Исследования мозга и личности, перспективы эмуляции сознания. Январь 2019

Лес дендритных шипиков на нейронах в коре мозга мыши. Фото: Gao et al./ Science 2019

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.

Рутинная визуализация коннектома дрозофилы

В предыдущем обзоре мы рассказывали о статье Логана Коллинза, в которой он рассматривает вероятность запуска эмуляции мозга дрозофилы в ближайшие 25 лет и сопутствующие технологии, в частности,  экспансионную микроскопию (expansion microscopy; подробнее о методе можно прочесть здесь). В этом месяце опубликована статья о том, что комбинируя этот метод с флуоресцентной микроскопией, ученые смогли сделать карту мозга дрозофилы во много раз быстрее. А точнее, им потребовалось всего «62,5 часа, а не несколько лет, как в случае электронной микроскопии» — сообщил автор исследования. Также ученые смогли разметить в мозге все клетки определенного типа (дофаминергические нейроны).

Экспансионная микроскопия — метод подготовки образца, таким образом, что его накачивают полимерным гелем, который впоследствии расширяется и увеличивает объем образца в 4 раза.

Исследование было проведено совместно с MIT и проектом FlyLight, на территории Janelia Research Campus.

Группу MIT представлял Эд Бойден, один из создателей метода экспансионной микроскопии и оптогенетики. «Мы преодолели порог производительности в имаджинге. Теперь мы не просто сканируем часть ткани мозга, мы сканируем весь мозг», — говорит он. Цель Бойдена — собрать данные достаточного качества для симуляции нервной системы дрозофилы in silico.

Сторонники крионики, концепции mind uploading считают, что процедура имаджинга мозга может повторить путь процедуры секвенирования — т.е. перейдет к поточной автоматизации.

Источник Janelia Research

Симуляция мозга дрозофилы

Параллельно с работой по улучшению качества данных о структуре мозга дрозофилы одними исследователями, другие работают над компьютерными моделями на основе этих данных. Так исследователи из Тайваня разработали платформу FlySim — реконструкцию электрической активности мозга дрозофилы. Данные они взяли из базы данных FlyCircuit, которая содержит большое количество оцифрованных образов мозга мухи. На основе данных FlySim способна предсказывать синаптические связи между нейронами (~20 тыс. нейронов) и транслитерировать данные в модель. Для эксперимента исследователи создали аналогичную модель, но связи между нейронами в ней были созданы в случайном порядке. Сравнительный анализ показал, что эта модель обладает структурными характеристиками нейронной сети: стабильностью, распределенностью и пластичностью.

Источник PubMed

Платформа для трекинга мозга мыши

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско также задействованные в проекте Neuralink опубликовали работу о разработанной платформе для трекинга активности мозга мыши. Платформа состоит из массива электродов, способных в реальном времени вести запись до 1024 каналов электрической активности, что обеспечивает разрешение уровня одной клетки. Запись ведется на свободно движущемся животном и может продолжаться до 5 месяцев после имплантации.

Развитие технологий сбора данных играет ключевую роль в современной нейронауке.

Источник Cell

Синтез речи из сигналов мозга

Исследователи из Колумбийского университета разработали систему интерпретации мозговой активности и синтезирования речи на ее основе. Данные снимались инвазивно у пациентов, которым предстояла операция. Алгоритм нейронной сети учился сопоставлять слова которые произносил пациент и паттерны активности. На выходе, синтезированная речь распознается людьми в 75% случаев, что представляет лучший на данный момент результат подобных исследований. Задача следующего этапа исследования — синтез предложений.

Источник Nature

Nectome раскрывает двери лаборатории

Основатель компании Nectome Роберт Макинтайр после годового перерыва в общении с журналистами провел пресс-конференцию и показал свою лабораторию корреспонденту медицинского журнала STAT. Он рассказал о том, что в ответ на «травлю» в прессе, начатую по поводу услуги по «сохранению и оцифровке мозга», теперь он формулирует работу его команды как «разработка методов сохранения памяти». В любом случае компания продолжает получать инвестиции и новых клиентов. Команда Макинтайра является обладателем приза за «лучшую технологию по сохранению мозга млекопитающего» от The Brain Preservation Foundation.

В интервью ученый рассказывает о двух направлениях его работы: поиске следов памяти в «синаптоме» C.Elegance и улучшении метода альдегид-стабилизированной криоконсервации. Также Макинтайр рассказывает о своем пути в науке.

Источник Statnews

Коннектом спинного мозга

Исследователи из Медицинского центра в Бостоне (BIDMC) создали модель коннектома спинного мозга. В модели используются параметры: количество, размер нейронов, связность и сила связей между ними для 31 отдела спинного мозга человека. Данные получали из анатомических исследований, литературы, и частично из данных по другим видам млекопитающих. Запущенная симуляция продемонстрировала свойства рекуррентной нейронной сети. Изначально модель разрабатывалась для исследования влияния обезболивающих, но ученые уверены, что она найдет применение в широком спектре биомедицинских приложений, ориентированных на спинной мозг.

Источник PubMed

Следы «социального мозга»

Группа исследователей из европейских университетов задалась целью описать активность мозга во время социального взаимодействия, предложив соответствующее название паттерну — «социальный мозг». Для поиска его следов ученые провели анализ работ с данными фМРТ и по ключевым словам «социальный», «эмпатия» и другими. По словам авторов, это одно из первых масштабных сравнительных исследований темы. Были получены интересные результаты, прежде всего связанные с «зеркальными» нейронами. Они сильнее вовлечены в задачи связанные с воображением на тему личности, социального контекста (embodied simulation), чем в случае абстрактных задач.

Статья опубликована в прошлом году, но мы считаем важным рассказывать об интересных междисциплинарных исследованиях личности, так как они связаны с контекстом задач mind uploading/digital immortality.

Источник PubMed

Автор обзора  Екатерина Шахбазян

Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации