Коннектом • Себастьян Сеунг • Книжный клуб на «Элементах»
Книжный клуб > Книги
Глава
Себастьян Сеунг
Как мозг делает нас тем, что мы есть
(Sebastian Seung. Connectome: How the Brain’s Wiring Makes Us Who We Are)
Издательство «Лаборатория знаний», 2016
Серия: Universum
Страниц: 440, твердый переплет, 145×215
ISBN: 978-5-906828-76-7
Тираж: 1000
Перевод с английского А. Капанадзе. 2-е издание
Что такое человек? Какую роль в формировании личности играют гены, а какую — процессы, происходящие в нашем мозге? Сегодня ученые считают, что личность и интеллект определяются коннектомом, совокупностью связей между нейронами.
Описание коннектома человека — невероятно сложная задача, ее решение станет не менее важным этапом в развитии науки, чем расшифровка генома, недаром в 2009 году Национальный институт здоровья США запустил специальный проект «Коннектом человека», в котором сегодня участвуют ученые многих стран.
В своей книге Себастьян Сеунг, известный американский ученый, профессор Принстонского университета, рассказывает о самых последних результатах, полученных на пути изучения коннектома человека, и о том, зачем нам всё это нужно.
Глава
Глава 3. Нет нейрона, который был бы как остров
Себастьян СЕУНГ
Американский ученый, занимающийся междисциплинарными исследованиями на стыке нейронаук, физики и биоинформатики, профессор Принстонского университета. …
Другие издания
Глава
Себастьян Сеунг
Коннектом
Как мозг делает нас тем, что мы есть
В книге выдвинута гипотеза о том, что своеобразие психологических свойств человека определяется коннектомом, совокупностью связей между нейронами. …
Издательство «Лаборатория знаний», 2018
Серия: Universum
Рецензии
Светлана Ястребова • Рабкор • 19.08.2014
Коннектом я?
Чтение увлекает, оставляя в то же время достаточно места для размышлений.
Алексей Павперов • Look At Me • 28.08.2014
Как человечество может достичь цифрового бессмертия
Книга Сеунга — не только повествование о перспективной и труднодоступной отрасли нейрофизиологии, но и, видимо, одно из наиболее подробных описаний работы человеческого мозга в целом. …
Екатерина Печенкова • Psychologies.ru • 12.09.2014
Как мозг делает нас тем, что мы есть
За легкостью стиля можно обнаружить вполне серьезную аргументацию и более сотни страниц комментариев, как будто написанных другим человеком, — аккуратных, представляющих альтернативные точки зрения и содержащих ссылки на источники. Эта книга помогает преодолеть распространенные, но устаревающие представления о мозге.
Отзывы читателей
Написать отзыв
Два нейтрино
(Мистер «нейтрино». Глава из книги)
Борис Булюбаш
Сварка от А до Я
(«Изобретено в России». Глава из книги)
Тимофей Скоренко
Вниз по кроличьей норе
(«Язык бабочек». Глава из книги)
Венди Уильямс
Разнообразное сообщество
(«Растения разумные». Глава из книги)
Беронда Монтгомери
Все опубликованные главы
Новостная рассылка
«Элементы» в соцсетях:
Себастьян Сеунг: Я — это мой коннектом — Идеономика – Умные о главном
Себастьян СеунгБудущееМы живем в удивительное время, эру геномики. Ваш геном – это вся последовательность вашей ДНК. Ваша и моя последовательности немного различаются. Вот почему мы выглядим по-разному. У меня карие глаза.
Ваши могут быть голубыми или серыми. Но дело не только во внешности. Газеты пестрят заголовками, что наши гены передают нам страшные заболевания, формируют наши личности или даже выступают причиной умственных расстройств. Похоже, наши гены имеют колоссальное влияние на наши судьбы. И все же я склонен думать, что я — больше, чем мои гены. Дорогие зрители, что вы об этом думаете? Вы что-то еще, чем просто ваши гены?
Аудитория: Да.
Да? Вижу, что многие со мной согласны. Я думаю, что мы должны заявить об этом. Я думаю, что мы должны сказать это все вместе. Скажите: «Я — не только мои гены!» – все вместе.
Себастьян и аудитория: «Я — не только мои гены!»
…что же я? Я – мой коннектом. Теперь, раз вы все такие замечательные, может быть вы меня осчастливите и тоже повторите это? Отлично. Все вместе.
Себастьян и аудитория: «Я – мой коннектом!»
Себастьян: Это звучало великолепно. Вы такие замечательные ребята, вы, не зная, что такое коннектом, все равно готовы помогать мне.
Миссия выполнена — можно идти домой.
На самом деле пока только один коннектом известен, коннектом этого червячка. Его скромная нервная система состоит из всего лишь трехсот нейронов. И в 1970-х и в 80-х годах команда ученых нанесла на карту все 7 000 соединений между этими нейронами. На этой диаграмме каждый узел – это нейрон, а каждая линия – соединение. Это коннектом червя-нематоды. Ваш коннектом намного сложнее этого, потому что ваш мозг содержит 100 млрд нейронов и в 10 000 раз больше соединений. Можно составить подобную диаграмму и для вашего мозга, но она никаким образом не сможет поместиться на этот слайд. Ваш коннектом содержит в миллион раз больше соединений, чем количество букв в вашем геноме. Это ОЧЕНЬ много информации.
Что это за информация? Нам не известно это наверняка, но есть теории. С XIX-го века неврологи стали подозревать, что, может быть, это ваши воспоминания – информация, делающая вас вами – может быть, ваши воспоминания хранятся в соединениях между нейронами вашего мозга.
И возможно другие аспекты вашей индивидуальности – ваша личность и ваш интеллект – может быть, они тоже закодированы в соединениях между нейронами. Теперь вам должно быть понятно, почему я заявил об этой гипотезе: Я – мой коннектом. Я не стану вас просить повторять это как заклинание. Я только хочу, чтобы вы запомнили это. На самом деле мы не знаем, верна ли эта гипотеза, потому что у нас никогда не было технологий настолько сильных, чтобы проверить ее. Определение коннектома этого червя заняло более 12 лет упорного труда. Чтобы определить коннектом мозга, сравнимого с нашим, мы должны иметь более продвинутые автоматизированные технологии, которые увеличат скорость нахождения коннектомов. В течение следующих пары минут я расскажу вам о некоторых таких технологиях, пока находящихся в разработке в моей лаборатории и в лабораториях моих коллег.
Думаю, вы и раньше видели фотографии нейронов. И вы сразу их узнаете по их фантастическим формам. Они тянут свои ажурные ветви и немного напоминают собой деревья.
Но это всего лишь один нейрон. Чтобы найти коннектомы, мы должны увидеть все нейроны одновременно. Итак, познакомьтесь с Бобби Кастури, который работает в лаборатории Джеффа Литчмана в Гарвардском Университете. Бобби держит фантастически тонкие срезы мозга мыши. Мы фотографируем его с приближением в сто тысяч раз чтобы получить достаточное разрешение, чтобы видеть все ветви нейронов одновременно. Возможно такое, что вы до сих пор их не узнаете, это потому, что мы должны работать в трех измерениях.
Если мы сделаем множество фотографий срезов мозга и сложим их вместе, мы получим трехмерное изображение. Возможно, вы все еще не видите ветвей. Поэтому давайте начнем сверху и раскрасим поперечный срез ветви в красный цвет. Так же мы поступим для следующего среза и для еще одного. И мы продолжим делать это, срез за срезом. Если мы закончим со всей кипой, мы можем восстановить трехмерную форму маленького фрагмента ветви нейрона. То же самое сделаем с другим нейроном, покрасив его зеленым.
Теперь вы видите, как зеленый нейрон касается красного в двух местах, они называется синапсами.
Давайте приблизим один синапс, и сосредоточим внимание на внутренней части зеленого нейрона. Вам должны быть видны маленькие круги. Это везикулы, содержащие молекулы, известные как нейромедиаторы. Когда зеленый нейрон хочет передать информацию, он посылает сигнал красному нейрону, «выплевывая» нейромедиаторы. Известно, что в синапсе оба нейрона соединены вместе, словно два друга, разговаривающих по телефону.
Теперь вы видите, как найти синапс. Но как же нам найти весь коннектом? Мы берем всю трехмерную кипу изображений и смотрим на них как на огромную трехмерную книгу-раскраску. Мы окрашиваем каждый нейрон в разный цвет, затем проходим через все изображения, находим синапсы и запоминаем цвета обоих нейронов, задействованных в каждом синапсе. Если мы проделаем эту процедуру со всеми изображениями, мы найдем коннектом.
Итак, вы узнали азы о нейронах и синапсах. Поэтому я думаю, что мы уже готовы коснуться одного из самых важных вопросов неврологии: чем же отличаются мозги мужчины и женщины? В популярном самоучителе по психологии у парней мозги похожи на вафли, они расположили свою жизнь по офисным шкафам.
Мозги девушек словно спагетти, все в их жизни соединено со всем остальным. Вот вы смеетесь, а эта книга изменила мою жизнь! Но если серьезно? Что здесь не так? Вы уже знаете достаточно, чтобы указать, что тут не так. Не важно, парень вы или девушка, у каждого мозги словно… спагетти. Или, если быть точнее, очень-очень тонкие спагетти с разветвлениями. Подобно тому, как одна макаронина соединяется со многими другими на вашей тарелке, один нейрон касается многих других нейронов через их запутанные ветви. Нейрон может быть соединен с таким большим количеством других нейронов, потому что существуют синапсы в местах контактов. Пока у вас, возможно, нет представления о реальном размере этого кубика нервной ткани.
Давайте сделаем ряд сравнений, чтобы это продемонстрировать. Я уверяю вас, он очень маленький. Размер его стороны – 6 микрон. Теперь посмотрите, какой он по сравнению со всем нейроном. Вы видите, что только маленький фрагмент ответвлений попадает внутрь куба. А нейрон – нейрон меньше мозга.
И это лишь мозг мыши. Он намного меньше, чем мозг человека. Когда я показывал это моим друзьям, иногда они говорили мне: «Ты знаешь, Себастьян, оставь все это. Неврология безнадежна.» Потому что, если вы посмотрите на мозг невооруженным глазом, вы не увидите насколько мозг сложен, но когда вы используете микроскоп, только тогда скрытая сложность становится заметной.
В XVII-м веке математик и философ Блез Паскаль написал о своих страхах по поводу бесконечного, своем чувстве малозначительности в сравнении с огромными пространствами космоса. Как ученый я не должен распространяться о своих чувствах. «Это было бы слишком, профессор.» Или вы позволите? Я чувствую любопытство, и я чувствую удивление, но одновременно печаль. Ну, зачем же я начал изучать этот орган, столь восхитительный в своей сложности, сложности возможно бесконечной? Это абсурдно. Как же мы посмели вообразить, что когда-либо сможем понять мозг?
И все же я продолжаю это донкихотское начинание. У меня даже появилось несколько надежд.
В один прекрасный день армия микроскопов совместит каждый нейрон и каждый синапс в огромной базе данных фотографий. И однажды суперкомпьютер с искусственным интеллектом проанализирует все эти изображения без участия людей и объединит их в коннектом. Я не знаю, но я надеюсь, что доживу до этого дня. Потому что определение полного коннектома человека станет одним из величайших технологических достижений всех времен, которое увенчает успехом работу многих поколений. В настоящее время я и мои коллеги, мы ставим перед собой более скромную цель – мы лишь ищем частичные коннектомы небольших участков мышиного и человеческого мозга. Однако, этого будет достаточно для первичной проверки нашей гипотезы, что я – это мой коннектом. Пока же позвольте мне убедить вас в правдоподобии этой теории, в том что ее нужно воспринимать серьезно.
В детстве, пока вы растете, и во взрослом возрасте, когда вы стареете, ваша индивидуальность медленно меняется. Так же и каждый коннектом меняется со временем. Какие же изменения происходят? Нейроны, словно деревья, могут отращивать новые ветви и терять старые.
Синапсы могут создаваться и уничтожаться. Также синапсы могут увеличиваться и могут уменьшаться. Второй вопрос: что приводит к этим изменениям? Вообще-то это правда, в какой-то степени, эти изменения закодированы в ДНК. Но это еще не вся история, потому что есть сигналы, электрические сигналы, путешествующие вдоль ветвей нейронов, и есть химические сигналы, перепрыгивающие от ветви к ветви. Эти сигналы называются нервной деятельностью. Есть много свидетельств, что нервная деятельность программирует наши мысли, чувства и восприятие, наш ментальный опыт. Также есть много свидетельств, что нервная деятельность может быть причиной изменения соединений. Если вы сложите вместе два этих факта, это будет значить, что ваши переживания и опыт могут изменить ваш коннектом. Вот почему каждый коннектом уникален даже у генетически идентичных близнецов. Коннектом — это то место, где природа встречается с воспитанием. Также может быть правдой то, что даже простая мысль может изменить ваш коннектом – эту идею многие могут посчитать вдохновляющей.
Что здесь изображено? Холодный и освежающий поток воды, скажете вы. Что еще на этой фотографии? Не забудьте про канавку в земле, называемую ложем ручья. Без него вода не знала бы, куда ей течь. Этот ручей – моя метафора для определения зависимости между нервной деятельностью и связями. Нервная деятельность все время меняется. Она словно вода в ручье – никогда не остается спокойной. Связи в мозговой нервной сети определяют путь, вдоль которого течет нервная деятельность. Поэтому коннектом словно ложе ручья. Но моя метафора даже шире, потому что это правда, что дно ручья направляет поток воды, но в течение более продолжительного времени вода в свою очередь изменяет форму дна. Как я только что сказал, нервная деятельность может изменить коннектом. И если вы мне позволите подняться до метафорических высот, я вам напомню, что нервная деятельность — это физическая основа – многие неврологи так думают – ваших мыслей, чувств и ощущений. Мы даже можем говорить о потоке сознания. Нервная деятельность – это его вода, а коннектом – это его русло.
Давайте вернемся с поэтических высот к науке. Предположим, что наши технологии для нахождения коннектомов действительно работают. Как же мы протестируем нашу гипотезу «Я – мой коннектом»? Я предлагаю прямой тест. Давайте попробуем считать воспоминания из коннектомов. Считайте это памятью о продолжительных последовательностях движений, словно пианист играет сонату Бетховена. Согласно теории, которая датируется XIX веком, такие воспоминания хранятся как цепочки синаптических связей внутри вашего мозга. Все потому, что если активировать первые нейроны цепи, через свои синапсы они сигналят вторым нейронам, и те тоже активируются, и так далее по цепочке, словно падающее домино. И эта последовательность нервной активации гипотетически служит нервной основой для той последовательности движений.
Поэтому один из способов протестировать теорию – это найти такие цепочки внутри коннектомов. Но это будет нелегко, потому что они не будут выглядеть именно так. Они будут перемешаны. Поэтому мы должны использовать компьютеры, чтобы расшифровать цепь.
И если мы сможем это сделать, последовательность нейронов, получившаяся в результате, будет предсказанием картины нервной активности, которая проигрывается в мозгу во время воспоминания. А если нам повезет, это будет первым примером считывания памяти из коннектома.
Ну и беспорядок. Пробовали ли вы когда-нибудь подключить систему настолько сложную, как эта? Надеюсь, что нет. Но если да, вы знаете, как легко ошибиться. Ветви нейронов, словно провода в мозге. Кто-нибудь может угадать суммарную длину проводов вашего мозга? Я вам подскажу – это огромное число. Я оцениваю ее в миллионы километров. И все это упаковано у вас в голове. И если вы вникли в это число, вам легко понять, что есть огромная вероятность неправильного подключения. И действительно, СМИ любят заголовки вроде: «Мозги анорексиков работают по-другому» или «Мозги аутистов подключены иначе». Это правдоподобные утверждения, но на деле мы не можем видеть подключения в мозгах достаточно четко, чтобы сказать это наверняка. Поэтому технологии для изучения коннектомов позволят нам в конечном итоге прочесть ошибки подключения мозга, увидеть умственные заболевания в этих коннектомах.
Иногда лучший способ убедиться в правоте утверждения – это убедиться в правоте наиболее экстремального следствия. Философы хорошо знакомы с этой игрой. Если вы действительно верите, что я – это мой коннектом, я думаю, вы также должны принять идею, что смерть – это разрушение вашего коннектома. Я упомянул это, потому что есть провидцы, утверждающие, что есть технология, которая в корне изменит понимание, что значит быть человеком, и, возможно, даже изменит сам наш вид «человек разумный». Одна из их самых лелеемых ими надежд – это обмануть смерть деятельностью, называемой «крионика». Если вы заплатите $100 тысяч, то вас заморозят после того, как вы умрете, и будут хранить в жидком азоте в одном из этих резервуаров на складе в Аризоне в ожидании будущей цивилизации, развитой достаточно, чтобы оживить вас.
Должны ли мы высмеивать современных искателей бессмертия, называть их глупцами? Или они однажды будут хихикать над нашими могилами? Я не знаю. Я предпочитаю проверить их убеждения по-научному.
Я предлагаю попытаться найти коннектом замороженного мозга. Мы знаем, что происходит повреждение мозга после смерти и во время заморозки. Вопрос такой: стерли ли эти повреждения коннектом? Если да, то никакая будущая цивилизация не сможет восстановить воспоминания этих замороженных мозгов. Воскрешение может произойти для тела, но не для разума. С другой стороны, если коннектом остался цел, мы не должны высмеивать утверждения крионистов.
Я описал то, что надо искать. Поиск начинается в мире очень маленьких вещей, но побуждает нас двигаться в мир далекого будущего. Коннектомы обозначат собой исторический момент в развитии цивилизации. Мы эволюционировали из наших обезьяноподобных предков африканской саванны, и то, что нас стало отличать, – это наши большие мозги. Мы использовали наши мозги, чтобы замыслить еще более удивительные технологии. В конце концов эти технологии станут настолько сильными, что мы станем использовать их для самопознания, разбирая и собирая снова наши собственные мозги.
Я думаю, что это путешествие к самопознанию, и не только для ученых, но для всех. И я благодарен за сегодняшнюю возможность поделиться с вами своими мыслями.
Перевод: Евгений Иванов
Редактор: Катя Основски
Источник
Свежие материалы
Х. Себастьян Сын | Неврология
JavaScript отключен! Для работы этого веб-сайта ТРЕБУЕТСЯ JavaScript. Включите JavaScript в настройках вашего браузера или выберите другой браузер.
Системы и схемы ; Теория и расчетСистемы и схемы ; Теория и расчет
Эвнин Профессор нейробиологии. Профессор компьютерных наук и неврологии.
Доктор философии, Гарвардский университет, 1990
Факультет
Исследования: Объединяет методы биологии и компьютерных наук для исследования связности нейронов в биологических тканях.
«/> [email protected]
Исследовательская лаборатория
609-258-7713
153 PNI
Исследования фокусируются
Sebastian Seung Seang. микроскопические изображения. EyeWire демонстрирует свой подход, мобилизуя геймеров со всего мира для создания 3D-реконструкций нейронов путем взаимодействия с глубокой сверточной сетью. После реконструкции нейронных цепей Сын применяет вычислительные методы, чтобы объяснить, как они функционируют. Текущие области интересов включают сетчатку, глазодвигательные и корковые цепи.
- Профессор Сын в Википедии
- «Я — мой коннектом», Ted Talk, 2010 г.
- Посмотреть полный список публикаций
Избранные публикации
- Вишванатан А., Дайе К., Рамирес А.Д., Лихтман Дж.В., Аксай Э.Р.Ф., Сеунг Х.С. Электронно-микроскопическая реконструкция функционально идентифицированных клеток в нейронном интеграторе.
- Александр Златески и Х Себастьян Сын. 2017. Оптимизированные во время компиляции и статически запланированные примитивы N-D convnet для многоядерных и многоядерных (Xeon Phi) процессоров. В материалах Международной конференции по суперкомпьютерам (ICS ’17). ACM, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, статья 8, 10 страниц.
- Prelec D, Seung HS, McCoy J. Решение проблемы мудрости толпы с одним вопросом. Природа. 2017 25 января; 541 (7638): 532-535.
- Игнасио Арганда-Каррерас, Верена Кайниг, Кертис Руден, Кевин В. Элисейри, Йоханнес Шинделин, Альберт Кардона, Х. Себастьян Сынг; Обучаемая сегментация Weka: инструмент машинного обучения для классификации пикселей микроскопии, Биоинформатика, том 33, выпуск 15, 1 августа 2017 г., страницы 2424
- Д. Прелек, Х. С. Сын, Дж. Маккой, Решение проблемы мудрости толпы с одним вопросом. Природа 541 (7638), 532-535
- М.Дж. Грин, Дж.С. Ким, Х.С. Сын, EyeWirers. Аналогичная конвергенция устойчивых и переходных входных сигналов в параллельных путях включения и выключения для расчета движения сетчатки. Cell Reports 14, 1–9 (2016 г.).
- Ragan, T, Kadiri LR, Sutin J, Taranda J, Arganda-Carreras I, Kim Y, Kim Y, Seung SH, Osten P. 2012. Серийная двухфотонная томография для автоматизированной визуализации мозга мышей ex vivo. Природные методы.
- Wickersham, IR, Sullivan HA, Seung HS. 2010. Производство вирусов бешенства с делецией гликопротеина для моносинаптического отслеживания и экспрессии генов высокого уровня в нейронах. Протоколы о природе. 5(3):595-606.
- Ван, Дж., Хасан М.Т., Сын С.Х. 2009. Вызванная лазером синаптическая передача в культивируемых нейронах гиппокампа, экспрессирующих канальный родопсин-2, доставляемый аденоассоциированным вирусом. J Neurosci Методы. 183:165–75.
- Turaga, SC, Briggman KL, Helmstaedter M, Denk W, Seung SH. 2009. Максимин аффинное обучение сегментации изображений. CoRR. абс/0911.5372.
- С. К. Турага, Дж. Ф. Мюррей, В. Джейн, Ф. Рот, М. Хелмстедтер, К. Бриггман, В. Денк и Х. С. Сеунг. Ко
- Ю. Левенштейн, Д. Прелек и Х. С. Сеунг. Оперантное сопоставление как равновесие по Нэшу в межвременной игре. Нейронные вычисления 21, 2755-2773 (2009).
- Х. С. Сын. Чтение Книги памяти: разреженная выборка против плотного картирования коннектомов. Нейрон 62, 17–29 (2009).
- В. Джейн и Х. С. Сын. Естественное шумоподавление с помощью сверточных сетей. Достижения в нейронной информации. проц. Системы 21 (Материалы NIPS ’08), стр. 769-776. Кембридж, Массачусетс: MIT Press, 2009. .
- В. Джейн, Дж. Ф. Мюррей, Ф. Рот, С. Турага, В. Жигулин, К. Л. Бриггман, М. Н. Хелмштедтер, В. Денк и Х. С. Сеунг. Контролируемое обучение восстановлению изображений с помощью сверточных сетей. Материалы: 11-я Международная конференция IEEE по компьютерному зрению (ICCV) (2007 г.).
- C. Fang-Yen, M.C. Chu, H.S. Seung, R.R. Dasari и M.S. Feld. Зондовый интерферометр с привязкой по фазе для профилирования биологических поверхностей и измерений смещения. преподобный наук. Инструм. 78, 123703 (2007).
- И. Р. Фиете, М. С. Фи и Х. С. Сеунг. Модель обучения пению птиц, основанная на оценке градиента путем динамического возмущения проводимости нейронов. Дж. Нейрофизиол. 98, 2038–57 (2007; Epub, 25 июля 2007 г.).
- C. Fang-Yen, S. Oh, Y. Park, W. Choi, S. Song, H. S. Seung, RR Dasari и M. S. Feld. Визуализация зависящих от напряжения движений клеток с помощью гетеродинной фазовой микроскопии Маха-Цендера. Опц. лат. 32, 1572-4 (2007).
- У. Рокни, А. Г. Ричардсон, Э. Биззи и Х. С. Сын. Моторное обучение с нестабильными нейронными представлениями. Нейрон 54, 65366 (2007).
- Д. З. Джин, Ф. М. Рамазаноглу и Х. С. Сеунг. Внутренний пакетный сигнал повышает надежность нейросетевой модели генерации последовательности с помощью HVC области мозга птиц. Дж. Вычисл. Неврологи. 23, 283–299 (2007; Epub, 18 апреля 2007 г.).
Cell Reports 14, 1–9 (2016 г.).
Прелек и Х. С. Сеунг. Оперантное сопоставление как равновесие по Нэшу в межвременной игре. Нейронные вычисления 21, 2755-2773 (2009).
Себастьян Сын: ты твой коннектом | Neuroscience
Себастьян Сын считается восходящей звездой нейробиологии. Он учился на физика в Гарвардском университете, но позже присоединился к Массачусетскому технологическому институту в качестве профессора вычислительной нейробиологии.
Как выглядит коннектом?
Коннектом представляет собой карту мозга в виде сети нейронов. Если вам нужна мысленная картина, подумайте о картах полетов, которые вы видите в конце журналов авиакомпаний, за исключением того, что замените каждый город нейроном, а каждый рейс — связью между нейронами. Теперь увеличьте карту, чтобы включить 100 миллиардов городов и 10 000 рейсов в каждом городе. Это будет ваш коннектом.
Как составить карту коннектома?
Один из способов — разрезать очень тонкие срезы мозга и визуализировать каждый срез. Затем вам нужно идентифицировать каждый нейрон и проследить его путь через кусок мозга. Вам нужны изображения с высоким разрешением и автоматизированные способы их анализа. Я предлагаю долгосрочную цель — достичь момента, когда мы сможем создать весь человеческий коннектом, но для этого потребуются десятилетия экспоненциальных инноваций.
Просто изучая маленькие кусочки мозга, мы узнаем огромное количество информации о том, как работает мозг.
Что это может нам сказать?
Мозг стоит за действительно важными вопросами, которые у нас есть. Кто я, какова моя личность? На чем это основано? Если воспоминания закодированы в коннектомах, ваша личность может быть в вашем коннектоме. Если это так, то это основа вашей уникальности как личности. Вот почему у меня есть этот слоган: «Ты — твой коннектом».
Когда некоторые люди думают о схеме соединений мозга, они представляют себе электронное устройство и схему, которая никогда не меняется. Но коннектом меняется, когда у вас есть опыт, и какое-то время считалось, что след прошлого опыта сохраняется в вашем мозгу. Гипотеза состоит в том, что разумы различаются по мере того, как различаются коннектомы.
Как меняется мозг?
Я определяю четыре R изменения коннектома как: повторное взвешивание, повторное соединение, перепрошивку и регенерацию.
Перевзвешивание — это изменение силы существующей связи. Повторное подключение означает создание совершенно нового подключения или устранение старого. Ревайринг — это рост и ретракция ветвей нейронов. Регенерация — это создание или уничтожение целых нейронов.
Мы знаем, что происходят эти четыре вида изменений. Чего мы не знаем, так это того, как именно они связаны с обучением и памятью. Мы не знаем, в какой степени они сохраняются во взрослом и пожилом возрасте. Перевзвешивание происходит на протяжении всей вашей жизни, поэтому вы учитесь всю жизнь. Считалось, что воссоединение прекращается во взрослом возрасте, но теперь есть доказательства, что оно продолжается. Все дебаты ведутся вокруг перепрошивки и регенерации.
Вы говорите о «коннектопатиях»…
Это теория о том, что некоторые психические расстройства вызваны неправильной структурой мозга или коннектопатиями. Это патологические паттерны связей. Одним из наиболее загадочных аспектов некоторых психических расстройств является отсутствие четкой нейропатологии.
Если вы возьмете мозг человека, умершего от болезни Альцгеймера или Паркинсона, станет ясно, что нейроны дегенерируют и умирают. У нас нет лекарств, но, по крайней мере, мы можем видеть, что что-то не так с мозгом. Но если вы посмотрите на человека, страдающего шизофренией, вы не увидите отличительной невропатологии. Вот почему многие годы люди отрицали, что шизофрения — это заболевание головного мозга. Нейроны могут быть здоровыми, но, возможно, они связаны ненормальным образом, и мы просто не можем этого увидеть.
С чего начать?
Нам нужна возможность нанести на карту все связи внутри кубического миллиметра мозга. Это один пиксель в МРТ-сканере, но в этом пикселе целый мир. Это 100 000 нейронов и 1 миллиард соединений. Сделанные с помощью электронного микроскопа, эти изображения составляют один петабайт данных или миллиард фотографий в вашем цифровом альбоме. Технологии визуализации невероятно продвинулись вперед. Через несколько лет мы легко получим эти петабайты.
А дальше что?
Узким местом становится анализ изображений. Предположим, мы можем отобразить кубический миллиметр мозга за две недели. Чтобы проследить нейроны по этим изображениям вручную, по нашим оценкам, потребуется 100 000 лет. За один кубический миллиметр. Задача состоит в том, чтобы ускорить этот процесс. Одним из способов является автоматизация процесса. Но искусственный интеллект (ИИ) не идеален. Он может ускорить людей, но не может заменить их. Даже если ИИ сделает 99% работы, это сократит 100 000 лет до 1 000 лет.
Итак, вы занимаетесь краудсорсингом…
Моя лаборатория запускает гражданский научный проект, который пытается набрать в Интернете добровольцев для взаимодействия с ИИ для определения связей. Angry Birds потребляет 600 лет человеческого внимания в день. Я шучу, что если бы мы могли сделать отображение коннектома игрой, которая была бы на 1% такой же веселой, как Angry Birds , мы бы сделали кубический миллиметр за два дня.