Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

Чем реже сигнал, тем сильнее на него реагируют синапсы

В моменты «безработицы» нейронная сеть поддерживает себя в форме, с особой силой реагируя на посторонние сигналы. Редкие импульсы, приходящие к бездельничающим нейронам, во много раз укрепляют их синапсы.

Мозг постоянно следит за тем, чтобы активность нейронов не была ни слишком сильной, ни слишком слабой. Избыточно высокая активность способна повредить и саму клетку, и нервную цепь, в которой она находится, да и вообще весь мозг, поэтому в таких случаях межнейронные синапсы слабеют, делая невозможным проведение сигнала и перевозбуждение нейронов.

Но и слишком слабая активность нейронов чревата негативом: если нейрон будет «спать», нейронная цепь просто распадётся: без стимула исчезнут контакты между клетками. Но как быть, если стимула всё нет и нет? Долго спавшие нейроны будут работать хуже, однако мозгу после простоя всё равно удаётся за два дня вывести нейронный функционал на нужный уровень.

Как это у мозга получается, удалось обнаружить группе учёных из Института нейробиологии Общества Макса Планка (Германия).

Тара Кек (Tara Keck) измеряла активность зрительной коры мышей, которых ослепляла. Учёные ожидали увидеть, что активность зрительных нейронов упадёт почти до нуля, но она снизилась лишь наполовину. То есть нейроны, несмотря на отсутствие зрительных сигналов, которые они должны были бы обрабатывать, продолжали работать. Объяснение было одно: зрительные нейроны принимают сигналы из других областей мозга, хотя к ним эти сигналы вроде бы не имеют никакого отношения.

В журнале Neuron исследователи пишут, что клетки зрительной коры могли восстановить свою обычную активность за сутки–двое. Нейроны, оставшиеся без дела, оказались чувствительны к сигналам, которые приходили к ним из посторонних клеток. Эти редкие сигналы намного увеличивали размер синапса, что означало ускорение и более эффективное проведение сигнала.

Когда работы нет и нейронным цепям грозит распад, нейроны начинают с повышенным вниманием прислушиваться к каждому попавшему к ним сигналу. Чем реже сигнал, тем сильнее на него реагируют синапсы: так нейронные цепи сохраняются во время простоя и благодаря этому могут быстро вернуться на прежний уровень активности.

Мы понятия не имеем, какова её природа

Журнал Symmetry Magazine попросил специалистов по физике элементарных частиц назвать вопросы, на которые они больше всего хотели бы получить ответы. Вот что из этого получилось.

Каким будет конец Вселенной?

Поэт Роберт Фрост однажды поинтересовался, во льду или в пламени погибнет мир, и физики до сих пор не могут ответить на этот вопрос. Стив Уимпенни из Калифорнийского университета в Риверсайде замечает, что разгадка во многом зависит от тёмной энергии, которая остаётся неизвестным членом уравнения. Тёмная энергия ответственна за ускоряющееся расширение Вселенной, но ее происхождение — тайна, покрытая мраком. Если тёмная энергия постоянна в течение долгого времени, нас, вероятно, ждёт «большое замораживание»: Вселенная продолжит расширяться всё быстрее, и в конечном счёте галактики настолько удалятся друг от друга, что нынешняя пустота космоса покажется детской забавой. Если тёмная энергия возрастает, расширение станет настолько быстрым, что увеличится пространство не только между галактиками, но и между звёздами, то есть сами галактики будут разорваны; этот вариант называется «большим разрывом». Ещё один сценарий состоит в том, что тёмная энергия уменьшится и уже не сможет противодействовать силе тяжести, что заставит Вселенную свернуться («большое сжатие»). Ну а суть в том, что, как бы ни разворачивались события, мы обречены. До этого ещё, впрочем, миллиарды или даже триллионы лет — достаточно, чтобы разобраться в том, как же всё-таки погибнет Вселенная.

Бозон Хиггса не имеет абсолютно никакого смысла. Почему же он существует?

Этот вопрос предложен Ричардом Руисом из Питсбургского университета. За шуточной формой стоит реальная нехватка понимания природы частицы, обнаруженной в прошлом году на Большом адронном коллайдере. Бозон Хиггса объясняет, как все остальные частицы приобретают массу, но в то же время поднимает множество новых вопросов. Например, почему бозон Хиггса взаимодействует со всеми частицами по-разному? Так, t-кварк взаимодействует с ним сильнее, чем электрон, из-за чего масса первого намного выше, чем у второго. «Это единственный пример "неуниверсальной" силы в Стандартной модели», — подчёркивает г-н Руис. Кроме того, бозон Хиггса — первая элементарная частица с нулевым спином. «Перед нами совершенно новая область физики элементарных частиц, — говорит учёный. — Мы понятия не имеем, какова её природа».

Почему Вселенная сбалансирована таким образом, что жизнь может существовать?

Если бы Вселенную сотворил не Бог, а слепой случай, нас просто не было бы. В этом высказывании есть доля истины. Действительно, галактики, звёзды, планеты, люди возможны только во Вселенной, которая первое время расширялась со строго определённой скоростью. За расширение отвечает центробежное давление тёмной энергии, которое противостоит направленной внутрь силе тяготения, определяемой массой Вселенной, основную долю коей составляет нечто невидимое, названное тёмной материей. Если бы соотношение этих сил было иным (если бы толчок тёмной энергии вскоре после рождения Вселенной оказался чуть более сильным) — пространство расширялось бы слишком быстро, и ни галактики, ни звёзды просто не смогли бы образоваться. Если бы тёмная энергия давила чуть слабее, Вселенная вновь свернулась бы. Так почему же, спрашивает Эрик Рамберг из Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми, они настолько хорошо уравновешены, что возникла та Вселенная, в которой мы живём? «Нам неизвестна фундаментальная причина этого баланса, — подчёркивает специалист. — Нет сомнений, что количество тёмной энергии во Вселенной — наиболее точно настроенный показатель во всей физике».

Откуда берутся астрофизические нейтрино?

Теория предсказывает, что чрезвычайно высокоэнергетические нейтрино порождаются столкновениями быстрых заряженных частиц (космических лучей) с частицами света (фотонами) в космическом микроволновом фоновом излучении, которым пронизана вся Вселенная. Но что приводит этот процесс в движение и как космические лучи ускоряются — неизвестно. Ведущая гипотеза, у которой нет никаких доказательств, состоит в том, что начало космическим лучам даёт вещество, попадающее в голодные сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик. Возможно, получившиеся в результате нейтрино летят настолько быстро, что у каждой крошки столько же энергии, сколько в бейсбольном мяче, хотя в последнем миллиарды миллиардов атомов. «Мы ничего не знаем об их природе, — говорит Абигейл Вирегг из Института космологической физики им. Кавли Чикагского университета, предложившая вопрос. — Вот когда узнаем, тогда и наведём справки об источниках, которые разгоняют эти частицы до чрезвычайно высоких энергий».

Почему случилось так, что Вселенная состоит из материи, а не антиматерии?

Антиматерия — та же материя: она обладает точно такими же свойствами, как вещество, из которого состоят планеты, звёзды, галактики. Отличие только одно — заряд. Согласно современным представлениям, в новорождённой Вселенной того и другого было поровну. Вскоре после Большого взрыва материя и антиматерия аннигилировали друг друга. Спрашивается, как так вышло, что некоторое количество материи всё-таки осталось? Почему именно материя добилась успеха, а антивещество проиграло «перетягивание каната»? Чтобы объяснить это неравенство, учёные усердно ищут примеры нарушения CP-инвариантности, то есть процессов, при которых частицы предпочитают распадаться с образованием материи, но не антиматерии. «Прежде всего хотелось бы понять, различаются ли нейтринные осцилляции между нейтрино и антинейтрино, — говорит поделившаяся вопросом Алисия Мэрино из Колорадского университета. — Ничего подобного до сих пор не наблюдалось, но мы надеемся на следующее поколение экспериментов».

Подготовлено по материалам Scientific American.

http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10009764/

Мои твиты

Collapse )

«О Программе стратегического академического лидерства и первоочередных задачах по ее реализации»

Окончательно сформулировано и опубликовано Постановление Президиума РАН «О Программе стратегического академического лидерства и первоочередных задачах по ее реализации» по итогам последнего заседания этого коллективного органа управления Академией

Текст документа полностью соотносится с содержанием прошедшей дискуссии

Ключевое:

  1. Президиум РАН концептуально поддерживает ПСАЛ
  2. Считает целесообразным учесть (в т.ч., проанализировать) результаты программ 5-100, НИУ, федеральных и опорных вузов
  3. Комплект документов требует доработки

Акценты:

  1. Требуется закрепление институциональной роли РАН в процессе экспертизы проектов по ПСАЛ и их результатов
  2. Детально (еще раз – т.к. нормы уже содержатся в законодательстве) прописать обязательность согласования РАН при любых интеграционных процессах («пятый шлюз», предусматривающий юридическое объединение)
  3. Необходимо прописать статус консорциума, в том числе – предусмотреть прямое финансирование его участников
  4. РАН просит урезать финансирование «Социоцентра» как оператора ПСАЛ, особенно в части оплаты экспертизы и предусмотреть возможность договорных отношений с Академией (как институциональным участником процесса экспертизы)
Collapse )

Антитело к старому коронавирусу заблокировало проникновение SARS-CoV-2 в клетку

Ученые из Нидерландов предлагают задействовать для лечения пациентов с Covid-19 или защиты еще не заразившихся антитело 47D11, которое способно нейтрализовать как SARS-CoV, так и SARS-CoV-2 и менять ход заболевания.

Исследователи из Утрехтского университета (Нидерланды) в сотрудничестве с Медицинским центром Университета Эрасмус и биофармацевтической компанией Harbour Biomed сообщили об обнаружении первого человеческого моноклонального антитела, которое способно блокировать прикрепление коронавируса SARS-CoV-2, вызывающего Covid-19, к клетке и тем самым предотвращать его проникновение. Работа ученых размещена на портале препринтов bioRxiv.org и вскоре может появиться в журнале Nature.

Антитела — белковые соединения плазмы крови, которые производят определенные клетки иммунной системы, известные как В-клетки. Они способны связываться с чужеродными и потенциально опасными микроорганизмами, например патогенами, пытающимися проникнуть в организм, и нейтрализовать их действие, а также вызывать иммунный ответ посредством связывания антитела с антигеном — специфической молекулой, присутствующей в патогене.

Биологи могут создавать антитела, целью которых будет один конкретный антиген. Такие антитела называют моноклональными: их можно производить в больших количествах в лабораториях, практически против любого природного антигена и использовать для различных целей, в том числе в диагностических тестах, при выявлении чужеродного вещества, или в процессе непосредственно лечения.

Еще в начале эпидемии Covid-19 специалисты выяснили, что нынешний вирус SARS-CoV-2 и SARS-CoV (известен как атипичная пневмония, или тяжелый острый респираторный синдром, который убил более 700 человек по всему миру с осени 2002-го по лето 2003 года) родственны и относятся к подроду Sarbecovirus семейства Coronaviridae. Гликопротеины (двухкомпонентные белки) вируса, присутствующие на его поверхности, обеспечивают проникновение инфекции в клетки носителя при помощи связывания с рецепторным белком, известным как человеческий ангиотензинпревращающий фермент (ACE2).

При этом механизм подобен шприцу, вводящему генетический материал вируса в клетку, который затем реплицируется. Помимо всего вышеперечисленного, спайковые (или отростчатые (S), похожие на “шипы”, формирующие “корону” вируса) белки SARS-CoV-2 и SARS-CoV схожи по структуре: их аминокислотная последовательность совпадает на 77,5 процента. Как заявляют ученые, блокирование первоначального связывания вируса с ферментом ACE2 через спайковый белок представляет собой один из возможных путей лечения Covid-19. И здесь на помощь могут прийти моноклональные антитела человека, которые производят иммунные клетки.

Исследовательская команда из Нидерландов обнаружила, что антитело 47D11, открытое методом перекрестной реактивности и выделенное из трансгенных мышей, способно связываться как с SARS-CoV, так и с SARS-CoV-2 и эффективно ингибировать вирусную инфекцию клеток Vero (линия, используемая для культивирования и полученная из эпителия почки, взятой у африканской зеленой мартышки в 1962 году). Ученые переформатировали 47D11 и экспрессировали его как полностью человеческое изотопное антитело IgG1 для дальнейшего изучения.

«Наши данные показывают, что 47D11 нейтрализует SARS-CoV и SARS-CoV-2 путем пока неизвестного механизма, который отличается от интерференционного связывания с 86 рецепторами. <…> 47D11 соединяет консервативный эпитоп (часть макромолекулы антигена, которую распознает иммунная система. — Прим. ред.) на домене, связывающем рецептор шипа, что объясняет его способность перекрестно нейтрализовать SARS-CoV и SARS-CoV-2, используя механизм, который не зависит от ингибирования связывания рецептора”, — пишут авторы работы.

«Нейтрализующие антитела могут изменить ход болезни у инфицированного хозяина, поддерживая очистку организма от вируса, или защитить незараженного, который подвергается воздействию вируса. Следовательно, это антитело обладает потенциалом предотвращения и/или лечения нового коронавируса, а также, возможно, других будущих заболеваний у людей, вызванных вирусами из рода Sarbecovirus”, — подытоживают ученые.

Однако они предупреждают, что исследование еще ожидает рецензирования, поэтому любые выводы следует воспринимать с осторожностью. В частности, ведущий автор работы Беренд-Ян Бош из Утрехтского университета объяснил, что их результаты — лишь первый шаг, пусть и многообещающий, и еще рано говорить о потенциальной эффективности такого метода лечения для пациентов с Covid-19

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.11.987958v1
https://naked-science.ru/article/medicine/ustanovlena-struktura-klyuchevogo-belka-v-korone-virusa-sars-cov-2
https://naked-science.ru/article/medicine/uchenye-iz-niderlandov-obnaruzhili-antitelo-blokiruyushhee-proniknovenie-koronavirusa-sars-cov-2-v-kletku

«Интегративная деятельность нервной системы» (1906) | Ч.С. Шеррингтон

Когда я открываю «Интегративная роль нервной системы» Шеррингтона, я понимаю, что имею дело с глубочайшими образами, достойными изучения, что здесь человек во всей его эволюционной протяжённости, со всеми его страшными склонностями, со всей его спецификой…

Когда я открываю какую-нибудь «Мастер и Маргариту», я вижу какие-то примитивные, скучные схемы, продиктованные временем и недоразвитостью

Книгу надо изучать и эта книга должна быть изучена, т.е. прочтена много раз, с закладочками, с подчёркиваниями, с конспектами

Вот просто так заниматься чтением – это дело абсолютно бессмысленное, это даёт поверхностный и примитивный эффект, знания не углубляются и не укореняются

Монография Ч. Шеррингтона, классика мировой физиологии, была опубликована в 1906 г. на английском языке
На русском языке, за исключением реферата этой книги, сделанного акад. A.A. Ухтомским, и перевода четырех последних глав в коллективном сборнике, книга полностью никогда не издавалась
В своем труде Ч. Шеррингтон излагает открытые им законы деятельности центральной нервной системы: закон реципрокной иннервации, закон индукции, закон общего конечного пути и другие, а также общие принципы координации и интеграции деятельности головного и спинного мозга. Однако изучение этих законов до сих пор было возможно по пересказам, в подлинном же изложении самого автора они были недоступны широкому кругу читателей.

Дискуссия о структуре атомного ядра. Часть 4. Речь Р. X. Фаулера

Существуют две главных линии фактов, ко­торые говорят нам более или менее недвусмысленно о том, каково должно быть значение спина ядра. Обе они весьма привычны и могут быть вкратце подытожены. Первое и наи­лучшее доказательство дают перемежающиеся интенсив­ности в полосатых спектрах двухатомных молекул, в ко­торых два атома идентичны — например молекулы Н — Н, N_14 — N_14 или O_16 — O_16 (но не О_10 — O_17, и т. п.)

Линейные молекулы, такие как ацетилен Н — C_12 = C_12 — Н, также дают доказательства такого же рода, но, конечно, здесь мы не получаем чего-либо нового, но только дальнейшее доказатель­ство существования спина протона. Если спин ядра в таких молекулах есть n × h/2pi , то интенсивности линии в полосах чередуются в отношении (n + 1) : n. Этим путем мы находим с уверенностью следующие спины (список не исчер­пывающий):
H 1/2 ; Не 0; N_14 1; О_12 0; O_16 0.

Более того, этим путем, мы находим наиболее недвусмысленные показания о типе статистики, которой удовле­творяют ядра; в частности, N14 удовлетворяет статистике Бозе-Эйнштейна, что вынуждает нас (вместе с другими сведениями) к глубокому и нарушающему обычное пони­мание заключению о том, что электроны в ядре не вносят ничего в спин или в статистический тип.
Второй тип данных исходит из деталей сверхтонкой структуры атомных спектров. Здесь мы имеем дело со всеми возмущениями, которые производит ядро в оптичес­ком спектре, и не всегда легко отделить эффект спина от других, — как например, изотопный эффект. Тем не менее, оказалось возможным, особенно применением эффекта Зее­мана, измененного эффектом Пашена-Бака для сверхтон­кой структуры, определить с уверенностью спин для не­которых сортов атомов, в частности для Bi 9/2. Это опре­деление имеет дело только с качественными данными. При употреблении количественных данных из ширины сверхтон­кой структуры можно определить величину магнитного момента ядра, связанного со спином ядра. Этим путем было показано, что ядерные магнитные моменты по порядку ве­личины являются протонными магнетонами Бора, т. е. составляют 1/2000 обычного магнетона Бора. Но более точ­ное определение еще встречается с большими трудностями.
Вспомогательная группа спектроскопических данных, которая в будущем может оказаться очень полезной, связана с изучением деполяризации резонансного излучения спо­собом Эллетта.

Пока эти пути являются главными путями, которыми может быть определен спин ядра; они не имеют близкого отношения к радиоактивным ядрам, и в настоящее время мы имеем небольшие надежды на прямое определение для таких ядер спина оптическими методами. Но тем не менее спин может иметь весьма существенное отношение к этим ядрам, как это было недавно показано Гамовым в письме в «Nature». Он сравнивает там правильные последователь­ности радиусов для урана — радиевого и ториевого рядов радиоактивных элементов, вычисленные по теории из на­блюденной скорости распада, с неправильными последова­тельностями радиусов, выведенными для актиниевого ряда.

Он указывает, что это может быть следствием изменений спина ядра актиниевого ряда. Если спин меняется, a-частица должна унести соответствующий момент вращения, и формула для жизни ядра будет модифицирована. Наблю­даемые нерегулярности будут понятны, если в актиниевом ряду (атомные веса 4n + 3) могут встречаться изменения в спине на 3 единицы, в то время как они не встречаются в других рядах (веса 4n и 4n + 2).
Это кажется вполне возможным, но в настоящее время является еще, конечно, чистым умозрением.

Дискуссия состоялась 28 апреля 1932 г. в Лондонском королевском обществе

FAQ по мужским и женским умственным способностям, различиям в мозгах и мифам

ВОПРОС:
Насколько обоснован один из самых известных стереотипов: мужчины более успешны в точных науках, в частности, в математике?

ОТВЕТ:
Это мнение в науке уже довольно давно не котируется. Крупнейший мета-анализ 242 исследований (1,286,350 человек) показал практически полное отсутствие гендерных различий.[1] Да и кроме этого как в научной[2], так и в научно-популярной[3][4] литературе существует множество других опровержений мифа о меньших способностях женщин к математике.

ВОПРОС:
Но в отдельных исследованиях различия обнаруживаются. Чем это объясняется?

ОТВЕТ:
Во-первых, значение имеет страна и господствующие там общественные стереотипы. Например, это крупное исследование показывает, что в Турции разрыв между успехами мальчиков и девочек в математике достаточно велик, а вот в более эмансипированных Швеции и Финляндии - практически отсутствует.[5]
Или другой пример, в Исландии девочки значительно превосходят мальчиков в математике.[6] При участии 41 страны в стандартизованном тестировании, которое было предложено Организацией по Экономическому Сотрудничеству и Развитию (OECD), Исландия оказалась единственной страной, где девочки заметно превосходят мальчиков в математике. Их национальное преимущество составило 15 пунктов, однако, оно несоизмеримо с преимуществом в рыбацких деревнях вроде Сандгерди, где оно доходит до 30 пунктов.[7]

Впрочем, есть множество исследований, подтверждающих влияние стереотипов на успешность выполнения математических и прочих заданий девушками.[8][9][10] Влияние оказывает и необходимость подписываться своим именем (под псевдонимом, особенно мужским, девушки проходят тесты не хуже парней)[11], и пол учителя (если учитель — женщина, успехи девушек в прохождении тестов возрастают, т.к. перед глазами положительный пример)[12] и уж конечно нельзя забывать о том, что родители в среднем считают своих сыновей более талантливыми, чем дочерей, что сказывается на самооценке и успешности.[13]

ВОПРОС:
Но ведь глупо отрицать определенные различия в мозгах мужчин и женщин?

ОТВЕТ:
Определенные различия есть, однако не стоит забывать, что мозг двух любых отдельно взятых людей также будет различаться. К примеру, этот мета-анализ[14] показывает, что различия совсем невелики, к примеру, между двумя случайными мужчинами их может быть больше, чем между случайными мужчиной и женщиной.
Кроме того не стоит забывать, что наука получает все больше и больше новых знаний по поводу пластичности мозга.

Еще не так давно считалось, что после рождения мозг существенно не меняется, однако это не так. Сейчас совершенно очевидно, что в ответ на обучение - увеличиваются определенные части мозга[15], гиппокамп наращивает долю серого вещества[16], да и вообще социальная среда накладывает существенные отпечатки неврологического характера.[17] Также рекомендую почитать по поводу нейропластичности известного французского нейробиолога и директора по научным исследованиям Института Пастера Катрин Видаль.[18]

Австралийский нейробиолог Корделия Файн в своей статье[19] ссылается на крупное исследование различий между мужским и женским мозгом[20], которое измеряло такие параметры как: контроль действий, память, рассуждение, пространственная обработка, сенсомоторные и социальные навыки. По всем ним разница между мужчинами и женщинами оказалась незначительной. Профессор Файн пишет, что хоть незначительная разница в социальных навыках в пользу женщин и в пространственном ориентировании в пользу мужчин существует, она настолько скромна, что случайно выбранный мальчик может превзойти случайно выбранную девочку в социальном примерно на 40%. И наоборот, случайная девочка может справиться с пространственным ориентированием примерно на 40% лучше, чем мальчик.

ВОПРОС:
По крайней мере, в эмансипированных странах запада дискриминации уже нет, почему женщин все еще меньше в науке и на технических специальностях?

ОТВЕТ:
Увы, дискриминации все еще полно даже там. Вот исследование из Штатов[21], а вот из стран Скандинавии.[22] До искоренения дискриминации еще далеко, нам всем предстоит много работы.

1 - http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC30…
2 - http://www.kellogg.northwestern.edu/faculty/sapi…
3 - http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/7906/
4 - http://elementy.ru/news/431869
5 - https://vk.com/doc220759307_242176927?hash…
6 - https://vk.com/wall208471444?offset=340&amp;…
7 - http://content.time.com/time/magazine/article/0,…
8 - http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23724702
9 - http://pwq.sagepub.com/content/early/2013/09/0…
10 - http://newsland.com/news/detail/id/455639/
11 - http://bps-research-digest.blogspot.co.uk/2013/…
12 - http://psp.sagepub.com/content/28/9/1183.short
13 - http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/002…
14 - http://www.careerpioneernetwork.org/wwwroot/u…
15 - http://cercor.oxfordjournals.org/content/early/201…
16 - http://compulenta.computerra.ru/chelovek/neirob…
17 - http://psycnet.apa.org/journals/zfp/220/2/130/
18 - http://vikenc.livejournal.com/528.html
19 - https://theconversation.com/new-insights-into-g…
20 - http://psycnet.apa.org/journals/neu/26/2/251/
21 - http://www.pnas.org/content/early/2012/09/14/12…
22 - http://sciencenordic.com/gender-bias-leading-jo…

Когда мы говорим о памяти и обучении, то неизбежно вспоминаем про пластичность нейронов мозга

Чтобы не ослаблять соединение, которое может в любой момент понадобиться, нейроны полагаются на электроимпульсный шум. Этот шум не несёт никакой ценной для данного момента информации, но зато помогает поддерживать потенциально нужный контакт в рабочем состоянии.

Когда мы говорим о памяти и обучении, то неизбежно вспоминаем про пластичность нейронов мозга: благодаря тому, что синаптические связи между нейронами могут легко образовываться, усиливаться, ослабляться и распадаться, мы можем выучить нечто новое, будь то некая философская абстракция или же просто умение держать в руке молоток. Если нейроны не имеют достаточной пластичности, то и усвоить ничего не получится.

Однако не стоит забывать о другой крайности, о том, что будет, если нейроны окажутся сверхпластичными. В этом случае, хотя связи между нейронами будут образовываться чрезвычайно легко, они столь же легко будут разрываться, и тогда никакие новые умения и знания в мозге просто не удержатся. Но от мозга постоянно требуется выучить, освоить что-то новое: грубо говоря, не успел человек понять, как следует забивать гвозди, как его зовут играть в футбол. Учитывая пластичность мозга, можно было бы предположить, что все эти умения будут смешиваться и мешать друг другу, путаясь в образующихся и разрывающихся нейронных связях.

Этого, однако, не происходит, и исследователи из Массачусетского технологического института объясняют, почему. В статье, появившейся в журнале PNAS, Эмилио Бицци (Emilio Bizzi) и его коллеги пытаются рассмотреть, что происходит в мозге, когда ему нужно выучить два неких физических упражнения. Когда мы осваиваем какое-то движение (или последовательность движений), у нас срабатывает одна и та же система моторных нейронов, которые посылают мышцам сигнал, а потом сверяют получившийся результат с тем, что должно было бы получиться. Повторяя эту процедуру, мозг доводит новый навык до приемлемого уровня.

Но что происходит, когда на одну и ту же моторную систему нейронов падают две задачи, да ещё и очень похожие между собой, — например, когда в теннисе разучиваются два вида ударов? Если бы мы имели дело с компьютером, то вспомнили бы, что в нём разные инструкции просто находятся в разных частях микросхемы. Но в мозге для обеих задач приходится использовать одну и ту же «микросхему», один набор моторных нейронов.

Однако, как известно, один и тот же нейрон может участвовать во множестве соединений. Вот, казалось бы, и решение: если к первому заданию добавляется второе, нужно просто поменять конфигурацию нейронной сети, добавить такие соединения, которые позволили бы выполнять новую комбинацию. Вообще, такая способность формировать сразу много соединений делает возможной какую угодно комбинацию задач.

Но эффективность такой системы дополняется ещё одним свойством нейронов, которое, на первый взгляд, должно скорее мешать работе нервных клеток. Речь идёт о низком соотношении «сигнал/шум» — нейроны получают и проводят бесполезной информации не намного меньше, чем полезной.

По словам исследователей, способность выполнять много задач и комбинировать их между собой, находить для этого всё новые и новые решения обусловлена исключительной пластичностью нейронов и их неразборчивостью в отношении шумовых сигналов. Не будь нейроны так толерантны к шуму, сверхпластичность приводила бы к тому, что каждая следующая информация вытесняла бы предыдущую, нейрон отдавал бы предпочтение только новым смысловым сигналам и соединениям, забывая прежнюю информацию и разрывая связи, которые её поддерживали. А так проходящие шумовые сигналы продолжают поддерживать неиспользующиеся соединения, которые в любой момент могут быть задействованы для новой конфигурации.

Конечно, проблему можно было бы решить, просто установив все возможные соединения и сделав их чрезвычайно прочными, так, что даже отсутствие импульсов никак не сказывалось бы на их состоянии. Но такая стабильность означала бы лишь ограниченный — хотя и очень большой — набор операций.

Получается, что нейроны смогли добиться компромисса между устойчивостью и стабильностью синаптических конфигураций с помощью электроимпульсного шума — фактора, польза от которого на первый взгляд совсем неочевидна. Эта модель, по словам учёных, подтверждается и анатомическими исследованиями, согласно которым приобретение новых навыков не обязательно сопровождается подключением новых клеток — мозг обходится прежним набором нейронов, между которыми просто меняется конфигурация соединений.

Однако такая высокая пластичность всё же имеет свой минус: сколь бы ни изощрённы были наши навыки, моторные или какие ещё, без тренировки они рано или поздно угасают, особенно, если пересекаются с какими-то другими задачами. Тут можно, конечно, вспомнить про велосипед, разучиться ездить на котором почти невозможно. Однако авторы работы объясняют это тем, что езда на велосипеде — это такой навык, который ни с чем не пересекается, а потому его существованию в мозге ничто не вредит.

Нейроанатомия эмоций Структурная основа эмоций (по Дж. Пейпецу, 1937)

Сведения об анатомическом субстрате развития тех или других эмоций обычно черпаются из опытов с разрушением и стимуляцией различных отделов мозга, а также из изучения функций мозга человека в клинике в связи с операциями на мозге и проведением различных лечебных процедур.

Первая наиболее стройная концепция, связывающая эмоции с функциями определенных структур мозга, была опубликована в 1937 г. И принадлежит американскому невропатологу Дж. Пейпецу. Изучая эмоциональные расстройства у больных с поражением гиппокампа и поясной извилины, он выдвинул гипотезу о существовании единой системы, объединяющей ряд структур мозга и образующей мозговой субстрат для эмоций. Эта система представляет замкнутую цепь и включает: гипоталамус - передневентральное ядро таламуса - поясную извилину - гиппокамп - мамиллярные ядра гипоталамуса. Она получила название круга Пейпеца (см. рисунок). Позднее П. Мак-Лин в 1952 г., учитывая, что поясная извилина как бы окаймляет основание переднего мозга, предложил назвать ее и связанные с ней другие структуры мозга лимбической системой (limbus — край). Источником возбуждения для этой системы является гипоталамус. Сигналы от него следуют в средний мозг и нижележащие отделы для инициации вегетативных и моторных эмоциональных реакций. Одновременно нейроны гипоталамуса через коллатерали посылают сигналы в передневентральное ядро в таламусе. По этому пути возбуждение передается к поясной извилине коры больших полушарий.

Поясная извилина, по Дж. Пейпецу, является субстратом осознанных эмоциональных переживаний и имеет специальные входы для эмоциональных сигналов, подобно тому как зрительная кора имеет входы для зрительных сигналов. Далее сигнал из поясной извилины через гиппокамп вновь достигает гипоталамуса в области его мамиллярных тел. Так нервная цепь замыкается. Путь от поясной извилины связывает субъективные переживания, возникающие на уровне коры, с сигналами, выходящими из гипоталамуса для висцерального и моторного выражения эмоций.

Однако сегодня красивая гипотеза Дж. Пейпеца приходит в противоречие со многими фактами. Так, под сомнением оказалась роль гиппокампа и таламуса в возникновении эмоций. У человека стимуляция гиппокампа электрическим током не сопровождается появлением эмоций (страха, гнева и т.п.) Субъективно пациенты испытывают лишь спутанность сознания.

Из всех структур круга Пейпеца наиболее тесную связь с эмоциональным поведением обнаруживают гипоталамус и поясная извилина. Кроме того, оказалось, что и многие другие структуры мозга, не входящие в состав круга Пейпеца, оказывают сильное влияние на эмоциональное поведение. Среди них особая роль принадлежит миндалине, а также лобной и височной коре головного мозга.

Велика роль гипоталамуса как в развитии мотивационного поведения, так и в развитии связанных с ним эмоций. Гипоталамус, где сосредоточены двойные центры, регулирующие запуск и прекращение основных типов врожденного поведения, большинством исследователей рассматривается как исполнительная система, в которой интегрируются вегетативные и двигательные проявления мотивации, и в том числе эмоций. В составе эмоции принято выделять собственно эмоциональное переживание и его соматическое и висцеральное выражение. Возможность их появления независимо друг от друга указывает на относительную самостоятельность их механизмов. Диссоциация эмоционального переживания и его выражения в двигательных и вегетативных реакциях обнаружена при некоторых поражениях ствола мозга. Она выступает в так называемых псевдоэффектах: интенсивные мимические и вегетативные реакции, характерные для плача или смеха, могут протекать без соответствующих субъективных ощущений.

Важные эмоциогенные свойства обнаруживает миндалина. У высших животных она расположена в коре, в основании височной доли. Удаление миндалины нарушает механизмы эмоций. По данным В.М. Смирнова, электрическая стимуляция миндалины у пациентов вызывает эмоции страха, гнева, ярости и редко удовольствия. Ярость и страх вызываются раздражением различных отделов миндалины. Опыты с двусторонним удалением миндалины в основном свидетельствуют о снижении агрессивности животного. Отношение миндалины к агрессивному поведению убедительно продемонстрировано К. Прибрамом в опытах на обезьянах в колонии макак-резусов. После двустороннего удаления миндалины у вожака стаи Дейва, который отличался властностью и занимал высшую ступень зоосоциальной иерархии, он потерял агрессивность и переместился на самую низшую ступень зоосоциальной лестницы. Его место занял наиболее агрессивный, который до операции был вторым в иерархии (Зик). А бывший лидер превратился в покорное, испуганное животное.

По мнению ряда исследователей, эмоциональные функции миндалины реализуются на сравнительно поздних этапах поведения, после того как актуализированные потребности уже трансформировались в соответствующий эмоциональные состояния. Миндалина взвешивает конкурирующие эмоции, порожденные конкурирующими потребностями, и тем самым определяет выбор поведения. Миндалина получает обширную информацию о внешнем мире. Ее нейроны реагируют на световое, звуковое и кожное раздражение.

Кроме того, в регуляции эмоций особое значение имеют лобная и височная кора. Поражение лобных долей приводит к глубоким нарушениям эмоциональной сферы человека. Преимущественно развиваются два синдрома: эмоциональная тупость и растормаживания низших эмоций и влечений. При этом в первую очередь нарушаются высшие эмоции, связанные с деятельностью, социальными отношениями, творчеством. Удаление у обезьян височных полюсов ведет к подавлению их агрессивности и страха. Передняя лимбическая кора контролирует эмоциональные интонации; выразительность речи у человека и обезьяны. После двустороннего кровоизлияния в этой зоне речь пациента становится эмоционально невыразительной.

Согласно современным данным поясная извилина имеет двусторонние связи со многими подкорковыми структурами (перегородкой, верхними буграми четверохолмия, голубым пятном и др.), а также с различными областями коры в лобных, теменных и височных долях. Ее связи более обширны, чем у какого-либо другого отдела мозга. Существует даже предположение о высшей координирующей функции поясной извилины в отношении эмоций.

В настоящее время накоплено большое число экспериментальных и клинических данных о роли полушарий головного мозга в регуляции эмоций. Изучение функций левого и правого полушария обнаружило существование эмоциональной асимметрии мозга. По данным В.Л. Деглина, временное выключение левого полушария электросудорожным ударом тока вызывает сдвиг в эмоциональной сфере “правополушарного человека” в сторону отрицательных эмоций. Настроение ухудшается, он пессимистически оценивает свое положение, жалуется на плохое самочувствие. Выключение правого полушария вызывает противоположный эффект — улучшение эмоционального состояния. Т.А. Доброхотова и Н.Н. Брагина установили, что больные с поражениями в левом полушарии тревожны, озабочены. Правостороннее поражение сочетается с легкомыслием, беспечностью. Эмоциональное состояние благодушия, безответственности, беспечности, возникающее под влиянием алкоголя, связывают с его преимущественным воздействием на правое полушарие мозга.

Демонстрация фильмов разного содержания с помощью контактных линз в правое или в левое поле зрения показала, что правое полушарие быстрее реагирует на слайды с выражением печали, а левое — на слайды радостного содержания. По другим данным правое полушарие быстрее опознает эмоционально выразительные лица независимо от качества эмоции.

Распознавание мимики в большей степени связано с функцией правого полушария. Оно ухудшается при поражении правого полушария. Повреждение височной доли, особенно справа, нарушает опознание эмоциональной интонации речи. При выключении левого полушария независимо от характера эмоции улучшается распознавание эмоциональной окраски голоса.

Выключение левого полушария делает ситуацию непонятной, невербализуемой и, следовательно, эмоционально-отрицательной. Выключение правого полушария делает ситуацию простой, ясной, понятной, что вызывает преобладание положительных эмоций.

Эмоциональная асимметрия мозга характерна и для нормальных здоровых людей. Для лиц с доминантным правым полушарием характерна повышенная тревожность, нейротизм. Преобладание функций левого полушария, определяемого по группе двигательных, зрительных и слуховых методик, сочетается с низкими значениями тревожности.

Collapse )