Нейроученые обнаружили феномен, который они не могут объяснить
Карл Шуновер (Carl Schoonover) и Эндрю Финк (Andrew Fink) озадачены. Будучи нейроучеными, они знают, что мозг должен быть гибким, но не чрезмерно. Он должен перенастраивать себя перед лицом нового опыта, но при этом последовательно отражать черты внешнего мира. Как? В учебниках по нейронауке можно найти такое относительно простое объяснение: определенные группы нейронов возбуждаются, когда их владелец чувствует запах роз, видит закат или слышит звук колокольчика. Эти репрезентации, паттерны нейронного возбуждения, вероятно, остаются одинаковыми от момента к моменту. Однако, как обнаружили Шуновер, Финк и их коллеги, иногда это не так. Они изменяются, и делают это до неожиданной и сбивающей с толку степени.
Шуновер, Финк и их коллеги из Колумбийского университета провели опыт на мышах: грызуны нюхали одни и те же запахи в течение нескольких дней и недель и регистрировали активность нейронов в их пириформной коре, эта область мозга участвует в идентификации запахов. В определенный момент каждый запах провоцировал возбуждение разных групп нейронов в этой области. Однако со временем состав этих групп медленно менялся. Некоторые нейроны перестали реагировать на запахи, а другие, наоборот, начали. Спустя месяц каждая из групп почти полностью изменилась. Другими словами, нейроны, реагировавшие на запах яблока в мае, и нейроны, реагировавшие на тот же запах в июне, отличались друг от друга также, как те нейроны, что реагируют на запах яблока и запах травы в одном временном промежутке.
Конечно, это только одно исследование одной области мозга и проведено оно на мышах. Однако другие ученые установили, что тот же самый феномен, названный репрезентативный дрейф (representational drift), происходит в целом ряде зон мозга, помимо пириформной коры. Его существование точно установлено, но все остальное — загадка. Шуновер и Финк рассказали мне, что они не знают, почему так происходит, что это значит, как мозг справляется и какая доля мозга так поступает. Как животные могут построить долгосрочное представление о мире, если их нейронный ответ на мир постоянно меняется? Если такие изменения — обычное дело, «в мозге должны быть какие-то еще необнаруженные невообразимые механизмы, которые позволяют не терять сути, — говорит Шуновер. — Предполагается, что ученые знают, что происходит, но в данном конкретном случае мы в глубоком замешательстве. На наш взгляд, чтобы разобраться в этом, уйдут годы».
У Шуновера и Финка годы ушли просто на то, чтобы установить, что репрезентативный дрейф вообще существует в пириформной коре. Им пришлось разработать хирургические приемы, чтобы вживить электроды в мозг мыши и, что самое главное, зафиксировать их на одном месте на недели. Только так они могли быть уверены, что регистрируемый дрейф вызван изменениями в нейронах, а не мелкими движениями самих электродов. Они начали работать над этим еще в 2014 году. К 2018 году они уже были уверены, что могут получать стабильные данные. Тогда они начали позволять мыши с имплантатом периодически вдыхать разные запахи.
Команда установила, что, если нейроны в пириформной коре реагирует на определенный запах, вероятность, что он будет реагировать на него же через месяц всего один к 15. В каждый данный момент одинаковое количество нейронов возбуждается в ответ на запах, однако конкретные нейроны меняются. Если вдыхать запах ежедневно, то дрейф замедляется, но не прекращается. Не влияет на него и обучение: если мышь ассоциирует какой-то запах с небольшим ударом током, нейроны, реагирующие на этот запах, все равно будут полностью меняться, но мышь продолжит этот запах избегать. «Раньше в этой области преобладало мнение, что нейронный ответ в сенсорных зонах стабилен во времени, — рассказывает Янив Зив (Yaniv Ziv), нейробиолог Института Вейцмана, не принимавший участия в этом исследовании. — Открытие показывает, что это не так».
«Намеки на это получали все эти 15 лет» в разных частях мозга, рассказывает мне Шуновер. Гиппокамп, к примеру, помогает животным ориентироваться в пространстве. В нем содержатся клетки места, т.е. нейроны, которые выборочно возбуждаются, когда их владелец оказывается в определенном месте. Пройдите от кровати к входной двери, в вашем мозгу загорятся разные клетки места. Однако их выбор также не фиксирован. Зив и другие доказали, что настройка этих клеток на определенные места со временем меняется.
В другом эксперименте Лаура Дрисколл (Laura Driscol), нейроученый, сейчас работает в Стэнфорде, помещала мышей в виртуальный лабиринт в форме буквы Т и учила их поворачивать налево или направо. Эта простая задача контролируется задней теменной корой, областью мозга, отвечающей за пространственное мышление. Дрисколл и ее коллеги установили, что активность в этой зоне также меняется: нейроны, загоравшиеся в мозгу мыши, постепенно менялись, хотя грызуны продолжали поворачивать в одну и ту же сторону.
Результат вызвал удивление, но не чрезмерное. Гиппокамп также участвует в обучении и краткосрочной памяти, поэтому ожидалось, что он будет перепрограммировать себя и постоянно меняться. «До нынешнего момента наблюдения за репрезентативным дрейфом ограничивались теми областями, где мы могли его принять», — объяснил Шуновер. С пириформной корой все не так. Это сенсорный центр, область мозга, которая позволяет мозгу воспринимать окружающие стимулы. Он должен быть стабильным. Как еще тогда запоминать запахи? Если репрезентативный дрейф может происходить в пириформной коре, то тогда он может быть обычным делом для всего мозга.
Он может быть менее распространен в других сенсорных центрах, например, зрительной коре, где обрабатывается информация, поступающая от глаз. Нейроны, реагирующие на запах травы могут меняться из месяца в месяц, но те рецепторы, что реагируют на вид коры, похоже, в целом остаются такими же. Возможно, это объясняется тем, что зрительная кора высокоорганизована. Смежные группы нейронов обычно отвечают за смежные части визуального пространства вокруг, и этот упорядоченное распределение может ограничивать нейронный ответ и не позволять ему далеко смещаться. Однако такое утверждение, вероятно, справедливо только для простых визуальных стимулов, таких как линии или полосы. Зив обнаружил репрезентативный дрейф даже в зрительной коре, проведя эксперимент на мышах, которые день за днем смотрели один и тот же фильм.
«У нас есть подозрение, что это скорее правило, чем исключение, — рассказывает Шуновер. — Теперь нашей задачей становится найти зоны, где это не происходит». А к местам, где это все же действительно происходит, «есть три вопроса, — добавляет Финк. — Насколько быстро идет процесс? Как далеко он заходит? И… насколько это серьезно?». Как мозг понимает, что чувствует нос и что видят глаза, если нейронный ответ на запахи и визуальные картинки постоянно меняется? Первый вариант заключается в том, что он как-то привыкает к этому дрейфу. К примеру, части мозга, связанные с пириформной корой, могут быть способны постепенно менять свое представление о том, что значит активность нейронов этой зоны. Вся система меняется, но синхронно.
Другой вариант заключается в том, что какие-то высокоуровневые черты возбуждающихся нейронов остаются теми же, даже если конкретные активные нейроны меняются. Приведем простой пример. Тимоти О'Лири (Timothy O'Leary), нейроученый Кембриджского университета, рассказал мне, что «представители популяции могут менять свое мнение, сохраняя при этом общий консенсус. В большой популяции существует множество способов представить один и тот же сигнал, поэтому у нейронного кода есть пространство для маневра». Хотя ученые обнаружили признаки этих стабильных высокоуровневых паттернов в других меняющихся частях мозга, Шуновер и Финк найти их в пириформной коре не смогли. Ни они, ни их коллеги не могут точно сказать, как мозг справляется с репрезентативным дрейфом. Кроме того, они не уверены в том, почему это вообще происходит.
Дрифт может оказаться просто ошибкой нервной системы, требующей решения проблемой. «Связи в разных частях мозга постоянно формируются и разрушаются, каждый нейрон сам по себе постоянно перерабатывает клеточный материал», — рассказывает О'Лири. Возможно, такая система, серая клейкая версия корабля Тесея, предназначена со временем меняться. Но, по словам О'Лири, эта идея «слабовата». Нервная система может сохранять точные целенаправленные связи, как, например, между мышцами и контролирующими их нервами. Дрейф не кажется обязательным.
С другой стороны, такой дрейф, вероятно, может приносить пользу. Постоянно меняя способ хранения новой информации, нервная система, вероятно, сохраняет возможность внедрять новую. «Информация, которая не нужна постоянно, забывается, в то время как полезная информация обновляется в ходе дрейфа, — объясняет Дрисколл, сейчас она проверяет эту теорию на искусственных сетях. — Чем дольше я думаю о дрейфе, тем больше становится ясно, что что-то такое мы и должны увидеть в мозгу». Шуноверу также нравится эта идея: «Наше любимое объяснение заключается в том, что это воплощение обучения. Это не само обучение, но проявление этого процесса».
Шуновер и Финк сравнивают открытие репрезентативный дрейфа с работой астронома Веры Рубин (Vera Rubin). В 70-ые годы Рубин и ее коллега Кент Форд (Kent Ford) заметили, что некоторые галактики вращаются неожиданным образом, как будто нарушая законы Ньютона. Проанализированные Рубин данные стали первым прямым доказательством существования темной материи, которая составляет большую часть материи во Вселенной, но при этом ее никогда не наблюдали. Сходным образом, объясняет Шуновер, дрейф показывает, что «за кулисами происходит что-то еще, но мы пока не знаем что».
В сравнении дрейфа с вращением галактик Рубин нашла одну важную неточность. Рубин знала, что обнаружила что-то необычное, поскольку могла сравнить свои данные с ньютоновской механикой, надежной и хорошо описанной физической теорией. Однако в нейронауке такой теории нет. Существует очень ясное представление о том, как работают отдельные нейроны, но все становится более размыто, когда дело доходит до нейронных систем, целого мозга или поведения животного.
Просто вдумайтесь в саму идею того, что определенные паттерны нейронного возбуждения могут представлять различные запахи, виды или звуки. Эта связь кажется достаточно простой с точки зрения ученого, который подверг животное воздействию раздражителя и теперь ищет активные нейроны в его мозгу. Однако сам мозг работает лишь с частью уравнения, ему нужно понять, что могло вызвать такую активность. «Хотя мы можем декодировать эту информацию, это не означает, что мозг это делает», — считает Джон Кракауэр (John Krakauer), нейроученый из Университета Джонса Хопкинса.
Именно поэтому, по мнению Кракауэра, исследование Шуновера и Финка, пускай и «технически изобретательное», но при этом «немного надуманное». Идея дрейфа, объясняет он, удивляет и восхищает только если сравнивать ее с взятым из учебника наивным представлением о репрезентациях, которое никогда не было научно обосновано и уже давно подвергалось сомнениям. Как он мне рассказал, это более широкая проблема для всей области. «Большая часть нейронауки стоит на том, чтобы взять очень конкретный способ и результаты и облечь их в расплывчатое облако концепций, с которыми немногие в науке согласны, — объясняет он. — Зачастую в нейронауке предпосылки остаются не проанализированными, но все остальное безупречно».
Финк согласен, что мысль о стабильных репрезентация никогда не была теорией, а скорее «негласным допущением», и держались за нее, «потому что она простая». Разве может быть иначе? Может. И что теперь? «В нашей области настоящая жажда новых идей, — рассказал мне Финк, вот почему, по его мнению, они с Шуновером до сих пор не встретились с жестоким сопротивлением, с которым обычно сталкиваются ученые, чьи данные разрушают догмы. — Люди отчаянно нуждаются в теориях. Наша область настолько незрелая в концептуальном отношении, что мы до сих пор находимся на этапе сбора сведений и, в нашем положении, мы не можем ничего исключать». Собственному представлению нейронауки о мозге вполне есть куда дрейфовать.
Источник
Последние аномальные новости

Долгое путешествие на Марс опасно

Зачем нам нужны високосные годы

Знаменитые наблюдения НЛО в долине Гудзона

ИИ незаметно заменяет сотрудников Google

Илон Маск отправит миллиона человек на Марс

Информация об осведомителе НЛО засекречена

Мужчины и женщины действительно устроены по-разному

Наблюдения НЛО в Северной Дакоте

НАСА ищет астронавтов, которые будут жить в модели Марса

Низколетящий НЛО оставил следы на теле

Отдел НАСА по предупреждению об астероидах

План по воскрешению вымершего дронта

Прототип телескопа Эйнштейн прошел первые тесты

Разрушение атмосферы обитаемой экзопланеты

Ранние галактики походили на нашу

Самая маленькая из когда-либо наблюдавшихся звезд

Самый высокий мужчина встретил самую низкую женщину

Совершенно секретный отчет об НЛО 1948 года

Темные тайны и заговоры базы Дульсе

Черная дыра создает звездные бусы на нитке

Астрономы наблюдают колебания волны Рэдклиффа

Бандит утверждает, что знает, кто убил Джона Кеннеди

Вашингтон продолжает оставаться горячей точкой НЛО

Вот где в Миннесоте сообщалось о наблюдениях НЛО

Конгрессмен полностью верит в инопланетян

Криптозоологам следует нарядиться бигфутом

Луна может представлять угрозу для будущего человечества

Люди меняют свои взгляды на теории заговора

Магнитные эффекты в зарождении жизни

Многовековые инопланетные реликвии выставлены на показ

Модель Эбби Клэнси смеется над своей встречей с НЛО

Несколько методов управления всего одним атомом

НЛО замечены в Южной Дакоте и Миннесоте

Пилот видел НЛО во время полета в Пенсильванию

Пояс Койпера простирается гораздо дальше

Рассказ о скрытой жизни Анны Форт

ЦРУ подтвердило, для чего используется Зона 51

Черная дыра, съедающая по звезде в день

Экзопланета с ультракоротким годом

Эксперт объяснил появление НЛО в небе Ко-Дауна

Мебель в стиле лофт для гостиной загородного дома

Безумная история об НЛО из 1960-х годов

В одном округе Нью-Джерси видели гораздо больше НЛО

Встреча с НЛО сбила с толку пассажиров самолета

Горячая точка НЛО в Нью-Джерси

Для чего на самом деле используется Зона 51

ИИ устроит человечеству апокалипсис

Крупный британский аэропорт стал горячей точкой НЛО

На Земле существуют передовые технологии инопланетян

Наблюдения НЛО в штате Теннесси

НЛО имеют нечеловеческое происхождение

Новый прицел позволяет видеть пули в полете

Опасность НЛО - это не то, что вы думаете

Пациент Neuralink способен управлять мышью силой мысли

Пилот увидел огромный НЛО во время полета над Мексикой

Поиски собаки-демона в Манчестере

Самый яркий и быстрорастущий квазар

Солнечная система изобилует межзвездными объектами

Техас занимает четвертое место по количеству НЛО

Треугольный корабль завис над озером в Висконсине

Электромобиль отряхивается от снега, как собака

Франшиза Nadotur - отзывы об открытии туристического агентства по франшизе

Болезнь зомби-оленей может перейти на людей

Внутри самой необычной духовной конвенции

Возможность внеземного присутствия

Где может прятаться Планета Х

Древняя форма жизни, скрытая внутри каждого из нас

Как мог выглядеть серийный убийца Джек-Потрошитель

Квантовые темные состояния дают преимущество

Космический юрист объясняет, как можно захватить Марс

НЛО в Нью-Йорке с 2000 года видели тысячи людей

НЛО вызвал безумие в сети

НЛО над Бостоном увидел пилот во время полета

НЛО над Фениксом. Признания оператора службы 911

НЛО-сферы в Канаде имели голубые ореолы

Один округ Нью-Джерси является горячей точкой НЛО

Певец поделился невероятной историей НЛО

Подледная микробная жизнь на Земле и за ее пределами

Подтверждена подлинность лучших кадров НЛО

Проект по сбору образцов с Марса важен

Розуэлльский инцидент когда-то был символом секретности

Уфологические фестивали в 2024 году

Магазин цифровых товаров. Идеальное решение для начинающих предпринимателей с Rents.ws

Впервые вывели донорскую свинью

Гравитационные волны обеспечили нас элементами жизни

Гриб вырос на живой лягушке

Жизнь на Земле могла зародиться из метеоритов

Жизнь на Марсе процветала вблизи вулканов

Жителей Приморского района Петербурга напугал НЛО

Загадка гигантских шимпанзе из Конго

Какой ядерный космический проект России напугал США

Микроскоп может разглядеть отдельные нейроны мозга

НЛО заметили в небе над Бердском

Письменность острова Пасхи признана уникальной

Почему стоит верить в существование инопланетян

Призрак с горящими глазами и ведьма с обожженной рукой

Растения с отредактированным геномом - не ГМО

Роботы показали полную автономность в бытовых задачах

Создали 3D-модель фрагментов Челябинского метеорита

Создана ткань для охлаждающей в жару одежды

Таинственные звери Японии

Тайна жуткой смерти продавщицы книг

Чугунная чашка из Оклахомы, возрастом 300 млн лет

Алмазный НЛО был замечен над Аризоной

Аэропорт Станстед назван горячей точкой НЛО

В Аризоне наблюдается больше НЛО, чем в большей части США

В Ираке видели НЛО-медузу

Внутри британской Зоны 51

Вода на поверхности астероидов поможет найти инопланетян

Возможно найден самолет Амелии Эрхарт

Гольфстрим может остановиться уже в 2025 году

Инопланетное вторжение началось в Китае

Как скоро люди отправятся на Марс

НЛО замечен над Мехико

Новорожденные газовые планеты могут быть плоскими

Округ Харрис лидирует по числу наблюдений НЛО в Техасе

Принц Филипп был очарован инопланетянами

Совместная лаборатория людей и пришельцев

Странные огни сняли в небе над Лас-Вегасом

Три НЛО замечены над Южной Флоридой

Флот НЛО замечен над Китаем

Фотография НЛО опубликована правительством США

Что на самом деле произошло в Розуэлле

Влияние первых звезд на первые галактики

Врачи на Земле впервые управляют роботом на МКС

Два металлических шара в небе над Блэкпулом

Еще один ключ к разгадке природы быстрых радиовсплесков

Зонд вернул вдвое больше обломков астероида Бенну

ИИ-вычисления скоро достигнут скорости света

Инопланетянам придется преодолеть два препятствия

Можем ли мы обнаружить астероид-убийцу

Наземные лазеры могут ускорить звездолеты

НАСА объявила массу образцов доставленных с астероида Бенну

НАСА проливает свет на сильно заряженную лунную пыль

НЛО видели в небе над шотландской деревней

Охота за жизнью на Марсе выходит на новый уровень

Парадоксальные мысли о феномене НЛО

Первые интуитивные машины полетят на Луну

Романтические отношения с инопланетными существами

Солдат находясь при смерти встретил Мрачного Жнеца

Сотни наблюдений возле загадочной авиабазы

Фото НЛО найдены в коллекции Национального архива

Я видел НЛО в два раза больше города

Активный вулканизм и движение коры Марса

В небе над Пермью заметили нечто

Вы видели НЛО в Айдахо

Геотермальная активность на ледяных карликовых планетах

Горячие точки сообщений о НЛО в США

Жизнь как планетарный регулятор

Загадочные сигналы из глубокого космоса

Звезда, похожая на матрешку, новая теория гравастаров

ИИ предсказывает функции неизвестных белков

Метаматериал делает возможным одностороннее стекло

Нечто с острова Уайт

НЛО используют лазерное оружие

Новый дизайн квантовых компьютеров

Понимание фундаментальной науки на Земле и в космосе

Пролетающие мимо звезды изменили эволюцию Земли

Собираемся ли мы узнать происхождение Луны

Странное поведение золота, возбужденного лазером

Уфологическое мероприятие OLM-2024

Уфологическое мероприятие в Апач-Джанкшен

Что выявило расследование Пентагона

Где используются фирменные дипломы, кто их использует

Аномальное явление в Курмайоре

В штате Вашингтон есть горячая точка НЛО

В штате Колорадо все чаще наблюдают НЛО

В этих штатах США больше всего наблюдений НЛО

Двойные экзопланеты в бездонной пустоте

Измерение расстояний с помощью быстрых радиовсплесков

Массивный протокластер вокруг квазара

Нанесены на карту горячие точки НЛО в Огайо

Не приезжайте в Хьюстон, чтобы увидеть НЛО

НЛО стреляет лазером по ядерной боеголовке

Округ Линкольн является излюбленным местом инопланетян

Открыли загадочную древнюю галактику

Прибор для раскрытия внутренней структуры атомных ядер

Секретный космосамолет X-37B заметили на орбите

Солнечное затмение на Марсе

Стартап хочет добывать полезные ископаемые на Луне

США делает большую ставку на частный космос

Титан, скорее всего, непригоден для жизни

Хак, заставляющий автомобильный радар галлюцинировать

Хаотические результаты в системах трех тел

В штате Колорадо все чаще наблюдают НЛО

Города с наибольшим количеством наблюдений НЛО

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика