Ученые научились предсказывать связи между нейронами

Одна из самых первостепенных задач в области неврологии - выявление карты синаптических межнейронных связей, т.н. Connectome. Это поистине святой Грааль неврологии, который объяснит, как распределяются информационные потоки в головном мозге. В документе, опубликованном в Трудах Национальной академии наук, ученые проекта EPFL Blue Brain обозначили основные принципы, определяющие взаимосвязи между нейронами. Эти механизмы были реконструированы виртуально и сравнивались с реальными образцами млекопитающих. Отныне стало возможным предсказывать места синапсов в коре головного мозга. Соответствие реальной и реконструированной модели было очень высоким - от 75 до 95%.

"Это большой прорыв, потому что иначе при создании виртуальной модели нам пришлось бы тратить десятилетия, если не века, для того, чтоб отобразить поштучно каждый синапс в мозгу", - говорит Генри Маркарм, руководитель проекта.

Нейроны растут независимо друг от друга, там, где это возможно физически, и в местах, где они случайно "сталкиваются", формируются синаптические связи.

Были также обнаружены исключения из этого правила - когда нейроны используют сигналы для того, чтобы изменить статистическую связь. Принимая во внимание полученные данные о стандартном поведении нейронов и этих исключениях, Blue Brain Project могут осуществить почти идеальное прогнозирование расположения всех синапсов внутри заданного контура.

Для достижения этих результатов команда BBP использовала беспрецедентные данные о геометрических и электрических свойствах нейронов, кропотливо собираемые в течение почти 20 лет экспериментов на кусочках живой ткани головного мозга. Каждый нейрон в цепи был реконструирован в трехмерной модели на мощном суперкомпьютере. Около 10 тыс. виртуальных нейронов были упакованы в трехмерном пространстве в случайном местоположении, но в соответствии с морфологическим строением и плотностью живых тканей. Затем ученые снова сравнили полученную модель с настоящим мозгом млекопитающих и выяснили, что восстановленная структура стабильно соответствует настоящей.

Это открытие объясняет, почему мозг способен выдержать даже серьезные повреждения, а также указывает на схожесть местоположений синапсов у особей одного вида. Работа дает представление о важнейших принципах, которые регулируют работу нервной системы.

Установлена инстинктивная природа склонности к сотрудничеству

Психологи установили, что склонность к сотрудничеству у человека имеет импульсивный характер и снижается от долгого размышления.

Участников эксперимента распределяли на группы по четыре человека и каждому из них выдавали по 40 центов. Затем добровольцам предлагали внести произвольную сумму в общий фонд группы. Затем фонд исследовали и обещали увеличить ровно в два раза и поровну раздать всем членам группы. Таким образом, если каждый из них пожертвовал бы по 40 центов, то в конце эксперимента получил бы 80 центов.

Эксперимент стимулировал оппортунистическое поведение: человек, не внесший ничего в общий фонд (при условии, что остальные пожертвовали 40 центов), получил бы сверх сэкономленных 40 дополнительные 60 центов.

Авторы обнаружили, что те, кто дольше размышлял над решением, в среднем вносили меньшие суммы - 21 против 27 центов. Это можно было бы объяснить, например, корреляцией между медлительностью и эгоизмом, поэтому в следующем эксперименте задание усложнили. Добровольцев разделили на две части: одним нужно было принять решение о сумме взноса менее чем за 10 секунд, а другим наоборот - подождать 10 секунд, до того, как огласить решение. Ученые наблюдали тот же эффект - те, кто прежде чем внести деньги, дольше думал, вносили меньшую сумму.

Ученые провели две серии экспериментов - с удаленными добровольцами (участвующими в проекте Amazon Mechanical Turk) и в обычных лабораторных условиях. Хотя средняя сумма пожертвований в разных сериях была разной, "эффект размышления" был одинаково ярко выражен.

Авторы считают, что результаты эксперимента говорят об интуитивной природе склонности к сотрудничеству. Оппортунистическое поведение в данном случае наоборот, является продуктом размышления и расчета. Ранее другая группа психологов показала, что аналитические размышления снижают религиозность. Добровольцы, которым приходилось выполнять аналитические задания непосредственно перед опросом, в среднем отвечали менее "религиозно" чем контрольная группа.

Память работает по принципу «испорченного телефона»

Наша память подвергается постоянному искажению — потому что, вспоминая какое-то событие, мы восстанавливаем в голове не его, а лишь последнее воспоминание о нём.

Все знают игру в «испорченный телефон»: едва слышно играющие шепчут друг другу на ухо некую фразу, а последний в цепочке уже громко говорит, что услышал. Обычно исходное сообщение в процессе такой передачи сильно перевирается. Исследователи из Северо-Западного университета (США) утверждают, что точно так же работает и наша память, с каждым разом всё сильнее изменяя воспоминания.

Трёхчастный эксперимент длился три дня. В первый день его участники должны были запомнить расположение виртуальных объектов на экране монитора. На следующий день те же самые предметы, которые они рассматривали до этого, появлялись в центре, и человек должен был расставить их по своим местам. На третий день предлагалось выполнить то же самое, то есть расставить предметы по местам. При этом одни испытуемые проходили все три этапа, а другие — только первый и третий, то есть теста на память на второй день у них не было.

Как и ожидалось, выполнявшие задание на второй день показывали лучшие результаты на третий, ведь лишнее упражнение помогало вспомнить правильное местонахождение предмета. Но при этом даже те, кто выполнял промежуточное задание, не всегда могли дать верный ответ. И на следующий день они стремились расположить предметы так, как пытались это сделать вчера, пусть и неправильно. То есть на ту память, которая хранила информацию о правильном расположении, накладывалась другая, помнившая предыдущие неправильные действия.

То есть, делают вывод исследователи, всякая новая попытка вспомнить обращается не столько к исходной информации, сколько к последнему воспоминанию на эту тему. Иными словами, воспоминания редактируют память.

Наблюдения за электрической активностью мозга подтвердили этот вывод. Неправильному действию на второй день эксперимента соответствовали определённые сигналы, и если на третий день эти сигналы были достаточно сильны, предмет закреплялся на неправильном месте. Если же неправильные сигналы второго дня ослабевали, то воспоминание о расположении предмета больше соответствовало тому, что человек видел в самый первый день.

В таком случае фраза «я помню это так ясно, как будто это было вчера» не имеет никакого смысла: мы помним не само событие, а наше последнее воспоминание о нём. Неудивительно, что у некоторых людей память буквально выворачивается наизнанку: они приписывают кому-то чужие слова, меняют чёрное на белое, а о плохих временах говорят с мягкой ностальгической улыбкой. В то же время нельзя не признать, что в мозгу должен быть какой-то механизм, препятствующий такому искажению, иначе само понятие памяти давно потеряло бы всякий смысл.

http://www.northwestern.edu/newscenter/stories/2012/09/your-memory-is-like-the-telephone-game.html

Дружелюбные сладкоежки

Команда американских психологов соотнесла пищевые предпочтения участников эксперимента и их черты характера. И выяснила: самые дружелюбные люди - те, кто любят сладкое. Почему так? С одной стороны, первое сладкое удовольствие - вкус материнского молока - связано с другим человеком, с первым социальным контактом (тот, кто в младенчестве получил удовлетворительный опыт слияния с матерью, без страха открывается людям). Но важно и то, что сахар - легкоусвояемый углерод - быстро удовлетворяет энергетические потребности человека. Восполнив этот дефицит, сладкоежки готовы повернуться в сторону других людей и позаботиться о них.

Journal of Personality and Social Psychology, 2012, vol.102, №1.

Власть проявляет..

Власть делает человека более авторитарным, жёстким, несправедливым - или, наоборот, более гибким и внимательным к другим? Ни то ни другое. Когнитивный психолог Ana Guinote доказала, что высокий пост лишь проявляет личностные черты руководителя, делает его характер более явным. Став начальником, альтруистичный человек скорее пойдёт на диалог и компромисс в ситуации конфликта - такова его природная склонность, а власть даёт возможность её проявить. В то время как в роли подчинённого ему, возможно, пришлось бы выбрать иную манеру поведения.

Psychological Science, 2012, vol.23.

Адекватный и грамотный перевод основного труда основателя клинического соматического обучения Томаса Ханны «Соматика: возрождение контроля ума над движением, гибкостью и здоровьем», в прошлом известной русскоязычной публике под названием «Искусство не стареть: как вернуть гибкость и здоровье»

http://hanna-somatics.ru/resursyi/

Нейробиология и искусственный интеллект: часть первая — ликбез
https://geektimes.ru/post/151628/

Нейробиология и искусственный интеллект: часть полуторная – новости от Blue Brain Project
https://geektimes.ru/post/151739/

Нейробиология и искусственный интеллект: часть вторая – интеллект и представление информации в мозгу
https://geektimes.ru/post/151890/

Как бороться с ленью:

1. Отдыхайте достаточно
Недостаток отдыха лишает сил, а отсутствие сил – это первая причина лени. О каком энтузиазме может быть речь, если вы засыпаете на ходу?

2. Создайте ощущение срочности
Если перед вами стоит какая-либо задача, определите крайний срок ее решения. Это поможет вам не откладывать ее до последнего, а приступить к работе над ней в самое ближайшее время.

3. Найдите преимущества
Одна из главных причин лени заключается в том, что люди, вспоминая о различных задачах, думают в первую очередь о трудностях, связанных с ними, совершенно забывая при этом о пользе, которую может получить, разрешив их. Сосредоточьте свое внимание на плюсах, а не на минусах и приступайте к работе.

4. Придумайте вознаграждение
Подобно тому, как дрессировщик дает своим подопечным в цирке сахарок за правильно выполненный номер, вы должны вознаграждать себя за то, что вырвались из цепких лап лени. Сделав что-либо полезное, вознаградите себя любимой едой или хорошим фильмом.

5. Планируйте
Многие медлят лишь потому, что не знают, что делать дальше. Принимаясь за решение очередной задачи, заранее распланируйте, чем вы займетесь, когда закончите с ней. Как только вы определите ваши дальнейшие действия, вам сразу захочется начать работать.

6. Не берите на себя слишком много
Возможно, вам лень действовать, потому что перед вами стоит слишком большое количество задач. Согласитесь, за мелочи каждый человек берется с готовностью, но как только на горизонте появляется что-то глобальное, у большинства опускаются руки. Попробуйте выбрать одну задачу и сконцентрировать все силы и внимание на ее решение.

7. Следите за вашим прогрессом
В конце каждого дня делайте пометки - каких результатов вы добились. Если вам нечего записать, значит за целый день вы ничего не сделали и он прожит впустую. Осознание этого – хорошая мотивация, чтобы бросить лениться. Как только вы заметите, что ваша эффективность растет, вам захочется трудиться еще больше.

8. Следите за прогрессом других людей
Осознание того, ваша результаты значительно отстают от результатов окружающих вас людей, подтолкнет вас к действиям. Следите за чужими успехами и черпайте из них вдохновение.

Правило 20 минут

За 20 минут можно вытерпеть любое действие, которые вы совсем не хотите делать. Это хороший способ начать что-то делать, бороться с ленью и повысить свою мотивацию.
Кто занимается спортом 20 минут в день, тому не стоит беспокоиться о своем здоровье.
Кто уделяет 20 минут в день уборке своего дома, тому не стоит переживать о беспорядке.
Кто выделяет 20 минут в день на улучшение концентрации, тому не стоит беспокоиться о творческом кризисе.
Кто находит 20 минут в день, чтобы выслушать о делах своего мужа или жены, не стоит беспокоиться о проблемах в отношениях.
Кто выделяет 20 минут в день на слушание себя и ведения личных записей, тому не стоит беспокоиться о недостатке идей.
Кто 20 минут в день работает над созданием источников дохода, тому не нужно переживать о собственном финансовом благополучии.
Кто выделяет 20 минут на отдых, не следует опасаться переутомления и усталости.
Кто читает полезную книгу хотя бы 20 минут в день, не стоит переживать о том, как стать экспертом.

Компьютерное зрение с использованием человеческого мозга
https://habrahabr.ru/post/151936/

Процесс обучения распространяется по центру памяти последовательно.

Швейцарским исследователям удалось увидеть, как разные этапы обучения соответствуют разным областям гиппокампа: усвоение новой информации сопровождается смещением синаптической активности из нижней доли центра памяти в верхнюю.

Бóльшая часть нервных процессов, сопровождающих запоминание и обучение, происходят в гиппокампе. Об этом известно давно, однако обучение складывается из нескольких этапов, и до сих пор не вполне ясно, как они осуществляются с точки зрения анатомии и физиологии. Стадии эти можно описать на примере крыс. Скажем, когда крыс учат находить в водном лабиринте островок, на который можно выбраться, животные сначала плавают, исследуя всю водную территорию, и рано или поздно натыкаются на сушу. В следующий раз они уже будут искать этот островок на определённой площади, то есть сузят район поиска. Наконец, через какое-то время животные станут целенаправленно плыть в нужном направлении. То есть, обобщая: сначала индивидуум впервые сталкивается с чем-то новым, затем он постепенно привыкает к этому — и вот наконец уже чётко знает, как надо поступать в подобных обстоятельствах.

Эти этапы обучения повторяются у любого животного и занимают примерно одинаковое время. То есть очевидно, что такая схема запоминания закреплена в мозгу. Кроме того, точно так же происходит запоминание и у человека — а это значит, что эта схема характерна для всех млекопитающих. Логично было бы предположить, что за каждый этап отвечает вполне определённая функциональная зона мозга. И учёным из Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера (Швейцария) удалось узнать, где эти зоны находятся.

Обучение, усвоение новой информации сопровождается появлением новых синапсов, с помощью которых формируются новые нейронные цепи. В своих экспериментах нейробиологи пытались определить порядок формирования новых синапсов в гиппокампе крыс, которых заставляли найти сушу в бассейне с водой. Сам гиппокамп можно разделить на три зоны: нижнюю, промежуточную и верхнюю. Притом что общая архитектура нервных цепей во всех трёх участках схожа, их нейроны различаются по генетической активности и функциям. То есть тут существуют все предпосылки к тому, чтобы эти три зоны выполняли разные задачи, но работая при этом на один глобальный результат.

В статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience, авторы описывают, как процесс обучения движется от нижней доли гиппокампа через промежуточную к верхней. Когда животное оказывается в новом окружении, сильнее всего синапсы образуются в моховидных волокнах нижней доли. Когда первая порция информации усвоена и поведение меняется в первый раз, интенсивное синапсообразование захватывает промежуточную долю. Наконец, когда у крысы складывается точная карта местности, которая подсказывает ей, куда плыть, в гиппокампе активизируется верхняя доля.

Исследователи убеждены, что такой же трёхступенчатый процесс сопровождает усвоение вообще любой задачи. Более того, точно так же процесс обучения и запоминания происходит у человека, поэтому эти данные могут быть очень полезны медикам, которые занимаются расстройствами высших когнитивных функций. Но, как бы там ни обстояли дела с человеческой памятью, авторам работы действительно впервые удалось настолько детализировать процесс запоминания, сопоставив его этапы с нейрофункциональными изменениями в мозгу.

http://www.fmi.ch/news/releases/articles/caroni.120928.html

FAQ: Структура нервной клетки
https://postnauka.ru/faq/2992

FAQ: Нейрогибридные системы
https://postnauka.ru/faq/5290

Почему информационные процессы в мозге не идут «в темноте»? Часть I
https://dirty.ru/pochemu-informatsionnye-protsessy-v-mozge-ne-idut-v-temnote-chast-i-339341/

Альтруизм напрямую зависит от количества серого вещества

Объем небольшой области мозга влияет на предрасположенность к альтруистическому поведению.

Почему одни люди крайне эгоистичны, а другие, напротив, завзятые альтруисты? Предыдущие исследования указывают на то, что социальными категориями, такими, как пол, доход и образование вряд ли можно объяснить различия в уровне альтруизма. Недавние исследования неврологии продемонстрировали, что различия в характере и способностях могут быть обусловлены различиями в структуре мозга. А теперь группой ученых из Цюрихского университета во главе с Эрнстом Фером (профессором экономического факультета) установлена связь между строением мозга, мозговой активностью и альтруистическим поведением.

Для выявления нейробиологических причин, вызывающих различия в альтруистическом поведении, провели эксперимент, попросив добровольцев разделить деньги между собой и неизвестным человеком. У участников всегда был выбор, пожертвовать ли определенную сумму денег ради другого человека (что является показателем альтруистического поведения) или оставить себе. Ученые обнаружили в этом отношении существенные различия. Так одни участники практически никогда не хотели жертвовать деньгами во благо других, тогда как другие вели себя более бескорыстно.

Исследователи попытались выяснить, почему существуют такие различия. Они обнаружили, что у альтруистов было больше серого вещества в определенной области мозга, а именно на стыке теменной и височной долей. Эта область отвечает за способность ставить себя на место другого человека, чтобы понять его мысли и чувства.

Также выявлены заметные отличия в мозговой активности участников исследования, когда они решали как разделить деньги. У эгоистичных людей небольшая область мозга за ухом активировалась уже когда они расставались с мелкими деньгами, тогда как у альтруистов эта область становилась более активной только когда цена "жертвы" была высока. Таким образом, область мозга активна особенно сильно, когда люди достигают предела их готовности вести себя альтруистично. Причина, по мнению ученых в том, что данная область мозга активируется при необходимости преодолеть естественный человеческий эгоцентризм.

Эрнст Фер добавляет: "Это захватывающие результаты для нас. Однако, не следует делать вывод, что альтруистическое поведение определяется лишь биологическими факторами". Объем серого вещества может зависеть также от социальных процессов. По словам Фера, результаты исследования открывают любопытный вопрос: можно ли способствовать развитию областей мозга, влияющих на альтруистическое поведение, через соответствующие обучение и социальные нормы?

Это исследование является частью более крупной исследовательской программы "Neurochoice", проект инициирован и финансируется частично за счет SystemsX.ch

вертикальная ось – объём серого вещества, горизонтальная – склонность к альтруизму

Как кратковременная память превращается в долговременную

Сон необходим человеку для консолидации памяти, сортировки впечатлений, полученных во время бодрствования, и записи их в долговременные нейронные цепи. Ведущую роль в этом играют три раздела мозга: неокортекс, энторинальная кора и гиппокамп.

Во время сна эти зоны начинают интенсивный диалог, и, как считается, именно в этот момент происходит запись долговременной памяти. Причём ведущую роль в консолидации памяти отводили неокортексу и гиппокампу. Однако детали этого обмена информацией долгое время ускользали от учёных.

Нейрофизиологи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) сумели записать одновременную активность нейронов всех трёх вышеупомянутых участков мозга, что и позволило представить процесс обработки информации хотя бы в общих чертах.

Известно, что бóльшую часть сна неокортекс проводит в медленноволновой активности, периодически переходя из активного состояния в пассивное и обратно. На деятельность неокортекса реагирует энторинальная кора. Её можно разделить на внешнюю и внутреннюю. Так вот, по словам исследователей, внешняя часть полностью повторяет действия неокортекса: когда новая кора работала, активизировалась и внешняя часть энторинальной коры. Необычным было другое: когда неокортекс замолкал, тут же просыпалась внутренняя область энторинальной коры, как будто повторяя только что «сказанное» неокортексом. При этом активные нейроны внутренней части энторинальной коры побуждали к работе и гиппокамп. И наоборот: когда начинал активничать неокортекс, гиппокамп замолкал. То есть во время сна (а эксперименты ставились на спящих мышах) три зоны мозга, отвечающие за память, находятся в сложном диалоге, последовательность реплик в котором мы теперь немного представляем.

Странность полученных результатов состоит в том, что, как полагали ранее, энторинальная кора занимается исключительно кратковременной памятью. То есть она держит «в уме» только что полученный стимул. Например, если мы идём от одного человека с поручением к другому, то это поручение держится в энторинальной коре. Однако, как пишут исследователи в журнале Nature Neuroscience, эта зона кратковременной памяти активизировалась не только во сне, но даже под анестезией, когда никакие внешние стимулы до мозга уж точно не доходят. То есть в деле записи долговременной памяти энторинальная кора — полноправный участник.

Кроме того, как опять же считалось, в этом процессе ведущая роль принадлежит гиппокампу, который управляет активностью неокортекса. В действительности же всё, по-видимому, выглядит с точностью до наоборот: неокортекс дирижирует двумя другими партнёрами, которые подстраиваются под его ритмы и выслушивают его реплики, чтобы потом повторить.

Тут следует заметить, что есть клинические данные, которые подтверждают полученные результаты, хотя бы и косвенно. Например, болезнь Альцгеймера начинается с энторинальной коры, а её первые симптомы — нарушение именно долговременной памяти и сна. Полученные результаты, несомненно, имеют большое фундаментальное значение, но можно ли применить их к лечению расстройств памяти, исследователи пока сказать не могут.

http://newsroom.ucla.edu/releases/ucla-scientists-discover-that-239347

Чтобы сделать выбор, мозг обращается к неосознаваемым воспоминаниям.

Главной зоной памяти у нас в мозгу считается гиппокамп; учёные давно знают о его роли в превращении кратковременной памяти в долговременную.

Исследователи из Колумбийского университета (США) решили посмотреть, не участвует ли он в принятии решений. Добровольцы, участники эксперимента, должны были выполнить следующее. Сначала им показывали пары картинок, на которых лицо, часть тела или какой-нибудь ландшафт соседствовали с цветным кругом. Пары картинок были постоянными, то есть определённый круг всегда оказывался вместе с определённым ландшафтом. Во второй части эксперимента показывали только цветные кружки, но при этом некоторые из них нужно было выбирать: за это давали денежное вознаграждение.

Наконец, на третьем этапе испытуемым снова демонстрировали пары картинок, но круги шли отдельно от ландшафтов и лиц. И в каждой паре опять нужно было выбрать одну иллюстрацию, чтобы получить приз, но на сей раз выбор оставили на волю случая: человек не знал, что надо предпочесть.

Тут можно представить такую цепочку ассоциаций. Человек на третьем этапе должен выбрать картинку, но не знает, какую, и тогда он вспоминает первый этап, где это изображение было связано с каким-то кружком, который на втором этапе приносил бонус. Может быть, и картинка, с ним связанная, тоже даст награду?.. Участники эксперимента ничего такого не осознавали, но поступали именно так. И, что самое главное, эту цепочку подтверждало фМРТ-сканирование мозга: чем активней у человека работал гиппокамп на второй стадии («кружок — вознаграждение»), тем сильнее был ассоциативный выбор на третьей стадии эксперимента.

Большую роль также играло соединение гиппокампа с полосатым телом, входящим в состав системы подкрепления. То есть, когда нужно было сделать выбор, мозг обращался к памяти, а гиппокамп подсказывал решение, исходя из приятных ощущений системы подкрепления.

Особенно важно в этих данных то, что такие ассоциативные цепочки могут не осознаваться человеком, но при этом широко использоваться мозгом. Прошлые впечатления действительно влияют на наше поведение, и это, по-видимому, не выдумка психологов и психоаналитиков, а обычный принцип работы мозга.

http://www.livescience.com/23902-brains-unconscious-bias-decisions.html