Кто изучает мозг человека. Что такое внимание? Мозг против мозга — кто кого

Мозг против мозга - кто кого?

Проблема исследования мозга человека, соотношения мозга и психики - одна из самых захватывающих задач, которые когда-либо возникали в науке. Впервые поставлена цель познать нечто, равное по сложности самому инструменту познания. Ведь все, что до сих пор исследовалось - и атом, и галактика, и мозг животного - было проще, чем мозг человека. С философской точки зрения неизвестно, возможно ли в принципе решение этой задачи. Ведь, кроме приборов и методов, главным средством познания мозга остается опять-таки наш человеческий мозг. Обычно прибор, который изучает какое-то явление или объект, сложнее этого объекта, в этом же случае мы пытаемся действовать на равных - мозг против мозга.
Грандиозность задачи привлекала многие великие умы: о принципах работы мозга высказывались и Гиппократ, и Аристотель, и Декарт и многие другие.
В прошлом веке были обнаружены зоны мозга, отвечающие за речь, - по имени открывателей их называют области Брока и Вернике. Однако настоящее научное исследование мозга началось с работ нашего гениального соотечественника И. М. Сеченова. Далее - В. М. Бехтерев, И. П. Павлов... Здесь я остановлюсь в перечислении имен, так как выдающихся исследователей мозга в двадцатом веке много, и слишком велика опасность кого-нибудь пропустить (особенно из ныне здравствующих, не дай Бог). Были сделаны великие открытия, но возможности методик того времени для изучения человеческих функций весьма ограничены: психологические тесты, клинические наблюдения и начиная с тридцатых годов - электроэнцефалограмма. Это все равно, что пытаться узнать, как работает телевизор, по гудению ламп и трансформаторов или по температуре футляра, либо попробовать понять роль составляющих его блоков, исходя из того, что произойдет с телевизором, если этот блок разбить.
Однако устройство мозга, его морфологию изучили уже довольно хорошо. А вот представления о функционировании отдельных нервных клеток были очень отрывочными. Таким образом, не хватало полноты знаний о кирпичиках, составляющих мозг, и необходимых инструментов для их исследования.

Два прорыва в исследованиях мозга человека

Реально первый прорыв в познании мозга человека был связан с применением метода долгосрочных и краткосрочных ими-лантированных электродов для диагностики и лечения больных. В то же время ученые начали понимать, как работает отдельный нейрон, как происходит передача информации от нейрона к нейрону и по нерву. В нашей стране первыми в условиях непосредственного контакта с мозгом человека стали работать академик Н. П. Бехтерева и ее сотрудники.
Так были получены данные о жизни отдельных зон мозга, о соотношении его важнейших разделов - коры и подкорки, и многие другие. Однако мозг состоит из десятков миллиардов нейронов, а с помощью электродов можно наблюдать лишь за десятками, да и то в поле зрения исследователей часто попадают не те клетки, которые нужны для исследования, а те, что оказались рядом с лечебным электродом.
Тем временем в мире совершалась техническая революция. Новые вычислительные возможности позволили вывести на новый уровень исследование высших функций мозга с помощью электроэнцефа-лографии и вызванных потенциалов. Возникли и новые методы, позволяющие «заглянуть внутрь» мозга: магнитоэнцефалография, функциональная магниторезонансная томография и позитронно-эмиссионная томография. Все это создало фундамент для нового прорыва. Он действительно произошел в середине восьмидесятых годов.
В это время научный интерес и возможность его удовлетворения совпали. Видш поэтому Конгресс США объявил девяностые годы десятилетием изучения человеческого мозга. Эта инициатива быстро стала международной. Сейчас во всем мире над исследованием человеческого мозга трудятся сотни лучших лабораторий.
Надо сказать, что у нас в то время в верхних эшелонах власти было много умных болеющих за державу людей. Поэтому и в нашей стране поняли необходимость исследования мозга человека и предложили мне набазе коллектива, созданного и руководимого академиком Бехтеревой, организовать научный центр по исследованию мозга - Институт мозга человека РАН.
Главное направление деятельности института: фундаментальные исследования организации мозга человека и его сложных психических функций - речи, эмоций, внимания, памяти. Но не только. Одновременно ученые должны вести поиск методов лечения тех больных, у которых эти важные функции нарушены. Соединение фундаментальных исследований и практической работы с больными было одним из основных принципов деятельности института, разработанных его научным руководителем Натальей Петровной Бехтеревой.
Недопустимо ставить эксперименты на человеке. Поэтому большая часть исследований мозга проводится на животных. Однако есть явления, которые могут быть изучены только на человеке. Например, сейчас молодой сотрудник моей лаборатории защищает диссертацию об обработке речи, ее орфографии и синтаксиса в различных структурах мозга. Согласитесь, что это трудно исследовать на крысе. Институт специально ориентирован на исследование того, что нельзя изучать на животных. Мы проводим психофизиологические исследования на добровольцах с применением так называемой неинвазивной техники, не «залезая» внутрь мозга и не причиняя человеку особенных неудобств. Так осуществляются, например, томографические обследования или картирование мозга с помощью электроэнцефалографии.
Но бывает, что болезнь или несчастный случай «ставят эксперимент» на человеческом мозге - например, у больного нарушается речь или память. В этой ситуации можно и нужно исследовать те области мозга, работа которых нарушена. Или, наоборот, у пациента утерян или поврежден кусочек мозга, и ученым предоставляется возможность изучить, какие свои «обязанности» мозг не может выполнять с таким нарушением.
Но просто наблюдать за такими пациентами, мягко говоря, неэтично, и в нашем институте не только исследуют больных с различными повреждениями мозга, но и помогают им, в том числе и с помощью новейших, разработанных нашими сотрудниками методов лечения. Для этой цели при институте существует клиника на 160 коек. Две задачи - исследование и лечение - неразрывно связаны в работе наших сотрудников.
У нас прекрасные высококвалифициро-ванниые доктора и медсестры. Без этого нельзя - ведь мы на переднем крае науки, и нужна высочайшая квалификация, чтобы реализовать новые методики. Практически каждая лаборатория института замкнута на отделения клиники, и это залог непрерывного появления новых подходов. Кроме стандартных методов лечения у нас проводят хирургическое лечение эпилепсии и паркинсонизма, психохирургические операции, лечение мозговой ткани магнитостимуляцией, лечение афазии с помощью электростимуляции, а также многое другое. В клинике лежат тяжелые больные, и, бывает, удается
помочь им в случаях, считавшихся безнадежными. Конечно, это возможно не всегда. Вообще, когда слышишь какие-либо безграничные гарантии в лечении людей, это вызывает очень серьезные сомнения.

Будни и звездные часы лабораторий

В каждой лаборатории есть свои достижения. Например, лаборатория, которой руководит профессор В. А. Илюхина, ведет разработки в области нейрофизиологии функциональных состояний головного мозга.
Что это такое? Попробую объяснить на простом примере. Каждый знает, что одна и та же фраза иногда воспринимается человеком диаметрально противоположно в зависимости от того, в каком состоянии он находится: болен или здоров, возбужден или спокоен. Это похоже на то, как одна и та же нота, извлекаемая, например, из органа, имеет разный тембр в зависимости от регистра. Наш мозг и организм - сложнейшая многорегистровая система, где роль регистра играет состояние человека. Можно сказать, что весь спектр взаимоотношений человека с окружающей средой определяется его функциональным состоянием. Оно определяет и возможность «срыва» оператора за пультом управления сложнейшей машиной, и реакцию больного на принимаемое лекарство.
В лаборатории профессора Илюхиной исследуют функциональные состояния, а также то, какими параметрами они определяются, как эти параметры и сами состояния зависят от регуляторных систем организма, как внешние и внутренние воздействия изменяют состояния, иногда вызывая болезнь, и как в свою очередь состояния мозга и организма влияют на течение заболевания и действие лекарственных средств. С помощью полученных результатов можно сделать правильный выбор между альтернативными путями лечения. Проводится и определение приспособительных возможностей человека: насколько он будет устойчив при каком-либо лечебном воздействии, стрессе.
Очень важной задачей занимается лаборатория нейроиммунологии. Нарушения иммунорегуляции часто приводят к возникновению тяжелых заболеваний головного мозга. Это состояние надо диагносцировать и подобрать лечение - иммунокоррекцию. Типичный пример нейроиммунного заболевания - рассеянный склероз, изучением которого в институте занимается лаборатория под руководством профессора И. Д. Столярова. Не так давно он вошел в совет Европейского комитета, занимающегося исследованием и лечением рассеянного склероза.
В двадцатом веке человек начал активно изменять окружающий его мир, празднуя победу над природой, но оказалось, что праздновать рано: при этом обостряются проблемы, созданные самим человеком, так называемые техногенные. Мы живем под воздействием магнитных полей, при свете мигающих газосветных ламп, часами смотрим на дисплей компьютера, говорим по мобильному телефону... Все это далеко не безразлично для организма человека: например, хорошо известно, что мигающий свет способен вызвать эпилептический припадок. Можно устранить вред, наносимый при этом мозгу, очень простыми мерами - закрыть один глаз. Чтобы резко снизить «поражающее действие» радиотелефона (кстати, оно еще точно не доказано), можно просто изменить его конструкцию так, чтобы антенна была направлена вниз и мозг не облучался. Этими исследованиями занимается лаборатория под руководством доктора медицинских наук Е. Б. Лыскова. Например, он и его сотрудники показали, что воздействие переменного магнитного поля отрицательно сказывается на процессе обучения.
На уровне клеток работа мозга связана с химическими превращениями различных веществ, поэтому для нас важны результаты, полученные в лаборатории молекулярной нейробиологии, руководимой профессором С. А. Дамбиновой. Сотрудники этой лаборатории разрабатывают новые методы диагностики заболеваний мозга, проводят поиск химических веществ белковой природы, которые способны нормализовать нарушения в ткани мозга при паркинсонизме, эпилепсии, наркотической и алкогольной зависимости. Оказалось, что употребление наркотиков и алкоголя приводит к разрушению нервных клеток. Их фрагменты, попадая в кровь, побуждают иммунную систему вырабатывать так называемые «аутоантитела». «Аутоантитела» остаются в крови еще долгое время, даже у людей, переставших употреблять наркотики. Это своеобразная память организма, хранящая информацию об употреблении наркотиков. Если измерить в крови человека количество аутоантител к специфическим фрагментам нервных клеток, можно поставить диагноз «наркомания» даже через несколько лет после того, как человек перестал употреблять наркотики.

Можно ли "перевоспитать" нервные клетки?

Одно из самых современных направлений в работе института - стереотаксис. Это медицинская технология, обеспечивающая возможность малотравматичного, щадящего, прицельного доступа к глубоким структурам головного мозга и дозированное воздействие на них. Это нейрохирургия будущего. Вместо «открытых» нейрохирургических вмешательств, когда, чтобы достичь мозга, делают большую трепанацию, предлагаются малотравматичные, щадящие воздействия на головной мозг.
В развитых странах, прежде всего в США, клинический стереотаксис занял достойное место в нейрохирургии. В США в этой сфере сегодня работают около 300 нейрохирургов - членов Американского стереотаксического общества. Основа стереотаксиса - математика и точные приборы, обеспечивающие прицельное погружение в мозг тонких инструментов. Они позволяют «заглянуть» в мозг живого человека. При этом используется позитронно-эмиссионная томография, магниторезонансная томография, компьютерная рентгеновская томография. «Стереотаксис - мерило методической зрелости нейрохирургии» - мнение ныне покойного нейрохирурга Л. В. Абракова. Для стереотаксического метода лечения очень важно знание роли отдельных «точек» в мозге человека, понимание их взаимодействия, знание того, где и что именно нужно изменить в мозге для лечения той или иной болезни.
В институте существует лаборатория стереотаксических методов, которой руководит доктор медицинских наук, лауреат Государственной премии СССР А. Д. Аничков. По существу, это ведущий стереотаксический центр России. Здесь родилось самое современное направление - компьютерный стереотаксис с программно-математическим обеспечением, которое осуществляется на электронной вычислительной машине. До наших разработок стереотаксические расчеты проводились нейрохирургами вручную во время операции, сейчас же у нас разработаны десятки стереотаксических приборов; некоторые прошли клиническую апробацию и способны решать самые сложные задачи. Совместно с коллегами из ЦНИИ «Электроприбор» создана и впервые в России серийно выпускается компьютеризированная стереотаксическая система,которая по ряду основных показателей превосходит аналогичные зарубежные образцы. Как выразился неизвестный автор, «наконец, робкие лучи цивилизации осветили наши темные пещеры».
В нашем институте стереотаксис применяется при лечении больных, страдающих двигательными нарушениями (паркинсонизмом, болезнью Паркинсона, хореей Гентингтона и другими), эпилепсией, неукротимыми болями (в частности, фантомноболевым синдромом), некоторыми психическими нарушениями. Кроме того, стереотаксис используется для уточнения диагноза и лечения некоторых опухолей головного мозга, для лечения гематом, абсцессов, кист мозга. Стереотаксические вмешательства (как и все остальные нейрохирургические вмешательства) предлагаются больному только в том случае, если исчерпаны все возможности медикаментозного лечения и само заболевание угрожает здоровью пациента или лишает его трудоспособности, делает асоциальным. Все операции производятся только при согласии больного и его родственников, после консилиума специалистов разного профиля.
Существуют два вида стереотаксиса. Первый, нефункциональный, применяется тогда, когда в глубине мозга имеется какое-то органическое поражение, например опухоль. Если ее удалять с помощью обычной техники, придется затронуть здоровые, выполняющие важные функции структуры мозга и больному случайно может быть нанесен вред, иногда даже несовместимый с жизнью. Предположим, что опухоль хорошо видна с помощью магниторезонансного и позитронно-эмиссионного томографов. Тогда можно рассчитать ее координаты и ввести с помощью малотравматичного тонкого щупа радиоактивные вещества, которые выжгут опухоль и за короткое время распадутся. Повреждения при проходе сквозь мозговую ткань минимальны, а опухоль будет уничтожена. Мы провели уже несколько таких операций, бывшие пациенты живут до сих пор, хотя при традиционных методах лечения у них не было никакой надежды.
Суть этого метода в том, что мы устраняем «дефект», который четко видим. Главная задача - решить, как до него добраться, какой путь выбрать, чтобы не задеть важные зоны, какой метод устранения «дефекта» выбрать.
Принципиально другая ситуация при «функциональном» стереотаксисе, который тоже применяется при лечении психических заболеваний. Причина болезни часто заключается в том, что одна маленькая группа нервных клеток или несколько таких групп работают неправильно. Они либо не выделяют необходимые вещества, либо выделяют их слишком много. Клетки могут быть патологически возбуждены, и тогда стимулируют «нехорошую» активность других, здоровых клеток. Эти «сбившиеся с пути» клетки надо найти и либо уничтожить, либо изолировать, либо «перевоспитать» с помощью электростимуляции. В такой ситуации нельзя «увидеть» пораженный участок. Мы должны его вычислить чисто теоретически, как астрономы вычислили орбиту Нептуна.
Именно здесь для нас особенно важны фундаментальные знания о принципах работы мозга, о взаимодействии его участков, о функциональной роли каждого участка мозга. Мы используем результаты стерео-таксической неврологии - нового направления, разработанного в институте покойным профессором В. М. Смирновым. Стереотаксическая неврология - это «высший пилотаж», однако именно на этом пути нужно искать возможность лечения многих тяжелых заболеваний, в том числе и психических.
Результаты наших исследований и данные других лабораторий указывают на то, что практически любая, даже очень сложная психическая деятельность мозга обеспечивается распределенной в пространстве и изменчивой во времени системой, состоящей из звеньев различной степени жесткости. Понятно, что вмешиваться в работу такой системы очень трудно. Тем не менее сейчас мы это умеем: например, можем создать новый центр речи взамен разруенного при травме.
При этом происходит своеобразное «перевоспитание» нервных клеток. Дело в том, что существуют нервные клетки, которые от рождения готовы к своей работе, но есть и другие, которые «воспитываются» в процессе развития человека. Научаясь выполнять одни задачи, они забывают другие, но не навсегда. Даже пройдя «специализацию», они в принципе способны взять на себя выполнение каких-то других задач, могут работать и по-другому. Поэтому можно попытаться заставить их взять на себя работу утраченных нервных клеток, заменить их.
Нейроны мозга работают как команда корабля: один хорошо умеет вести судно по курсу, другой - стрелять, третий - готовить пищу. Но ведь и стрелка можно научить готовить борщ, а кока - наводить орудие. Нужно только объяснить им, как это делается. В принципе это естественный механизм: если травма мозга произошла у ребенка, у него нервные клетки самопроизвольно «переучиваются». У взрослых же для «переучивания» клеток нужно применять специальные методы.
Этим и занимаются исследователи - пытаются стимулировать одни нервные клетки выполнять работу других, которые уже нельзя восстановить. В этом направлении уже получены хорошие результаты:
например, некоторых пациентов с нарушением области Брока, отвечающей за формирование речи, удалось обучить говорить заново.
Другой пример - лечебное воздействие психохирургических операций, направленных на «выключение» структур области мозга, называемой лимбической системой. При разных болезнях в разных зонах мозга возникает поток патологических импульсов, которые циркулируют по нервным путям. Эти импульсы появляются в результате повышенной активности зон мозга, и такой механизм приводит к целому ряду хронических заболеваний нервной системы, таких, как паркинсонизм, эпилепсия, навязчивые состояния. Пути, по которым проходит циркуляция патологических импульсов, надо найти и максимально щадяще «выключить».
В последние годы проведены многие сотни (особенно в США) стереотаксических психохирургических вмешательств для лечения больных, страдающих некоторыми психическими нарушениями (прежде всего, навязчивыми состояниями), у которых оказались неэффективными нехирургические методы лечения. По мнению некоторых наркологов, наркоманию тоже можно рассматривать как разновидность такого рода расстройства, поэтому в случае неэффективности медикаментозного лечения может быть рекомендовано стереотаксическое вмешательство.

Детектор ошибок

Очень важное направление работы института - исследование высших функций мозга: внимания, памяти, мышления, речи, эмоций. Этими проблемами занимаются несколько лабораторий, в том числе та, которой руковожу я, лаборатория академика Н. П. Бехтеревой, лаборатория доктора биологических наук Ю. Д. Кропотова.
Присущие только человеку функции мозга исследуются с помощью различных подходов: используется «обычная» электроэнцефалограмма, но на новом уровне картирования мозга, изучение вызванных потенциалов, регистрация этих процессов совместно с импульсной активностью нейронов при непосредственном контакте с мозговой тканью - для этого применяются имплантированные электроды и техника позитронно-эмиссионной томографии.
Работы академика Н. П. Бехтеревой в этой области достаточно широко освещались в научной и научно-популярной печати. Она начала планомерное исследование психических процессов в мозге еще тогда, когда большинство ученых считали это практически непознаваемым, делом далекого будущего. Как хорошо, что хотя бы в науке истина не зависит от позиции большинства. Многие из тех, кто отрицал возможность таких исследований, теперь считают их приоритетными.
В рамках этой статьи можно упомянуть только о самых интересных результатах, например, о детекторе ошибок. Каждый из нас сталкивался с его работой. Представьте, что вы вышли из дому и уже на улице вас начинает терзать странное чувство - что-то не так. Вы возвращаетесь - так и есть, забыли выключить свет в ванной. То есть, вы забыли выполнить обычное, стереотипное действие - щелкнуть выключателем, и этот пропуск автоматически включил контрольный механизм в мозге. Этот механизм в середине шестидесятых был открыт Н. П. Бехтеревой и ее сотрудниками. Несмотря на то, что результаты были опубликованы в научных журналах, в том числе и зарубежных, сейчас они «переоткрыты» на Западе людьми, знающими работы наших ученых, но не гнушающимися прямым заимствованием у них. Исчезновение великой державы привело и к тому, что в науке стало больше случаев прямого плагиата.
Детекция ошибок может стать и болезнью, когда этот механизм работает больше, чем нужно, и человеку все время кажется, что он что-то забыл.
В общих чертах нам сегодня ясен и процесс запуска эмоций на уровне мозга. Почему один человек с ними справляется, а другой - «западает», не может вырваться
из замкнутого круга однотипных переживаний? Оказалось, что у «стабильного» человека изменения обмена веществ в мозге, связанные, например, с горем, обязательно компенсируются направленными в другую сторону изменениями обмена веществ в других структурах. У «нестабильного» же человека эта компенсация нарушена.

Кто отвечает за грамматику?

Очень важное направление работы - так называемое микрокартирование мозга. В наших совместных исследованиях обнаружены даже такие механизмы, как детектор грамматической правильности осмысленной фразы. Например, «голубая лента» и «голубой лента». Смысл понятен в обоих случаях. Но есть одна «маленькая, но гордая» группа нейронов, которая «взвивается», когда грамматика нарушена, и сигнализирует об этом мозгу. Зачем это нужно? Вероятно, затем, что понимание речи часто идет в первую очередь за счет анализа грамматики (вспомним «глокую куздру» академика Щербы). Если с грамматикой что-то не так, поступает сигнал - надо проводить добавочный анализ.
Найдены микроучастки мозга, которые отвечают за счет, за различение конкретных и абстрактных слов. Показаны различия в работе нейронов при восприятии слова родного языка (чашка), квазислова родного языка (чохна) и слова иностранного (вахт - время по-азербайджански).
В этой деятельности по-разному участвуют нейроны коры и глубоких структур мозга. В глубоких структурах в основном наблюдается увеличение частоты электрических разрядов, не очень «привязанное» к какой-то определенной зоне. Эти нейроны как бы любую задачу решают всем миром. Совершенно другая картина в коре головного мозга. Один нейрон словно говорит:
«А ну-ка, ребята, помолчите, это мое дело, и я буду выполнять его сам». И действительно, у всех нейронов, кроме некоторых, понижается частота импульсации, а у «избранников» повышается.
Благодаря технике позитронно-эмиссион-ной томографии (или сокращенно ПЭТ) стало возможно детальное изучение одновременно всех областей мозга, отвечающих за сложные «человеческие» функции. Суть метода состоит в том, что малое количество изотопа вводят в вещество, участвующее в химических превращениях внутри клеток мозга, а затем наблюдают, как меняется распределение этого вещества в интересующей нас области мозга. Если к этой области усиливается приток глюкозы с радиоактивной меткой - значит, увеличился обмен веществ, что говорит об усиленной работе нервных клеток на этом участке мозга.
А теперь представьте, что человек выполняет какое-то сложное задание, требующее от него знания правил орфографии или логического мышления. При этом у него наиболее активно работают нервные клетки в области мозга, «ответственной» именно за эти навыки. Усиление работы
нервных клеток можно зарегистрировать с помощью ПЭТ по увеличению кровотока в активизированной зоне. Таким образом удалось определить, какие области мозга «отвечают» за синтаксис, орфографию, смысл речи и за решение других задач. Например, известны зоны, которые активизируются при предъявлении слов, неважно, надо их читать или нет. Есть и зоны, которые активизируются, чтобы «ничего не делать», когда, например, человек слушает рассказ, но не слышит его, следя за чем-то другим.

Что такое внимание?

Не менее важно понять, как «работает» внимание у человека. Этой проблемой в нашем институте занимается и моя лаборатория, и лаборатория Ю. Д. Кропотова. Исследования ведутся совместно с коллективом ученых под руководством финского профессора Р. Наатанена, который открыл так называемый механизм непроизвольного внимания. Чтобы понять, о чем идет речь, представьте ситуацию: охотник крадется по лесу, выслеживая добычу. Но он и сам является добычей для хищного зверя, которого не замечает, потому что настроен только на поиск оленя или зайца. И вдруг случайный треск в кустах, может быть, и не очень заметный на фоне птичьего щебета и шума ручья, мгновенно переключает его внимание, подает сигнал: «Рядом опасность». Механизм непроизвольного внимания сформировался у человека в глубокой древности, как охранный механизм, но работает и сейчас: например, водитель ведет машину, слушает радио, слышит крики детей, играющих на улице, воспринимает все звуки окружающего мира, внимание его рассеянно, и вдруг тихий стук мотора мгновенно переключает его внимание на машину - он осознает, что с двигателем что-то не в порядке (кстати, это явление похоже на детектор ошибок).
Такой переключатель внимания работает у каждого человека. Мы обнаружили зоны, которые активизируются на ПЭТ при работе этого механизма, а Ю. Д. Кропотов исследовал его с помощью метода имплантированных электродов. Иногда в самой сложной научной работе бывают смешные эпизоды. Так было, когда мы в спешке закончили эту работу перед очень важным и престижным симпозиумом. Ю. Д. Кропотов и я поехали на симпозиум делать доклады, и только там с удивлением и «чувством глубокого удовлетворения» неожиданно выяснили, что активизация нейронов происходит в одних и тех же зонах. Да, иногда двоим сидящим рядом надо поехать в другую страну, чтобы поговорить.
Если механизмы непроизвольного внимания нарушаются, то можно говорить о болезни. В лаборатории Кропотова изучают детей с так называемым дефицитом внимания и гиперактивностью. Это трудные дети, чаще мальчики, которые не могут сосредоточиться на уроке, их часто ругают дома и в школе, а на самом деле их нужно
лечить, потому что у них нарушены некоторые определенные механизмы работы мозга. Еще недавно это явление не рассматривалось как болезнь и лучшим методом борьбы с ним считались «силовые» методы. Мы сейчас можем не только определить это заболевание, но и предложить методы лечения детей с дефицитом внимания.
Однако хочется огорчить некоторых молодых читателей. Далеко не каждая шалость связана с этим заболеванием, и тогда... «силовые» методы оправданы.
Кроме непроизвольного внимания есть еще и селективное. Это так называемое «внимание на приеме», когда все вокруг говорят разом, а вы следите только за собеседником, не обращая внимания на неинтересную вам болтовню соседа справа. Во время эксперимента испытуемому рассказывают истории: в одно ухо - одну, в другое - другую. Мы следим за реакцией на историю то в правом ухе, то в левом и видим на экране, как радикально меняется активизация областей мозга. При этом активизация нервных клеток на историю в правом ухе значительно меньше - потому, что большинство людей берут телефонную трубку в правую руку и прикладывают ее к правому уху. Им следить за историей в правом ухе проще, нужно меньше напрягаться, мозг возбуждается меньше.

Тайны мозга еще ждут своего часа

Мы часто забываем очевидное: человек - это не только мозг, но еще и тело. Нельзя понять работу мозга, не рассматривая все богатство взаимодействия мозговых систем с различными системами организма. Иногда это очевидно - например, выброс в кровь адреналина заставляет мозг перейти на но
вый режим работы. В здоровом теле - здоровый дух - это именно о взаимодействии тела и мозга. Однако далеко не все здесь понятно. Изучение этого взаимодействия еще ждет своих исследователей.
Сегодня можно сказать, что мы хорошо представляем, как работает одна нервная клетка. Многие белые пятна исчезли и на карте мозга, определены области, отвечающие за психические функции. Но между клеткой и областью мозга находится еще один, очень важный уровень - совокупность нервных клеток, ансамбль нейронов. Здесь пока еще много неясного. С помощью ПЭТ мы можем проследить, какие области мозга «включаются» при выполнении тех или иных задач, а вот что происходит внутри этих областей, какие сигналы посылают друг другу нервные клетки, в какой последовательности, как они взаимодействуют между собой - об этом мы пока знаем мало. Хотя определенный прогресс есть и в этом направлении.
Раньше считали, что мозг поделен на четко разграниченные участки, каждый из которых «отвечает» за свою функцию: это зона сгибания мизинца, а это зона любви к родителям. Эти выводы основывались на простых наблюдениях: если данный участок поврежден, то и функция его нарушена. Со временем стало ясно, что все более сложно:
нейроны внутри разных зон взаимодействуют между собой весьма сложным путем и нельзя осуществлять везде четкую «привязку» функции к области мозга в том, что касается обеспечения высших функций. Можно только сказать, что эта область имеет отношение к речи, к памяти, к эмоциям. А сказать, что этот нейронный ансамбль мозга (не кусочек, а широко раскинутая сеть) и только он отвечает за восприятие букв, а этот - слов и предложений, пока нельзя. Это задача будущего.
Работа мозга по обеспечению высших видов психической деятельности похожа на вспышку салюта: мы видим сначала множество огней, а потом они начинают гаснуть и снова загораться, перемигиваясь между собою, какие-то кусочки остаются темными, другие вспыхивают. Также и сигнал возбуждения посылается в определенную область мозга, но деятельность нервных клеток внутри нее подчиняется своим особым ритмам, своей иерархии. В связи с этими особенностями разрушение одних нервных клеток может оказаться невосполнимой потерей для мозга, а другие вполне могут заменить соседние «переучившиеся» нейроны. Каждый нейрон может рассматриваться только внутри всего скопления нервных клеток. По-моему, сейчас основная задача - расшифровка нервного кода, то есть понимание того, как конкретно обеспечиваются высшие функции мозга. Скорее всего, это можно будет сделать через исследование взаимодействия элементов мозга, через понимание того, как отдельные нейроны объединяются в структуру, а структура - в систему и в целостный мозг. Это главная задача следующего века. Хотя кое-что еще осталось и на долю двадцатого.

Человечество начало исследовать мозг и задумываться о его назначении задолго до появления науки в современном виде. Археологические находки говорят, что в 3000-2000 годах до нашей эры люди уже активно практиковали трепанации черепа — по всей видимости, как способ профилактики головных болей, эпилепсии и расстройств психики. Древнегреческие врачи и анатомы Герофил и Эрасистрат не только называли мозг центром нервной системы, но и считали, что интеллект «зарождается» в мозжечке. В Средние века итальянский хирург Мондино де Луцци предположил, что мозг состоит из трех отделов — или «пузырьков»: передний отвечает за чувства, средний — за воображение, а в заднем хранятся воспоминания.

Вклад в этот процесс вносили не только ученые. В 1848 году американский строитель Финеас Гейдж, работая на прокладке железной дороги, получил страшную травму: металлический штырь вошел в его череп под глазницей, а вышел — на границе лобной и теменной костей. Однако мужчина относительно благополучно прожил потом больше десяти лет. Правда, знакомые утверждали, что в результате инцидента он изменился — например, стал как будто более вспыльчивым. И хотя в этой истории есть немало белых пятен, она в свое время вызвала бурную дискуссию о функциях различных зон мозга.

В наши дни изучение мозга — вотчина не одной, а множества отраслей наук. Нейробиология занимается вопросами, связанными с работой рецепторов. Нейрофизиология — особенностями протекания физиологических процессов в мозге. Психофизиология — соотношением мозга и психики. Нейрофармакология — влиянием лекарственных средств на нервную систему, в том числе на мозг. Существует даже относительно молодое направление — нейроэкономика: она изучает процессы выбора и принятия решений. Более фундаментальные когнитивные нейронауки сосредоточены на исследовании разных типов восприятия, сложных мыслительных процессов и связанных с ними феноменов, которые касаются речи, слушания музыки, просмотра фильмов и т.д.

Зачем это делается?

Логично предположить, что любой орган человеческого тела исследуют в первую очередь для того, чтобы научиться его эффективно лечить в случае необходимости. Но мозг — система слишком сложная и интересная, чтобы ограничиваться утилитарным подходом. В университетах мира существуют сотни лабораторий, которые изучают совершенно разные аспекты мозговой деятельности. Одни фокусируются на конкретных типах расстройств психики — например, на шизофрении. Другие — на сне. Третьи — на эмоциях. Четвертые хотят выяснить, что происходит с мозгом, когда человек испытывает стресс или употребляет алкоголь: этим занимается в том числе лаборатория психофизиологии Института психологии РАН.

akindo / gettyimages.com

Результатом таких исследований далеко не всегда становится метод решения какой-то конкретной проблемы, связанной с мозговой деятельностью. Нейроученые нередко получают информацию, которая главным образом помогает нам лучше понять специфику отношений между людьми и выяснить, к примеру, по каким признакам мы ранжируем окружающих на «своих» и «чужих» . Что делать с этим знанием дальше, как его применить на практике — хороший вопрос.

С другой стороны, опыты со «стандартным» человеческим мозгом и натуралистическими (естественными) стимулами дают ученым шанс разобраться, почему у кого-то мозг работает иначе. В финском Университете Аалто ставят эксперименты с участием людей с синдромом Аспергера. Как правило, эта особенность развития сильно затрагивает эмоциональные функции, способность к социальному взаимодействию. Опыты показывают, что у «обычного» человека, когда он смотрит, как общаются другие люди, наблюдается высокий уровень синхронизации в сенсорных зонах мозга, в зонах, участвующих в обработке социальной информации и процессах формирования эмоций. А у человека с синдромом Аспергера такая синхронизация выражена значительно меньше. Ученые надеются со временем разобраться, как помочь адаптироваться в социуме тем, кому изначально это сделать сложнее.

Есть лаборатории, которые занимаются одновременно и прикладными, и фундаментальными исследованиями. В 2012 году ученые из Еврейского университета в Иерусалиме создали устройство, позволяющее незрячим людям «видеть» с помощью слуха. Оно состояло из очков и небольшой камеры, которая фиксировала визуальную информацию, а специальная программа преобразовывала ее в звуковые сигналы. Таким образом человек, лишенный зрения, мог распознать находящиеся поблизости бытовые предметы, других людей и даже крупные буквы. При этом разработчики устройства обнаружили, что в мозге того, кто учится «видеть» с помощью слуха, активируются те же потоки, что и у того, кто видит традиционным способом — глазами. Таким образом научный мир столкнулся с принципиально важной, основополагающей проблемой: действительно ли зрительная кора головного мозга отвечает именно за зрение в привычном понимании? И что такое вообще — зрение?

Также предполагается, что одним из результатов скрупулезного, разностороннего изучения мозга станет возможность создания искусственного интеллекта. В 2005 году стартовал знаменитый многомиллиардный проект Blue Brain Project, целью которого было сделать компьютерную модель человеческого мозга и смоделировать сознание. Пока воз и ныне там, а многие представители научного мира настроены достаточно скептично — хотя бы потому, что мы не знаем точно, что такое сознание. К тому же существует и технические ограничения: для того, чтобы имитировать мозг кошки на самом базовом уровне, понадобился один из самых больших суперкомпьютеров в мире. Человеческий мозг, разумеется, устроен намного сложнее.

Методы и эксперименты

Существующие на сегодняшний день методы исследования мозга можно ранжировать, опираясь на два критерия. Первый — частота снятия информации: она варьируется от миллисекунды до нескольких секунд. Второй — пространственное разрешение: насколько детально мы можем рассмотреть сам мозг. Так, электроэнцефалография способна собирать данные с очень большой частотой. Зато фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) позволяет охватывать квадратные миллиметры мозга, а это довольно много, поскольку в одном квадратном миллиметре — около 100 000 нейронов.

akindo / gettyimages.com

Также существуют магнитная энцефалография, позитронно-эмиссионная томография, транскраниальная магнитная стимуляция. Методы обычно совершенствуются в сторону неинвазивности: нам хочется как можно больше узнать о мозге живого человека с минимальными последствиями для его здоровья и психологического состояния. При этом именно с появлением фМРТ ученые стали исследовать буквально все подряд аспекты мозговой деятельности. Мы можем взять практически любой тип поведения и быть уверенными в том, что в мире обязательно найдется лаборатория, которая изучает его с помощью фМРТ.

Разобраться, как ученые это делают, можно на примере самого базового эксперимента. Допустим, мы хотим узнать, различается ли мозговая активность человека, когда он смотрит на лица других людей и на дома. Отбирается множество картинок с изображением самых разных домов и самых разных лиц. Они перемешиваются, а их порядок — рандомизируется. Необходимо, чтобы в последовательности не было никаких закономерностей: если, к примеру, после трех домов всегда будет появляться лицо, встанет вопрос о достоверности результатов эксперимента.

Прежде чем поместить испытуемого в сканер фМРТ, с него нужно снять все металлические украшения и предупредить, что лучше не складывать руки в кольцо. Во время сканирования происходит быстрое изменение магнитного поля, что, согласно законам физики, индуцирует электрический ток в замкнутой петле. Ощущения — не смертельно неприятные, но те, кто пробовал, повторять обычно не хотят. В течение тридцати-сорока минут человек лежит в сканере и смотрит на появляющиеся на экране изображения домов и лиц. Важно, чтобы в процессе он не заснул: проходить через такие эксперименты часто довольно скучно. Зато они предполагают награду — допустим, пару бесплатных билетов в кино.

На этом более или менее интересная часть заканчивается и начинается сложная и неблагодарная: ученому предстоит обработать полученную информацию разными статистическими методами, чтобы результат можно было оформить в статью и опубликовать ее в научном журнале. Главный подвох здесь заключается в том, что существует несколько десятков тысяч способов скомбинировать разные ступени преобразования данных, поэтому добиться ложноположительного результата не так уж и сложно.

akindo / gettyimages.com

В 2009 году в Сан-Франциско провели опыт, ставший впоследствии легендарным. Ученые положили в сканер фМРТ мертвого атлантического лосося и показали ему фотографии людей в различных социальных ситуациях. При подсчете данных выяснилось, что мозг лосося не просто реагирует на стимулы: рыба испытывала эмоции. Разумеется, на самом деле мертвый лосось не способен на эмпатию, но за счет погрешности — или так называемого статистического шума, возникающего при анализе собранных с помощью фМРТ данных, мы можем получить значимый эффект. Кто ищет — тот всегда найдет.

До недавнего времени проблема усугублялась еще и тем, что в западные журналы брали статьи, описывающие в основном только положительные результаты экспериментов. Если гипотеза лаборатории не подтверждалась, полученные данные фактически летели в мусорное ведро. Теперь представим: сто лабораторий поставили одинаковый эксперимент. Чисто статистически у пяти из них вполне могут получиться позитивные результаты. Статья, написанная представителями такой лаборатории, будет опубликована, даже если в 95 оставшихся опыты показали отрицательный результат. Для борьбы с такими искажениями в наши дни появилась важная опция: теперь исследование можно перерегистрировать с гарантией публикации вне зависимости от результата — главное, чтобы все было выполнено четко по плану.

Специфика работы ученого заключается в том, что он должен знать очень много — пусть даже только в рамках своей области. Однако чем больше ты знаешь, тем больше сомневаешься. И тем выше вероятность, что рано или поздно ты столкнешься с чем-то, что в корне противоречит твоим убеждениям. Поэтому, общаясь со СМИ, ученые почти никогда не используют слово «однозначно». Вместо этого они говорят: «скорее всего», «вероятно», «мы можем предположить».

Для журналистов и читателей такие формулировки звучат, мягко говоря, не очень заманчиво. Психика человека устроена так, что ему хочется точно знать, из чего сделано его тело — в том числе мозг. Вероятности его либо не интересуют, либо вызывают тревогу. Более того, многие люди в принципе не читают новости дальше заголовка. В результате информация о последних научных исследованиях часто доходит до нас в искаженном виде — в том числе потому, что СМИ стремятся собрать больше просмотров, но опасаются отпугнуть аудиторию слишком расплывчатыми формулировками.

В 2007 году по российским СМИ прокатилась волна заметок об ученых лондонского University College, установивших, что алкоголь улучшает работу мозга. При ближайшем рассмотрении оказывалось, что, поскольку алкоголь улучшает приток крови к мозгу, что, в свою очередь, действительно коррелирует с улучшением умственных способностей, положительный эффект, может, и будет, но негативные последствия от чрезмерного употребления алкоголя его явно перевесят.

Еще несколько лет назад в западной прессе широко освещался проект No More Woof, создатели которого предлагали использовать инструмент на основе электроэнцефалографии, чтобы считывать мысли собак и «переводить» их на человеческий язык. Но, во-первых, ЭЭГ — далеко не самый точный метод сбора данных. Во-вторых, откуда мы можем знать, каким образом мысли собак должны передаваться с помощью английской речи? В-третьих, нет исследований, которые бы доказывали, что все животные, включая человека и собаку, говорят на разных диалектах одного глобального языка. Но СМИ скандировали: ура, мы наконец-то научимся понимать наших Шариков и Бобиков!

akindo / gettyimages.com

Во-первых , не ленитесь прочитать не только заголовок, но и весь текст.

Во-вторых , опасайтесь категоричных утверждений. Допустим, если в материале говорится, будто ученые нашли в мозге «зону любви», учитывайте, что один из современных трендов — исследовать мозг не как конструктор, составленный из полностью автономных элементов, а как сложную сеть (complex network). Да и «любовь» — понятие слишком неоднозначное, чтобы вывести для него какое-то универсальное определение.

В-третьих , обращайте внимание на источник. Журналисты часто ссылаются не на исходную статью в научном журнале, а на публикацию на другом новостном интернет-портале или даже в блоге. Пытливому уму такая ссылка должна показаться неубедительной.

В-четвертых , задайте интернету вопрос: «Кто все эти люди?». Под лейблом «ученые» в СМИ могут появляться как подлинные сотрудники известных лабораторий, так и энтузиасты-любители, собирающие деньги на свое «революционное» открытие с помощью краудфандинговых платформ.

В-пятых , найдите оригинал. Из абстракта (краткого изложения сути статьи) часто бывает понятно, что именно ученые доказали и какими методами. Да, подписка на очень многие журналы — платная. Но есть сайты PubMed и Google Scholar, позволяющие выполнять поиск по текстам научных публикаций.

Вопреки стереотипам наука не может дать нам стопроцентной гарантии чего бы то ни было. Не может жирной, нестираемой линией отделить истину от всего остального. Но она может максимально приблизиться к истине за счет множества повторяющихся, проведенных в разных частях земного шара экспериментов, результаты которых постепенно будут сходиться в одной точке. Примерно. С определенной вероятностью.

Родители и учителя, которые много читают вслух и обсуждают прочитанное с детьми, ускоряют и стимулируют их (детей) умственное развитие.

Нейроны в мозгу образуются в течение всей жизни, в отличие от распространенного ранее мифа о том, что нервные клетки не восстанавливаются.

Для того, чтобы это образование происходило, надо постоянно “нагружать” свой мозг, получая новые впечатления.
У левшей и владеющих двумя руками одинаково людей мозолистое тело в головном мозгу в среднем на 11 процентов больше, чем у правшей.

Мозолистое тело – это особое образование, состоящее из 200-250 миллионов нервных волокон, соединяющих левое и правое полушарие – своеобразная шина данных.

Головной мозг растет в размерах в среднем до 18 лет.

Если ребенок находится в окружении, стимулирующем развитие, он в дальнейшей жизни будет на 25% лучше усваивать информацию. И наоборот, примитивная среда обитания на те же 25% снижает обучающие способности.

Мозг творческого человека работает в особом режиме, в отличие от техногенного “сухаря”

В Нью-Йорке было проведено интересное исследование, согласно которому студенты, исключившие из своего пищевого рациона продукты с искусственными ароматизаторами и консервантами, имеют в среднем на 14% выше IQ, чем их менее придирчивые товарищи. Тут, правда, непонятно – то ли повышенный IQ вызвал неприятие синтетической пищи, то ли отсутствие ароматизаторов вызвало повышение IQ. Хочется верить, что второе.

Мозг человека имеет врожденное стремление к познанию, то есть любознательность. Но при отсутствии стимуляции это стремление быстро исчезает, уступая место скуке.

Еще одно исследование показало, что изучение новых вещей и явлений приводит к быстрому изменению структуры мозговой активности, причем уже через неделю обучения.

Музыка улучшает обучаемость. Наиболее эффективна легкая фоновая мелодия, особенно классическая музыка.

В мозгу есть два миндалевидных тела (по одному в каждом полушарии), которые “отвечают” за нашу способность читать лица окружающих и понимать, как они себя чувствуют.

Способность к обучению и запоминанию называется декларативной памятью, в отличие от непосредственно воспоминаний она “находится” в другой части мозга.

Запах позволяет лучше усваивать знания. Исследование показало, что совмещение обучения с некоторыми ароматами улучшает процесс запоминания.

Каждый раз, когда вы что-то вспоминаете, в мозгу образуется новая связь.

Память сильно связана с ассоциациями, поэтому ассоциативный способ обучения весьма эффективен. Ассоциации – связи между различными явлениями, понятиями и так далее.

Считается, что мозг упорядочивает воспоминания во время сна.

Недостаток сна ухудшает способность к запоминанию.

Краткосрочная память связана с кратковременными электрохимическими взаимодействиями в мозгу, а долговременная – с изменением структуры связей между нейронами.

Каждый раз, когда мы моргаем, наш мозг “запоминает” картинку, и держит ее до того момента, как начнет поступать новая зрительная информация.

Если бы не было этого явления, то при моргании нам бы заново приходилось рассматривать окружающее.

Казалось бы, что может быть проще, чем смех? Оказывается, этот процесс требует активности как минимум пяти областей мозга – левой части коры головного мозга, анализирующей фразу и разбирающей ее на части. После в дело вступает обширная часть лобной доли, ответственной за социальное поведение. Далее правое полушарие анализирует смысл шутки, “въезжает” в нее. Потом Срабатывает затылочная доля обрабатывает визуальные сигналы, или как окружающие реагируют на шутку. И наконец, двигательные области мозга подают сигнал на соответствующие мышцы, вызывая характерные звуки

До сих пор не известно точно, зачем мы зеваем, и почему зевота так заразительна. По одной из гипотез, ранее зевание было чем то вроде социального ритуала, поэтому в подсознании у нас срабатывают наиболее глубокие участки, вызывая зевание и “отвечая” на зевание окружающих.

Со временем функция зевания стала чисто декоративной, превратившись в рудимент.

В Гарварде есть банк мозгов, где хранится более 7000 экземпляров человеческого мозга для исследования.

Диснеевские мультфильмы являются наглядной демонстрацией различных нервных расстройств – герои в них часто храпят, видят кошмары и ходят во сне.

Подсчитано, что человек в среднем думает 70 тысяч мыслей ежедневно.

Древнегреческий философ Аристотель считал, что мышление и сознание находятся в сердце.

На работу мозга влияет множество факторов, даже гравитация. Установлено, что в условиях невесомости характер взаимодействия нейронов в мозгу изменяется.

В драмах Шекспира слово “brain” (мозг) встречается 66 раз.

Археологи обнаружили доказательства того, что примитивные операции на мозге производились в 2000 году до нашей эры. Они, правда, ограничивались проделыванием отверстий в черепе для снижения внутричерепного давления.

Мозг на три четверти состоит из обыкновенной воды.

Мнение о том, что мы используем 10% от возможностей своего мозга – миф. Даже при сравнительно простой активности задействуются все его области.

Средний вес человеческого мозга – 1300 грамм

Мозг обрабатывает болевые сигналы от многих тысяч болевых рецепторов, но при этом сам не имеет клеток, чувствительных к боли, поэтому не “чувствует” ее.

Нейробиология - наука, изучающая устройство, функционирование, развитие, генетику, биохимию, физиологию и патологию нервной системы. Изучение поведения является также разделом нейробиологии.

За рубежом, а в последние 5-6 лет также и в России всё чаще используется альтернативный термин «нейронаука» (neuroscience), в основном в связи с тем, что нейробиология всё сильнее проникает в сферы психологии и другие науки. В результате возникли прикладные нейронауки. Тем не менее, в России большинство представителей нейронауки - по-прежнему выпускники биологических факультетов.

Изучение человеческого мозга является междисциплинарной наукой и включает в себя много уровней изучения, от молекулярного до клеточного уровня (отдельные нейроны), от уровня относительно небольших объединений нейронов, до больших систем, таких как кора головного мозга или мозжечок, и на самом высоком уровне нервная система в целом.

Темами нейробиологии являются:

деятельность нейротрансмитеров в синапсах;
как гены способствуют развитию нервной системы в зародыше и в течение жизни;
деятельность относительно простых структур нервной системы;
структура и функционирование сложных нервных цепей - восприятие, память, речь.

Мозг революции

Марина Муравьёва, STRF.ru

Для наук XXI века исследования мозга и природы разума будут играть такую же объединяющую роль, какую сыграло для наук прошлого века изучение генов и наследственности. За нейрокогнитивными технологиями будущее, утверждают многие известные учёные. Однако шестая технологическая революция, с которой они связаны, уже подступает…

Нейробиология займёт главное место среди наук XXI века, заявил на Научной сессии МИФИ-2009 (26-30 января, Москва) заведующий лабораторией нейробиологии памяти Научно-исследовательского института нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН, член-корреспондент РАН и РАМН Константин Анохин. В своём докладе он представил обзор наиболее заметных исследований мозга.

Последнее десятилетие прошлого века было объявлено конгрессом США и Евросоюзом декадой исследования мозга. Фонд Кавли, названный в честь норвежского физика и промышленника, учредил премию, которая вручается за достижения в трёх ведущих научных областях: астрофизике, нанонауках и науках о мозге.

Представители фонда полагают, что в отмеченных областях науки произойдут наиболее крупные открытия XXI века. Данная премия в некоторой степени сопоставима с Нобелевской - как по размеру (составляет миллион евро), так и по значимости. Награды первым лауреатам вручал норвежский король летом 2008 года.

Немецкий физик Кристоф Кох, один из ведущих специалистов в области нейробиологии сознания, как-то сказал, что мы живём в уникальный период истории науки, когда реальностью становятся технологии, позволяющие выяснить, как деятельность объективного мозга приводит к появлению субъективного разума.

Долгое время мозг изучали как обычный орган, а то, как он генерирует мысли и регулирует поведение, не было объектом серьёзных исследований. Сейчас данное направление становится центральной линией для работающих в этой области учёных. Более того, любые исследования когнитивных процессов рассматриваются через изучение принципов работы мозга.

Нейрокогнитивные технологии неслучайно называют технологиями будущего. Понимание принципов работы мозга приведёт к следующей научно-технологической революции, утверждают многие видные учёные. А некоторые эксперты связывают с ними шестую волну технологического развития, которая начнётся с 2010 года и завершится в 2060-м.

Прогнозы учёных были положены в основу известного отчёта о конвергентных технологиях NBIC, подготовленного несколько лет назад Национальным научным фондом США и американским министерством экономики. В отчёте говорится, что из четырёх областей (N - нано, B - био, I - инфо и C - когно) когнитивные технологии являются наименее зрелой, но при этом самой многообещающей сферой: их развитие может иметь наиболее заметные последствия для общества в целом.

Ещё в 1998 году, до появления американского отчёта, Михаил Ковальчук предложил собственную идеологию объединения тех же четырёх областей знания. Так что Россия в этом направлении не отстаёт от Запада. Сейчас в возглавляемом им Курчатовском институте организуется Центр конвергентных технологий, где когнитивные исследования будут развиваться в тесном взаимодействии с работами в области клеточной и молекулярной биологии, биотехнологии, физики, химии, нано- и информационных технологий.

Мы живём в уникальный период истории науки, когда реальностью становятся технологии, позволяющие выяснить, как деятельность объективного мозга приводит к появлению субъективного разума.

«Для наук XXI века изучение мозга и разума будет играть такую же объединяющую роль, какую сыграло для наук прошлого века изучение генов и наследственности, - подчеркнул в своём выступлении Константин Анохин. - Расшифровка ДНК связала большое количество дисциплин: микробиологию, иммунологию, биологию развития, нейробиологию.

Ожидается, что исследование мозга также объединит многие науки, в том числе социальные и общественные, а кроме того послужит цементирующим фактором для создания новых технологий».

К наиболее перспективным направлениям исследований в области изучения мозга, по мнению Константина Анохина, относятся: нейробиология памяти, нейробиология интеллекта и нейробиология сознания. О памяти

В изучении процессов памяти был достигнут большой прогресс. Выявление механизма, благодаря которому клетки способны надолго запоминать информацию, стало основой для разработки различных методов и препаратов, используемых для регуляции памяти.

Вместо психотропных веществ, которые влияют на процессы передачи нервных импульсов и в той или иной степени способны изменять восприятие, эмоции, поведение человека, учёные начали создавать ноотропные лекарства, которые оказывают избирательное действие на внутриклеточные механизмы запоминания информации.

Таким образом данные препараты могут служить мягкими модуляторами процессов запоминания. Многие учёные придерживаются того мнения, что в перспективе препараты, специфически улучшающие свойства памяти, станут применять не только больные с нарушенной памятью, но и люди разных возрастных категорий с ослабевающей памятью.

«Крупнейшие нейробиологи мира прогнозируют, что через несколько лет таблетки для стимуляции памяти могут оказаться такими же привычными для здоровых людей, как витамины», - отметил Константин Анохин.

В разработке ноотропных лекарств Россия занимает сильные позиции в мире. Так, осенью 2008 года отечественный препарат «Димебон» был продан зарубежной компании за 750 миллионов долларов.

Ещё одно направление нейробиологии памяти связано с разработкой нейрочипов, имплантируемых в головной мозг. Это может показаться фантастикой, но уже сейчас проводятся серьёзные исследования. Например, группа Теодора Бергера, известного нейробиолога из Университета Южной Калифорнии, занимается созданием электронного гиппокампа для замены повреждённого.

Как известно, гиппокамп отвечает за перекодировку информации из краткосрочной памяти в долговременную. Предполагается, что такой микрочип, внедрённый в мозг, сможет выполнять те же функции. Авторы планируют в следующем году имплантировать чип в мозг крысы, через два года - обезьяны, а к 2015 году - и в мозг человека.

Об интеллекте.

Учёные, которые занимаются нейробиологией интеллекта, исходят из того, что по эффективности мозг превосходит ныне существующие адаптивные искусственные системы: по разным подсчётам, в миллион или миллиард раз. Правда, по формальным показателям, количество вычислений, которые производит современный компьютер, уже приближается к количеству «вычислений» в мозге.

В настоящее время учёные пытаются применить принципы работы нервной системы для адаптивного управления в искусственных устройствах. Один из ведущих исследователей в данной области, американец Стив Поттер, попробовал несколько лет назад создать нейрогибридный интеллект. Он сделал робот, который управляется не набором микросхем и с помощью программного обеспечения, а несколькими тысячами нейронов, взятых из крысиного мозга.

Для управления роботом Поттер использовал микроэлектронные подложки в виде пластин с энным количеством электродов. На каждой такой подложке он выращивал культуру нервных клеток, из которых далее образовывалась сеть. В ходе экспериментов оказалось, что в создаваемых условиях клеточные культуры проявляют свойства самоорганизации.

«Поттеру удалось добиться, чтобы эти культуры жили около двух лет, - пояснил Константин Анохин. - Но такие гибридные устройства не могут полностью заменить искусственный интеллект. Поэтому учёные пытаются определить, как работает реальная нервная сеть, чтобы симулировать её деятельность в искусственных условиях».

Один из лидеров в этом направлении - компания IBM. Её специалисты совместно с учёными из Института мозга и разума Швейцарской высшей политехнической школы (Лозанна) проводят исследования по симуляции коры головного мозга на суперкомпьютере.

В ноябре 2008 года компания начала проект по разработке новых принципов вычислений, основанных на принципах работы нервной системы. Выходя на этот уровень моделирования искусственного интеллекта и создания вычислительных систем новейшего поколения, авторы полагаются на успехи в нейро- и нанонауках, а также на развитие суперкомпьютеров.

Проект компании IBM позиционируется как разработка принципиально новой компьютерной архитектуры, которая через год-два будет сопоставима по своим возможностям с интеллектом крысы.

О сознании.

Нейробиология сознания - для учёных самая сложная, гроссмейстерская задача, отметил Константин Анохин. В практической плоскости целью таких исследований является создание прямых нейронных «мозгомашинных» и «мозгокомпьютерных» интерфейсов.

В своей работе учёные опираются на феномен специализации клеток мозга, суть которого в том, что даже рядом расположенные мозговые клетки могут иметь совершенно разную связь с когнитивными аспектами поведения.
Описал этот феномен российский учёный Вячеслав Швырков в 1970-е годы, а позднее американские нейрофизиологи и нейрохирурги во главе с Уильямом Фреем доказали его экспериментально.

У пациентов, страдающих эпилепсией, которым в терапевтических целях в мозг были имплантированы микроэлектроды, регистрировали работу отдельных нервных клеток. Когда им показывали сотни разных фотографий, выяснилось, что в передней области гипоталамуса клетки очень специализированы. Например, у одного пациента наблюдалась активация определённого нейрона в момент узнавания изображения актрисы Холли Берри.

Причём пациенту предъявлялись её снимки в той или иной одежде, в различных ролях, карикатуры и даже кадр, на котором была просто надпись «Холли Берри» на экране компьютера. При взгляде ни на чьи другие фотографии данный конкретный нейрон не реагировал. При этом соседний с ним нейрон у того же пациента активизировался только на образ матери Терезы.

Для объяснения принципов организации сознания нельзя использовать какие-то усредняющие сигналы. Если бы учёные умели быстро и эффективно определять «специализацию» клеток мозга и могли управлять ими, то получили бы ключ к исследованию субъективных процессов в сознании человека.

Подобные исследования, по мнению Константина Анохина, свидетельствуют о том, что для объяснения принципов организации сознания нельзя использовать какие-то усредняющие сигналы. Если бы учёные умели быстро и эффективно определять «специализацию» клеток мозга и могли управлять ими, то получили бы ключ к исследованию субъективных процессов в сознании человека. «Такие технологии постепенно развиваются и за ними определённо будущее», - отметил г-н Анохин.

Наибольшую известность в области разработки «мозгомашинных» интерфейсов получил эксперимент американского нейробиолога Мигеля Николелиса. Внедряя в мозг обезьяны несколько электродов, учёный добился поразительной синхронизации движения настоящей руки животного и её роботизированного аналога. Стоило мартышке сжать в своей руке игрушку, как рука робота в точности повторяла её жест.

В мозг человека электрод, выполняющий аналогичную функцию, вживили в 2005 году. Это сделала группа учёных во главе с Джоном Донахью, известным физиологом из Университета Брауна (США) и основателем компании Cyberkinetics. Пациенту, парализованному после инсульта, прямо в мозг ввели микроэлектроды, при помощи которых компьютер измерял электрические импульсы его мозга и преобразовывал их в команды для управления курсором.

Больной представлял, что двигает правой или левой рукой, и курсор на экране монитора перемещался в ту или иную сторону. Функциональность устройства навела учёных на мысль попробовать изготовить механические протезы, управляемые мозгом посредством вживлённых в него электродов.

Дальнейшие исследования в этом направлении связаны с достижением большей точности в регистрации деятельности нервных клеток. Решение данной задачи, в свою очередь, напрямую зависит от развития новых технологий, в первую очередь в области нано. В частности, отметил Константин Анохин, сейчас разрабатываются «специальные наноэлектроды, которые способны существовать в нервной системе несколько лет без потери эффективности сигнала».

, психогенетики . Важным направлением когнитивной нейробиологии является изучение людей, имеющих нарушения психической деятельности вследствие повреждений головного мозга.

Связь строения нейронов с когнитивными способностями подтверждается такими фактами, как увеличение количества и размеров синапсов в мозге крыс в результате их обучения, уменьшение эффективности передачи нервного импульса по синапсам, наблюдаемое у людей, страдающих болезнью Альцгеймера .

Одним из первых мыслителей, утверждавших, что мышление осуществляется в головном мозге, был Гиппократ . К девятнадцатому веку такие учёные, как Иоганн Петер Мюллер предпринимают попытки изучить функциональную структуру головного мозга в аспекте локализации мыслительных и поведенческих функций в отделах головного мозга.

Приемы и методы

Томография

Структура мозга изучается при помощи компьютерной томографии , магнитно-резонансной томографии , ангиографии . Компьютерная томография и ангиография имеют меньшее разрешение при отображении мозга чем магнитно-резонансная томография.

Исследование активности зон мозга на основе анализа метаболизма позволяет осуществить позитронно-эмиссионная томография и функциональная магнитно-резонансная томография .

Позитронно-эмиссионная томография сканирует повышенное потребление глюкозы в активных участках мозга. Интенсивность потребления вводимой радиоактивной формы глюкозы рассматривается как параметр более высокой активности клеток данного участка мозга.
Функциональная магнитно-резонансная томография сканирует интенсивность потребления кислорода . Кислород фиксируется в результате приведения частиц атома кислорода в сильном магнитном поле в нестабильное состояние. Преимуществом данного вида томографии является большая временна́я точность по сравнению с позитронно-эмиссионной томографией - возможность фиксировать изменения длительность которых не превышает нескольких секунд.

Электроэнцефалограмма

Отделы головного мозга и психическая деятельность

Передний мозг

Кора больших полушарий играет важнейшую роль в психической деятельности. Кора головного мозга выполняет функцию обработки информации полученной через органы чувств, осуществление мышления, другие когнитивные функции. Кора головного мозга функционально состоит из трех зон: сенсорная, моторная и ассоциативная зоны. Функция ассоциативной зоны связывать между собой активность сенсорных и моторных зон. Ассоциативная зона, предполагается, получает и перерабатывает информацию из сенсорной зоны и инициирует целенаправленное осмысленное поведение. Центр Брока и область Вернике расположены в ассоциативных зонах коры. Ассоциативная зона лобных долей коры головного мозга, предполагается, ответственна за логическое мышление, суждения и умозаключения осуществляемые человеком.

Лобная доля коры больших полушарий - планирование, контроль и выполнение движений (двигательная (моторная) область коры больших полушарий - прецентральная извилина), речь, абстрактное мышление, суждение.

Искусственное стимулирование моторной области коры больших полушарий обуславливает движение соответствующей части тела. Контроль движения части тела контралатерально соответствующей зоны моторной области коры больших полушарий ответственной за движение этой части тела. Верхние части тела контролируются более нижележащими частями моторной области коры больших полушарий.

Теменная доля коры головного мозга - соматосенсорные функции. В постцентральной извилине заканчиваются афферентные пути поверхностной и глубокой чувствительности . Развитие моторных и чувствительных функций коры головного мозга определило большую площадь тех зон которые соответствуют частям тела, наиболее значимым в поведении и получении информации из внешнего мира. Электростимулирование постцентральной извилины обуславливает чувство прикосновения в соответствующей части тела.

Затылочная доля коры головного мозга - зрительная функция. Волокна по которым поступает зрительная информация в кору головного мозга направлены как контралатерально так и ипсилатерально.(Зрительный перекрест Optic Chiasm)

Височная доля коры головного мозга - слуховая функция,

Средний мозг

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Когнитивная нейробиология" в других словарях:

Нейробиология наука, изучающая устройство, функционирование, развитие, генетику, биохимию, физиологию и патологию нервной системы. Изучение поведения является также разделом нейробиологии. За рубежом, а в последние 5 6 лет также и в России… … Википедия

- (когнитивная наука) (лат. cognitio познание) междисциплинарное научное направление, объединяющее теорию познания, когнитивную психологию, нейрофизиологию, когнитивную лингвистику и теорию искусственного интеллекта. В… … Википедия

- (англ. Applied Neuroscience) междисциплинарные научные направления нейронауки с другими науками, имеющие теоретическое и практическое значение. Быстрое развитие в настоящее время получила нейронаука (англ. Neuroscience), поскольку она существенно … Википедия

Логотип трансгуманизма (один из вариантов) Трансгуманизм (от лат. trans сквозь, через, за; лат. humanitas человечность, humanus человечный, homo человек) изменение и развитие человечес … Википедия

Пример управления с помощью однонаправленного нейро компьютерного интерфейса Нейро компьютерный интерфейс (НКИ) (называемый также прямой … Википедия

Мозговой имплантат потенциальное возможное устройство, вводимое в полость черепа и осуществляющее взаимодействие с головным мозгом человека. На нынешнем техническом уровне человеческой цивилизации не представляется возможным полноценного… … Википедия

Дисциплина лежащая на стыке нейробиологии и биомедицинской инженерии и занимающаяся разработкой нейронных протезов. Нейронные протезы являются устройствами, которые могут восстанавливают двигательные, сенсорные и когнитивные функции, которые… … Википедия