Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге
- Автор: Линден Дэвид
- Год: 2022
- Язык: русский
- Год: Синдбад
- ISBN: 978-5-00131-420-2
- Переводчик: Юрий Яковлевич Гольдберг
- Жанр: Биология
Электронная книга - «Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге». Краткое содержание книги:
Авторы описывают самые удивительные особенности мозга, честно объясняя, что известно, а что пока неизвестно ученым о работе нервной системы. Книга увлечет всех, кто интересуется наукой о мозге.
У компьютера и мозга также есть сходства и различия в режиме передачи сигналов между базовыми элементами. Транзистор реализует цифровую передачу, в которой для представления информации используются дискретные значения (0 или 1). Спайк в аксоне нейрона также представляет собой цифровой сигнал, поскольку в каждый момент времени нейрон либо возбужден, либо нет, а при возбуждении спайки имеют приблизительно одинаковый размер и форму; это свойство обеспечивает надежную передачу импульсов на большое расстояние. В то же время нейроны используют еще и аналоговую передачу сигналов, при которой информация представляется непрерывными величинами. Некоторые нейроны (например, большинство нейронов сетчатки глаза) не вырабатывают электрические импульсы, а используют градуальные электрические сигналы (в отличие от импульсов, их величина может непрерывно меняться), которые способны передавать больше информации, чем спайки. Принимающая часть нейрона (обычно это дендрит) также использует аналоговый режим для объединения нескольких тысяч входящих сигналов, что позволяет выполнять сложные вычисления[123].
Еще одно важное свойство мозга, которое проявляется во время приема теннисной подачи, заключается в том, что связи между нейронами могут усиливаться и ослабляться в зависимости от активности и опыта. Нейробиологи считают, что эти процессы лежат в основе памяти и обучения. Регулярные тренировки позволяют нейронным цепям менять конфигурацию в соответствии с выполняемыми задачами, что значительно повышает скорость и точность.
В последние десятилетия при усовершенствовании компьютеров инженеры часто брали за образец человеческий мозг. В новейших устройствах используются принципы параллельной обработки информации и перестройки связей в зависимости от выполняемой задачи. Например, одна из нынешних тенденций в проектировании компьютеров — это обеспечение многоканальности за счет использования нескольких процессоров (ядер). Другой пример — методы глубокого обучения в сфере искусственного интеллекта. В последние годы здесь были достигнуты значительные успехи: алгоритмы распознавания образов и речи в компьютерах и мобильных устройствах стремительно совершенствуются — в том числе благодаря принципам, открытым при изучении зрительных систем млекопитающих[124], по примеру которых при глубоком обучении используется несколько слоев для представления все более труднораспознаваемых сущностей (например, визуальных объектов или речи), а сила связей между разными слоями не является жестко заданной, а изменяется в процессе обучения. Недавние успехи в этой сфере расширили область задач, которые способен решать компьютер. Однако в гибкости, способности к обобщениям и обучению мозг по-прежнему превосходит даже самые современные машины. По мере того как нейробиологи раскрывают тайны мозга (в чем им все чаще помогают компьютеры), инженеры получают больше возможностей совершенствовать архитектуру и работу устройств по примеру мозга. Кто бы ни оказался победителем в решении конкретных задач, это междисциплинарное сотрудничество, вне всякого сомнения, пойдет на благо и нейробиологии, и вычислительной технике.
Мозг использует множество нейромедиаторов
Соломон Снайдер
В 1966 ГОДУ, устроившись на работу в Университет Джонса Хопкинса, я познакомился с великим нейробиологом Верноном Маунткаслом и рассказал ему о своей прежней работе в Национальных институтах здоровья (NIH), где я изучал разные нейромедиаторы и пытался понять, нет ли еще множества других, о которых мы пока не знаем. Он спросил у меня: «Разве мозгу недостаточно одного возбуждающего и одного тормозного нейромедиатора?» У меня не было четкого ответа, если не считать тезиса о том, что нейромедиация — это нечто более сложное, чем просто возбуждение и торможение.
Прежде чем рассуждать о количестве нейромедиаторов в мозге, нужно дать приемлемое (или, по крайней мере, рабочее) определение нейромедиатора. Нейробиологи спорят об этом уже почти сто лет, но до сих пор не пришли к общему заключению. В целом все согласны, что кандидат на звание нейромедиатора должен представлять собой химическое соединение, которое хранится в нейронах, выделяется при выработке биопотенциалов и воздействует на соседние нейроны или другие клетки (мышечные, глиальные), вызывая в них возбуждение или торможение. Разные ученые применяют эти критерии с разной строгостью. В этом эссе вещества, которые хранятся в нейронах, предположительно выделяются ими и оказывают некое воздействие на другие клетки, будут называться предполагаемыми нейромедиаторами.
123
Например, дендриты могут работать как детекторы совпадений, суммируя почти одновременные входящие сигналы от соседних нейронов. Они также могут вычитать тормозящие сигналы из возбуждающих. Наличие в некоторых дендритах потенциалозависимых ионных каналов позволяет им проявлять «нелинейные» свойства: например, не просто складывать, но и усиливать электрические сигналы.
124
Y. LeCun, Y. Bengio, and G. Hinton, «Deep Learning», Nature 521 (2015): 436–444.