11 июля 2016, 08:47
veter8 фактов о группах нейронов
8 фактов о группах нейронов, которые активируются в определенных ситуациях
Поведенческая специализация нейрона — это феномен, который может быть описан следующим образом: каждый раз, когда любой живой организм что-то делает, некоторые из нейронов, находящиеся у него в голове, начинают активироваться или генерировать потенциалы действия, то, что часто называют электрическими сигналами в мозге.
То, что наш мозг состоит из нейронов, было известно достаточно давно, как и то, что эти нейроны не всегда активны, а активны с какими-то определенными закономерностями. В начале 70-х годов появилась возможность изучать закономерности развития нейронной активности в реальном поведении живых организмов, то есть не тогда, когда они усыплены или мертвы, а тогда, когда они имеют возможность выполнять привычные виды действий или поведения или чему-то обучаются.
1. Нейроны места
Обнаружилось, что можно найти нейроны, активность которых четко коррелирует с выполняемым движением или действием у животных. Впервые феномен поведенческой специализации у нейронов был описан в начале 70-х годов. Тогда Достровским и О’Кифом были описаны так называемые «нейроны места». Эти исследователи показали, что, если выпустить животное в некое помещение, например посадить в коробку, оно, естественно, будет перемещаться в этой коробке. Но есть места, проход через которые вызывает активность определенных нейронов. Точнее, нельзя сформулировать, что проход через определенное место вызывает активность нейронов, точно так же нельзя сказать, что активность нейронов вызывает проход через определенное место. Этот феномен заключается в четкой корреляции между активацией нейрона и нахождением животного в определенном месте пространства. Эти нейроны получили название нейронов места. Точно так же можно описать подобные нейроны места у человека: если вы проходите по какой-то знакомой улице, находитесь в некой части города, то можно обнаружить нейроны, активность которых будет связана с теми или иными местами.
2. Феномены активности нейронов
Приблизительно в то же время, в начале 70-х годов, Ренком были описаны другие нейроны, связанные с разнообразными эффектами поведения животного. Например, он описал нейроны, которые активировались в тот момент, когда крыса, над которой он ставил эксперименты, пила воду из специальной поилки, и момент касания животного с этой поилкой был моментом, связанным с активацией определенных нейронов. С появлением технической возможности регистрировать активность нейронов в реальном поведении оказалось, что есть множество очень интересных феноменов связи активности нейронов с поведением. За любыми действиями, которые выполняют живые организмы, любыми навыками, которые у них есть, стоит активация определенных групп клеток. Если мы сидим, в этот момент у нас активируются группы, которые связаны именно с таким положением нашего тела.
3. Феномен проигрыша нейронной активности
Активность таких клеток позднее обнаружилась не только в момент выполнения действий, но и в какие-то другие моменты, которые могли бы быть названы «моментами ничегонеделания». Например, проводилась регистрация активности нейронов у животного, которое доходит до конца коридорчика, разворачивается, сидит неподвижно, прежде чем идти в обратном направлении, может быть, сидит и умывается. Оказалось, что в такие моменты происходит воспроизведение активности тех нейронных групп, которые были задействованы при выполнении тех видов поведения, которые оно выполняло до этого или будет выполнять после этого. Этот феномен был назван «replay», или «проигрыш или воспроизведение нейронной активности». Таким образом, оказалось, что есть нейронные группы, которые активируются не только в те моменты, когда мы выполняем действия, но и в промежутках между действиями.
На данный момент известно очень большое количество примеров поведенческой специализации нейронов не только у животных, но и у человека. Эксперименты на человеке возможны тогда, когда имплантация электродов в мозг обусловлена специальными медицинскими показаниями. В таких случаях появляется возможность регистрировать нейронную активность и с научными целями.
4. Нейроны Дженнифер Энистон
В 2000-х годах вышла серия интересных статей, в которых регистрация нейронов производилась у людей, которым предъявляли фотографии знаменитостей. Были обнаружены пациенты, у которых регистрируемый нейрон активировался только в тот момент, когда была предъявлена фотография Дженнифер Энистон. Эти эксперименты всколыхнули весь научный мир и околонаучное сообщество. Изначально исследователи подумали, что имеет значение то, как сделана эта фотография: голубой фон, на котором изображена Дженнифер Энистон, или какие-то другие физические характеристики этой картинки. Но повторное предъявление самых разных фотографий Дженнифер Энистон, снятой с разных ракурсов, с разными прическами и другими измененными деталями, показывало, что нейрон активировался вне зависимости от того, каким образом выглядит актриса. И стало понятно, что это некое абстрактное представление о Дженнифер Энистон. Далее на других фотографиях знаменитостей было продемонстрировано, что даже если просто показывать надпись, фамилию и имя знаменитости, то нейрон все равно активируется.
5. Нейроны гнезда у мышей
Похожие феномены были, к примеру, зарегистрированы у мышей. Естественно, им предъявляли не фотографии Дженнифер Энистон, а то, что для них имеет большее значение. Так, например, были продемонстрированы нейроны гнезда у мышей. Мышам давали небольшие крышечки разного размера. В некоторых из этих крышечках можно сделать гнездо. А некоторые слишком велики, чтобы восприниматься как гнездо. А некоторые, наоборот, слишком малы, и мышка там не поместится. Эти эксперименты довольно отчетливо показали, что животное, подходя к такой крышечке, которую оно идентифицирует как гнездо, демонстрирует, что есть нейроны, активность которых четко совпадает с этим моментом. Если при этом не терять регистрации того же самого нейрона, но предъявлять какую-то другую крышку, которая не является в ее понимании гнездом, то такой ситуации не будет. Авторы назвали свою работу «Нейроны концепции гнезда». То есть использовали слово «концепция» для описания каких-то человеческих свойств и возможностей у мышей.
6. На чем могут специализироваться нейроны
В каком-то смысле можно сказать, что феномен поведенческой специализации нейрона связан с определенными концепциями, образами и так далее. Но, с другой стороны, можно показать и более простые нейроны, которые будут связаны только с захватом какого-то объекта рукой, с просмотром фильма, с воспоминаниями о фильме.
Нельзя сказать, что есть нейроны памяти, а есть нейроны «не памяти», потому что все, что мы знаем и умеем, — это в каком-то смысле и есть наша память. А нейроны могут быть самые разные. Феномен поведенческой специализации связан с тем, что на всякое поведение можно найти свою группу нейронов. Интерпретация того, за что все-таки отвечает конкретная группа нейронов, гораздо сложнее, чем демонстрация активности какой-то группы клеток. Можно найти нейроны, активность которых будет связана и с действием, и с памятью о каком-то действии. В то же время можно найти и показать нейроны, активность которых будет связана, например, только с выполнением какого-то действия. Рассказ или декларирование того, что я умею выполнять то или иное действие, вполне вероятно может включать и какую-то иную группу нейронов.
Наличие такого феномена предполагает, помимо всего прочего, что, когда мы регистрируем активность группы отдельных нейронов в головном мозге, мы получаем возможность установить, что в данный момент делает живой организм, чью нейронную активность мы наблюдаем. Если мы не будем смотреть на сам живой организм, а только на активность его нейронов, и если мы установим, что активность определенных клеток связана с нахождением этого организма в определенном месте пространства или с выполнением определенного действия, то тогда мы сможем сказать, что он сейчас делает, куда идет, где находится.
По активности нейронов можно предположительно сказать, о чем думает человек. Для этого нам изначально требовалось бы установить, какие у него есть нейроны и с чем связана их активность. Если бы у нас была возможность регистрировать огромное количество клеток (а у нас 1011 нейронов), то мы могли бы установить, что одни нейроны активируются в каких-то одних видах поведения человека, а другие активируются в других видах поведения. Затем, наблюдая только за активностью его нейронов, мы могли бы сказать, что он проигрывает такой-то эпизод из своей жизни. Для такого утверждения есть экспериментальные данные.
7. Нейрон Симпсонов
Например, проходила регистрация нейронов у человека при просмотре отдельных видеосюжетов. Оказалось, что был зарегистрирован нейрон, активность которого возникала только в тот момент, когда пациент просматривал мультик про Симпсонов. Дополнительный интересный момент, который был зарегистрирован этими исследователями, заключался в том, что, когда пациента просили вспомнить видеосюжеты, которые он просматривал, и он называл несколько видеосюжетов, в какой-то момент он произносил: «Да, и были “Симпсоны”», — а активность определенного нейрона начиналась еще за некоторое количество миллисекунд до того, как он сообщает, что помнит, что ему показывали такой видеосюжет. Таким образом, можно было установить, о чем он собирается сказать. Совокупность таких данных предполагает, что при регистрации нейронной активности в какой-то момент мы могли бы прочитать, о чем человек думает.
8. Возможность чтения мыслей человека
В том, что мы можем читать мысли человека, считывая активность его нейронов, теоретически нет никаких противоречий, мы могли бы это делать. На практике экспериментов в этом направлении проводится достаточно большое количество. Но эра таких возможностей еще не наступила. То, что мы можем читать мысли человека, считывая активность его нейронов, остается на данный момент недоказанным. Это хорошее предположение, но его нужно проверять. Помимо всего прочего, встает много очень интересных вопросов из области психологии: «Что такое мышление?», «Что такое мысль?», «В чем она может быть выражена?», «Можем ли мы назвать мыслью активность любой нейронной группы?», «Как складываются нейронные группы?». Мы можем предполагать, что они складываются в процессе обучения. Но детали того, как они создаются и закономерности того, как они возникают, нам неизвестны.
Ольга Сварник, кандидат психологических наук, научный сотрудник лаборатории психофизиологии им. В.Б. Швыркова Института психологии РАН
Поведенческая специализация нейрона — это феномен, который может быть описан следующим образом: каждый раз, когда любой живой организм что-то делает, некоторые из нейронов, находящиеся у него в голове, начинают активироваться или генерировать потенциалы действия, то, что часто называют электрическими сигналами в мозге.
То, что наш мозг состоит из нейронов, было известно достаточно давно, как и то, что эти нейроны не всегда активны, а активны с какими-то определенными закономерностями. В начале 70-х годов появилась возможность изучать закономерности развития нейронной активности в реальном поведении живых организмов, то есть не тогда, когда они усыплены или мертвы, а тогда, когда они имеют возможность выполнять привычные виды действий или поведения или чему-то обучаются.
1. Нейроны места
Обнаружилось, что можно найти нейроны, активность которых четко коррелирует с выполняемым движением или действием у животных. Впервые феномен поведенческой специализации у нейронов был описан в начале 70-х годов. Тогда Достровским и О’Кифом были описаны так называемые «нейроны места». Эти исследователи показали, что, если выпустить животное в некое помещение, например посадить в коробку, оно, естественно, будет перемещаться в этой коробке. Но есть места, проход через которые вызывает активность определенных нейронов. Точнее, нельзя сформулировать, что проход через определенное место вызывает активность нейронов, точно так же нельзя сказать, что активность нейронов вызывает проход через определенное место. Этот феномен заключается в четкой корреляции между активацией нейрона и нахождением животного в определенном месте пространства. Эти нейроны получили название нейронов места. Точно так же можно описать подобные нейроны места у человека: если вы проходите по какой-то знакомой улице, находитесь в некой части города, то можно обнаружить нейроны, активность которых будет связана с теми или иными местами.
2. Феномены активности нейронов
Приблизительно в то же время, в начале 70-х годов, Ренком были описаны другие нейроны, связанные с разнообразными эффектами поведения животного. Например, он описал нейроны, которые активировались в тот момент, когда крыса, над которой он ставил эксперименты, пила воду из специальной поилки, и момент касания животного с этой поилкой был моментом, связанным с активацией определенных нейронов. С появлением технической возможности регистрировать активность нейронов в реальном поведении оказалось, что есть множество очень интересных феноменов связи активности нейронов с поведением. За любыми действиями, которые выполняют живые организмы, любыми навыками, которые у них есть, стоит активация определенных групп клеток. Если мы сидим, в этот момент у нас активируются группы, которые связаны именно с таким положением нашего тела.
3. Феномен проигрыша нейронной активности
Активность таких клеток позднее обнаружилась не только в момент выполнения действий, но и в какие-то другие моменты, которые могли бы быть названы «моментами ничегонеделания». Например, проводилась регистрация активности нейронов у животного, которое доходит до конца коридорчика, разворачивается, сидит неподвижно, прежде чем идти в обратном направлении, может быть, сидит и умывается. Оказалось, что в такие моменты происходит воспроизведение активности тех нейронных групп, которые были задействованы при выполнении тех видов поведения, которые оно выполняло до этого или будет выполнять после этого. Этот феномен был назван «replay», или «проигрыш или воспроизведение нейронной активности». Таким образом, оказалось, что есть нейронные группы, которые активируются не только в те моменты, когда мы выполняем действия, но и в промежутках между действиями.
На данный момент известно очень большое количество примеров поведенческой специализации нейронов не только у животных, но и у человека. Эксперименты на человеке возможны тогда, когда имплантация электродов в мозг обусловлена специальными медицинскими показаниями. В таких случаях появляется возможность регистрировать нейронную активность и с научными целями.
4. Нейроны Дженнифер Энистон
В 2000-х годах вышла серия интересных статей, в которых регистрация нейронов производилась у людей, которым предъявляли фотографии знаменитостей. Были обнаружены пациенты, у которых регистрируемый нейрон активировался только в тот момент, когда была предъявлена фотография Дженнифер Энистон. Эти эксперименты всколыхнули весь научный мир и околонаучное сообщество. Изначально исследователи подумали, что имеет значение то, как сделана эта фотография: голубой фон, на котором изображена Дженнифер Энистон, или какие-то другие физические характеристики этой картинки. Но повторное предъявление самых разных фотографий Дженнифер Энистон, снятой с разных ракурсов, с разными прическами и другими измененными деталями, показывало, что нейрон активировался вне зависимости от того, каким образом выглядит актриса. И стало понятно, что это некое абстрактное представление о Дженнифер Энистон. Далее на других фотографиях знаменитостей было продемонстрировано, что даже если просто показывать надпись, фамилию и имя знаменитости, то нейрон все равно активируется.
5. Нейроны гнезда у мышей
Похожие феномены были, к примеру, зарегистрированы у мышей. Естественно, им предъявляли не фотографии Дженнифер Энистон, а то, что для них имеет большее значение. Так, например, были продемонстрированы нейроны гнезда у мышей. Мышам давали небольшие крышечки разного размера. В некоторых из этих крышечках можно сделать гнездо. А некоторые слишком велики, чтобы восприниматься как гнездо. А некоторые, наоборот, слишком малы, и мышка там не поместится. Эти эксперименты довольно отчетливо показали, что животное, подходя к такой крышечке, которую оно идентифицирует как гнездо, демонстрирует, что есть нейроны, активность которых четко совпадает с этим моментом. Если при этом не терять регистрации того же самого нейрона, но предъявлять какую-то другую крышку, которая не является в ее понимании гнездом, то такой ситуации не будет. Авторы назвали свою работу «Нейроны концепции гнезда». То есть использовали слово «концепция» для описания каких-то человеческих свойств и возможностей у мышей.
6. На чем могут специализироваться нейроны
В каком-то смысле можно сказать, что феномен поведенческой специализации нейрона связан с определенными концепциями, образами и так далее. Но, с другой стороны, можно показать и более простые нейроны, которые будут связаны только с захватом какого-то объекта рукой, с просмотром фильма, с воспоминаниями о фильме.
Нельзя сказать, что есть нейроны памяти, а есть нейроны «не памяти», потому что все, что мы знаем и умеем, — это в каком-то смысле и есть наша память. А нейроны могут быть самые разные. Феномен поведенческой специализации связан с тем, что на всякое поведение можно найти свою группу нейронов. Интерпретация того, за что все-таки отвечает конкретная группа нейронов, гораздо сложнее, чем демонстрация активности какой-то группы клеток. Можно найти нейроны, активность которых будет связана и с действием, и с памятью о каком-то действии. В то же время можно найти и показать нейроны, активность которых будет связана, например, только с выполнением какого-то действия. Рассказ или декларирование того, что я умею выполнять то или иное действие, вполне вероятно может включать и какую-то иную группу нейронов.
Наличие такого феномена предполагает, помимо всего прочего, что, когда мы регистрируем активность группы отдельных нейронов в головном мозге, мы получаем возможность установить, что в данный момент делает живой организм, чью нейронную активность мы наблюдаем. Если мы не будем смотреть на сам живой организм, а только на активность его нейронов, и если мы установим, что активность определенных клеток связана с нахождением этого организма в определенном месте пространства или с выполнением определенного действия, то тогда мы сможем сказать, что он сейчас делает, куда идет, где находится.
По активности нейронов можно предположительно сказать, о чем думает человек. Для этого нам изначально требовалось бы установить, какие у него есть нейроны и с чем связана их активность. Если бы у нас была возможность регистрировать огромное количество клеток (а у нас 1011 нейронов), то мы могли бы установить, что одни нейроны активируются в каких-то одних видах поведения человека, а другие активируются в других видах поведения. Затем, наблюдая только за активностью его нейронов, мы могли бы сказать, что он проигрывает такой-то эпизод из своей жизни. Для такого утверждения есть экспериментальные данные.
7. Нейрон Симпсонов
Например, проходила регистрация нейронов у человека при просмотре отдельных видеосюжетов. Оказалось, что был зарегистрирован нейрон, активность которого возникала только в тот момент, когда пациент просматривал мультик про Симпсонов. Дополнительный интересный момент, который был зарегистрирован этими исследователями, заключался в том, что, когда пациента просили вспомнить видеосюжеты, которые он просматривал, и он называл несколько видеосюжетов, в какой-то момент он произносил: «Да, и были “Симпсоны”», — а активность определенного нейрона начиналась еще за некоторое количество миллисекунд до того, как он сообщает, что помнит, что ему показывали такой видеосюжет. Таким образом, можно было установить, о чем он собирается сказать. Совокупность таких данных предполагает, что при регистрации нейронной активности в какой-то момент мы могли бы прочитать, о чем человек думает.
8. Возможность чтения мыслей человека
В том, что мы можем читать мысли человека, считывая активность его нейронов, теоретически нет никаких противоречий, мы могли бы это делать. На практике экспериментов в этом направлении проводится достаточно большое количество. Но эра таких возможностей еще не наступила. То, что мы можем читать мысли человека, считывая активность его нейронов, остается на данный момент недоказанным. Это хорошее предположение, но его нужно проверять. Помимо всего прочего, встает много очень интересных вопросов из области психологии: «Что такое мышление?», «Что такое мысль?», «В чем она может быть выражена?», «Можем ли мы назвать мыслью активность любой нейронной группы?», «Как складываются нейронные группы?». Мы можем предполагать, что они складываются в процессе обучения. Но детали того, как они создаются и закономерности того, как они возникают, нам неизвестны.
Ольга Сварник, кандидат психологических наук, научный сотрудник лаборатории психофизиологии им. В.Б. Швыркова Института психологии РАН
2 комментария