Новости и статьи с тегом нейробиология

Двуязычные пожилые люди используют свой мозг эффективнее

Редакция [ПОЛИТ.РУ] — Mon, 14 Jan 2013 19:34:29 +0400

Полученные Брайаном Голдом данные свидетельствуют о значении регулярной стимуляции ментальной активности в течение всей жизни. В пожилом возрасте обычно снижение когнитивной гибкости – способности адаптироваться к незнакомым или неожиданным условиям.

У билингвов это снижение менее выражено, что может быть связано с опытом постоянного переключения между языками. Исследователи предлагали испытуемым в возрасте 60 – 68 лет задания, связанные с переключением между разными задачами. Те из испытуемых, которые с детства владели двумя языками, справлялись с такими заданиями быстрее.

При использовании функциональной магнитно-резонансной томографии оказалось, что двуязычные испытуемые расходуют меньше энергии в коре лобной части мозга, которая задействована при переключении задач. У молодых одно- и двуязычных испытуемых разницы в скорости переключения между задачами не отмечено.

В итоге Брайан Голд пришел к выводу, что двуязычные пожилые люди используют свой мозг более эффективно, чем одноязычные, так что билингвизм может дать значительные преимущества в работе лобной зоны мозга в процессе старения.

«Сборка образа» как основная проблема нейробиологии

Sat, 29 Dec 2012 13:55:23 +0400

Механизм зрения

Wikimedia Commons

Татьяна Строганова - доктор биологических наук, профессор, руководитель Центра нейрокогнитивных исследований Московского государственного психолого-педагогического университета, член редколлегии журнала "Экспериментальная психология", главный научный сотрудник лаборатории возрастной психогенетики Психологического института Российской академии образования. Перед вами - краткое содержание ее беседы с Борисом Долгиным и Дмитрием Ицковичем в программе «Наука 2.0» - совместном проекте портала «Полит.ру» и «Вести.FM».

Биолог Френсис Крик – один из авторов двойной модели спирали ДНК, исследователь мозга и психических процессов сознания, в одной из своих статей представил очень интересный разговор с некой дамой на светском рауте. Та ему сказала: «Я вообще не понимаю, чем вы занимаетесь. Что это за проблема - проблема сознания?» На что он ей ответил: «А почему вы считаете, что это не проблема? Вы, видимо, как-то представляете себе, как это происходит?» Она ответила: «Конечно, я представляю! Вот я смотрю на вас, и в моем мозге есть экранчик, который отображает ваше лицо - вот и вся проблема». Он продолжил: «О, вы замечательно сформулировали! Так вот, я занимаюсь тем, кто же смотрит на этот экран». Это и есть проблема зрительного восприятия, и в то же время проблема сознания.

Все поле зрения разбивается на множество осколков, потому что каждый нейрон видит только свою крошечную часть поля зрения, не зная ничего о том, что видит его сосед.

Люди, которые задают такие вопросы, не представляют себе основного потока зрительной информации в мозге. Зрительный мир отображается на сетчатке глаза через зрачок и хрусталик, после этого по зрительному нерву, минуя промежуточные, но очень важные инстанции, попадает в первичную зрительную кору. И тут начинается чрезвычайно интересная вещь: во-первых, все поле зрения, которое существует, разбивается на множество осколков, потому что каждый нейрон видит только свою крошечную часть поля зрения, не зная ничего о том, что видит его сосед. В мозге возникает так называемая ретинотопическая проекция. То есть карта зрительного поля продуцируется активностью нейронов. Наподобие миллиона маленьких телевизоров у нас в голове.

Ученым стало известно об этом благодаря микроэлектродным исследованиям мозга животных, которые дали чрезвычайно много информации. Это настолько четкие данные, что на основании этих исследований недавно прозрел слепой человек. При нарушении периферии зрительного аппарата человека можно спаять эти крохотные телевизоры - и глаз заработает.

Известно, что изображение рассыпается. Но хуже другое: каждый нейрон несет информацию не обо всем кусочке изображения, которое попало в поле его зрения, а только об одной характеристике этого изображения. Например, об угле наклона линии, которая попала в его зрительное поле, или о цвете, или о контрасте.

Основная проблема нейробиологии - понять, как происходит сборка образа. 

Основная проблема нейробиологии - понять, как происходит сборка образа. Долгое время считалось, что этот процесс проходит последовательно: сначала анализ одного, потом анализ другого, потом на нейронах собирается информация о тех и других качествах и характеристиках стимула - так называемый гностический распознающий нейрон. До тех пор, пока не было открыто, что существует несколько параллельных потоков, и они взаимодействуют. Более того, каждое следующее, более высокое звено способно влиять на активность в первичной зрительной коре. Если выразить это метафорически - мысль о стимуле способна влиять на его восприятие.

Дальше возникает интересный вопрос: что получается со зрительным восприятием, если вдруг эта связь разорвана? Еще до возникновения приборов неврологи и нейрохирурги прекрасно знали о нарушении зрительного восприятия, которое чрезвычайно специфично по отношению к тому, какая зона мозга, участвующая в обработке зрительной информации, нарушена.

Некоторые из них достаточно тривиальны. Например, если разрушается какой-то участок экрана первичной зрительной коры, возникают скотомы - выпадение определенной части поля зрения. Вы видите все поле, кроме какого-то его участка. Это самый очевидный вариант зрительного нарушения, но есть гораздо более удивительные. Например, если у человека нарушаются некоторые зоны, он начинает видеть зрительные галлюцинации, причем чрезвычайно ярко. Это может продолжаться каждый день в течение всей жизни. При этом галлюцинации будут не психиатрического происхождения, а неврологического.

В книге доктора Вилейанура Рамачандрана «The Tell-Tale Brain» есть замечательный пример. Он рассказывает об одном из своих пациентов, который видел галлюцинации. Они вместе сидели в кабинете, и доктор спрашивал его об этих галлюцинациях. Он спросил: «Сейчас вы что-то видите, разговаривая со мной?» - тот ответил: «Конечно, вижу». - «Что же вы видите?» - «Я вижу золотистую обезьянку, которая сидит у вас на коленях» - «Простите, но вы ведете себя так, как будто ее нет!» - «Конечно. Я же совершенно разумный человек, который понимает, что никакая обезьянка не может сидеть у вас на коленях, а я нахожусь на приеме у невролога и веду себя соответственно». Доказано, что такие же галлюцинации порождает наш мозг во время парадоксального сна, и необычным или неправильным это не кажется.

Знания, управляющие нашим поведением

Проблема восприятия крепко связана с проблемой сознания. До сих пор в ряде случаев для того, чтобы избежать распространения эпилептической активности по всему мозгу, можно рассечь комиссуру, которая связывает два полушария, и избежать большого распространения припадков.

Исследуя людей с комиссуротомией, ученые Джерри Леви и Роджер Сперри выяснили следующую вещь. Если в левое полуполе зрения человека, которое проецируется в правое полушарие, предъявить, например, вилку, апельсин и перчатку, то правое полушарие увидит то, что предъявили. Когда у такого пациента спросить, что он видел, он ответит, что ничего не видел. Потому что правое полушарие - не говорящее. Оно не способно интерпретировать. Интерпретатор - левое полушарие.

Продолжение эксперимента. Перед пациентом ставят ширмочку, под нее снизу он может просунуть руку. За ширмой лежат перчатка, апельсин и вилка. Его просят достать то, что он только что видел. А ему показывали, например, только вилку. Он говорит: «Я ничего не видел, я не знаю, что я видел». Он просовывает левую руку, которая управляется тем же правым полушарием и безошибочно достаёт вилку. Ему говорят: «Послушайте, вы достали ровно тот предмет, который вы видели», а он говорит: «Но я этого не знаю, я ничего не видел».

Знание, которое мы не осознаем, способно управлять вашим поведением. 

Из выше описанных экспериментов следует важная вещь: знание, которое мы не осознаём, способно управлять вашим поведением.

Дети-аутисты

Аутизм - это нарушение коммуникации, способности общаться с другими людьми. Это очень частое заболевание, 1% детей-аутистов в популяции - это очень много. Нейробиологи, психологи, клиницисты, исследуя детей с аутизмом, заметили некую особенность.

Оказывается, у таких детей изменено целостное восприятие. Они слабы в восприятии целостных объектов. Если фигура будет ничем не тронута, они ее воспримут очень хорошо. Или, например, они не видят зрительных иллюзий, но лучше различают углы наклона линий. Зрительные иллюзии - это какие-то изображения, построенные специальным образом, чтобы дать здоровому мозгу увидеть в них то, что там на самом деле не содержится. Можно сказать, что в этом отношении они воспринимают зрительный мир гораздо более объективно, чем обычные люди.

Увидеть цвет звука

Синестезия

Wikimedia Commons

Звукоцветовая синестезия - это удел немногих счастливчиков - видеть цвет звука, ощущать запах прикосновения и т.д.

О своей способности видеть цвет разных букв, написанных черным цветом, писал Набоков. Интересно, что по разным оценкам частота встречаемости этой способности в общей популяции людей - один случай на тысячу, а среди людей способных, талантливых, творческих профессий эта частота возрастает до 20-30%. Вообще способность к синестезии распространена гораздо больше у детей, чем у взрослых. Там эту частоту оценивают в 10-15%.

Как-то ко мне обратились с телевидения с просьбой исследовать человека, который обладает такой способностью. Его видение цвета звука речи зависит от того, в каком контексте появляется этот звук речи. Например, если звук появился изолированно (гласная, например), то он может видеть его в одном цвете. А если он появился в слове или в имени, то цвет меняется. Так, имя Константин для него золотое и белое, фиолетовое и черное. Он рассказывал, что в цвете это одно из самых красивых человеческих имён.

Глаза как неформализованный канал связи

Кирил Меламуд — Wed, 26 Dec 2012 20:03:40 +0400

В ходе симпозиума «BRAINSTORMS. Художник в контексте нейронаук» состоялся диалог ученых и художников о творческой природе человека, возможностях искусственного интеллекта и происхождении человеческого сознания. Идея симпозиума возникла после перформанса Марины Абрамович «В присутствии художника», в котором художница смотрела в глаза зрителям. Реализовали ее LABORATORIA Art&Science Space под руководством Дарьи Пархоменко в Лектории Политехнического Музея.

В заключение мероприятия в Лаборатории было проведено исследование под руководством психофизиолога Александра Каплана, который пояснил корреспонденту Pro science особенности передачи и восприятия человеком информации:

Обычно мы говорим об исследовании, а не об эксперименте, поскольку речь идет о работе с людьми. Основная идея принадлежит Марине Абрамович: посмотреть, есть ли какие-то отклики в мозгу в ситуации, когда люди смотрят друг другу в глаза. Контакт глаз - давнишняя тема, она перепевается на разные лады в психологии, социологии, психотерапии...Когда люди смотрят в глаза - это источник дополнительной информации о другом человеке, неважно, говорит он в этот момент, или жестикулирует - все равно мы обращаем внимание на глаза. И это происходит уже в раннем возрасте: еще не умея говорить, ребенок уже захватывает глаза. Такое ощущение, что первичный контакт с людьми начинается с глаз. Больше того, у меня есть собака, и она при встрече всегда смотрит в глаза - для нее это источник информации.

Глаза передают эмоциональные оттенки. Например, был проведен такой опыт, людей просили изобразить разные состояния: радость, печаль, удивление, грусть, злость, - их сфотографировали, а потом дали 50 испытуемым проверить, правильно ли они определят это состояние. По лицу все определяли состояние правильно, но и по вырезанным из фотографии глазам - тоже большинство не ошибалось (46-48 процентов).

Глаза - наиболее информативный канал, причем всякое другое общение формализовано. Когда я говорю, я сначала имею мысли, потом формализую их в слова. Жесты - то же самое. Я все время контролирую сознанием, что я говорю. «Мысль изреченная есть ложь» - вот она есть где-то, а вы должны ее формализовать. В этот момент вы заковываете ее в какие-то стандарты, штампы.

Глаза - наиболее информативный канал, причем всякое другое общение формализовано. Если же вы смотрите глаза в глаза - формализации нет. 

Если же вы смотрите глаза в глаза - формализации нет. Получается прямой без контроля сознания канал информации, наиболее достоверный, если вы не специально тренированный человек. Поэтому когда нам что-то не совсем ясно, мы интуитивно заглядываем человеку в глаза, желая установить контакт напрямую. Это неформализованный канал связи между людьми. Может быть, он раньше использовался очень сильно, когда формализация была не так развита. Когда язык был не такой, и письменности не было...Был неформализованный информационный обмен напрямую.

И вот Марина предложила идею: раз уж контакт такой есть, неосознаваемый, давайте посмотрим, как меняются ритмы мозга, может быть они меняются синхронно. Мы уже проводили такое исследование, два аппарата снимали энцефалограммы независимо. Это аппараты «Эмотив», они выглядят очень футуристически, но они не совсем профессиональные, скорее это было сделано для шоу. Поэтому при обработке выявилось много проблем, в том числе как синхронизовать эти записи, сделанные независимо.

Нужен был один аппарат, профессиональный энцефалограф, много-много каналов - часть на одном человеке, часть на другом, и они снимают показания синхронно. А второе новшество связано с тем, что нужны были контроли. Поскольку мы говорим о неформализованном информационном обмене, мне показалось, что таким контролем может быть зеркало. Что произойдет, если человек посмотрит в глаза самому себе? О чем будет с собой говорить? Мы часто говорим сами с собой, но ничего особенного не происходит, ведь я знаю, что могу сказать. А вот когда мысль выходит из глаз без контроля сознания, как она влияет на меня? Марина говорит, что ей было чрезвычайно тяжело, и Даша тоже. Это был совсем другой взгляд, не то, что друг на друга.

Почему это было так тяжело, ведь наверное они раньше уже смотрели в зеркало?

Они смотрели в зеркало совсем для другой цели: причесаться, грим и так далее. А в данном случае они смотрели с опытом переговоров с другим человеком. Марина сидела и смотрела в глаза сотням людей. А тут впервые она смотрела себе в глаза. И еще один контроль - они смотрели друг другу в глаза через зеркало. Физически, казалось бы, то же самое, но психически - другое ощущение, ведь мы развернуты, мы не видим реального человека, смотрим в зеркало. Снимается та энергетика, когда мы находимся друг напротив друга, остается только физический контакт.

Получается, что вы ввели зеркало из научных соображений, но это получился и эстетически интересный поворот.

Да, и конечно есть у зеркала какой-то мистический элемент. Оно нам представляет физическую реальность, но которая присутствует в виртуальном пространстве.

Зазеркалье?

Я стараюсь в этом направлении быть шире. По-разному люди приходят в науку. Мне просто было интересно, как устроен этот мир. А не для того, чтобы печатать статьи... Поэтому я не ограничен канонами науки. Если есть медитация - поедем изучать медитацию. Год прожил в ашрамах, с йогами...

Где можно прочитать об этом?

Если я что-то для себя понял - у меня нет особой тяги это излагать, но поскольку я ученый, я должен печатать статьи. Но о медитации трудно писать в научных журналах - не потому, что кто-то плохо относится к ней, а просто потому что нет контролей. Я встречался с очень глубокими йогами. У них есть состояния глубокого входа в медитацию - самадхи. Они считают, что это выход из тела. А где у меня контроль, что они именно это чувствуют? Кое-что об этом опубликовано на моем сайте: http://brain.bio.msu.ru/ Неинтересно просто показывать голые ритмы. Мне были интересны обсуждения, разговоры вокруг этого. Другая тема - я бы хотел двигать предметы на расстоянии. И вот мы разработали технологию: вы можете набирать текст на компьютере, не прикасаясь к клавиатуре.

Мы разработали технологию: вы можете набирать текст на компьютере, не прикасаясь к клавиатуре.

На чем это основано?

На расшифрованной энцефалограмме.

И там прямо слова?

Не слова, а буквы.

Диктовать по буквам?

Да. Довольно большая надежность, одна из лучших в мире. Пять процентов ошибок. На этой основе мы сейчас делаем манипулятор, которым руководит мозг, который может например передвинуть шахматную фигуру. Такая экзотика в науке - дело мало благодарное, так как она дает мало статей.

Сейчас делаем манипулятор, которым руководит мозг, который может например передвинуть шахматную фигуру.

А в более мейнстримной науке чем вы занимаетесь?

Вот только сейчас мы наконец пробились - это технология прямых интерфейсов мозга. Видите, у меня все связано - это тема прямого контакта. В России наши работы были первыми в этой области, и было очень трудно получить финансирование. Когда я пытался получить грант, мне говорили: «Ну это какие-то фокусы...» Только когда стало ясно, что это сильный тренд на Западе, меня попросили помочь.

Вы не видите в этом какой-то опасности.

Главный потребитель таких технологий - человек обездвиженный, находящийся как бы в тюрьме своего тела. Ничего не может сказать, а мозг работает нормально. И как с ним говорить? Если мы расшифровываем его мозговые волны - он пишет текст. Он может путешествовать по галереям мира: это такие матрицы, раскрывается страна, он выбирает страну - город - потом галереи этого города. Выбирать фильмы. Вот такие медицинские приложения. Конечно могут быть и другие, в том числе по вскрытию информации. Если мы показываем человеку массу картинок на экране и детектируем, какая его заинтересовала, то получается детектор скрытой информации. Надо просто не выходить за грани...

Если мы показываем человеку массу картинок на экране и детектируем, какая его заинтересовала, то получается детектор скрытой информации. 

И кто может это проконтролировать?

Это на совести самих ученых. Так же как с атомной энергией и тому подобными вещами.

Есть какой-то этический комитет?

Конечно, в каждом институте. Он регламентирует, не мучаю ли я животных, не нарушаю ли я права человека. Но запретить мне конкретные исследования он не может. Есть мораторий, например, на клонирование. Но все равно он не везде: не во всех странах и даже не во всех институтах соблюдается. Все это так или иначе делается.

А это считывание волн и распознавание - для этого нужны электроды? Возможно сделать это безконтактно?

Это возможно, но становится более дорогостоящим и менее помехозащищенным. Если прямой контакт - надежный электрический сигнал. Если непрямой - можно лазерным лучом снимать. В лаборатории это ненужно. Это это понадобится каким-то спецведомствам, может они станут начнут вкладывать большие деньги... Мы пока не можем сделать даже сухой контакт, для лучшей проводимости нужен гель.

Что именно вы замеряли в ходе сегодняшнего исследования?

Мы ставили по 20 электродов на каждом из испытуемых, чтобы перехватить основные зоны мозга. Это классическая установка электродов в клинике. Больше может быть нужно только для специальных целей, чтобы выявить конкретный очаг. Сигналы очень маленькие, миллионные доли вольта, поэтому нужен прецизионный усилитель, который может эти сигналы зарегистрировать, усилить, преобразовать в цифры и подать в компьютер. В компьютере мы анализируем. У нас много методов анализа электрических волн, они подбираются в зависимости от цели. Сейчас у нас была цель обнаружить синхронность у двух испытуемых, есть ли какая-то одновременность поднятия и опускания этих волн, пока они смотрят другу другу в глаза.

В современной энцефалографии глазами можно поймать только патологию, а тонкие вещи - надо считать. 

И Вы что-то увидели?

В современной энцефалографии глазами можно поймать только патологию, а тонкие вещи - надо считать. Кое-что мы заметили: медленные волны, характерные для дремоты, были синхронны. Это нельзя объяснить просто электрическим контактом.

Между ними был электрический контакт?

С помощью проволки я пытался выровнять накапливающееся на одежде электричество.

Только что прошла конференция - вы можете рассказать о своих впечатлениях?

Это очень нужная вещь. Это не научный конгресс, это конгресс, который интересен одинаково для дилетантов и для профессионалов. Он дает возможность немного отойти от науки и пофантазировать. Можно бросить безответственно всякие идейки. При этом здесь были довольно крупные фигуры: Бужаки, Дубровский, Анохин, Иваницкий... Я считаю нужно всегда участвовать даже в самых завиральных вещах, высказывать свое мнение, потому что это вызывает интерес у людей. Нужно же как-то поднимать реноме науки.

О технологиях,которые крадут время

Кирил Меламуд — Fri, 21 Dec 2012 14:36:27 +0400

LABORATORIA Art&Science Space под руководством Дарьи Пархоменко организовала и провела международный научно-художественный симпозиум «BRAINSTORMS.Художник в контексте нейронаук» с участием крупнейших ученых в этой области и нескольких известных современных художников. Площадкой проведения ноябрьского мероприятия стал Лекторий Политехнического музея.

Идея симпозиума возникла после перформанса Марины Абрамович «В присутствии художника», в котором художница смотрела в глаза зрителям.Ей захотелось узнать, можно ли научно описать глубокий психологический контакт, возникающий между людьми при длительном контакте глаз. В ходе симпозиума состоялся диалог ученых и художников о творческой природе человека, возможностях искусственного интеллекта и происхождении человеческого сознания. В заключение в Лаборатории было проведено исследование под руководством психофизиолога Александра Каплана. Марина Абрамович делится впечатлениями с корреспондентом Pro Science:

Марина Абрамович

Фото: Manfred Werner/Wikimedia Commons

Симпозиумы никогда не дают ответов на вопросы, но они раскрывают ум во многих отношениях. Для меня это, возможно, лучший симпозиум за долгое время: здесь представлено такое разнообразие людей и обсуждаемых тем! Одной из наиболее интересных для меня оказалась встреча с господином Дубровским - у него такая поразительная энергия в его 83 года!

Самое главное, что я вынесла с этого симпозиума, - это очень простая вещь: все, что нам надо, - изменить сознание. Если мы поменяем сознание, то сможем решать проблемы совершенно иначе. И для меня очень важным было участие специалистов по роботам. Оказывается, то, о чем писалось в научно-фантастической литературе, уже стало реальностью. Искусственный интеллект может управлять нашей планетой. Вопрос только в том, когда это произойдет. И мы не понимаем опасности технологии в нашей жизни. Мы полностью погружаемся, например, в фейсбук

Я увидела возможность построения действительно осмысленных отношений между наукой и искусством.

Для меня прозвучал сигнал тревоги, и я задалась вопросом о моральных представлениях ученых. То, чем они занимаются, - безусловно, очень интересно, но как это повлияет на нашу жизнь? Ведь все эти изобретения оказываются в руках политической власти - и можно себе представить, как она воспользуется ими!

Но также я увидела возможность построения действительно осмысленных отношений Мы должны лучше узнать друг друга, ученым надо понять мир искусства, а нам - их мир, тогда эта связь между нами углубится. между наукой и искусством. Кое-что уже происходит, но мы должны пойти глубже. Здесь были представлены в основном ученые, художников было слишком мало. Следующий раз пусть будет поровну. И мы должны пройти через какое-то очищение, провести вместе на природе несколько дней - и уже после этого начинать говорить. Мы должны лучше узнать друг друга, ученым надо понять мир искусства, а нам - их мир, тогда эта связь между нами углубится. Вчера я предложила провести такой семинар на природе, не есть пять дней, вместе убираться в доме - тогда что-то может измениться.

Речь всегда идет об индивидуумах, химическом взаимодействии между ними, мы не можем привлечь на свою сторону большинство, но можем затронуть какое-то меньшинство.

И как люди воcприняли это предложение?

Ни к чему конкретному мы не пришли. Ведь все это надо организовывать, людям нужно менять свое расписание. Я думаю, вряд ли это произойдет, но два или три человека, возможно, увидят для себя смысл в том, чтобы такое случилось. Речь всегда идет об индивидуумах, химическом взаимодействии между ними, мы не можем привлечь на свою сторону большинство, но можем затронуть какое-то меньшинство.

Когда вы начинали показывать перформанс, вы думали о том, что он будет связан с наукой?

Нет. У меня вообще дело обстоит так, что меня ведет не мой ум, а мои перформансы. Они ставят передо мной очень сложные задачи. Я погружаюсь в это - и возникает опыт, и благодаря этому опыту я всегда оказываюсь в каком-то новом месте. Так проходит вся моя жизнь.

Я ничего не придумываю заранее, я просто делаю, живу этим. И вот после трех месяцев этого сидения, которое было очень сложным, ученые сами вышли на меня, потому что у них не было добровольцев, чтобы они могли провести с ними подобный эксперимент. А я была готова сидеть так долго, как было им нужно, потому что мне по-настоящему интересно - что же там происходит в мозгу во время таких медитативных состояний, это не просто такой фокус-покус, вызывающий сильную реакцию людей. Происходит контакт с очень сильной энергией поля, которую можно почувствовать почти физически. Причем в отличие от картины здесь эта энергия никак не фиксируется, но лишь проявляется в определенный момент времени. Поэтому так важно зафиксировать ее научно, чтобы было какое-то доказательство ее существования. Эта энергия может изменить жизнь людей, для меня это важная задача.

Технология крадет наше время. Интернет - самая большая опасность. Если мы не научимся возвращаться к простоте - мы проиграли.

Я хотела бы создать долговременный институт. Время - это все. Погрузиться во время перформанса - это то, что необходимо испытать публике. Все в жизни так скоротечно, поэтому искусству необходимо становиться все дольше и дольше. У меня постоянно нет времени, но так я провожу три или пять месяцев - а потом я позволяю себе взять все время. Я обрываю все контакты.

Вот посмотрите - сейчас, чтобы дать это интервью, необходимо как-то выкроить пять минут. Но тогда я принимаю решение: все, я ухожу в джунгли на два месяца. Это единственный способ прийти в равновесие. Нам необходимо время от времени возвращаться к себе. Ведь технология крадет наше время. Интернет - самая большая опасность, и мы даже не замечаем, что ушли в него с головой. Он кажется таким невинным и таким полезным - но вот ты встаешь утром, садишься читать электронную почту - и вот уже наступил вечер, а ты все там же.

Ответственность художника в обществе -  ставить правильные вопросы. Художник сегодня - это солдат.

Технология постоянно питается нами, вся личная жизнь, даже эмоции - все подчинено этому. Мы все время пишем текстовые сообщения вместо того, чтобы встречаться с настоящими людьми. Технология правит нами. И если мы не научимся возвращаться к простоте - мы проиграли. Что за будущее нас ждет при таком господстве технологии? И вот в этом ответственность художника в обществе. Мы должны ставить правильные вопросы, чтобы люди начали понимать, что происходит. Художник сегодня больше не может замыкаться в самодостаточном мире мастерской, пьянствовать, совершать творческие открытия - и быть в стороне от мира. Нам до всего должно быть дело. Мы должны быть вместе с людьми и должны вести сражение. Художник сегодня - это солдат.

Нейрокогнитивистика, психобиология и новые способы изучения мозга

Wed, 12 Dec 2012 19:04:51 +0400

Татьяна Строганова - доктор биологических наук, профессор, руководитель Центра нейрокогнитивных исследований Московского государственного психолого-педагогического университета, член редколлегии журнала «Экспериментальная психология», главный научный сотрудник лаборатории возрастной психогенетики Психологического института Российской академии образования. Перед вами - краткое содержание беседы, состоявшейся между Татьяной Строгановой, Борисом Долгиным и Дмитрием Ицковичем в рамках программы «Наука 2.0» - совместного проекта портала «Полит.ру» и «Вести.FM».

Схема подключения электродов для снятия электроэнцефалограммы

Наука психобиология (или психофизиология) возникла в 80-х годах прошлого столетия. Появилась возможность исследовать активные структуры мозга в момент работы. Мозг животных изучают с начала ХХ века; с мозгом человека дела обстояли иначе. Раньше почти ничего не знали о том, как он функционирует, - до той поры, пока не были внедрены в науку новые методы, такие как позитронная и эмиссионная томография, функциональная магнитная резонансная томография. Например, сегодня можно посмотреть, какие структуры мозга активны в момент решения арифметической задачи. Раньше единственным способом изучения этой активности была электроэнцефалограмма.

Человек един - на него можно смотреть как на биологическое существо, а можно как на носителя некой любопытной субстанции - психики. Самая интересная сфера исследования – когда исследователь забывает, кто он - психолог или биолог.

Оказалось, что эти методы чрезвычайно полезны для психологии. До этого психология опиралась в основном на наблюдения. Люди наблюдали за другими людьми и занимались натурфилософским обобщением. Психология занимается не только мышлением, она занимается и темпераментом, и стратегиями сопротивления, стрессом, восприятием и пр. Если вы смотрите на это как биолог, то назовёте это высшей нервной деятельностью, а если как психолог - назовете это психикой.

Человек един - на него можно смотреть как на биологическое существо, а можно как на носителя некой любопытной субстанции - психики. Самая интересная сфера исследования – когда исследователь забывает, кто он - психолог или биолог. Тогда появляется новая наука - психобиология или нейрокогнитивистика.

Основные методы исследования

Основные методы, которые сейчас применяются - это функционально-магнитная, резонансная и позитронно-эмиссионная томография. Это так называемые "кровоточные методы", основанные на исследовании регионального кровотока мозга. Идея проста: если какая-то часть мозга работает интенсивнее, то она потребляет больше глюкозы и кислорода, и туда подается больше крови. Наблюдая за изменениями регионального кровотока, можно следить за тем, какие части больше работают. Это как следить за работой фабрики по подвозу туда стройматериалов и потреблению энергии.

Снимки мозга, полученные при помощи магнито-резонансной (левая колонка) и позитронно-эмисионной томографии

Фото: Institut Douglas/Flickr.com

Это интересная группа методов, но у нее есть две проблемы. Первая - это непрямое измерение, что ясно из примера про фабрику. Вторая - более серьезная - проблема временной шкалы. Например, если мы смотрим на стул, как быстро наш мозг способен определить, что это именно стул? Это десятые доли секунды. А временная шкала кровоточных методов - это секунда и минута.

Метод энцефалограммы обладает временным разрешением одна миллисекунда или меньше, и дает возможность измерять в том же режиме, что работает мозг. Есть только одна проблема: мы никогда не знаем, где это происходит. Можно узнать, когда происходит, но где именно - нет. Достаточно школьной математики или физики, чтобы понять, почему нет знаний об этом.

У энцефалограммы есть только одна проблема: мы не знаем, где это происходит. Можно узнать, когда происходит, но где именно - нет.

Потенциал при измерении на поверхности головы зависит от силы тока источника внутри мозга и от сопротивления тканей, по которым распространяется электрическое поле. Сопротивление неизвестно. Есть догадки, но догадка - не инструмент науки. Поэтому, прозанимавшись всю жизнь энцефалограммой, я очень хотела получить доступ к другим методам. И такой метод появился в середине 80-х годов - это магнитная энцефалография. Это фантастическое достижение человеческой мысли, где объединились усилия биологов, математиков и физиков.

С помощью магнитной энцефалографии можно измерять магнитное поле, которые создаётся работающими нейронами. Магнитная составляющая поля распространяется безотносительно к сопротивлению материала, и точность такого измерения гораздо выше. Поэтому, померив во многих точках головы магнитное поле, можно решить обратную задачу: найти источник. Иными словами, сохраняется преимущество энцефалографии и добавляется преимущество томографии - есть знание, когда и где происходит событие.

С помощью магнитной энцефалографии можно измерять магнитное поле, которые создаётся работающими нейронами. Магнитная составляющая поля распространяется безотносительно к сопротивлению материала, и точность такого измерения гораздо выше.

Подобных приборов около двухсот в мире. В России МЭГ (прибор для магнитной энцефалографии) - единственный. Япония ими нафарширована, очень много аппаратов стоит в США, пара - в Канаде и в Западной Европе.

Возникает вопрос о том, какое отношение этот прибор имеет к психологии. Этот аппарат во всем мире очень серьезно задействован в нейрохирургии. Психологи или психобиологи в России уже год плотно работают с нейрохирургами. Прагматический интерес любого человека в нашей стране по отношению к этому аппарату лежит в двух сферах. Первая сфера - он позволяет найти очаг патологической активности (в основном, это эпилептическая активность) и после тщательного анализа хирурга удалить этот очаг в мозге человека.

Вторая сфера тоже медицинская: в мозге существуют невосполнимые зоны. Это те зоны, любое прикосновение к которым приводит к невосполнимому нарушению функций: моторные зоны, первичные сенсорные зоны, отвечающие за речь. Эти зоны должны быть обязательно определены для пациента до начала любой операции. Особенно, если место, которое становится предметом операции, находится близко к такой зоне - необходимо знать границы и локализацию.

Как правильно учить языки

В психологии существует проблема речевых процессов, что тесно связано с важным для каждого человека вопросом: как мы обучаемся языку? Какие существуют различия между людьми в способности к языкам? Как мы учим второй язык? Что с нами происходит, если наша способность обучаться речи нарушается? И это не редкий случай. Существуют дети-дислексики, афазики, которым трудно воспринимать речь. Есть дети, у которых при совершенно сохранном интеллекте существует специфическое нарушение развития речи. В конце концов, есть дети-аутисты, у которых задержка речевого развития является одним из центральных моментов определения этого заболевания. Важно знать, каким образом мозг осуществляет обработку речи.

Для того чтобы помочь людям с задержкой речевого развития, или помочь выучить второй, третий язык, надо лучше понимать то, каким образом мозг обрабатывает речь. В этом отношении существуют интересные данные лаборатории Кембриджа.

Дети на уроке

Фото: Judy Baxter/Flickr.com

Руководит лабораторией профессор Мюллер, чей круг работ был выполнен в соавторстве с доктором Штыровым. Они сделали потрясающее открытие - они обнаружили, что если в мозг поступает глагол, который обозначает движение, например, "пинай, бросай, глотай…", то очень рано (примерно через 100 миллисекунд после подачи в мозг) активируются не только речевые, но и моторные зоны мозга.

Оказалось, что когда вы пинаете, активируется зона представительства ноги, когда бросаете - зона представительства руки, а когда глотаете - зона представительства глотки. То есть вы понимаете значение слова "пинай" - в том числе, и ногой. Зона представительства ноги активируется не после того, как произошло осознание смысла, а для того, чтобы осознать смысл. Это означает очень интересные вещи в процессе изучения языка.

Если учить язык в нормальной естественной среде, то слово в ассоциативных сетях мозга будет накрепко связано с непосредственным действием. А если обучать детей по учебнику, как это происходит в нашей благословенной стране, то в этом случае ассоциативная сеть не формируется, она не помогает ни припомнить значение слова, ни осознать его.

Модель мозга SPAUN: связывая сложную архитектуру со сложным поведением

Константин Лахман — Thu, 06 Dec 2012 14:46:36 +0400

SPAUN в действии

Модель SPAUN (Semantic Pointer Architecture Unified Network) состоит из 2,5 миллионов нейронов, которые организованы в подсистемы, отражающие несколько регионов реального мозга (префронтальная кора, базальные ганглии, таламус, зрительная кора и другие). Для специалиста в данной области (да и просто для интересующихся людей) подобное начало уже давно не является обескураживающим. Однако прежде чем попытаться понять, в чем же заключается существенный прорыв представленной работы, необходимо осветить, как развивалась область крупномасштабного моделирования мозговой активности в последние годы.

C начала нового тысячелетия в новостной ленте все чаще появляются сообщения: "Ученым удалось смоделировать мозг, состоящий из N тысяч/миллионов/миллиардов нейронов". Исследования, скрывающиеся за этими новостями, заключаются, по сути, в разработке новых моделей нейронов и синапсов ("контактов" между нейронами) и объединение их в некоторую связную сеть. Основной сложностью (не рассматривая теоретические трудности) является необходимость солидных вычислительных ресурсов для проведения подобных симуляций. Первым громким прорывом в этой области был проект Blue Brain, в рамках которого в конце 2006 года удалось смоделировать одну колонку неокортекса молодой крысы, состоящую из 10 000 биологически правдоподобных моделей нейронов с приблизительно 3х10⁷ синапсами. Позже в 2011 году та же обширная группа исследователей сообщила о разработке модели, состоящей из 100 неокортикальных колонок (примерно миллион нейронов). На данный момент продолжение проекта под названием Human Brain Project является кандидатом (пожалуй, наиболее вероятным) на получение Future and Emerging Technologies Grant, который составляет 1 миллиард евро и предоставляется европейской комиссией.

Коммерческие компании также активно финансируют исследования в данной области, так как они могут помочь выработать принципы для совершенно новых вычислительных архитектур. В рамках совместного проекта IBM и DARPA (агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США) под названием C2S2 к 2009 году было проведено моделирование 1 миллиарда нейронов со значительно более простыми моделями, нежели в проекте Blue Brain, и 10-ти триллионов обучающихся синапсов. Дальнейшее развитие проекта нацелено на создание новых материалов и полупроводниковых архитектур для нейрочипов, которые позволят моделировать подобные сети.

Наибольшую по масштабу симуляцию удалось провести в лаборатории нобелевского лауреата Джеральда Эдельмана в 2008 г. - 100 млрд сравнительно простых нейронов (мозг человека, по последним оценкам, состоит из 86 миллиардов нейронов).

Наибольшую по масштабу симуляцию удалось провести в лаборатории нобелевского лауреата Джеральда Эдельмана в 2008 году - 100 миллиардов сравнительно простых нейронов (для сравнения - мозг человека, по последним оценкам, в среднем состоит из 86 миллиардов нейронов).

"Технические" характеристики SPAUN на первый взгляд не выглядят выдающимися на фоне описанных выше достижений последних лет. Так в чем же уникальность предложенной модели? Ответ заключается в том, что канадские исследователи решили исследовать поведение, которое может продуцировать подобный мозг. По мнению самих авторов, ключевая проблема современной теоретической нейронауки состоит в "необходимости связать невероятно сложное поведение животных с такой же сложной активностью их мозга". Подавляющее большинство исследований рассматривают "мозг в вакууме", оторванный от какой-либо среды существования, поэтому вопрос об оценке адекватности разработанных моделей является крайне узким местом.

SPAUN, напротив, обладает виртуальным глазом, который способен воспринимать изображения размером до 28x28 пикселей, и рукой, предназначенной для написания цифр. С помощью данных устройств модель способна проходить различные тесты, среди которых распознавание цифр, обучение с подкреплением (усложненный аналог экспериментов Павлова), простое сложение цифр, запоминание последовательностей с помощью кратковременной памяти, а также задачу на гибкое мышление - упрощенный тест Равена. Решение последнего до сих пор удавалось только человеку. Безусловно, наиболее впечатляющим выглядит прохождение последнего задания - в текущей версии исследователи показывают последовательности цифр, например (1,2,3) и (5,6,7), а SPAUN должен самостоятельно вывести закономерность в представленных рядах и продолжить неполную последовательность.

Один из крупнейших мировых специалистов в области изучения нейрональной динамики Евгений Ижикевич описал суть достижений авторов: "До сегодняшнего момента гонка лабораторий заключалась в том, кто сможет провести моделирование в масштабах человеческого мозга, не задумываясь о том, какое поведение и функции этот мозг может обеспечивать. Теперь все будут пытаться воссоздать биологические функции и поведение, похожее на животных. На данный момент Spaun является победителем".

"Теперь все будут пытаться воссоздать биологические функции и поведение, похожее на животных. На данный момент Spaun является победителем"

Для того чтобы модель могла успешно справляться с таким спектром задач, было необходимо разработать нейрональную реализацию механизма выбора действия и трех основных систем: зрительной для обработки поступающих сигналов (условий задач), моторной для поведенческого ответа и системы рабочей памяти для хранения общей задачи, подзадач и контекста. Большинство компонент системы построены на принципе так называемых "семантических указателей", обширное теоретическое и прикладное описание которых будет в готовящейся к изданию книге Элиасмита "Как построить мозг: нейрональная архитектура для биологических познавательных способностей".

По определению, семантические указатели - это построенное на нейронах отображение некоторого векторного пространства, которое сгенерировано с помощью сжатия. Фактически же идеология семантических указателей позволяет кодировать в активностях (частоте сигнала) группы клеток высокоразмерную информацию. Рассматриваемая информация может быть получена извне организма (сенсорика) или от другой группы клеток, и в таком случае она в свою очередь тоже является семантическим указателем.

Таким образом, мы последовательно уменьшаем число нейронов, необходимое для отображения в модели той или иной информации. Более того, в процессе перехода от одной группы клеток к другой мы можем не только снижать размер необходимых ресурсов, но и реализовывать произвольную функцию на основе конкретной информации, то есть осуществлять нужные нам манипуляции и преобразования.

Похожая идеология, хоть и значительно более упрощенная, лежала в основании теории искусственных нейронных сетей, которая активно развивалась с 50-х годов прошлого века. Основное достижение Элиасмита заключается в том, что к 2003 году он разработал метод, который позволяет определить параметры групп нейронов (архитектуру внутри- и межгрупповых связей) по необходимой функции. Архитектура SPAUN построена на описанных выше принципах последовательного преобразования и хранения информации. Авторы приводят в статье результаты экспериментов, исходя из которых можно сделать вывод о том, что характер активности нейронов в модели достаточно хорошо соответствует имеющимся данным по различным животным.

Множество западных и российских СМИ за последние несколько дней уже успели на все лады вознести результаты, полученные канадскими учеными. Однако, несмотря на то, что данная работа является знаковой для области крупномасштабного моделирования мозга (по крайней мере, за последние несколько лет), она имеет также и ряд узких мест.

Авторы крайне немного времени посвящают проблематике обучения в SPAUN. Между тем, эффективные механизмы самообучения, которые присущи любым животным, до сих остаются краеугольным камнем нейронаук. Вся структура связей в модели SPAUN генерируется с помощью разработанного Элиасмитом инструментария, но возможно ли обучить систему "с нуля" выполнять такие же задачи? Ссылаясь на свою статью 2011 года, авторы утверждают, что каждый отдельный компонент (преобразующая информацию функция) может быть выучен с помощью специального биологически реалистичного правила синаптической пластичности. Тем не менее, и они признают невозможность на данный момент обучить такую сложную систему целиком в процессе непрерывного взаимодействия со средой, тем более - без изначального задания для групп нейронов множества необходимых преобразований. В целом обучение (с точки зрения синаптической пластичности) в SPAUN происходит только в одной из восьми задач, рассмотренных авторами. Решение остальных тестов происходит за счет сложности динамики такой большой изначально заданной системы.

Авторы крайне немного времени посвящают проблематике обучения в SPAUN. Между тем, эффективные механизмы самообучения, которые присущи любым животным, до сих остаются краеугольным камнем нейронаук.

Мозг животных развивался в эволюции, чтобы реализовывать поведение, которое является успешным - или, по-научному, дающим адаптивный результат в среде обитания. Решение большинства задач, рассмотренных в статье, изначально не несло бы никакой адаптивности реальному организму. Насколько целесообразно проводить биологически реалистичное моделирование мозга, оставляя за скобками один из главнейших факторов, который канализирует развитие поведения животных? Данный вопрос, безусловно, остается открытым - SPAUN фактически выполняет поставленные задания не из-за того, что они исключительно важны для его выживания, а потому что модель так "запрограммирована" человеком (хотя прямого программирования и не производилось).

Статья канадской группы стала большим событием не только для научного сообщества. Однако самым важным последствием, возможно, будет вовсе не привлечение дополнительного внимания к области теоретической нейронауки, а смена направления исследований множества групп по всему миру. Вполне вероятно, что теперь проводить симуляции все большего количества нейронов будет уже недостаточно, и мы увидим, как крупномасштабные модели начнут обладать настоящим интеллектом.

Lumosity: игра, которая развивается вместе с вами

Константин Лахман — Tue, 27 Nov 2012 00:25:25 +0400

Научной базой Lumosity являются исследования последних лет, говорящие о возможности нашего мозга перестраиваться на протяжении всей жизни. Пластичность синапсов, соединяющих нейроны, позволяет нам запоминать новую информацию и осваивать незнакомые навыки. Важным фактором, влияющим на качество и скорость обучения, является новизна и сложность поставленной задачи - мы должны столкнуться с проблемой, к которой мы не привыкли в обычной жизни. Множество задач в реальной жизни требуют вовлечения целой сети связанных когнитивных процессов, поэтому эффективное развитие интеллектуальных способностей возможно только при комплексной тренировке.

Пластичность синапсов, соединяющих нейроны, позволяет нам запоминать новую информацию и осваивать незнакомые навыки.

На сайте предлагается с помощью достаточно простых заданий, которые надо выполнять ежедневно, развивать пять основных сторон мышления: скорость, память, внимание, гибкость и способность к решению проблем. В самом начале создатели сервиса рекомендуют создать индивидуальную программу тренировок, включающую непосредственно те области, над которыми вы хотите работать. После этого шага вы можете приступить к тренировке того или иного навыка, на что нацелены различные игры.

Быстроту мышления можно тренировать с помощью игры на сопоставление различных фигур. В данной игре необходимо быстро и правильно отвечать на один вопрос: равны ли две последовательно показанные пользователю фигуры. Игра начинается с простых геометрических фигур, последовательно приближаясь к сложным китайским иероглифам, в которых найти различия не так просто. Игра "Орлиный глаз" нацелена на развитие зрительного внимания.

Игра начинается с простых геометрических фигур, последовательно приближаясь к сложным китайским иероглифам

В данной игре необходимо одновременно запоминать местоположение "орла" и цифру, которые показываются на доли секунды. Таким образом дополнительно развивается периферийное зрение с возможностью множественных фокусов внимания.

Те же, кто любят математику, могут попробовать себя в игре "Дождевые капли", в которой необходимо решать простые примеры на элементарные математические операции, пока капли не ударились о землю. Сможете ли вы под напором целого "ливня" таких примитивных примеров сохранить самообладание и быстроту ума?

Безусловно, самым важным качеством Lumosity является то, что игры, как это ни странно, развиваются вместе с вами - чем вы становитесь успешнее, тем сложнее становятся и они. И хоть до конца никому и не ясно, насколько данная версия "зарядки для ума" полезна в долгосрочной перспективе, вы точно сможете держать себя в тонусе, тратя 15 минут каждый день на несколько подобных тренингов.