Книга В мире науки № 5 май 2014

Название: В мире науки № 5 май 2014
Автор: Коллектив
Страниц: 115
Формат: PDF
Размер: 90,2 МБ
Качество: Отличное
Язык: Русский
Жанр: Наука и техника
Год издания: 2014
Несмотря на то что исследователи изучают мозг уже более ста лет, они до сих пор не понимают, как этот полутора килограммавый орган обеспечивает всю сознательную активность человека. Многие пытались решать эту проблему, изучая нервную систему простых организмов. Прошло уже 30 лет с тех пор, как были описаны все соединения всех 302 нейронов у нематоды Caenorhabditis eLegans. Тем не менее сама по себе эта схема пока еще не позволила понять, как данные нейроны обеспечивают даже такое элементарное поведение, как питание и размножение. Чтобы выяснить, как активность нервных клеток формирует определенным тип поведения, не хватало данных.
У человека проблема выявления связи между нейроном и поведением стоит значительно более остро. Средства массовой информации регулярно сообщают о томографических исследованиях, показывающих, что, когда мы чувствуем себя отвергнутыми или говорим на иностранном языке, у нас активируются определенные области мозга. Эти новости создают впечатление, что современные научные технологии обеспечивают глубокое фундаментальное понимание принципов работы нервной системы. Однако это впечатление ошибочно. Примечательный пример такого несоответствия - получившее широкое освещение в прессе исследование отдельных нейронов, которые возбуждались в ответ на предъявление изображения актрисы Дженнифер Энистон. На самом деле, несмотря на возникший ажиотаж, открытие "нейронов Дженнифер Энистон" было чем-то вроде сообщения от инопланетян: знак наличия разумной жизни во Вселенной, но без всякого намека на смысл этого послания. Мы до сих пор не понимаем, как активность данного нейрона влияет на способность не только узнавать лицо Энистон, но и соотносить его с фрагментом из сериала "Друзья". По -видимому, для того, чтобы мозг смог распознать лицо телезвезды, требуется работа большого нейронного ансамбля, все члены которого общаются с помощью какого-то нейрониого кода, который нам еще только предстоит расшифровать. Кроме того, открытие "нейрона Дженнифер Энистон" иллюстрирует уровень, которого достигла современная нейробиология. У нас уже есть методы для регистрации отдельных неийронов в мозге живого человека. Но для дальнейшего продвижения необходимы новые технологии, позволяющие исследователям наблюдать и управлять электрическом активностью тысяч или даже миллионов нейронов и способные расшифровать те "непроходимые джунгли», в которых, по словам одного из основоположников современной нейробиологии, испанского гистолога Сантьяго Рамона-и-Кахаля (Santiago Ram6n у Cajal), «заблудились многие ученые». Теоретически такой методический прорыв поможет преодолеть пропасть между электрической активностью нейрона и пониманием механизмов когнитивных функций мозга, таких как восприятие, эмоции, принятие решений, и в конечном счете сознание. Расшифровка активности мозга, обеспечивающей мышление и по ведение, приведет и к пониманию того, что происходит, когда нейронные цепи начинают работать неправильно при психиатрических и неврологических нарушениях, например при шизофрении, аутизме, болезнях Альцгеймера и Паркинсона. Наконец требования технологического скачка в изучении мозга были услышаны за пределами лабораторий. В прошлом году администрация президента США Барака Обамы объявила о создании крупномасштабного проекта по изучению мозга BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) Initiative. Это стало наиболее заметной научной инициативой президента за второй срок. Этот проект, начальное финансирование которого в 2014 году составило более $100 млн, направлен в первую очередь на разработку технологий, позволяющих регистрировать сигналы сразу от очень большого числа нейронов и даже от целых областей мозга. Американский проект BRAIN дополняет другие научные проекты за пределами США. Так, Европейский союз выделил $1,6 млрд на разработку компьютерной модели мозга человека (The Human Brain Project). Масштабные проекты в области нейронов начаты в Китае. Израиле и Японии. Вложение средств в развитие наук о мозге по всему миру напоминает о других послевоенных научных и технических проектах, ориентированных на актуальные национальные приоритеты, такие как атомная энергетика, ядерное оружие, исследования космоса, создание компьютеров, альтернативные источники энергии и расшифровка генома. Наступила эра исследования мозга.
Проблема визуализации
Выясняя, как нейроны формируют представление о Дженнифер Энистон или о чем-то похожем в нашем субъективном опыте или в восприятии окружающего мира, мы сталкиваемся с непреодолимым препятствием. Оно заключается в переходе от измерения показателей одного неирона к пониманию того, как группы нервных клеток могут участвовать в сложных взаимодеиствиях, из которых образуется большее единое целое. Такое свойство ученые называют эмерджентностью. Например, температура, прочность материала, намагниченность металла- все это возникает только вследствие взаимодействия множества атомов и молекул. Например, для одних и тех же атомов углерода характерны и твердость алмаза, и мягкость графита, который так легко оставляет свои слои на бумаге . Твердость или мягкость- эмерджентное своиство, зависящее не от отдельных атомов, а от типа взаимодеиствии между ними. По-видимому, мозг тоже проявляет эмерджентные свойства, которые остаются абсолютно непонятными ни в ходе наблюдения за отдельным нейроном, ни при оценке (с низкой разрешающей способностью) активности большой группы нейронов. Выявить в мозге восприятие цветка или детские воспоминания можно, только наблюдая за активностью нейровных сетей, которые про водят электрические сигналы по запутанным цепочкам из сотен и тысяч нервных клеток. Хотя эта проблема уже давно знакома нейрофизиологам, до сих пор нет возможности регистрировать активность отдельных нейронных цепочек, которые определяют восприятие, память, сложное поведение и другие когнитивные функции.