На сколько развит процентов мозг человека: Не в интеллекте дело. Ученые обнаружили неожиданное предназначение мозга

Не в интеллекте дело. Ученые обнаружили неожиданное предназначение мозга

https://ria.ru/20210519/mozg-1732855142.html

Не в интеллекте дело. Ученые обнаружили неожиданное предназначение мозга

Не в интеллекте дело. Ученые обнаружили неожиданное предназначение мозга — РИА Новости, 19.05.2021

Не в интеллекте дело. Ученые обнаружили неожиданное предназначение мозга

За последние два миллиона лет человеческий мозг увеличился примерно в три раза. Та же картина — у слонов и дельфинов. Правда, как выяснила на днях международная РИА Новости, 19.05.2021

2021-05-19T08:00

2021-05-19T08:00

2021-05-19T08:03

наука

антарктида

арктика

биология

эволюция

земля

головной мозг

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/50178/70/501787018_0:1:601:339_1920x0_80_0_0_0fb33dcd4d9c8571f25266582eb8d15a.jpg

МОСКВА, 19 мая — РИА Новости, Альфия Еникеева. За последние два миллиона лет человеческий мозг увеличился примерно в три раза. Та же картина — у слонов и дельфинов. Правда, как выяснила на днях международная группа ученых, причины тому другие. Для чего животным большой мозг и коррелируют ли его размеры с интеллектом — в материале РИА Новости. У каждого свое решениеБиологи, эволюционные статистики и антропологи из семи стран пришли к выводу, что у каждого вида объем мозга — точнее, его отношение к размерам тела — изменялся по-разному. И не всегда это приводило к увеличению или снижению когнитивных способностей. Ученые сравнили массу мозга 1400 видов млекопитающих, в том числе и вымерших. Для этого изучили у 107 окаменелостей эндокраны — рельефы на внутренней стороне черепной коробки, отражающие рисунок крупных борозд и извилин. Выяснилось, что параметры мозга и тела в целом у млекопитающих резко изменились после двух катастрофических событий в истории Земли — массового вымирания и изменения климата 66 и 23-33 миллиона лет назад соответственно. После исчезновения огромного количества видов в конце мелового периода у грызунов, летучих мышей и хищников увеличились размеры мозга и туловища. Причина здесь в том, что они поспешили занять пустые ниши, оставленные вымершими динозаврами. Затем похолодание в позднем палеогене привело к похожим процессам у отдельных видов млекопитающих — тюленей, слонов, медведей, китов и приматов. У слонов, дельфинов и людей относительные размеры мозга самые большие. Но если мозг слонов увеличивался быстрее, чем тело, дельфины, наоборот, со временем становились миниатюрнее, пропорционально изменялся у них и мозг. У ранних гоминин, от которых впоследствии произошли люди, тело уменьшалось, а мозг рос по сравнению с другими человекообразными обезьянами. Исследователи отметили: не всегда отношение объема мозга к размерам туловища коррелирует с уровнем интеллекта. Так, у калифорнийского морского льва мозг довольно небольшой, а умственные способности — выдающиеся. Это результат естественного отбора по размеру тела в нише полуводных видов. Встроенный обогревательНемногие виды могут позволить себе большой мозг. Нейроны потребляют огромное количество энергии, и их рост должен иметь эволюционные преимущества.Как выяснили южноафриканские, японские и американские исследователи, мозг китов, дельфинов и морских свиней генерирует тепло и таким образом поддерживает постоянную собственную температуру. За это отвечают митохондрии в клетках. В них исследователи обнаружили особые белки — термогенины, которые обеспечивают превращение энергии, полученной при окислении органических элементов, непосредственно в тепло. Особенно много клеток с такими белками в сером веществе коры головного мозга. Кроме того, в ней выявили повышенное количество норадренергических синапсов. Известно, что именно под действием норадреналина выделяется тепло в бурой жировой ткани животных, обитающих в холодных регионах. Термогенинов в ней тоже много.Основываясь на этих данных, ученые предполагают: такой крупный мозг развился не для того, чтобы решать сложные задачи, а чтобы обогревать тело. Это своеобразная адаптация для жизни в холодной воде. Тем более что размеры мозга у китообразных стали резко увеличиваться около 34–30 миллионов лет назад. Как раз в это время на Земле началось значительное похолодание, температуры вод мирового океана понизились. Антарктида, а затем и Арктика покрылись льдами. Площадь поверхности мозга у древних китов археоцетов выросла с 50 квадратных сантиметров до 1500 и даже 14000 квадратных сантиметров у современных видов. Жизнь заставилаЧеловек — единственный вид, у которого относительная масса мозга больше, чем у китов и дельфинов. И увеличение мозга — примерно в три раза за последние два миллиона лет — скорее всего, связано с уровнем интеллекта, считают ученые. Правда, благодаря чему этот орган получился таким большим и умным, специалисты спорят до сих пор. По мнению британских исследователей, причин тут две: необходимость более эффективно добывать пищу и желание активнее сотрудничать с соплеменниками. Такой вывод специалисты сделали после небольшого виртуального эксперимента. Они разработали компьютерную модель «колыбели человечества» и населили ее обезьянолюдьми. Каждая особь обладала уникальным набором характеристик, в числе которых — масса тела и мозга, определенные способности и энергетические потребности.Затем их разделили на три группы, и каждая жила по собственным законам. Первая должна была подтвердить или опровергнуть теорию о том, что размер человеческого мозга вырос из-за того, что нашим предкам сложнее доставалась пища. Вторая группа обезьянолюдей воплощала гипотезу о социальном происхождении мозга. Ее защитники считают, что он увеличился благодаря конкуренции за внимание самок и необходимости совместно добывать еду. Оставшиеся обезьянолюди жили в смешанной виртуальной реальности — для них социальные и экологические факторы играли одинаковую роль. Несколько дней ученые следили за компьютерными «эволюциями» и сравнивали их между собой. Оказалось, что увеличение мозга человека нельзя объяснить чем-то одним. Необходимо сочетание как минимум нескольких факторов. Так, выдавливание наших предков в саванну и необходимость добывать пищу в непривычных условиях ответственны примерно за 60 процентов роста мозга. Нужда в общении с сородичами спровоцировала его увеличение на 30 процентов. А еще десять связаны с конкуренцией между племенами древних людей. Все это, как отмечают исследователи, хорошо объясняет, почему другие виды приматов так и не обрели разум. В их эволюции социальные связи и жизнь в обществе себе подобных имели куда большее значение.

https://ria.ru/20171019/1507150810.html

https://ria.ru/20210429/mozg-1730469831.html

https://ria.ru/20201117/mozg-1585005544.html

антарктида

арктика

земля

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria. ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/50178/70/501787018_73:0:526:340_1920x0_80_0_0_8264a0d9ed4f7597331b6adac789da9d.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

антарктида, арктика, биология, эволюция, земля, головной мозг

МОСКВА, 19 мая — РИА Новости, Альфия Еникеева. За последние два миллиона лет человеческий мозг увеличился примерно в три раза. Та же картина — у слонов и дельфинов. Правда, как выяснила на днях международная группа ученых, причины тому другие. Для чего животным большой мозг и коррелируют ли его размеры с интеллектом — в материале РИА Новости.

У каждого свое решение

Биологи, эволюционные статистики и антропологи из семи стран пришли к выводу, что у каждого вида объем мозга — точнее, его отношение к размерам тела — изменялся по-разному. И не всегда это приводило к увеличению или снижению когнитивных способностей.

Ученые сравнили массу мозга 1400 видов млекопитающих, в том числе и вымерших. Для этого изучили у 107 окаменелостей эндокраны — рельефы на внутренней стороне черепной коробки, отражающие рисунок крупных борозд и извилин.

Выяснилось, что параметры мозга и тела в целом у млекопитающих резко изменились после двух катастрофических событий в истории Земли — массового вымирания и изменения климата 66 и 23-33 миллиона лет назад соответственно.19 октября 2017, 13:26НаукаУченые объяснили, почему дельфины не догонят людей в развитии

После исчезновения огромного количества видов в конце мелового периода у грызунов, летучих мышей и хищников увеличились размеры мозга и туловища. Причина здесь в том, что они поспешили занять пустые ниши, оставленные вымершими динозаврами. Затем похолодание в позднем палеогене привело к похожим процессам у отдельных видов млекопитающих — тюленей, слонов, медведей, китов и приматов.

У слонов, дельфинов и людей относительные размеры мозга самые большие. Но если мозг слонов увеличивался быстрее, чем тело, дельфины, наоборот, со временем становились миниатюрнее, пропорционально изменялся у них и мозг. У ранних гоминин, от которых впоследствии произошли люди, тело уменьшалось, а мозг рос по сравнению с другими человекообразными обезьянами.

Исследователи отметили: не всегда отношение объема мозга к размерам туловища коррелирует с уровнем интеллекта. Так, у калифорнийского морского льва мозг довольно небольшой, а умственные способности — выдающиеся. Это результат естественного отбора по размеру тела в нише полуводных видов.

Встроенный обогреватель

Немногие виды могут позволить себе большой мозг. Нейроны потребляют огромное количество энергии, и их рост должен иметь эволюционные преимущества.

Как выяснили южноафриканские, японские и американские исследователи, мозг китов, дельфинов и морских свиней генерирует тепло и таким образом поддерживает постоянную собственную температуру.

За это отвечают митохондрии в клетках. В них исследователи обнаружили особые белки — термогенины, которые обеспечивают превращение энергии, полученной при окислении органических элементов, непосредственно в тепло. Особенно много клеток с такими белками в сером веществе коры головного мозга.

29 апреля, 13:20НаукаУченые выяснили, почему у млекопитающих большой мозг

Кроме того, в ней выявили повышенное количество норадренергических синапсов. Известно, что именно под действием норадреналина выделяется тепло в бурой жировой ткани животных, обитающих в холодных регионах. Термогенинов в ней тоже много.

Основываясь на этих данных, ученые предполагают: такой крупный мозг развился не для того, чтобы решать сложные задачи, а чтобы обогревать тело. Это своеобразная адаптация для жизни в холодной воде.

Тем более что размеры мозга у китообразных стали резко увеличиваться около 34–30 миллионов лет назад. Как раз в это время на Земле началось значительное похолодание, температуры вод мирового океана понизились. Антарктида, а затем и Арктика покрылись льдами. Площадь поверхности мозга у древних китов археоцетов выросла с 50 квадратных сантиметров до 1500 и даже 14000 квадратных сантиметров у современных видов. 17 ноября 2020, 14:56НаукаУченые обнаружили удивительное сходство между строением мозга и Вселенной

Жизнь заставила

Человек — единственный вид, у которого относительная масса мозга больше, чем у китов и дельфинов. И увеличение мозга — примерно в три раза за последние два миллиона лет — скорее всего, связано с уровнем интеллекта, считают ученые. Правда, благодаря чему этот орган получился таким большим и умным, специалисты спорят до сих пор.

По мнению британских исследователей, причин тут две: необходимость более эффективно добывать пищу и желание активнее сотрудничать с соплеменниками.

Такой вывод специалисты сделали после небольшого виртуального эксперимента. Они разработали компьютерную модель «колыбели человечества» и населили ее обезьянолюдьми. Каждая особь обладала уникальным набором характеристик, в числе которых — масса тела и мозга, определенные способности и энергетические потребности.

Затем их разделили на три группы, и каждая жила по собственным законам. Первая должна была подтвердить или опровергнуть теорию о том, что размер человеческого мозга вырос из-за того, что нашим предкам сложнее доставалась пища. Вторая группа обезьянолюдей воплощала гипотезу о социальном происхождении мозга. Ее защитники считают, что он увеличился благодаря конкуренции за внимание самок и необходимости совместно добывать еду.

Оставшиеся обезьянолюди жили в смешанной виртуальной реальности — для них социальные и экологические факторы играли одинаковую роль. Несколько дней ученые следили за компьютерными «эволюциями» и сравнивали их между собой. Оказалось, что увеличение мозга человека нельзя объяснить чем-то одним. Необходимо сочетание как минимум нескольких факторов. Так, выдавливание наших предков в саванну и необходимость добывать пищу в непривычных условиях ответственны примерно за 60 процентов роста мозга. Нужда в общении с сородичами спровоцировала его увеличение на 30 процентов. А еще десять связаны с конкуренцией между племенами древних людей.

Все это, как отмечают исследователи, хорошо объясняет, почему другие виды приматов так и не обрели разум. В их эволюции социальные связи и жизнь в обществе себе подобных имели куда большее значение.

Научные Исследования Института Мозга Человека

Учреждение Российской Академии Наук

Задача исследования мозга человека, соотношения мозга и психики – одна из самых захватывающих задач в науке. Сегодня во всем мире над исследованием человеческого мозга трудятся сотни лучших лабораторий. Что отличает ИМЧ РАН от других физиологических и медицинских институтов сходного профиля? Прежде всего, мы исследуем то, что делает человека человеком. Наш Институт специально ориентирован на исследование того, что нельзя изучать на животных.

Уникальность работы ИМЧ РАН заключается в проведении комплексных фундаментальных исследований организации мозга человека и его высших психических функций: мышления, речи, эмоций, внимания, памяти, творчества, лжи у здоровых испытуемых и у больных, осуществляемых с учетом последних достижений в области обработки количественной электроэнцефалографии (кЭЭГ), вызванных потенциалов (ВП), функциональной магнито-резонансной томографии (фМРТ) и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Накопленный опыт сочетанного использования этих методов позволяет эффективно проводить картирование функций мозга, выявлять тонкие изменения энергетического и белкового метаболизма, мозгового кровотока в различных функциональных состояниях.

Лекция академика Cвятослава Всеволодовича Медведева

Пост с картинками: Чем мозг ребёнка отличается от взрослого? / Newtonew: новости сетевого образования

Интуитивно и эмпирически мы все знаем о том, что детство — это немного иной мир, со своим восприятием, своей скоростью реакции, своей закономерной непредсказуемостью.

Веб-сервис Early Childhood Education Degrees собрал воедино последние научные данные о развитии человеческого мозга, чтобы выяснить, чем отличается строение мозга ребёнка от мозга взрослого человека, и оформили материал в виде небольшой инфографики. Мы перевели этот пост на русский язык и дополнили информацией из исследований Гарвардского университета и Массачусетского технологического института.

Мозг ребёнка функционирует иначе, чем мозг взрослого человека: дети иначе мыслят, иначе себя ведут, иначе обучаются. Эти возрастные особенности формирования и функционирования мозга изучает возрастная когнитивная психология и нейропсихология. В этом материале под словом «взрослый» понимается период жизни от 18 до 25 лет; с 11 до 18 лет проходит подростковый период; с 4 до 10 — период детства; до 4 лет — раннего детства.

Десятилетия исследований развития детского мозга показали, что именно ранние детские годы (а именно от 1 года до 4) являются наиболее важными для дальнейшей эмоциональной, социальной, познавательной сфер жизни человека.

Коротко об главных элементах головного мозга

Головной мозг состоит из огромного количества нейронов, связанных между собой с помощью синапсов. Нейроны формируют различные крупные структуры: кору полушарий, ствол мозга, мозжечок, таламус, базальные ганглии — всё, что очень часто называется «серым веществом».

А вот за соединение этих структур отвечают нервные волокна — «белое вещество». Белый цвет нервным волокнам придаёт миелин, электроизолирующее вещество, которое покрывает эти волокна.

Давайте посмотрим на особенности трёх китов, без которых невозможно развитие мозга, и нарушения в которых приводят к тяжёлым заболеваниям.

Нейроны:

• Являются строительным материалом для мозга
• Из них формируются различные участки мозга
• Они обмениваются информацией внутри мозга

Синапсы:

• Обеспечивают связь между каждой парой нейронов
• Каждый нейрон окружён тысячами синапсов
• Благодаря синапсам связываются участки из тысяч нейронов

Миелин:

• Покрывает волокна взрослых нейронов
• Необходим для эффективной передачи электрических импульсов
• Повышает эффективность связей между нейронами в 3 000 раз

В разном возрасте активны разные зоны мозга

Исследования мозга показали, что у взрослых и детей наиболее активно работают совершенно разные области головного мозга.

У детей прежде всего активен мозговой ствол и средний мозг. Мозговой ствол контролирует сердцебиение, артериальное давление и температуру тела. Средний мозг отвечает за пробуждение, чувство аппетита/насыщенности, а также за сон.

У взрослых основными работающими зонами оказывается лимбическая система и кора головного мозга. Лимбическая система контролирует сексуальное поведение, эмоциональные реакции и двигательную активность. Кора головного мозга ответственна за конкретное мышление, осмысленное поведение и эмоционально насыщенное поведение.

Развитие связей головного мозга

Структура человеческого мозга выстраивается непрерывно с момента появления человека на свет. Первые годы жизни человека непосредственно влияют на структуру связей между нейронами, формируя либо крепкую, либо хрупкую основу для дальнейшей обучаемости, психического здоровья и поведения. В период первых лет жизни каждую секунду формируется 700 новых нейронов!

Первыми развиваются сенсорные зоны, необходимые, например, для зрения или слуха; затем вступают зоны языковых навыков и когнитивных (познавательных) функций. После первого периода бурного роста количество формирующихся связей снижается за счёт процесса вызревания — удаления неиспользуемых связей между синапсами, чтобы пути сигналов от нейрона к нейрону стали более эффективными.

Коротко о вехах развития синаптических связей в мозге

Новорожденные:

• Развиваются автоматические функции, формируется 5 чувств, моторные функции
• Объём мозга составляет 25% от своего будущего взрослого объёма
• Имплицитная (бессознательная) память позволяет узнавать мать и членов семьи

От 1 года до 3 лет

• В это время в мозге формируется до 2 000 000 синапсов каждую секунду
• В этот период закладывается будущая структура мозга

3 года

• Объём мозга составляет уже почти 90% от будущего взрослого объёма
• Развивается эксплицитная (сознательная) память
• К этому времени уже заложены способности к обучению, социальному взаимодействию и эмоциональному реагированию

От 4 до 10 лет

Мозг ребёнка в этом возрасте более чем в два раза активнее мозга взрослого человека: на функционирование мозга взрослого человека уходит около 20% потребляемого кислорода; на функционирование мозга ребёнка в этом возрасте — до 50%.

8 лет

Начинают формироваться логические способности.

От 11 лет и далее

В этом возрасте начинается процесс вызревания нервных связей: мало используемые связи перестают быть активными, чтобы остались только самые эффективные пути для прохождения нервного импульса. Лобная доля начинает более полно и быстро взаимодействовать с другими областями мозга.

14 лет

В лобной доле начинается процесс образования миелинового слоя, который открывает новые пути для обучения, поскольку по миелинизированным волокнам импульс проводится в 5-10 раз быстрее, чем по немиелинизированным. Почему лобная доля? Потому что эта область мозга отвечает за планирование, решение задач и другую высшую мыслительную деятельность. Оценка рисков, расстановка приоритетов, самооценка и другие задачи в этот период начинают решаться гораздо быстрее, чем раньше.

23 года

Завершается процесс вызревания: к этому времени из головного мозга удалена уже почти половина детских синапсов. Прочие изменения, происходящие в мозге после 20 лет, пока мало изучены.

25 лет

Завершается процесс миелинизации. Мозг полностью созрел. Не в 16 лет, когда в Америке разрешается водить машины; не в 18 лет, когда человек получает право голоса; не в 21 год, когда американские студенты получают право приобретать алкоголь; а ближе к 25, когда в той же Америке молодые люди получают право арендовать автомобиль.

Далее

Мозг всё ещё способен строить новые связи между нейронами, пока происходит процесс обучения. Тем не менее, наиболее пластичен и восприимчив к изменениям мозг в раннем возрасте; созревающий мозг становится более специализированным для совершения более сложных функций, что приводит к затруднённой адаптации к переменам или непредвиденным обстоятельствам. Есть говорящий пример: в течение первого года жизни зоны мозга, отвечающие за дифференциацию звуков, становятся более специализированными — они как бы «настраиваются» на волну того языка, на котором говорит окружение.

В это же время мозг начинает терять способность узнавать звуки других языков. Несмотря на то, что мозг в течение жизни не теряет способность к изучению других языков или овладению других навыков, эти связи уже никогда после не смогут настолько легко перестраиваться.

По материалам ECED.

Редакция Newtonew

Lucy Jovowitch

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Михаил Лебедев, профессор Сколтеха: мы понимаем мозг на 0,1%

Михаил Лебедев — профессор Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха. Автор более 100 научных работ. Имеет опыт работы в Международной школе передовых исследований SISSA (Италия), Национальном институте психического здоровья NIMH (США), проводил эксперименты на приматах в Центре нейроинжиниринга Duke University (США), руководитель мегагранта на базе Института когнитивных нейронаук ВШЭ.

Интервью Михаила Лебедева — в проекте ТАСС «Беседы с Иваном Сурвилло»

Про нейрореабилитацию, экзоскелеты и провода из головы

— Что вам было бы самому интересно рассказать о своей работе?

— У нашей команды есть грант РНФ (Российский научный фонд — прим. ТАСС) по нейрореабилитации. Мы разрабатываем методы реабилитации больных с неврологическими поражениями: после инсульта, спинномозговой травмы и других заболеваний. Метод основан на использовании нейроимпульсов: считываем импульсы с мозга, а затем используем их в полезных целях.

Например, у человека после инсульта парализована рука. Но проблема не в руке, проблема в мозге. В нем поражение, которое сломало сеть, управляющую сигналами руки. Она очень большая. Даже элементарное движение «взять очки» активирует огромную поверхность мозга: сначала я должен направить взгляд, увидеть, зрительная информация поступит ко мне в сетчатку, в координатах сетчатки переведется в зрительную кору, затем переведется в ассоциативных зонах коры в более удобную систему координации, привязанную к комнате, чтобы я мог крутиться и при этом очки в моем представлении оставались на месте. Затем мой мозг должен сгенерировать сокращение мышц, чтобы я схватил очки. Таким образом, идет волна активности от зрительной коры к ассоциативным зонам, затем в моторную кору, затем к спинному мозгу — и я совершаю движение. Если что-то повредить инсультом в этой цепочке, то все ломается.

Мы стараемся восстанавливать всю цепочку нейронных взаимоотношений и используем интерфейсы, которые могут зарегистрировать ответ мозга на зрительную мишень. Больной заинтересовался чем-то — мы можем декодировать этот зрительный импульс, затем дать команду роботу, который переместит парализованную руку, рука двинется и схватит предмет. Таким образом, больной приобретает способность использовать команду мозга, для того чтобы совершать движения. Если он так долго тренируется, то постепенно это способствует его восстановлению.

Тестирование тренажера для пациентов с моторными дисфункциями в реабилитационном центре «ЭйрМед» в Санкт-Петербурге. Затем данный тренажер будет использоваться для людей с моторными нарушениями, 2021 год

© Личный архив Михаила Лебедева

Очень важно начинать эту тренировку сразу же после инсульта, потому что имеется окно пластичности, когда мозг наиболее способен к изменению и может сам себя починить

Еще есть проект по интерфейсу для запахов. Мы подаем разные запахи и смотрим ответ мозга. Используем сочетание запахов со зрительными стимулами. Если дать запах апельсина и показать апельсин — будет один ответ, а если дать запах апельсина и дать картинку огурца — совсем другой. Кстати, во время ковида у многих людей страдает обоняние, и мы даем им возможность тренировки.

Есть у нас еще планы по инвазивному интерфейсу. Я им занимался очень много, когда еще работал в Америке. Мы делали интерфейсы на обезьянах, имплантировали много-много электродов в мозг, снимали активность. Я занимался примерно тем, чем сейчас занимается Илон Маск. Мы шутим, что ставим себе задачу догнать и перегнать Илона Маска.

— Догнать и перегнать?

— Вообще-то догонять нам его не нужно, потому что он не показал научных результатов, превосходящих те работы, в которых я участвовал. Но технологически он, конечно, продвинулся. Так что, надеюсь, где-то в будущем у нас появятся виварии с обезьянами, с которыми мы будем уже работать.

Обезьяны важны, потому что мы не хотим экспериментировать на людях. Без обезьян не получится создавать интерфейсы для людей. Вся процедура строго регламентируется: никакой боли животные не испытывают, живут в хороших условиях, участвуют в неких исследованиях, то есть эти обезьяны интеллектуально выше своих соплеменников в джунглях.

— Если человек полностью парализован, ему может помочь нейрореабилитация?

— Зависит от степени паралича. Есть случаи тяжелые: когда человек полностью парализован, у него даже глаза не могут двигаться. В таких случаях он может коммуницировать с внешним миром через нейроинтерфейс, но гораздо медленнее, чем если бы у него что-то оставалось подвижным. Чем меньше у человека движений и сенсорного входа, тем больше он переходит в спящее состояние. Мозг переходит в спячку, и вывести его из нее становится сложнее.

— Это какой-то биологический процесс?

— Это разрыв коммуникации между мозгом и периферией. Мозг перестает получать правильные сенсорные сигналы и теряет способность подавать моторные команды, чтобы произвести движение.

Сенсорика, как правило, производится движениями. Есть даже теория, что мы двигаемся, чтобы генерировать сенсорный вход, и наоборот — сенсорный вход приводит нас в движение. Так что потерять сенсорный вход для мозга — не очень хорошо.

Существует много форм паралича, которые можно лечить при помощи нейроинтерфейсов. Возьмем паралич ног. Сейчас развиваются очень бурно экзоскелеты — человека можно из кресла поднять, поставить на ноги, и он будет в экзоскелете стоять и ходить. Это уже очень большой шаг. Физиологически улучшаются многие функции, и человек в идеале сможет ходить точно так же, как ходит человек в норме.

Такие работы уже есть. На обезьянах мы лет 10 назад продемонстрировали, что, если использовать инвазивные технологии, можно считывать шагающие движения животного. На людях это сейчас больше неинвазивные технологии, которые декодируются медленнее, но даже они полезны.

— Неинвазивные почему?

— Инвазивные интерфейсы у людей еще не достигли необходимой степени надежности. Если, не дай бог, будет инфекция, то, естественно, ухудшится состояние.

Потом, до сих пор как это делалось: буквально из головы торчали провода, и к ним можно было присоединить записывающее оборудование. Но когда из головы торчат провода — это совсем нехорошо. Плюс имплантированные электроды должны быть биосовместимые, ведь мозг пытается себя защитить от электродов всеми возможными способами: нейроны отходят, электроды обступают глиальные клетки, а потом может еще все зарасти плотной соединительной тканью. Это, пожалуй, проблема номер один в мире инвазивных интерфейсов.

© Сергей Бобылев/ТАСС

Предлагаются разные альтернативные методы: биосовместимый материал, или наночастицы, или помещать на мозг нейропыль. Она меньше травмирует мозг по сравнению с электродами и «общается» с внешними устройствами посредством ультразвука. Пока это развивающаяся область. Думаю, что скоро увидим очень интересные результаты.

— Когда?

— В ближайшие пять лет уже будут публикации.

Кстати, можно в мозг проникать через кровеносное русло. Мозг же заполнен кровеносными сосудами, и можно в сосуд запустить электрод либо стент на этот сосуд поставить, который будет записывать сигнал. Это тоже перспективный способ, потому что мозг отделен от кровоснабжения гематоэнцефалическим барьером, и если мы проникаем в сосуд, то мозг никак не реагирует, зато мы из-за стенки кровеносного сосуда можем записывать его активность.

Была уже статья, которая продемонстрировала такую методику на человеке. Качество записи довольно хорошее, приближается к точности электрокортикографии. Электрокортикография — это когда на мозг накладывается сетка из электродов, они не проникают в него, просто на поверхности лежат и записывают целевые потенциалы. Это не разряды отдельных нейронов, но все равно качественная активность, которая через кровеносное русло получается такого же качества.

Есть еще оптогенетика — когда в нейроны внедряются гены, которые вызывают выработку фоточувствительных рецепторов. То есть на поверхности клетки появляются чувствительные к свету рецепторы, такие как у нас на сетчатке. Дальше вместо того, чтобы электрически стимулировать такую клетку, можно посветить на нее лазером, и она будет отвечать. Эта методика хороша тем, что можно активировать определенную группу клеток. Некоторые даже полагают, что за ее разработку будет Нобелевская премия. Ну, посмотрим.

— Есть ли сейчас конкретные люди, которые используют нейроинтерфейсы?

— Ситуация такая. В Америке пациентам 15 уже имплантировали матрицы в корковые зоны. Это такая площадочка с иголочками, с электродами. Уже было доказано, что такой человек может научиться управлять рукой робота: взять чашку, поднести ее ко рту и выпить чая.

Далее. Я упоминал электрокортикографию. Это минимально инвазивная методика: отверстие в черепе делают, но вглубь мозга ничего не вставляется, а вместо этого кладутся на него поверхностные электроды. Как правило, это делают пациентам с эпилепсией, чтобы определить эпилептический очаг, ненадолго — на три дня. Но в некоторых исследованиях долгие месяцы человек живет с этой сеткой. С ее помощью было продемонстрировано, что даже человек с полностью парализованными руками и ногами может ходить и брать предметы, если его поместить в экзоскелет. Это была очень впечатляющая демонстрация. Но если говорить о массовом использовании этих методик — нужно еще время.

Вообще, здесь следует сказать, что нейроинтерфейсы развивались волнами. Первая волна была где-то в 60–70-е годы, когда всех увлекла биологическая обратная связь. Потом это сошло на нет, потому что компьютеров хороших не было для анализа и исследований.

В конце XX века все опять пошло вверх: был бум инвазивных интерфейсов на обезьянах, и появились хорошие компьютеры, которые могли быстро декодировать данные. До сих пор эта волна идет вверх. Нейрофизиологические лаборатории заполнили нейроинтерфейсы. Все делают нейроинтерфейсы разных видов.

Есть две большие категории — моторные и сенсорные нейроинтерфейсы. Сенсорные — мы посылаем некие ощущения в мозг, потому что хотим восстановить способность к восприятию ощущений. Можно восстановить слух, зрение… Я думаю, что в ближайшие пять лет мы увидим многих людей, которым помещают в зрительную кору стимулирующие электроды и таким образом восстанавливают зрение.

Про телепатию, радиоконтролируемую крысу, контроль над человеком и модернизацию человека

— Технически это же можно использовать не только для восстановления зрения, но и для инфракрасного зрения, например.

— Да-да. В нашей лаборатории в Америке этим занимался мой коллега Эрик Томсон. Кстати, это моя первоначальная идея была: я ему сказал попробовать на крысу имплантировать инфракрасный датчик. Он это сделал и был удивлен, насколько быстро крыса обучалась.

Крыса была на некой арене, и в разных местах стояли еда или питье.

Включали источник инфракрасного света, и крыса ориентировалась на этот датчик, воспринимала его и бежала туда. Затем Эрик сделал инфракрасные датчики по всему периметру головы, и у крысы были два глаза вперед и два глаза назад. Ее мозг тоже обучился этому и прекрасно с этим справился. Так что, действительно, с помощью нейроинтерфейсов можно расширять функции мозга и давать животным новые, неизведанные способности

Может быть, вплоть до того, что удастся создать новые квалии. Квалиа — такое философское понятие, обозначающее качественные характеристики наших восприятий. Возможно, возникает принципиально новая квалиа, когда у крысы было создано ощущение инфракрасного света. Что она при этом чувствовала? Скорее всего, когда она практиковалась, она получала новые ощущения. Но крыса, конечно, или обезьяна нам не расскажет об особенностях своего восприятия. А если человек поэкспериментирует таким образом над собственным мозгом, то, может быть, он и расскажет.

— Когда нам человек это сможет рассказать?

— Довольно скоро. Были попытки где-то лет 30–40 назад уже восстановить зрение посредством электрической стимуляции зрительной коры через имплантаты, но там не совсем все удачно прошло. Человек четыре дня пользовался этой системой, все было хорошо, а потом все перестало работать, и как-то заглохло все. Но сейчас эти исследования снова по нарастающей идут.

Понимаете, человек — продукт эволюции, которая длилась миллионы лет и привела к уровню развития, когда человек может создавать собственные технологии и может модифицировать самого себя, тем самым ускоряя эволюцию. Кто запрещает это делать? Никто не запрещает.

Кто может запретить обезьяне заговорить? Может быть, через миллион лет эволюции она заговорит. В принципе, мы можем это сделать сейчас — имплантировать в ее мозг чип и подключить к громкоговорителю, и обезьяна вдруг начнет со мной разговаривать словами. Точно так же и человек может стараться себя модифицировать в каких-то направлениях, которые ему нужны: улучшать функцию мозга, становиться умнее, добрее, разумнее, жить дольше. Почему бы этого не делать?

Пока что основное направление чипов — медицинское, мы можем снимать сигналы мозга, декодировать и помогать больным, которые нуждаются в таких технологиях. Но и расширение возможностей никто не отменял.

Например, есть способ: поместить матрицу из иголочек куда-нибудь на часть тела, снимать изображения с камер и вызывать этими иголочками ощущения вибрации в зависимости от того, что видно на камерах. Слепой человек начинает упражняться. Вначале просто чувствует вибрацию, но по мере того, как обучается, это замещает ему зрение.

— То есть мозг — очень пластичная и гибкая система.

— Да, мозг очень сложен. Мы что-то про него понимаем, но на каком-то таком базовом уровне.

— На сколько процентов?

— На 0,1%, если не меньше.

— Когда я смогу зайти в магазин и купить себе таблетку или коробочку, которая добавит мне умение слышать ультразвук или видеть в инфракрасном свете?

— Я думаю, что на нашем веку это будет.

Пока нужно, чтобы кто-то разработал эту технологию, чтобы нейрохирург ее имплантировал, чтобы все срослось и работало. Пока разработка нова, она будет часто ломаться. Но технологии развиваются, все улучшается, становится дешевле. Действительно, можно будет зайти, купить и пользоваться.

В этом есть определенная проблема, потому что, как я упоминал, есть в мозге области удовольствия и мотивации. Если туда поместить стимулирующий электрод, то вполне можно сделать так, что у меня настроение плохое, я на кнопочку нажал, простимулировал область — и настроение улучшилось. Пока это сложно, нужна нейрохирургия, это дорого и недостаточно исследовано, но если это станет доступно, то человек сможет делать такие вещи. Хорошо это или плохо — я уже не берусь судить, но, во всяком случае, возможно.

Тестирование системы стимуляции спинного мозга, 2021 год

© Личный архив Михаила Лебедева

— А потом электрод поместят на другие области, чтобы контролировать человека.

— Получить контроль над человеком или животным — вполне осуществимо. Крысам имплантировали электроды в зону удовольствия и еще два электрода — в сенсорные области, и с пульта можно было крысой управлять: заставлять бежать направо, бежать налево, как машинку на управлении. Она бегала послушно. Этот эксперимент был где-то 20 лет назад, потом продолжения не было. Может быть, военные сразу перекупили, не буду гадать. Но очень интересная работа была.

— Что будет в ближайшие пять лет?

— Самое яркое будет в области сенсорных интерфейсов, которые я упомянул. Посредством стимуляции мозга будут улучшать зрение, слух, обоняние. Может быть, другие формы чувствительности появятся. Развитие таких интерфейсов пойдет быстрее, потому что они меньше страдают от проблем биосовместимости. Даже если стимулирующий электрод чуть-чуть зарос, все равно через него можно стимулировать нормально.

Плюс мозг, если его стимулировать, сначала скажет: что за ерунда, что это за сигнал такой? А потом может начать его использовать для себя

Так что декодирование мыслей будет развиваться медленнее. Такие разработки есть, но на таком научно-примитивном уровне.

— А я смогу у вас брать интервью, обмениваясь мыслями?

— Это уже сейчас можно сделать с помощью неинвазивного интерфейса. Правда, это будет медленно: вам нужно будет смотреть на экран, на котором мигают буковки, и вы по буковкам будете мне набирать сообщение, а потом это можно будет перевести в речь. Таким образом вы сможете со мной абсолютно молча разговаривать.

— А вы при этом что будете чувствовать?

— Я буду просто через звук ваши вопросы воспринимать. Но можно придумать более изощренные формы стимуляции меня — электрическими импульсами, например.

Про 60 млрд нейронов, нейронный код, загадку сознания и Бога

— Если бы была возможность взмахнуть волшебной палочкой и узнать, что там в мозгу, — что бы вы хотели узнать?

— Один точный нейронный код.

Я приведу пример: есть две записи звука. Дорожки эти с пиками. Если мы будем сравнивать, то можем спектры нарисовать или сказать, где больше низких частот. А потом я просто подам эти записи на громкоговоритель, и в одном случае это будет запись песни, а в другом я услышу просто белый шум. В чем разница? В коде. Если знать ключ к разгадке, тогда дело пойдет быстрее.

Мы не знаем кода мозга. Мы даже не знаем, существует ли он как таковой. А если существует, то в чем он заключается

Пока все упирается в незнание кодов и несовершенство технологии. В мозге 60 млрд нейронов, а электродов мы можем использовать тысячу. Тысяча электродов на 60 млрд — несопоставимые вещи. Детальной информации мы так не получим.

— 60 млрд — много.

— 60 млрд нейронов только, а еще глиальных клеток столько же, которые тоже что-то делают, а не просто пассивные участники в процессе.

Если мало электродов, но мы знаем код, то это гораздо лучше, чем много электродов, но мы не знаем код.

— Сейчас мы не знаем. Но мы можем надеяться, что узнаем?

— Наука движется медленно, но верно.

В каком-то смысле мы уже знаем много, но этого недостаточно для полного понимания и даже какого-то приближения к полному пониманию.

— Недостаточно для полного понимания чего?

— Может робот быть сознательным? Почему бы нет. Казалось бы, для этого достаточно воспроизвести мозг. Но если мы на основе наших современных понятий начнем воспроизводить мозг, то получится нечто весьма примитивное, что явно не станет сознательным. Очень многого не хватает.

С автором проекта «Беседы с Иваном Сурвилло»

© Сергей Бобылев/ТАСС

— Все равно упирается все в сознание.

— Сознание — это высшая точка сложности мозга.

— Так, может быть, мы до высшей точки никогда не доберемся, но какие-то низкоуровневые штуки сможем использовать?

— Да.

Мозг очень добр к исследователям. Если бы мы попытались исследовать компьютер такими методами: взять компьютер, взять гвоздь, воткнуть гвоздь в компьютер, подсоединить усилитель и посмотреть, что там, то мы бы никогда не разобрались, что компьютер делает

А мозг чуть добрее: мы вставляем электрод, он записывает нейрон, обезьяна двигает рукой вправо — нейрон разряжается. Еще раз вправо — снова разряжается. А влево — не разряжается. Мы говорим: о, прекрасно! Активность этого нейрона управляет движением руки направо. Дальше мы можем декодировать эту активность, переводить ее в некий выходной сигнал и управлять механической рукой.

Но не факт, что вот эта активность нейрона — именно то, что мы думаем. Это может быть некий эпифеномен, там может быть какая-то азбука Морзе, нейрон что-то вычислять может: мне нужно сейчас совершить движение… Все может быть очень сложным. А мы на суперпримитивном уровне описываем так: о, этот нейрон активен! А в чем заключается активность?

Деталей мы пока не понимаем, как и не понимаем, как мозг должен быстро перегружать моторные задачи. Скажем, я одновременно сижу на стуле и не падаю, и говорю, и думаю, и придумываю что-то. Как это все совмещается и не идет вразнос? Существование большого количества задач одновременно — непростая задача для любого компьютера.

Интересно, что представления о мозге имитируют современный уровень развития технологий. Когда только начали исследовать рефлексы, были популярны системы с обратными связями. Так, все ясно: мозг — это такая же система управления с обратными связями. Потом появились компьютеры. Теперь ясно: мозг как компьютер работает. Сейчас есть нейронные сети. Опять ясно: мозг — это нейронные сети. Следующее развитие техники нам тоже скажет, что мозг делает.

— А есть предел у этого?

— Будут определенные достижения. Скажем, просканировали очень быстро все соединения в мозге конкретного человека. Есть даже такой термин — коннектом человека (совокупность связей в нервной системе организма — прим. ТАСС). Но на этом все не остановится, мы пойдем дальше и дальше.

— А что в конце?

— В конце… Боюсь, что конца ожидаемого не будет, потому что здесь есть один секрет.

Исследователи мозга где-то втайне надеются, что им удастся разгадать загадку сознания. Откуда берется сознание? Все мы материалисты, мы знаем, что мозг состоит из атомов. Нейроны соединили — это работает как электронная схема. Но почему эта электронная схема вдруг стала сознательной? Втайне все исследователи надеются это разгадать. Но боюсь, что это никогда не удастся

— Как пещерный человек пытался бы разобраться с айфоном. Какие-то закономерности понял бы, но как все работает — не понял.

— Да, где-то так.

Одна из теорий: сознание — некая информация, которую несет мозг. То есть это не сами клетки и не сами электрические разряды, а именно то, что они кодируют. Можно сознание сделать и на других носителях. На шестеренках если сделать, тоже будет сознание, личность, внутренний мир.

— Кто-то бы вам ответил, что божественная искра.

— Это тоже не объяснение. Придумывание дополнительных сущностей не помогает решить проблему. Проще признать, что мы имеем парадокс, чем изощряться в терминологии. Философия будет всегда существовать и никуда не исчезнет, потому что всегда остаются неразрешимые задачи.

— Вы неверующий?

— Я неверующий, но конкретнее — нерелигиозный.

— А в чем разница между нерелигиозным и неверующим?

— Религиозный человек придерживается какой-то определенной догмы: христианство, либо буддизм, индуизм, или еще что-то. Религия формализована в каких-то литературных источниках; можно попробовать уверовать посредством ее изучения. Верующий же человек, однако, зачастую с религиозной литературой знаком слабо, но имеет некий опыт, который он приписывает чему-то потустороннему. Часто такой этот опыт связан с тем, что человек склонен из случайного хода событий формировать некие логические цепочки.

Почему человек склонен верить во что-то потустороннее? Потому что у него есть нейронные цепи, ответственные за мотивацию и удовольствие. Убеждение, что за ним следит Бог или ангел, ему помогает самого себя мотивировать. Такие люди часто говорят: я был в заблуждении всю жизнь, пил, курил, но сейчас уверовал в Бога — и все пошло нормально. Здесь явно общение с Богом служит для мотивации самого себя.

Я немного общался с людьми, которые были вполне образованными, но и верующими одновременно, ну, либо посещали церковь и молились перед едой. Кто-то хотел объяснить Бога квантовой механикой. В этих взглядах есть разнообразие, не будем примитивизировать.

Что касается меня самого, то, во-первых, меня в школе учили быть атеистом. Если б в детстве внушали какие-то религиозные догмы, было бы, вероятно, сложнее, поскольку мозг ребенка очень пластичен — заложить можно что угодно. В Советском Союзе (где я провел детство и юность) был интерес к чему-то необычному, но это были, как правило, НЛО, Бермудский треугольник. Религия мало кого интересовала. Когда произошла перестройка, религия вошла в моду, и я ознакомился с соответствующей литературой. Не очень глубоко, но представляю, что написано в этих источниках. Но какого-то толчка, чтобы мне самому вдруг захотелось стать религиозным, не произошло. Не был впечатлен этим чтением.

Что касается нематериальных сущностей — ангелов, духов, богов (их иногда много, иногда один, что почему-то считается большим достижением в развитии религиозной мысли), души и прочего — ну, допустим, существует некая нематериальная субстанция, вовлеченная в некие полезные процессы. Сделали такое предположение, но дальше-то что? Как мы будем развивать эту теорию и что с ее помощью объяснять? Утверждать, что нематериальная субстанция может вмешиваться в материальные процессы, заведомо неверно. Никакой эксперимент такого не подтверждал и никогда не подтвердит. Законы физики на то и законы, чтобы они соблюдались. В результате все разговоры о духовном выливаются в пустословие. Пустословие, конечно, тоже можно изучать, так что простор для теологов есть.

Про любопытство, красоту записи нейрона, абстрактность Ньютона и копию Аристотеля

— Почему вы всем этим занимаетесь?

— Вначале я хотел пойти в физику, но когда я поступил в физтех, там была кафедра живых систем. Я оказался там несколько случайно, меня распределили туда, но это был хороший результат. Среди проектов, которые я мог выбрать, мне понравился проект, связанный с мозгом. Мог пойти изучать сердце, например, но мозг меня привлекал больше, я стал этим заниматься.

— Ради чего?

— Ради интереса в первую очередь.

Ученые занимаются тем, что тратят правительственные средства для удовлетворения собственного любопытства

И, конечно, чтобы быть в своей сфере на уровне. Потому что одно дело — интересно этим заниматься, а другое дело — качественно этим заниматься: публиковать хорошие работы, определять следующие шаги и так далее.

— Откуда у вас это любопытство?

— Ну, например, нас в школе воспитывали любопытными. Кроме того, у человека есть природное любопытство и все основные формы мотивации: это и амбициозность, желание быть великим и так далее. Это все есть и у ученых.

— А насколько у вас это есть?

— В определенной порции присутствует. Но здесь происходит адаптация. Сначала я счастлив, потому что я опубликовал свою первую работу, и уровень зашкаливает. Потом 10 опубликовал, потом 100… Все по логарифму идет.

— А тщеславие вам свойственно?

— Возможно, но в моем случае это не самый важный фактор.

Важнее желание что-то качественно сделать, получить качественный результат.

— А качественные результаты — чтобы что?

— В любом научном гранте, проекте есть какая-то проблема. Она берется не из ниоткуда, а рождается на основе потребностей общества. Общество платит за это деньги — значит, это нужно. Найти лекарство, например.

Еще в науке есть красота, как в искусстве. Например, есть красота в качественной записи нейрона.

— А почему она красивая?

— Например, внутриклеточное отведение нейрона очень сложное. Нужно ввести электрод внутрь нейрона, чтобы он не погиб, и какое-то время записывать. Там много деталей. Активность этого нейрона можно увидеть, простимулировать.

А фактор мотивации… Здесь часто противопоставляют теоретика и экспериментатора. Теоретики говорят: «А зачем нам экспериментальное? Мы такие умные, можем просто подумать и все предсказать чисто теоретически». Экспериментаторы говорят: «Нам все эти теоретизирования неважны, нам — эксперименты». Эксперименты каждый день, всю ночь записывают нейроны.

© Сергей Бобылев/ТАСС

Кстати, экспериментаторы в биологии тоже делятся на два класса. Один сильно интересуется биологическим объектом, который он исследует. Например, какую-то рыбу — как она плавает, плавниками двигает, глазами сверкает. А другой — чисто электрофизиолог: отвернется и будет смотреть на разряды нейронов, которые записывает, а сама рыба как таковая не будет его сильно интересовать.

— Вы из этого спектра кто?

— Я скорее экспериментатор.

— Тот, который на рыб смотрит или на разряды?

— Хороший вопрос. На разряды и анализ этих разрядов.

Но, кстати, 20 лет назад я мог бы быть доволен своим набором навыков, а сейчас этого набора оказывается недостаточно, потому что все мощно развивается. Если мне нужно, чтобы мозг управлял роботом, я должен что-то понимать в робототехнике, и я активно общаюсь, работаю с людьми, которые занимаются робототехникой. Если мне нужны декодирующие алгоритмы, то мне нужно работать с математиками… Все становится сильно мультидисциплинным, оставаться узким специалистом уже нельзя.

— Получается?

Получается. А иногда не получается

У Гоголя в «Ревизоре» есть цитата о том, что трудно работать по научной части — каждый хочет показать, что он тоже умный человек. В нейронауках тоже много «умников». Кто-то сочиняет теории, согласно которым электромагнитное поле мозга порождает сознание, кто-то математику за уши притягивает. Но это уже технические тонкости.

— Что вам хочется оставить после себя?

— Продукт ученого — статьи. Если они цитируемые, то это уже хороший показатель. Если их кто-то читает — значит, кто-то преломит их через свою деятельность и как-то разовьет во что-то. Самоцели сделать что-то практическое я не ставлю. На публикации статей моя деятельность заканчивается.

Все помнят о Ньютоне, но мы помним о нем в абстрактном виде: некий человек, который придумал законы механики и интегральные исчисления. Мы толком не знаем, какой он был человек, что его мотивировало, какие были особенности характера…

— А хотелось бы, чтобы помнили?

— Да, но общих законов не избежать. ​​​​

Все в конечном итоге обращаются в некую абстракцию, как Аристотель или Платон. Все мы в конечном итоге станем абстракциями. Хотя с современными тенденциями формирования цифровой копии организма и мозга остается еще надежда на более реалистичное воплощение

— Расскажете поподробнее?

— Можно просканировать мой мозг полностью. Можно сохранить мой генетический набор. Если это сохранить, то, может быть, в будущем это можно будет как-то использовать.

Скажем, сейчас мы не можем достоверно воспроизвести, как выглядел Аристотель. А если что-то сохранилось, то можно будет это воспроизвести и сделать так, чтобы условный Аристотель пришел сюда и давал вам интервью или читал лекции студентам.

— А будет ли это Аристотель?

— Это опять злополучная проблема сознания. Скажем так: уровень технологий пока не тот. Зомби, которые представляют себя сознательными существами, можно уже сейчас сделать. Например, можно создать робота, который будет убеждать вас, что он вполне сознателен.

— А вообще возможен по-настоящему сознательный робот?

— Теоретически нет проблем, но на нынешнем уровне технологий это нереализуемо и, следовательно, непроверяемо. Философы любят говорить, что единственное доказательство существования сознания — существование своего собственного сознания. Про других ничего нельзя сказать. Но по аналогии мы можем сказать, что кто-то сознательный, потому что он такой же, как и я. А робот, соответственно, не совсем такой, поэтому вряд ли он сознательный. О сознании роботов, однако, уже начинают поговаривать.

— Правильно ли я понимаю, что мы исследуем черную коробку, находясь внутри нее?

— Не совсем внутри. Ведь есть еще и так называемое подсознание, над которым наше сознание парит. Правда, без подсознания, то есть колоссальной работы мозга, которую мы не осознаем, не было бы и никакого сознания.

— Представьте, что вы устраиваете званый ужин и можете пригласить любых трех человек. С кем бы вы поужинали?

— Я бы позвал Владимира Высоцкого, люблю его песни. Потом можно было бы Ньютона. И, может быть, кого-то из мира искусства — Леонардо да Винчи, например.

Про миф, что мозг работает на 10%, сны, процесс смерти и смысл жизни

— Может быть такое, что долговременная память у человека плохо работает? Я вот почти ничего не помню, что было со мной до сознательного возраста, 16–17 лет.

— Это просто вам функционально не нужно, вот вы это и не помните. Что-то, конечно, можно заставить мозг вспомнить, но не все.

— Есть же концепция, что мозг может помнить все, с чем он когда-то соприкасался.

— Навряд ли. Мало записать, нужен еще механизм считывания. Чтобы что-то вспомнить, нужно захотеть это вспомнить. Это все очень ресурсно, и, опять-таки, мы пока не очень понимаем, как в мозге это работает, поэтому трудно говорить.

— Что вы думаете про то, что мозг на 10% работает?

— Это, как ни странно, частично верно.

Если снять сейчас активность вашего мозга, то очень много нейронов вообще ничего не будут делать. Работать будет малая часть. Есть ансамбли нейронов, которые для чего-то определенного активируются, а остальные в это время отдыхают. Если мозг заработает на 100%, он взорвется, если можно так выразиться. Но в мозгу точно нет никаких тайных зон, которые ждут своего часа. Все более-менее функционально, в норме по крайней мере.

— То, что вы изучаете мозг, помогает вам в обычной жизни?

— Как раз работаю в этом направлении — чтобы больше появилось бытовых приложений для нейроинтерфейсов. Пока их немного. А в целом пребывание в науке, конечно, дает и преимущества, и недостатки по сравнению с «обычным» человеком. Ученый быстрее отличит болтовню (например, из телевизора) от разумных, логичных вещей. «Обычному» человеку, который не занимается критическим мышлением профессионально, это реально сложнее, но в каких-то бытовых вопросах он может быть более опытен.

— Когда вы в последний раз испытывали большую радость в работе?

— У нас была работа, где мы обнаружили сигналы, связанные с подкреплением моторной коры.

Моторная кора классически просто двигала руку. А мы обнаружили, что когда обезьяна двигает руку и вдруг получает неожиданное подкрепление, то даже параметры того, как кодируется движение руки, могут резко измениться. Нам это показало, как происходит моторное обучение, то есть вообще все наше обучение. Оно идет на подкрепление. Это происходит непрерывно. Вы непрерывно оцениваете, правильно вы что-то сделали, это вам на пользу или нет.

Это, кстати, открывает большие перспективы использования сигналов, связанных с подкреплением мотивации, в нейроинтерфейсах и в той же нейрореабилитации. Поврежденный мозг в принципе готов сделать все что угодно. В мозгу 60 млрд нейронов, 20 млрд погибло, но сорок-то осталось. По идее, они могут восстановить любую функцию. Что им стоит другую половину тела восстановить? Но их надо правильно подкреплять.

— Что вы ощущаете в такие моменты?

— Вы хотите, чтобы я сказал «Эврика!»? Такое, к сожалению, случается редко. Просто за счет кропотливой работы появляются такие маленькие радости.

— Было такое, что мозг как-то необычно реагировал в процессе исследований?

— Всегда. Мозг удивляет всегда, даже тогда, когда кажется очевидным, что он должен среагировать каким-то образом.

Есть, например, старые, классические исследования. В те времена придумали использовать редуцированные препараты. Брали кошку, отсекали у нее головной мозг, но оставались ствол мозга, спинной мозг. Оказывается, что такая кошка может ходить. Если поставить ее на беговую дорожку, она пойдет, а если еще стимулировать в каких-то областях, то она еще лучше ходит.

© Сергей Бобылев/ТАСС

Интересный результат. Сразу же растет научная школа: генератор ходьбы находится в спинном мозге, головной мозг для генерации ходьбы не нужен вообще! Иногда такое называют профессорским кретинизмом. Тысяча работ публикуется. Мы приходим в эту область. Нам уже не надо отсекать головной мозг, мы хотим его исследовать. Помещаем электроды в области ходьбы. И вот когда я первый эксперимент делал с ходящей обезьяной, я понимал умом, что мы найдем паттерны, ответственные за ходьбу, но все равно была боязнь: а вдруг классическая школа права и мы не увидим нейронов, реагирующих на ходьбу в головном мозге? Мы поставили обезьяну на беговую дорожку, из мозга пошли правильные разряды. Мозг работает как единое целое, и существование изолированных центров — неверно. Понимание постепенно меняется.

— Как выглядит смерть?

— Прекращается кровоток к мозгу, нейроны некоторое время — очень короткое — функционируют, потом перестают функционировать, потом перестают функционировать настолько, что не могут восстановиться.

Сознание, по всей видимости, теряется практически мгновенно, а с ним уходят и все болевые ощущения. Описание всех видений, коридоров и так далее, возможно, имеет некоторые основания, потому что, когда человек умирает, организм старается максимально долго сохранять мозг, направляет туда кровоток (собственно, нервная система и управляет этими процессами — соответственно, хочет сохранить себя). В этой критической ситуации сознание, естественно, уже не такое качественное, но что-то воспринимается, тот же яркий свет… Есть исследования по этому поводу, опубликованные в научной литературе.

В околонаучной литературе можно найти рассказы, что человек взлетел и увидел себя на операционном столе. Но где-то я читал, что провели опыт: в реанимации на полках написали какие-то неприличные слова, которые нельзя не увидеть, если взлететь над операционным столом. Ни один из тех, кто рассказывал, что видел себя со стороны, не сообщал об этих словах.

Вообще — уже говорил, но повторю еще раз — законы физики работают, и их не так-то просто отвергнуть при помощи пустословия или фальсификаций. И для исследователя мозга это хорошо. Можно спокойно заниматься делом, никакие ангелы не прилетят во время нейрофизиологического эксперимента.

— Можем поговорить про момент, когда человек без сознания, но мозг продолжает жить?

— Вообще-то, каждую ночь мы засыпаем и теряем сознание. В каких-то формах оно остается, но не в таких ярких, как во время бодрствования. А потом мы просыпаемся.

Заметьте, мы просыпаемся тем же человеком, каким мы были до засыпания, что нетривиальный результат

Во сне активность мозга не замирает. Нейроны продолжают разряжаться, но делают это более синхронно. Синхронные разряды кодируют меньше информации, вот и сознание помрачено. Мозг, его клетки при этом, конечно, продолжают жить. Относительно сна есть много теорий. Например, что во сне вырабатывается долговременная память.

Вообще, сон — хороший пример бессознательной работы мозга. Но и когда мы в сознании, колоссальный объем информации обрабатывается бессознательно. Мы не имеем ни малейшего понятия о том, что именно делает мозг. Например, что происходит в моих базальных ганглиях? Мы даже сознательно не воспринимаем, какие мышцы активируются во время движений. Когда говорят: «Я имею свободу воли, я могу поднять руку», я всегда спрашиваю: «Расскажите, какие мышцы вы активировали? В какой последовательности?»

— Как бы вы хотели умереть?

— Более-менее все равно, потому что переход от бодрствования к небодрствованию довольно быстрый и незаметный. Эксперимент Либета здесь точно не получится.

Знаете, что такое эксперимент Либета? Человека просили нажимать время от времени кнопку, а потом сказали не просто нажимать, а смотреть на вращающийся циферблат и запоминать, когда захотелось нажать на кнопку, а потом сказать экспериментатору. Всегда оказывалось, что в мозге происходят изменения, соответствующие нажатию на кнопку раньше, гораздо раньше, на полсекунды, чем человек осознавал, что он хочет нажать на кнопку. Соответствующий вывод: человек является роботом, потому что на самом деле мозг уже за него все решил заранее. А что касается перехода к смерти или бессознательному состоянию, тут вы даже не успеете сообщить, когда вы перешли в него.

С биологической точки зрения мы не умираем, потому что существует определенное количество половых клеток. Берется одна и вторая — они обрастают большим количеством других клеток, еще образуются новые половые клетки. Потом все умирают, кроме половых клеток, которые используются для создания потомства. И так далее

Вы можете себе поставить вопрос: а зачем же тогда я существовал, какой смысл, если мое «я», мой внутренний мир умирают, только биологический материал передается? Здесь борются всегда две концепции. Одна говорит, что мы все делаем с какой-то целью, а другая говорит, что это все обусловлено причинами, целей нет.

— А вам ближе какая?

— И та, и другая имеют смысл и используются, например, в физике. Телеологическое описание удобно в биологии и социологии. Когда мы в биологической системе, я должен свой биологический материал передать, чтобы он размножился и перешел дальше, иначе от меня ничего не останется. Это можно рассмотреть как цель, а с другой стороны, можно сказать: что это за цель такая ерундовая?

— А какая не ерундовая цель?

— Сложный вопрос. Давайте об этом в следующем интервью. Или в следующей жизни.

9 поразительных примеров того, как мы сами влияем на наш мозг

Пожалуй, мозг — самый загадочный орган нашего организма. Ученые постоянно узнают новые факты о его работе, но загадок по-прежнему много.

AdMe.ru решил познакомить вас с наиболее яркими открытиями последних лет в области исследования мозга, которые вас наверняка удивят.

9. Хроническое недосыпание ухудшает память

Ученые из Калифорнийского университета в Беркли нашли убедительные доказательства того, что дефицит сна может ухудшать память и вызывать болезнь Альцгеймера. Дело в том, что во время полноценного сна клетки мозга удаляют токсичные соединения, которые разрушительно влияют на мозг. Если же человек хронически не высыпается, эти соединения негативно воздействуют на клетки мозга.

8. Затянувшийся стресс разрушает мозг

Снижение памяти, способности к обучению, самоконтролю — вот чем чревато хроническое стрессовое состояние организма. Кроме того, оно способствует тому, что человек чувствует раздражительность, тревожность, напряженность, часто отвлекается.

7. Влюбленность и ненависть имеют много общего

Британские ученые обнаружили, что чувства любви и ненависти зарождаются в схожих областях мозга. Однако, в отличие от ненависти, любовь существенно снижает активность областей мозга, отвечающих за рассудительность и логическое мышление. Ознакомиться с другими деталями исследования можно здесь.

6. Мозг особо чувствителен к обезвоживанию

Наш мозг почти на 80 % состоит из воды. Поэтому даже умеренная потеря жидкости (около 2 %) уже снижает концентрацию внимания, бдительность, приводит к ухудшению краткосрочной памяти и других познавательных способностей.

5. Беременность меняет структуру головного мозга

Ученые доказали, что у беременных уменьшается объем серого вещества в участках мозга, отвечающих за социальное познание и умение понимать других людей. Все это необходимо, чтобы усилить связь между матерью и ребенком и помочь женщине лучше понимать потребности своего чада и замечать возможные внешние угрозы.

4. Обилие сахара в рационе ухудшает память и снижает способность к обучению

Большое количество фруктозы в рационе замедляет работу мозга, снижает его способность изучать и запоминать информацию, концентрироваться. Это вызвано тем, что избыток сахара разрушает нейронные связи мозга.

Ученые подчеркивают, что сахар промышленного производства гораздо более вреден (добавляется в безалкогольные напитки, приправы, соусы и детское питание). Однако продукты с содержанием жирных кислот омега-3 (жирная рыба, орехи, рыбий жир) восстанавливают последствия нарушения.

3. Романтическая любовь и материнские чувства очень похожи

Оказывается, по активности мозга романтические отношения и материнские чувства очень похожи, но при этом есть и отличия. Например, при страстной любви активизируются отделы мозга, которые имеют отношение к сексуальному возбуждению. Кроме этого, снижается чувство беспокойства и страха, усиливается ощущение эйфории. У матерей же активизируются участки, ответственные за формирование чувства привязанности.

2. Занятия живописью улучшают работу мозга

Исследование показало, что занятия живописью и созерцание произведений искусства улучшают взаимодействие между областями мозга и замедляют его старение. Ученые изучили влияние искусства на людей в возрасте от 62 до 70 лет. Половина из них прошла курс искусствоведения, а другая половина — курс обучения живописи. При этом занятия живописью дали более сильный результат, чем курсы искусствоведения.

1. Чтение превосходно тренирует мозг

Оксфордские ученые доказали, что в процессе чтения тренируются познавательные способности мозга. При этом активизируются области, которые в другое время не бывают задействованы. При чтении кровь поступает в области мозга, которые связаны со способностями к концентрации и познанию. Примечательно, что этот эффект не возникает при просмотре телевизора или в процессе компьютерной игры. 

Здоровье

Что-то с памятью с моей стало…
МПГУ — территория здоровья
14 / 01 / 2020

Многие школьники и студенты не представляют, как эффективно запоминать нужную информацию, и поэтому используют подход, который обычно называют зубрежкой. Чтобы лучше понять и запомнить детали, один и тот же текст читается несколько раз. Все, кто использовал такой метод в школе, или, к сожалению, продолжает использовать и во взрослом возрасте, знает его основные недостатки: быстро пропадает интерес, рассеивается внимание, плохо запоминаются детали.

Здоровье

Чем кормить свой мозг
МПГУ — территория здоровья
11 / 01 / 2020

Чтобы мозг работал хорошо, важно, чтобы его сосуды как можно дольше оставались эластичными, через кровь поступало достаточное количество кислорода и питательных микроэлементов, а межнейронные соединения работали без перебоев. Как этого добиться? Ученые давно доказали связь между питанием и функциональными возможностями мозга.

ЧТО ЗНАЕТ НАУКА О МОЗГЕ

Несмотря на все достижения современной науки, человеческий мозг остается самым загадочным объектом. С помощью сложнейшей тонкой аппаратуры ученые Института мозга человека Российской АН смогли «проникнуть» в глубины мозга, не нарушая его работы, и выяснить, каким образом происходит запоминание информации, обработка речи, как формируются эмоции. Эти исследования помогают не только разобраться в том, как выполняет мозг свои важнейшие психические функции, но и разработать методы лечения тех людей, у которых они нарушены. Об этих и других работах Института мозга человека рассказывает его директор С. В. Медведев.

Интересные результаты дает такой эксперимент. Испытуемому рассказывают одновременно две разные истории: в левое ухо одну, в правое — другую.

Исследования, проведенные в последние годы в Институте мозга человека Российской академии наук, позволили определить, какие области мозга отвечают за осмысление различных особенностей воспринимаемой человеком речи.

‹

›

Мозг против мозга — кто кого?

Проблема исследования мозга человека, соотношения мозга и психики — одна из самых захватывающих задач, которые когда-либо возникали в науке. Впервые поставлена цель познать нечто, равное по сложности самому инструменту познания. Ведь все, что до сих пор исследовалось — и атом, и галактика, и мозг животного — было проще, чем мозг человека. С философской точки зрения неизвестно, возможно ли в принципе решение этой задачи. Ведь, кроме приборов и методов, главным средством познания мозга остается опять-таки наш человеческий мозг. Обычно прибор, который изучает какое-то явление или объект, сложнее этого объекта, в этом же случае мы пытаемся действовать на равных — мозг против мозга.

Грандиозность задачи привлекала многие великие умы: о принципах работы мозга высказывались и Гиппократ, и Аристотель, и Декарт и многие другие.

В прошлом веке были обнаружены зоны мозга, отвечающие за речь, — по имени открывателей их называют области Брока и Вернике. Однако настоящее научное исследование мозга началось с работ нашего гениального соотечественника И. М. Сеченова. Далее — В. М. Бехтерев, И. П. Павлов… Здесь я остановлюсь в перечислении имен, так как выдающихся исследователей мозга в двадцатом веке много, и слишком велика опасность кого-нибудь пропустить (особенно из ныне здравствующих, не дай Бог). Были сделаны великие открытия, но возможности методик того времени для изучения человеческих функций весьма ограничены: психологические тесты, клинические наблюдения и начиная с тридцатых годов электроэнцефалограмма. Это все равно, что пытаться узнать, как работает телевизор, по гудению ламп и трансформаторов или по температуре футляра, либо попробовать понять роль составляющих его блоков, исходя из того, что произойдет с телевизором, если этот блок разбить.

Однако устройство мозга, его морфологию изучили уже довольно хорошо. А вот представления о функционировании отдельных нервных клеток были очень отрывочными. Таким образом, не хватало полноты знаний о кирпичиках, составляющих мозг, и необходимых инструментов для их исследования.

Два прорыва в исследованиях мозга человека

Реально первый прорыв в познании мозга человека был связан с применением метода долгосрочных и краткосрочных имплантированных электродов для диагностики и лечения больных. В то же время ученые начали понимать, как работает отдельный нейрон, как происходит передача информации от нейрона к нейрону и по нерву. В нашей стране первыми в условиях непосредственного контакта с мозгом человека стали работать академик Н. П. Бехтерева и ее сотрудники.

Так были получены данные о жизни отдельных зон мозга, о соотношении его важнейших разделов — коры и подкорки и многие другие. Однако мозг состоит из десятков миллиардов нейронов, а с помощью электродов можно наблюдать лишь за десятками, да и то в поле зрения исследователей часто попадают не те клетки, которые нужны для исследования, а те, что оказались рядом с лечебным электродом.

Тем временем в мире совершалась техническая революция. Новые вычислительные возможности позволили вывести на новый уровень исследование высших функций мозга с помощью электроэнцефалографии и вызванных потенциалов. Возникли и новые методы, позволяющие «заглянуть внутрь» мозга: магнитоэнцефалография, функциональная магниторезонансная томография и позитронно-эмиссионная томография. Все это создало фундамент для нового прорыва. Он действительно произошел в середине восьмидесятых годов.

В это время научный интерес и возможность его удовлетворения совпали. Видимо, поэтому Конгресс США объявил девяностые годы десятилетием изучения человеческого мозга. Эта инициатива быстро стала международной. Сейчас во всем мире над исследова нием человеческого мозга трудятся сотни лучших лабораторий.

Надо сказать, что у нас в то время в верхних эшелонах власти было много умных и болеющих за державу людей. Поэтому и в нашей стране поняли необходимость исследования мозга человека и предложили мне на базе коллектива, созданного и руководимого академиком Бехтеревой, организовать научный центр по исследованию мозга — Институт мозга человека РАН.

Главное направление деятельности института: фундаментальные исследования организации мозга человека и его сложных психических функций — речи, эмоций, внимания, памяти. Но не только. Одновременно ученые должны вести поиск методов лечения тех больных, у которых эти важные функции нарушены. Соединение фундаментальных исследований и практической работы с больными было одним из основных принципов деятельности института, разработанных его научным руководителем Натальей Петровной Бехтеревой.

Недопустимо ставить эксперименты на человеке. Поэтому большая часть исследований мозга проводится на животных. Однако есть явления, которые могут быть изучены только на человеке. Например, сейчас молодой сотрудник моей лаборатории защищает диссертацию об обработке речи, ее орфографии и синтаксиса в различных структурах мозга. Согласитесь, что это трудно исследовать на крысе. Институт специально ориентирован на исследование того, что нельзя изучать на животных. Мы проводим психофизиологические исследования на добровольцах с применением так называемой неинвазивной техники, не «залезая» внутрь мозга и не причиняя человеку особенных неудобств. Так осуществляются, например, томографические обследования или картирование мозга с помощью электроэнцефалографии.

Но бывает, что болезнь или несчастный случай «ставят эксперимент» на человеческом мозге — например, у больного нарушается речь или память. В этой ситуации можно и нужно исследовать те области мозга, работа которых нарушена. Или, наоборот, у пациента утерян или поврежден кусочек мозга, и ученым предоставляется возможность изучить, какие свои «обязанности» мозг не может выполнять с таким нарушением.

Но просто наблюдать за такими пациентами , мягко говоря, неэтично, и в нашем институте не только исследуют больных с различными повреждениями мозга, но и помогают им, в том числе и с помощью новейших, разработанных нашими сотрудниками методов лечения. Для этой цели при институте существует клиника на 160 коек. Две задачи — исследование и лечение — неразрывно связаны в работе наших сотрудников.

У нас прекрасные высококвалифицированниые доктора и медсестры. Без этого нельзя — ведь мы на переднем крае науки, и нужна высочайшая квалификация, чтобы реализовать новые методики. Практически каждая лаборатория института замкнута на отделения клиники, и это залог непрерывного появления новых подходов. Кроме стандартных методов лечения у нас проводят хирургическое лечение эпилепсии и паркинсонизма, психохирургические операции, лечение мозговой ткани магнитостимуляцией, лечение афазии с помощью электростимуляции, а также многое другое. В клинике лежат тяжелые больные, и бывает удается помочь им в случаях, считавшихся безнадежными. Конечно, это возможно не всегда. Вообще, когда слышишь какие-либо безграничные гарантии в лечении людей, это вызывает очень серьезные сомнения.

Будни и звездные часы лабораторий

В каждой лаборатории есть свои достижения. Например, лаборатория, которой руководит профессор В. А. Илюхина, ведет разработки в области нейрофизиологии функциональных состояний головного мозга.

Что это такое? Попробую объяснить на простом примере. Каждый знает, что одна и та же фраза иногда воспринимается человеком диаметрально противоположно в зависимости от того, в каком состоянии он находится: болен или здоров, возбужден или спокоен. Это похоже на то, как одна и та же нота, извлекаемая, например, из органа, имеет разный тембр в зависимости от регистра. Наш мозг и организм — сложнейшая многорегистровая система, где роль регистра играет состояние человека. Можно сказать, что весь спектр взаимоотношений человека с окружающей средой определяется его функциональным состоянием. Оно определяет и возможность «срыва» оператора за пультом управления сложнейшей машиной, и реакцию больного на принимаемое лекарство.

В лаборатории профессора Илюхиной исследуют функциональные состояния, а также то, какими параметрами они определяются, как эти параметры и сами состояния зависят от регуляторных систем организма, как внешние и внутренние воздействия изменяют состояния, иногда вызывая болезнь, и как в свою очередь состояния мозга и организма влияют на течение заболевания и действие лекарственных средств. С помощью полученных результатов можно сделать правильный выбор между альтернативными путями лечения. Проводится и определение приспособительных возможностей человека: насколько он будет устойчив при каком-либо лечебном воздействии, стрессе.

Очень важной задачей занимается лаборатория нейроиммунологии. Нарушения иммунорегуля ции часто приводят к возникновению тяжелых заболеваний головного мозга. Это состояние надо диагносцировать и подобрать лечение — иммунокоррекцию. Типичный пример нейроиммун ного заболевания — рассеянный склероз, изучением которого в институте занимается лаборатория под руководством профессора И. Д. Столярова. Не так давно он вошел в совет Европейского комитета, занимающегося исследованием и лечением рассеянного склероза.

В двадцатом веке человек начал активно изменять окружающий его мир, празднуя победу над природой, но оказалось, что праздновать рано: при этом обостряются проблемы, созданные самим человеком, так называемые техногенные. Мы живем под воздействием магнитных полей, при свете мигающих газосветных ламп, часами смотрим на дисплей компьютера, говорим по мобильному телефону… Все это далеко не безразлично для организма человека: например, хорошо известно, что мигающий свет способен вызвать эпилептический припадок. Можно устранить вред, наносимый при этом мозгу, очень простыми мерами — закрыть один глаз. Чтобы резко снизить «поражающее действие» радиотелефона (кстати, оно еще точно не доказано), можно просто изменить его конструкцию так, чтобы антенна была направлена вниз и мозг не облучался. Этими исследованиями занимается лаборатория под руководством доктора медицинских наук Е. Б. Лыскова. Например, он и его сотрудники показали, что воздействие переменного магнитного поля отрицательно сказывается на процессе обучения.

На уровне клеток работа мозга связана с химическими превращениями различных веществ, поэтому для нас важны результаты, полученные в лаборатории молекулярной нейробиологии, руководимой профессором С. А. Дамбиновой. Сотрудники этой лаборатории разрабатывают новые методы диагностики заболеваний мозга, проводят поиск химических веществ белковой природы, которые способны нормализовать нарушения в ткани мозга при паркинсонизме, эпилепсии, наркотической и алкогольной зависимости. Оказалось, что употребление наркотиков и алкоголя приводит к разрушению нервных клеток. Их фрагменты, попадая в кровь, побуждают иммунную систему вырабатывать так называемые «аутоантитела». «Аутоантитела» остаются в крови еще долгое время, даже у людей, переставших употреблять наркотики. Это своеобразная память организма, хранящая информацию об употреблении наркотиков. Если измерить в крови человека количество аутоантител к специфическим фрагментам нервных клеток, можно поставить диагноз «наркомания» даже через несколько лет после того, как человек перестал употреблять наркотики.

Можно ли «перевоспитать» нервные клетки?

Одно из самых современных направлений в работе института — стереотаксис. Это медицинская технология, обеспечивающая возможность малотравматичного, щадящего, прицельного доступа к глубоким структурам головного мозга и дозированное воздействие на них. Это нейрохирургия будущего. Вместо «открытых» нейрохирургических вмешательств, когда, чтобы достичь мозга, делают большую трепанацию, предлагаются малотравматичные, щадящие воздействия на головной мозг.

В развитых странах, прежде всего в США, клинический стереотаксис занял достойное место в нейрохирургии. В США в этой сфере сегодня работают около 300 нейрохирургов — членов Американского стереотаксического общества. Основа стереотаксиса — математика и точные приборы, обеспечивающие прицельное погружение в мозг тонких инструментов. Они позволяют «заглянуть» в мозг живого человека. При этом используется позитронно-эмиссионная томография, магниторезонансная томография, компьютерная рентгеновская томография. «Стереотаксис — мерило методической зрелости нейрохирургии» — мнение ныне покойного нейрохирурга Л. В. Абракова. Для стереотаксического метода лечения очень важно знание роли отдельных «точек» в мозге человека, понимание их взаимодействия, знание того, где и что именно нужно изменить в мозге для лечения той или иной болезни.

В институте существует лаборатория стереотаксических методов, которой руководит доктор медицинских наук, лауреат Государственной премии СССР А. Д. Аничков. По существу, это ведущий стереотаксический центр России. Здесь родилось самое современное направление — компьютерный стереотакcис с программно-математическим обеспечением, которое осуществляется на электронной вычислительной машине. До наших разработок стереотаксические расчеты проводились нейрохирургами вручную во время операции, сейчас же у нас разработаны десятки стереотаксических приборов; некоторые прошли клиническую апробацию и способны решать самые сложные задачи. Совместно с коллегами из ЦНИИ «Электроприбор» создана и впервые в России серийно выпускается компьютеризированная стереотаксическая система, которая по ряду основных показателей превосходит аналогичные зарубежные образцы. Как выразился неизвестный автор, «наконец, робкие лучи цивилизации осветили наши темные пещеры».

В нашем институте стереотаксис применяется при лечении больных, страдающих двигательными нарушениями (паркинсонизмом, болезнью Паркинсона, хореей Гентингтона и другими), эпилепсией, неукротимыми болями (в частности, фантомно-болевым синдромом), некоторыми психическими нарушениями. Кроме того, стереотаксис используется для уточнения диагноза и лечения некоторых опухолей головного мозга, для лечения гематом, абсцессов, кист мозга. Стереотаксические вмешательства (как и все остальные нейрохирургические вмешательства) предлагаются больному только в том случае, если исчерпаны все возможности медикаментозного лечения и само заболевание угрожает здоровью пациента или лишает его трудоспособности, делает асоциальным. Все операции производятся только при согласии больного и его родственников, после консилиума специалистов разного профиля.

Существуют два вида стереотаксиса. Первый, нефункциональный, применяется тогда, когда в глубине мозга имеется какое-то органическое поражение, например опухоль. Если ее удалять с помощью обычной техники, придется затронуть здоровые, выполняющие важные функции структуры мозга и больному случайно может быть нанесен вред, иногда даже несовместимый с жизнью. Предположим, что опухоль хорошо видна с помощью магниторезонансного и позитронно-эмиссионного томографов. Тогда можно рассчитать ее координаты и ввести с помощью малотравматичного тонкого щупа радиоактивные вещества, которые выжгут опухоль и за короткое время распадутся. Повреждения при проходе сквозь мозговую ткань минимальны, а опухоль будет уничтожена. Мы провели уже несколько таких операций, бывшие пациенты живут до сих пор, хотя при традиционных методах лечения у них не было никакой надежды.

Суть этого метода в том, что мы устраняем «дефект», который четко видим. Главная задача — решить, как до него добраться, какой путь выбрать, чтобы не задеть важные зоны, какой метод устранения «дефекта» выбрать.

Принципиально другая ситуация при «функциональном» стереотаксисе, который тоже применяется при лечении психических заболеваний. Причина болезни часто заключается в том, что одна маленькая группа нервных клеток или несколько таких групп работают неправильно. Они либо не выделяют необходимые вещества, либо выделяют их слишком много. Клетки могут быть патологически возбуждены, и тогда стимулируют «нехорошую» активность других, здоровых клеток. Эти «сбившиеся с пути» клетки надо найти и либо уничтожить, либо изолировать, либо «перевоспитать» с помощью электростимуляции. В такой ситуации нельзя «увидеть» пораженный участок. Мы должны его вычислить чисто теоретически, как астрономы вычислили орбиту Нептуна.

Именно здесь для нас особенно важны фундаментальные знания о принципах работы мозга, о взаимодействии его участков, о функциональной роли каждого участка мозга. Мы используем результаты стереотаксической неврологии — нового направления, разработанного в институте покойным профессором В. М. Смирновым. Стереотаксическая неврология — это «высший пилотаж», однако именно на этом пути нужно искать возможность лечения многих тяжелых заболеваний, в том числе и психических.

Результаты наших исследований и данные других лабораторий указывают на то, что практически любая, даже очень сложная психическая деятельность мозга обеспечивается распределенной в пространстве и изменчивой во времени системой, состоящей из звеньев различной степени жесткости. Понятно, что вмешиваться в работу такой системы очень трудно. Тем не менее сейчас мы это умеем: например, можем создать новый центр речи взамен разрушенного при травме.

При этом происходит своеобразное «перевоспитание» нервных клеток. Дело в том, что существуют нервные клетки, которые от рождения готовы к своей работе, но есть и другие, которые «воспитываются» в процессе развития человека. Научаясь выполнять одни задачи, они забывают другие, но не навсегда. Даже пройдя «специализацию», они в принципе способны взять на себя выполнение каких-то других задач, могут работать и по-другому. Поэтому можно попытаться заставить их взять на себя работу утраченных нервных клеток, заменить их.

Нейроны мозга работают как команда корабля: один хорошо умеет вести судно по курсу, другой — стрелять, третий — готовить пищу. Но ведь и стрелка можно научить готовить борщ, а кока — наводить орудие. Нужно только объяснить им, как это делается. В принципе это естественный механизм: если травма мозга произошла у ребенка, у него нервные клетки самопроизвольно «переучиваются». У взрослых же для «переучивания» клеток нужно применять специальные методы.

Этим и занимаются исследователи — пытаются стимулировать одни нервные клетки выполнять работу других, которые уже нельзя восстановить. В этом направлении уже получены хорошие результаты: например, некоторых пациентов с нарушением области Брока, отвечающей за формирование речи, удалось обучить говорить заново.

Другой пример — лечебное воздействие психохирургических операций, направленных на «выключение» структур области мозга, называемой лимбической системой. При разных болезнях в разных зонах мозга возникает поток патологических импульсов, которые циркулируют по нервным путям. Эти импульсы появляются в результате повышенной активности зон мозга, и такой механизм приводит к целому ряду хронических заболеваний нервной системы, таких, как паркинсонизм, эпилепсия, навязчивые состояния. Пути, по которым проходит циркуляция патологических импульсов, надо найти и максимально щадяще «выключить».

В последние годы проведены многие сотни (особенно в США) стереотаксических психохирургических вмешательств для лечения больных, страдающих некоторыми психическими нарушениями (прежде всего, навязчивыми состояниями), у которых оказались неэффективными нехирургические методы лечения. По мнению некоторых наркологов, наркоманию тоже можно рассматривать как разновидность такого рода расстройства, поэтому в случае неэффективности медикаментозного лечения может быть рекомендовано стереотаксическое вмешательство.

Детектор ошибок

Очень важное направление работы института — исследование высших функций мозга: внимания, памяти, мышления, речи, эмоций. Этими проблемами занимаются несколько лабораторий, в том числе та, которой руковожу я, лаборатория академика Н. П. Бехтеревой, лаборатория доктора биологических наук Ю. Д. Кропотова.

Присущие только человеку функции мозга исследуются с помощью различных подходов: используется «обычная» электроэнцефалограмма, но на новом уровне картирования мозга, изучение вызванных потенциалов, регистрация этих процессов совместно с импульсной активностью нейронов при непосредственном контакте с мозговой тканью — для этого применяются имплантированные электроды и техника позитронно-эмиссионной томографии.

Работы академика Н. П. Бехтеревой в этой области достаточно широко освещались в научной и научно-популярной печати. Она начала планомерное исследование психических процессов в мозге еще тогда, когда большинство ученых считали это практически непознаваемым, делом далекого будущего. Как хорошо, что хотя бы в науке истина не зависит от позиции большинства. Многие из тех, кто отрицал возможность таких исследований, теперь считают их приоритетными.

В рамках этой статьи можно упомянуть только о самых интересных результатах, например о детекторе ошибок. Каждый из нас сталкивался с его работой. Представьте, что вы вышли из дому и уже на улице вас начинает терзать странное чувство — что-то не так. Вы возвращаетесь — так и есть, забыли выключить свет в ванной. То есть, вы забыли выполнить обычное, стереотипное действие — щелкнуть выключателем, и этот пропуск автоматически включил контрольный механизм в мозге. Этот механизм в середине шестидесятых был открыт Н. П. Бехтеревой и ее сотрудниками. Несмотря на то, что результаты были опубликованы в научных журналах, в том числе и зарубежных, сейчас они «переоткрыты» на Западе людьми, знающими работы наших ученых, но не гнушающимися прямым заимствованием у них. Исчезновение великой державы привело и к тому, что в науке стало больше случаев прямого плагиата.

Детекция ошибок может стать и болезнью, когда этот механизм работает больше, чем нужно, и человеку все время кажется, что он что-то забыл.

В общих чертах нам сегодня ясен и процесс запуска эмоций на уровне мозга. Почему один человек с ними справляется, а другой — «западает», не может вырваться из замкнутого круга однотипных переживаний? Оказалось, что у «стабильного» человека изменения обмена веществ в мозге, связанные, например, с горем, обязательно компенсируются направленными в другую сторону изменениями обмена веществ в других структурах. У «нестабильного» же человека эта компенсация нарушена.

Кто отвечает за грамматику?

Очень важное направление работы — так называемое микрокартирование мозга. В наших совместных исследованиях обнаружены даже такие механизмы, как детектор грамматической правильности осмысленной фразы. Например, «голубая лента» и «голубой лента». Смысл понятен в обоих случаях. Но есть одна «маленькая, но гордая» группа нейронов, которая «взвивается», когда грамматика нарушена, и сигнализирует об этом мозгу. Зачем это нужно? Вероятно, затем, что понимание речи часто идет в первую очередь за счет анализа грамматики (вспомним «глокую куздру» академика Щербы). Если с грамматикой что-то не так, поступает сигнал — надо проводить добавочный анализ.

Найдены микроучастки мозга, которые отвечают за счет, за различение конкретных и абстрактных слов. Показаны различия в работе нейронов при восприятии слова родного языка (чашка), квазислова родного языка (чохна) и слова иностранного (вахт — время по-азербайджански).

В этой деятельности по-разному участвуют нейроны коры и глубоких структур мозга. В глубоких структурах в основном наблюдается увеличение частоты электрических разрядов, не очень «привязанное» к какой-то определенной зоне. Эти нейроны как бы любую задачу решают всем миром. Совершенно другая картина в коре головного мозга. Один нейрон словно говорит: «А ну-ка, ребята, помолчите, это мое дело, и я буду выполнять его сам». И действительно, у всех нейронов, кроме некоторых, понижается частота импульсации, а у «избранников» повышается.

Благодаря технике позитронно-эмиссионной томографии (или сокращенно ПЭТ) стало возможно детальное изучение одновременно всех областей мозга, отвечающих за сложные «человеческие» функции. Суть метода состоит в том, что малое количество изотопа вводят в вещество, участвующее в химических превращениях внутри клеток мозга, а затем наблюдают, как меняется распределение этого вещества в интересующей нас области мозга. Если к этой области усиливается приток глюкозы с радиоактивной меткой — значит, увеличился обмен веществ, что говорит об усиленной работе нервных клеток на этом участке мозга.

А теперь представьте, что человек выполняет какое-то сложное задание, требующее от него знания правил орфографии или логического мышления. При этом у него наиболее активно работают нервные клетки в области мозга, «ответственной» именно за эти навыки. Усиление работы нервных клеток можно зарегистрировать с помощью ПЭТ по увеличению кровотока в активизированной зоне. Таким образом удалось определить, какие области мозга «отвечают» за синтаксис, орфографию, смысл речи и за решение других задач. Например, известны зоны, которые активизируются при предъявлении слов, неважно, надо их читать или нет. Есть и зоны, которые активизируются, чтобы «ничего не делать», когда, например, человек слушает рассказ, но не слышит его, следя за чем-то другим.

Что такое внимание?

Не менее важно понять, как «работает» внимание у человека. Этой проблемой в нашем институте занимается и моя лаборатория, и лаборатория Ю. Д. Кропотова. Исследования ведутся совместно с коллективом ученых под руководством финского профессора Р. Наатанена, который открыл так называемый механизм непроизвольного внимания. Чтобы понять, о чем идет речь, представьте ситуацию: охотник крадется по лесу, выслеживая добычу. Но он и сам является добычей для хищного зверя, которого не замечает, потому что настроен только на поиск оленя или зайца. И вдруг случайный треск в кустах, может быть, и не очень заметный на фоне птичьего щебета и шума ручья, мгновенно переключает его внимание, подает сигнал: «Рядом опасность». Механизм непроизвольного внимания сформировался у человека в глубокой древности, как охранный механизм, но работает и сейчас: например, водитель ведет машину, слушает радио, слышит крики детей, играющих на улице, воспринимает все звуки окружающего мира, внимание его рассеянно, и вдруг тихий стук мотора мгновенно переключает его внимание на машину — он осознает, что с двигателем что-то не в порядке (кстати, это явление похоже на детектор ошибок).

Такой переключатель внимания работает у каждого человека. Мы обнаружили зоны, которые активизируются на ПЭТ при работе этого механизма, а Ю. Д. Кропотов исследовал его с помощью метода имплантированных электродов. Иногда в самой сложной научной работе бывают смешные эпизоды. Так было, когда мы в спешке закончили эту работу перед очень важным и престижным симпозиумом. Ю. Д. Кропотов и я поехали на симпозиум делать доклады, и только там с удивлением и «чувством глубокого удовлетворения» неожиданно выяснили, что активизация нейронов происходит в одних и тех же зонах. Да, иногда двоим сидящим рядом надо поехать в другую страну, чтобы поговорить.

Если механизмы непроизвольного внимания нарушаются, то можно говорить о болезни. В лаборатории Кропотова изучают детей с так называемым дефицитом внимания и гиперактивностью. Это трудные дети, чаще мальчики, которые не могут сосредоточиться на уроке, их часто ругают дома и в школе, а на самом деле их нужно лечить, потому что у них нарушены некоторые определенные механизмы работы мозга. Еще недавно это явление не рассматривалось как болезнь и лучшим методом борьбы с ним считались «силовые» методы. Мы сейчас можем не только определить это заболевание, но и предложить методы лечения детей с дефицитом внимания.

Однако хочется огорчить некоторых молодых читателей. Далеко не каждая шалость связана с этим заболеванием, и тогда… «силовые» методы оправданы.

Кроме непроизвольного внимания есть еще и селективное. Это так называемое «внимание на приеме», когда все вокруг говорят разом, а вы следите только за собеседником, не обращая внимания на неинтересную вам болтовню соседа справа. Во время эксперимента испытуемому рассказывают истории: в одно ухо — одну, в другое — другую. Мы следим за реакцией на историю то в правом ухе, то в левом и видим на экране, как радикально меняется активизация областей мозга. При этом активизация нервных клеток на историю в правом ухе значительно меньше — потому, что большинство людей берут телефонную трубку в правую руку и прикладывают ее к правому уху. Им следить за историей в правом ухе проще, нужно меньше напрягаться, мозг возбуждается меньше.

Тайны мозга еще ждут своего часа

Мы часто забываем очевидное: человек - это не только мозг, но еще и тело. Нельзя понять работу мозга, не рассматривая все богатство взаимодействия мозговых систем с различными системами организма. Иногда это очевидно — например, выброс в кровь адреналина заставляет мозг перейти на новый режим работы. В здоровом теле — здоровый дух — это именно о взаимодействии тела и мозга. Однако далеко не все здесь понятно. Изучение этого взаимодействия еще ждет своих исследователей.

Сегодня можно сказать, что мы хорошо представляем, как работает одна нервная клетка. Многие белые пятна исчезли и на карте мозга, определены области, отвечающие за психические функции. Но между клеткой и областью мозга находится еще один, очень важный уровень — совокупность нервных клеток, ансамбль нейронов. Здесь пока еще много неясного. С помощью ПЭТ мы можем проследить, какие области мозга «включаются» при выполнении тех или иных задач, а вот что происходит внутри этих областей, какие сигналы посылают друг другу нервные клетки, в какой последовательности, как они взаимодействуют между собой — об этом мы пока знаем мало. Хотя определенный прогресс есть и в этом направлении.

Раньше считали, что мозг поделен на четко разграниченные участки, каждый из которых «отвечает» за свою функцию: это зона сгибания мизинца, а это зона любви к родителям. Эти выводы основывались на простых наблюдениях: если данный участок поврежден, то и функция его нарушена. Со временем стало ясно, что все более сложно: нейроны внутри разных зон взаимодействуют между собой весьма сложным путем и нельзя осуществлять везде четкую «привязку» функции к области мозга в том, что касается обеспечения высших функций. Можно только сказать, что эта область имеет отношение к речи, к памяти, к эмоциям. А сказать, что этот нейронный ансамбль мозга (не кусочек, а широко раскинутая сеть) и только он отвечает за восприятие букв, а этот — слов и предложений, пока нельзя. Это задача будущего.

Работа мозга по обеспечению высших видов психической деятельности похожа на вспышку салюта: мы видим сначала множество огней, а потом они начинают гаснуть и снова загораться, перемигиваясь между собою, какие-то кусочки остаются темными, другие вспыхивают. Также и сигнал возбуждения посылается в определенную область мозга, но деятельность нервных клеток внутри нее подчиняется своим особым ритмам, своей иерархии. В связи с этими особенностями разрушение одних нервных клеток может оказаться невосполнимой потерей для мозга, а другие вполне могут заменить соседние «переучившиеся» нейроны. Каждый нейрон может рассматриваться только внутри всего скопления нервных клеток. По-моему, сейчас основная задача — расшифровка нервного кода, то есть понимание того, как конкретно обеспечиваются высшие функции мозга. Скорее всего, это можно будет сделать через исследование взаимодействия элементов мозга, через понимание того, как отдельные нейроны объединяются в структуру, а структура — в систему и в целостный мозг. Это главная задача следующего века. Хотя кое-что еще осталось и на долю двадцатого.

Словарик

Афазия — расстройство речи в результате повреждения речевых зон мозга или нервных путей, ведущих к ним.

Магнитоэнцефалография — регистрация магнитного поля, возбуждаемого электрическими источниками в мозге.

Магниторезонансная томография - томографическое исследование мозга, основанное на явлении ядерного магнитного резонанса.

Позитрон-эмиссионная томография — высокоэффективный способ слежения за чрезвычайно малыми концентрациями ультракороткоживущих радионуклидов, которыми помечены физиологически значимые соединения в мозге. Используется для изучения обмена веществ, участвующих в реализации функций мозга.

Ученые назвали 6 способов, как замедлить старение мозга

Исследования шведских ученых позволяют сделать вывод, что человеческий мозг может сохранять ясность, если вовремя изменить свой образ жизни.

Меняем образ жизни

Итоги своих наблюдений ученые опубликовали в журнале Svenska Dagbladet. По мнению профессора психологии здоровья в Гетеборгском университете Магнуса Линдвалля, с возрастом наше поведение оказывает большое влияние на мозг. Эксперт считает, что есть три вида полезных для мозга стимуляции: физическая, когнитивная и социальная.

Например, сидячий образ жизни увеличивает происхождение воспалительных процессов в организме, усиливает риск развития деменции. Чтобы замедлить процесс старения, необходимо вести физически активный образ жизни, считают ученые.

Кроме того, чтобы наш мозг сохранил ясность и в более зрелом возрасте, человеку необходим хороший здоровый сон.

Я есть то, что я ем

Питание также играет не последнюю роль в работе нервных клеток и способности мозга создавать новые клетки. В ежедневном меню должны быть овощи, ягоды, фрукты, бобовые, орехи, цитрусовые, оливковое масло и рыба. Следите за своим весом – лишние килограммы не дают мозгу хорошо работать.

Ученые обращают внимание на то, что важно позаботиться о хорошей микрофлоре кишечника. Так, 90 процентов гормона серотонина, имеющего большое значение для психического здоровья, производится именно в этом органе и лишь 10 процентов — в мозге. Поэтому питаться нужно разнообразнее, употребляя больше клетчатки.

Учиться и еще раз учиться

Для позитивного влияния на здоровье мозга необходимо хорошее психологическое самочувствие. Особенно, это касается отношений с близкими, активности человека, наличии смысла и миссии жизни. Также психологи призывают учиться чему-то новому. Если вы занимаетесь не привычной для себя деятельностью, которая требует концентрации и отработки хорошего результата, это стимулирует образование новых клеток мозга.

Эволюция формы мозга современного человека

ВВЕДЕНИЕ

Когнитивные и поведенческие способности наших предков, а также лежащие в основе морфология и функции мозга имеют решающее значение для понимания эволюции современных людей. Множественные доказательства из палеоантропологии, археологии и генетики информативны об эволюции мозга и поведения в линии Homo sapiens , но нет единого мнения о темпах и способах этих биологических и поведенческих изменений.В отсутствие окаменелого мозга мы можем изучить внутренние слепки костной мозговой оболочки. Эти эндокасты приблизительно соответствуют морфологии внешнего мозга, потому что мозг, мозговые оболочки и кости черепа взаимодействуют интегрированным и высоко скоординированным образом на раннем этапе развития ( 1 ). Современные люди обладают шаровидным мозгом и шаровидными эндокастами с крутыми лобными, выпуклыми теменными и увеличенными округлыми областями мозжечка. Вместе с маленькими и втянутыми лицами эта шаровидность характерна для современного человеческого черепа (рис.1) ( 2 , 3 ). Напротив, неандертальцы и другие архаичные люди Homo имеют удлиненные спереди назад эндокасты ( 4 ).

Рис. 1 Различия в форме мозга между современным человеком (слева, синим цветом) и неандертальцем из Ла-Шапель-о-Сент (справа, красным).

Эндокасты показаны вместе с набором триангулированных ориентиров, используемым в этом исследовании, и изображениями компьютерной томографии черепа.

Онтогенетические данные показывают, что эндокраниальные формы взрослых особей у H.sapiens и неандертальцы развиваются пренатально или во время перинатальной фазы глобуляризации, обнаруженной только в первой группе ( 5 — 8 ). Следовательно, глобуляризация развития происходит в период высоких темпов роста мозга и в значительной степени определяется мозгом ( 1 ). Большой объем литературы, включая клинические данные, показывает, что темп и режим роста мозга в этот период связаны с нейронными связями, лежащими в основе функций мозга и поведенческих возможностей ( 6 , 7 , 9 — 11 ).Глобуляризация развития, приводящая к более глобулярному мозгу у современных людей ( 6 , 7 ), и различия в скорости роста мозга на ранних этапах, приводящие к немного большему размеру мозга взрослых у неандертальцев ( 12 ), следовательно, представляют интерес для обсуждения эволюции мозга и связанных с ней процессов. поведенческие изменения. Изменения эндокраниальной формы в более позднем онтогенезе (то есть после прорезывания молочных зубов) у современных людей, неандертальцев и человекообразных обезьян схожи с некоторыми изменениями формы ( 5 — 8 , 13 , 14 ).Считается, что этот общий сегмент онтогенетического паттерна отражает взаимодействия между мозгом и лицом, поскольку последнее продолжает расти после достижения размера мозга взрослого человека ( 5 , 13 — 16 ). Ирхуд (Марокко), связанные с артефактами среднего каменного века, датируемыми примерно 300000 лет назад ( 17 ), демонстрируют ключевые черты современной морфологии черепа человека, включая лицевые, нижнечелюстные и зубные признаки, сопоставимые с более поздними годами H.sapiens окаменелостей или даже современных людей ( 18 — 20 ), а также современные сроки развития зубов, которые предполагают историю жизни в ритме человека ( 21 ). Учитывая это краниодентальное сходство, окаменелости Джебель-Ирхуда интерпретируются либо как самые ранние известные в настоящее время представители линии происхождения H. sapiens ( 3 , 20 , 22 ), либо как часть предкового населения, связанного с происхождением. из H. sapiens ( 23 ).Однако черепные коробки окаменелостей Джебель-Ирхуда не шаровидные ( 19 , 20 , 24 ). Это демонстрирует некоторую независимость лицевого и нейрокраниального развития, несмотря на важную интеграцию между этими черепными модулями через основание черепа ( 14 — 16 ). Вместе с другими африканскими окаменелостями, такими как Омо Кибиш [датированный примерно 195 000 лет назад ( 25 )], образцы Джебель Ирхуд заставляют нас переосмыслить эволюцию нашего вида.Поэтому здесь мы (i) исследуем, когда и как возникла эндокраниальная глобулярность, типичная для современных людей, (ii) анализируем, как этот процесс связан с эволюционным увеличением размера мозга ( 4 ), и (iii) исследуем потенциальные связи Между эволюцией мозга и генетическими, а также поведенческими изменениями. Противоположные интерпретации археологических данных показывают быстрое появление поведенческой современности при переходе к верхнему палеолиту в Европе и позднему каменному веку в Африке, возможно, связанному с мутацией и как следствие, нейронные изменения (модель «человеческой революции») ( 26 ) или постепенное возникновение, задокументированное африканским средним каменным веком, без конкретной биологической корреляции, вызванное такими факторами, как изменения окружающей среды или демографическое развитие ( 27 ).Характеристики, используемые для обозначения модерна поведения, варьируются от обработанной кости, орнаментов, пигментов и сложных многокомпонентных каменных технологий до материальных индикаторов манипуляций с символами и абстрактного мышления, таких как однозначное искусство. Некоторые из этих особенностей известны не только из современных человеческих поселений, а другие систематически документируются только с верхнего палеолита ( 28 ). Древняя ДНК архаичных представителей Homo и окаменелостей H. sapiens обнаружила производные генетические особенности, которые были исправлено в H.sapiens после отделения популяции от клады, включая неандертальцев и денисовцев, более 500000 лет назад ( 29 — 33 ). Эти генетические данные предполагают положительный отбор в рамках нашей линии генов, важных для функции и поведения мозга и, особенно, развития нервной системы [например, гены, участвующие в росте аксонов и дендритов или синаптической передаче, включая NOVA1 , SLITRK1 , KATNA1 , LUZP1 , ARHGAP32 , ADSL , HTR2B и CNTNAP2 ( 30 )].Другой пример — FOXP2 , ген, который важен для нормального развития речи и языка. Хотя аминокислотные замены, характерные для современного человека, также были обнаружены у неандертальцев, одна замена в интроне этого гена, которая влияет на сайт связывания для фактора транскрипции и, вероятно, изменяет регуляцию экспрессии FOXP2 и связанное с ней поведение, отсутствует или полиморфна у неандертальцев. ( 31 ). С другой стороны, недавний анализ показал, что генетический материал неандертальцев, внедрившийся в современную человеческую родословную, влияет на морфологию черепа и мозга современных людей ( 34 ).Здесь мы проанализировали эндокасты окаменелостей H. sapiens из разных геологических периодов времени. Предыдущие количественные анализы использовали меньшие образцы и основывались только на эндокраниальной срединно-сагиттальной плоскости ( 20 ), внешних ориентирах только на заднем нейрокраниуме ( 19 ) или на наборе некоторых эндокраниальных ориентиров ( 4 , 24 ). . Здесь мы использовали геометрическую морфометрию, основанную на трехмерных координатах эндокраниальных ориентиров и сотен кривых и поверхностных полуотметок ( 5 , 35 — 37 ), измеренных на компьютерных томографических (КТ) сканированиях (рис.S1). Мы получили знаковые данные для 20 окаменелостей H. sapiens (Таблица 1), которые можно разделить на три группы в зависимости от геологического возраста: (i) ранние H. sapiens из Северной и Восточной Африки, которые жили примерно от 300000 до 200000 лет назад. и поэтому задокументируйте морфологию самых ранних известных в настоящее время представителей нашей клады с момента разделения популяции с неандертальцами, (ii) левантийских и восточноафриканских особей, которые жили примерно от 130000 до 100000 лет назад, и (iii) верхнепалеолитических и геологически более молодых людей, которые являются от 35 000 до 10 000 лет.Мы собрали те же данные для сравнительных выборок современных людей со всего мира и архаичных представителей Homo (неандертальцы, средний плейстоцен , H. heidelbergensis sensu lato и H. erectus sensu lato, как указано ниже). в таблице 1) и вычисленные переменные формы Прокруста (см. Материалы и методы). Неполные и искаженные окаменелости были реконструированы с использованием установленных методов компьютерной палеоантропологии [см. Материалы и методы и предыдущие исследования ( 36 , 38 , 39 )].30 Oberkassel 9018 2 Oberkassel 9018 мл Феррасси 1 387 387

H. sapiens окаменелости
Геологическая возрастная группа 1
Джебель Ирхоуд 1	315 ​​Кырян				315 тыс. Лет	1,467 ± 6 мл
Omo 2	195 тыс. Лет	1,491 ± 4 мл
Геологическая возрастная группа 2
L.H. 18	120 тыс. Лет	1,237 ± 5 мл
Схул В.	115 тыс. Лет	1,363 ± 1 мл
Qafzeh 6	115 тыс. Лет	1,524 ± 8 мл 9	115 тыс. Лет	1,497 ± 5 мл
Геологическая возрастная группа 3
Hofmeyr	36 тыс. Лет	1,498 ± 13 мл
606 мл
кроманьон 1	31 тыс. Лет	1,574 ± 1 мл
кроманьонец 3	31 тыс. Лет	1,813 ± 32 мл
	Dolní Věstonice	1,542 ± 4 мл
Dolní Věstonice 13	29 ky	1,590 ± 2 мл
Dolní Věstonice 14	29 ky	1,663 ± 5 мл
Dolní Věstonice
	1.385 ± 3 мл
Abri Pataud	27 тыс. Лет	1,323 мл
Ohalo II h3	22 тыс. Лет	1,475 ± 1 мл
± 1 мл
Oberkassel D998	13 лет	1,492 мл
Комб Капелле	8 лет	1,457 ± 2 мл
современные люди современные люди -дневные люди				Среднее ± стандартное отклонение: 1328 ± 164 мл Диапазон: 1082–1832 мл
Неандертальцы
Гибралтар 1	75 лет	1213 ± 4 мл	1213 ± 4 мл	70 лет	1643 ± 5 мл
Guattari	55 лет	1421 ± 3 мл
Амуд 1	53 тыс. Лет	1747 ± 16 мл
La Chapelle-aux-Saints	52 тыс. Лет	1490 ± 3 мл
Feldhofer 1	9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018
Spy I	40 лет назад	1287 ± 9 мл
Spy II	40 лет назад	1531 ± 7 мл
H.heidelbergensis sensu lato
Kabwe	600–250 тыс. лет назад?	1249 мл
Петралона	400–150 тыс. Лет назад?	1162 ± 2 мл
H. erectus sensu lato
KNM-ER 3733	1780 тыс. Лет	878 ​​± 2 мл
838 ± 1 мл
KNM-WT 15000	1535 ky	850 ± 4 мл
OH 9	1470 ky	1013 ± 4 мл
S	793 ± 4 мл
Sambungmacan 3	200 тыс. Лет	902 ± 4 мл
Нгандонг 14	200 тыс. Лет	1127 ± 2 мл
Ngandong 1 мл

Таблица 1 Образец H.sapiens ископаемых и сравнительные образцы.

Геологический возраст, использованный для регрессионного анализа [в тысячах лет (тыс. Лет)], был основан на оценках в опубликованной литературе (ссылки доступны по запросу). Оценка эндокраниального объема в этом исследовании со стандартным отклонением множественных оценок.

Благодарности

Мы благодарны трем анонимным рецензентам, чьи комментарии существенно улучшили эту рукопись. Мы благодарим A. Balzeau, A. Barash, A. Ben-Ncer, M. A. El Hajraoui, C. Feja, M.Фрисс, Ф. Грин, И. Гершоковиц, А. Хоффманн, Г. Куфос, О. Куллмер, Д. Либерман, С. Маркес, Э. Мбуа, А. МакГиннис, Д. Плотцки, Ю. Рак, П. Ратиу, S. Raoui, C. Roeding, R. Schmitz, P. Schoenfeld, F. Schrenk, F. Spoor, J. Svoboda, H. Temming, M. Teschler-Nicola, B. Vandermeersch, GW Weber и A. Winzer for доступ к образцам, помощь с компьютерной томографией и обработкой данных. Финансирование: Это исследование финансировалось Обществом Макса Планка. Вклад авторов: S.N., P.G., and J.-Дж.Х. разработал исследование и интерпретировал результаты. С.Н. провел исследование, проанализировал данные и написал статью при участии П.Г. и J.-J.H. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах. Все исторические данные, проанализированные в этой статье, могут быть запрошены у авторов.

Ученые выяснили, почему человеческий мозг такой большой | Наука

Это один из определяющих атрибутов человека: по сравнению с нашими ближайшими родственниками-приматами, у нас невероятно большой мозг.

Теперь ученые пролили свет на причины такой разницы, взяв клетки у людей, шимпанзе и горилл и превратив их в комочки мозга в лаборатории.

Тесты на крошечных «органоидах мозга» выявили неизвестный до сих пор молекулярный переключатель, который контролирует рост мозга и делает человеческий орган в три раза больше, чем мозг человекообразных обезьян.

Повозитесь с переключателем, и человеческий мозг теряет свое преимущество в росте, в то время как мозг большой обезьяны можно сделать так, чтобы он стал больше похож на человеческий.

«То, что мы видим, — это различие в поведении клеток на очень ранней стадии, которое позволяет человеческому мозгу расти в размерах», — сказала д-р Мадлен Ланкастер, биолог развития из лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований в Кембридже. «Мы можем учесть почти всю разницу в размерах».

Здоровый человеческий мозг обычно достигает примерно 1500 см ³ в зрелом возрасте, что примерно в три раза больше, чем мозг гориллы на 500 см ³ или мозг шимпанзе на 400 см ³ .Но выяснить, почему, было нелегко, не в последнюю очередь потому, что развитие мозга человека и большой обезьяны нелегко изучить.

Пытаясь понять этот процесс, Ланкастер и ее коллеги собрали клетки людей, горилл и шимпанзе, часто оставшиеся после медицинских тестов или операций, и перепрограммировали их в стволовые клетки. Затем они вырастили эти клетки таким образом, чтобы стимулировать их превращение в органоиды мозга — небольшие комочки мозговой ткани шириной в несколько миллиметров.

Спустя несколько недель органоиды человеческого мозга были безусловно самыми крупными из всех, и тщательное изучение показало, почему. В ткани мозга человека так называемые нейральные клетки-предшественники, которые образуют все клетки мозга, делятся больше, чем клетки в ткани мозга больших обезьян.

Ланкастер, чье исследование опубликовано в Cell, добавил: «У вас увеличивается количество этих клеток, поэтому, когда они переключаются на создание различных клеток мозга, включая нейроны, у вас есть больше для начала, поэтому вы получаете увеличение всей популяции клеток головного мозга по всей коре.

Математическое моделирование процесса показало, что разница в пролиферации клеток происходит на столь раннем этапе развития мозга, что в конечном итоге приводит к почти удвоению количества нейронов в коре головного мозга взрослого человека по сравнению с таковым у человекообразных обезьян.

Далее исследователи идентифицировали ген, который имеет решающее значение для этого процесса. Известный как Zeb2, он позже включается в тканях человека, позволяя клеткам делиться больше, прежде чем они созреют. Тесты показали, что отсрочка действия Zeb2 заставляет ткань мозга гориллы расти в размерах, в то время как ее более быстрое включение в органоидах человеческого мозга заставляет их расти больше, чем у обезьян.

Джон Мейсон, профессор молекулярного нейронного развития в Эдинбургском университете, который не принимал участия в исследовании, сказал, что оно подчеркивает силу органоидов в изучении развития мозга.

«Важно понять, как мозг развивается нормально, отчасти потому, что он помогает нам понять, что делает человека уникальным, а отчасти потому, что он может дать нам важную информацию о том, как могут возникать расстройства нервного развития», — сказал он.

«Размер мозга может быть затронут при некоторых нарушениях развития нервной системы, например, макроцефалия является признаком некоторых расстройств аутистического спектра, поэтому понимание этих очень фундаментальных процессов эмбрионального развития мозга может привести к лучшему пониманию таких нарушений», — добавил он.

Быстро развивающиеся фрагменты ДНК помогли развить человеческий мозг

Майкл Маршалл

Человеческий мозг сформирован ДНК, которая быстро эволюционирует

comotion_design / Getty Images

Многие из наиболее быстро развивающихся участков генома человека участвуют в развитии мозга. Эти быстро меняющиеся сегменты ДНК, возможно, сыграли ключевую роль в эволюции человеческого мозга и наших когнитивных способностях.

Крис Уолш из Бостонской детской больницы в Массачусетсе и его коллеги изучали участки генома человека, получившие название «ускоренные области человека» (HAR). Эти участки ДНК практически идентичны у многих других изученных млекопитающих, что позволяет предположить, что они выполняют важные функции, но у людей они различаются, что означает, что наша эволюция изменила их.

Предыдущие исследования выявили 3171 возможных HAR, но Уолш считает маловероятным, что все они важны.«Наверное, сотни, но, вероятно, не тысячи», — говорит он. Его команда намеревалась определить HAR, которые сыграли важную роль в эволюции нашего мозга.

Исследователи поместили копии каждого HAR, а также их эквиваленты шимпанзе в развивающиеся клетки мозга мышей и людей. В каждой клеточной линии они отслеживали степень экспрессии каждого гена в геноме. Это позволило им определить, усиливает ли каждый HAR активность генов по сравнению с эквивалентной последовательностью от шимпанзе.

Используя этот и другие методы, команда определила 210 HAR, которые значительно усиливают активность генов в нервных клетках человека. Эти HAR, вероятно, влияют на развитие человеческого мозга.

Затем исследователи сосредоточили внимание на гене под названием PPP1R17 , который экспрессируется в некоторых клетках развивающегося мозга и регулируется несколькими HAR, поэтому он ведет себя у людей иначе, чем у других млекопитающих. Они сравнили экспрессию PPP1R17 в развивающемся мозге мышей, хорьков, макак-резусов и людей.У макак и людей ген экспрессировался в коре головного мозга, но не у мышей и хорьков.

«Это пример того, насколько динамичны эти энхансеры в ходе эволюции», — говорит Уолш.

Неясно, почему PPP1R17 стал активироваться по-разному у людей, но это может быть связано с нашим необычно большим мозгом. Большому мозгу нужно много клеток, каждая из которых может содержать вредные мутации, которые необходимо исправить. Этот ремонт требует времени, и известно, что PPP1R17 заставляет клетки дольше расти и делиться.

Ссылка на журнал: Neuron , DOI: 10.1016 / j.neuron.2021.08.005

Подпишитесь на «Наша человеческая история», бесплатный ежемесячный информационный бюллетень о революции в археологии и эволюции человека

Еще по этим темам:

Человеческому мозгу может быть всего 40 000 лет, говорят ученые

• Homo sapiens существует уже около 200 000 лет.
• Но наш человеческий мозг современной формы, возможно, появился на свет только около 40 000 лет назад, говорят исследователи.
• Круглая и большая форма мозга, которую исследователи отслеживали, выстраивается в линию, когда люди начинают выходить из пещеры, развивая инструменты, язык и самосознание.

---

Homo sapiens в нашей самой «современной» форме бродит по Земле уже около 200 000 лет.

Но есть что-то особенное в том, как сегодня выглядит наш мозг: человеческие черепа более округлые, лица меньше и больше втянуты в череп.Это отличается от того, как выглядели наши предки более ста тысяч лет назад.

И теперь ученые впервые говорят, что они точно определили, когда, по их мнению, мы выросли в наши современные черепа. Синий мозг показывает шаровидную форму современных человеческих голов.Напротив, красный череп неандертальца, как и самые ранние окаменелости Homo sapien, имеет удлиненную форму. Саймон Нойбауэр, Филипп Гунц, MPI EVA Leipzig Исследование

, опубликованное в среду в журнале Science Advances группой из Института эволюционной антропологии Макса Планка в Германии, говорит, что есть что-то особенное в том, как наш мозг и черепа выглядят сейчас, и, вероятно, они возникли около 40 000 лет назад.

По сравнению с нашими предками, современная форма головы имеет более крупный и округлый мозжечок (это область в задней части мозга, отвечающая за такие вещи, как контроль моторики и равновесие, а также некоторую память и язык). У нас также больше выпуклая закругленная теменная доля (которая помогает нам ориентироваться, планировать и обращать внимание) и меньшие, более втянутые лица, чем у наших предшественников.

Боковые стенки головного мозга стали более параллельны, лобная область стала выше, а затылочная область в затылке стала более округлой, менее «нависающей».

Что примечательно в этой находке, так это то, что изменения формы нашего мозга почти идеально совпадают с развитием современного поведения, такого как инструменты для вырезания, планирование, развитие самосознания, языки и даже первые наскальные рисунки. Другими словами, так называемая «человеческая революция» около 40 000 лет назад, иногда называемая «большим скачком вперед», произошла как раз в то время, когда мы привыкли к новым черепам.

Как отмечают исследователи, все это произошло не в одночасье, а было результатом десятков тысяч лет небольших изменений. Они пока не могут сказать наверняка, когда наш мозг переключился, но они почти уверены, что это было «в какой-то момент после примерно 100 000 лет назад и, вероятно, раньше, чем 35 000 лет назад».

Используя методы трехмерного сканирования для изучения кривых, форм и характеристик 20 различных окаменелостей человека разумного возрастом от 300 000 до 10 000 лет, исследователи разработали новаторскую теорию: наши современные методы, вероятно, были бы невозможны без наших более округлые, более элегантные мозги.

«Важно отметить, что, вероятно, не шаровидная форма мозга сама по себе является благоприятной для функционирования мозга», — сказал Business Insider в электронном письме Саймон Нойбауэр, антрополог, руководивший исследованием. Вместо этого он говорит, что более округлые черты, которые развиваются у людей в первые несколько месяцев жизни, просто «связаны с нашим [современным] поведением», но не являются его причиной.

Почему возраст 2–7 лет так важен для развития мозга

Когда Альберт Эйнштейн был ребенком, мало кто — если таковой вообще был — ожидал того замечательного вклада, который он внесет в науку.Его речевое развитие задерживалось, из-за чего родители беспокоились до того, что обратились к врачу. Его сестра однажды призналась, что Эйнштейн «испытывал такие трудности с языком, что окружающие боялись, что он никогда не выучит его». Как этот ребенок прошел путь от потенциальной задержки в развитии до того, чтобы стать, ну, ну, Эйнштейном?

Часть ответа на этот вопрос символизирована в двух подарках, которые Эйнштейн получил от каждого из своих родителей, когда ему было 5 лет. Когда Эйнштейн весь день пролежал в постели от болезни, отец подарил ему компас.Для Эйнштейна это было загадочное устройство, пробудившее в нем интерес к науке. Вскоре после этого мать Эйнштейна, талантливая пианистка, подарила Эйнштейну скрипку. Эти два дара бросили вызов мозгу Эйнштейна в самый подходящий момент.

Детский мозг развивается рывками, называемыми критическими периодами. Первый возникает примерно в возрасте 2 лет, а второй — в подростковом возрасте. В начале этих периодов количество связей (синапсов) между клетками мозга (нейронами) удваивается.У двухлетних детей синапсов в два раза больше, чем у взрослых. Поскольку в этих связях между клетками мозга происходит обучение, вдвое больше синапсов позволяет мозгу учиться быстрее, чем в любой другой период жизни. Таким образом, опыт детей на этом этапе оказывает долгосрочное влияние на их развитие.

Этот первый критический период развития мозга начинается примерно в 2 года и заканчивается примерно в 7 лет. Он дает прекрасную возможность заложить основу для целостного образования для детей.Четыре способа максимизировать этот критический период включают в себя поощрение любви к обучению, сосредоточение внимания на широте, а не на глубине, обращении внимания на эмоциональный интеллект и не относиться к образованию детей младшего возраста только как к предшествующему «настоящему» обучению.

Развивайте любовь к учебе

Детям младшего возраста необходимо получать удовольствие от процесса обучения, а не сосредотачиваться на успеваемости. Педагоги и родители могут подчеркнуть радость пробовать новые занятия и узнавать что-то новое. Нам нужно помочь детям понять, что ошибки — это долгожданная, нормальная часть обучения.

Этот период также является временем для формирования установки на рост — веры в то, что таланты и способности развиваются посредством усилий, а не закрепляются врожденно. Педагогам следует избегать навешивания ярлыков на детей или универсальных заявлений об их способностях. Даже такие комплименты, как «Ты такой умный», контрпродуктивны. Вместо этого сделайте упор на настойчивость и создайте безопасное пространство для обучения. Дети научатся любить обучение, если мы будем проявлять энтузиазм по поводу процесса, а не зацикливаться на результатах.

Сосредоточьтесь на ширине, а не на глубине

Один из способов избежать сосредоточения внимания на результатах на этом этапе развития — сделать упор на размахе развития навыков, а не на глубине. Предоставление детям разнообразных занятий закладывает основу для развития навыков в различных областях. Это время, когда дети занимаются музыкой, чтением, спортом, математикой, искусством, естественными науками и языками.

В своей книге Range Дэвид Эпштейн утверждает, что широта опыта часто упускается из виду и недооценивается.В какой-то момент жизни может быть уместно сосредоточиться на совершенстве в одном деле. Но люди, которые преуспевают в нашем быстро меняющемся мире, — это те, кто впервые учится рисовать из разных областей и мыслить творчески и абстрактно. Другими словами, нашему обществу нужны разносторонние люди.

Разносторонность особенно важна для детей от 2 до 7 лет. Их развивающийся мозг готов погрузиться в широкий спектр навыков. Этот «период выборки», как его называет Эпштейн, является интегральным.Это окно, в течение которого можно развивать детский кругозор. У них будет достаточно времени, чтобы специализироваться позже.

Не упускайте из виду эмоциональный интеллект

Да, мы хотим, чтобы дети хорошо читали и изучали основы математики. Но нельзя сбрасывать со счетов эмоциональный интеллект. Преимущества обучения в этот первый критический период развития мозга должны распространяться на такие навыки межличностного общения, как доброта, сочувствие и командная работа.

Дэниел Сигел и Тина Пейн Брайсон объясняют важность развития у детей сочувствия в своей книге The Whole-Brain Child .Сочувствие начинается с признания своих чувств. Поэтому они предлагают помочь детям этой возрастной группы сначала обозначить свои эмоции («Мне грустно»), а затем рассказать историю о том, что заставило их так себя чувствовать («Мне грустно, потому что я хотел мороженое, а вы сказали нет») . Когда дети научатся называть эмоции ярлыками, педагоги могут начать задавать вопросы, побуждающие их учитывать чувства других.

Один из способов поощрения заботы о других — это вовлекать детей в то, что взрослые делают для других.Даже позволяя маленьким детям помогать по хозяйству, они могут стать более отзывчивыми и внимательными людьми.

Не относитесь к образованию детей младшего возраста как к предшествующему «настоящему» обучению

Детский мозг может уникальным образом усваивать информацию во время этой критической фазы. Если под интеллектом понимается способность учиться, дети в возрасте от 2 до 7 лет могут быть самыми умными людьми на планете.

Исследования показывают, что некоторые навыки невозможно освоить так же хорошо после этого первого критического периода развития мозга.Например, исследования показывают, что дети этого возраста лучше всего подходят для изучения моделей языкового развития, что позволяет им овладеть вторым языком на том же уровне, что и родной. Однако по достижении детьми 8-летнего возраста их уровень владения языком снижается, и на втором языке говорят не так хорошо, как на родном. Такой же эффект возраста наблюдается при изучении музыкальных способностей, таких как абсолютный слух.

Примечательно, что родители Эйнштейна не записали его на уроки физики — области, которая привела его к Нобелевской премии.Вместо этого отец Эйнштейна включил его в свою работу инженером. Его мать записала его на уроки игры на скрипке, потому что хотела, чтобы он любил и ценил музыку. Оба занятия работали на целостное развитие его молодого ума. Заманчиво думать о дошкольном образовании как о предшественнике «настоящего» образования. Но, возможно, именно эти годы имеют наибольшее значение.

Вы взрослый. Ваш мозг, не так уж и много.

Лия Х. Сомервилль, нейробиолог из Гарварда, иногда оказывается перед аудиторией судей.Они приходят послушать, как она рассказывает о развитии мозга.

Это предмет, от которого зависит множество юридических вопросов. Сколько лет должно быть человеку, чтобы его приговорили к смертной казни? Когда нужно голосовать? Может ли 18-летний мужчина дать осознанное согласие?

Такие ученые, как доктор Сомервилль, многому научились за последние годы. Но складывающейся сложной картине не хватает ярких линий, которые хотели бы видеть политики.

«Часто самый первый вопрос, который я задаю в конце презентации:« О.К., это все очень мило, но когда мозг готов? Когда оно закончится? »- сказал доктор Сомервилль. «И я даю очень неудовлетворительный ответ».

Доктор Сомервилль подробно изложил загадку в комментарии, опубликованном в среду в журнале Neuron.

Человеческий мозг достигает своего взрослого объема к 10 годам, но составляющие его нейроны продолжают изменяться в течение многих лет после этого. Связи между соседними нейронами сокращаются, поскольку появляются новые связи между более удаленными друг от друга областями мозга.

Со временем это изменение замедляется, что свидетельствует о взрослении мозга. Но это происходит с разной скоростью в разных частях мозга.

Обрезка затылочной доли в задней части мозга уменьшается к 20 годам. В лобной доле, в передней части мозга, новые связи все еще формируются в возрасте 30 лет, если не позже.

«Это ставит под сомнение представление о том, что на самом деле означает« сделано », — сказал д-р Сомервилль.

По мере изменения анатомии мозга изменяется и его активность.В детском мозгу соседние области, как правило, работают вместе. К зрелому возрасту далекие регионы начинают действовать согласованно. Нейробиологи предположили, что эта гармония на расстоянии позволяет мозгу взрослого работать более эффективно и обрабатывать больше информации.

Но развитие этих сетей все еще остается загадкой, и пока не ясно, как они влияют на поведение. Исследователи обнаружили, что у некоторых детей есть нейронные сети, которые выглядят так, как будто они принадлежат взрослому. Но они все еще дети.

Собственное исследование доктора Сомервилля сосредоточено на том, как изменения в созревающем мозге влияют на то, как люди думают.

Подростки, например, справляются с тестами на когнитивные способности примерно так же хорошо, как взрослые. Но если они испытывают сильные эмоции, их результаты могут резко упасть. Проблема, похоже, в том, что подростки еще не развили сильную систему мозга, которая держит эмоции под контролем.

Эта система может занять удивительно много времени, чтобы созреть, согласно исследованию, опубликованному в этом году в журнале Psychological Science.

Авторы попросили группу людей в возрасте от 18 до 21 года лечь в сканер фМРТ и посмотреть на монитор. Им было приказано нажимать кнопку каждый раз, когда им показывали лица с определенным выражением лица — счастливые в одних испытаниях, напуганные или нейтральные в других.

В некоторых случаях участники знали, что могут услышать громкий резкий звук в конце испытания.

В испытаниях без шума испытуемые справились так же хорошо, как и люди в возрасте от 20 до 20 лет. Но когда они ожидали шума, они показали худшие результаты на тесте.

Сканирование мозга показало, что области их мозга, в которых обрабатываются эмоции, были необычно активными, в то время как области, предназначенные для удержания этих эмоций под контролем, были слабыми.

«Молодые люди выглядели как подростки», — сказал Лоуренс Стейнберг, психолог из Университета Темпл и автор исследования.

Доктор Стейнберг согласился с доктором Сомервиллем, что созревание мозга оказалось долгим и сложным процессом без очевидных вех. Тем не менее он считает, что недавние исследования преподают важные уроки для политиков.

Он предложил, например, снизить возрастной ценз до 16 лет. «Шестнадцатилетние так же хорошо умеют логически рассуждать, как и люди старшего возраста, — сказал доктор Стейнберг.

Суды тоже могут принимать во внимание сильное влияние эмоций даже на людей в возрасте от 20 до 20 лет.

«Большинство криминальных ситуаций, в которые вовлечены молодые люди, являются эмоционально возбуждающими ситуациями — они напуганы или злы, находятся в состоянии алкогольного опьянения и т. Д.», — сказал доктор Стейнберг.

Др.Сомервилль, с другой стороны, заявила, что неохотно предлагала конкретные политические предложения, основанные на ее исследованиях мозга. «Я все еще нахожусь на стадии обучения, поэтому не решусь назвать что-то конкретное», — сказала она.

Но она считает, что ученым важно получить более полную картину того, как созревает мозг. По ее словам, исследователям необходимо проводить крупномасштабные исследования, чтобы отслеживать его развитие из года в год, вплоть до 20 лет и более.

Недостаточно сравнивать людей с использованием простых категорий, например, обозначая людей младше 18 лет как детей и тех, кто старше, как взрослых.«В этом возрасте не происходит ничего волшебного, — сказал доктор Сомервилль.

Почему у людей такой огромный мозг? У ученых есть несколько гипотез.

Наш древний предок Люси, знаменитая окаменелость Australopithecus afarensis, жила от 3 до 4 миллионов лет назад, и ее тело находилось на стыке современного человека и животного. Кости таза и ног австралопитека похожи на наши, и A. afarensis, вероятно, стоял вертикально, как и мы. Но они сильно отличались друг от друга в очень важном отношении: у них был относительно крошечный мозг — почти треть размера современной версии Homo sapiens.

Это один из величайших вопросов эволюции человека: что случилось, превратив маленькие ранние мозги Люси и ее доброго шарика в умные штаны, социально адаптированные мозги, которые мы имеем сегодня?

Большой мозг — отличительная черта нашего вида. Они не только самые сложные органы во всем животном мире, но некоторые ученые провозгласили их «самым сложным объектом в известной вселенной».

Но человеческий мозг намного больше, чем можно было бы ожидать, учитывая размер нашего тела.Выяснение того, почему эволюция предпочитала такой большой мозг, поможет нам ответить на самый главный вопрос всей антропологии: что значит быть человеком и что делает нас уникальными?

Есть несколько гипотез о нашем мозге. Возможно, наша среда была сложной, и мы развили большие мозги, чтобы победить ее. Или может случиться так, что из-за того, что мы лучше всего выживаем как социальные существа в группах, нам нужны большие мозги для нашей сложной социальной жизни.

Эти и другие теории, вероятно, сыграли роль в нашей эволюции, но мы до сих пор не знаем, какая из них возникла раньше, а какая важнее.Хотя, как описано в статье Nature , опубликованной в среду, ученые придумывают новые способы разобраться во всем этом.

Три объяснения того, почему у нас такой большой мозг

Во-первых, зачем нам этот вопрос? Теперь у нас большие мозги. Какая разница, как мы их получили?

Один из ответов, объясняет Маурисио Фореро, биолог-эволюционист из Университета Сент-Эндрюс в Шотландии, заключается в том, что понимание эволюции мозга может помочь нам лучше понять, как работает мозг.

«Если вы хотите понять, как устроен гоночный автомобиль, вы можете сэкономить много ресурсов, если прочитаете заметки дизайнеров», — говорит Фореро, ведущий автор исследования Nature . «И если мы хотим понять, как работает мозг, вы, вероятно, могли бы сэкономить много ресурсов, поняв, как он был устроен». В случае мозга это означает понимание воздействующих на него сил естественного отбора.

На данный момент эволюционные антропологи выделили три широкие категории объяснений того, почему человеческий разум стал таким большим (существует множество других, более конкретных подтеорий).Их:

• Окружающая среда: Физические проблемы — например, поиск, охота или запоминание источников пищи — оказывали давление выбора на более крупный мозг.
• Соцсети: Взаимодействие с другими людьми — совместно или на конкурентной основе — благоприятствовало людям с достаточно большим мозгом, чтобы предвидеть действия других.
• Культурный: Люди, которые были способны удерживать накопленные знания и обучать им других, с большей вероятностью будут воспроизводить потомство.(Одним из таких культурных факторов могла быть кулинария. Как известный биологический антрополог Ричард Рэнгэм в своей книге « И вспыхнет пламя » (2009 г.)), когда мы научились готовить пищу, мы получили доступ к более легкоусвояемым калориям, что высвободило энергию и время для развития. мозги побольше.)

Скорее всего, все три фактора сыграли свою роль и влияли друг на друга. Но сочетание должно быть именно таким, чтобы человеческий мозг был создан в его нынешнем виде. Например, если давление естественного отбора благоприятствовало высокой степени сотрудничества, это на самом деле было бы в пользу меньшего размера мозга.Подумайте об этом: если вы в значительной степени полагаетесь на других, вам не нужно столько использовать собственный мозг. Муравьи, невероятно способный к сотрудничеству вид, не обладают большим мозгом. То же самое и с пчелами.

Кроме того, оказывается, что обладание большим мозгом требует огромных компромиссов — в основном они нуждаются в большом количестве топлива. Сегодня около 20 процентов энергии, производимой в результате метаболической активности нашего тела, поступает в наш мозг.

«Мозг — действительно дорогая ткань, требующая много энергии», — пишет Саймон Нойбауэр, эволюционный антрополог из Института эволюционной антропологии Макса Планка.Там «должно быть какое-то преимущество, которое движет этим процессом».

Если бы давление отбора было немного другим, эволюция могла бы пойти по другому пути: использовать эту энергию для увеличения воспроизводства (или для достижения половой зрелости в более раннем возрасте) или для построения более массивных тел. Но вместо этого у нас есть эти энергозатратные мозги. Так как же нам узнать, какой фактор был самым важным для их эволюции?

В статье Фореро говорится, что окружающая среда играет большую роль, чем социальные факторы

Обычно этот вопрос «почему человеческий мозг такой большой?» Проверяется на корреляционных исследованиях.Антропологи и биологи изучают размеры мозга у разных видов и пытаются выяснить, какие поведенческие изменения допускает более крупный мозг. Например, у многих приматов большее социальное обучение коррелирует с большим размером мозга.

Это довольно запутанный подход, и из него сложно делать однозначные выводы. (С другой стороны, невозможно проводить эксперименты по эволюции человека. Нельзя просто взять группу людей, поместить их на острова с различными стрессами окружающей среды и наблюдать, как они развиваются.)

Вместо этого Фореро и его соавтор в новой статье Nature обратились к математике. Они создали компьютерную модель, которая разыграла различные сценарии эволюции человека: один, в котором все давление отбора исходило из окружающей среды, и другой, где все давление отбора исходило от социальной жизни. (Они не моделировали давление культурного отбора, но надеются сделать это в будущем исследовании.) Модель учитывала метаболические издержки и преимущества развития большего мозга по сравнению с другими компонентами человеческого тела.И они запустили программу, чтобы увидеть: какое сочетание факторов формирует мозг, который больше всего похож на те, которые есть у нас сегодня?

Согласно их модели, факторы окружающей среды — самое сильное объяснение того, почему у нас большой мозг. Эти проблемы в нашей окружающей среде и, в меньшей степени, проблемы в наших социальных группах, привели к быстрому распространению ноггинов. Есть подозрения, что большая часть нашей эволюции произошла в африканской саванне, где пищу и воду было труднее найти, чем в лесу. Мы также должны были проявить смекалку, чтобы избежать суровой, мучительной жары.

Но вопросы по-прежнему остаются. «Если мы обнаружим, что сложные условия благоприятствуют расширению человеческого мозга, возникает вопрос, почему люди? Почему не другие виды? » — говорит Фореро.

Множество видов живут в сложных условиях (есть даже виды, приспособленные к жизни в идеальной темноте пещер), но так и не достигли точки, когда они могут заказывать пиццу со смартфона (поистине вершина человеческой изобретательности и эволюции). Возможно, именно здесь культура — способность учиться и учить других — имеет значение.Нам стало легче выжить в сложных условиях, когда мы могли накапливать знания об окружающей среде.

Это не означает, что другие социальные факторы не играли роли в нашем развитии. В конце концов, мы очень социальные и одержимые группами существа. И, вероятно, эволюция сделала нас такими. Во-первых, трудно думать о том, как делиться культурными знаниями, не поощряя при этом социальное сотрудничество.

Окончательный ответ на вопрос о размере нашего мозга неуловим

Выводы, которые мы можем сделать из этой модели, действительно ограничены, — говорит Эми Бауэрнфайнд, сравнительный нейробиолог из Медицинской школы Вашингтонского университета.Модели всегда будут упрощением реальности. Они представляют собой математический способ понять, имеют ли наши гипотезы об эволюции смысл, но они не являются прямым наблюдением самой эволюции, поэтому их трудно использовать для определенных выводов.

Реальность такова, что многие факторы, которые привели к развитию нашего большого мозга, трудно отделить друг от друга. И вопрос о том, что важнее для эволюции — сложная среда или стимулирующая социальная жизнь, — для начала немного упрощен, — пишет в электронном письме Мэтью Россано, изучающий психологическую эволюцию в Университете Юго-Восточной Луизианы.

«Все факторы влияют друг на друга», — объясняет Россано. «Изучение того, как создавать новый инструмент [для покорения окружающей среды], приводит к диетическим изменениям, которые влияют на развитие мозга, что влияет на вынашивание и роды, что имеет социальные последствия, что увеличивает социальную сложность, что влияет на мозг, что позволяет больше технических интеллект, что означает новые более сложные инструменты, что означает больше диетических изменений, что означает совместную охоту, которая является социальным изменением ». И так далее.

То, что эволюцию человеческого мозга так сложно смоделировать, говорит об интригующем факте: мозг расширялся в очень специфических эволюционных условиях. Наш интеллект был не данностью, а результатом чрезвычайно сложного процесса, который мог протекать совершенно иначе. Понимание сил, сформировавших человеческий разум, однажды может помочь нам понять, насколько редок наш разум, не только на планете Земля, но, возможно, во всей вселенной.

No related posts.