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.
Предложенная здесь модель объясняет искажения в нашем восприятии времени, представляя их естественным следствием рационального принятия решений с учетом связанных со временем издержек. Эта гипотеза проливает свет на многие известные факты о восприятии времени — и в то же время порождает новые гипотезы, которые еще предстоит подтвердить или опровергнуть экспериментально. У нашего специфического восприятия времени есть свои достоинства — вероятно, именно поэтому время порой ведет себя так странно.
Электрические сигналы мозга доступны для понимания
Дэвид Фостер
ЭТО ИСТОРИЯ о том, как ученые использовали электроды для регистрации активности нейронов мозга, чтобы узнать, как они реагируют не только на визуальные образы, запахи и звуки, но и на память, эмоции, удовольствие и боль. Нейроны — особенные клетки: они связываются с десятками тысяч других нейронов и образуют разветвленные сети, отвечающие за сложные вычисления, которые лежат в основе всех наших действий. Эта история охватывает столетие удивительных открытий, череду периодов оптимизма и пессимизма, а также открывает новый, поразительный факт: электрические сигналы, вырабатываемые нейронами, можно понять.
Самые ранние открытия показали, что каждый нейрон передает электрический импульс, или спайк, другим нейронам, с которыми он контактирует. Считается, что эта передача осуществляется по принципу «все или ничего». Не бывает ни «громких», ни «тихих» спайков: спайк — это всегда просто спайк[199]. Мозг использует эти импульсы для отправки своеобразного кода, в котором объекты и события внешнего мира представляются на удивление простым и понятным образом. Например, сила стимуляции периферийного нерва, реагирующего на прикосновение к пальцу, передается в виде некоторого числа спайков, поступающих от нерва за определенный период времени. В сетчатке глаза лягушки были найдены нейроны, которые возбуждаются только в том случае, когда в определенной части поля зрения появляется маленький черный диск; активация этих «детекторов жуков» вызывает хищническую поведенческую реакцию лягушки в направлении диска[200]. В 1950-е и 1960-е годы, в золотой век записи сигналов отдельных нейронов, будущие лауреаты Нобелевской премии Дэвид Хьюбел и Торстен Визель обнаружили, что нейроны в зрительной коре головного мозга реагируют на такие элементы визуальной картины, как резкие границы[201]. Дальнейшие исследования позволили выявить в более глубоких отделах мозга нейроны, настроенные на более сложные элементы. Кульминацией этих открытий стало обнаружение нейронов, избирательно реагирующих на руки и лица.
Триумфальную атмосферу той эпохи довольно точно передает статья физиолога Хораса Барлоу, который сформулировал однонейронную теорию восприятия[202]. Барлоу утверждал, что восприятие — это активность одного нейрона и что всю психику человека можно объяснить с точки зрения такой активности. Однако нейронов, настроенных на какую-то конкретную зрительную составляющую, находили все меньше и меньше, что поставило под сомнение эту теорию. Дэвид Марр был блестящим ученым, который первым начал разрабатывать математические модели возможной работы нейронных сетей. (К сожалению, он умер от лейкемии в возрасте 35 лет.) Марр написал знаменитую книгу «Зрение», опубликованную в 1982 году, уже после его смерти. В вводной главе он поставил под сомнение существующие взгляды на связь нервной активности и психических процессов. Вот как он рассуждает о нейроне с избирательной активностью, который реагирует только на присутствие бабушки:
199
Это некоторое упрощение; на самом деле воздействие нейрона на следующий нейрон в цепи зависит не только от того, возбуждается ли он, но и от «силы» синаптической связи с этим нейроном, а также от биохимических и механических свойств синапса. Очень важно, что эти свойства могут меняться, усиливая или ослабляя синапс; считается, что именно эти изменения и составляют суть обучения. Тот факт, что спайки передаются в режиме «все или ничего», заставил Уоррена Маккалока и Уолтера Питтса предположить, что нейроны могут работать как логические элементы, выполняя элементарные логические функции над входящими сигналами, и их модель была вдохновлена архитектурой современного компьютера, разработанной фон Нейманом. W. S. McCulloch and W. Pitts, «A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity», Bulletin of Mathematical Biophysics 5 (1943): 115.
200
Говорят, что Уолтер Питтс, который был автором этого исследования (а потому и одной из главных фигур в нашей истории), очень расстроился, поскольку оно подрывало его теорию о том, что нейроны выполняют функции пропозициональной логики. В результате ученый стал злоупотреблять алкоголем и рано умер. Когда будущие коллеги открыли талант Питтса, он был бездомным, сбежавшим из семьи — как главный герой фильма «Умница Уилл Хантинг». Удивительная история его жизни описана в недавно вышедшей статье: Amanda Gefter, «The Man Who Tried to Redeem the World with Logic», Nautilus, issue 021. Еще один интересный материал на эту тему — глава Джерома Летвина в Talking Nets: An Oral History of Neural Networks, ed. James A. Anderson and Edward Rosenfeld (Cambridge: MIT Press, 1998).
201
Увидеть эксперимент с простой клеткой — клеткой, которая реагирует на линию определенной ориентации, — и услышать рассказ о нем можно здесь: https://www.youtube.com/watch?v=Cw5PKV9Rj3o.
202
H. B. Barlow, «Single Units and Sensation: A Neuron Doctrine for Perceptual Psychology», Perception 1 (1972): 317–394.