Себастьян сеунг коннектом: Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть | Сеунг Себастьян

Содержание

как мозг делает нас тем, что мы есть

Книга известного учёного, профессора компьютерной нейробиологии в Массачусетском технологическом институте (США), который в своём видении описывает, что наша индивидуальность определяется не только генами, но и совокупностью всех связей между клетками мозга, получившей интересное название – Коннектом.

В книге раскрываются понятия о том, имеет ли на самом деле значение размер мозга и как это влияет на «гениальность» человека. Раскрывается сущность понятия такой науки, как коннектомика, а так же описываются интересные методы исследования нейросетей – важнейшего тренда XXI века, который, в отличие от века ХХ, по ожиданию учёных должен стать веком биологии и естественных наук. Без внимания не остается и такой вопрос как бессмертие, и рассматривается он с точки зрения оцифровки нашего сознания, возможно, все мы скоро будем существовать в совсем другой форме?!

Особенность данной книги заключается в лёгкой подаче автора и неформальному подходу, ещё одна особенность — освещение трудов известнейших учёных XIX-XX в.в., благодаря которым, сегодня мы можем взглянуть на проблему сознания абсолютно с другой стороны, что не представлялось возможным ещё два столетия назад.

Коннектом – это книга о том, как НАШ мозг делает нас тем, что мы есть.

Книга «Коннектом» может быть полезна всем тем, кому интересна вселенная под названием «мозг человека»:

  • врачам неврологам / нейрофизиологам, благодаря описанию интереснейших процессов, которые протекают во время формирования нейросетей;
  • психологам и нейро/ психофизиологам, позволяя расширить кругозор, взглянув на новую модель, предложенную автором;
  • специалистам по двигательному обучению, с точки зрения оценки формирования двигательных навыков как организацию отдельных сетей, отвечающих за движения на уровне автоматизмов.

Количество страниц (может отличаться в разных изданиях): 440 с.

Год первого издания: 2012 г.

Постскриптум.

В 2010 году Себастьян Сеунг выступил в проекте TED с 20-минутной речью «Я – это мой коннектом».

Оригинал (можно включить русские субтитры):

С русской озвучкой:

С полным списком книг, рекомендованных Ренейро, Вы можете ознакомиться здесь

Себастьян Сеунг — Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть читать онлайн

Себастьян Сеунг

Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть

Sebastian Seung

Connectome

How the Brain’s Wiring Makes

Us Who We Are

Издание опубликовано по договоренности с Levine Greenberg Literary Agency, Inc. и литературным агентством «Синопсис».

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

Copyright © 2012 by Sebastian Seung

© Перевод на русский язык, оформление. БИНОМ. Лаборатория, 2014

* * *

UNIVERSUM

О науке, ее прошлом и настоящем, о великих открытиях, борьбе, идей и судьбах тех, кто, посвятил свою жизнь поиску научной Истины

Дорогой матери и дорогому отцу, которые создали мой геном и вылепили мой коннектом

Ни дороге, ни тропинке не пробраться сквозь этот лес. Длинные, тонкие, гибкие ветви деревьев распространились повсюду, заполоняя всё пространство благодаря своему безудержному росту. Даже солнечному лучу не под силу осветить узкие промежутки между переплетенными ветвями. Все деревья в этом темном лесу выросли из ста миллиардов семян, посеянных вместе. И каждое дерево обречено умереть в тот же день, что и его собратья.

Это волшебный лес. В нем есть всё. Более того, иногда мне кажется, что он – вообще всё на свете. Каждая книга и каждая симфония, каждое безжалостное убийство и каждый акт милосердия, любовные утехи и жаркие ссоры, шутки и горести, – всё берет начало именно в этом лесу.

Как ни удивительно, лес этот умещается в емкости диаметром меньше фута. И подобных лесов на Земле семь миллиардов. Случилось так, что и вам выпало присматривать за таким. Речь идет о лесе, который произрастает внутри вашего черепа. А деревья в лесу – особые клетки, именуемые нейронами. Задача нейробиологии[1] – исследовать эти загадочные ветви, приручить джунгли нашего сознания (см. рис. 1).

Нейробиологи уже начали подслушивать звуки этих джунглей – электрические сигналы в мозгу. Ученые сумели запечатлеть фантастические формы леса с помощью скрупулезных рисунков и точнейших фотографий нейронов. Но можно ли понять весь гигантский лес по нескольким разрозненным деревьям?

Рис. 1. Джунгли сознания: нейроны коры головного мозга, окрашенные по методу Камилло Гольджи (1843–1926) и зарисованные Сантьяго Рамоном-и-Кахалем (1852–1934)[2]

В XVII веке французский философ и математик Блез Паскаль писал о необъятности Вселенной:

Пусть человек созерцает Природу во всем ее обширном великолепии; пусть отстранит от своих глаз низменные предметы, что окружают его, и увидит ослепительный свет, озаряющий мир подобно вечному маяку; пусть Земля предстанет перед ним как малая точка, лежащая в границах огромного круга, описываемого этой звездой, и пусть он затрепещет при мысли, что эта бескрайняя окружность сама по себе кажется лишь малой песчинкой с точки зрения тех звезд, что движутся по небосводу.

Пораженный и смущенный этими раздумьями, Паскаль признавался, что его страшит «вечное безмолвие этих бесконечных пространств». Он размышлял о пространстве внешнем, о космосе, однако нам достаточно мысленно обратиться внутрь себя, чтобы разделить его страх. У каждого из нас внутри черепа располагается орган столь неизмеримо сложный, что его вполне можно назвать бесконечным.

Я сам нейробиолог и в свое время лично ощутил этот паскалевский ужас. Ощущал я и связанное с ним смущение. Иногда мне приходится публично выступать, рассказывая о положении дел в нашей сфере науки. После одного из таких выступлений меня буквально засыпали вопросами. Что вызывает депрессию и шизофрению? В чем необычность мозга Эйнштейна или Бетховена? Как научить моего ребенка лучше читать? Мои ответы не удовлетворили слушателей, и я увидел разочарование на их лицах. Наконец я со стыдом извинился перед аудиторией. «Простите, – сказал я. – Вы подумали, что я профессор, поскольку многое знаю. Но на самом деле я профессор, потому что знаю, как многого я

не знаю».

Попытки изучить такой сложный объект, как мозг, могут показаться едва ли не тщетными. Миллиарды его нейронов напоминают деревья множества пород и имеют фантастические очертания. Лишь самые целеустремленные исследователи надеются хотя бы одним глазком заглянуть внутрь этого леса, но даже они видят очень мало и очень плохо. Неудивительно, что мозг остается загадкой. Моих слушателей интересовали дефектные или гениальные мозги, но даже обычная работа обычного мозга еще ждет своего исчерпывающего объяснения. Каждый день мы вспоминаем прошлое, воспринимаем настоящее, воображаем будущее. Каким образом наш мозг справляется со столь непростыми задачами? Пожалуй, тут есть пока лишь один уверенный ответ: никто этого по-настоящему не знает.

Устрашенные сложностью человеческого мозга, многие нейробиологи предпочли изучать животных, поскольку нейронов у них значительно меньше, чем у человека. Червь, изображенный на рис. 2, лишен того органа, который мы именуем мозгом. Нейроны у него рассеяны по всему телу, а не сосредоточены в отдельном органе. Вместе они образуют нервную систему, состоящую всего из трех сотен нейронов. Что ж, с этим еще можно попробовать справиться. Наверняка даже Паскаль, с его склонностью к депрессии при мысли о бесконечной сложности природы, не испугался бы нейронного леса червя

Caenorhabditis elegans (С. еlegans) – так по-научному называется этот червячок длиной всего один миллиметр.

Рис. 2. Круглый червь С. elegans

Каждый нейрон этого червя имеет характерное местоположение, форму и даже имя, присвоенное специалистами. Черви в чем-то подобны станкам, массово изготавливаемым на конвейере. У любого имеется нервная система, состоящая из одного и того же набора деталей, и эти детали всегда расположены одинаково.

Более того, существует полная карта этой стандартизированной нервной системы. Результат (см. рис. 3) напоминает летную карту из тех, что встречаются на последних страницах журналов, выпускаемых авиакомпаниями. Четырехбуквенное имя каждого нейрона похоже на буквенный код, имеющийся у каждого аэропорта мира (правда, аэропортам присваивают трехбуквенные). Линии отражают связи между нейронами, подобно тому как линии на летной карте соответствуют маршрутам между городами. Мы называем два нейрона «связанными», если в точке, где они соприкасаются, есть небольшой стык, сочленение, именуемое

синапсом. Через синапс один нейрон отправляет послания другому.

Читать дальше

Себастьян Сеунг: Я — это мой коннектом

Мы 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

Себастьян Сеунг. «Коннектом: Как мозг делает нас тем, что мы есть»

© 2012 by Sebastian Seung. All rights reserved © «БИНОМ. Лаборатория знаний», 2014 Переводчик Алексей Капанадзе

Несходства в умственных способностях могут вызывать какие-то трудности, но обычно все-таки не являются катастрофическими. Однако другие типы умственно-психических различий связаны с ужасными страданиями и чрезвычайно дорого обходятся обществу. Среди населения развитых стран в среднем шесть человек из каждых ста имеют острое психическое расстройство, а почти каждый второй хоть раз в жизни испытывал менее значительное психическое недомогание. Большинство таких недугов лишь частично поддаются фармацевтическому лечению или поведенческой терапии, а для многих душевных болезней вообще пока нет методов лечения. Почему же так трудно бороться с психическими расстройствами?

Первооткрыватель того или иного заболевания обычно и первым описывает его симптомы. В 1530 году итальянский врач Джироламо Фракасторо использовал для этого необычную форму — эпической поэмы, которую он назвал «Syphilis sive morbus Gallicus» («Сифилис, или Французский недуг»). Он назвал болезнь в честь первого мужчины, который ее подхватил: согласно мифам и легендам, это был пастух Сифилус, и его покарал этим недугом сам бог Аполлон. В трех томах латинских гекзаметров Фракасторо описывает симптомы сифилиса, признает, что болезнь эта передается половым путем, и предлагает некоторые лекарства.

Сифилис вызывает отвратительные повреждения кожи и ужасные физические изменения. На более поздних стадиях может появляться еще один страшный симптом: умопомешательство. Мопассан в своем рассказе «Орля» (1887) описывает сверхъестественное существо, терзающее повествователя поначалу телесной, а затем и душевной болезнью: «Я погиб! Кто-то завладел моей душой и теперь управляет ею! Кто-то повелевает всеми моими действиями, движениями, мыслями. Я больше ничего для себя не значу, я лишь порабощенный и устрашенный зритель всего, что сам же совершаю». Рассказчик в конце концов решается положить конец своим страданиям, покончив с собой. По‑видимому, история носит отчасти автобиографический характер, так как Мопассан сам страдал от сифилиса, которым заразился в двадцать с лишним лет. В 1892 году он попытался совершить самоубийство, перерезав себе горло. Писателя поместили в лечебницу для душевнобольных, где он через год и умер. Ему было всего сорок два года.

Художник Поль Гоген и поэт Шарль Бодлер, возможно, также страдали от сифилиса. Но твердого доказательства у нас нет, ибо никакое заболевание нельзя с уверенностью диагностировать, основываясь лишь на симптомах. У двух человек с одним и тем же недугом могут проявляться разные симптомы, а у двух человек с разными заболеваниями симптомы могут быть одни и те же. Бактерии, вызывающие сифилис, ученые открыли только в 1905 году. Вскоре появились и первые лекарства, уничтожающие эти бактерии. Такие лекарства оказались эффективны лишь на ранних стадиях развития болезни, однако не помогали избавиться от сифилиса, когда тот уже успевал вторгнуться в нервную систему. В 1927 году австрийский врач Юлиус ВагнерЯурегг получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине за необычный способ лечения нейросифилиса. В дополнение к вводимым медикаментам он намеренно заражал пациентов малярией. Возникающая лихорадка каким-то образом расправлялась с бактериями сифилиса, после чего врач вводил больному антималярийные препараты. После Второй мировой на смену методу Вагнера-Яурегга пришел пенициллин и другие антибактериальные средства, названные антибиотиками. В наше время сифилис больше не является основной причиной заболеваний мозга.

Инфекционные заболевания сравнительно легко излечиваются, поскольку мы знаем их причину. Но как насчет других видов болезней? Болезнь Альцгеймера (БА), обычно поражающая пожилых людей, начинается с потери памяти, а затем приводит к деменции — старческому слабоумию и общей деградации умственных способностей. На более поздних стадиях развития болезни мозг усыхает, оставляя пустое пространство внутри черепа. Френологи, живи они сегодня, объясняли бы БА уменьшением размеров мозга, но это объяснение оказалось бы неудовлетворительным. Усыхание мозга происходит спустя долгое время после того, как появляются первые симптомы недуга — в частности, потеря памяти. Более того, сжатие мозга — скорее симптом, нежели причина болезни. Оно происходит из-за отмирания мозговых тканей, но что служит причиной их отмирания?

В поисках ответа ученые исследовали ткани, полученные при посмертном вскрытии тел пациентов, страдавших БА, и обнаружили микроскопические кусочки «мусора» — тромбы и бляшки, засоряющие мозг. Та или иная аномальность мозговых клеток, связанная с каким-то заболеванием, именуется нейропатологией. Тромбы появляются в мозгу задолго до гибели клеток, близко к тому моменту, когда у пациента начинают проявляться симптомы БА. Сегодня эти нейропатологии считаются определяющими характеристиками БА, поскольку деградация памяти и старческое слабоумие могут возникать и при других заболеваниях. Ученые пока не выяснили, что вызывает образование бляшек и тромбов, но они надеются, что снижение количества этих нейропатологий поможет при лечении БА.

Наиболее загадочные психические отклонения не связаны с какой-то конкретной и неизменной нейропатологией. Здесь мы пока в тупике. Такие недуги, по‑прежнему определяемые лишь по психологическим симптомам, явно будут дольше всех прочих ждать методов исцеления. Возможно, к числу подобных симптомов принадлежит повышенная тревожность (как при панических состояниях или маниакально-депрессивном психозе) или резкие перепады настроения (как при депрессии или биполярных расстройствах не слишком острого характера). Среди наиболее разрушительных и изнурительных заболеваний — шизофрения и аутизм.

Симптомы аутизма весьма запоминающимся образом изложены в следующей клинической картине:

В три года Дэвиду поставили диагноз «аутизм». В этот период он почти не смотрел на людей, не говорил и, казалось, заблудился где-то в собственном мире. Он любил часами прыгать на батуте и великолепно собирал пазлы. К десяти годам Дэвид отличался хорошим физическим развитием, однако на эмоциональном уровне остался весьма незрелым. У него было очень красивое лицо с тонкими чертами… Он был и остается чрезвычайно упрямым в своей приязни и неприязни к кому-то или чему-то… Его мать часто вынуждена идти навстречу его настойчивым и неоднократным требованиям, легко переходящим во вспышки раздражения.

Дэвид научился говорить в пять лет. Сейчас он ходит в спецшколу для детей-аутистов, там он счастлив. У него выработался ежедневный график, который он никогда не меняет… Чему-то он учится чрезвычайно быстро и успешно. Например, читать он научился совершенно самостоятельно. Теперь он свободно читает, однако не понимает прочитанное. Кроме того, он обожает арифметические подсчеты. Однако другие навыки он осваивает крайне медленно: взять хотя бы прием пищи за общим семейным столом или одевание…

Сейчас Дэвиду двенадцать. Он никогда не вступает в игру с другими детьми, поддавшись минутному порыву. Он испытывает явные трудности в общении с малознакомыми людьми… Он не уступает их желаниям, не учитывает их интересы и точку зрения. В этом смысле Дэвид равнодушен к социуму, он продолжает пребывать в собственном мирке.

Этот характерный клинический случай включает в себя все три главных симптома аутизма: социальную неполноценность, языковые трудности и склонность к шаблонному (ритуализованному) или неуступчивому поведению. Симптомы эти обычно появляются еще до трехлетнего возраста и с годами часто слабеют, однако большинство взрослых аутистов неспособно нормально функционировать без какого-то внешнего надзора, присмотра и контроля. Среди известных на сегодня методов и лекарств для лечения аутизма нет ни одного по‑настоящему эффективного.

Юта Фрит описывает аутизм более поэтично: она говорит о «прекрасном ребенке, заключенном в стеклянную скорлупу». Дети, страдающие многими другими врожденными недугами, надрывают сердце зримыми физическими дефектами. С аутистами не так: они зачастую выглядят отлично, а некоторые из них очень красивы. Их внешность обманывает родителей, которым трудно поверить, что с их детьми что-то не так. Родители тщетно надеются пробиться сквозь «стеклянную скорлупу» — социальную изоляцию аутиста — и высвободить из нее нормального ребенка. Но здоровое обличье ребенка-аутиста прячет под собою ненормальный мозг.

Наиболее документированная аномалия здесь — сами размеры мозга. Американский психиатр Лео Каннер одним из первых дал определение этого синдрома в своей эпохальной статье 1943 года. Он мимоходом заметил, что среди одиннадцати детей, типичных аутистов, у пятерых была крупная голова. В последующие годы специалисты изучили куда больше детей-аутистов и обнаружили, что их голова и мозг действительно крупнее среднего, особенно лобные доли, которые содержат много зон, отвечающих за социальное и языковое поведение.

Означает ли это, что размер мозга позволяет успешно предсказывать аутизм? Если бы это было так, мы могли бы с уверенностью утверждать, что френологи шли по верному пути, пытаясь найти объяснение причин аутизма. Но следует проявлять осторожность, иначе можно попасть в обычную статистическую западню, грозящую нам при рассмотрении редких категорий. Возьмем весьма особый тип людей — профессиональных футболистов. Они заметно крупнее среднего человека. Можем ли мы вывернуть это рассуждение наизнанку и предсказать: любой человек крупнее средних габаритов — скорее всего, профессиональный футболист? Такие умозаключения хорошо работают с так называемыми сбалансированными выборками населения — к примеру, с такими, где число футболистов равно количеству прочих людей. Если в такой выборке рассортировать население по росту, предсказания на его основе окажутся довольно точными. Но если рассматривать население в целом и заявлять, что любой его крупный представитель — футболист, вы окажетесь, скорее всего, неправы. Выяснится, что люди высоки, мускулисты или массивны по каким-то другим причинам, не связанным с игрой в футбол. Точно так же ненадежно и предсказание, согласно которому все дети с крупным мозгом являются аутистами. Чтобы играть в премьер-лиге, мало иметь впечатляющие физические габариты. Чтобы являться аутистом, недостаточно иметь крупный мозг.

Впрочем, СМИ частенько сообщают об исследованиях, чьи авторы претендуют на точное предсказание редких психических расстройств на основе того или иного свойства мозга. При тщательном изучении такие работы, как правило, оказываются менее впечатляющими, чем на первый взгляд, ибо подобные прогнозы надежны лишь для сбалансированной выборки, а не для населения в целом. Но если вам действительно известна причина недуга, то эта причина позволит ставить безошибочный диагноз даже в случае, когда вы имеете дело с населением в целом. Так и происходит для множества инфекционных заболеваний: их можно обнаружить благодаря анализу крови, выявляя наличие в ней определенных микробов.

Шизофрения — такое же загадочное отклонение, как и аутизм, она зачастую ставит ученых в тупик. Обычно она начинает проявляться в двадцать с чем-то лет — с внезапных острых галлюцинаций (обычно слуховых: больной слышит воображаемые голоса), маний (обычно это мания преследования) и хаотического мышления. Вот яркое описание подобных симптомов (в совокупности их именуют психозом) из первых рук:

Не могу вспомнить, что подтолкнуло меня к этому, но помню, что однажды, сидя в туалете, я почувствовал, как меня захлестывает волна адреналина. Сердце у меня застучало как бешеное. В моей голове зазвучали голоса ниоткуда, и мне показалось, что я словно бы мысленно настроился на какой-то всемирный телеканал, где рок-звезды и ученые свергали правительства посредством компьютеров, биологии, психологии и ритуала вуду. Именно сейчас!

Люди, беседовавшие на экране, объявляли о своих намерениях установить в мире новый порядок и о причинах, которые побуждают их это сделать. Похоже, я присутствовал при главной дискуссии между рок-героями и учеными. Участники этой беседы скрывались где-то в тайных местах по всему миру.

Психоз может привести жертву в ужас, вызвать беспокойство и тревогу окружающих. Такой психоз — наиболее очевидный признак шизофрении, однако им сопровождаются и другие психические заболевания. Поэтому для точной диагностики шизофрении необходимы и другие симптомы: например, недостаточная мотивированность поступков, слабо выраженные эмоции, деградация речи. Это «негативные» симптомы шизофрении: существуют и «позитивные», психотические. (Слова «негативные» и «позитивные» здесь не означают оценку, а указывают на беспорядочность мышления и на относительное отсутствие эмоций соответственно.) Шизофрению лечат препаратами, избавляющими от психоза, однако эти лекарства не дают полного исцеления. Большинству шизофреников, несмотря на терапию, всетаки не удается вести независимую, нормальную жизнь, обходясь без внешнего контроля и присмотра.

Как и в случае с аутизмом, наиболее документированная аномалия мозга шизофреников просто обязана иметь какое-то отношение к его размерам. Исследования с помощью МРТ показывают, что у таких больных общий объем мозга уменьшен в среднем всего на несколько процентов. Уменьшение гиппокампа — значительнее, но и оно невелико. Специалисты также получили изображение системы желудочков головного мозга — полостей, наполненных жидкостью. Боковой и третий желудочки у таких больных увеличены в среднем на 20%. Так как желудочки представляют собой, по сути, пустоты в мозгу, их увеличение, возможно, как раз и связано с наблюдаемым сокращением объема собственно мозга. Мысль о том, что какое-то зримое различие все-таки нашли, очень обнадеживает, но эта корреляция слаба. Здесь та же история, что и со статистическими выкладками для аутистов. Диагностика шизофрении для конкретного человека по размерам его мозга, величине гиппокампа или объему мозговых желудочков будет чрезвычайно неточной.

Чтобы по‑настоящему продвинуться в лечении аутизма и шизофрении, не помешало бы отыскать четкие, недвусмысленные и неизменные нейропатологии, связанные с этими недугами, подобно бляшкам и тромбам в случае болезни Альцгеймера. Но в мозгу аутистов и шизофреников, как правило, не происходит подобного неуклонного накопления «мусора», они не показывают и других признаков отмирания или дегенерации клеток. Неофренологи предполагают, что в мозгу таких больных существуют некие аномалии, но пока их обнаружить не удалось. В 1972 году нейрофизиолог Фред Плам в отчаянии написал: «Шизофрения — кладбище невропатологов». С тех пор исследователи нашли некоторые ключи к разгадке тайны, но реального прорыва, к сожалению, не произошло.

Большинство из нас убеждено: различие умов связано с различием мозгов. Но пока доказательств этого утверждения получено мало. Френологи пытались найти доказательство, изучая размеры мозга и его отдельных участков, но лишь недавно МРТ позволила осуществлять эту стратегию как следует. Неофренология подтвердила, что умственно-психические различия между людьми статистически связаны с размерами мозга, выявив слабые корреляции для групп людей. Однако эти различия в размерах не позволяют точно предсказывать гениальность, аутизм или шизофрению для отдельного человека.

Хочется, чтобы нейронаука выиграла этот поединок более убедительно. Ставки в игре высоки. Обнаружение нейропатологий для аутизма и шизофрении, возможно, будет способствовать успешному поиску эффективных путей лечения этих недугов. Понимание того, что делает мозг умным, могло бы помочь нам разрабатывать более действенные педагогические методы и другие инструменты для того, чтобы делать людей смышленее. Мы хотим не просто понять мозг. Мы хотим изменить его.

Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть-2 – аналитический портал ПОЛИТ.РУ

Мы продолжаем публикацию фрагментов книги Себастьяна Сеунга «Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть», вышедшей в издательстве «БИНОМ. Лаборатория знаний».

В 79 году мощное извержение Везувия погребло древнеримский город Помпеи под тоннами вулканического пепла и лавы. Застыв во времени, Помпеи ждали почти две тысячи лет, прежде чем строители нового времени случайно наткнулись на них. Когда в XVIII веке археологи начали там раскопки, они с изумлением обнаружили своего рода моментальный снимок жизни древнеримского города: роскошные увеселительные виллы богачей, уличные фонтаны и общественные бани, бары, бордели, пекарню и рынок, гимназию и театр, фрески, изображающие повседневную жизнь, и повсюду — фаллические граффити. Находка этого мертвого города стала откровением, позволившим заглянуть в мельчайшие подробности античной жизни.

Пока мы готовы отыскивать коннектомы, лишь анализируя изображения мертвого мозга. Это своего рода археология мозга, обычно ее называют нейроанатомией. Целые поколения нейроанатомов глядели в свои микроскопы на хладные трупы нейронов, пытаясь представить себе их прошлое. Мертвый мозг, с молекулами, закрепленными бальзамирующим раствором, являет собой памятник мыслям и чувствам, которые некогда жили внутри. До последнего времени нейроанатомия занималась, по сути, тем же, чем занимается археолог, воссоздавая быт древней цивилизации по фрагментарным находкам — монетам, гробницам,

осколкам керамики. Но коннектомы станут подробными моментальными снимками мозга во всей его целостности: вспомним Помпеи, захваченные врасплох, остановленные на лету и погруженные в вечность. Такие снимки произведут настоящую революцию в том, что касается способности нейроанатомов воссоздавать картину функционирования живого мозга.

Вы можете спросить: зачем вообще изучать мертвый мозг, когда уже существуют всякие модные технологии для изучения мозга живого? Ведь мы узнаем больше, если отправимся в прошлое и станем изучать живые Помпеи! Нет, не обязательно. Скажем, при наблюдении за живым городом мы поневоле ограничены. К примеру, мы могли бы наблюдать за действиями одного жителя города, однако тогда нам пришлось бы закрыть глаза на действия всех остальных горожан. Еще пример: мы можем получить спутниковые изображения каждого городского района в инфракрасных лучах и узнать среднюю температуру, но подробностей мы не увидим. При таких ограничениях мы можем обнаружить, что исследование живого города, увы, дает меньше новой информации, чем мы надеялись.

Наши методы изучения живого мозга тоже имеют подобные ограничения. Вскрыв черепную коробку, мы увидим форму отдельных нейронов и сумеем измерить величину электрических сигналов, которые они передают, но это будет картинка лишь для крошечной доли нейронов мозга, а ведь их не один миллиард. Если же использовать неинвазивные (неразрушающие) методы проникновения в мозг для получения картины того, что находится внутри, мы не сможем увидеть отдельные нейроны, и нам придется удовлетвориться лишь приблизительной информацией о форме и активности различных зон мозга. Нельзя исключить вероятность, что какая-то высокоразвитая технология в будущем снимет эти ограничения, и мы научимся измерять характеристики каждого нейрона в живом мозге, но пока это лишь фантазии. Измерения в живом и мертвом мозге дополняют друг друга, и самый продуктивный подход, на мой взгляд, заключается в их продуманном сочетании.

Однако многие нейробиологи не согласны, что мертвый мозг вообще способен давать полезную информацию. Они утверждают, что единственно верный путь в нейронауке — это изучение живого мозга, ибо:

Вы — это деятельность ваших нейронов.

Под «деятельностью» здесь подразумевается передача нейронами электрических импульсов. Измерение этих сигналов предоставило массу свидетельств того, что нейронная активность в вашем мозгу кодирует ваши мысли, чувства и восприятие в данный момент времени.

Как идея о том, что вы — это деятельность ваших нейронов, согласуется с мыслью о том, что вы — это ваш коннектом? Возможно, две концепции кажутся противоречивыми, но в действительности они вполне совместимы друг с другом, поскольку имеют дело просто с двумя различными представлениями о человеческом Я. Одно Я стремительно меняется от мгновения к мгновению, то сердясь, то веселясь, думая о смысле жизни и тотчас же — о хозяйственных заботах, глядя, как за окном падают листья, а в следующую секунду переключаясь на футбол, который идет по телевизору. Это Я переплетено с сознанием. Его текучая, протеичная природа берет начало в быстро меняющемся рисунке нейронной активности мозга.

Другое Я куда стабильнее. Оно сохраняет детские воспоминания на всем протяжении жизни. Это Я — то, что мы называем человеческой личностью. Его природа, как правило, неизменна и постоянна. Этот факт очень утешает ваших родных и друзей. Свойства этого Я проявляются, когда вы находитесь в здравом уме и трезвой памяти, однако продолжают существовать и в бессознательных состояниях — например, во сне. Это Я, подобно коннектому, со временем меняется довольно медленно. Я, чье существование вполне согласуется с идеей, что вы — это ваш коннектом.

Исторически сложилось так, что основное внимание всегда привлекало к себе сознательное Я. В XIX веке американский психолог Уильям Джеймс красноречиво рассуждал о потоке сознания, о бесконечной струе мыслей, текущей сквозь наш ум. Но Джеймс предпочел не замечать, что у каждого потока имеется русло. Без этой борозды в земле вода не знала бы, куда ей течь. Коннектом как раз и определяет пути, по которым осуществляется нейронная активность, и мы можем считать его руслом сознания.

Это многозначительная метафора. На протяжении длительного периода времени, подобно тому как вода медленно формирует свое русло, деятельность нейронов способствует изменению коннектома. Таким образом, эти две идеи Я — как быстро движущегося, постоянно меняющегося потока и как более стабильного, но медленно трансформирующегося русла, — неизбежным образом связаны между собой. Эта книга — о Я как о русле реки, о Я в коннектоме — о том Я, которым слишком долго пренебрегали.

* * *

На последующих страницах я изложу свои представления о новой сфере науки — коннектомике. Моя основная цель состоит в том, чтобы вообразить нейронауку будущего и поделиться своим воодушевлением по поводу того, что мы наверняка откроем. Как нам отыскать коннектомы, понять, что они означают, и разработать новые методы для того, чтобы их изменять? Однако мы не можем вычертить оптимальный путь вперед, пока не поймем, откуда пришли, так что я начну с объяснения прошлого. Что мы уже знаем и в каком месте мы застряли?

В мозгу 100 миллиардов нейронов: этот факт ошеломляет даже самых бесстрашных исследователей. Одно из возможных решений здесь — это (как я объясню в первой части) вообще забыть о нейронах и разделить мозг на небольшое число зон. Нейробиологи многое узнали о функциях этих участков, интерпретируя симптомы различных повреждений мозга и его заболеваний. При развитии этого метода их вдохновляла появившаяся в XIX веке наука френология.

Френологи объясняли умственные и психические различия вариациями в размере мозга и его участков. Делая снимки мозга большого количества испытуемых, современные исследователи подтвердили эту концепцию. Ученые используют ее для объяснения различий в уровне интеллекта, а также при исследовании таких психических отклонений, как аутизм или шизофрения. Они нашли ряд убедительнейших доказательств того, что умы различны, поскольку мозг одного человека отличается от мозга другого. Однако это лишь статистические обоснования: средняя величина, вычисленная на основе изучения большого количества людей. Размеры мозга и его участков по-прежнему остаются практически бесполезными для предсказания умственных и психических особенностей отдельного индивидуума.

Это не просто формальное, техническое ограничение. Оно фундаментально. Хотя френология приписывает отдельным участкам мозга те или иные функции, она не пытается объяснить, каким образом каждый участок эту функцию выполняет. А без этого мы не сумеем по-настоящему понять, почему та или иная зона мозга у одних работает необычайно хорошо, а у других барахлит. Мы можем — и обязаны — найти более логичный ответ, чем просто «это происходит из-за разницы в размерах».

Во второй части я представлю альтернативу френологии — так называемый коннекционизм. Эта теория также берет начало в XIX веке. Подход этот в идейном смысле более амбициозен: в его рамках делается попытка объяснить, как же, собственно, работают участки мозга. Коннекционисты рассматривают зону мозга не как некую элементарную ячейку, а как сложную сеть, которая состоит из множества нейронов. Связи в этой сети организованы таким образом, чтобы нейроны могли предпринимать коллективные действия того или иного рода, которые и лежат в основе нашего восприятия и наших мыслей. Организацию этих связей можно изменять, приобретая новый опыт, что и позволяет нам учиться и запоминать новое. Организацию этих связей формируют и гены, как описано в третьей части, так что генетическое воздействие на ум и сознание также можно объяснить в рамках предлагаемой теории. Эти идеи могут показаться весьма многообещающими, но следует иметь в виду: их никогда не подвергали корректной экспериментальной проверке, которая давала бы убедительные результаты. Коннекционизм, несмотря на свою привлекательность с интеллектуальной точки зрения, так и не сумел стать настоящей наукой, поскольку нейробиологам всегда не хватало технологий, которые позволили бы должным образом картировать межнейронные связи.

Короче говоря, нейронауку обуздывает следующая дилемма. Идеи френологии можно проверить эмпирическим путем, однако они слишком упрощают картину. Коннекционизм — учение куда более изощренное, однако его идеи нельзя оценить экспериментально. Где выход из этого тупика? Мы должны искать коннектомы и учиться их использовать.

В четвертой части я делаю предположения, как этого можно достичь. Мы уже начали разрабатывать технологии для нахождения коннектомов, и я описываю современнейшие устройства, которые скоро будут вовсю трудиться в лабораториях по всему миру. Но что мы будем делать с коннектомами, когда их найдем? Первым делом мы воспользуемся ими для того, чтобы мысленно разбить мозг на участки, тем самым помогая неофренологам будущего. Мы разделим колоссальное множество нейронов мозга на типы, подобно тому как ботаники классифицируют деревья, разделяя их на виды. Это послужит удачным дополнением к геномному подходу в нейронауке, поскольку гены проявляют свое влияние на мозг во многом именно тем, что контролируют, как одни типы нейронов связываются с другими.

Коннектомы — как толстенные книги, буквы в которых мы с трудом можем разглядеть. Более того, эти книги написаны на языке, который мы пока не понимаем. Когда наши технологии сделают видимой эту мелкую печать, мы постараемся понять, что означают напечатанные строчки, что записано в коннектомах, какие воспоминания там хранятся. И таким путем, после долгих усилий, мы в конце концов сумеем найти способ корректной экспериментальной проверки коннекционистских теорий.

Однако найти один-единственный коннектом недостаточно. Нам захочется отыскать множество коннектомов и сравнить их между собой, чтобы узнать, почему один ум отличается от другого и почему ум отдельного человека меняется с течением времени. Мы станем охотиться на коннектопатии — ненормальные картины нейронных связей, которые могут служить причиной таких психических отклонений, как аутизм или шизофрения. Кроме того, мы выясним, как на коннектомы воздействует наше обучение.

Вооруженные этими знаниями, мы разработаем новые методы изменения коннектомов. В наши дни наиболее эффективный путь здесь — традиционный: упражняться, меняя свое поведение и мысли. Однако методики обучения станут куда действеннее, если их подкрепить вмешательством на молекулярном уровне, которое будет способствовать изменению коннектомов согласно четырем принципам, о которых мы упоминали выше.

Новая наука не возникает в одночасье. Так происходит и с коннектомикой. Сегодня мы видим лишь начало пути, и впереди множество преград. Тем не менее в ближайшие десятилетия неизбежен победный марш наших технологий и того понимания, которое они нам дадут.

Коннектомы станут определяющим фактором в наших размышлениях о том, что такое быть человеком. Поэтому пятая часть завершается доведением науки до ее логического предела. Движение, именуемое трансгуманизмом, разработало сложнейшие схемы для преодоления человеческого в человеке, но в нашу ли пользу расклад? Имеют ли шансы на успех амбициозные идеи крионики, связанные с заморозкой мертвых и их последующим воскрешением? А как насчет смелой киберфантазии об оцифровке тела или мозга, чтобы мы могли жить по-настоящему долго и счастливо? Я постараюсь извлечь конкретные научные идеи из этих надежд и предложить способы их эмпирической проверки с помощью коннектомики.

Впрочем, не будем торопиться. Ни к чему раньше времени задумываться о посмертном существовании и загробном мире. Давайте начнем с размышлений о земной жизни. В частности, с вопроса, о котором мы упоминали выше, с вопроса, которым рано или поздно задается каждый: почему люди отличаются друг от друга?

Себастьян Сеунг: «Я — это мой коннектум»

Если записать всю информацию, содержащуюся в человеческом мозге, на компьютер, то в принципе можно будет впоследствии перенести ее на другой носитель. Тем самым обеспечивается истинное бессмертие: пусть даже человек умер (с сегодняшней точки зрения), пусть даже он будет умирать бессчетное количество раз, его личность сохранится в цифровом коде и всегда сможет быть восстановлена.

Превратить в быль эту мечту (или хотя бы подготовиться к этому) и пытается главный создатель проекта EyeWire Себастьян Сеунг (Sebastian Seung). Бывший физик, а ныне нейробиолог из Принстонского университета поставил перед собой невероятную по сложности и амбициозности цель: зафиксироватьи, соответственно, воссоздать коннектом человеческого мозга – полную карту всех нейронов и связей между ними.

 «Наши гены имеют колоссальное влияние на наши судьбы. И все же, я склонен думать, что я больше, чем мои гены. Я не только мои гены! …Что же я? Я – это мой коннектом». – говорит Сеунг. И мы согласны с ним!

 Коннектомами ученые занялись еще в 60-х годах прошлого века. Тогда будущий Нобелевский лауреат Сидней Бреннер (Sidney Brenner), южно-африканский биолог, предположил, что поведение живого организма можно понять, составив полную карту его нервной системы. Он взялся за простейшую нервную систему круглого червя Caenorhabditis elegans (всего 302 нейрона, распределенных по всему телу), и, изучая один за другим его тонкие срезы, создал за два десятилетия полную нейронную карту, нанеся на нее все нейроны и 7000 соединений между ними. В 1986 году об этой работе была опубликована статья в «Philosophical Transactions of the Royal Society of London», почтенном научном журнале, основанном еще Исааком Ньютоном. Номер вышел объемным, в 340 страниц. С тех пор многие биологи называют его «Книгой», причем не столько из-за фолиантной толщины, сколько из-за информации, которая там содержится.

Термин «коннектом» возник в начале нашего столетия – по аналогии с геномом. В человеческом организме достаточно разных «омов». Всем известен геном – совокупность генов в нашей ДНК. Есть совокупность человеческих белков под названием протеом – с куда более обширным алфавитом, чем четыре буквы генома. Есть также производный от них эпигеном, то есть совокупность — невообразимо более мощная, чем геном –  всех его возможных состояний с теми или иными включенными и выключенными генами. Можно упомянуть и фолдом (foldome) – совокупность всех вариантов сворачивания вышеупомянутых белков. Есть и еще, и наверняка в ходе исследований образуются и другие «омы».

Из всех этих «омов» человечеству пока удалось расшифровать только геном, спецификацию по созданию белков, объемом примерно в 20 тысяч страниц (генов), исписанных текстом из четырех букв. Многие считают, что геном человека удалось прочитать (секвенировать) громадному консорциуму из крупнейших биолабораторий мира, затратив на это десяток лет и столько же миллиардов долларов. На самом же деле впервые геном человека была расшифрован частной компанией «Celera Genomic», возглавдяемой известнейшис биологом мира Крейгом Вентером.

На черно-белом фото слева нематоды. Коннектом человека намного сложнее этого, потому что наш мозг содержит в среднем 86 миллиардов нейронов и в 10 000 раз больше соединений. Теоретически 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 различные гипотезы. С 19-го века неврологи стали подозревать, что, может быть, ваши воспоминания – информация, делающая вас вами –хранятся в соединениях между нейронами мозга. И, возможно, другие аспекты вашей индивидуальности – ваша личность и ваш интеллект – тоже закодированы в соединениях между нейронами.

Излагая вышеописанный подход г-н Сеунг говорит: «Теперь вам должно быть понятно, почему я заявил об этой гипотезе: Я – это 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 определения коннектомов». 

Себастьян Сеунг в свое время круто поменял жизнь, оставив блестяще развивавшуюся карьеру физика ради исследований мозга. Здесь все шло уже не так блестяще, и хотя карьера биолога постепенно складывалась, попытки теоретически понять хоть что-нибудь в мегазагадке под названием «мозг» ни к чему не приводили. К 2005 году ученый впал в настоящую депрессию. Казалось, что никогда не удастся проверить экспериментально, какая из теорий верна.

И снова крутой поворот – Сеунг уехал из Кембриджа в Германию, чтобы разрабатывать для микроскопов программное обеспечение с элементами искусственного интеллекта, позволяющее сравнивать одновременно миллионы снимков. Идея с программой обработки снимков понемногу реализовывалась, обозначился успех. В конечном счете, к анализу коннектомов, сначала мышиной сетчатки глаза, а потом и человеческой — Сеунг подключил тысячи геймеров-добровольцев, пригласив их в игру EyeWire. А в 2013 году подоспел многомиллиардный проект президента США Барака Обамы BRAIN, где исследование коннектома человека признавалось одним из приоритетов и на эти цели выделялось 3 миллиарда долларов. По плану предполагается через десять лет создать подробную трехмерную карту для мозга дрозофилы, имеющего 130 тысяч нейронов, а спустя 15 лет достичь уровня, позволяющего наблюдать за работой мозга аквариумной рыбки данио-рерио или некоторых областей коры мозга у мышей.

Сейчас Сеунг работает в Принстоне, где возглавляет элитный проект по коннектому дрозофилы. Однако ученый считает, что родился чересчур рано. Он понимает, что хотя путь к человеческому коннектому более или менее ясен, это действительно очень длинный путь, и вряд ли цель достижима при его жизни, а стало быть, цифрового бессмертия, о котором Сеунг последние годы много говорил и писал, он человечеству — может быть — не подарит.

В своем видео «Я — это мой коннектом», записанном на конференции TEDGlobal в 2010 году, ученый объясняет:
— Если мы сделаем множество фотографий срезов мозга и сложим их вместе, мы получим трехмерное изображение. Возможно, вы все ещё 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.

Давайте сделаем ряд сравнений, чтобы продемонстрировать размер этого куба. 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. 

В 17-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.  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.

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 Homo Sapiens. Одна из их самых лелеемых ими надежд – это обмануть смерть деятельностью, называемой «крионика». Если вы заплатите 100 000 долларов, то вас заморозят после того, как вы умрете, и будут хранить в жидком азоте в одном из 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 изучить и хафиксировать 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.

VIDEO (July 2010 at TEDGlobal 2010)

 

 

От редакции сайта: 

Сохранность коннектома мозга кролика при криоконсервеации была доказана в 2016 г. 

ЭТО МОЯ КНИГА: «Connectome», Себастьян Сеунг

 

Я — это причудливая мозаика генов. Я — это симбиоз и противостояние микробиома.

Я — это метильные и ацетильные метки, включающие и выключающие генетические программы.

Я — это клубок из того, что мне дано как инструкция к телу, и того, что я в себе модифицирую непрестанно. Селфтюнинг.

Я — это коннектом.

 

Миллиарды паутинных нейронных связей, формирующие мой мозг с первых клеток нервной пластинки — а это 17-й день с момента зачатия! Генетическая память, эмоции моей мамы, звуки и вибрации — все это формирует мозг к моменту рождения. Даже без зрительной нагрузки. И дальше нейронные связи делают меня тем, кто я есть здесь и сейчас, формируя нейропластичность. У меня ХХ комбинация, значит я более многозадачная, но менее сосредоточена, у меня меньший объем мозга — но как показали исследования, не многое от этого объема и зависит.

Есть несколько моментов, которые дают нам суммарно личность. Геном, события, среда существования — от питания до тембра голосов, которые нас окружают.

Дети, мамы которых подвергались насилию во время их вынашивания, рождаются с более уязвимым геномом и меньшими шансами на легкое достижение целей. Танцы делают детей умнее.

Сам буквенный геном в миллионы раз беднее коннектомных связей. Что мы наследуем от предков, а что формируем сами? Мы имеем разный уровень интеллекта и обучаемости в детстве — но это невозможно сделать предиктором того, кем мы станем во взрослом возрасте. Вмешивается клубок событий и впечатлений, который нас делает тем, кто мы есть.

Для меня квинтэссенция того, о чем говорит в Connectome нейробиолог Сеунг — феномен Михаила Ломоносова — постоянное наращивание нейронных связей и искренняя вера в силу интеллекта. Ну и природный авантюризм. Судя по всему, еще и носитель СОМТ G|G Warrior — прийти из крестьян Архангельской области в Москву за знаниями и судьбой, потом бежать из прусачьего плена.

И если вы прочитаете Себастьяна Сеунга, непременно запишитесь на танцы. Во-первых, это красиво. Во-вторых, это новые нейронные связи. Ваш коннектом.

Как проводка мозга делает нас теми, кто мы есть Себастьян Сынг

«[…] вы можете вести себя как жертва повреждения мозга. Неврологи знают, что такие жертвы отрицают свои проблемы. Амнезиаки, например, иногда обвиняют других в том, что они их обманывают когда у них провалы в памяти. Жертвы инсульта не всегда признают паралич и могут придумывать фантастические объяснения того, почему они не могут выполнять определенные задачи».

«[…] поскольку сам язык есть не что иное, как метафорическое выражение человеческого опыта.»

«Возможно, мы сможем противостоять «дьяволу», реструктурируя наши экономические стимулы, реформируя наши политические системы и совершенствуя наши этические идеалы. Это проверенные временем способы улучшения нашего мозга. Но со временем наука изобретет и другие. Бернал надеялся, что человечество восторжествует над миром, плотью и дьяволом, которых он называл «тремя врагами разумной души». Мы можем выразить его мечту иначе – как стремление управлять атомами, геномами и коннектомами.»

«Давайте пока перейдем к последнему этапу, испытаниям на людях. Врачи управляют этой стадией, вводя пациентам лекарства-кандидаты, чтобы увидеть, улучшаются ли симптомы. Неэкономично и неэтично тестировать лекарство на людях, если уже нет веских оснований полагать, что лекарство может быть безопасным и эффективным. Тем не менее, девять из десяти кандидатов терпят неудачу на этом этапе, как я упоминал ранее, а уровень отсева еще выше при заболеваниях центральной нервной системы.

«Исторически сложилось так, что большинство наркотиков открывались случайно».

«Несколько глотков кислорода — это все, что стоит между нами и смертью». , исследования — «управляемый данными» или индуктивный подход. Он также состоит из трех шагов: (1) Соберите огромное количество данных. (2) Анализ данных для выявления закономерностей. (3) Используйте эти шаблоны для формулирования гипотез.»

«»Самое большое влияние геномики было в способности исследовать биологические явления всеобъемлющим, беспристрастным, свободным от гипотез способом.«Это не похоже на то, чему нас учили в школе о научном методе, где мы узнали, что наука состоит из трех этапов: (1) Формулировать гипотезу. (2) Сделать прогноз на основе гипотезы. (3) Выполнить эксперимент для проверки прогноза. Иногда эта процедура работает. Но на каждую историю успеха приходится гораздо больше историй неудач, вызванных выбором неправильной гипотезы для исследования. Проверка гипотезы может занять много времени и усилий, что может оказаться неверными или, что еще хуже, просто неактуальными.»

«Внешнее серое вещество представляет собой смесь всех частей нейронов — клеточных тел, дендритов, аксонов и синапсов — в то время как белое вещество содержит только аксоны. Другими словами, все внутреннее белое вещество состоит из «проводов». »

«И исследователи могут быть отвлечены обещаниями ИИ, тщетно пытаясь полностью автоматизировать задачи, которые могли бы более эффективно выполняться при сотрудничестве компьютеров и людей.»

«[…] Не существует честного и надежного метода занятия наукой, который мог бы превзойти средний.»

«Военные историки останавливаются на хитрых авантюрах смелых генералов и беспокойном танце солдат и государственных деятелей. Тем не менее, по большому счету, такие истории могут иметь меньшее значение, чем предыстория технологических инноваций. Изобретая пушку, истребитель и атомную бомбу, производители оружия многократно преображали лицо войны больше, чем когда-либо делал какой-либо генерал.»

«Вы можете подумать, что ваша рука вырастила пальцы, добавив клетки. Нет, на самом деле клеточная смерть вытравилась на вашей зародышевой руке, чтобы образовались промежутки между вашими пальцами. , и эволюционировал, чтобы в значительной степени полагаться на них. С другой стороны, нашим древним предкам был недоступен такой опыт, как чтение книг.Развитие мозга не могло зависеть от них в процессе эволюции.»

«Амблиопия предполагает, что мы не просто рождаемся со способностью видеть; мы также должны учиться на опыте, и для этого процесса существует критический период. Если мозг лишен нормальной зрительной стимуляции одним глазом в течение этого ограниченного временного окна, он не развивается нормально. Во взрослом возрасте эффект необратим.»

«Как говорится, совершенство достигается не тогда, когда нечего добавить, а когда нечего убрать.»

«Все поведенческие черты человека передаются по наследству.»

«Однако существуют убедительные доказательства того, что для сохранения воспоминаний в течение длительного времени не требуется нейронной активности. Некоторые жертвы утопления в ледяной воде были реанимированы после того, как они были фактически мертвы в течение десятков минут. Несмотря на то, что их сердца перестали качать кровь, ледяной холод предотвратил необратимое повреждение мозга. Счастливчики выздоровели практически без потери памяти, несмотря на полное бездействие их нейронов, пока их мозг был охлажден.»

«Древние уже знали тот парадоксальный факт, что запомнить больше информации зачастую легче, чем меньше. Ораторы и поэты использовали этот факт в мнемонической технике, называемой методом локусов. Чтобы запомнить список предметов, они представляли, как проходят через ряд комнат в доме и находят каждый предмет в отдельной комнате. Метод мог сработать за счет увеличения избыточности представления каждого элемента.»

«Одним из примеров является фактор роста нервов; его открытие принесло Рите Леви-Монтальчини и Стэнли Коэну Нобелевскую премию 1986 года.»

«На самом деле, опыт памяти часто сопровождает чувство трудности, в то время как восприятие обычно кажется легким.»

«Можно думать, что мозг подобен нашему обществу, которое изобилует конформистами, но также содержит и некоторых противников. »

«Держу пари, что даже Паскаль с его депрессивными наклонностями не боялся бы леса C. elegans.» : Книги

10 лучших научно-популярных книг 2012 г. по версии Wall Street Journal 100 лучших книг по версии Amazon за 2012 г. когда-либо читал.
Wall Street Journal by Дэниел Левитин , профессор Университета Макгилла; автор книг « Это твой мозг о музыке» и «Мир в шести песнях». «‎Это сложный материал, и свидетельством замечательной ясности изложения доктора Сына является то, что читатель увлечен его энтузиазмом, когда он движется от основ нейронауки к самым дальним областям гипотетического, набрасывая эффектно иллюстрированная гигантская карта вселенной человека.
New York Times «[A] Бодрящий, расширяющий кругозор отчет с лезвия бритвы нейронауки. Доступный, остроумный, в высшей степени логичный и временами поэтичный, «Коннектом» делает Сына важным новым исследователем, философом и популяризатором науки о мозге. Это ставит его в один ряд с Брайаном Грином из космологии и покойным Карлом Саганом».
Cleveland Plain Dealer «Сын разумно и убедительно доказывает, что «я» лежит во всей совокупности связей мозга.
Природа by Кристоф Кох , профессор Калифорнийского технологического института; главный научный сотрудник Института исследований мозга Аллена; автор книги «В поисках сознания и сознания: исповеди романтического редукциониста» «Благодаря «Двойной спирали» Джеймса Уотсона от первого лица — рассказу об открытии структуры ДНК — Connectome дает ощущение волнения на переднем крае нейронауки».
— NewScientist by Терри Сейновски, профессор и директор лаборатории вычислительной нейробиологии Института Солка; Исследователь Медицинского института Говарда Хьюза; Член Национальной академии наук и Национальной инженерной академии США.«Элегантный учебник для начинающих о том, что известно о том, как мозг организован и как он растет, связывает свои нейроны, воспринимает окружающую среду, изменяет или восстанавливает себя и хранит информацию. Сын — ясный, живой писатель, который выбирает яркие примеры».
Washington Post «Себастьян Сын покоряет вершины нейронауки и окидывает блестящим взглядом все вокруг, описывая ландшафт ее прошлого и смело предвидя будущее, когда мы сможем понять свой собственный мозг, а значит, и самих себя.
— Кеннет Блюм, исполнительный директор Центра исследований мозга Гарвардского университета «Себастьян Сын может все. Он широко известен как превосходный физик, гений работы с компьютерами и новаторский нейробиолог. Коннектом показывает, что он также потрясающий писатель, столь же вдохновляющий, сколь и ясный и с хорошим чувством юмора».
— Стивен Строгац, Корнельский университет, автор книги Sync: the Emerging Science of Spontaneous Order «В «Коннектоме» Себастьян Сын напоминает нам, что человеческий мозг созерцал себя на протяжении веков.Это важная книга, полная новых научных открытий и увлекательной истории о важном стремлении понять самих себя».
—Филлип А. Шарп, Массачусетский технологический институт, Нобелевская премия по физиологии и медицине 1993 г. «Историческая работа, великолепно написанная. Ни один другой исследователь не путешествовал так глубоко в мозговой лес и не делился его секретами».
— Дэвид Иглман, автор книг Incognito и Sum «Коннектомика становится важной и волнующей областью исследований.Себастьян Сын берет вас за руку и показывает, почему. «Коннектом» переворачивает страницу — книгу, которую должен прочитать каждый, кто утверждает, что размышляет о природе жизни».
—Майкл Газзанига, — Источник отсутствует

Об авторе

Себастьян Сеунг — профессор вычислительной неврологии Массачусетского технологического института и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. Он добился важных успехов в робототехнике, нейробиологии, нейроэкономике и статистической физике.Его исследования были опубликованы в ведущих научных журналах, а также представлены в New York Times , Technology Review и Economist .

Выписка. © Печатается с разрешения. Все права защищены.

Введение

Ни дорога, ни тропа не пройдут через этот лес. Длинные и тонкие ветки его деревьев лежат повсюду, задыхаясь от буйного роста. Ни один солнечный луч не может пролететь достаточно извилистым путем, чтобы пройти через узкие промежутки между этими запутанными ветвями.Все деревья этого темного леса выросли из 100 миллиардов семян, посаженных вместе. И в один день каждому дереву суждено умереть.
   Этот лес величественен, но вместе с тем комичен и даже трагичен. Это все эти вещи. Действительно, иногда я думаю, что это все. Каждый роман и каждая симфония, каждое жестокое убийство и каждый акт милосердия, каждая любовная история и каждая ссора, каждая шутка и каждое горе — все это исходит из леса.
   Вы можете быть удивлены, узнав, что он помещается в контейнер диаметром менее одного фута. И что на этой земле семь миллиардов. Вам посчастливилось быть смотрителем одного из них, леса, который живет внутри вашего черепа. Деревья, о которых я говорю, — это особые клетки, называемые нейронами. Миссия нейронауки состоит в том, чтобы исследовать их заколдованные ответвления, чтобы укротить джунгли разума (см. рис. 1).
   Неврологи подслушали его звуки, электрические сигналы внутри мозга.Они раскрыли его фантастические формы с помощью дотошных рисунков и фотографий нейронов. Их открытия поразительны, но можем ли мы надеяться постичь весь лес всего по нескольким разбросанным деревьям?
   В семнадцатом веке французский философ и математик Блез Паскаль писал о необъятности Вселенной:

  & #160;       Пусть человек созерцает природу во всей ее полноте и высоком величии; пусть уберет подальше от глаз
         скромные предметы, которые его окружают; пусть он увидит этот сияющий свет, поставленный, как вечный светильник, на 
          освещать мир; пусть земля покажется ему всего лишь точкой в ​​обширном круговороте, который эта звезда ;  описывает; и пусть он удивляется тому, что эта огромная окружность сама по себе всего лишь пылинка на поверхности.
          точка зрения движущихся звезд небосвод.

Потрясенный и смущенный этими мыслями, он признался, что ужаснулся “вечной тишине этих бесконечных пространств” Паскаль размышлял о космосе, но нам достаточно обратить наши мысли внутрь себя, чтобы ощутить его страх. Внутри каждого из наших черепов находится орган, столь обширный по своей сложности, что он мог бы быть бесконечным.
   Как нейробиолог, я не понаслышке узнал о чувстве страха Паскаля.Я также испытал смущение. Иногда я выступаю перед публикой о состоянии нашего месторождения. После одного такого разговора меня засыпали вопросами. Что вызывает депрессию и шизофрению? Что особенного в мозгу Эйнштейна или Бетховена? Как мой ребенок может научиться лучше читать? Поскольку мне не удавалось дать удовлетворительных ответов, я видел, как падают лица. В стыде я наконец извинился перед публикой. “Мне очень жаль” Я сказал. «Вы думали, что я профессор, потому что я знаю ответы.На самом деле я профессор, потому что знаю, как много я не знаю».
   Изучение такого сложного объекта, как мозг, может показаться почти бесполезным. Миллиарды нейронов мозга напоминают деревья многих видов и имеют множество фантастических форм. Только самые целеустремленные исследователи могут надеяться мельком увидеть внутреннюю часть этого леса, и даже они видят мало и плохо. Неудивительно, что мозг остается загадкой.Моей аудитории было любопытно узнать, что мозг работает неправильно или превосходно, но даже этой банальности не хватает объяснения. Каждый день мы вспоминаем прошлое, воспринимаем настоящее и представляем будущее. Как наш мозг совершает эти подвиги? Можно с уверенностью сказать, что на самом деле никто
не знает.
   Напуганные сложностью мозга, многие нейробиологи решили изучать животных, у которых значительно меньше нейронов, чем у людей. У червя, показанного на рис. 2, отсутствует то, что мы бы назвали мозгом.Его нейроны разбросаны по всему телу, а не сосредоточены в одном органе. Вместе они образуют нервную систему, содержащую всего 300 нейронов. Это звучит управляемо. Держу пари, что даже Паскаль с его депрессивными наклонностями не испугался бы леса C. Элеганс. (Это научное название червя длиной в один миллиметр). и форма.Черви подобны прецизионным машинам, массово производимым на фабрике: у каждого из них есть нервная система, построенная из одного и того же набора частей, и части всегда устроены одинаково.
   Более того, эта стандартизированная нервная система была полностью нанесена на карту. В результате (см. рис. 3) получается что-то вроде карт полетов, которые мы видим на последних страницах журналов авиакомпаний. Четырехбуквенное имя каждого нейрона похоже на трехбуквенный код каждого аэропорта мира.Линии представляют связи между нейронами, так же как линии на карте полета представляют собой маршруты между городами. Мы говорим, что два нейрона «связаны». если есть небольшое соединение, называемое синапсом, в точке, где соприкасаются нейроны. Через синапс один нейрон посылает сообщения другому.
   Инженеры знают, что радиоприемник состоит из соединенных между собой электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и транзисторы. Нервная система также представляет собой совокупность нейронов, «подключенных» друг к другу. вместе своими тонкими ветвями.Вот почему карта, показанная на рисунке 3, первоначально называлась схемой соединений. Совсем недавно был введен новый термин &#8201&#8212 коннектом. Это слово связано не с электротехникой, а с областью геномики. Вы, наверное, слышали, что ДНК — это длинная молекула, напоминающая цепочку. Отдельные звенья цепи представляют собой небольшие молекулы, называемые нуклеотидами, которые обозначаются буквами A, C, G и T. Ваш геном представляет собой всю последовательность нуклеотидов в вашей ДНК или, что то же самое, длинную цепочку букв, составленную из этой четырехбуквенной цепочки. алфавит.На рис. 4 показан отрывок из трех миллиардов писем, которые составили бы миллион страниц, если бы они были напечатаны в виде книги.
   Точно так же коннектом – это совокупность связей между нейронами в нервной системе. Этот термин, как и геном, подразумевает полноту. Коннектом – это не одно соединение и даже не множество. Это все они. В принципе, ваш мозг также можно представить в виде схемы, похожей на схему червя, хотя и гораздо более сложной.Расскажет ли ваш коннектом о вас что-нибудь интересное?
   Во-первых, это покажет, что вы уникальны. Вы, конечно, это знаете, но было на удивление сложно определить, в чем именно заключается ваша уникальность. Ваш коннектом и мой сильно отличаются. Они не стандартизированы, как у червей. Это согласуется с идеей о том, что каждый человек уникален в отличие от червя (не в обиду червям!).
   Различия очаровывают нас.Когда мы спрашиваем, как работает мозг, нас больше всего интересует, почему мозг людей работает так по-разному. Почему я не могу быть более общительным, как мой друг-экстраверт? Почему моему сыну читать труднее, чем его одноклассникам? Почему мой двоюродный брат-подросток начинает слышать воображаемые голоса? Почему моя мать теряет память? Почему мой супруг (или я) не могу быть более сострадательным и понимающим?
   В этой книге предлагается простая теория: разумы различаются, потому что различаются коннектомы.Теория неявно отражена в газетных заголовках вроде «Мозг аутиста устроен иначе». Личность и IQ также можно объяснить коннектомами. Возможно, даже ваши воспоминания, самый своеобразный аспект вашей личности, могут быть закодированы в вашем коннектоме.
   Хотя эта теория существует уже давно, нейробиологи до сих пор не знают, верна ли она. Но ясно, что последствия огромны. Если это правда, то лечение психических расстройств, в конечном счете, связано с восстановлением коннектомов.На самом деле любое личное изменение — самообразование, меньшее употребление алкоголя, спасение брака — связано с изменением вашего коннектома.
   Но давайте рассмотрим альтернативную теорию: разумы различаются, потому что различаются геномы. По сути, мы такие, какие мы есть, благодаря нашим генам. Наступает новая эра личного генома. Скоро мы сможем быстро и дешево находить собственные последовательности ДНК. Мы знаем, что гены играют роль в психических расстройствах и способствуют нормальным изменениям личности и IQ.Зачем изучать коннектомы, если геномика уже настолько сильна?
   Причина проста: одни гены не могут объяснить, как ваш мозг стал таким, какой он есть. Когда вы лежали в утробе матери, вы уже обладали своим геномом, но еще не воспоминанием о своем первом поцелуе. Ваши воспоминания были приобретены при жизни, а не раньше. Некоторые из вас умеют играть на пианино; некоторые могут ездить на велосипеде. Это приобретенные способности, а не инстинкты, запрограммированные генами.
   В отличие от вашего генома, который фиксируется с момента зачатия, ваш коннектом меняется на протяжении всей жизни. Нейробиологи уже определили основные виды изменений. Нейроны приспосабливаются, или «перевешивают», их связи, усиливая или ослабляя их. Нейроны воссоединяются, создавая и уничтожая синапсы, и они перестраиваются, отрастая и втягивая ответвления. Наконец, посредством регенерации создаются и уничтожаются совершенно новые нейроны.
   Мы не знаем точно, как происходят жизненные события — ваши родители’ развод, твой сказочный год за границей — измени свой коннектом. Но есть веские доказательства того, что на все четыре R — перевзвешивание, переподключение, перенастройку и регенерацию — влияет ваш опыт. В то же время четыре R также управляются генами.На умы действительно влияют гены, особенно когда мозг «прошивает» мозг. себя в младенчестве и детстве.
   И гены, и опыт сформировали ваш коннектом. Мы должны учитывать оба исторических влияния, если хотим объяснить, как ваш мозг стал таким, какой он есть. Коннектомная теория ментальных различий совместима с генетической теорией, но она гораздо богаче и сложнее, поскольку включает в себя эффекты жизни в мире.Теория коннектома также менее детерминистична. Есть основания полагать, что мы формируем наши собственные коннектомы действиями, которые мы предпринимаем, даже тем, что мы думаем. Проводка мозга может сделать нас теми, кто мы есть, но мы играем важную роль в формировании проводки нашего мозга.
   Переформулируя теорию проще:
   Вы больше, чем ваши гены. Вы — ваш коннектом.

 

Поиски Себастьяна Сына по составлению карты человеческого мозга

Что сохранило воспоминания и способности Багенхольма в течение нескольких часов в состоянии клиническая смерть? Ученые считают, что каждая мысль, каждое ощущение — это набор крошечных электрических импульсов, проходящих через взаимосвязанные нейроны мозга.Но когда маленькая девочка, например, выучивает слово, ее мозг делает запись, изменяя сами связи. Когда она учится кататься на велосипеде или петь «Happy Birthday», формируется новое созвездие связей. По мере взросления каждое воспоминание — имя друга, ощущение лыж на девственном снегу, соната Бетховена — записывается таким образом. В совокупности эти связи составляют ее коннектом, постоянную запись в мозгу ее личности, талантов, интеллекта, воспоминаний: сумму всего того, что составляет ее «я».Даже после того, как холод остановил сердце Багенхольм и заглушил ее потрескивающую нейронную сеть до шепота, коннектом выстоял.

То, что делает связь коннектома с нашей личностью такой трудной для понимания, сказал мне Сын, заключается в том, что мы связываем наше «я» с движением. Мы гуляем. Мы поем. Мы переживаем мысли и чувства, которые расцветают в сознании, а затем исчезают. «Психея» происходит от греческого «дуть», вызывая жизненное дыхание, определяющее жизнь. «Кажется ошибкой говорить о себе как о какой-то электрической схеме, которая не меняется очень быстро», — сказал Сын.«Коннектом — это просто мясо, и люди против этого».

Сын сказал мне представить реку, бурлящие воды Колорадо. Таков, по его словам, наш опыт от момента к моменту. Со временем вода оставляет свой след на русле реки, расширяя излучины, очерчивая узоры в скалах и почве. В некотором смысле Гранд-Каньон — это память о том, где был Колорадо. И, конечно же, это русло реки формирует поток воды сегодня. Тогда есть две личности: река и русло реки. Река вся в смятении и драме.Река требует внимания. Тем не менее, это русло реки, которое хочет знать Сын.

Когда Сыну исполнилось 5 лет, его отец отвел его в местную парикмахерскую, заведение с сетчатой ​​дверью в Остине, где торговый автомат продавал кока-колу в бутылках. Пока отец Сына стригся, парикмахер остановился и показал милую сцену: Маленький Себастьян притворялся, что читает газету. «Нет, — сказал его отец, — я думаю, что он действительно читает это». Парикмахер подошел, чтобы разобраться, и, конечно же, мальчик с удовольствием рассказал, что происходило в тот день в The Austin American-Statesman.Сын сам научился читать, отчасти благодаря тому, что попросил отца назвать названия магазинов и уличные знаки. В 5 лет он сказал своему отцу — человеку, который подростком самостоятельно сбежал из Северной Кореи, — что ему больше не понадобятся игрушки на Рождество.

В детстве главными увлечениями Сына были футбол, математика и научная литература (за исключением греческих мифов). Подростком он был вдохновлен «Космосом» Карла Сагана. Он прошел курсы физики для выпускников, будучи 17-летним второкурсником Гарварда, и сразу же поступил в Гарвардскую докторскую диссертацию.D. программа по теоретической физике. Однако во время летней стажировки в Bell Laboratories в 1989 году Сын попал под чары общительного израильтянина по имени Хаим Сомполинский, который познакомил его с проблемой теоретической неврологии: как сеть нейронов может генерировать что-то вроде «Ага!» момент, когда обучение приводит к внезапному пониманию. Это привело Сына к его собственному «Ага!» момент: на размытой границе между неврологией и математикой он заметил новую научную область, захватывающую и в значительной степени неизведанную, которая вызвала у него то же чувство, которое должно было быть у физиков, когда атом впервые начал раскрывать свои секреты.

Сын стал частью группы физиков, которые использовали сложные математические методы для развития идеи, восходящей еще к Платону и Аристотелю, о том, что значение возникает из связей между вещами — в данном случае из связей между нейронами. В 19 веке Уильям Джеймс и другие психологи сформулировали психические процессы как ассоциации; например, вид лабрадора-ретривера вызывает мысли о домашнем питомце детства, что приводит к размышлениям о друге, который жил по соседству.В конце века испанский нейробиолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль создавал иллюстрации нейронов — длинных, тонких стеблей и эффектных ответвлений, которые соединялись с другими нейронами собственными длинными стеблями, — когда люди начали задаваться вопросом, видят ли они физические проводящие пути нейронов. думала сама.

Следующий поворот произошел в последние десятилетия, когда междисциплинарная группа исследователей, в которую входил Сунг, натолкнулась на новый способ мышления, который описывается как коннекционизм. Основная идея (которая заимствована из информатики) состоит в том, что простые единицы, соединенные правильным образом, могут породить удивительные способности (память, распознавание, мышление).В компьютерных чипах транзисторы и другие основные электронные компоненты соединяются вместе, образуя мощные процессоры. В мозгу нейроны связаны друг с другом и пересоединены. Каждый раз, когда девочка видит свою собаку (виляющую хвостом, шоколадно-коричневую шерсть), активируется определенный набор нейронов; этот водоворот деятельности похож на реку Колорадо Сына. Когда эти нейроны срабатывают вместе, связи между ними становятся сильнее, образуя память — часть русла реки Сына, коннектом, формирующий мысль. Это понятие глубоко противоречит здравому смыслу: естественно думать о сети, функционирующей как речная система, набор потоков, которые могут передавать сообщения, но совершенно странно предположить, что есть части русла реки, которые кодируют «лабрадор-ретривер».”

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. В своей первой книге «Коннектом : как схема мозга делает нас теми, кто мы есть» он утверждает, что наша индивидуальность заключается в нашем коннектоме, сложной карте наших нейронов.

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 — вырезать 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 добровольцев в Интернете 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. Нам нужно много людей, чтобы сделать этот кубический миллиметр, но наш ИИ основан на машинном обучении, поэтому люди, которые взаимодействуют с ним, также учат его. Это единственный способ, которым мы когда-либо сможем создать кубический миллиметр мозга и масштабировать его до целого мозга. Нам нужно попасть на эту кривую экспоненциальных инноваций.

Х. Себастьян Сын | Neuroscience

Sebastian Seung использует методы машинного обучения и социальных вычислений для извлечения структуры мозга из световых и электронно-микроскопических изображений. 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.

Избранные публикации

  • Вишванатан А., Дайе К., Рамирес А.Д., Лихтман Дж.В., Аксай Э.Р.Ф., Сын Х.С. Электронно-микроскопическая реконструкция функционально идентифицированных клеток в нейронном интеграторе. Карр Биол. 2017 24 июля; 27 (14): 2137-2147.
  • 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.
  • Прелек Д., Сын Х.С., Маккой Дж. Решение проблемы мудрости толпы с одним вопросом. Природа. 2017 25 января; 541 (7638): 532-535.
  • Игнасио Арганда-Каррерас, Верена Кайниг, Кертис Рюден, 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, состоящей из одного вопроса.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.
  • Турага, СК, Бриггман К.Л., Хелмштедтер М., Денк В., Сын С.Х. 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. Сын. 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-Цандера. 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.).

Как структура мозга делает нас теми, кто мы есть »Мир мозга

Рендеринг группового коннектома на основе 20 предметов с использованием программного обеспечения TrackVis Андреаса Хорна, М.Д., к.т.н.

Себастьян Сенг, нейробиолог и профессор Массачусетского технологического института, считает, что все можно проследить до коннектома — сложной нейронной сети, из которой состоит каждый из наших мозгов.

Один из лидеров зарождающейся науки коннектомики, Сын считает, что картирование коннектома может дать фундаментальные ответы на вопросы о нашей памяти, личности и даже психических расстройствах.

Но это гигантский квест; мы говорим о 100 миллиардах нейронов в человеческом мозгу.Мы поговорили с Сыном о его книге «Коннектом: как структура мозга делает нас теми, кто мы есть» и о том, что он называет «поворотным моментом в истории человечества».

Brain World: Вы сказали: «Я — мой коннектом». Не слишком ли много мы придаем генам?

Себастьян Сын: Большинство людей осознают, что им кажется, что существует нечто большее, чем гены, но они не могут определить это. И поэтому, когда я говорю: «Я — мой коннектом», я имею в виду, что это может быть за дополнительная вещь, которая действительно определяет нас самих.Коннектом — более мощная идея, потому что он включает в себя влияние генов. Я не говорю, что гены не важны, потому что гены формируют нас. Многое из этого происходит путем формирования коннектома. В основном, так что это также сформировано вашим опытом.

BW: Создание человеческого коннектома — огромная задача. Что заставляет вас думать, что это можно сделать?

SS: Сейчас мы находим коннектом, визуализируя мозговую ткань с очень-очень высоким разрешением, а затем анализируя изображение с помощью аналоговых компьютеров, потому что данных очень много.Так что я бы сказал, что пока компьютеры продолжают совершенствоваться, мы сможем улучшить технологию, которая находит коннектомы. Так что, если компьютеры будут продолжать развиваться так, как они развивались в течение последних нескольких десятилетий, то мы должны быть в состоянии найти человеческий коннектом до конца века.

BW: Если коннектом можно точно нанести на карту, как вы справляетесь с тем фактом, что нейронная активность постоянно меняется?

SS: Есть некоторые аспекты личности, которые очень стабильны и меняются очень медленно, если вообще меняются.Так что это те, которые, как мы думаем, представлены в коннектоме. Связи, а не деятельность. Мы можем наметить моментальный снимок этого. Вы можете думать об этом как о снимке вашего нынешнего «я». И моментальный снимок — это разумная вещь, когда все меняется медленно. Если вы сфотографируете что-то, что движется слишком быстро, оно будет размытым, но если оно движется медленно, вы сможете увидеть все довольно четко.

BW: Понимание коннектома может оказать влияние на изучение нарушений в работе мозга, таких как депрессия и аутизм.Может ли это означать, что лечение намного более эффективно, чем то, что доступно сейчас?

SS: Возможно. Это было бы только началом. Люди выдвинули гипотезу об этих коннектопотиях, аномалиях в связях, но мы их не видим. Поэтому я бы сказал, что если вы хотите разработать больше видов лечения, очень важно иметь возможность увидеть точную природу аномалии. Это похоже на то, что если вы хотите разработать более эффективные антибиотики, полезно иметь возможность видеть бактерии, которые вы пытаетесь убить.Но просто увидеть себя — это только первый шаг; есть еще много других исследований, которые вам нужно провести. Это может быть действительно важный шаг. Но я не хочу обещать слишком много. Просто обнаружить, что это только один шаг на пути к излечению.

BW: Чем вас привлекает эта область нейронауки?

SS: В конечном счете, я бы сказал, что любая важная цель в жизни в значительной степени связана с изменением вашего мозга. И самые острые случаи этого — люди, которые имеют черепно-мозговую травму или расстройство головного мозга и хотят изменить свой мозг.Но даже нормальные люди хотят учиться, они хотят иметь хорошие отношения — все дело в изменении вашего мозга. Итак, большой вопрос — а у нас есть естественные средства изменения нашего мозга, усердного обучения и т. д. — так что большой вопрос в том, что нейронаука может дать помимо традиционных методов?

BW: Что вы скажете критикам, которые говорят, что усилия могут оказаться тщетными, что все может провалиться?

SS: Что ж, если в каком-то начинании нет возможности потерпеть неудачу, это обычно не так уж и интересно.

Эта статья была впервые опубликована в летнем выпуске журнала Brain World Magazine за 2012 год.

Связанные статьи

Себастьян Сын — События — Гарвардский книжный магазин

Не можете посетить авторское мероприятие Гарвардского книжного магазина? Вы по-прежнему можете предварительно заказать подписанную книгу одного из наших приглашенных авторов.

Хотя мы не можем гарантировать выполнение предварительного заказа подписанной книги, наши авторы почти всегда могут подписать дополнительные книги для выполнения таких заказов.

Заказ подписанной книги на harvard.com:

  • Добавьте книгу в корзину и нажмите Оформить заказ .
  • Укажите в комментарии к заказу , что вам нужна подписанная копия книги.
  • Обратите внимание: онлайн-заказы на подписанные копии должны быть размещены как минимум за один рабочий день до мероприятия. Если вы заказываете в день, пожалуйста, позвоните нам.

Заказ подписанной книги по телефону:

  • Позвоните нам по телефону (617) 661-1515, и один из наших книготорговцев примет ваш заказ.Укажите, что вам нужна подписанная копия.
  • Если вы запрашиваете персонализированную надпись и/или доставку вашей книги, нам потребуется удалить информацию о кредитной карте. Если вы планируете забрать подписанную книгу в магазине, вы можете заплатить при получении.

Часто задаваемые вопросы:

Могу ли я заказать персонализированную надпись?
Если не указано иное, мы будем рады принять просьбу автора подписать вашу книгу конкретному лицу, но мы не можем этого гарантировать.Если вы получите персонализированную надпись, книга не будет возвращена. При размещении заказа нам потребуется информация о кредитной карте.

Подписанные книги стоят дороже?
За подписанную книгу дополнительная плата не взимается!

Должен ли я забрать ее в магазине, или вы можете доставить мою подписанную книгу?
Как и в случае всех заказов через Интернет или по телефону, мы можем оставить вашу книгу для получения в магазине или отправить ее в любую точку страны.

Себастьян сеунг коннектом: Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть | Сеунг Себастьян

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх