Исследования мозга и личности, перспективы эмуляции сознания. Декабрь 2018

В ежемесячном обзоре экспертной группы проекта Технологии Долголетия мы постарались собрать наиболее значимые открытия в области исследований мозга и личности и перспектив эмуляции сознания. В обзор регулярно включаются работы по нейропротезированию и нейрореабилитации, новые методики картирования мозга, работы, посвященные машинному обучению в нейронауке, успехам в применении и разработке нейроимплантов и зондов, выращивании органоидов мозга.

С большим вниманием мы следим за международными проектами по картированию и исследованиям мозга, запущенным в США, Европе, Японии и Китае.

Интерфейс атласа

Blue Brain Project опубликовали атлас клеток мозга мыши

В своей статье команда проекта пишет о том, что подтвержденная информация о количестве клеток существовала лишь для хорошо изученных областей мозга, что составляло всего 4% от его объема. Приблизительные же цифры могли различаться в несколько раз, в зависимости от метода исследования. Blue Brain Cell Atlas — фундаментальная работа, которая агрегирует на основе сравнительного анализа различные экспериментальные датасеты, а также современные атласы, например, CUBIC-X, qBrain, Allen Mouse Brain Atlas.

Получена оценка количества и плотности основных классов нейронов (возбуждающих и ингибирующих) и глии (астроциты, олигодендроциты и микроглии). Данные также сгруппированы по областям мозга.

Модель данных атласа предполагает возможность дополнять ее новыми данными, компилировать на основе индивидуальных данных.

Так же в планах развития — интеграция с динамическими проектами, например, Brain Architecture Project, Mouse Connectome, MouseLight.

Атлас опубликован в открытом доступе

Источник  Frontiersin

Различные типы нейронов кодируют различные типы двигательной активности

Выше мы писали о том, что планируется интеграция Blue Brain Project c проектом MouseLight, который недавно опубликовал результаты многолетнего исследования.

Ученые из Медицинского института Говарда Хьюза в рамках проекта MouseLight и Института Аллена проводят исследования нейронов моторной коры. Они обнаружили два типа клеток схожих анатомически и по транскриптому, которые кодируют различные типы двигательной активности. Клетки, которые связываются с таламусом отвечают за планирование движения, а те клетки, которые связываются со стволом головного мозга отвечают за начало движения.

Расшифровка этого небольшого кусочка сети мозга мыши потребовала несколько лет работы. В Институте Аллена исследовали транскриптомы клеток, а в Медицинском институте Говарда Хьюза исследовали анатомию, коннектомику и функции клеток.

«На данный момент остается более 100 типов нейронов отличных друг от друга на молекулярном уровне функции которых еще остается определить» — говорит Карел Свобода, лидер команды проекта.

Источник  Neurosciencenews

Моделирование активности индивидуального коннектома

Модель создается на основе наложения данных об областях мозга и тензорной трактографии

В Университете штата Нью-Йорк в Буффало провели многоступенчатый эксперимент. Десяти респондентам была сделала диффузная тензорная трактография (метод диагностики, вариант МРТ, позволяющий изучить положение нервных связей в мозге) до и после транскраниальной стимуляции области мозга, связанной с речью. В обоих случаях испытуемым давали задания связанные с речью. Исследователи изучали активность как всего мозга, так и локальных областей. На основе этих данных создали индивидуальные модели коннектома и симулировали активность in silico, чтобы сравнить их друг с другом. Один из выводов эксперимента заключается в том, что связность сети коррелирует с качеством выполненного задания по работе с речью. Для нас, в данном случае, наибольший интерес представляют сами методы работы с коннектомом и его симуляцией.

Источник https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1006487

Brain inspired нейронная сеть в человекоподобном роботе

Проект RobotBodySchema разрабатывает системы представления робота о своем теле, его положении в пространстве и взаимодействии с окружающим миром. Разработчики используют brain inspired модели, созданные по аналогии с тем, как это работает в коре приматов.

Недавно команда проекта начала использовать платформу Neurorobotics на базе HBP(Human Brain Project), виртуальную симуляцию робота iCub.

Источник Human Brain Project

Эмуляция мозга дрозофилы

Задача эмуляции мозга человека выглядит фантастически сложной. Cпециалист по синтетической биологии и нейроинтерфейсам Логан Коллинз в препринте своей статьи рассматривает возможный промежуточный этап — эмуляцию работы мозга насекомого, например, дрозофилы или пчелы. Автор проводит анализ существующих технологий и дает прогноз о том, что в течение ближайших 25 лет эмуляция может быть разработана. Далее перечислим задачи, которые выделяет Коллинз.

1. Получение нейроанатомических данных различными методами микроскопии с разрешением уровня синаптических контактов.
2. Наложение этих данных на математическую модель нейрона.
3. Моделирование физиологии. Автор Логан Коллинз рассматривает успешные модели мышечной системы C.Elegance и эндокринной системы дрозофилы.
4. Организация вычислительного кластера. Коллинз считает, что для работы эмуляции достаточно ~ 2 петафлопса, что вполне под силу современным суперкомпьютерам.

Источник https://osf.io/gxyf8/

Семинар по теме эмуляции мозга человека

На площадке сообщества NeurotechX прошел семинар по теме WBE (whole brain emulation).

logancollinsblog.com

NeurotechX — это некоммерческая организация, агрегатор событий, проектов, локаций по теме прорывных разработок в области нейротехнологий.

источник NeurotechX

Типы «Загрузки»

Опубликована статья в соавторстве лидеров Carboncopies Foundation Рендала Коэна и Кейта Виллей о методах Загрузки(mind uploading).

Первый метод, «перенос» (gradual in-place replacement) подразумевает замену компонента живого мозга, в большей части — нейронов, функционально эквивалентными устройствами.

Второй метод, «сканирование-разрушение-копирование» (Destructive Scan-and-Copy), подразумевает, что мозг «стабилизирован» — подвергнут криоконсервации/витрификации/пластинации. Далее проводится его сканирование (для чего потребуется вероятное сегментирование/разрушение).

В статье авторы пытаются показать, что сохранение «идентичности» может произойти в обоих случаях и точка зрения о том, что «перенос» является более безопасной технологией не совсем верно.

Источник  Carboncopies Foundation

«Загрузка» в художественной литературе

Тема технологии «загрузки сознания» обсуждается не только в среде нейробиологов, но и в литературе. Недавно была опубликована диссертация, которая исследует идеи немецких писателей по теме. Например, рассмотрены романы «Волшебная гора» Томаса Манна, «Лунатики» Германа Броха, «Берлин, Александерплац» Альфреда Дёблина.

Автор диссертации Бейтс Натан Дженсен за основу научного описания «Загрузки» использует работы Ника Бострома.

Источник University of Washington