У осьминогов нашли разные стадии сна: спокойную и активную, которые могут быть похожи на nonREM и REM сон у млекопитающих! Еще рано проводить аналогии, но осьминоги наверняка приобрели такую черту независимо.

Их снимали на камеру во время сна, а чтобы убедиться, что это сон - показывали видео с крабом (которого осьминог не игнорировал бы, если бы не спал) или легонько постукивали по авкариуму.

В стадии быстрого сна (REM, rapid eye movement) у млекопитающих двигаются глаза, а осьминоги меняют цвет в активной стадии (и глаза тоже двигаются). Это очаровательно, посмотрите видео вот тут:
https://www.sciencemag.org/news/2021/03/octopuses-humans-sleep-two-stages

А еще больше видео сладко дремлющих осьминогов в самой статье
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(21)00191-7

К реальным новостям. 31 марта Quanta Magazine написали про «ксеноботов» — мобильные самоорганизующиеся кластеры клеток.

Биолог Майкл Левин и Дуглас Блэкистон воспользовались помощью ИИ-алгоритма, разработанным для подбора возможных сочетаний типов клеток, способных к организованному перемещению. Вооружившись клетками кожи и мышц эмбриона лягушки, они начали формировать кластеры по моделям, предложенным алгоритмом. Свое название ксеноботы унаследовали от африканского вида xenopus laevis.

Полученные клеточные машины сильно отличались по структуре и поведению от привычной для эмбрионов организации. От простых "самодвижных" форм машины постепенно (и уже без участия человека) эволюционировали до чего-то подобного амёбам или планктону. Большинство из них проявляет признаки неслучайного поведения: одни кружат на орбите вокруг частиц в воде, другие патрулируют по определенному маршруты; они также реагируют на присутствие друг друга.

Возможные выводы, весьма значительные для биологии в описании издания, позволяют исключить строго прескриптивистский сценарий развития организма. Вероятно, геном лягушки не содержит в себе какой-то исключительной инструкции по сборке тела, а скорее содержит в себе некое пространство вариантов, в котором лягушка вида xenopus laepis — один из возможных, но не единственный проект.

Одним из описанных в научной работе примером стало изъятие из эмбриона набора клеток и их последующая реорганизация. Изолированные клетки в отсутствие инструкций от соседних кластеров отрастили реснички, обычно используемые для удержания слизи. Но в этом эксперименте клетки использовали реснички для координированной гребли и перемещения. Такие клетки смогли даже перемещаться по лабиринтообразным структурами, вписываясь в повороты и не сталкиваясь со стенами.

В ходе другого эксперимента ученые исследовали возможные способы коммуникации клеток. "Ущипленная" клетка вырабатывала кальций, который вскоре начинал выделяться и в соседних клетках - так они общаются без налаженной нервной системы. Подобным образом, считают ученые, клетки сообщают друг другу необходимое место в общем строении тела. Левин называет целью клеток «инфотаксис» — стремление минимизировать количество неизвестности или "вероятность неожиданности". Лучшим способом для достижения этой цели является окружение себя своими же копиями, а остальные принципы (вроде стремления к минимальной площади поверхности кластера) определяются законами механики и геометрии. Так кластеры научились даже "сшиваться" в тело после располовинивания. Подобное поведение в наиболее экстремальном масштабе демонстрирует морской слизень elysia cf. marginata.

Писать я совсем не успеваю, хоть и есть о чем, зато за зиму умудрилась забежать ещё в один подкаст, где мы обсуждаем гипотезу о том, что люди так сильно поумнели благодаря уникальному развитию коннектома, которое оторвалось от тяжкого груза эволюции генов и пошло дальше, на встречу смекалистому и головастому homo sapiens. Хотя я и продолжаю отстаивать умы и способности животных, тут со мной никто в общем то и не спорил (:

Подкаст возвращается!

В третьем выпуске подкаста – журнального клуба “ОБЪЯСНЯТЬ И ПРЕДСКАЗЫВАТЬ” поговорили о коннектомe – о том, как он делает нас человеком (и делает ли на самом деле). Обсуждали новую статью Пьера Шанже и коллег “A Connectomic Hypothesis for the Hominization of the Brain”.

Разговаривали как всегда с психофизиологом Ильёй Захаровым, а также c нашими гостями: Любой Тупикиной – математиком прямиком из Франции и Мариной Слащевой – нейробиологом из солнечной Швеции.

Уникальны ли когнитивные функции человека?
Что такое мезоконнектомика?
Является ли эмерджентность объяснением?
Что первичнее – биология или психология развития?
Сбербанк – это мозг?
– вот некоторые из тем, которые мы затронули.

Смотрите на ютубе: https://youtu.be/-Bb9JP9Hafw
Слушайте на саундклауде: https://soundcloud.com/ivan-ivanchei/kak-konnektom-sdelal-iz-obezyany-cheloveka-obyasnyat-i-predskazyvat-vypusk-3
Яндекс.музыка: https://music.yandex.ru/album/13699461/track/80988982
Apple подкасты: https://podcasts.apple.com/ru/podcast/%D0%BE%D0%B1%D1%8A%D1%8F%D1%81%D0%BD%D1%8F%D1%82%D1%8C-%D0%B8-%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%81%D0%BA%D0%B0%D0%B7%D1%8B%D0%B2%D0%B0%D1%82%D1%8C/id1551470546?l=en#episodeGuid=tag%3Asoundcloud%2C2010%3Atracks%2F1029625831

Как незаметно засунуть кролика в шляпу и заставить зрителей поверить, что глотаешь лезвия? Нейробиолог Марина Слащева (@Blue_arrakis) устраивает сеанс черной магии с ее последующим разоблачением.

https://knife.media/neuromagic/

Сегодня у меня день рождения, поэтому я традиционно упомяну крутые каналы, которые вам стоит читать вместо меня. Без людей, которые ведут эти вещи, Telegram и рунет вообще были бы куда печальнее. Глупо горжусь тем, что такое появляется на русском языке.

Cemetery Partisan — изумительный канал о страшном, хонтологическом и забытом. Чудесный подкаст «Радио Моргана» и видеоблог Wicker Mag.

Yashernet — хочется сказать что-то в духе «если бы Pan Meditat вел действительно умный человек», но контент заслуживает большего, чем любое сравнение. Мор, подкаст Heresy Hub о крамольных идеях без скидок.

Artful Artform — Дарья Насонова рассказывает об архитектуре и видеоиграх (этот коктейль прямо the new black). Разбирается и в одном, и в другом. Было бы круто как-нибудь взять интервью.

Мясо — канал любимого мной Артемия Козлова о видеоиграх с настоящими исследованиями.

Don't Panic! — клиническая психология, но интересно и со всеми нужными ссылками. Никакой магии, только четкие формулировки.

Нейроэкзистенциализм — автор вкладывает какие-то чудовищные усилия в переводы, разъяснения и вот это вот все на тему мозга, сознания и поведения. Хотелось бы пожелать побольше читателей.

O blue — немного истории и много академической музыки (счастлив, что кто-то еще так же заслушивается Раутаваарой).

Blue Arrakis — нейронаука и наука вообще на грани фантастики. Здесь вы можете узнать про такие штуку как шум в нейронном коде, например.

Exit Existence — "философия и дурные книги". Книги, на самом деле, хорошие, философия настоящая.

Insolarance Cult — просветительский проект, посвященный философии и культуре. Да-да, еще один Pan Meditat, но хороший!

roguelike theory — Валентин Голев. Подписавшись на этот канал, окажетесь знакомы с Резой Негарестани через 7 рукопожатий. Нахожу потрясающим полуироничный манифест.

Happy New Years — если вам не хватает одной лишь Ферматы (вам не хватает), то вот еще один отличный канал про академическую музыку. Также ведут не менее чудесную Мясную Машину про музыку троглодитов и пещер.

That Exploded! music — тоже про музыку! В основном, приятную и с хорошими историями. В отличие от моего музыкального тупичка, ее можно слушать без вреда для психики.

Культурный — потрясающий и немного безумный в своем диапазоне агрегатор. Скорее всего, вы найдете здесь не один замечательный и преступно малоизвестный канал.

P.S. Любому автору очень важно и приятно получить любую поддержку. Необязательно поддерживать всех и сразу, бежать подписываться на патреон каждого из них, но никогда не стесняйтесь сказать автору "спасибо" лично или поделиться его работой с друзьями (да, алгоритмы умных лент прививают нам рефлекс шеринга моралистского порно и смешных видео, но всегда можно переломить тенденцию), это очень мотивирует делать штуки. Самое крутое, что вообще можно сделать вместе с автором — стать активным участником сообщества, а не пассивной "частью аудитории", и ценз в пару долларов или пару кликов — невысокая планка. А в остальном будьте здоровы, stay home, wash hands, drive safely.

P.S. Поддержать меня можно здесь.

Можем ли мы дожить до 200?

The New York Times выпустил приятную глазу, интерактивную карту с технологиями и разработками, которые потенциально могли бы продлить людям жизнь.
https://www.nytimes.com/interactive/2021/04/27/magazine/longevity-timeline.html

Многие из них направлены не на фундаментальные пути побороть старение, а скорее на борьбу с заболеваниями, которые убивают больше всех - рак, сердечно-сосудистые заболевания, деменции, ожирение, ну или вовсе на неожиданные вещи, типа “больше акушерок по всему миру”, потому что роды убивают. Точно советую поскролить, но перескажу самые увлекательные.

Ближайшие 0 - 5 лет:
- Ожирение может снижать продолжительность жизни на 10 лет, семаглутид применяется при диабете 2 типа и может быть одобрен для потери веса
- “Нормализация” ношения масок - может способствовать снижению смертей от гриппа (вероятно и от других инфекционных заболеваний, передающихся по воздуху)
- Секвенирование и изучение геномов долгожителей (старше 110 лет) поможет обнаружить генетические маркеры такого аномального (в настоящий момент) долголетия
- Стимуляция мозга с помощью световых или звуковых стимулов определенной частоты может помочь бороться с Альцгеймером (когда-то я писала про эти удивительные исследования, а сейчас идут клинические испытания)
- мРНК вакцины против рака. Как раз наступило время мРНК вакцин (я имею ввиду вакцины Pfizer и Moderna от ковида), а между тем немецкий стартап BioNTech, разработавший вакцину для Prizer, как раз и занимался в первую очередь разработкой мРНК вакцины от разных типов рака

5 - 10 лет
- США разрабатывают законопроект, предлагающий устанавливать во все новые машины анализаторы дыхания - алкозамки - чтобы завести машину, водитель должен “подышать в трубочку”. В Швеции такие устанавливают водителям, которые уже попались пьяными за рулем
- Редактирование генома с помощью CRISPR для определенных заболеваний
- Глубокая стимуляция мозга для предотвращения переедания, а следовательно и ожирения (тут нам повезло в том, что ученые нашли маленький район мозга, постимулировав который можно отбить непреодолимое желание двинуть к холодильнику ночью - надо еще научиться декодировать прямо из мозга это самое желание)
- Симуляция “молодой” крови - добавить чего-то в плазму крови, чтобы организм думал, что кровь у вас - как у 20тилетнего
- Продвижение образования! Казалось бы, неожиданно, но только к 2030-му году ООН обещает обеспечить всех детей в мире младшей и средней школой. Потому что образование очень прямо коррелирует с продолжительностью жизни
- Персональный микробиом. Микробиом есть везде, но так как речь преимущественно о кишечнике, пусть будет “персональный фекальный трансплантат”

10 - 20 - 50 -100 лет - тут все резко становится абстрактнее и скучнее: сделать дизайнерские гены, побороть туберкулез, малярию и альцгеймер, остановить эпигенетические часы, вырастить органы в пробирке (или, что куда реалистичнее, в свинке), сделать роботов-хирургов. Побороть бедность (потому что она убивает - как и роды ;) Это вам не фантасты 20-х годов, вообщем, либо автору надоело искать что-то более интересное.

Бонус: попался термин “health span” - по аналогии с английским “life span” (продолжительность жизни) означает “продолжительность здоровья” и имеет весомый смысл - если мы пока уперлись в технологическое ограничение по продолжительность жизни, то явно не по продолжительности здоровья, так как зачем жить 150 лет, если здоровье угасает в 65 (сильно зависит от того, где удалось родиться)?

Модели разума

В марте вышла научно-популярная книга “Модели разума: как физика, инженерия и математика сформировали наше понимание мозга” Грейс Линдсэй - про теоретическую нейробиологию (на английском). Мой предзаказ из британии прочно застрял на границе после брекзита, так что я не удержалась и, чувствуя на это моральное право, спиратила книгу - я была в полном восторге уже после трех глав!
https://www.bloomsbury.com/us/models-of-the-mind-9781472966421

Каждая глава посвящена попыткам математики или физики смоделировать какой-либо процесс в нейробиологии, отдел мозга или даже отдельный нейрон. А самое крутое, что автор рассказывает не просто про идею в вакууме - вот, к примеру есть перцептрон и его работа похожа на нейрон - но и всю предысторию идей, которые привели к моделям мозга в таком виде, которыми мы сейчас их знаем. В случае нейронных сетей история начинается с трактата “Principia Mathematica” Уайтхеда и Рассела, пытающихся свести всю математику к логическим операциям, после чего появилась модель Маккалока-Питтса, показавшая, что нейроны могут производить сложные вычисления, пользуясь простой бинарной логикой. Их модель была дискретной, то есть нейроны принимали только значения 0 и 1. И уже позже появился перцептрон, получивший преимущество в вычислениях за счет более гибких недискретных весов. Причем Розенблатт рекламировал перцептрон так, как будто он уже построил мозг, который - еще чуть-чуть - и сможет решать все проблемы человечества, пока Марвин Минский не показал ограничения перцептрона, и вскоре появились многослойные нейронные сети. Совсем другая история (и глава) - про сверточные нейронные сети, которые довольно успешно используются в нейробиологии для моделирования зрительной системы и в особенности ее иерархической обработки зрительных стимулов.

Но нейронные сети - это мейнстрим, и в книге гораздо больше клевых тем, типа сетей с аттракторами, моделей сбалансированного возбуждения и ингибирования в мозге, теории информации, теории графов, байесовской статистики и моделей принятия решений, включая reinforcement learning.

Мой личный бонус - я наконец-то поняла значение термина “unconscious inference” - всегда, когда я его встречала раньше, он мне казался настолько абстрактным и замыленным, что за этим терялся смысл. Так вот, термин придумал Гельмгольц еще в 19 веке, заметив одну особенность восприятия - какие-то вещи в окружающем мире могут казаться неоднозначными - из-за освещения, перспективы или чего-то еще. Но мозг должен как-то быстро схлопнуть все пространство возможностей и интерпретировать, что он видит перед собой, чтобы затем быстро действовать. Преимущественно это происходит бессознательно, поэтому и unconscious inference. Этот термин описывает весь процесс, начиная с того, как неоднозначная информация поступает в сенсорные отделы мозга, обрабатывается и передается дальше, по ходу мозг отфильтровывает лишнее, и в итоге приходит к самому вероятному объяснению воспринятого.

Вообще эта весна богата на хорошие нейробиологические релизы. Только что вышла книга Марка Хамфрис “The Spike” (у него крутой одноименный блог), которой удалось прорваться ко мне через границу и я уже начала читать - это история того, что происходит в мозге за 2.1 секунды с момента того, как он замечает печеньку на столе, принимает решение схватить ее и генерирует действие
https://press.princeton.edu/books/hardcover/9780691195889/the-spike

А в июне выходит “Projections” отца оптогенетики Карла Дессеройта, и ее я жду с большим нетерпением, так как сейчас я как раз занимаюсь поиском анатомических связей между разными отделами мозга (мышиного)
https://www.penguinrandomhouse.com/books/600209/projections-by-karl-deisseroth/

Либеральный декалог Бертрана Рассела

#цитаты

Спит корова, спит бычок,
В огороде спит жучок.
И котенок рядом с кошкой
Спит за печкою в лукошке.

На лужайке спит трава,
На деревьях спит листва,
Спит осока у реки,
Спят сомы и окуньки.

И даже гидры спят! На кванте вышел отличный текст, который наверняка расширит ваши представления о том, что такое сон. Советую почитать в оригинале, но если не хочется, то я перескажу.
https://www.quantamagazine.org/sleep-evolved-before-brains-hydras-are-living-proof-20210518/

С начала двадцатого столетия как-то повелось в нейробиологии определять сон очень антропоцентрично (или скорее млекопитающе-центрично), по мозговым ритмам, для которых как минимум нужен довольно развитый мозг. Стадии сна стали отличать по разным частотам мозговых волн и их особым паттернам, что позволило отличить сон от комы или наркоза. При этом так и не было понятно, зачем нужен сон и как он эволюционировал (и до сих пор на 100 процентов не понятно) - ведь валяться в отключке треть всего времени, будучи подвластным всем ветрам и хищникам - это то еще удовольствие. Зато становилось понятно, что сон - это очень важная и фундаментальная штука.

В 70-х годах исследовательница по имени Ирэне Тоблер изучала сон у тараканов - очень неконформистский выбор по тем временам. Для этого нужно было найти какие-то универсальные критерии сна без измерения мозговых ритмов (ведь у тараканов мозг представляет собой грибообразное скопление примерно миллиона нейронов). Тоблер выделила следующие критерии: спящее животное не движется; его сложнее растормошить по сравнению с обычным отдыхом; спящее животное может занимать определенную позу, не характерную для бодрствования, или находить специальное местечко для сна; когда разбужено - ведет себя нормально, а не вяло. Но самым важным критерием оказался “sleep homeostasis” - сонный гомеостаз: если беспокоить животное во время сна, потом ему понадобится спать дольше (или сон будет глубже). Все эти критерии отлично примеряются на нас любимых, конечно же.

Как и любая неконвенциональная идея, Тоблер со своими спящими тараканами вызвала кучу недовольства и противостояния, но в итоге сон у насекомых был принят, а в настоящее время даже фруктовая мушка Дрозофила является общепризнанным объектом для изучения сна. Во многом - после серии ключевых открытий в регуляции циркадных ритмов, когда стало понятно, что гены, вовлеченные в работу циркадных ритмов, у млекопитающих и мушек вообщем-то сильно похожи.

А вот теперь сон нашли и у гидры - очень примитивного кишечнополостного животного, двухслойного мешка из клеток с диффузной нервной системой - то есть нецентрализованной сетью вычислений между нервными клетками. Все конечно знают, насколько разрушительна депривация сна. А если гидру лишить сна, то у нее прерывается нормальный цикл деления клеток - то есть она теряет витальные функции! У гидры при депривации сна нарушается регуляция некоторых генов, а среди них есть гены, вовлеченные в те же процессы и у людей. Это же потрясающе крипово, что потомки тех далеких генов гидры, как-то вовлеченных в регулировку сна, до сих пор работают и у нас, трудясь примерно на том же фронте!
https://advances.sciencemag.org/content/6/41/eabb9415

Все это намекает на то, что *сигналы сна в мозге это эпифеномен* (зачеркнуть) сон мог эволюционировать как метаболическая функция, не привязанная изначально к нервной системе, и уже потом функционал сна расширился и до сложных мозгов.

На кванте еще есть про сон у медуз и про то, как разбудить медузу и при этом не вызвать у нее сильный стресс. Ну и кто следующий (вернее, с эволюционной точки зрения - первый) спящий организм?

А на иллюстрации из Кванты таракан, как научно-популярно пересказал статью @erik_zhi, просыпается и идет на работу

Марина Слащева пишет, что спят даже тараканы, мухи и медузы. Но видят ли они сны? Вспоминаю по случаю недавнюю статью, где изложена новая гипотеза о предназначении снов и где самым интригующим мне видится последний абзац. В нем автор Эрик Хоэл проводит идею, что художественная литература и, возможно, искусство в целом могут быть поняты как суррогатные сновидения.

Не в поверхностном сравнении, мол, и то и другое есть вымышленные реальности, а именно что у сновидений и искусства с точки зрения физиологии мозга одна роль – помешать переобучению нейронной сети.

Сама гипотеза Хоэла, которую он излагает в статье, следующая: сновидения возникли как способ дать мозгу отличные от повседневного опыта стимулы, тем самым они вносят «инъекцию шума» в обученную во время бодрствования нейросеть. Примерно как с переобучением (overfitting) искусственных сетей борются инженеры, изредка подавая на вход чуть искаженные, рандомизированные данные (data augmentation).

В этой логике картины Босха, Ван Гога или Дали делают нечто похожее. Да, потребление искусства не заменит сна, он не сводится к сновидениям, но в какой-то мере оно так же выбивает мозг из наезженной колеи, и это полезно даже не для расширения кругозора и прочего, находящегося на уровне психики, а в главную очередь для базовых свойств сети нейронов – она попросту станет меньше ошибаться.

"… fictions, and perhaps the arts in general, may actually have a deeper underlying cognitive utility in the form of improving generalization and preventing overfitting by acting as artificial dreams". – The overfitted brain: Dreams evolved to assist generalization

«Живые электроды» для стимуляции мозга, еще одна нейротехнология, о которой я писал в разных местах, а здесь еще не было. Идея в том, чтобы роль проводящего кабеля выполнял пучок нервных волокон, вживленных в мозг извне. Авторы радикально решают проблему биосовместимости. Вместо того чтобы искать новые материалы, стремясь снизить иммунный ответ, они берут нервные клетки – ведь их отростки принимают и передают ПД.

“Живые электроды” не только совместимы с тканью, но и растут в ней, связываясь с клетками нужного типа. Сперва нейроны выращивают в полой трубке, далее ее имплантируют в выбранное место коры, вводят как обычный зонд. Часть трубки, что помещена внутрь головы, со временем рассасывается и остается лишь пучок аксонов – по нему можно отправить сигнал в мозг.

Нейроны можно вырастить из стволовых клеток, тогда организм примет их как своих. Можно их запрограммировать на синаптическую связь только с клетками определенного типа, что даст избирательность стимуляции. Можно придать живым электродам чувствительность к свету, заранее встроив ген светочувствительного белка. Тогда вспышка света запустит потенциал действия, и не нужно подводить ток.

Авторы так и сделали, использовали оптогенетику, публикация 2021 года. Протестировали на крысах, причем интерфейс работал в обе стороны: на стимуляцию и на запись.

Пока все это очень предварительное proof of concept, но направление верное. Электроника будущего, нацеленная на интеграцию с телом, неизбежно будет гибридной. И чем более совместимой, мягкой и неощутимой она будет становиться, тем больше в ней начнет проступать черт живого.

The Spike Марка Хамфрис [1]

Продолжаю читать нейро-новинки этого года и наконец закончила “The Spike: An Epic Journey Through the Brain in 2.1 Seconds” Марка Хамфриса, британского нейроученого, у которого есть крутой одноименный блог The Spike.

Если вы читали блог, то многие идеи в книге про вычислительные процессы в мозге вам покажутся знакомыми, но повествование в книге более упорядоченное. “Эпическое путешествие через мозг за 2.1 секунды” описывает то, что в нейробиологии называют сенсорно-моторной трансформацией (sensorimotor transformation) - процесс того, как мозг получает сенсорные стимулы извне, прогоняет их по иерархии отделов, обрабатывает и интегрирует информацию, составляет план действия и активизирует моторные зоны, ведущие к действию. Хамфрис всю книгу пишет про этот процесс на примере печеньки, лежащей на столе коллеги, которую ему хочется ухватить, выворачивая наизнанку все стечение событий от вожделения печеньки, проверки конкурентов, плана действия и получения желаемого. Сама сенсорно-моторная трансформация объясняется в любом классическом учебнике. В книге Хамфрис интересны как раз детали из системной и вычислительной нейробиологии, которыми он сам занимается и которые объясняет по ходу книги.

Хамфрис много пишет про “тайные” нейроны (dark в оригинале) двух типов. Первый тип практически не имеет активности - то есть это тихие нейроны, не генерирующие спайков или генерирующие их очень редко. В среднем по больнице каждый нейрон производит один спайк в секунду, но каждую секунду всего менее 10% нейронов активны. Это значит, что усреднение дает нам ложную картину - в действительности малая часть нейронов очень активна, а бОльшая часть нейронов молчит. Зачем нам все эти молчаливые нейроны? Может быть, когда мы тестируем животных в лаборатории и записываем активность их нейронов, мы просто не находим интересные стимулы, чтобы “завести” эти нейроны. А может, эти нейроны являются своеобразным резервом, который будет задействован мозгом в будущем для обучения новым вещам. Или на самом деле их минимальный уровень (несколько спайков в минуту) активности все таки способен кодировать информацию на уровне популяции, ведь если взять сотни-тысячи таких нейронов, то даже с помощью очень редких спайков они будут успешно кодировать информацию. С текущими технологиями проверить все эти гипотезы не так то просто, но все они могут быть частично верны.

Второй тип “тайных” нейронов ведет себя достаточно активно, но причисляется к “тайным” за то, что их активность никоим образом не соотносится со стимулами из окружающего мира. В стандартном эксперименте со зрительной корой все просто: показываешь зверю зрительный стимул (какие-нибудь полоски), записываешь активность нейронов и видишь, что некоторые из них активируются при появлении стимула, некоторые - при исчезновении, а некоторые активны на протяжении всего предъявления полоски. С 70х годов ученые выбирали такие нейроны и анализировали их работу. Но, оказывается, даже в зрительной коре полно активных нейронов, чья активность по отношению к стимулу кажется случайной. Они активны, когда хотят, их называют спонтанными. Если мозг - это большая связанная нейросеть, то что ими движет, если не стимул? Какая-то неизвестная нам внутренняя активность? Очевидно, такая в мозге имеется. На макроуровне описана сеть пассивного режима работы мозга (default mode network), которая активна, когда мы ничем видимым не заняты, но и на микроуровне нейроны постоянно жужжат, жужжат, жужжат - такая активность может быть необходима для стабильности всей сети и внутренней динамики, а возможно она еще и выполняет не совсем нам понятную роль кодирования на популяционном уровне, что опять же значит, что если мы будет рассматривать сотни нейронов как совокупную сеть, а не как отдельные единицы, то увидим совсем другую картину.

The Spike Марка Хамфрис [2]

(Продолжение)

Внутренняя динамика и постоянная активность кажутся очевидными вещами, как только мы начинаем воспринимать мозг не как коробку, которая, как камера фотоаппарата, ловит что-то из внешнего мира, а “изнутри”, как субстанцию с мощными внутренними моделями, которая постоянно предсказывает и моделирует внешний мир и лишь сравнивает свою модель с поступающими извне данными, периодически поправляя в ней ошибки.

На протяжении всей книги Хамфрис так или иначе говорит о “популяционной доктрине” - уже общепринятой идее в нейробиологии о том, что кодирование сигналов в мозге осуществляется не отдельными нейронами, а популяцией нейронов. Это обеспечивает надежность кодирования и способствует гибкости обучения. В этой парадигме он доходчиво объясняет, почему спайки (они же потенциалы действия) отдельных нейронов могут позволить себе быть ненадежными и в принципе один спайк одного нейрона в мозге ни к чему не приводит. Чтобы один нейрон активировался, ему нужно примерно в одно время получить сигналы от 100-200 других синапсов. На первый взгляд кажется, что это напрасный расход энергии, но на самом деле это позволяет лучше коммуницировать, отсеивать шум и проводить только относительно важные сигналы.

Одним словом, тут и спонтанная активность, и популяционная динамика, и предсказательное кодирование - все самое модное и актуальное в нейробиологии. А теперь главное предупреждение: Хамфрис пишет в очень вольном, улично-жаргонном стиле, плюет на формальную терминологию и не тормозит себя, когда его уносит в излишнюю метафоризацию. Если вы занимаетесь нейробиологией, вас может смутить такое обращение с научными понятиями. Если не занимаетесь - то можете увязнуть в таком уровне абстракции и ничего не понять. А если не очень уверенно владеете английским - затеряться в ноттингемских шутках и растерять все самоуважение. Так что читайте аккуратно, я предупредила!

P.s. Следующие на очереди - “How we learn” Станисласа Деана и “Projections” Карла Дессеройта, если я конечно слишком не залипну в темной башне

In Silico | A Human Brain Project Documentary

В открытом доступе появился документальный фильм In silico про Генри Маркрама и его детище. В 2009 году Маркрам запустил громкий Blue Brain Project и пообещал за 10 лет сделать полную модель человеческого мозга, а молодой автор фильма решил на протяжении 10 лет наблюдать за процессом. Все начиналось с детальной (bottom-up) модели десятков тысяч нейронов - нейроны симулировались в мельчайших подробностях, со всеми синапсами и ионными каналами, и работа началась с мышиной коры. Через пару лет Маркрам получил финансирование размером в миллиард долларов от европеского союза и Blue Brain перерос в The Human Brain Project, и Маркрама за его смелые идеи начали открыто критиковать и даже просить ЕС пересмотреть управление проектом. Всей области казалось, что это выбрасывание огромных денег вникуда и все конечно же завидовали

В фильме полно известных ученых, которые с разной степенью критицизма высказываются о Маркраме; от личных нападок до конструктивных замечаний о бессмысленности проекта. К примеру, если мы полностью, снизу вверх, смоделируем человеческий мозг, то можем получить такую же загадочную и неподдающуюся изучению и трактованию субстанцию, как и сам биологический мозг. Кристоф Кох выдает (как всегда) замечательные пассажи, что если симулировать сознание на компьютере, то это будет хоть и сознание, но все еще не такое же, как и если симулировать на компьютере черную дыру, то она не выскочит и не затянет вас. Кох, кстати, единственный высказывается о проекте исключительно с любознательной научной позиции, без негатива к Маркраму.

Но увы, годы идут, на экране видно, как Маркрам стареет от постоянных нападок, но не сдается, количество симулированных нейронов растет от 10 тысяч до 10 миллионов и до полной коры, но все еще мышиной. Маркрам начинает говорить, что 10 лет это конечно же условная дата для такой крупной затеи. А автор фильма постепенно охладевает к его энтузиазму.

Фильм любопытный, наблюдение за петушиными боями крупных ученых спускает на землю, становится видна и понятна конкуренция в науке. Одним словом, советую.

https://www.youtube.com/watch?v=kxBijdQvCcU

Оксид диазота может обладать антидепрессивным эффектом

Неожиданно оксид диазота, или веселящий газ, которым приторговывали на Думской, переходит на сторону добра. Вообще-то говоря этот газ используется в медицине для наркоза, но из-за его одурманивающего действия (всего-то секунд на 30) им любят упарываться подростки из воздушных шариков.

Веселящий газ может иметь антидепрессивный эффект, но в больших концентрациях он нейротоксичен. Свежая статья показывает, что можно снизить концентрацию в два раза, до 25% (по сравнению с предыдущей, потенциал которой исследовался при депрессии), и при вдыхании газа в течении часа антидепрессивный эффект не снижается.

Оксид диазота является антагонистом NMDA-рецепторов и в этом смысле стоит в ряду других диссоциативных анестетиков, таких как кетамин. Учитывая то, что кетамин тоже имеет быстрый антидепрессивный эффект, эти данные указывают на общий механизм терапии депрессии через NMDА-рецепторы.

Разумеется, не пытайтесь лечить депрессию шариками веселящего газа с Думской, можете поджарить себе мозги!

Нашел статью про улучшение когнитивных функций – но не про то, как будет прекрасен (или чудовищен, кто знает) мир, где каждый сможет стать гением, сходив в аптеку или засунув в голову нейроимплант. Текст о подводных камнях.

В статье пишут, что, как только люди значительно усилят свои когнитивные функции, сразу появятся издержки: когнитивные процессы конкурируют друг с другом – и усиливая одно, вы ослабляете что-то другое. В пример приводят рабочую память с её постоянной дилеммой «стабильность-гибкость». Невозможно одновременно улучшить оба аспекта, вы либо очень сосредоточены и ничего не замечаете вокруг, либо замечаете все, но ни черта не понимаете, либо делаете и то, другое, но очень плохо (ну, более-менее так). И в общем, разум и мозг наполнены такими ограничениями. Где-то это прямая конкуренция, где-то эффект бутылочного горлышка, где-то менее явные, но всё-таки значимые ограничения процессинга информации.

В статье ещё приводят наглядный пример с психостимуляторами. Они увеличивают умственную работоспособность, но, похоже, эффективно вырубают метакогниции (или делают метакогниции сверхстабильным, не реагирующими на новую информацию).

Второе ограничение: нелинейность эффекта. Чем лучше и точнее люди смогут в будущем улучшать свои когниции, тем чаще начнут сталкиваться с непредсказуемыми эффектами: со сложным сочетанием индивидуальных особенностей, дозировки и внешнего контекста, которые будут влиять на результат усиления.

Некий итог: авторы статьи не отвергают саму возможность когнитивного улучшения – скорее, они не верят в вариант из фильма «Области тьмы», где одна таблетка делает из вас мясную и универсальную версию AlphaGo. По мнению авторов, хорошие когнитивные усилители будут контекстно-зависимыми, то есть очень эффективными в одних ситуациях, но вредными в других. И нужно будет еще очень постараться, чтобы найти правильный контекст.

https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/1073858420945971

Дочитала "Как мы учимся" Станисласа Деана, впечатлилась, задумалась и написала длинный пост про книгу и пластичность мозга, который сюда не лезет, так что вот

https://telegra.ph/Kak-my-uchimsya-Stanislasa-Deana-08-25

Контроль разума и ткацкий станок

Читаю свежую книгу отца оптогенетики Карла Дейссерота “Projections” - книга огнище. Оказывается, Карл не только ученый, но еще и практикующий психиатр, который долгое время проработал в неотложке, куда стекаются самые сложные психиатрические кейсы.

Карл описывает историю пациентки с шизофренией, которая попала в неотложку после первого острого психоза и была принудительно госпитализирована. Один из симптомов шизофрении - это голоса в голове или острое ощущение, что вами управляет кто-то еще - инопланетяне, FBI, иноагенты (извините). Пациентке Карла казалось, что ее преследуют некие серые существа, а сосед установил спутниковую тарелку, чтобы лучше считывать ее мысли, и она, будучи инженером, начала разрушать стены своего дома, чтобы выстроить в них клетку Фарадея, которая защитила бы ее, а заодно ее мысли, от электромагнитного излучения.

Психоз успешно купировали, и в одной из бесед с Карлом пациентка, пытаясь примириться со своей новой реальностью, задается вопросом: почему конфабуляции и объяснения шизофреников всегда такие технологичные? Почему спутники? Может быть шизофрения это совсем не болезнь, а скорее реакция на повсеместные технологии вокруг? На это Карл отвечает, что ощущение внешнего контроля, сил, действующих издалека, были симптомом шизофрении задолго до появления спутников, радио и даже известных нам источников энергии. На следующий день он приносит пациентке распечатку изображения 1810 года под названием “Air Loom” (Воздушный Ткацкий Станок). На нем устрашающий ткацкий станок держит на нитях в воздухе мужчину Х. Автор рисунка - Джеймс Тилли Метьюс, пациент того самого Бедлама - лондонской психиатрической лечебницы, и, судя по всему, обладатель параноидальной шизофрении.

То есть при шизофрении чувство внешнего контроля настолько осязаемо, что в разные времена этот внешний контроль приписывали любой приходящей на ум устрашающей технологии.

Вероятная причина возникновения голоса в голове или чувства контроля в том, что в мозге происходит ошибка присвоения. В норме мы всегда (неосознанно) как будто бы задаемся вопросом - вот сейчас мои руки двигались - это я их двигал? и вообще это мои руки? А мысли - мои? Некоторые сети в мозге сравнивают активность нейронов и фидбек от органов чувств, не находят нестыковки и подтверждают - да, мои руки, я их двигал. При шизофрении такой фидбек (по каким-то причинам) может нарушаться и присвоения действий или мыслей себе собственному не происходит, но мозг пытается найти объяснение, explain it away и подхватывает любые нелепые и невероятные объяснения - будь то 5G, спутники, ткацкие станки, демоны или ангелы. (Про острую необходимость все объяснить и получить картину мира без изъянов и несостыковок можно много узнать, почитав про эксперименты с пациентами, у которых рассечено мозолистое тело - split-brain patients)

А Воздушный Ткацкий Станок даже воспроизвели в музее Бедлама!