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
Новая форма коммуникации между нейронами
Исследователи из Кейсовского университета показали в своем эксперименте, что потенциал действия (спайк) может распространяться не только через электрические или химические сигналы, но и благодаря механизму эфаптической передачи (через прикосновение или электрическое). Эксперимент заключался в том, что потенциал смогли передать через разрезанную ткань гиппокампа мыши с толщиной разреза до 400 микрон.
Ученым было известно, что когда многие нейроны срабатывают вместе, они генерируют слабые электрические поля, которые могут быть зарегистрированы с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Но эти поля считались слишком слабыми, чтобы способствовать активации нейрона.
Эксперимент был предложен в рамках исследования механизма распространения быстрых мозговых волн, подобных тем, которые возникают во время сна. Вероятно, что эти волны также способны генерировать нейронную активность.
Редактирование генома нейрона in vivo
Ученые из Университета Алабамы в Бирмингеме разработали систему на основе CRISPR, которая позволяет управлять экспрессией отдельного или группы генов в нейроне. Подобная система была опробована впервые in vivo в префронтальной коре взрослой крысы. Эта технология — не только вклад в развитие генных терапий мозга человека, но также может быть использована в развитии неинвазивных интерфейсов мозг-компьютер.
The University of Alabama at Birmingham
Масштабное сравнительное исследование теорий сознания
По словам Константина Анохина, в конце XX века в мировой нейронауке проблема сознания не исследовалась, но сейчас происходят кардинальные изменения. Например, конференция, которая была организована Human Brain Project в июне была полностью посвящена сознанию. Фонд научных исследований Templeton World Charity Foundation профинансировал программу сравнительного исследования современных научных теорий сознания, а именно Global Workspace Theory (GWT) и Integrated Information Theory (IIT).
Программа состоит из серии «доказательных» экспериментов — сторонники различных теорий попробуют используя схожие инструменты (фМРТ, электрокортикография и магнитоэнцефалография) проверить свои гипотезы и ответить на два вопроса:
- Где в мозге локализовано сознание? В соответствие с GWT сознание локализовано во фронтальной коре, а в соответствие с IIS в затылочных областях мозга (back of the brain).
- Сколько «длится» сознание? GWT говорит, что оно возникает через 300-400 милисекунд после стимула и затухает. В IIS сознание «непрерывно», различают лишь его интенсивность.
По словам координатора программы, он будет рад, если исследования, организованные фондом, помогут человечеству решить проблему сознания в течение ближайших пятидесяти лет.
Мыши обрели инфракрасное зрение
«Научная группа во главе с Тианом Сюэ из Китайского университета наук и технологий и Ганг Ханом из Медицинской школы Массачусетского университета изменила зрение мышей так, чтобы они могли видеть ближний инфракрасный свет (NIR), сохранив свою естественную способность видеть нормальный свет. Это было выполнено при помощи инъекции специальных наночастиц в глаза. Способность продолжался около 10 недель и без каких-либо серьезных побочных эффектов» — подробная статья об этом эксперименте опубликована в нашем паблике.
Паттерны сознания
Опубликованы результаты международного исследовательского проекта, который ставил целью поиск паттернов активности мозга, указывающих на сознание. В исследовании были задействованы пациенты в вегетативном состоянии, минимальном сознании и здоровые.
В первой группе признаки сознания определялись поиском поведенческих реакций на внешний стимул. Во второй группе пациентов исследовали с помощью томографа. В этом случае ученые получили два паттерна активности. В первом случае, коммуникация происходила между парами отделов мозга, и наблюдалась, соответственно у пациентов без сознания. Противоположный паттерн, отмеченный у пациентов с некоторым уровнем сознания (some level of consciousness) характеризовался большой связностью коммуникации между отделами мозга, которые связаны с функциональными системами, задействованными в познании. Более того, после наркоза «сложный» паттерн исчезал, что подтверждает его связность с сознанием.
Исследования этого типа позволяют определять сознание у пациентов без его видимых признаков. Особенно интересно то, что ученые ведут работы по «пробуждению сознания», воздействуя на сигнальные пути, например, методом транскраниальной стимуляции.
Deep EEG
Ученые смогли показать, что с помощью ЭЭГ возможно записать и интерпретировать активность подкорковых структур мозга. В медицине регистрация и стимуляция такого типа активности производится с помощью электродов, инвазивно. Исследователи из Женевского университета (UNIGE, Швейцария) и Кельнского университета (Германия) применили «смешанную» технику: ЭЭГ снимали у пациентов с электродными имплантами, и параллельно снимали ЭЭГ неинвазивно, с шапочки с 256 датчиками. На основе сравнения этих данных был разработан алгоритм интерпретации неинвазивной ЭЭГ.
Более того, на основе этой модели, ученые разрабатывают метод неинвазивной электромагнитной терапии, которая по словам одного из авторов исследования «поможет навсегда покончить с электродными имплантатами в мозге».
Автоматический мэппинг поведения и нейрональной активности дрозофилы
В прошлом обзоре мы писали о разработке в Janelia Research процедуры поточного имиджинга с помощью экстенсивной микроскопии. Сегодняшняя новость — об автоматическом мэппинге поведения и нейрональной активности. С помощью комплекса JAABA (Janelia Automatic Animal Behavior Annotator), исследователи могут размечать и отслеживать видео поведения мух. Покадровый анализ показывает различия не доступные человеческому глазу. Например, ученые обнаружили что активация определенного набора нейронов, может привести к тому, что крыло мухи будет двигаться на два миллиметра в секунду быстрее.
Команда изучила в общем числе около 400 000 плодовых мушек, и подготовила мэппинг областей мозга дрозофилы с такими типами поведения, как ползание, остановка, агрессия, брачное поведение.
Результат обучение классификатора JAABA Источник: https://www.janelia.org/lab/branson-lab
Автор обзора Екатерина Шахбазян
Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации
1 комментарий для “Исследования мозга и личности, перспективы эмуляции сознания. Февраль 2019”