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
Меню
Архив материалов
Подписка на новости
Страница сайта В-Контакте
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Последние новости
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - 04.08.2020 (995)
05.08.2020 - 16.09.2020 (1005)
17.09.2020 - 26.10.2020 (990)
27.10.2020 - 27.11.2020 (990)
28.11.2020 - 07.01.2021 (990)
08.01.2021 - 15.02.2021 (1000)
16.02.2021 - 31.03.2021 (1000)
01.04.2021 - 12.05.2021 (1000)
13.05.2021 - 14.06.2021 (990)
15.06.2021 - ...
Последние аномальные новости

В Нерецком озере обитает чудовище

В пирамиде Хеопса может таиться техногенное инопланетное устройство

Виноградники Калифорнии нанимают лозоходцев для поиска воды

Водный мир Глизе 1214b

Впервые провели пересадку искусственного сердца

Впервые увидели пылевой диск вокруг протопланеты

Вся пустыня Саудовской Аравии покрыта тысячами загадочных мегалитов

Гёбекли-Тепе - первый храм человечества

Девочку пытали по подозрению в колдовстве

Древние вирусы обнаружили в тающих ледниках Тибета

Древние сооружения, загадки которых не разгаданы до сих пор

Есть ли шансы доказать утечку коронавируса из лаборатории в Ухане

Инопланетяне всего лишь сон

Какие районы Татарстана являются аномальными зонами

Какое вы растение по знаку зодиака

Космическая символика хеттского святилища

Космонавт принял Луну за проявление инопланетной цивилизации

Легенда аляскинских коюконов о Всемирном потопе

Летающий гуманоид снят над Плимутом

Мистические картины с историей

Мужчина поймал собственное сердце на удочку

Не ищите инопланетян, они уже здесь

НЛО - новая планетарная угроза

Пилоты сообщили об НЛО над Ирландией

Самые интересные псевдонауки

Тайна Красного торса из Харраппы

Ужастики, съемки которых обернулись реальным кошмаром

Футуролог о судьбоносном прогнозе Ванги

Что на самом деле показывают видео с НЛО

Экзопланеты распухают от легких газов

ARIAL OIL - моторное масло и смазки премиум класса

Агент Сноуден рассказал о взломе смартфонов

В руки ФБР попался финансист из будущего

Инопланетный пончик пролетел над Ютой

История похищения инопланетянами Габриэллы Версаччи

Как йети убил китайского фермера

Как СССР вел войну с НЛО

Китайские власти будут сами торговать персональными данными граждан

Кузена бигфута сняли на тепловизор

Летающие тарелки реальны и являются межпланетными

Любитель открыл новый спутник Юпитера

Марсоход Perseverance приступил к поиску признаков жизни

Найден древнейший метеорит, который старше Земли

Нашли суперантитело против коронавируса

НЛО сняли над Кировым

Новые правила вакцинации пароходов смутили не только конспирологов

Падение метеорита наблюдали в Пуэрто-Рико

Погоня самолёта за НЛО в Джорджии

Полная версия отчета Пентагона об НЛО занимает всего 17 страниц

Помидоры предупреждают друг друга о вредителях

Построили первый 3D-печатный бетонный мост без арматуры

Предел обитаемости на планетах или как мы проглядим жизнь

Предложили концепт асимметричного аэротакси

Проход в подземную базу найден на Марсе

Рыбак поймал уникального голубого омара

Самые четкие фото НЛО были сделаны еще в 1950 году

Сообщения людей о встречах с пришельцами - сон

Странная смерть Тодда Гейба

Четкое изображение плазменных струй в окрестностях черной дыры

Что будет, если уронить мяч на разных планетах

Что делать, если вы увидели НЛО

В Германии не могут продать гору

Верующая отказалась лечить больную дочь в надежде на божье исцеление

Вирус COVID-19 появился из лаборатории

ВОЗ заявила о планах проверить лаборатории в Ухане

Врачи удалили с носа мужчины опухоль размером с голову

Две пары близнецов влюбились друг в друга

Дипмиссия США в Вене оказалась жертвой таинственных атак направленной энергии

Древние каменные стелы нашли в Туве

Женщина вернула в библиотеку взятую 300 лет назад книгу

Женщина ворвалась в кабинет стоматолога и вырвала у пациента 13 зубов

Женщина ошиблась при покупке билетов и выиграла двойной джекпот

Женщина приняла беременность за аппендицит

Китайские ученые доказали природное возникновение COVID-19

Комариный торнадо атаковал жителей Усть-Камчатска

Летучий голландец заметили в Финском заливе

Маркони помогал Муссолини наладить связь с инопланетянами

Мужчина поймал липнущую к стенам рыбу

Мужчина спит по 300 дней в году

НАСА сняло НЛО на Луне в 1967 году

Первый туристический полёт в космос

Писатель перенес операцию на сердце и потерял память

Роспотребнадзор разрабатывает биочип для тестирования ковида

Сатанист обезглавил ребенка во Франции

Смартфоны обвинили в снижении иммунитета

Создана система предсказания продолжительности жизни по анализу крови

Спящих людей можно использовать как аккумуляторы

Старинный ведьмин дом восстановили в Германии

США построит базу слежения за Россией в космосе

Ударный флот пришельцев приблизился к Земле

Шаттл 'Звездного флота' сняли на орбите Земли

Безмозглая плесень удивила разумностью

В атмосфере экзопланеты обнаружили изотопы углерода

В атмосферу Земли вошел очень большой объект

Коммерческое кибероружие использовали для слежки

Космические туристы получат возможность застраховать жизнь

Космический рис прорастили на Земле

Мозговой имплантат помог воспроизвести беззвучную речь паралитика

На рынке дополненного человечества предсказали бурный рост

НАСА заказало разработку ядерных космических двигателей у Blue Origin

Обнаружена первая водоросль с тремя полами

Обнаружили фрагменты ДНК неизвестной природы

Открыли две новых молодых экзопланетных системы

Открыли первый в мире мост, напечатанный на 3D-принтере

Разработали технологию воссоздания снов

Робота уволили из похоронного бюро

Российские центры разработки ИИ получат от правительства деньги

Следующая вспышка на Солнце может стать для Земли катастрофой

Старшип станет мощнее и ВВС США уже проявили к нему интерес

Ударная вспашка микрометеоритами может уничтожать следы жизни на Европе

Франция первой вводит мультипасс

Белорусские замки с привидениями

Бигфут, переносящий детеныша через реку

Большинство граждан США считают, что от них скрывают правду об НЛО

Военным следует сотрудничать с учеными для изучения феномена НЛО

Встречавшаяся с НЛО Катя Лель удивила новым откровением

Где обитают призраки Днепра

Главную версию упадка острова Пасхи назвали мифом

Дикая гусыня пришла проведать больного супруга

Загадка окаменелого человеческого пальца

Замаскированный НЛО запечатлели над Мончегорском

Золотые рыбки захватила озеро в Миннесоте

Первое в мире устройство для чтения мыслей

Предсказание о будущем России

Рок-альбомы, записанные в паранормальных условиях

Рыболов поймал в реке огромную золотую рыбку

Сигарообразный НЛО пролетел около МКС

Стеклянного осьминога сняли на видео

Таинственные древние рисунки найдены в Индии

Химтрейлы. Что и зачем распыляют самолеты в небе

Что-то огромное показалось из Антарктического ледяного щита

В небе над Казанью очевидец заснял НЛО

В Самарской области обнаружили следы пришельцев

Ворота в подземный мир обнаружили в Шотландии

Группа ученых доказала естественное происхождение коронавируса

Девушки начали массово рассказывать о росте груди после вакцинации

Дом с привидениями появился в старооскольском селе

Женщина проснулась от изнасилования ужасным монстром

Жители Новосибирска заметили кольцеобразный НЛО

Загадочная усадьба на Дворянской

Замки с привидениями, которые принимают постояльцев

Как распознать у себя дар ясновидения

Кладоискатель напал на след потерянного конвоя с сокровищами нацистов

Кошки видят привидений

Места России, где исполняются желания

Мистическая смерть экзорциста Альфреда Кунца

Мостовая гигантов в Северной Ирландии

Мужчина на 23 минуты и попал в Ад

Найден обладатель самого длинного языка в мире

Неизвестный лесной монстр растерзал козлят

Необычные явления в Ленобласти и Петербурге

НЛО над США и ящик с Марса

НЛО показывают физику, которую мы не можем понять

Прекрасный сад, растения которого убьют вас

Разведка США усомнилась в инопланетном происхождении НЛО

Раскрыта тайна светящихся организмов

Сверхсекретный проект 'Синяя книга'

Свидетели НЛО не верят отчету американского правительства

Странное дело телепортирующейся монахини

Три НЛО пролетели перед Луной

Установку HAARP включили на полную катушку

Когда Instagram блокирует аккаунт

Купить грунтовку в Нижнем Новгороде

Прием черного металла в СПБ

Уход за полом из ламината. Правильная уборка и мытье

Два необычных рецепта чая

База НЛО прячется в жерле вулкана Попокатепетль

Британский слесарь понял, как был построен Стоунхендж

В деревне под Тверью нашли гигантских слизней

Женщину с 5 лет многократно похищали пришельцы

Зеркальный особняк братьев Фут

Инопланетяне калечат и убивают скот в Великобритании

Космическая мистификация. Что нас ждет

Легенды о кладах и привидениях под Ростовом

Магическая сила Большого сфинкса и древнее пророчество

НЛО запечатлели над Лас-Вегасом во время грозы

Новосибирский парк Березовая роща окутан мистическими тайнами

Почему НАСА молчит об аномалиях ледяного континента

Призраки Белого дома

Происки злобных марсиан

Россия стала жертвой атаки климатическим оружием

Скоро произойдет событие, которое потрясет весь мир

Статуя на кладбище убивает людей и животных

Странный олень напугал туристов

Таинственное исчезновение гения Джеймса Грея

Телепортация братьев Пансини

Подписка на новости
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика