homuncul

Лед тронулся.. Рубежный эксперимент

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
Меня один вопрос интересует. Все же реальный нейрон использует какие-то квантовые свойства вещества или нет.

Если нет, то получится, что машина фон Неймана может быть неотличима от человека и может мыслить образами. Нет же никаких образов в компьютере. А у меня — есть))
компьютеры тоже квантовые свойство используют 8)
Все химия это использование квантовых свойств - орбитали электронов квантованы, а именно они определяют химическую активность элементов.

Но и во всех полупроводниках "дырки" - это то же порождения квантованности энергетических уровней в кристаллах.

Вот интересно, это что-нибудь Вам прояснило? 8)
Многообещающе. Но если человек, будучи по своей природе не совершенным (а в некоторых случаях - алчным, злобным и жестоким) научиться полностью управлять головным мозгом, это будет беда - фантастические фильмы и запрограммированных и "очипированных" людях станут реальностью.
Алчность, злобство и жестокость - достижения эволюции, которые помогают выживать миллионам поколений. Это проявления совершенства. Несовершенство тут видят только идеалисты в своем выдуманном мирке.

Стада управляемых людей аналогичны переходу от одноклеточных организмов к многоклеточным - в многоклеточных клетки утрачивают прежнюю свободу и теряют индивидуальность, но такие организмы круче одноклеточных по многим параметрам. Поэтому стада управляемых людей - это будет вершиной эволюции.
"Для философов данный эксперимент служит поводом поставить ряд важных вопросов о природе сознания".

Для философов данный эксперимент служит наглядным подтверждением идиотизма физиологов и биоинженеров.
"...Функция памяти возвращалась. Ничего не подозревающие крысы снова могли запоминать..."
На практике, это видимо означает, что на сигнал с компьютера крыса давила на педаль правильной лапой. Мне кажется, нужны более основательные доказательства для авторского утверждения, приведенного выше.
замените мне мозг,
занавесьте мне окна туманом...
Кстати, а Вас этот эксперимент разве удивил?
В целом не удивил. Его значимость в том, что от теории перешли к практике. Другое дело, что он, конечно, не доказывает возможность полной замены всех нейронов. Однако же когнитивные усилители, восстановление отдельных функций и т.п. вещи становятся теперь гораздо ближе к реальности.
Надо валить с этой планеты!
А то скоро тут начнут все ужастики в жизнь воплощать!

И, как обычно, про сомнения: что-то маловато электродов! Очень сомнительно, что такая сложная функция возмещается всего 32 электродами! Думаю, большую часть функции выполняет всё же сам гиппокамп, а электроды выполняют, всего лишь, более или менее адекватную стимуляцию.
Re: Надо валить с этой планеты!
Совершенно верно, основная работа по-прежнему исполняется нейронами гиппокампа. Электроды лишь восстанавливают блокированную связь между двумя участками.
Это мысленный эксперимент такой. По его условиям чип должен воспроизводить все значимые свойства нейрона. Значит, и пластичность в том числе.
Интересно, а в чем-нибудь полученный результат проясняет сами механизмы запоминания? То есть научились их включать/выключать, но помогло ли это что-то новое о них узнать?

Это мне напоминает прошлогодний эксперимент Крейга Вентера с бактерией, в которой заменили натуральный геном на синтезированную ДНК. Да, интересно. Да, демонстрация технических возможностей. Но принципиально новых знаний о геномах это не дает.
Не поймите неправильно. Разумеется, практическая ценность здесть есть, причем, имхо, больше, чем в случае с бактерией с искусственной ДНК.
Ничего удивительного. Всё идёт по плану (с).