Healthy_back (healthy_back) wrote,
Healthy_back
healthy_back

Categories:

Апдейт к старому посту про электромагнитные поля

Апдейт к старому посту про электромагнитные поля http://healthy-back.livejournal.com/165426.html
http://healthy-back.livejournal.com/318867.html:

http://nature-wonder.livejournal.com/195030.html
Коммуникация нейронов в мозге осуществляется не только через синапсы, но и посредством электрических полей. Это значит, что взаимодействовать могут нейроны, не связанные друг с другом физически (аксонами-дендритами).

Прочно засевшая в сознании картинка устройства головного мозга – сеть, по которой проходят импульсы – вероятно, будет пересмотрена и дополнена новым механизмом общения нейронов. Про присутствие в голове электрических полей разной интенсивности известно давно, но они рассматривались, как правило, в качестве побочного эффекта возбуждений нервных клеток. Этим полям не приписывалось полезной функции (кроме как сообщать ученым об активности мозга по EEG).

Новый эксперимент, проведенный нейрофизиологами из Калифорнийского Технологического института (Caltech), показал, что внеклеточные электрические поля, генерируемые нейронами, изменяют характеристики потенциалов действия других нейронов. Фактически речь идет об открытии другого типа коммуникации поверх сети, независимого от синаптических соединений.

Статья опубликована в свежем Nature Neuroscience, возглавлял исследование Christof Koch, один из лидеров современной нейрофизиологии. Эксперимент потребовал довольно ювелирной работы: чтобы зарегистрировать эффект локальных полевых потенциалов, необходимо было разместить в нервной ткани крысы 12 электродов, расстояние между которыми не превышало толщину человеческого волоса. При этом электроды помещались внутри и снаружи нейронов. Это, в общем, объясняет, почему механизм удалось продемонстрировать только сейчас. По словам исследователей, наличие полей позволяет достичь синхронизации активности групп из тысяч нейронов.

Первый автор, Costas Anastassiou, говорит:

"I firmly believe that understanding the origin and functionality of endogenous brain fields will lead to several revelations regarding information processing at the circuit level, which, in my opinion, is the level at which percepts and concepts arise. This, in turn, will lead us to address how biophysics gives rise to cognition in a mechanistic manner—and that, I think, is the holy grail of neuroscience." -- press release

C.A. Anastassiou, R. Perin, H. Markram, C. Koch (2011) Ephaptic communication in cortical neurons. - Nature Neuroscience [Abstract], [PDF]

Таким образом, картина взаимодействия нейронов серьезно усложняется. При моделировании процессов прохождения импульсов в мозге придется учитывать не только синаптические связи, но и наложение полей – что представляется практически неподъемной задачей. Энтузиастов эмуляции мозга на компьютере искренне жаль.


Update. Практически следом еще одна новость, ломающая традиционные представления о работе нейрона! Rewrite the textbooks: Findings challenge conventional wisdom of how neurons operate -- http://topicfire.com/share/Rewrite-the-textbooks-Findings-challenge-conventional-wisdom-of-how-neurons-operate-16876727.html PhysOrg

Сигнал по аксону идет в обратном направлении, нейроны возбуждаются в отсутствие стимуляции. И тоже в Nature Neuroscience

UPD 27/09/2015
http://nature-wonder.livejournal.com/228663.html
Мигель Николелис, известный гуру нейроинтерфейсов, вместе с математиком написал книгу. Название с вызовом: “The Relativistic Brain: How it works and why it cannot be simulated by a Turing machine”. Объем небольшой, читается за день-два. Пишу не по свежему впечатлению – дело было в июне – но вот что помнится.

Это, во-первых, попытка описать работу мозга не так, как принято. Не через доктрину нейрона. И во-вторых, обосновать, почему мозг нельзя симулировать на компьютере. За обоснование отвечает, главным образом, математик. За работу мозга – Николелис. Кроме того, это атака на проект Human Brain Project, который оценен в 1.2 млрд. евро и который и без того вызвал скандалы в научных кругах.

Я здесь оставлю вопрос о машине Тьюринга, поскольку эти споры вечны и по большей части бесплодны. Доводы pro и contra давно высказаны, и книга – на мой взгляд – не прибавляет в копилку новых соображений. Когда лень спорить, тема попросту закрывается вопросом: как убедиться, что модель взаправду симулирует мозг?

Насчет живого мозга книга дает куда больше пищи. Николелис предложил нетривиальную идею. Но сперва он кратко останавливается на том, что мы знаем о нейронах после многих лет исследований, в том числе его собственных (подключение животных к компьютеру через вживленные в мозг электроды).

Теперь ясно, что один и тот же нейрон может участвовать в функционально разных клеточных ансамблях, причем одновременно. И обратно, одну и ту же задачу в разное время могут обеспечивать разные сочетания клеток. Есть подозрение, что комбинации вообще никогда в точности не повторяются. Далее, от внутреннего состояния мозга зависит то, как он ответит на стимул. Реакция определяется не столько характером воздействия, сколько контекстом ситуации, т.н. «внутренней точкой зрения» мозга.

Мозг непрерывно перестраивается, причем не только электрически, но и анатомически. Николелис сравнивает это с оркестром, где инструменты меняют свою форму под воздействием той музыки, что они вместе играют. Он подчеркивает, что этот аспект – brain dynamics – от милисекунд до часов и дней (пластичность) почти не представлен в теориях. Но мозг – крайне рекурсивная система, и это важно учитывать.

А главное, что полностью игнорируется в моделях – это электрические поля. Изучают и моделируют хождение импульсов между нейронами, а поля считают сопутствующим шумом. В лучшем случае их используют как ‘эхо’ нейронной активности при снятии ЭЭГ (как приток крови служит индикатором в фМРТ). Николелис утверждает: мозг – это аналого-цифровая машина, где цифровой компонент представлен спайками, а аналоговый – переплетением э/м полей.


И далее – гипотеза: поля образуют субстрат для ментального пространства (mental space). Они континуально связывают весь мозг, обеспечивая целостность восприятия. Здесь нет последовательного прохождения сигнала по цепочке – есть единое состояние; оно и порождает нелокальные феномены вроде ощущения «Я». В русле этой логики некоторые виды психических переживаний (сны, иллюзии, галлюцинации и т.п.), а также нервные расстройства представимы как искривления ментального пространства. Авторы отмечают, что геометрия ‘mental space’ скорее риманова, нежели эвклидова.

В отдельном разделе они пишут, что мысль про поля не нова, и ссылаются на предыдущие попытки с этой идеей работать. Ближе всего к ним Conscious Electromagnetic (CEMI) Field Theory (McFadden). Новое – это представление о пространственно-временном континууме как «внутренней точки зрения» мозга.

Всю книгу излагать не буду. Кому интересно, можно скачать здесь. Ценное в ней, на мой взгляд, это попытка включить в научное рассмотрение ‘аналоговый’ аспект работы мозга (помимо диффузии). Это неизбежно придется делать, поскольку целостность психических процессов все никак не поддается редукции к возбуждению отдельных нейронов. Авторы настаивают, что мозг надо рассматривать как интегрированную систему, которая обрабатывает информацию как единое целое, где нет разделения на "софт" и "хард", на "память" и "процессинг". Стоит добавить, что:

1. Поля реально могут влиять на активность нейронов. http://www.gatsby.ucl.ac.uk/~beierh/neuro_jc/Anastassiou_etal11_EphapticCoupling.pdf
2. От доктрины нейрона уже начали отказываться (теперь функциональный элемент нервной системы – сеть).

http://nature-wonder.livejournal.com/229106.html
В мае была громкая новость http://ria.ru/science/20150522/1065890317.html: механическая рука угадывает желания человека, получая сигналы от мозга. Статья вышла в Science (вот она http://www.vis.caltech.edu/documents/251-2015_05-21_science_aflalo_decoding_motor_imagery_from.pdf), об этом везде писали. Продвижение достойное. Если у Донахью и Шварца протезы подключены к моторной коре пациенток, то в Калифонийском технологическом пошли другим путем – вживили электродную матрицу в заднюю теменную область. Там, как полагают, рождаются двигательные намерения. Идея сработала. Парализованный смог управлять роботизированной конечностью, и ему достаточно было пожелать взять предмет. Всю работу робот выполнял сам, не требуя подробных команд типа «вперед-влево-вправо». Такое сценарное управление имеет свои минусы, но тут важен факт. Человеку достаточно вызвать желание и определить цель.

В ходе доклада Liu на отдельном слайде показал статью про электрические поля в мозге Ephaptic coupling to endogenous electric field activity: why bother? http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959438814001809 и призвал обратить внимание на физику мозга. Учитывая мой предыдущий пост, вечер удался. Также он подтвердил, что будущее нейромедицины за модуляцией (а не за лекарставами) – вывод, который уже ясен всем, кто регулярно следит за происходящим в этой области.
Tags: Мистика, Неврология
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments