Life Science links

В 20-х числах апреля в Москве состоялась международная конференция «Генетика старения и продолжительности жизни». Ловлю себя на мысли, что лет десять тому назад меня бы это, возможно, и не заинтересовало… Сейчас возраст уже дает о себе знать - я на конференции побывал. Слушал выступления в зале, а в перерыве увел в укромный уголок двух геронтологов (их доклады должны были состояться позже). Минут сорок мы говорили о текущем состоянии и перспективах борьбы со старением. Получилось приличного объема интервью. Мои собеседники – Вера Горбунова и Андрей Селуянов из University of Rochester (США), где они непосредственно изучают процессы старения и развитие рака на тканях человека и грызунов. Их лаборатория выделяется тем, что плотно занимается голым землекопом (животным, странным во многих отношениях), заинтересовавшим учёных, прежде всего, тем, что живет до 30 лет. Для грызуна размером с мышь это феноменальный показатель. ( Read more... )

Знакомьтесь, Кристоф Кох. Профессор когнитивной биологии и инженерии из Калифорнийского технологического (Caltech) и по совместительству главный директор по науке в Allen Institute for Brain Science.



Когда Фрэнсис Крик на завершающем этапе своей научной карьеры переключился на проблему сознания, основным его соавтором стал молодой Кох. Вместе они сформулировали стратегию превращения темы, традиционно оккупируемой философами, в предмет научных исследований. Идея состояла в том, чтобы в качестве первого шага сконцентрировать усилия нейрофизиологов на экспериментальном поиске коррелятов сознания в нервной ткани мозга. Теперь, после смерти Крика, заматеревший Кох остается заметной фигурой в нейронауке, одним из тех, кто пытается всерьез подступиться к hard problem, полагаясь на инструментарий hard science.

Нельзя сказать, что он сильно преуспел в этом, лишь в ряде моментов удалось получить нечто, выражаемое в объективных терминах. Например, уже очевидно, что к поддержанию сознания имеет отношение активность сравнительно небольшого количества из всей совокупности нейронов головного мозга (большая их часть занята другими процессами). Или же стало понятно, что сознание не тождественно вниманию: это разные феномены. Вероятно, многолетняя изнуряющая борьба с неподдающейся загадкой привела Коха к желанию сделать паузу, подвести промежуточные итоги и переосмыслить свои руководящие принципы. В результате он написал весьма своеобразную книгу. Её название можно перевести как «Сознание: исповедь/признания романтичного редукциониста». Небольшой объем текста, технических подробностей по-минимому. В ней нет строгого и развернутого изложения основных достижений нейробиологии - с этой обязанностью он разделался раньше. По формальному признаку она предназначена для самой широкой аудитории. Но на более глубоком уровне адресат книги – сам автор. И это делает её особенной.

Надо понимать, кто такой Кох. Это действительно настоящий, махровый редукционист. Всю жизнь он изучает когнитивные процессы на уровне отдельных нейронов. Не случайно именно его Институт Аллена пригласил под большой проект детального картирования мозга. И вот он, много лет вгрызающийся в детали, рефлексирует на темы глобального. Его интересуют действительно фундаментальные вещи, такие как природа сознания, свободная воля, смысл, дуализм и т.п. Работая непосредственно на передовой, он говорит о том, как современная наука отвечает на эти вопросы. Однако текст написан так, что возникает ощущение личного кризиса. Наука, которой он занимается, разворачивает перед ним картину, с которой ему тяжело примириться. И в то же время Кох убежден в ее правильности. И становится ясно, для чего предназначена книга - он проговаривает самому себе, почему думает так, а не иначе.

В главе, посвященной свободе воли, Кох последовательно рассматривает разные варианты, давая надежду и вскорости ее отбирая. Причем его интересует полноценная, картезианская СВ, т.е. способность поступить по-разному в идентичных ситуациях, а именно при полном повторении внешних условий и состояний мозга. Есть ли место для такой СВ в нашей Вселенной? Кох пишет про ньютоновский детерминизм, затем говорит: а вот есть компатибилизм или хаотические системы. Но нет, это нам не подходит, поскольку принципа причинности они не нарушают. Вселенная по-прежнему предстает в виде часового механизма, только очень запутанного. Тогда смотрим на квантовую неопределенность, здесь индетерминизм уже настоящий. Впрочем, снова проблема – он не распространяется на макрообъекты. Можем ли мы обойтись микроуровнем? – да, пожалуй, если речь идет о молекулах, связанных с работой нейрона. Однако радость сторонника свободы воли снова преждевременна: детерминизм плюс датчик случайных чисел ничуть не ближе к реальной свободе, нежели чистый детерминизм. Кажется, Кох по кусочкам откусывает пространство для свободной воли в физическом мире, со все возрастающим сожалением. В итоге он оставляет лишь одну крошечную лазейку: суперпозицию состояний где-нибудь возле синапса, когда, скажем, с вероятностью 15% нейрон разрядится, а с вероятностью 85% - нет. Свободный субъект не способен повлиять на вероятности, они диктуются уравнением Шредингера. Но он может реализовать тот или иной исход в каждом конкретном случае. Волевой акт такого рода обречен быть невыявленным, поскольку для внешнего наблюдателя законы физики не будут нарушены и квантовое событие будет неотличимо от случайности.

Кох, конечно, пишет про опыты Либета, про то, что большая часть нашей деятельности идет в зомби-режиме, дальше говорит о том, что почти наверняка свободной воли не существует, для гипотетической души нет никаких возможностей влиять на материальные объекты без затрат энергии, затем предполагает, что сознание – свойство сложных систем и т.д. В книге нет, как таковых, оригинальных идей, однако она выделяется своей искренностью, и это отличает ее от прочих книг «про мозг». Коха, как убежденного редукциониста, мучает отсутствие смысла жизни – он хорошо понимает эту связь – и признается ближе к концу, что все-таки предпочитает в него верить. Какой-то смысл во всем этом преобразовании материи должен быть, ему неизвестно какой, но это дает ему силы жить дальше. Вот такая книга. Кому-то могут показаться интересными другие ее аспекты (она действительно хорошо написана, просто и в то же время содержательно). Я для себя отметил этот - неожиданно от Коха и откровенность такая встречается нечасто.

Вот Крик был мужик крепкий, в отличие от Коха не раскис до самых последних своих дней.

P.S. Книгу скачать можно, как обычно, из books (только никому не говорите).

Впервые опубликовано журналом LIFE в январе 1967 года. Спустя несколько секунд леопард загрызет бабуина […]
Автор снимка, легендарный John Dominis, впоследствии признался, что данный кадр не из дикой природы, а постановочный: купленную обезьяну бросили прямо к леопарду. При всем при этом фото вышло, конечно, выдающимся.

Вспомнил про него в связи с вновь развернувшимся в сегодняшнем Nature обсуждением ‘необходимого и достаточного’ использования приматов в лабораторных исследованиях. Пишут, что в настоящий момент импорт обезьян для целей науки беспрецедентно высок.

В науке 1953 г. ознаменовался как минимум двумя открытиями, имевшими фундаментальное значение. Nature опубликовал статью о расшифровке структуры ДНК, а Science – про особое состояние, случающееся у спящего человека регулярно, которое сопровождается быстрым движением глаз. Оба текста представляли собой весьма краткие заметки, давшие старт перевороту в своих областях исследований.

Представление про т.н. парадоксальный сон сегодня кажется само собой разумеющимся, но наука не знала о нем вплоть до начала 1950-х. Сон в целом рассматривался как угасание активности, где не происходит ничего существенного. Обнаружение стадии, в которой мозг работает с той же интенсивностью, что и в бодрствовании, не просто было неожиданным. Оно радикально изменило всю сомнологию. Но если про R.E.M. знают практически все, то фамилия человека, его открывшего, мало кому известна. С точки зрения Google это чуть ли не мифическая фигура: за редким исключением вы не найдете его фотографий. Его научная судьба разительно отлична от судьбы тех же Уотсона и Крика, и это отличие само по себе поучительно. Человека звали Евгений Азеринский.

В 1951 году ему исполнилось 30 лет. Почти каждую ночь он проводил в одной из комнат Abbott Hall Чикагского университета, где пытался отслеживать движения глаз у спящих людей. Чтобы добиться хоть какого-то успеха в науке, у него оставалось мало времени. Ученой степени у него не было, он лишь надеялся ее получить, работая в лаборатории Натаниэля Клейтмана, куда попал больше в силу обстоятельств, нежели в результате осознанного выбора. Уроженец Кишинева, в двадцатилетнем возрасте эмигрировавший в США, Клейтман уже был авторитетным исследователем сна, основателем первой в мире сомнологической лаборатории, известным своим экспериментом по изучению суточных циклов, когда он с напарником провел месяц в пещере без доступа к солнечному свету. Однако для Азеринского, по его признанию, сон являлся наименее желаемой областью, которой он хотел бы заниматься. ( Read more... )

Francisco de Goya, A Scene from 'The Forcibly Bewitched'. 1798. Холст, масло. 42.5 x 30.8.
Британская Национальная галерея (National Gallery, London).

Странное дело, не смог ничего найти внятного про эту картину, кроме самых общих слов: литературному персонажу Don Claudio внушили, что его жизнь всецело зависит от того, горит ли свеча. И он подливает масла в огонь, восклицая: "чудовищный светильник!"

Причем в этой репродукции добавлены свет и температура, оригинал выглядит иначе. О живописи я искать не умею. Даже в списке работ Гойи, что дает Wikipedia, эта картина отсутствует. Хотелось бы больше узнать, но интернет не порадовал, а жаль. Сюжет-то грандиозный, по-моему. И исполнено художником под стать.

Подумалось, что Дон Клаудио не так уж ошибся, и такая свеча есть у каждого. [в большом разрешении можно скачать тут]

В нейрофизиологических исследованиях вопрос соотношения частного и общего стоит, пожалуй, наиболее остро. Красивые картинки сканов мозга, которые мы встречаем в научных статьях, представляют, как правило, результат усреднения данных по нескольким испытуемым (минус то, что трактуется как артефакты/шумы, ‘неудачные’ попытки и т.п.). В статистике, необходимой для надежных выводов, теряются индивидуальные различия. Применительно к объекту, который проще человека (напр., мышь), они в большинстве случаев не будут значимы. Но люди различаются между собой тем сильнее, чем более высокого уровня психические механизмы включаются в работу. Задача отслеживания активности отдельного мозга становится актуальной, как только мы подбираемся к сложным свойствам личности. Более конкретно: связать индивидуальные различия в структуре нервной ткани с индивидуальными различиями когнитивного или эмоционального характера подобно тому, как генетики изучают связь последних с генами.

Отдельные успехи уже есть. В некоторых аспектах восприятия и внимания люди показывают результаты, зависящие от анатомических особенностей в определенных участках их мозга. Например, ‘переключать’ куб Неккера кому-то не составит труда, другой же человек сможет сделать это лишь после продолжительной концентрации. Можно достаточно уверенно спрогнозировать, что у первого в районе верхней теменной доли толщина коры и плотность нейронов выше, чем у второго. Но исследования не ограничиваются простыми случаями: ученые уже попробовали проверить 'Big Five' (персональные черты личности) на связь со структурными особенностями мозга. У них вышло, что степень экстравертности человека, например, ‘зависит’ от объема серого вещества в его средней орбито-фронтальной коре, а уровень конформности – от плотности клеток в коре задней части поясной извилины (прямо) и в верхней височной борозде (обратно). К работе можно предъявить серьезные методологические претензии, но тенденция просматривается: скоро ученые, просканировав мозг человека, будут знать о нем больше, чем он сам знает про себя.



Есть, правда, и хорошая новость. Пока зависимость условна: в действительности речь идет о корреляциях. Является ли конкретная структурная особенность мозга причиной данного поведения, либо поведение со временем вызывает определенные изменения в соответствующих участках - в общем случае исследования не проясняют этот вопрос. Даже если оправдаются худшие опасения, всегда стоит помнить про пластичность нервной системы. Ставший каноническим пример про гиппокамп лондонских таксистов или же опыты Паскуаль-Леоне оставляют возможность корректировать особенности ткани мозга, переключившись на другой образ жизни/мыслей/реакций. Картина возможного будущего: сканирование выявит ‘ландшафт’ ваших свойств, и при желании его можно будет целенаправленно изменять, выбрав соответствующие ментальные упражнения. Причем, они совсем не обязательно будут напоминать антипод изменяемого свойства. Как раз в этом может состоять полезный эффект описанных выше (и ниже) исследований.


DeYoung, C. G., Hirsh, J. B., Shane, M. S., Papademetris, X., Rajeevan, N., & Gray, J. R. (2010) Testing predictions from personality neuroscience: Brain structure and the Big Five. – Psychological Science [ Full Text ]

Powell JL, Lewis PA, Dunbar RI, Garcia-Fiñana M, Roberts N. (2012) Orbital prefrontal cortex volume predicts social network size: an imaging study of individual differences in humans. – Proc. R. Soc. B [ Abstract ]

Ryota Kanai, Geraint Rees (2012) The structural basis of inter-individual differences in human behaviour and cognition. – Nature Reviews Neuroscience [ Abstract ]

Речь пойдет о прекрасном.
Под эгидой авторитетнейшего BMJ (British Medical Journal) издаются несколько журналов. В частности, один из них специализируется на вопросах биомедицинской этики. Действительно, Journal of Medical Ethics – полезный источник для отслеживания текущих идей и мнений специалистов, особенно учитывая стремительно возрастающие возможности науки и технологии по манипуляции биологическим материалом. В журнале, в том числе, обсуждаются потенциальные этические проблемы, с которыми человечеству предстоит столкнуться в недалеком будущем.

Однако недавно J Med Ethics, кажется, провозгласил новую реальность, к которой [видимо] придется готовиться… В конце февраля журнал опубликовал работу двух авторов, в которой выдвигается и обосновывается следующий тезис: убийство новорожденных младенцев должно стать разрешенной и легальной процедурой, применяемой на тех же основаниях, что и аборт. К этому предлагается определенная последовательность рассуждений. По убеждению авторов, плод и недавно родившийся ребенок, в сущности, принципиально не отличаются по своему этическому статусу - и тот, и другой не являются личностями. Таким образом, если мы согласны, что в определенных условиях допустимо лишение жизни по отношению к плоду, то ровно те же аргументы применимы и к новорожденному. Нельзя причинить вред, тождественный отнятию жизни у субъекта, если субъекта, т.е. индивида с собственными целями и задачами, не существует.

Отдельно оговаривается, что речь идет не только о тех случаях, когда у младенца выявлены тяжелейшие патологии. Инфантицид оправдан и в том случае, если ребенок абсолютно здоров, но его содержание обернется для родителей серьезным экономическим бременем. При этом даже институт приемных родителей не решит проблему полностью, потому что в определенном смысле для матери порой психологически тяжелее смириться с тем, что ее ребенок живет с другими людьми, нежели когда ребенка нет вовсе. Авторы предлагают не использовать термин «инфантицид», остроумно заменяя его политкорректным ‘after-birth abortion’. По их мнению, это подчеркивает этическое уравнивание данной процедуры с абортом. Вообще, текст замечательный во многих смыслах, а формулировки заслуживают отдельной похвалы за ясность и недвусмысленность. Например: “Merely being human is not in itself a reason for ascribing someone a right to life”. Все изложено настолько последовательно, что, определенно, доктор Менгеле с воодушевлением пожал бы авторам руку.

Авторы – итальянцы, мужчина и женщина. Специализируются по этическим проблемам медицины, обучались в Кембридже и Оксфорде, соответственно. Как несложно догадаться, статья вызвала бурную реакцию, с которой можно ознакомиться в том же журнале, ниже основного текста. В результате редактор вынужден был разместить отдельное заявление по этому поводу. Однако сам факт, что под брендом BMJ публикуются такого рода рассуждения, достоин, на мой взгляд, всяческого внимания.

Alberto Giubilini, Francesca Minerva (2012) After-birth abortion: why should the baby live? -- J Med Ethics Full Text

( в большом размере )

В Москве прошел конгресс «Глобальное будущее 2045».
Три дня подряд многочисленные спикеры выступали с докладами на тему грядущих изменений и вызовов. Почти все можно посмотреть в записи здесь. Как видно из программы, список докладчиков эклектичен: собрались люди с разным уровнем подготовки и специализации. Мне не совсем понятен смысл такого мероприятия, хотя не могу утверждать, что не было удачных выступлений. Несколько было. Но в целом (на мой взгляд, конечно) - безвредная говорильня, которая забывается, как только человек покидает сцену. Общий настрой: мир стремительно меняется, и скоро всем станет гораздо лучше. Этакий искренний и безудержный оптимизм, подаваемый в обертке графиков и диаграмм. Но если гуманитариям в этом плане многое можно простить, то, например, некто Дунин-Барковский, профессор, президент Российской Ассоциации нейроинформатики, порадовал особо: он со сцены заявил, что его лаборатория посвятит 2013 год анализу различных данных нейронаук, а в 2014 выявит принципы и механизмы работы мозга.

Даже если не обращать внимание на подобные завихрения и поискать конструктив, то явно ощущался дефицит глубоких идей. Для контраста перечитываю «Сумму технологии» С.Лема - в любой главе оригинальности и глубины больше, чем во всех прозвучавших докладах вместе взятых. Зато в организационном плане все было сделано хорошо. На сайте велась прямая трансляция, а записи выступлений практически мгновенно выкладывались в интернет.

В фойе перед входом в зал гостей развлекал молодой человек со взглядом обдолбанного гуманоида. У меня сразу возникло убеждение, что молодого человека зовут Игорь. Почему, не знаю. Но убеждение очень твердое. Итак, Игорь:



( Несколько фото с мероприятия )

Жизнь, конечно, полна неожиданностей. Однако моя готовность к ним, как кажется, распределена неравномерно.
Речь идет об операции, проделанной кардиохирургами из Texas Heart Institute. Они заменили сердце 55-летнего пациента, который находился на грани смерти от амилоидной дистрофии. Имплантировали ему механический насос. Особенность в том, что прибор обеспечивает непрерывный поток крови, по типу лопастной турбины, т.е. не генерирует пульса. Такое «сердце» не бьется, только еле слышно жужжит. Больной вышел из коматозного состояния и прожил пять недель, пока его почки и печень не отказали окончательно. После имплантации прощупать пульс у такого человека не получится, его попросту нет.




Ранее как-то сама собой сложилась картина, согласно которой любой организм пронизан всевозможными ритмами, пульсациями, циклами. В этом просматривается нечто фундаментальное, присущее живому. Система кровообращения позвоночных, вся их физиология естественным образом настроены на периодические сердечные сокращения. Миллионы лет эволюции оттачивали такую организацию, не предполагая появления искусственных турбинных имплантов. Но более тридцати телят, которым заменили сердца на механические моторы, прекрасно обходились без сокращений. И Крейг Льюис уже на следующий день после операции общался с докторами, принимал пищу. Удивление в данном случае вызывает не только сам факт адаптации к принципиально новому режиму работы, но и то, насколько легко она происходит.

Такие вещи всегда возвращают меня к одному и тому же вопросу: на какую часть своих представлений можно полагаться твердо? Как подчеркивал Уотсон в своих разговорах с Криком, правильная гипотеза не должна удовлетворять всем фактам, поскольку часть из них будет впоследствии опровергнута.

Хорошо известно, что работа нервной системы основана на прохождении электрических импульсов по отросткам нейронов. Механизм этого явления стал ясен еще в 1952 году, когда А.Ходжкин и Э. Хаксли предложили модель, описывающую процессы ионного транспорта через мембрану и прохождение импульса потенциала вдоль мембраны. За что и удостоились потом Нобелевской премии. Данное представление о функционировании нервных клеток выдержало испытание временем, прошло многочисленные проверки экспериментом и относится, безусловно, к той части знания, на которую всецело можно опираться. В самом деле, что тут можно возразить – десятки лет тысячи специалистов основывали свою работу именно на таком понимании, и у них, надо сказать, многое получилось.

Сообщение о «человеке без пульса» вызвало у меня сложную цепь ассоциаций, на конце которой возник датский биофизик Томас Хеймбург (Thomas Heimburg) из Института Нильса Бора. Этот человек давно утверждает, что, наблюдая электрические импульсы, мы видим эпифеномен - побочный продукт, а не механизм явления. Реальное действие нейрона основано не на электричестве, а на механических волнах, прокатывающихся по мембране. У него, разумеется, своя система фактов и рассуждений, в соответствии с которой мембранные белки не играют активной роли каналов (приписываемой им моделью потенциала действия). Иными словами, человек переворачивает картину там, где она переворачиваться не должна. К этому можно было отнестись как к анекдоту, однако совсем недавно Хеймбург получил приличный грант на исследования в рамках своей теории.
Мне его аргументы не кажутся сколько-нибудь убедительными. И думаю, что модель Ходжкина-Хаксли устоит. Но дело в другом. Бессердечный Крейг Льюис своими пятью неделями жизни делает почву более зыбкой. Приходится быть готовым к изменениям даже там, где их раньше не допускал.




First ‘Heartless’ Man: You Don’t Really Need A Heart, Or A Pulse
A Shocking Idea: Nerves Might Run on Sound, Not Electricity
Физики опровергают общепринятое представление о природе нервного импульса
T. Heimburg (2010) The physics of nerves

Сочиняя для strf.ru заметку про оптогенетику, отмечал для себя отдельные фактоиды и соображения, которые в текст не ложатся, но поучительны. В заметке они выглядели не обязательными, и ими пришлось пожертвовать. Зато в формате блога рассказать о них вполне уместно, тем паче, что разговор этот даже не конкретно про оптогенетику – а про то, как порой делается серьезная наука.




1. Осмелюсь предположить, что за оптогенетику в обозримом будущем присудят Нобелевскую премию. Думаю, будет справедливо, если лауреатами станут Г.Мизенбек, Г.Нагель и К. Дайсерот. Я могу ошибиться, заблуждаясь насчет значимости тех или иных работ. Но на том уровне, на котором я сейчас понимаю это дело, мне кажется, названные трое должны быть фаворитами.

2. Бойден и Дайсерот свои расчеты и ключевые эксперименты по фотостимуляции нейронов, в конечном счете принесшие им славу, проводили в свободное от работы время – по ночам и выходным. Зарплату они получали за другое. Им повезло, что в Tsienlab (ее, кстати, возглавляет брат нобелевского лауреата по химии 2008 г.) было достаточно либеральное отношение к использованию сотрудниками лабораторного оборудования для целей сторонних проектов. Второе слагаемое – их целеустремленность, сдобренная научной интуицией.

3. Изначальная идея выглядела совсем не так, как мы ее знаем сейчас. В начале 2000-х Дайсерот и Бойден обсуждали возможность запускать в нейрон намагниченные частицы, которые бы при воздействии магнитного поля механически раскрывали ионные каналы на мембране. Они возились с этой моделью, считали необходимые параметры, а позже временно к ней охладели. И только после публикации Нагеля, где он продемонстрировал эффективную работу каналородопсина-2 в клетках, они поняли, что их буквально обходят на повороте. Стало ясно, что magnetic beads – не удачный вариант, нужно строить схему на совершенно другой основе, используя светочувствительный белок. И они попросили этот белок у Нагеля.

4. Их совместная статья 2005 года, которая считается одной из ключевых в истории оптогенетики, сперва была направлена в Science. Там статью не сочли важной и отклонили. В итоге она была напечатана в Nature Neuroscience.

5. Кажется, что Карл Дайсерот – ученый какой-то новой формации. Я даже не говорю о том, что он практикующий психиатр, а его главный вклад в науку лежит в области биоинженерии. Больше заинтриговало, что, по сути «открыв» технологию, он сразу стал свободно ее распространять и организовал регулярные курсы по обучению сотрудников лабораторий со всего мира – своих будущих конкурентов. Надеюсь, более циничные товарищи объяснят мне, в чем подлинный мотив так поступать. Кроме того, я обратил внимание, что все свои публикации, включая самые свежие, он выкладывает в свободный доступ.

6. Дайсерот говорит об уроках, которые он извлек из хода развития оптогенетики. Во-первых, нельзя недооценивать важность диверсификации научных исследований. Сосредоточение основных усилий и средств на какой-то одной главной проблеме ведет к вымиранию «неперспективных» направлений. Между тем решение может прийти из совершенно неожиданных источников, как это случилось с оптогенетикой. Ведь возможность ставить уникальные эксперименты по управлению нейронами in vivo появилась в т.ч. благодаря тому, что некая одноклеточная водоросль использует светочувствительный белок, и кто-то эту водоросль в свое время изучил (совершенно не имея в виду применение этой информации в нейронауке).
Второй урок состоит в том, что сохранение биологического разнообразия – насущная необходимость. Например, некоторые ценные опсины обнаружены у экзотичных одноклеточных организмов, обитающих в соляных озерах среди пустынь. Мы не можем предсказать, какие гены или молекулярные структуры окажутся важны для будущих биотехнологий. Чем больше видов вымирает, тем выше вероятность навсегда лишиться некоторых оригинальных решений.

Эта история многим известна, поэтому пару лет назад я не посчитал нужным про нее здесь упоминать. Но сейчас, по зрелом размышлении, пришел к выводу, что в данном журнале она должна присутствовать.


В 1960 году молодой, 27-летний доктор Леонид Рогозов вместе с группой исследователей высадился на побережье Антарктиды, где полярникам предстояло заложить основу базы, которая впоследствии получила название "Новолазаревская". 29 апреля 1961 года Леонид обнаружил у себя тревожные симптомы: слабость, тошноту, повышенную температуру тела и боли в правой подвздошной области. Будучи единственным врачом в экспедиции, состоявшей из 13 человек, он сам поставил себе диагноз: острый аппендицит. Консервативная тактика лечения (покой, голод, местный холод и антибиотики) успеха не имела. Состояние Рогозова ухудшалось, и он понял, что без операции не обойтись. Однако никакой возможности отправить больного со станции не было. Оставался единственный выход: делать операцию самому себе. ( Немного текста и фото )

Крошечная оса Megaphragma mymaripenne не превышает 200 микрометров в длину и сравнима по размерам с амебой и инфузорией. При этом 95% нейронов осы лишены ядра (!), что не мешает ей вести обычный образ жизни насекомого.

Нормальных, полноценных нервных клеток, в которых присутствует ядро, в ее ЦНС менее 400 штук (и менее 300 непосредственно в мозге). Для сравнения, мозг мухи содержит порядка 340 000 нейронов, мозг рабочей пчелы – 850 000. Даже в мозге осы вида T. evanescens, принадлежащей тому же роду, что и M. Mymaripenne, в мозге находится 37 000 нейронов. На этом фоне общее число нервных клеток мозга осы M. Mymaripenne, включая безъядерные, крайне мало - около 4 600 штук.

Примечательно, что массовая потеря ядер происходит в процессе метаморфоза: в нервной системе личинки нейроны, как и полагается, с ядрами. Но при переходе к взрослой стадии наблюдается интенсивный лизис, нейроны значительно сокращаются в размерах и объем мозга уменьшается.

Поведение M. Mymaripenne подробно пока не изучено. Но здравый смысл подсказывает, что животное как минимум умеет летать, обладает зрением, способно находить «хозяев» для откладки своих яиц, и поверить, что для обеспечения всей этой деятельности достаточно четырехсот нейронов, весьма затруднительно. Естественно предположить, что работает нервная система, состоящая из безъядерных нейронов. Иными словами, поведением насекомого управляют клетки, лишенные хромосом.

Я связался с автором публикации, Алексеем Полиловым из МГУ, который сообщил, что это первый случай обнаружения безъядерных нейронов у животных, и других подобных исследований, на которые можно было бы опереться, еще не было. Если у кого есть версии на тему «как это возможно», прошу поделиться в комментариях.


Alexey A. Polilov (2011) The smallest insects evolve anucleate neurons. -- Arthropod Structure & Development [Abstract и Full text]

Читаю сейчас эту книгу. Планы на нее были давно, в ридере она ждала меня на английском, но совершенно случайно встретил ее русское издание (на что даже не рассчитывал). Мгновенно купил.

Автор - компьютерный гуру и ветеран Кремниевой долины, влиятельный человек в кругах, связанных с цифровыми технологиями. Однажды перевод одной из его статей я размещал в этом жж, здесь. Сколько за ним слежу, часто высказывается вразрез с общей линией партии. Вот и в книге он, стоявший у истоков создания Сети, активно критикует то, во что она превратилась. Он пишет о том, что интернет и цифровые технологии имели шанс развиваться иначе, хотя сейчас об этом не принято задумываться. «Вы не гаджет» — критический манифест, направленный против Web 2.0. вообще и сред коллективной деятельности наподобие «Википедии» и open source в особенности. Ланир говорит, что это все «цифровой маоизм», тормозящий прогресс и утверждающий примат коллективного над индивидуальным. Если интересно, есть, например, такая рецензия.

Ниже выкладываю 4 главу. В оригинале она называется Digital Peasant Chic (в русском издании - «Цифровой шик деревенщины»). Понятно, что автор, как и всякий человек, продукт своего времени и культуры, так что ряд его замечаний могут показаться идеологически нагруженными. Но если концентрироваться на главном, там есть, к чему прислушаться:


Еще одной проблемой критикуемой мною философии является то, что она приводит к экономическим идеям, которые ставят в невыгодное положение высокие профессии. В этом и последующих разделах я буду говорить о недавно возникшей ортдоксальности в мире культуры и предпринимательства. Проблемы, связанные с излишне абстрактными, сложными и опасными финансовыми схемами, имеют отношение к идеалам "открытой", или "бесплатной", культуры.


Уничтожение встречи с судьбой

Идеология, захватившая большую часть пространства вычислительных облаков и проявляющаяся в существовании бесплатной или свободной культуры, обладает потенциалом разрушить момент, которого человечество ожидает по крайней мере с XIX века. Что произойдет, когда технологическое развитие станет достаточным для того, чтобы потенциально предложить всем людям здоровую жизнь без проблем? Получит ли преимущества лишь немногочисленное меньшинство?

Хотя относительное число очень бедных уменьшается, разница в доходах между богатыми и бедными увеличивается возрастающими темпами. Промежуточная зона между достатком и бедностью растягивается, и, вероятно, появятся новые шрамы. Медицина находится на пороге познания некоторых фундаментальных механизмов старения. Серьезные различия в достатке людей будут преобразованы в беспрецедентную, огромную разницу в средней продолжительности жизни. Развитый мир начнет испытывать на себе, как чувствуют себя сегодня наиболее униженные, голодные и больные люди в беднейших частях света. Продолжительность жизни среднего класса в сравнении с жизнью счастливых членов элиты может начать казаться ничтожной.

Как вы будете себя ощущать, если однажды утром обнаружите, что, в то время как некоторые из ваших знакомых, которые сделали или унаследовали большие деньги, подверглись процедуре, увеличивающей их продолжительность жизни на десятилетия, для вас и вашей семьи эта процедура непозволительно дорога? Такого рода утро почти любого может превратить в марксиста. ( Read more... )

В Москву буквально на один день приезжала нейрофизиолог Susan Greenfield. Пожалуй, самая именитая женщина-ученый Великобритании. Человек интересный, вызывающий споры, я не мог упустить шанса поприсутствовать на ее выступлении.

В принципе, все, что она скажет, я знал заранее. Поскольку довольно хорошо знаком с ее взглядами - читал ее замечательную книгу The Private Life of The Brain, разнообразные статьи и интервью. Ее позиция заключается в следующем: современные компьютерные технологии настолько внедрились в нашу жизнь, что начинают влиять на сознание людей. Это касается главным образом детей, у которых еще нет богатого опыта жизни и отношений «в реале» и которые все больше времени проводят наедине с компьютером. Как следствие, у них формируется и закрепляется специфичное восприятие окружающего мира.

Сьюзан любит подчеркивать, что предыдущие поколения были «людьми книги», а будущие будут «людьми экрана». И что здесь существует большая разница. Чтение (или речь - nw) доносит информацию не в прямой форме. Чтобы представить облик героев и происходящие с ними события, требуется воображение. Когда же человек смотрит картинки или видео, он воображением почти не пользуется – ему уже доставляются готовые образы. Виртуальная реальность также отличается тем, что в ней можно «отыграть назад». Гринфилд сравнивает отношение к персонажам книги и к персонажам компьютерной игры. Если за первых мы по-настоящему переживаем, то смерть героя игры нам безразлична. Мы в любой момент можем запустить игру заново, с тем же персонажем. Если ребенок много времени проводит за подобными играми, у него возникают своеобразные предубеждения относительно возможного и дозволенного в жизни. ( Далее немного текста, фото и видео )

Исключительно важная работа по трансляции тактильных ощущений опубликована на днях в Nature.

Мигель Николелис (Miguel Nicolelis), нейрофизиолог, возглавляющий Center for Neuroengineering, не перестает удивлять очередными достижениями. Лаборатория Николелиса специализируется на интерфейсах мозг-компьютер (ИМК). В начале 2000-х они наделали шуму, когда имплантировали электроды в моторную кору макаки и научили ее управлять объектом на экране с помощью джойстика. Аврора (так звали обезьяну) левой рукой двигала джойстик, а соответствующие сигналы от ее мозга шли на процессор, преобразующий эти сигналы в движения манипулятора, находившегося в другом месте. Манипулятор точно воспроизводил движения руки макаки. Тем самым проверялась работа ИМК.

Однажды экспериментаторы решили отключить джойстик, чтобы виртуальный объект на экране управлялся непосредственно сигналами от мозга Авроры (о чем она, само собой, не подозревала). Однако затем произошло то, что заставило всех присутствующих застыть на месте. В какой-то момент Аврора поняла, что двигать джойстик нет необходимости: она убрала с него руку и продолжала перемещать курсор на экране исключительно силой мысли. Можете посмотреть, как это было: видео. По признаниям ученых, в тот момент они ощутили, что присутствуют при рождении новой эры в развитии нейро-машинных технологий.

Позднее, в 2008 г., группа Николелиса провела успешный эксперимент, в котором другая обезьяна (кстати, двоюродная сестра Авроры) посредством активности мозга в течение трех минут контролировала движения шагающего робота, находившегося за тысячи километров от нее (в Японии): видео.

В том же году в Университете Питтсбурга макака научилась управлять механическим манипулятором с несколькими степенями свободы, который реагировал на команды, посылаемые мозгом. Эти кадры обошли весь мир: видео.

И вот началось новое десятилетие, и Николелис сделал следующий шаг вперед. Он добился того, чтобы сигналы шли не только от мозга в компьютер (на «выход»), но и в обратном направлении (на «вход»). Обезьяна теперь не просто управляет движением виртуальной руки, но и получает от нее обратную связь. В частности, таким способом мозг животного смог различать «текстуры» визуально неотличимых объектов. Что фактически равносильно осязанию. Без участия тела. И снова лучше один раз увидеть: видео.

Соответственно, теперь это следует называть «интерфейс мозг-машина-мозг». И что характерно, прогресс в этом направлении ускоряется. Реальные аватары уже показались на горизонте. Николелис написал небольшую заметку в Scientific American, где описывает далекие перспективы таких технологий (Mind Out of Body). Для более вдумчивого чтения у него в этом году вышла книга Beyond Boundaries, где вопрос раскрыт во всей полноте. С фрагментами можно ознакомиться здесь.


O’Doherty, J. E. et al. (2011) Active tactile exploration using a brain–machine–brain interface. – Nature [Abstract]

Свежий номер журнала Progress in Brain Research целиком посвящен технологиям ИМК и возможным социальным последствиям: ссылка. Там, к слову, есть и статья Николелиса.

Высочайший уровень профессионализма. Я бы сказал, практически недосягаемый. Все композиции исполнены безупречно. Это касается и вокала, и сопровождения. Впрочем, музыканты у Шаде всегда были великолепны. Оформление сцены минималистично, но все сделано стильно и точно гармонирует с музыкой. Публика принимала тепло, дважды зал вставал весь (кстати, он был заполнен до отказа). Длилось два часа с небольшим – все это время Шаде не позволяла усомниться в том, что входит в элиту мировой музыки. Что еще сказать, не знаю. После концертов вроде этого наши эстрадные исполнители обязаны убиться о стену.

Записал на видео одну песню. Очень пожалел, что не стал записывать больше – думал, со звуком мой аппарат не справится. Но вышло вполне себе нормально. Впрочем, в зале повсюду светились маленькие мониторы, так что, вероятно, в скором времени весь концерт коллективными усилиями будет выложен.

( Видео под катом )

Всегда с интересом отношусь к попыткам измерить неуловимое. Особенно внутренний опыт, который скрыт настолько надежно, что кажется неприступным. Речь в данном случае идет о сновидениях. Гипотетически уже сейчас можно отслеживать активность мозга спящего человека и по характеру возбуждений конкретных участков попробовать восстановить его действия во сне (даже если он сам их не вспомнит). Однако прежде нужно убедиться, что конкретное движение действительно представлено определенным паттерном активности мозга. В бодрствующем состоянии получить такие данные просто, и это давно сделано. Чтобы собрать подобную информацию в режиме сна, нужно знать, что в заданный момент времени спящий совершает определенное действие.

И здесь незаменимыми оказываются ОС – осознанные сновидения. Нейрофизиологи из Мюнхенского института психиатрии им. Макса Планка (есть и такой) измерили активность мозга, связанную с одним и тем же движением в 3-х режимах: когда бодрствующий человек реально сжимал руку, когда он это воображал и когда выполнял то же действие в осознанном сне. Профили возбуждений в сенсорно-двигательной коре получились вот такие: ( Read more... )

В повести М.Булгакова «Собачье сердце» организм пса постепенно меняет свой внешний облик и превращается в организм человека. Иными словами, в результате некоторого внешнего вмешательства происходит радикальная трансформация фенотипа, переводящая его из одного специализированного состояния в другое. Сюжет, естественно, воспринимается как фантастический, это понимают и читатели, и сам автор. Однако, просматривая некоторые научные новости последнего времени, ловлю себя на мысли, что описанное в повести не настолько сказочно, как кажется на первый взгляд.

В биологии есть близкий аналог превращения собаки в человека - на клеточном уровне. Клетки печени, мышц, нервной системы, крови и т.п. отличаются между собой, фенотипически и функционально, пожалуй, даже сильнее, чем Шарик от Шарикова. Могут ли они превращаться друг в друга? – да. Как известно, стволовые клетки способны специализироваться в любом из заданных вариантов. Первый прорыв был связан с технологиями, позволяющими любую специализированную клетку вернуть в стволовое состояние и затем превратить в клетку другого типа. Иными словами, инициировать подобие инволюции, движения назад во времени, и после заставить развиваться по новому пути. Но текущий год ознаменовался следующим прорывом: сразу несколько исследовательских групп экспериментально показали возможность превращать, к примеру, клетки кожи человека в нейроны, минуя стадию стволовой клетки, т.е. напрямую. Процесс занимает несколько недель (как у Булгакова!) и требует введения в клетку всего лишь трех-четырех факторов.

Первым это сделал Marius Wernig из Стэнфорда, о чем сообщил в мае этого года. Спустя месяц его коллега-конкурент из того же Стэнфорда, Gerald Crabtree, опубликовал свои результаты, где ему удалось добиться большей эффективности с помощью чуть измененного набора факторов (в частности, он вводил в клетки микроРНК). Практически сразу же еще две лаборатории из Милана и Сан-Франциско успешно повторили опыт с небольшими вариациями, а в августе 2011 г. ученые из Columbia University Medical Center перепрограммировали в нейроны клетки кожи пациента, страдающего синдромом Альцгеймера.

Чтобы аналогия с «Собачьим сердцем» не казалась слишком далекой, нужно просто иметь в виду, что глубокая модификация организма есть не что иное, как перепрограммирование составляющих его клеток. В этой связи крайне любопытно, что трансдифференциация возможна не только в условиях лаборатории, но и наблюдается в дикой природе. Крошечная медуза Turritopsis Nutricula известна тем, что способна к обратному метаморфозу. Достигнув половой зрелости и внеся свой вклад в репродукцию, она не умирает, как прочие организмы, а возвращается в стадию полипа, т.е. вновь становится «ребенком», откуда заново начинает процесс полового созревания и превращения в медузу. При этом фенотип и образ жизни животного меняются кардинально, что обеспечивается естественной трансдифференциацией – прямым превращением клеток одного типа в другой. Как полагают, такой цикл Turritopsis Nutricula может повторять бесконечно, и, таким образом, является потенциально бессмертной.

Разумеется, из сказанного не следует возможность превращения собаки в человека, хотя бы в силу того, что у них разные геномы. Но темпы развития клеточных технологий заставляют рассматривать даже фантастические сценарии всерьез. Перепрограммируя клетки живого организма по нашему желанию из одного типа в другой, можно изменить внешний облик довольно радикально. Также не известно, например, какие последствия будет иметь добавление нейронов в мозг человека (скажем, увеличение их общего числа на 20%). Я не думаю, что сейчас можно предвидеть, какие очертания примет мир в связи с открывающимися возможностями. Но то, что мы присутствуем при зарождении мощных инструментов, принципиально «меняющих игру», можно предположить с достаточной уверенностью.

У М.Б. Менского вышла новая книга, а я на днях только добрался до предыдущей: «Человек и квантовый мир». До того лишь читал те самые его статьи в УФН на тему связи физики и сознания. Мое дилетантское впечатление от статей (как, впрочем, и от книги) можно охарактеризовать следующим образом: очень лихо, увлекательно и неправдоподобно. Вместе с тем из книги удалось извлечь пользу. Прояснил некоторые моменты. Автор дает собственную интерпретацию квантовой механики на основе концепции Эверетта и строит захватывающую картину мира, объясняя феномен жизни совершенно необычным образом. «Многомировая» схема мне никогда не нравилась, не нравится и теперь, но, по крайней мере, я понял, что не нравилось мне не то, что утверждал Эверетт. Размножения миров эта концепция не предполагает, речь идет о выделении классических альтернатив в рамках одной-единственной квантовой реальности.

По мысли Менского, проблема состоит в том, что постулат редукции чужд квантовой механике, навязывается ей извне. Эволюция квантовой системы линейна, и коллапс волновой функции там неоткуда вывести. Редукция – результат наблюдений. И здесь тонкий момент: наблюдатель видит классический результат измерения, однако тот существует исключительно в его восприятии, реальный мир по-прежнему остается квантовым. Автор идет дальше и заключает, что восприятие мира в форме классических объектов есть универсальное свойство живого и только живого. Более того, такое свойство вытекает из данной интерпретации с необходимостью, ибо обеспечивает предсказуемость и возможность строить стратегии, что является важнейшим условием выживания. Однако сам мир как он есть представляет собой суперпозицию, коллапса в нем не происходит. Из этого положения Менский выводит ряд следствий, «объясняя» целый пласт явлений, от предвидения будущего до самоизлечения. Потусторонний мир, о котором говорят религии, есть не что иное, как квантовая реальность, куда сознание человека иногда может заглядывать. В таком ключе. Читать можно как научную фантастику.

Из положительного, подход связывает важные феномены, между которыми обычно не усматривают ничего общего. [Все сильные гипотезы, менявшие научную картину мира, обладали таким свойством]. Менский говорит: редукция и жизнь – две стороны одной медали; жизнь можно определить через способность производить редукцию… К сожалению, аргументов в пользу такой интерпретации, по существу, никаких (причем автор это понимает). Хотел было написать ему письмо, ибо возникли вопросы. Но раз вышла книга, решил воздержаться. Возможно, ответы присутствуют там. Судя по содержанию, пир духа разыгрался с новой силой.


Литература по теме:

A. Einstein, B. Podolsky, & N. Rosen (1935) "Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?" -- Phys. Rev. [PDF]

H. Everett III (1957) '"Relative state" formulation of quantum mechanics' -- Rev. Mod. Phys. [PDF]

J.S. Bell (1964) "On the Einstein Podolsky Rosen paradox" -- Physics [PDF]

М.Б. Менский (2000) "Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов" – УФН [PDF] и ответ на критику.

М.Б. Менский (2005) "Концепция сознания в контексте квантовой механики" -- УФН (с предисловием В.Л. Гинзбурга) [PDF]

М.Б. Менский (2005) "Человек и квантовый мир: странности квантового мира и тайна сознания" -- Век2, скачать djvu

Суть явления состоит в том, что электромагнитное излучение определенной частоты, направленное на человека, вызывает термическое расширение тканей внутри головы, которое приводит к образованию волн ударного напряжения. Последние воспринимаются «улиткой» внутреннего уха как звук. [Несмотря на пугающие образы, повышение температуры очень незначительно]. Звук обычно слышится как гул, свист или щелчок, и, естественно, его ощущает только человек, который подвергается воздействию. О феномене стало известно еще во время Второй Мировой войны, когда техники, работающие возле радаров, сообщали о слуховых галлюцинациях. Однако первая научная публикация вышла в 1961 году (1). Ее автором был американский нейрофизиолог Аллан Фрей, и потому у явления есть и второе название: эффект Фрея.

Применения достаточно очевидны, и по числу публикаций можно проследить, что в 1970-80х исследования велись активно. В типичном эксперименте у крыс формировали условный рефлекс на определенный звуковой сигнал. Затем вместо звука использовали излучение, и крысы вели себя тем же образом, словно слышали сигнал. Совершенно естественно, что эффектом заинтересовались в DARPA. Со временем публикаций становилось все меньше. В 2008 году проходило сообщение о проекте нелетального оружия MEDUSA: «Невидимый и неслышимый луч генерирует внутри головы жертвы громкий, практически невыносимый "крик", от которого невозможно спрятаться или заткнуть уши, пока человек находится в зоне действия луча» [membrana.ru].

Впрочем, гораздо интереснее, можно ли таким путем транслировать речь. Cуществует упоминание (3), что в 1970-х гг Joseph Sharp и Mark Grove из Walter Reed Army Institute of Research смогли посредством микроволнового излучения передать слова, обозначающие цифры от 1 до 10. Впоследствии был зарегистрирован ряд патентов по микроволновой коммуникации. Например, один из недавних: H03C/154. Комментарий автора здесь.

Если метод действительно работает, в чем у меня есть некоторые сомнения, тогда воображение рисует разные варианты. Из забавного: с его помощью можно выиграть крупный приз в викторине. Менее забавно: транслировать человеку некие инструкции, но очень тихим «шепотом», с тем, чтобы его сознание их не фиксировало. Применение в политике, бизнесе, торговле и т.п. Фактически это было бы универсальным средством манипуляции. Вообще говоря, способ адресно передавать звуковые сообщения, абсолютно неслышимые для других, рождает целый букет возможностей. Крайне удивительно, что об этом еще не сняли фильм (или я просто не в курсе?).


1. Frey AH. (1961) Auditory system response to radio frequency energy. -- Aerospace Med. [Full text ]

2. Frey AH. (1962) Human auditory systems response to modulated electromagnetic energy. -- J. Appl. Physiol. [Full text]

3. Justesen D. (1975) Microwaves and Behavior -- American Psychologist [Full text]

Полезные списки публикаций на тему для дальнейшего ознакомления здесь и здесь

Microwave auditory effect: wikipedia

Мне стоило остаться дома...

Репортаж с фотографиями под катом. ( Read more... )

Посмотрел замечательный фильм про знаменитого бонобо Канзи, который понимает человеческую речь и общается с людьми при помощи лексиграм (а не жестов). Множество документальных съемок, демонстрирующих интеллектуальные возможности обезьян. Вообще говоря, здесь как раз тот случай, когда лучше один раз увидеть. Фильм из четырех частей (три под катом). Понравилось, как бонобо играли в «страшное»: одна обезьяна надевает себе на голову маску злой обезьяны и начинает пугать другую. Когда с Канзи разговаривают по телефону – тоже впечатляет.




После просмотра не отпускает вопрос: если человекообразные настолько развиты, то отчего живут как [прочие] обезьяны. Если для выживания такие способности им не нужны, каким образом они появились в ходе эволюции? Тогда, получается, естественный отбор за это не в ответе. Вот в свежей статье Е.Кунин пишет, что у эволюции генома можно обнаружить некие законы, и что они обходятся без отбора. Может, с эволюцией интеллекта происходит похожая штука. Кроме того, способности врановых и попугаев очень высоки, почти на уровне шимпанзе – а эволюционная история совсем иная и мозгов совсем ничего. ( Read more... )

Это случилось со мной лет семь назад и больше не повторялось. Я проснулся с закрытыми глазами, ничего необычного. Подумал, спать ли дальше или пора бы уже вставать. Решил, что пора вставать… Почему-то не смог открыть глаза. Еще попытка – не открываются. Что за ерунда. Не получается пошевелиться. Ни рукой, ни ногой. Слышу собственное дыхание – ровное, глубокое. Дыхание спящего. Глаза закрыты, поэтому темно. Меня выручило то, что я знал, что такие вещи случаются, в том нет ничего экстраординарного и паралич должен пройти. Хотя не известно, сколько времени это займет. В квартире я был один.

Прошло несколько минут. Очень необычное чувство – слышать собственное дыхание и понимать, что в данный момент совершенно не властен над ним. Тело снабжает себя кислородом и целиком контролирует данный процесс. Машина работает сама по себе. Если что, я не смогу вмешаться… Не прекращаю попыток пошевелиться - безрезультатно. Ничего не происходит. Уже довольно долго, и это начинает беспокоить. Ощущаю себя запертым в темном замкнутом пространстве. Передать на словах сложно. Словно есть я, помещенный внутрь некоего объема, и в этих границах «я» могу перемещаться. Попробовал перевернуться лицом вниз. Ощутил, что «я» действительно перевернулся и «взгляд» у меня теперь упирается в подушку. При этом понимаю, что настоящая голова никуда не сдвинулась и по-прежнему лежит на затылке. Другими словами, внутренняя модель тела подчиняется моим командам. Я мечусь как бестелесный дух в темноте, не в силах выбраться наружу. Прикидываю, сколько времени прошло. Уже прилично.

Вдруг включается радио. Это объяснимо, поскольку я его использовал в качестве будильника. Обрадовался, предположив, что сейчас все нормализуется. Однако ничего не происходит. Слышу все прекрасно: в студию пришел Михаил Козаков, с ним разговаривают, он что-то рассказывает. Слушаю передачу. Не могу не слушать. Проходит минут двадцать. Какой-то абсурд. Все это чрезвычайно любопытно, конечно. В исследовательских целях. Но уже становится совсем не занятно. Дальше-то что делать?


По моим оценкам в этом состоянии я пролежал порядка сорока минут. Прекратилось все внезапно. Связь с телом восстановилась. На всякий случай потом проверил, действительно ли была передача с М. Козаковым. Была.

В своей недавней книге Tell-Tale Brain В.Рамачандран посвятил отдельную главу происхождению языка. В главе присутствует ряд оригинальных идей, не буду их здесь пересказывать. Я решил перевести небольшой фрагмент. Его можно читать независимо от прочего содержания, и в нем автор предлагает любопытный мысленный эксперимент. Итак, перевод:



Что мы подразумеваем под «знанием» или «пониманием»? И как миллиарды нейронов порождают эти свойства? Это полнейшая загадка. Надо признать, когнитивные неврологи все еще не определились по поводу точного смысла таких слов как «понимать», «думать», как и с самим словом «смысл». Но задача науки как раз состоит в том, чтобы искать и находить ответы, шаг за шагом, путем предположений и экспериментов. Можем ли мы подобраться к этим загадкам экспериментально? Скажем, как насчет связи языка и мышления? Как можно было бы опытным путем исследовать неуловимое соединение между языком и мыслью?

Здравый смысл подсказывает, что некоторые виды активности, относимые обычно к мышлению, языка не требуют. Например, я могу попросить вас поправить лампочку на потолке и показать на три деревянных ящика на полу. Вы можете в своем воображении произвести манипуляцию зрительными образами ящиков – поставив их один на другой с целью добраться до лампочки – прежде, чем вы сделаете это в реальности. Это не ощущается так, как если бы вы задействовали внутреннюю речь типа «Давай поставим ящик А на ящик В». Это происходит, словно мы производим данное размышление визуально, не используя язык. Однако нам следует быть осторожными с такого рода сокращением, поскольку интроспекция происходящего в чьей-то голове (постановка друг на друга трех ящиков) не является надежным ориентиром относительно того, что происходит в действительности. Не будет невероятной ситуация, когда внутреннее манипулирование зрительными символами активирует те же системы, что работают при использовании языка, хотя задача кажется чисто геометрической или пространственной.

Оставим визуальное воображение на некоторое время и зададимся тем же вопросом применительно к формальным операциям, лежащим в основе логического мышления. Мы говорим «Если Джо больше Сью, а Сью больше Рика, тогда Джо должен быть больше Рика». Вам не требуется вызывать в воображении ментальные образы, дабы понять, что вывод («тогда Джо должен быть..») следует из двух предпосылок («Если Джо…, а Сью…»). Это еще легче осознать, если вы замените их имена абстрактными символами А, В и С: если А>В и В>С, следовательно, должно быть справедливо, что А>С. Мы также можем интуитивно полагать, что если А>С и В>С, это не означает, что А>В. ( Read more... )

Я помню Aaliyah (в августе будет 10 лет со дня ее гибели). Буду помнить и Amy Winehouse. Обе были неподражаемы.

Во время операции на мозге пациенты нередко остаются в сознании, и это предоставляет ученым шанс выборочно активировать некоторые его участки, одновременно общаясь с оперируемыми. Таким путем можно порой получить любопытные результаты. Например, показать, насколько мозг самодостаточен в своей виртуальной реальности: даже поведение собственного тела его интересует меньше, чем собственные выдумки.

При электрической стимуляции нижней теменной области правого полушария у людей, лежащих на операционном столе, возникало сильное желание подвигать левой рукой или ногой. Стимуляция той же зоны на левом полушарии вызывала у них потребность шевелить губами и произносить слова. Если интенсивность тока усиливали, у пациентов появлялась убежденность в том, что они произвели эти движения (в действительности никаких движений они не совершали).
Напротив, стимуляция премоторной коры провоцировала явные движения руками или губами, при этом люди твердо отрицали, что пошевелились. Авторы публикации в Science, комментируя свой эксперимент, отмечают, что, по всей видимости, осознание производимого действия возникает не в результате обратной связи от мышц, совершающих работу – т.е. не от действия как такового – а в связи с активностью зон мозга, где изначальное намерение сопоставляется с достигнутым состоянием. [Если желаемое состояние достигнуто, то сигналы от моторных систем уже не представляют интереса и не воспринимаются].

This finding strengthens the conclusion that awareness of initiating and executing a movement is not derived from afferent inputs but rather from the internal computations carried out in the posterior parietal cortex before action. Our data are compatible with behavioral studies showing that we are largely unaware of sensory feedback about the ongoing state of our motor system, as long as our intentions are achieved.

Desmurget et al. (2009) Movement Intention After Parietal Cortex Stimulation in Humans – Science [PDF]

ДЭНИЕЛ ДЕННЕТ [Daniel Dennett]— профессор философии, директор Центра когнитивных исследований Университета Тафтса. Автор нескольких книг, среди них — «Трактовка сознания», «Опасная идея Дарвина» и «Эволюция свободы».

Я верю, но пока не могу доказать, что владение человеческим языком (устным или письменным) — необходимая предпосылка сознания, в смысле существования субъекта, «Я», отличного от внешнего мира. Следовательно, животные и дети, еще не умеющие разговаривать — хотя они могут быть восприимчивы к опасности, способны страдать и испытывать боль и обладают замечательными познавательными способностями во многих отношениях (а в чем-то даже большими, чем у обычного взрослого человека), — не обладают сознанием в том смысле, о котором мы говорим. Иначе говоря, не существует (пока) целостного субъекта, способного страдать или получать удовольствие, способного переживать опыт и его интеллектуально осмыслять.

Это утверждение может шокировать тех, кто боится, что оно лишает животных и маленьких детей нравственной защиты, но это не так. Чью боль испытывает новорожденный? Пока нет того, кому она «принадлежит», но этот факт не дает нам разрешения причинять боль детям или животным, точно так же как и жестоко обращаться с телами людей, находящихся в коме, хотя у них, определенно, отсутствует сознание. Если личность развивается постепенно, то некоторые типы событий только постепенно становятся переживаниями, и не существует четкой границы между неосознаваемой болью (если ее можно так назвать) и сознаваемой болью; и к тому, и к другому нужно относиться этично. (И, конечно, в любом случае истинность эмпирической гипотезы совершенно не зависит от ее этических следствий, какими бы они ни были. Те, кто избегает тех или иных гипотез по чисто нравственным причинам, потакают собственным желаниям и тем самым препятствуют истинно научному подходу. Я был бы счастлив наделить животных и маленьких детей «личностью», но лишь по нравственным, а не по научным соображениям.) Тот, кого моя гипотеза шокировала, может сделать паузу и обратить внимание, что ее одинаково трудно как подтвердить, так и опровергнуть. Но я думаю, когда-нибудь она будет подтверждена. И вот что для этого потребуется. ( Read more... )

Между прочим, известный многим Палеонтологический институт РАН носит имя Алексея Алексеевича Борисяка, основателя и первого директора этого учреждения. Именно он в 1927 году впервые описал и открыл миру странного мастодонта, жившего в миоцене (15-4 млн. лет). Борисяк дал ему название Платибелодон. Нижняя челюсть мастодонта сильно выдавалась вперед и заканчивалась плоскими сросшимися резцами, что придавало ей форму лопаты. По первоначальной версии такое приспособление использовалось, чтобы выгребать растительность в мелких водоемах, накрывая ее верхней губой.

В начале 1930-х гг. окаменелости платибелодона также были раскопаны в Китае американскими палеонтологами. В одном месте им удалось обнаружить сразу 26 особей разных возрастов. По ним можно было заключить, что челюсть платибелодона принимала лопатообразную форму только по достижении взрослого состояния. Одна из реконструкций животного выглядела примерно так:





Встречался и такой вариант, внешне сближавший платибелодона не со слоном, а, скорее, с бегемотом.
Спустя много лет, в 1992 году палеонтолог David Lambert внимательно изучил окаменелости и предложил новую версию внешности и образа жизни животного. По его мнению, платибелодон не черпал растительность из воды, а срезал своей «лопатой» ветки обычных наземных растений. Вместо плоской губы, как в классическом варианте, у платибелодона был полноценный гибкий хобот, которым он придерживал побеги. И обитал он не только у водоемов, но и в других экологических ареалах. Реконструкция в этом случае выглядит так: ( Read more... )

На днях Александр Марков написал пост, который вызвал у читателей разногласия и множество взаимных упреков. Автор сделал следующее утверждение:

Все поведенческие признаки человека - наследственны, то есть хотя бы отчасти зависят от генов, а не только от среды. Так (примерно) звучит "первый закон генетики поведения", сформулированный еще в 2000 году.

На мой взгляд, в таком виде тезис нарочито провокативен, и нет ничего удивительного в том, что он у многих вызывает неприятие. Ниже - некоторые соображения, которые, как мне кажется, нужно учитывать, рассматривая генетическую компоненту поведения.

Прежде всего, желательно знать, что следует понимать под «поведенческим признаком». Потому что от этого в огромной степени зависит, с чем люди готовы согласиться, а с чем нет. Явного определения никто не привел, но фактически предлагается так называть любое достаточно регулярное действие человека [оставляю за скобками вопрос о поступках, которые человек совершает в своей жизни считанное число раз либо вообще лишь однажды – хотя они могут иметь решающее значение в его судьбе].

Подчеркну, что высказанный Марковым тезис можно трактовать как минимум двумя способами. Это обстоятельство во многом служит источником многочисленных разногласий, поэтому имеет смысл отделить один от другого. Первый вариант понимания достаточно очевиден и не должен вызывать возражений даже у самой радикально настроенной публики. Поведение человека определенно зависит от генов в том смысле, что человек развивается как примат. У него две руки, две ноги, большой сложный мозг, посредственное обоняние и довольно острое зрение. В силу этого он, например, полагается в основном на зрительную информацию. Он не может питаться с помощью фотосинтеза, поэтому ест органическую пищу. Он не способен дышать воздухом под водой – его организм генетически не предназначен к этому – и он под водой не живет. Иными словами, деятельность человека, при всем ее разнообразии, возможна постольку, поскольку ей способствует специфическое устройство его организма, в т.ч. мозга. А это, разумеется, определяется генами в огромной степени. Не думаю, что в этом месте найдется почва для споров.

Вместе с тем автор, конечно, имел в виду другой уровень вопроса. ( Read more... )

Интересующимся работой мозга известен следующий мысленный эксперимент. Человеку заменяют нейрон на искусственный чип, выполняющий ту же функцию. В ответ на входящий импульс чип генерирует электрическую активность, которую выдал бы удаленный нейрон. По всей видимости, подмена одного нейрона не скажется на работоспособности мозга, его возможностях памяти и мышления. Следовательно, можно повторить процедуру. Манипуляцию последовательно проводят со всеми нервными клетками, помещая на их место правильно запрограммированные чипы. В итоге мозг будет состоять целиком из искусственных элементов, обменивающихся сигналами между собой. Для философов данный эксперимент служит поводом поставить ряд важных вопросов о природе сознания.

Физиологи и биоинженеры подходят к проблеме менее глобально, но гораздо более практично: они пытаются выяснить, выполнима ли функция нейрона искусственными средствами в живом мозге. Иначе говоря, возможен ли в действительности нейропротез. Реальные (не мысленные) эксперименты на эту тему имеют не столь долгую историю. Как правило, исследуется деятельность нервных клеток, связанных с моторикой и движением. Однако в этом месяце в журнале Journal of Neural Engineering вышла знаковая статья. Впервые ученым удалось переложить с нейронов на электроды обеспечение когнитивной функции – долговременной памяти.

Исследователи создали способ произвольно включать и выключать память у крыс с помощью мультиэлектродной матрицы. «Щелкните переключатель, и крысы будут запоминать; щелкните обратно, и крысы потеряют эту способность», - с нездоровым блеском в глазах признается первый автор публикации Theodore Berger. Подчеркну, электроды использовались не для разрушения, а для восстановления памяти. Это принципиально важно. Суть эксперимента вкратце: крысы учились нажимать на педаль, основываясь на памяти о прошлом нажатии. Чтобы получить порцию воды, им следовало нажать правую педаль, если до этого они нажимали левую, и наоборот. В голову крысы имплантировали 32 электрода, по 16 с каждой стороны, направляя их в две области гиппокампа, т.н. CA3 и CA1. В процессе обучения и выполнения заданий регистрировалась активность нейронов. Показания обрабатывались на компьютере специальной программой multi-input/multi-output (MIMO), которой авторы очень гордятся и чья предсказательная способность, собственно, проверялась данным экспериментом. На основании входящих сигналов от нейронов CA3 эта MIMO должна была спрогнозировать исходящие сигналы нейронов CA1. Чтобы понять, насколько верно ей это удается, исследователи нарушали связь между этими участками, вводя в гиппокамп крысы блокатор глутаматных NMDA-рецепторов (MK801). После инъекции препарата животные утрачивали способность помнить прошлые действия, и не могли выполнить задачу. И вот тогда ученые включали электроды в режим стимуляции, которые по алгоритму MIMO генерировали спайки вместо молчащих нейронов. Функция памяти возвращалась. Ничего не подозревающие крысы снова могли запоминать.

Таким образом, ученым удалось показать, что искусственный протез может выполнять работу, которая в естественных условиях выполняется нейронами, даже когда речь идет о поддержании когнитивной функции, в данном случае памяти. В дальнейшем подобный эксперимент ученые планируют провести на обезьянах (если им, конечно, позволят). Сложно предвидеть, насколько далеко наука сможет продвинуться в данном вопросе. Тем не менее, первый шаг сделан. И этот шаг исторический.


Theodore W Berger et al (2011) A cortical neural prosthesis for restoring and enhancing memory. -- J. Neural Eng. doi: 10.1088/1741-2560/8/4/046017

Полгода назад я уже немного затрагивал этот вопрос. Теперь дополню.
Возможно, у немалого числа людей со школьных лет сложился в голове определенный эволюционный сценарий. Согласно ему рыбы постепенно учились перемещаться по земле, сначала двигаясь в основном при помощи тела, извиваясь (примерно вот так). И лишь спустя миллионы лет, по мере того как модифицировались плавники и укреплялась мускулатура, они смогли овладеть техникой передвижения, присущей современным тетраподам. Однако такой сценарий не обязателен. Даже сейчас существуют настоящие, в полном смысле слова, рыбы, плавники которых уже сложно назвать плавниками (fins). Это вполне себе конечности (limbs), которым позавидует любая кистеперая рыба. Например:



Это так называемая рыба-лягушка (еще и еще). Их много разновидностей, но почти все они используют свои конечности по назначению: для ходьбы. Взгляните.




Таким образом, рассматривая эволюцию, уместно предположить, что соответствующая преадаптация возникла прежде всякого выхода на сушу. Учиться такой рыбе особо нечему, она уже освоила ремесло и располагает необходимым инструментарием.

Волосы, как легко убедиться, полые.

Во многих текстах, рассказывающих о белых медведях, до сих пор встречаются два утверждения: что мех медведя прозрачный и что он подобен оптоволокну, доставляющему солнечный ультрафиолет прямо к коже. Это якобы обеспечивает животному постоянный источник тепла. А некий физик Daniel W. Koon давно говорит: ерунда это все. Распространенный миф. Он еще в конце 1990-х взял и экспериментально проверил, как волос белого медведя проводит свет [см. здесь].

Вот кожа белого медведя действительно черная. Без шерсти он бы выглядел примерно так.
Под катом, для сравнения, волос человека. ( Read more... )

Известная иллюзия, называемая reverse-phi motion, создает у наблюдателя впечатление направленного движения, когда на самом деле объект на картинке «пульсирует» туда-сюда. Это получается засчет добавления эффекта частого мелькания изображения: зрение каким-то образом обманывается. Но это не новость. Новость заключается в том, что данной иллюзии, оказывается, подвержены не только высокоорганизованные существа, такие как люди, но и обычные мухи.

Об этом пишут в свежем PNAS. Провели эксперимент над дрозофилами, и их крошечные мозги оказались восприимчивы к иллюзии. Авторы утверждают, что «иллюзия присутствует в сигналах дендритов распознающих движение нейронов» и предполагают, что в царстве животных работает единый механизм обнаружения движения.

John C. Tuthill, M. Eugenia Chiappe, and Michael B. Reiser (2011) Neural correlates of illusory motion perception in Drosophila -- PNAS [ Full Text ]


Удивлен.

Marianne von Werefkin. “Ave Maria“. 1927. Бумага на картоне, темпера. 91.5 x 74.


За затейливым именем на латинице скрывается просто Марианна Верёвкина (1860-1938).
Во второй половине 1880-х училась у Репина, тот ее высоко ценил. В 1888 г. случился трагический эпизод на охоте, она нечаянно задела платьем сложенные пирамидой ружья и схватилась за ружье, которое выстрелило и покалечило кисть правой руки. А правая рука была у художницы как раз рабочая, и окончательно так и не поправилась. Ей пришлось научиться писать картины правой рукой, удерживая кисточку при помощи специального приспособления.

На десять лет прекращала заниматься живописью и вернулась к работе уже в возрасте 46 лет. В 2002 году одну из улиц Мюнхена, между Пинакотекой модерна и музеем «Царство кристаллов», назвали её именем – Marianne von Werefkin–Weg. (Открыть Street View)

Чем-то трогает картина, но я не в силах объяснить. А человек с гуманитарным складом ума делает это легко:

«Слева на переднем плане мы видим сценку возле кафе, далее - уличных девок, справа - фигуру священника, отбрасывающую огромную тень. Возникает мотив движения против часовой стрелки. Двумя диагоналями уходящей вдаль перспективы городской улицы обозначен центр композиции - светящийся храм. И он - как неприступная крепость - скрывается внутри клубящегося живописно-вкусного цветового мрака. Два стимула к движению - туда и оттуда - создают динамичное равновесие, в котором зрителю и спокойно, и неспокойно одновременно, но каждый сам выбирает личностную точку балансирования между». -- отсюда

Чтобы быстро улучшить работу мозга, достаточно обычной 9-вольтовой батарейки. К ее «плюсу» и «минусу» крепятся два провода, их противоположные концы помещаются в куски губки (или ваты), смоченные соленой водой. Эти кусочки губки фиксируют на противоположных сторонах головы – и вот вы уже запустили процесс транскраниальной стимуляции мозга постоянным током (transcranial direct-current stimulation, tDCS). [Для безопасности желателен еще и резистор, в целом получается примерно вот так].

«Апрельский номер журнала Nature рассказывает об экспериментах Винсента Кларка, нейробиолога из Университета Нью-Мексико (США). Кларк обнаружил, что tDCS повышает способность к обучению. По условиям эксперимента группе добровольцев надлежало играть в компьютерную игру DARWARS Ambush!, разработанную для тренировки военнослужащих, направляемых в Ирак. Ее суть заключается в выработке умения замечать объекты, скрытые на фоне сложного ландшафта. Посредством электродов, прикладываемых к голове, испытуемые во время игры получали 30-минутную электростимуляцию на правой стороне мозга. Участники, которым подавался ток силой 2 миллиампера, показали результаты в два раза лучшие, нежели те, кто подвергался стимуляции током величиной всего 0,1 мА.
«Они обучались быстрее, но у них нет никаких предположений или внутренних ощущений насчет того, почему это происходило», — говорит Кларк. Ученый рассматривает tDCS в качестве способа практически разделить механизмы обучения и сознания. По его словам, данная область исследований «в скором времени испытает взрывной рост и даст нам множество новой информации, в то же время поставив перед новыми вопросами».
Помимо ускорения процессов обучения, стимуляция мозга оказывает влияние на ряд других свойств психики. В частности, эту методику всерьез рассматривают как перспективное средство для лечения депрессий, посттравматических стрессов, задержек речевого и психического развития, других нервных расстройств». -- отсюда

С одной стороны, можно порадоваться тому, что найден новый неинвазивный и простой (дешевый) метод, с помощью которого можно повысить эффективность работы мозга, убрать отдельные дефекты, улучшить обучаемость и т.п. Но с другой стороны, именно его простота представляет собой проблему, но уже не научного, а социального свойства: этот метод доступен каждому. Сейчас начинается пора экзаменов. К примеру, - рассуждает Nature, - часть студентов/абитуриентов воспользуются стимуляцией и тем самым получат преимущество. Каковы перспективы общества, в котором те, кто не прибегает к искусственной стимуляции, заведомо оказываются в проигрышной ситуации? Возникнет среда, вынуждающая людей применять tDCS, даже если они к этому не стремятся.

Автор обозначает проблему, но не предлагает решения. По-видимому, его и нет на текущий момент. В то же время, уже сейчас значительный процент взрослого населения в тех же США потребляет всякого рода фармакологию, сидит на антидепрессантах. Можно ли здесь провести параллель?

Fox D. (2011) Neuroscience: Brain buzz — Nature

У 10-летнего Дагана Смита врачи обнаружили опухоль в бедренной кости. Ногу предстояло ампутировать. Мальчику рассказали, что после операции он сможет ходить с помощью протеза. Но Даган не собирался просто ходить – ему надо было уметь бегать, потому что он очень любил бейсбол и не собирался отказываться от любимой игры. Поэтому он попросил врачей придумать что-то другое.

Тогда врачи предложили редкую процедуру: нога ампутируется, опухоль удаляется, а затем к остатку бедра пришивается здоровая нижняя часть ноги с разворотом на 180 градусов. Таким образом, пятка получается вывернутой вперед и выполняет роль колена. И уже к стопе крепится протез. «Это именно то, что нужно», - заявил Даган. Операция была сложной и заняла в совокупности 25 часов.

Сейчас Дагану 13 лет, он играет в школьной бейсбольной команде. С первого взгляда невозможно определить, что у него нет пол-ноги. Он лишь немного прихрамывает, да и то лишь потому, что пришитая часть намеренно оставлена чуть длиннее: ведь здоровая нога продолжает расти. Со временем они сравняются.

Поражаюсь: а) возможностям медицины, б) первым человеком, который придумал такое решение и в) невероятной пластичности нервной системы.
Фото и видео убираю под кат, потому что не для впечатлительных. ( Read more... )

В ролике ВВС показано, как формируется человеческое лицо у эмбриона. Если кто полагает, что просто постепенно проявляются глаза, нос, рот и т.п., то он ошибается. Процесс представляет собой замысловатую последовательность трансформаций - появления и исчезновения странных образований - и только в конце приводит к чему-то похожему на лицо.



Это фрагмент из свежего фильма ВВС ''Inside The Human Body'' (2011).
В youtube появился первый эпизод: Creation [ Часть1, Часть2 , Часть3, Часть4 ]

Американский психолог Гари Харлоу (Harry Harlow) заработал своими опытами зловещую репутацию даже у коллег. Парадокс в том, что он тем самым добыл для науки данные, доказавшие необходимость более теплого отношения людей друг к другу. Это случилось в 1950-е годы.

Первоначально Харлоу занимался разработкой теста интеллекта для обезьян. Он показал, что они способны решать задачи гораздо более сложные, чем считали авторы более ранних исследований. Изучая макак-резус, Харлоу изолировал детенышей от матерей и их сверстников. Именно это обстоятельство сыграло решающую роль в том, что Харлоу натолкнулся на открытие, принесшее ему славу.

Он заметил, что обезьянки, когда их разлучали с матерью, делались чрезвычайно привязанными к махровым полотенцам, которыми устилали пол клетки. Они стискивали их в своих кулачках, обнимали их и впадали в истерику, когда полотенце отнимали. Что происходило? Привязанность в то время понималась исключительно в терминах пищевого подкрепления. Младенец любит мать, потому что она утоляет его голод. Харлоу кормил детенышей из рук, из маленьких бутылочек. Когда он бутылочку убирал, обезьянки просто отворачивались. Но когда он пытался отобрать у них полотенце, происходило нечто совершенно иное: макаки начинали истошно визжать, кидались на пол и вцеплялись в полотенце мертвой хваткой. Харлоу смотрел на вопящих обезьян и думал о том, как возникает любовь. К нему пришла неожиданная мысль. Как пишет его биограф Блюм, лучший способ понять сердце – разбить его. Вскоре Харлоу приступил к своим знаменитым экспериментам. ( Read more... )