудь. Здесь нет экспериментов, и я солидарен с Полом Нерсом, нобелевским лауреатом, директором лондонского Института Фрэнсиса Крика, который призывает биологов не увлекаться одним лишь сбором данных, а все-таки еще пытаться генерировать идеи.
Хотя ученые собирают данные в ущерб идеям не от хорошей жизни. Тому много причин, сама организация науки толкает их на это, а в случае мозга проблема усугубляется тем, что строить атласы — это единственное, что точно можно обещать и сделать. Многое делают не потому, что позарез нужно, а потому, что умеют. Впрочем, то уже другой разговор.
Пока данные BICCN чуть менее чем полностью отражают 1% мышиного мозга. Макаки и люди, как обещают, будут потом. Но уже можно оценить достижимость цели — в мозге человека на три порядка больше нейронов, чем у мыши. Реалистичная перспектива тут лет пятьдесят. Кроме того, запас мышек для научных целей не ограничен; по людям есть нюанс.
Второе, люди разные — у них разные мозги, буквально. Будут отличия не только между типами клеток, и между зонами внутри одного мозга, но и между мозгами. Чтобы выйти на полезные обобщения, желательна большая выборка. Много разных людей.
Третье, как исследовать клетки в мозге человека? Пока он жив, это затруднительно. Рискну предположить, что ценность таких вещей как транскриптом или паттерны электрической активности резко падает после смерти. Если, конечно, цель в том, чтобы понять, как работает живой мозг, а не отдельные нейроны в препарате.
Мог бы продолжать, но логика, надеюсь, ясна. Атласы и каталоги — путь экстенсивный, по нему можно идти десятилетиями, без гарантии добраться хоть куда-нибудь. Здесь нет экспериментов, и я солидарен с Полом Нерсом, нобелевским лауреатом, директором лондонского Института Фрэнсиса Крика, который призывает биологов не увлекаться одним лишь сбором данных, а все-таки еще пытаться генерировать идеи.
Хотя ученые собирают данные в ущерб идеям не от хорошей жизни. Тому много причин, сама организация науки толкает их на это, а в случае мозга проблема усугубляется тем, что строить атласы — это единственное, что точно можно обещать и сделать. Многое делают не потому, что позарез нужно, а потому, что умеют. Впрочем, то уже другой разговор.
Внимание изначально появилось как способ избежать хаоса движений. Об этом см. октябрьский Neuron. Идея любопытная, черпающая объяснения в далеком эволюционном прошлом: раньше внимание вовсе не было когнитивной функцией. Скорее, простым решением одной технической проблемы. Обычно эволюция так и работает. Если кратко, дело было так.
Миллионы лет все жили с простой нервной системой, и все было замечательно. Но потом на головном мозге начала разрастаться кора. Ее проекции уходили в глубину, в ствол, откуда связи шли в спинной мозг, а уж он раздавал команды телу. Так ствол стал узлом, куда сходились и откуда расходились сигналы. Дальше обычная логика: нельзя допустить, чтобы в ствол попадали сигналы сразу от многих участков коры, будет путаница. Возник механизм, выделяющий в коре одну активную группу нейронов в один момент времени.
На этом примитиве и развилось то, что мы называем вниманием. Заодно эта идея вновь ставит вопрос, чего в работе мозга больше — активации клеток или их торможения.
Замечу, что на внимании строится мышление, и вся цивилизация стала его следствием. Но теперь цивилизация уже сама овладевает вниманием людей, порабощает его, и процесс ускорился с появлением цифровых сред. Онлайн, по сути, борется за каждый квант нашего внимания, за вовлечение и удержание, направляя его на виртуальные цели. Технологии хакнули древний механизм, и схема поменялась — над корой возник еще один слой управления вниманием, цифровое облако. Фактически, это новый эволюционный переход.
Миллионы лет все жили с простой нервной системой, и все было замечательно. Но потом на головном мозге начала разрастаться кора. Ее проекции уходили в глубину, в ствол, откуда связи шли в спинной мозг, а уж он раздавал команды телу. Так ствол стал узлом, куда сходились и откуда расходились сигналы. Дальше обычная логика: нельзя допустить, чтобы в ствол попадали сигналы сразу от многих участков коры, будет путаница. Возник механизм, выделяющий в коре одну активную группу нейронов в один момент времени.
На этом примитиве и развилось то, что мы называем вниманием. Заодно эта идея вновь ставит вопрос, чего в работе мозга больше — активации клеток или их торможения.
Замечу, что на внимании строится мышление, и вся цивилизация стала его следствием. Но теперь цивилизация уже сама овладевает вниманием людей, порабощает его, и процесс ускорился с появлением цифровых сред. Онлайн, по сути, борется за каждый квант нашего внимания, за вовлечение и удержание, направляя его на виртуальные цели. Технологии хакнули древний механизм, и схема поменялась — над корой возник еще один слой управления вниманием, цифровое облако. Фактически, это новый эволюционный переход.
Чем больше науки, тем ее меньше — парадоксальный вывод из свежего PNAS. Авторы статьи Замедление канонического прогресса в крупных областях науки отследили 1,8 млрд цитирований в 90 млн публикаций по 241 тематике, и оказалось, что разрастание научной области консервирует канонические идеи. Чем больше ученых вовлечено в работу, чем чаще они публикуются, тем труднее новым взглядам быть замеченными. Все как в жизни: деньги к деньгам, цитируемых цитируют. И этот эффект тем сильнее, чем больше масса статей.
Авторы поясняют: «когда ежегодный вал публикаций становится очень большим, то бурный поток новых статей толкает ученых к уже хорошо цитируемым работам и ограничивает их внимание к менее известным статьям — даже тем, что содержат новые, полезные и потенциально трансформирующие идеи. Вместо того, чтобы ускорять смену парадигм, лавина новых публикаций лишь укрепляет наиболее цитируемые статьи».
Эта картина получена из статистики. Очевидно, что наука и прогресс не сводятся к цитированиям, но на больших масштабах видна важная закономерность. Авторы резюмируют: научная деятельность, основанная на количественных показателях, может, по иронии судьбы, тормозить фундаментальный прогресс. Причем, «этот пагубный эффект будет усиливаться по мере того, как ежегодная масса статей в каждой области продолжит расти, что почти неизбежно, учитывая сложившийся порядок, побуждающий ученых к наращиванию публикаций».
Проблема давно на виду, как ее решать, толком не ясно. На ту же тему больше 40 лет назад в лихой манере высказался классик биохимии Эрвин Чаргафф в своем эссе “Белибердинское столпотворение”. Сейчас ситуация лишь усугубилась — думаю, глядя на все это, старина Чаргафф вообще бы не выбирал выражений. )
Авторы поясняют: «когда ежегодный вал публикаций становится очень большим, то бурный поток новых статей толкает ученых к уже хорошо цитируемым работам и ограничивает их внимание к менее известным статьям — даже тем, что содержат новые, полезные и потенциально трансформирующие идеи. Вместо того, чтобы ускорять смену парадигм, лавина новых публикаций лишь укрепляет наиболее цитируемые статьи».
Эта картина получена из статистики. Очевидно, что наука и прогресс не сводятся к цитированиям, но на больших масштабах видна важная закономерность. Авторы резюмируют: научная деятельность, основанная на количественных показателях, может, по иронии судьбы, тормозить фундаментальный прогресс. Причем, «этот пагубный эффект будет усиливаться по мере того, как ежегодная масса статей в каждой области продолжит расти, что почти неизбежно, учитывая сложившийся порядок, побуждающий ученых к наращиванию публикаций».
Проблема давно на виду, как ее решать, толком не ясно. На ту же тему больше 40 лет назад в лихой манере высказался классик биохимии Эрвин Чаргафф в своем эссе “Белибердинское столпотворение”. Сейчас ситуация лишь усугубилась — думаю, глядя на все это, старина Чаргафф вообще бы не выбирал выражений. )
Осу-паразит Megaphragma amalphitanum можно разглядеть лишь в микроскоп. Она столь мала, что по размерам уступает пирамидальному нейрону человека. Ее можно спрятать за амебой или инфузорией-туфелькой, хотя оса многоклеточное, с присущим сложным поведением насекомого: все органы чувств, маневренный полет, обучение, память.
Осу и других микро-насекомых изучают в МГУ им. Ломоносова; энтомолог Алексей Полилов еще десять лет назад открыл, что в мозге Megaphragma всего 4.6 тыс нейронов, причем лишь 340-370 имеют ядра. По сути, поведение взрослой осы строится на безъядерной нервной системе.
Алексей с коллегами на днях опубликовал статью, где говорит, что микро-насекомые могут стать важными объектами для большой нейробиологии.
Осу и других микро-насекомых изучают в МГУ им. Ломоносова; энтомолог Алексей Полилов еще десять лет назад открыл, что в мозге Megaphragma всего 4.6 тыс нейронов, причем лишь 340-370 имеют ядра. По сути, поведение взрослой осы строится на безъядерной нервной системе.
Алексей с коллегами на днях опубликовал статью, где говорит, что микро-насекомые могут стать важными объектами для большой нейробиологии.
Хирурги из NYU Langone Health подсоединили почку свиньи к телу человека, и та начала работать, фильтровать кровь. Животное было, конечно, генетически модифицировано: выключили ген, который кодирует молекулу сахара, вызывающую в организме людей агрессивную реакцию отторжения.
Почку пришили к паре крупных кровеносных сосудов, которые вывели из недавно скончавшейся женщины (или точнее, женщины с мертвым мозгом, которую затем отключили от системы жизнеобеспечения). Два дня наблюдали: почка не отторгалась, работала абсолютно нормально.
Статьи пока нет, в процессе рецензирования, но об эксперименте уже пишут NY Times и AP.
«Это лучше, чем мы даже ожидали», — признается один из авторов, директор Института трансплантологии Нью-Йоркского университета. «Было похоже на любую пересадку, которую я делал от живого донора. Многие почки умерших людей не срабатывают сразу, и для этого требуются дни или недели. Это сразу сработало».
Ксенотрансплантация получила новый аргумент «за». Ждем научную публикацию.
Почку пришили к паре крупных кровеносных сосудов, которые вывели из недавно скончавшейся женщины (или точнее, женщины с мертвым мозгом, которую затем отключили от системы жизнеобеспечения). Два дня наблюдали: почка не отторгалась, работала абсолютно нормально.
Статьи пока нет, в процессе рецензирования, но об эксперименте уже пишут NY Times и AP.
«Это лучше, чем мы даже ожидали», — признается один из авторов, директор Института трансплантологии Нью-Йоркского университета. «Было похоже на любую пересадку, которую я делал от живого донора. Многие почки умерших людей не срабатывают сразу, и для этого требуются дни или недели. Это сразу сработало».
Ксенотрансплантация получила новый аргумент «за». Ждем научную публикацию.
NY Times
In a First, Surgeons Attached a Pig Kidney to a Human, and It Worked
A kidney grown in a genetically altered pig functions normally, scientists reported. The procedure may open the door to a renewable source of desperately needed organs.
“Пришло время НаноНейро” -- прямо и без намеков, название свежей публикации в Nature Methods. Вместе с физиком из группы нанофотоники написал ее Рафаэль Юсте, и поэтому стоит отнестись всерьез. Юсте крупная фигура в нейронауках, в 1990-х разработал метод кальциевой визуализации и сейчас он один из тех, кто определяет политику исследований в США. Он же стоял у истоков Brain Initiative.
“Мы рассматриваем предстоящую область, NanoNeuro, определяемую как пересечение нанонауки и нейробиологии. Благодаря своим уникальным физическим свойствам наноматериалы обладают внутренними преимуществами в качестве биосенсоров и исполнительных механизмов, и они могут быть применимы для людей без необходимости генетических модификаций”.
Чуть подробнее о свежей публикации пишут на сайте DIPC, где работает тот самый физик [Aitzol Garcia-Etxarri], а сам он даже записал видео, где поясняет лично.
Не могу не отметить, что еще в первом отчете Нейронет мы прямо указали, что будущее нейронауки за наномасштабом, и один из разделов так прямо и звучит “Неизбежный уход в нано”. Что ж, внизу полным-полно места, когда еще сказано (если конкретно, в 1959 г, и в 2009 г даже отмечали юбилей).
“Мы рассматриваем предстоящую область, NanoNeuro, определяемую как пересечение нанонауки и нейробиологии. Благодаря своим уникальным физическим свойствам наноматериалы обладают внутренними преимуществами в качестве биосенсоров и исполнительных механизмов, и они могут быть применимы для людей без необходимости генетических модификаций”.
Чуть подробнее о свежей публикации пишут на сайте DIPC, где работает тот самый физик [Aitzol Garcia-Etxarri], а сам он даже записал видео, где поясняет лично.
Не могу не отметить, что еще в первом отчете Нейронет мы прямо указали, что будущее нейронауки за наномасштабом, и один из разделов так прямо и звучит “Неизбежный уход в нано”. Что ж, внизу полным-полно места, когда еще сказано (если конкретно, в 1959 г, и в 2009 г даже отмечали юбилей).
Nature
Time for NanoNeuro
Nature Methods - This Perspective discusses how neuroscience can benefit from harnessing nanoscience-based tools for manipulating and recording neuronal activity.
Картинка намекает на будущее медицины (смотреть лучше в полном размере). Слева – количество мутаций, для которых показана связь с моногенными заболеваниями. Справа – количество генетических вариантов, для которых показана статистически значимая ассоциация с полигенными заболеваниями. Различать легко: слева болезни редкие, справа распространенные.
В обоих случаях объемы данных растут, а для поиска ассоциаций (GWAS) рост еще и ускоряется. Данные, конечно, не будут просто копиться, их будут активно использовать. Как для диагностики, так и для разработки лекарств. И это перестроит здравоохранение: в днк любого человека всяко найдутся те или иные ассоциации, и ему сообщат о его персональных рисках. И, быть может, подберут рекомендации и препараты.
Проблема с этим сценарием, как я уже писал недавно, в ненадежности такой штуки как ‘статистически значимая ассоциация’. Здесь ‘статистически’ – ключевое слово. Ибо на большой выборке связь видна, а у конкретного индивида ее может и не быть. Просчитать это нельзя.
Даже не буду развивать мысль, что один и тот же ген может одновременно влиять как в плюс, так и в минус. Одну функцию ухудшать, другую улучшать. Как, например, один из “генов болезни Альцгеймера”.
Но поскольку идеальных решений не бывает, по этому пути пойдут все равно. Британцы уже пошли и на первом этапе хотят увеличить свой биобанк до 200 000 полных геномов новорожденных (500 000 полных геномов взрослых). Об издержках такой медицины я вчера подробнее написал в Republic – у кого есть подписка, могут прочесть.
А надеяться остается, пожалуй, на машинное обучение. Что на больших мультимодальных данных вдруг удастся обучить ИИ прогнозировать риски для каждого отдельного человека. Впрочем, и здесь масса “но”, ведь обеспечить ровное качество данных на практике трудно – с проблемой GIGO столкнутся неизбежно. Но похоже, выбор в пользу геномики уже сделан.
Одним из следствий GWAS и биобанков может стать пересмотр классификации болезней. Когда-то биоинформатика изменила прежнюю систематику организмов: виды, считавшиеся эволюционно далекими, стали вдруг родственными и наоборот. Начали учитывать их днк, а не просто смотреть на внешний вид. С болезнями может произойти нечто похожее – часть из них, при внешнем различии симптомов, окажутся проявлениями одного характерного сочетания генетических вариантов.
Что уже весьма вероятно для психиатрии.
В обоих случаях объемы данных растут, а для поиска ассоциаций (GWAS) рост еще и ускоряется. Данные, конечно, не будут просто копиться, их будут активно использовать. Как для диагностики, так и для разработки лекарств. И это перестроит здравоохранение: в днк любого человека всяко найдутся те или иные ассоциации, и ему сообщат о его персональных рисках. И, быть может, подберут рекомендации и препараты.
Проблема с этим сценарием, как я уже писал недавно, в ненадежности такой штуки как ‘статистически значимая ассоциация’. Здесь ‘статистически’ – ключевое слово. Ибо на большой выборке связь видна, а у конкретного индивида ее может и не быть. Просчитать это нельзя.
Даже не буду развивать мысль, что один и тот же ген может одновременно влиять как в плюс, так и в минус. Одну функцию ухудшать, другую улучшать. Как, например, один из “генов болезни Альцгеймера”.
Но поскольку идеальных решений не бывает, по этому пути пойдут все равно. Британцы уже пошли и на первом этапе хотят увеличить свой биобанк до 200 000 полных геномов новорожденных (500 000 полных геномов взрослых). Об издержках такой медицины я вчера подробнее написал в Republic – у кого есть подписка, могут прочесть.
А надеяться остается, пожалуй, на машинное обучение. Что на больших мультимодальных данных вдруг удастся обучить ИИ прогнозировать риски для каждого отдельного человека. Впрочем, и здесь масса “но”, ведь обеспечить ровное качество данных на практике трудно – с проблемой GIGO столкнутся неизбежно. Но похоже, выбор в пользу геномики уже сделан.
Одним из следствий GWAS и биобанков может стать пересмотр классификации болезней. Когда-то биоинформатика изменила прежнюю систематику организмов: виды, считавшиеся эволюционно далекими, стали вдруг родственными и наоборот. Начали учитывать их днк, а не просто смотреть на внешний вид. С болезнями может произойти нечто похожее – часть из них, при внешнем различии симптомов, окажутся проявлениями одного характерного сочетания генетических вариантов.
Что уже весьма вероятно для психиатрии.
UCL News
Potential cognitive benefits of major Alzheimer’s risk gene
A well-known gene that increases Alzheimer’s risk, called APOE4, has now been linked with better visual working memory in older adults, finds a new study led by UCL researchers.
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Эйнштейн в Принстоне, архив, всего 13 секунд — зато голос за кадром под жизнерадостную музыку [из Тома и Джерри] сообщает, что перед нами самый известный из жителей Нью-Джерси, родившихся за границей, и известен он тем, что “помог открыть атомную бомбу”. Эйнштейн устало терпит телевизионщиков, словно догадываясь, что они несут. Так приходит мирская слава.
Вопрос об эволюционном происхождении сна, возможно, вводит в заблуждение. Пол Шоу из Washington University считает, что эволюция породила не состояние сна, а бодрствование, т.е. стадию активности и реагирования на окружающую среду.
Сон же сам по себе — режим дефолтный, изначальный. Так, без движения и в покое, жили первые живые формы на Земле.
[Здесь снова вспоминаю мысль, которую предложил В.Ковальзон: парадоксальный сон теплокровных это превращенное бодрствование холоднокровных].
Интересно, что болезнь Альцгеймера коррелирует с расстройством сна. Об этом пишут все чаще, предлагая атаковать не болезнь, а именно сон. В свежей работе мышам AD-моделям нормализовали сон через активацию нейронов ретикулярного ядра таламуса -- медленная фаза восстановилась, и заодно сократился амилоид в коре и гиппокампе.
Борьба с амилоидом еще не гарантирует решения проблемы AD, но заслуживает внимания сам подход: вместо прямого пути выбран окольный. Заодно узнал аббревиатуру DREADD (designer receptor exclusively activated by designer drug).
Сон же сам по себе — режим дефолтный, изначальный. Так, без движения и в покое, жили первые живые формы на Земле.
[Здесь снова вспоминаю мысль, которую предложил В.Ковальзон: парадоксальный сон теплокровных это превращенное бодрствование холоднокровных].
Интересно, что болезнь Альцгеймера коррелирует с расстройством сна. Об этом пишут все чаще, предлагая атаковать не болезнь, а именно сон. В свежей работе мышам AD-моделям нормализовали сон через активацию нейронов ретикулярного ядра таламуса -- медленная фаза восстановилась, и заодно сократился амилоид в коре и гиппокампе.
Борьба с амилоидом еще не гарантирует решения проблемы AD, но заслуживает внимания сам подход: вместо прямого пути выбран окольный. Заодно узнал аббревиатуру DREADD (designer receptor exclusively activated by designer drug).