В РАН дорабатывается программа фундаментальных исследований по изучению мозга. Сегодня интерес к этой проблеме во всем мире колоссальный. В развитых странах расходы на лечение больных с нейродегенеративными заболеваниями превышают треть всех расходов на здравоохранение, а на научные программы в США, Китае, Евросоюзе, Японии и других странах выделяют многомиллиардные суммы. Российской науке, несмотря на несоизмеримо меньшее финансирование, удается вести разработки на мировом уровне. Представляем два проекта, которые без преувеличения можно назвать прорывными.
Исследования научного руководителя Института высшей нервной деятельности РАН академика Павла Балабана, по сути, требуют переосмыслить парадигму о работе мозга, в частности, о механизме формирования долговременной памяти.
Дело в том, что в основе традиционных представлений лежит практически постулат: главное действующее лицо в мозге — это нейроны. Так вот, сейчас оказывается, что это большое заблуждение.
— Эксперименты показали, что ключевым участником при формировании памяти являются вовсе не нейроны, а глиальные клетки, или астроциты. Их в мозге почти в 10 раз больше, чем нейронов, они главное население мозга, но их функции были почти неизвестны. Считалось, что астроциты — что-то вторичное, этакая подсобка для прокорма нейронов. И вот сейчас оказалось, что все ровно наоборот, — говорит Павел Балабан.
Этот эффект ученые наблюдали в экспериментах на улитках. Кратковременная память о событии переходила у них в долговременную не сразу. Около часа после обучения память отсутствовала. Для ее формирования потребовалось 3-4 часа. Этот таинственный период поставил ученых в тупик: где она скрывалась все это время? Почему после обучения куда-то пропадала, а потом неожиданно всплывала?
— Как сейчас становится понятно, она «пряталась» в тех самых глиальных клетках, астроцитах, на которые никто не обращал внимания, — говорит Балабан.
Получается, что природа создала для формирования долговременной памяти довольно изощренный механизм. В общих чертах он работает примерно так. Сначала нейроны реагируют на те внешние стимулы, которые надо запомнить. Это может быть что угодно — запах, портрет человека, счет матча и т.д. При этом нейроны выделяют в окружающую среду специфические гормоны. Затем включается диффузия — гормоны проникают к соседям, в глиальные клетки. А те в ответ вырабатывают свои вещества и отправляют их обратно нейронам.
Считалось, что астроциты — что-то вторичное, этакая подсобка для прокорма нейронов. И вот сейчас оказалось, что все ровно наоборот. Они — ключ к формированию памяти
Вот именно эта взаимная диффузия и занимает часы. Принципиально важно, что информация сохраняется в долговременной памяти только после прихода ответа от глиальных клеток. Иными словами, интервал в часы дается мозгу, чтобы оценить, надо вам запоминать или нет запах, портрет, счет. Насколько важная для вас эта информация.
Но этого мало. Новый взгляд на природу памяти открывает возможность ее возвращать. «Как мы выяснили, при формировании памяти астроциты посылают в нейрон ответные сигналы, — говорит Балабан. — Так вот они регулируют активность генов именно тех нейронов, которые связаны с долговременной памятью. В этом и есть суть механизма ее формирования. То есть память напрямую связана с работой генов, с изменением их активности».
Что ученые и продемонстрировали, сделав улиткам, у которых стерли память, укол специального препарата. И память у них полностью восстановилась.
Эти исследования кардинально меняют весь подход к борьбе с когнитивными болезнями, в том числе с Альцгеймером, деменциями и многими другими. Если раньше главной мишенью исследований были нейроны, то теперь это должны стать глиальные клетки, астроциты.
Ученым удалось полностью восстановить память улиткам при помощи укола специального препарата. Это открывает новый взгляд на природу памяти
— Нам понятно, где искать, куда идти. А это в науке самое главное, — говорит академик Балабан.
Профессор Александр Каплан — один из ведущих в стране и в мире специалист в области создания нейроинтерфейсов. Он разрабатывает системы, которые должны наладить серьезный диалог мозга с компьютером.
На первый взгляд это кажется совершенно нереальным. Ведь в мозге человека 86 миллиардов нейронов. Предположим, введя в него электроды, удастся зарегистрировать сигналы от десятков и даже сотен тысяч нейронов, но в сравнении с общим их числом это ничтожно мало. Какой уж тут серьезный диалог? Разве что самый примитивный. Ведь высшие психические функции охватывают весь мозг. И вроде бы нам придется смириться с тем, что мы никогда не сможем подключиться ко всему мозгу и расшифровать даже элементарные мысли, например, не просто намерение двигать рукой, но какова цель этого действия, не говоря о каких-то более глубоких мыслях.
— Тем не менее есть обходной путь для налаживания диалога между мозгом и компьютером, — говорит профессор Каплан. — Предположим, что у нас есть мозговые сигналы всего от нескольких тысяч нервных клеток. Не будем стараться расшифровать язык этих сигналов, понятный только самим нейронам. Поступим иначе — отправим их искусственному интеллекту. Пусть учится на примерах.
Сегодня это стандартный прием работы с ИИ. Скажем, для распознавания пород собак нейросеть учится на тысячах их изображений. Так же и с сигналами от нервных клеток: человеку предлагают, например, мысленно сделать движения пальцем много раз подряд. Искусственная сеть будет учиться распознавать эти мысли по особенностям потоков сигналов от нервных клеток.
— Наша главная идея: надо привлечь в помощники сам мозг, сделать его общение с нейросетью диалоговым, — говорит Каплан. — Мозгу нужно только понять эти запросы, оценить, насколько они ему интересны. От этого зависит, захочет он или нет вступать в диалог.
Задача ученых — так организовать сотрудничество мозга и нейросети, чтобы они совместно работали над задачей распознавания образа. Мозг будет подбирать для нейросети наиболее понятные для нее сигналы, а нейросеть, со своей стороны, будет перестраивать свои алгоритмы, чтобы понять сигналы мозга. В итоге между мозгом и компьютером должен родиться «язык» общения по взаимным «интересам», не требующий знания кодов нервных клеток.
Разработанные на его основе диалоговые нейроинтерфейсы могут стать прорывом в построении систем «мозг — компьютер». В медицине, особенно в области восстановления и поддержания ресурсов мозга, они могут открыть новые подходы, поскольку дадут возможность мозгу самому «рассказывать» ИИ о своих проблемах.
Между тем
Физиологи давно пытаются разгадать тайны гениальности, изучая мозг великих людей — измеряя объем, взвешивая, подсчитывая число извилин. Так выяснилось, что среди гениальных личностей самым большим мозгом обладал писатель Иван Тургенев: вес — 2012 граммов. Но значит ли это, что автор «Дворянского гнезда» и романа «Отцы и дети» пишет ярче и талантливее, чем Анатоль Франс, мозг которого почти на килограмм легче тургеневского? Он даже легче среднего мозга представителей мужского пола — 1390 граммов. У женщин мозг в среднем на 100 граммов легче мужского. Нельзя же из этого делать вывод, что женщины немного глупее мужчин! А самым большим мозгом — 2222 грамма — обладал человек, ничем не выдающийся. Прямой зависимости между весом мозга, числом нейронов и умственными способностями наука на сегодняшний день не обнаружила.
Об авторе
Юрий Медведев — заместитель редактора отдела образования и науки «РГ», лауреат национальной премии «За верность науке» в номинации «Журналист года-2022».
Оригинал earth-chronicles.ru
