Category: наука

homuncul

Куда нас приведут исследования обезьян с человеческим геном

Почему они интригуют больше, чем нашумевший эксперимент по изменению ДНК китайских девочек Лулу и Наны?

«Представьте себе модифицированных макак особого типа. Они не служат моделью аутизма или болезни Альцгеймера, на них не тестируют лекарства. Их гены изменены, и в сравнении с обычными макаками эти особи более склонны к определенным зависимостям. Или же они более конформны в социальном поведении, или же острее реагируют на некий подпороговый стимул. Подобных обезьян совсем нетрудно вообразить, если проследить логику уже начатых исследований. Так на живых моделях будут проверены важные гены человека. И так генетическая инженерия получит шанс превратиться в социальную».


Изначально мой текст должен был быть про новость о встраивании гена человека в ДНК обезьян: такой опыт провели китайские генетики. Но я подумал, что полезнее будет взять шире и сказать о большой игре, которая началась. Это игра научных держав вокруг генов, влияющих на мозг: она наберет ход в ближайшие годы, и ее плоды могут быть весьма чувствительными для всех.

Фактически в тексте представлен один из сценариев. Или, если угодно, одна из стратегий, которая может быть реализована, исходя из логики развития научных исследований. Неизбежности тут нет, но неплохо бы знать, что происходит: какие риски открываются и какого рода соблазны возникают. Обезьяны -- как вы догадались, лишь подготовительный этап. Но ключевой. И вы поймете, почему.

Теперь об этом можно рассказать (с)

И да, самое главное: если вы как страна не участвуете в игре, вы уже проиграли.

Трансгенные обезьяны важнее гмо-детей

homuncul

Интерфейс с облаком

Читается как научная фантастика. Группа ученых написала программный текст про отдаленное будущее, где граждане будут иметь прямую высокоскоростную связь мозга с интернетом. Авторы называют ее “интерфейс мозг-облако”. Реализуется через введение в пространство внутри черепа огромного флота микро- и наноботов, которые отслеживают каждый нейрон и его синапсы. Прямо так и пишут: direct monitoring of the brain’s ∼86 × 10^9 neurons and ∼2 × 10^14 synapses.

Я сам всячески приветствую игру воображения и бывает, вполне сознательно, повышаю ставки. Но все же не в научном журнале: тут даже на мой вкус изложено слишком лихо. Авторы даже подсчитали, что все введенные боты не превысят 9% объема мозга, что в пределах допустимого.

В чем я солидарен с ними -- в том, что микро- и наноботы неизбежны. Это путь, по которому пойдут самые передовые разработки вокруг интерфейсов и прочих нейротехнологий. В DARPA так и считают и играют на опережение, стимулируя исследования именно в этом направлении и демонстративно отмахиваясь от улучшения традиционных’ методов типа МРТ или ЭЭГ. Есть, однако, разница: снимать сигнал со всех клеток коры (вполне верю) и снимать со всех нейронов мозга в целом, включая мозжечок (а зачем, собственно?). Плюс авторы как-то уж совсем игнорируют вопрос обработки столь мощного потока данных в реальном времени, просто уповая на дальнейший прогресс IT технологий. Удивлен.

Впрочем, там и помимо обработки очень много вопросов, как практических, так и теоретических. Напр., авторами неявно подразумевается, что имея детальную картину активности всех клеток, мы сможем загружать знания и навыки в человека в готовом виде. Откуда это следует, неясно. Я специально посмотрел дату публикации и убедился, что она датирована не первого апреля.

Если же не привязываться к нереальным, на мой взгляд, ориентирам, посыл статьи сильно перекликается с текстом, который я писал на ту же тему: что нас ждет симбиоз человека и техносферы через подключение напрямую к мозгу. Правда, я писал в убеждении, что немного перегибаю, а оказалось что поскромничал, на фоне смелых редакторов Front. Neurosci.
Группа авторов: Human Brain/Cloud Interface
Tags: , ,
homuncul

В поисках человека. Серая зона

“Несколько лет назад психологи из Гарварда обнаружили, что люди воспринимают пациентов, находящихся в вегетативном состоянии, более мёртвыми, нежели реально мёртвых. Похоже, это связано с тем, что смерть мы явно или подспудно расцениваем как отделение души от тела, и душа, таким образом, продолжает осознавать, размышлять и чувствовать, а в состоянии «овоща» сознание отсутствует – нет ни мыслей, ни эмоций”.

Написал на днях про исследования Оуэна -- он доказал, что часть вегетативных больных находится в сознании, и даже смог установить с ними контакт. В реальности, путь от первых догадок до полноценных и убедительных экспериментов занял много лет. Пройти такой путь, от всеобщего скепсиса до триумфа, мог только по-настоящему увлеченный и упорный человек.


Началось с того, что Оуэна посетила гениальная идея. Возможно, она посещала не только его, но именно ему хватило смелости и безрассудства, чтобы ее воплотить. С середины нулевых он неоднократно становился хэдлайнером новостей, в т.ч.и я писал про его знаменитый эксперимент.

Но тогда я просто изложил техническую часть. Теперь же мне важно было поставить акцент -- о чем эти эксперименты “на самом деле”. Как пишет сам Оуэн в конце 5-й главы своей книги:

I realized that by investigating the gray zone, we were really investigating what it means to be alive. We were exploring the border between life and death. We were right at the nexus of trying to figure out the difference between a body and a person, the difference between a brain and a mind.

Фактически, замер сознания у пациентов -- не только медицинский вопрос. На более фундаментальном уровне это попытка определить, кого мы считаем человеком. Со времен известного спора Платона и Диогена мы укротили атом и вырвались в космос, но в понимании самих себя вряд ли бы сильно впечатлили древних греков.

А зачем понимать? Хотя бы затем, что вскоре у нас в руках будут инструменты, способные направленно и глубоко изменять природу человека [прежде всего, генная инженерия и нейротехнологии]. И затем, что прежние нормы и системы управления рушатся, а в турбулентности у нас уже вполне хватит сил уничтожить цивилизацию целиком. И еще затем, что “радио есть, а счастья нет”. Словом, это не блажь и не любопытство философа. Это способ наименее болезненно войти в новую эпоху, где веками выработанные правила и приемы перестают работать. Чтобы сохранить ценное.

Возвращаясь к Оуэну, в книге он описывает свой многолетний поиск, делится любопытными деталями экспериментов с пациентами, своими мыслями и переживаниями. Добавляет объема в восприятие темы. История из первых рук -- читал не отрываясь, язык простой и понятный. Надеюсь, переведут.

В оригинале книгу выложил здесь

Моя новая статья про Оуэна.
homuncul

Этика мозга в пробирке

Несколько видных ученых, среди которых такие крупные фигуры как George M. Church и Christof Koch, собрались подумать, куда идет техника создания органоидов и химер. Какие проблемы мы получим в недалеком будущем.

Сейчас органоиды всего лишь комки клеток, с ними проводят разные эксперименты, тестируют лекарства, но где остановиться? Можно вырастить мини-мозг и делать с ним всякое -- с какого момента (объема) он превращается в чувствующий объект, к которому применимы этические принципы?

То же касается химер, животных с человеческими органами (частями органов). Вот, скажем, мыши с половиной мозга из клеток человека, надо ли к ним относиться как-то иначе. Или, добавлю от себя, обезьяны со встроенными генами человека. Технически многие вещи уже возможны либо будут скоро возможны.

“По мере того, как суррогаты мозга становятся более крупными и более сложными, вероятность того, что они обладают способностями, близкими к человеческим, может стать менее отдаленной. Такие возможности могут включать в себя способность чувствовать (в некоторой степени) удовольствие, боль или страдание; способность хранить и извлекать память; или, возможно, даже восприятие субъектности или осознание себя”.






Трудность в том, что ситуация уникальна, никогда человек с подобным выбором не сталкивался. Нет ориентиров в прошлом опыте, трудно понять, от чего отталкиваться. Плюс технически мы не умеем “измерять” сознание или уровень страдания, да и в целом эмоции и переживания.

Если органоиды соединены в систему -- вот мозг(и), вот печень и сердце, вот легкие и желудок -- то какой статус у этой системы? Это чувствующий организм или препарат для опытов любого рода? Неизвестно.

Авторы формулируют вопросы, которые появляются при развитии нынешних биотехнологий и не дают ответов. Ответы они призывают искать сообща.

Что меня порой смущает в таких воззваниях -- чрезмерное педалирование этической стороны, которая может препятствовать научной работе. Особенно в нынешних условиях, когда чувства, интеллект и сознание “находят” повсюду, от растений до одноклеточных.

С другой стороны, вопросы интересные и нетривиальные. А опыты с такими системами могут пролить свет как раз на природу и механизмы сознания.

The ethics of experimenting with human brain tissue” -- Nature, April 2018

homuncul

Юбилей гомункулуса

На моей аватарке изображен сенсорный гомункулус. Фигурка стоит в Музее естественной истории в Лондоне. Причем рядом там есть моторный гомункулус, они похожи, но не стоит их путать. Многие уже знают, отчего “человечки” выглядят так странно. Но знаете ли вы, что сегодня их день рождения? Гомункулусы появились ровно 80 лет назад, их “открыл” канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд вместе с Эдвином Болдри. Первого декабря 1937 года вышла их статья в журнале “Brain”.


Да, 3D версии созданы гораздо позже, на основе плоских рисунков, а вот рисунки — плод научных исследований. В статье авторы впервые выдвигают идею гомункулуса и дают его изображение. Статья наполнена сводками данных, полученных из кортикальной стимуляции 126 пациентов, их Пенфилд оперировал под местной анестезией в период между 1928 и 1936 гг.

По собранным данным авторы построили карту двигательной и соматосенсорной локализации в мозге человека. В статье карту представили как искаженную человекоподобную фигуру. Гомункулус изображен висящим вверх тормашками, голова отделена от тела, и отдельно показаны глотка и язык. Болдри свел воедино все точки стимуляции по всем пациентам для каждой части тела, взяв их из рабочих заметок Пенфилда, фотографий и рисунков.

Пенфилд (слева) и Болдри (в центре) создали гомункулуса (справа).

А если кто не знает, столь причудливые пропорции “человечка” иллюстрируют идею того, как части тела представлены в мозге. Кисти, губы и язык гораздо сильнее иннервированы, их связи с мозгом богаче, и потому они огромны на фоне рук, ног и туловища.


Здесь заложено очень сильное упрощение, так как четких границ в мозге между зонами нет. Гомункулус дает лишь грубое приближение вероятности того, где нейрохирург может найти активацию определенных частей тела. Как пишет автор статьи по ссылке ниже, “нет никаких сомнений, что Пенфилд и Болдри хорошо знали об этом”.


Спустя десять лет Пенфилд предложил новый рисунок гомункулуса, более качественный. Но и тогда он предупреждал, что “такого рода рисунки могут легко ввести в заблуждение, если придать слишком много значения форме и сравнительным размерам.”


Гомункулус, тем не менее, стал удачной метафорой сложных неврологических связей мозга и тела и, вероятно, никогда не потеряет свое место в учебниках. Так считает Марко Катани, написавший в журнале “Brain” посвящение гомункулусу, и я с ним согласен.

"A little man of some importance", Brain, 2017 (обложка кликабельна)


P.S. Пенфилд занесён в Канадский зал медицинской славы, его именем названо авеню в Монреале. В 1958 он стал иностранным членом Академии наук СССР. Всего за жизнь четыре раза посещал СССР: в составе Британо-Американо-Канадской миссии в 1943 г., потом в 1955, 1958 гг., и в 1962 г. в связи с травмой Льва Ландау.

3D гомункулусы в музее: фото
Плоские гомункулусы: пример

homuncul

“Живые электроды” для стимуляции мозга

Идея в том, чтобы роль проводящего кабеля выполнял пучок нервных волокон, вживленных в мозг извне. Авторы радикально решают проблему биосовместимости. Вместо того чтобы искать новые материалы, стремясь снизить иммунный ответ, авторы берут обычные нейроны -- ведь аксон тоже принимает и передает электрический потенциал. Они презентуют концепцию “живых электродов”, которые не только полностью совместимы с тканью, но и растут в ней, точно связываясь с клетками нужного типа.

Нейроны сперва выращивают в полой трубке. Далее ее имплантируют в выбранное место коры, вводят как обычный зонд. Разница в том, что часть трубки, что находится внутри мозга, со временем рассасывается и остается лишь пучок нервных волокон -- по нему можно отправить сигнал в мозг.

В центре -- стандартный электрод, воздействие сильное, но нет избирательности. Справа -- оптрод, избирательность есть, но свет проникает неглубоко. Слева -- живой электрод: высокая избирательность, долгий срок службы, не требует введения вируса в ткани.

Нейроны можно вырастить из стволовых клеток самого человека, тогда организм примет их как своих. Можно их запрограммировать на синаптическую связь только с клетками определенного типа, что даст избирательность стимуляции. Нейронам (живым электродам) можно придать чувствительность к свету, заранее встроив ген светочувствительного белка. Тогда вспышка света запустит потенциал действия, и не нужно подводить ток. И конечно, нейроны в пучке можно по-разному запрограммировать и получить разные режимы стимуляции.

Опыты по выращиванию нейронов в трубках длиной 3.7 мм (А)  и 6 мм (В).

Очевидно, что такой живой электрод интегрируется в ткань мозга и будет работать дольше обычных зондов, гипотетически всю жизнь организма. Один аксон способен синаптически связаться с сотнями и даже тысячами клеток. Авторы пишут, что уже строят живые электроды, где от 5 000 до 50 000 нейронов в колонке, и она лишь в два раза толще человеческого волоса.

Пока идею, похожую на интерфейс из “Аватара”, толком не протестировали, но у авторов богатый опыт в тканевой инженерии.

Не уверен, что именно эта схема взлетит, но направление верное. Электроника будущего, нацеленная на интеграцию с телом, неизбежно будет гибридной. И чем более совместимой, мягкой и неощутимой она будет становиться, тем больше в ней начнет проступать черт живого.

“Engineered Axonal Tracts as “Living Electrodes” for Synaptic-Based Modulation of Neural Circuitry” | Advanced Functional Materials | doi: 10.1002/adfm.201701183

homuncul

Зачем оптогенетике вода?

Ну, все уже знают про оптогенетику -- вы светите в мозг какой-нибудь крысе, и у нее возбуждаются нейроны. Не все, а лишь те, что реагируют на свет. И это по-своему замечательно, т.к. вы выбираете, какие клетки сделать светочувствительными. Но что если вы хотите “включать” клетки по одной? Не получится. Обычно в мозг вводят оптоволокно, оно там крепко сидит, и луч не настолько тонкий, чтобы попасть в один только нейрон. Даже если пустить такой луч, как им крутить?

Очевидно, на конец зонда хорошо бы поместить линзу и как-то менять ее фокус и поворачивать, чтобы луч как указкой ходил бы по разным клеткам. Но вот проблема: линза должна быть крохотной, уложиться бы в полсотню микрометров, плюс нужен поворотный механизм, а это механика, подача энергии и отвод тепла, и на таких масштабах очень трудно сделать дешево.

Но инженеры из MIT придумали. На конце зонда мааленький круглый резервуар глубиной 12 мкм со скошенными стенками. Туда заливают масло и сверху воду, они не смешиваются, и возникает четкая граница между ними. Это и есть линза. На стенках конуса электроды -- вы подаете напряжение, ток меняет поверхностную энергию стенок с гидрофобной на гидрофильную. То есть вода как бы проминает масло по бокам, граница выгибается вверх. Так называемый эффект электросмачивания. И теперь вы можете с помощью напряжения выбирать радиус кривизны линзы, то есть управлять фокусом.

Read more...Collapse )
homuncul

Капилляры как сенсоры активности нейронов

В мозге открыли еще одну сеть передачи электрических сигналов. Ее образуют капилляры, они реагируют на активность нервных клеток, пуская гиперполяризационную волну “вверх” в кровеносные сосуды-артериолы. Сигнал вызывает их расширение, и кровоток в капиллярном русле растет. Нейроны получают кислород.


Вопрос о том, как нейрон регулирует доставку крови, дискутируется в науке давно. Один микролитр коры содержит почти метр общей длины сосудов, где преобладают капилляры. Количество капиллярных эндотелиальных клеток в мозге соответствует количеству нервных, а любой капилляр проходит менее чем в 15 мкм от ближайшего тела нейрона. Такое устройство анатомии подсказало ученым идею, что сигнал от капилляра к артериоле был бы эффективным способом направить поток крови в зону микроциркуляции в ответ на нейронную активность.


Схема одного из экспериментов. Через открытый череп к капиллярам мозга мыши пипеткой вводили ионы калия
и двух-фотонным лазерным микроскопом отслеживали изменения кровотока в сосудах

Чтобы проверить гипотезу, авторы статьи в Nature Neuroscience провели сложные эксперименты как на изолированных сосудах, так и на живом мозге анестезированных мышей. Они показали, что у капилляров есть калиевые рецепторы; порция ионов калия вызывает быстрое распространение гиперполяризации вверх от капилляра к артериоле (авторы назвали это ‘обратным потенциалом действия’), стенки сосуда расширяются и кровь поступает в зону, где возникли ионы калия.

Поскольку ионы K+ высвобождаются при каждом потенциале действия нейрона, такой механизм увязывает кровообращение в мозге с ритмом активности нервных клеток, а капилляры играют главную роль в надежном снабжении их кровью. Авторы даже приходят к выводу, что эндотелиальные клетки капилляров больше напоминают синцитий -- тип ткани с неполным разграничением клеток -- который сопряжен с гладкой мускулатурой артериол.

Гипотеза, конечно, требует дальнейших исследований. Статья предъявляет данные в ее пользу, трактуя капилляры в виде обширной сенсорной сети, которая контролирует динамику кровообращения в мозге. Но авторы допускают, что подобная схема действует и в других электрически активных тканях, таких как сердечные и скелетные мышцы.

Capillary K+-sensing initiates retrograde hyperpolarization to increase local cerebral blood flow | Nature Neuroscience | doi:10.1038/nn.4533

homuncul

Запретные исследования

В MIT прошла мини-конференция по запретным исследованиям.
Она так и называлась: Forbidden Research, вот программа. Вот видеозапись.

Несколько раундов обсуждений (панелей) по разным темам. Защита информации, редактирование геномов, направленное изменение климата, ислам и безопасность, хакеры культуры и этики, сексуальные отклонения в VR.

З
анятный состав спикеров. Тут и Кори Доктроу, и Джорж Черч, и Эдвард Сноуден, и Джой Ито (директор MIT Media Lab) и даже Александра Элбакян (Sci-Hub).

Почему запретные? Потому что ряд исследований подпадают под ограничения, правовые либо моральные, и их трудно пробить. Но они могут дать сведения, которые нужны обществу. Эту мысль и взялись отстоять участники конференции.

Самой смелой или, по крайней мере, провокативной была тема: Sexual deviance: can technology protect our children?
Речь о том, что роботы всё больше станут походить на людей. Наша психика начнет наделять их “жизнью”. Из этого целый клубок следствий, меняющих нормы поведения. В том числе: роботы как секс-партнеры. Влюбленность, ревность, извращения.

1.jpg

Следом очевидный шаг -- секс-роботы могут иметь внешность ребенка. Как мы должны отнестись к этому? Что предпринять?

Можно ли надеяться, что роботы “примут на себя” агрессию педофилов и тем самым спасут реальных детей? Либо напротив, это детабуирует практику, послужит ей подкреплением и затронет детей еще сильнее?

2.jpg

У науки нет ответа. И его нельзя узнать без исследований -- скажем, в виртуальной среде (VR), как предлагает Kate Darling. Взаимотношения людей с роботами гораздо шире этой узкой темы, но именно её изучить труднее всего. По понятным причинам. Обратил внимание, что всё это перекликается с моим постом 2013 г. про издевательства людей над роботами.

Еще одна панель -- барьеры на пути распространения знаний. На связи Александра Элбакян, которой мы все обязаны Sci-Hub.

3.jpg

Жизнерадостная девушка с плохим английским, которая не может посетить Европу или США, поскольку считается “пиратом”. Приятно удивили как её готовность идти до конца (верит, что paywall обречен), так и аплодисменты зала: её действия illegal, но публика в MIT поддержала.

Выбор тем программы может казаться неполным и произвольным. Но здесь важен сам факт конференции. Я бы смотрел на это как на симптом. Ученые заговорили открыто: нужны перемены.

Наука может больше, чем общество готово ей позволить. Так было всегда, но сейчас, похоже, барьеры останавливают само развитие науки. Ряд вещей просто нельзя изучать. И эти вещи ключевые для общества: технология рождает вызовы, с которыми мы столкнемся уже скоро.

Проблема в том, что правила, по которым мы живем, регулируют мир 1990-х без всеохватного интернета 24/7, социальных сетей и технологий блокчейн. Без редактирования ДНК и синтеза организмов, доступного любителю. Без умных роботов, массовой безработицы и виртуальной реальности. Чтобы смягчить посадку в мир 2030-х (а он будет сильно другим), наука должна быть на шаг впереди. Она к тому времени уже должна знать ответы.

Сейчас технология все больше опережает знание. Это угроза. Лучше наоборот.

Думаю, к конференции так и стоит относиться: дискуссия открыта. Наверняка продолжится, вовлечет больше экспертов. И не так важны их ответы, как поставленные вопросы. Инициатором стала известная MIT Media Lab -- лишнее подтверждение, что там мыслят вдолгую.
homuncul

Мозг: новая метафора или почему нейроны – не главное

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.
[Нажмите для пояснения к картинке]
(A) Distributed groups of neurons produce electrical signals which are transmitted through a vast network of neural fibers, collectively known as the white matter. This defines the digital component. As these electrical signals flow through the white matter, it generates a complex manifold of neuronal electromagnetic field (NEMF), which defines the analog component. The NEMF then influences, by induction, the behavioral of the pools of neurons that gave rise to it. The same concept is showed in (B) using an electrical circuit equivalent, where groups of neurons work as batteries and a coil generates the NEMF that acts upon the original groups of neurons. In (C) a block diagram represents the dynamic and recursive nature by showing that once groups of neurons (digital component) generate an NEMF (analog component), the latter will influence the same group of neurons at a different time epoch, which defines a distinct internal brain state. The neurons, on their turn, generate a new NEMF, allowing the recursive process to continue.

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.
2. От доктрины нейрона уже начали отказываться (теперь функциональный элемент нервной системы – сеть).

Upd. The Journal of Neuroscience: передача импульса в мозге может идти за счет слабых электрических полей [...]
homuncul

И снова о наследовании

В австралийском UNSW, входящим в 50 лучших университетов мира, окопались биологи-подрывники. На первый взгляд они просто возятся с мухами, но по факту выходит безобразие. Сначала они установили, что если одних личинок кормить лучше, чем других, то мухи из первых получатся крупнее – а главное, потомство от них тоже выйдет крупным. Если выражаться научно, это эпигенетическое наследование, а более понятным языком – ламаркизм1. В таких случаях всегда обидно за попу-ляризаторов, отдающих себя борьбе с предрассудками и убедительно (а иные – еще и остроумно) доказывающих публике, что приобретенные признаки не наследуются. И тут бы этим биологам образумиться и остановиться – в конце-концов они не первые, кто показал такое наследование, и никакой новой беды тем не создали. Но это такие люди… как выясняется, настоящие вредители.



Набрали они снова личинок, кормили одних вдоволь, других скудно, и взяли получившихся мух-самцов. Крупных и мелких. Далее этих самцов стали скрещивать с неполовозрелыми самками (бывают и такие). Понятно, что от такого скрещивания никакого потомства быть не может – но так и было задумано. Когда же яйцеклетки у самок созрели, им ‘подложили’ самцов противоположной группы. Какое в итоге получилось потомство? Очевидно, что от мелких самцов мелкое и наоборот – это подтвердит любой попу-ляризатор, законы генетики на его стороне. Но в австралийской лаборатории случилось иначе: потомство было того размера, что и самец, бывший у самки первым.

«Мы выяснили, что даже при условии, что оплодотворил самку второй самец, размер её потомства определялся тем, как питался – будучи личинкой – самец, спарившийся первым» - заявляет сотрудница лаборатории Анджела Крин. Ей хватает наглости утверждать, будто их эксперимент выводит вопрос о механизмах наследственности на новый уровень: «самец может передавать свои приобретенные признаки потомству, полученному в результате оплодотворения другим самцом».

как они видят ситуациюCollapse )

Одним словом, негодую. Только что вышла их публикация, и название намеренно вызывающее:

Angela J. Crean et. al -- “Revisiting telegony: offspring inherit an acquired characteristic of their mother's previous mate” -- Ecology Letters, 2014 [Abstract]

_____________
1 Возражение в духе «тут не затрагивается последовательность ДНК» не работает – Ламарк ничего не знал про гены.
homuncul

Татьяна и Криста

Продолжаю следить за судьбой двух девочек, сросшихся головами. Это самые необычные сиамские близнецы: у них соединены структуры ствола головного мозга (thalamus bridge на картинке). Сенсорная информация от тела Кристы поступает в мозг Татьяны, и наоборот. Одна сестра может чувствовать прикосновение к другой, видеть её глазами – словом, у них там работающий естественный нейроинтерфейс.




Недавно им исполнилось семь. Через пару-тройку лет можно будет напрямую поинтересоваться, как это ощущается изнутри. Есть подозрения, что у них идет обмен не только сенсорной информацией. Каким-то образом они принимают совместные решения молча и вообще мало разговаривают друг с другом. В большинстве случаев им без слов понятно, чего хочет сестра. Если у них действительно существует взаимопроникновение на уровне психики, хоть в какой-то степени, это делает их абсолютно уникальными людьми.

Перед нами ярчайший пример пластичности нервной системы. Девочки адаптировались более чем удачно, хотя такая ситуация не предусмотрена природой. Пожелаем им здоровья и полноценной жизни, насколько это возможно в их ситуации. В то же время ясно, что исследований не избежать, хотя родители изо всех сил держат оборону. Там много вопросов, касающихся развития сознания и целостности «Я» в условиях, когда информация поступает не только от своих органов чувств, но и от чужих. Если есть доступ к чужому сознанию, то как он организован. В научном плане самое ценное, на мой взгляд, в том, что возник прецедент сознания, у которого два независимых наблюдателя. Для философов и когнитивных психологов это отличный шанс проверить свои теории. А мы можем попытаться представить соответствующий эксперимент.

Подробнее про сестер я написал здесь.
В марте 2014 состоялась премьера очередного документального фильма. Выкладываю его ниже. Продолжаем наблюдение.

homuncul

Хак мозга. Теперь ультразвуком

Стимулируя мозг ультразвуком, можно улучшить сенсорное восприятие человека. Стандартный неврологический тест на дискриминационную чувствительность – способность различать два прилагаемых к коже раздражителя одновременно – люди проходят успешнее после воздействия слабым фокусированным ультразвуковым лучом, направленным в голову.

Обычно для тестирования используются легкие покалывания руки. С какого-то момента испытуемый перестает различать две близко расположенные иголки, ощущая их как одну. Таким путем устанавливают, каков предел чувствительности для данного индивида. Помимо пространственного разрешения можно проверить восприятие временных интервалов – сможет ли человек отличить дуновения воздушных струй, если они следуют с высокой частотой. Экспериментально показано, что после стимуляции ультразвуком определенного участка сенсорной коры чувствительность людей возрастает: они улучшают свои показатели в дискриминационном тесте. О чем сообщает свежий Nature Neuroscience.

Отмечу, что ученые из Virginia Tech предварительно измеряли ЭЭГ соответствующей зоны сенсорной коры в момент стимуляции руки. После воздействия на эту зону ультразвуком ЭЭГ становилась слабее. При этом чувствительность руки, напротив, усиливалась. То есть менее мощный режим работы мозга приводил к улучшению восприятия. Авторы исследования предполагают, что ультразвук слегка погасил активность нейронов, в результате чего волна возбуждения стала распространяться на меньшее расстояние. Отсюда и повышение разрешающей способности – сигналы меньше накладываются друг на друга.

Ультразвук, судя по всему, становится еще одним крайне полезным неинвазивным методом не только диагностики, но и фундаментальных исследований. Его преимущество в том, что он позволяет с высокой точностью добираться до любых участков в глубине мозга, и по степени локализации превосходит как ТМС (магниты), так и микрополяризацию (слабый ток). Эксперименты по ультразвуковой стимуляции проводились в СССР еще в 1970-е, но потом дело заглохло, и в наши дни метод возвращается в науку уже силами американцев. В сочетании с современными технологиями визуализации типа фМРТ его потенциал значительно возрос. С его помощью можно улучшить восприятие и даже избирательно стимулировать нервные пути, вызывая те или иные соматосенсорные ощущения. Интересующимся когнитивными усилителями, думаю, стоит обратить внимание на этот метод. Экспериментаторы наверняка попробуют поработать с областями, связанными с интеллектуальными функциями (например, для восстановления при болезни Альцгеймера).

Legon et. al -- Transcranial focused ultrasound modulates the activity of primary somatosensory cortex in humans -- Nat. Neurosci, 2014 [Abstract]
homuncul

Тонкие срезы

1. Потребляемая пища влияет на экспрессию генов
Примерно год назад появилась статья в Cell Research. В крови и тканях человека присутствуют молекулы растительных микро-РНК. Если регулярно есть рис, то с большой вероятностью мелкие РНК риса пройдут через желудочно-кишечный тракт и обоснуются в тканях органов. Что особенно радует, они способны связываться с одним из экзонов гена рецептора ЛНП и тем самым регулировать количество соответствующего белка в организме. Проверяли как in vitro, так и in vivo. Статья заканчивается заявлением, что влияние функциональных РНК одного царства (растения) на организмы другого (животные, млекопитающие) может оставить свой след в эволюции человеческой популяции. Сильно смущало, что исследования сделаны в Китае, выводы предложены смелые; оставалось подождать развития событий.

В декабре 2012 PLoS ONE публикует статью американской лаборатории, где анализировали образцы плазмы разных людей. Основной результат: наш организм кишит молекулами РНК всевозможных бактерий, архей, грибов (живущих в биоценозе с человеком), а также молекулами РНК, полученными из внешней среды, в частности, через употребление пищи. Установлено, что у американцев преобладают РНК пшеницы, а у китайцев – РНК риса (что логично). Помимо этого обнаружены РНК соевых бобов, томатов, винограда и даже насекомых (мух, комаров, пчел). Далее ученые решили проверить, способен ли этот «мусор» воздействовать на работу генов организма-хозяина. У них вышло, что да, способен: it is clear that the expression profiles of a number of genes in the cells were affected by some of the exogenous RNA sequences (очевидно, что профили экспрессии ряда генов в клетках оказались затронуты некоторыми из экзогенных последовательностей РНК). Авторы высказывают мысль, что такие микро-РНК служат средством коммуникации между различными популяциями внутри организма, в частности между органами человека и его микробиомом.


2. Перемещением клеток в мозге управляет электричество
Раньше грешили на хемотаксис. Движение клеток объяснялось химическими сигналами. Теперь пишут, что существует нечто вроде электрических дорог, которые указывают клеткам путь. Абстракт: Механизмы, управляющие миграцией нейробластов из субвентрикулярной зоны (СВЗ), поняты недостаточно хорошо. Мы сообщаем, что эндогенные электрические токи служат наводящим сигналом для движения нейробластов. Мы обнаружили наличие естественного электрического тока (1,5 ± 0,6 мкА/см2, средняя напряженность поля ~ 3 мВ / мм) вдоль рострального пути миграции в головном мозге взрослых мышей. Электрические поля сходной силы направляют миграцию нейробластов из СВЗ в культуре и в срезах мозга. Пуринергический рецептор P2Y1 опосредует эту миграцию. Результаты показывают, что естественные электрические токи служат в качестве нового управляющего механизма для ростральной миграции нервных клеток.


3. Волевой контроль кортикальных осцилляций и синхронии
Обезьянок подключили к интерфейсу мозг-компьютер, причем усиление активности нейронов в определенном частотном диапазоне и в конкретных участках моторной коры приводило к нужному перемещению курсора и получению вознаграждения. Приматы научились надежно генерировать осцилляторные гамма-волны, что сопровождалось резким увеличением синхронности спайков. Эксперимент показал, что индивид может напрямую управлять специфическими паттернами, связанными с синхронностью возбуждений нейронов. Целый ряд заболеваний, как предполагается, вызван как раз нарушением синхронии в мозге. Так что подобную биологическую обратную связь можно использовать для их лечения.


4. "Awakening"
Большой текст в The Atlantic о том, как анестезия проливает свет на некоторые стороны сознания. Очень сложные случаи, когда пациенты пробуждаются во время операции, чувствуют боль, но не могут пошевелиться и издать звук. По-видимому, сознание не бинарно (есть/нет), а континуально. В эпоху повсеместного сокращения длины текстов, данное эссе являет пример старой основательной журналистики. Мое почтение «Атлантику» за то, что сохраняет этот жанр.
homuncul

Групповой отбор: Уилсон, Докинз, Анти-Уилсон

Новая книга Эдварда О. Уилсона The Social Conquest of Earth сейчас в списке лидеров продаж Amazon по разделу «Эволюция». Уилсон давно вошел в учебники, национальной научной медалью награжден еще в 1976 году, на три года раньше Ричарда Фейнмана. Кроме того, он входит в число немногих, кто стал лауреатом Пулитцеровской премии дважды. Специализация Уилсона - эволюция социальных видов. Важная и богатейшая тема как сама по себе, так и в узком смысле, применительно к Homo sapiens. На это накладывается определенная предыстория, эволюция взглядов самого Уилсона: в семидесятые он революционизировал свою область, положив начало социобиологии (за что нещадно получал от эволюционных психологов), теперь же от части своих взглядов отказался, взявшись реабилитировать групповой отбор, что вызывает возмущение с противоположной стороны. Прочитать The Social Conquest of Earth было в планах, но намерение сделать это многократно усилилось после того, как ознакомился с рецензией Ричарда Докинза.

Сомнений, что книга вызовет у Докинза недовольство, разумеется, не было. Интересовало, до какой степени и что будет предложено в качестве возражения. На первую часть ответ исчерпывающий: Докинз обвинил Уилсона в непонимании эволюционной теории и призвал выбросить книгу with great force («Зина, в печку её!»). Рецензия написана в традиционном для Докинза ключе, который его сторонники, возможно, назовут прямотой и решительностью, а недоброжелатели - грубостью на грани хамства. Я не вижу здесь большой проблемы. За много лет Докинз хорошо усвоил, какой стиль текстов приносит ему успех, и следует ему. Рецензией, впрочем, это можно назвать лишь условно: Докинз не говорит, о чем книга, не рассматривает содержание с разных сторон, а фокусируется исключительно на одном вопросе – существует ли групповой отбор.

По этому поводу сразу вспоминается его пятилетней давности короткая перепалка с Фрименом Дайсоном. На этот раз Докинз «отчитывает» не физика, пусть и выдающегося, а биолога, всю жизнь занимавшегося эволюцией. Здесь, однако, также нет проблемы, если доводы популяризатора крепки и убедительны. К сожалению, чтобы до них добраться, пришлось почти три страницы читать рассуждения, напрямую не относящиеся к делу. Сперва Докинз укоряет Уилсона, что тот не отреагировал на критику своей резонансной статьи в Nature (формально это не так, на критику есть ответ), а затем перессказывает теорию эгоистичного гена и кин-отбора Гамильтона. Те, кто знаком с этими концепциями, первую половину текста могут благополучно выкинуть with great force и перейти непосредственно к вопросу, почему групповой отбор – наивная методологическая фантазия, не существующая в природе. Read more...Collapse )
homuncul

Может ли автомат тосковать по свободе воли?

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).
homuncul

Мельчайшее животное с уникальной нервной системой

/

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]
homuncul

Осеннее обострение. Квантовый некопенгаген

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
homuncul

Микроволновой слуховой эффект: уши затыкать бесполезно

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
homuncul

Во что мы верим, но не можем доказать. Три мнения

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...Collapse )
  • Current Music: Far East Movement "Rocketeer"
homuncul

Гены и поведение. Моя версия

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...Collapse )
Tags: ,
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
homuncul

Хак мозга в домашних условиях

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


  • Current Music: Q-Tip "Vivrant thing"
homuncul

Ньютон биологии еще не родился. Разговор с эмбриологом

Каждый из нас когда-то был крошечным комком клеток. Во всей биологии, пожалуй, развитие организма можно назвать одним из наиболее поразительных и фундаментальных процессов. В нем же, на мой взгляд, находятся ответы на многие вопросы, касающиеся эволюции. В обоих случаях мы имеем дело с «превращением». Мне довелось поговорить со специалистом, непосредственно изучающим и наблюдающим эти вещи.

Ниже интервью, которое я взял у научного сотрудника лаборатории (Германия), специализирующейся на эмбриологии высших позвоночных, в особенности млекопитающих. Моего собеседника зовут Николай. Его отдел занимается вопросами раннего развития (возникновение полярности), движения клеток и возникновения сердца.

Подробнее не сообщаю: инкогнито в данном случае – это возможность свободно высказаться на важные темы, не обдумывая при этом, насколько политкорректным будет ответ. Я заинтересован в максимальной откровенности. Полагаю, засчет этого интервью выиграло. Мы обсудили в числе прочего, работает ли биогенетический закон, почему эмбриологи говорят о «полях», в чем неполнота неодарвинизма, какова роль генов, и другие вопросы, важные для понимания живого.

Текст плотный, для вдумчивого чтения.много буквCollapse )
homuncul

Другой способ связи нейронов - электрическое поле

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

Бернд-Олаф Кюпперс: возникновение живого существа отражено в эволюции его границ

«…Мы столкнемся с похожей проблемой, если попытаемся описать функции машины исключительно в физических и химических терминах. Также эффективность машины может быть вычислена очень точно, но эти вычисления не дадут нам понятия о ее функциональных свойствах. Простое знание об эффективности машины даже не позволит нам определить, что перед нами: паровой двигатель или современный автомобиль. Даже если бы у нас было полное описание материальных свойств машины плюс полный список всех ее компонентов (данные о двигательной силе и энергопотреблении), мы все равно не смогли бы ничего сказать о ее функции. Скорее, чтобы такое представление о функции у нас сложилось, нам понадобилось бы подробное описание порядка сочленения компонентов, т. е. как бы чертеж машины.
Мы можем иначе выразить эту мысль, сказав, что организация машины характеризуется особым набором границ между материальными частями системы. Благодаря своей особой подборке эти разграничения определяют такие связи в системе, через которые физические законы вынуждают систему служить той цели, ради которой она и была спроектирована. Изъясняясь более абстрактно, эти разграничения определяют такие условия, при которых естественные процессы действуют внутри системы неким конкретным образом.

Идея границ заимствована из физики, где эти границы обозначают пределы, в которых существует система (как, например, стенки контейнера, содержащего газ, или движение диэлектрической шайбы по проводнику). Более того, в традиционной физике эти разграничения рассматриваются как условные, т. е. они не являются случайными, но и не детерминированы законами. Они могут быть структурированы данным способом или же любым другим. Например, если мы будем варьировать в разумных пределах стенки газового контейнера, это не сильно скажется на основных свойствах системы в целом.
В отличие от границ в простых системах, границы в системах функциональных (как, например, машина) исключительны, поскольку сами являются безусловными свойствами системы. Это означает, что подобные системы напрямую зависят от своих границ и что даже малейшее отклонение в системе границ скорее всего приведет к полной утрате функциональных свойств. Однако в отношении машин мы редко употребляем термин «разграничения», чаще мы говорим о проектах, чертежах, схемах. Схема машины содержит информацию о ее конструкции, и через эту информацию - данные о функции. Таким образом, термины «безусловные разграничения» и «информация» оказываются эквивалентными, поскольку оба указывают на функциональную организацию машины.

Огромное значение понятия границ станет гораздо наглядней, если машинную метафору перенести на живой организм. Очевидно, что организм заключает в себе целую иерархию границ на различных уровнях сложности. На фенотипическом уровне данные разграничения представлены как согласование между целым и различными его частями, что прекрасно отражает пример с машиной. На генотипическом уровне эти разграничения заложены в четком порядке мономеров в несущей информацию молекуле нуклеиновой кислоты. На самом деле нуклеиновая кислота и сама по себе представляет собой разграничение, т. е. она задает пределы, в которых действуют естественные законы, и эти пределы сводят неизмеримое число разнообразных физических законов к небольшому набору законов, которые действуют в живой системе.

Майкл Полани был первым, кто по достоинству оценил значение и важность понятия границ, которые он назвал неразложимым свойством живой материи. Главным его аргументом было то, что разграничения кодируют схему живого организма И что они не более следуют естественным законам, чем проект машины следует физике. У Полани были свои причины утверждать, что невозможно полностью понять живые системы посредством физики, и эти причины нельзя просто отбросить. Понятия функции, целесообразности и информации не представляются ложными в понятийных рамках физики. В традиционной физике это иллюстрируется тем, что границы системы (например, контейнера с газом) рассматриваются как условные, а не как завязанные на некие физические принципы.

Сегодня подходы традиционной физики к биологии сильно изменились, и точка зрения Полани утратила свою актуальность. Сегодняшние понятия самоорганизации призваны объяснить возникновение специфических границ из неспецифических физических условий. В этих понятийных рамках полагают, что эволюция специфических границ началась со случайного первичного состояния. И через динамичную обратную связь, включающую в себя также некоторые оценочные механизмы, это первичное состояние изменяет себя шаг за шагом до тех пор, пока не достигнет той специфичности, которую мы привыкли ассоциировать с приспосабливающимися живыми системами.» -- цитата из "Мир биологической сложности"


Такая мысль:
Граница (мембрана) - преобразователь энергии, так как если бы не было преобразования, мы бы не видели эту границу в микроскопах. Но так как устройства, с помощью которых мы выделяем свойства мира, охватывают далеко не весь диапазон уровней энергии, то часть границ-мембран мы не обнаруживаем. В клетке, а также в микротрубочках, может быть, существуют множество мембран, которые мы не видим (например, между белками или между этапами в цикле Кребса). Кроме того, сам процесс наблюдения может оказываться разрушительным для этих границ.
Отсюда требуется осторожность в сопоставлении формы и функции.
homuncul

2010-2020: Какая идея набирает силу? Отвечают ученые.

Между прочим, закончилось первое десятилетие 21 века.
Я попросил некоторых ученых, имеющих lj, задуматься о десятилетии предстоящем. И задал им следующий вопрос: какая тенденция, которая еще не всем видна, будет увеличивать свое влияние в ближайшие 10 лет? Это может быть другой способ думать об определенных вещах, какой-то метод работы, подход к проблеме, взгляд на действительность, другая оценка известного/неизвестного, уже существующая теория и т.д. Иными словами, что, на их взгляд, уже начинает меняться и в ближайшие годы станет заметным трендом в их области.

Под катом их развернутые мысли на этот счет, которыми они поделились, за что я им безмерно благодарен.
Итак, какая идея набирает силу?Read more...Collapse )
homuncul

Окситоцин и гены: в тисках культуры

У тех, кто ищет молекулярные основы поведения человека, очень популярен в последнее время гормон окситоцин и связанные с ним гены. Это действительно интересный гормон, но следует правильно понимать его важность.

У разных людей ген окситоцинового рецептора (OXTR) может отличаться. Те, у кого в определенном месте гена присутствует «G» (гуанин), будут в целом более чувствительны к окружающим, социально и эмоционально менее одиноки, нежели в том случае, когда на этой позиции находится «А» (аденин).

Heejung Kim из Калифорнийского университета показала, что находящиеся в состоянии повышенной тревожности, обеспокоенности носители вариации «G» более склонны искать поддержки у друзей по сравнению с носителями вариации «А». Это очень понятный и логичный результат, позволяющий связать определенную последовательность гена OXTR с определенным типом поведения. На этом большинство исследований такого рода заканчиваются, и мы затем читаем про «гены поведения».

Для Heejung Kim это была лишь половина работы. Изложенный выше результат она получила, проанализировав специально разработанные анкеты 140 американцев. Затем тот же самый «опыт» она повторила с 134 корейцами. У тех дело обстояло ровно противоположным образом: носители вариации «G» были менее склонны обращаться за поддержкой к друзьям по сравнению с носителями вариации «А».

Перед нами отличный пример «работы» гена в условиях культурной среды. В обоих случаях G-индивидуумы более чувствительны к социальным установкам, принятым в обществе. Однако разница в этих установках приводит к разному поведению. Если в американской культуре искать помощи у друзей – нормальное решение, то для проживающих в Корее такой выбор социально неприемлем.

Чтобы убедиться, что данный эффект вызван влиянием культуры (а не, скажем, разницей «американских» и «корейских» днк), Heejung Kim дополнительно проверила 32 генетических корейцев, родившихся и выросших в США. Связь гена OXTR с эмоциональной поддержкой у этих добровольцев была похожа на ту, что наблюдалась у американцев, а не корейцев.

Culture, distress, and oxytocin receptor polymorphism (OXTR) interact to influence emotional support seeking -- PNAS, 2010 [Abstract]

Любой ген, связанный с поведением, проявляет себя не вообще, а в социально-культурном субстрате. Как поведет себя человек, есть результат как минимум трех составляющих: генов, усвоенных стереотипов и текущего эмоционального состояния. Иначе говоря, молекулярная основа всегда реализуется на заданном фоне, причем влияние последнего может изменять конфигурацию воздействия генов по множеству различных направлений.
-----------------------------------------------------------------------------------------------

P.S. По вчерашней новости про бактерию, которая встраивает в ДНК мышьяк вместо фосфора: ориг. статью авторов в Science можно прочитать здесь Спасибо wiolowan
Tags: ,
homuncul

Видеть языком. Разговор с нейрофизиологом

Уже многие знают про существование прибора, с помощью которого слепые могут видеть языком. Прибор получил название BrainPort. В основе этой технологии лежат идеи Пола Бах-у-Рита (Paul Bach-y-Rita), американского нейрофизиолога, всю жизнь изучавшего феномен пластичности мозга.

Вместе с Бах-у-Рита в университете штата Висконсин (США) бок о бок работал Юрий Петрович Данилов, специалист по сенсорным системам человека. Их сотрудничество и привело к появлению BrainPort. К сожалению, Бах-у-Рита скончался в 2006 году. Но Данилов продолжает его дело. В настоящее время он проводит фундаментальные и клинические исследования, занимается развитием технологии сенсорного замещения. BrainPort теперь используется не только для восстановления зрения, но и в различных случаях нейрореабилитации. Например, когда у человека нарушена координация движений, чувство равновесия, речь и проч. Причем, насколько я понимаю, потенциал применения тактильной электростимуляции не только не исчерпан, но еще до конца не изучен.

Совсем недавно Данилов на несколько дней приезжал в Москву. Я встретился с ним, и он рассказал мне любопытнейшие вещи про языковое зрение слепых. Официальную версию интервью можно прочесть здесь. В силу требований объема его пришлось немного сократить, поэтому для желающих выкладываю полный текст под катом. Read more...Collapse )
homuncul

Времена и расстояния, большие и малые

Как ни трудно правильно передать наглядное и точное представление о возрасте Вселенной, но осознать ее размер — почти выше человеческого понимания. Тем не менее, мы попытаемся выразить его. Главный камень преткновения — это крайняя пустота пространства, не только крайне незначительное число атомов между звездами, но еще и громадное расстояние от одной звезды до другой. Видимый близкий нам мир заполнен объектами, и наши интуитивные оценки их удаленности зависят в основном от различных сведений, обусловленных наблюдаемой их величиной и зрительно воспринимаемой зависимостью друг от друга. Намного труднее судить о расстоянии до незнакомого объекта, плывущего в пустоте чистого голубого неба.

Я однажды слышал, как выступающий по канадскому радио человек сказал, когда ему задали вопрос, что он считает, что Луна «размером примерно с воздушный шар», хотя предположительно это произошло еще до эпохи полетов в космос. Вот как два астронома, Джастроу и Томпсон, пытаются описать по аналогии величину и расстояние между объектами в космосе:

«Представим, что Солнце размером с апельсин; в этом масштабе Земля является лишь песчинкой, вращающейся по орбите вокруг Солнца на расстоянии тридцати футов; Юпитер, который в одиннадцать раз больше Земли, — это вишневая косточка, вращающаяся на расстоянии 200 футов или одного городского квартала от Солнца. Галактика в этом масштабе составляет 200 миллиардов апельсинов, и каждый апельсин отделен от соседей средним расстоянием в 1000 миль.» (Jastrow, Robert, and Malcolm M.Thompson, Astronomy: Fundamentals and Frontiers, 1972)


Трудность восприятия аналогии подобного рода заключается в том, что нам почти невозможно оценить расстояния в пустом пространстве. Сравнение с городским кварталом вводит в заблуждение, потому что мы слишком легко можем мысленно представить здания в нем, но при этом исчезает понятие пустоты. Если вы попытаетесь вообразить апельсин, плывущий даже на расстоянии мили в небе, то убедитесь, что расстояние до него, по-видимому, становится неопределенным. «Апельсин», удаленный на тысячу миль, окажется слишком мал, чтобы его увидеть, если конечно он не раскален добела. Read more...Collapse )
homuncul

Магнитное чувство

В свежем Nature рубрика «Вопросы и ответы» посвящена магниторецепции.

Способность воспринимать магнитное поле Земли, отвергнутая в свое время как физически невозможная, присутствует, как теперь известно, у различных животных. Рецепторы для магнитного восприятия остаются пока неясными. Но, кажется, по крайней мере, существует два основных механизма - иногда в одном и том же организме.


Каковы доказательства, что животные воспринимают магнитные поля?

Доказательства магнитовосприятия в основном поведенческие. Наиболее распространенный подход заключается в том, чтобы изменять магнитное поле вокруг животных и следить за соответствующими изменениями в ориентации и навигации в их поведении. Как правило, это делается в лаборатории, где можно производить тщательно откалиброванные магнитные поля. Но опыты также осуществлялись в полевых условиях со свободноподвижными животными, которые мигрируют или находят дорогу к дому. Например, стандартные стержневые магниты производят более сильное магнитное поле, чем естественное поле Земли, и размещение их на почтовых голубях и морских черепахах нарушает их навигацию при некоторых условиях. Нейробиологические методы также представляют некоторые доказательства; в ряде случаев, электрофизиологические записи и показания экспрессии генов обнаруживают нейроны, нервы и мозговые области, которые изменяют электрическую активность в ответ на изменения магнитного поля в окружающей области. Read more...Collapse )
Tags:
homuncul

Как открывали структуру ДНК

В изложении Дж. Уотсона:

Пока сэр Лоуренс размышлял, стоит ли рисковать, отвлекая внимание Крика от его диссертации, мы с Фрэнсисом жадно читали статью, которую Питер принес после обеденного перерыва. Когда Питер входил в комнату, на его лице было многозначительное выражение, и у меня упало сердце: вот сейчас мы узнаем, что все пропало. Заметив, что мы с Фрэнсисом не в состоянии ждать ни минуты, Питер спешно сообщил, что модель представляет собой трехцепочечную спираль с сахаро-фосфатным остовом центре. Это подозрительно напоминало нашу неудачную прошлогоднюю попытку, и я тут же подумал, что не помешай нам тогда Брэгг, слава великого открытия могла бы уже принадлежать нам. Прежде чем Фрэнсис спросил, где же статья, я уже выхватил ее из кармана Питера и углубился в чтение. Потратив меньше минуты на резюме и введение, я тут же пере шел к схемам расположения важнейших атомов. Read more...Collapse )
homuncul

Кредо атеиста: не существует добра и зла

Фрагменты дискуссии, организованной журналом TIME, между Р.Докинзом и Ф.Коллинзом (нынешним директором NIH).


TIME: Обе ваших книги говорят, что если бы универсальные константы, шесть или больше характеристик нашей вселенной, изменились бы совсем, то это бы сделало жизнь невозможной. Д-р Коллинз, можете ли Вы привести пример?

КОЛЛИНЗ: Если гравитационная константа отличалось хотя бы на одну долю из ста миллионов миллионов, тогда расширение вселенной после Большого Взрыва не случилось бы в том виде, который был необходим для возникновения жизни. Когда вы видите это свидетельство, очень трудно делать вид, что это было простой случайностью. Но если вы желаете учесть вероятность существования разработчика, то она становится довольно правдоподобным объяснением для этого - в противном случае наше существование - чрезвычайно неправдоподобно.

ДОКИНЗ: Люди, которые верят в Бога, делают вывод о том, что должен был существовать божественный настройщик, который настраивал эти шесть констант чтобы получить точный результат. Проблема в том, как этим утверждается, что поскольку существует что-то очень неправдоподобное, то нам нужен Бог, чтобы объяснить это. Но сам этот Бог должен быть даже еще более неправдоподобен. Физики нашли другие объяснения. Говорится о том, что эти шесть констант не свободны, чтобы изменяться. Слегка унифицированная теория, в конечном счете, показывает, что они связаны между собой, как окружность и диаметр круга. Это уменьшает разницу между ними абсолютно независимо от того, что там происходило. Другой путь - путь множественных вселенных. Он говорит, что вселенная, в которой мы находимся, возможно, лишь одна из огромного числа вселенных. Огромное большинство из них не будет содержать жизнь, поскольку они имеют неправильную гравитационную константу или искажают эта константу или эта константа искажает их. Но по мере роста количества вселенных возрастают шансы, что в некоторых из них образуются условия как раз с необходимыми "тонкими настройками". Read more...Collapse )
Tags:
homuncul

Стебельчатоглазые

Вот такой зверь, прикидывается MAV. На самом деле просто муха. Боковые выросты головы – не антенны, а опоры для глаз (да, на концах расположены глаза). Расстояние между ними может превышать длину тела насекомого. Более сотни видов таких мух составляют отдельное семейство Diopsidae.

/

Что заставило мух вынести глаза за пределы головы? Длинные выросты заметно ухудшают маневренность (по ср. с обычными мухами в несколько раз) и требуют дополнительных энергетических затрат. Считается, что без надлежащего эволюционного давления такие штуки маловероятны. Поэтому их появление первым делом стремятся объяснять через теорию гандикапа Захави. Другая часть гипотез возлагает ответственность на ген устойчивости к мейотическому драйву. Этот ген якобы присутствует у самцов с наибольшим расстоянием между глазами. Третий вариант объяснений - путем увязывания плодовитости с длиной выростов. [подробнее: Stalk-eyed flies, Quick guide]
В целом, стебельчатоглазых мух считают яркой иллюстрацией действия полового отбора.

Ниже пара слов о том, как можно подумать об этом чуть по-другому. Read more...Collapse )
homuncul

Морфология из математики и физики

[Неоставляемые] попытки объяснить биологические формы с помощью простых правил и законов.

Прошлый век. Д'Арси Томпсон, "О росте и форме".

Любое сколь угодно простое природное явление в реальности состоит из многих компонент, а любое видимое действие и эффект являются результатом бесчисленных соподчиненных действий. Здесь математика являет свою истинную мощь комбинаций и обобщений; к примеру, описание пены или клеточной ткани проводятся с применением математического аппарата именно потому, что эти явления являются суммой более элементарных явлений. Рост и форма всецело обладают комплексной природой, поэтому математические правила необходимы для их описания и интерпретации.

По тем или иным причинам множество живых форм невозможно описать более или менее определенно в математических терминах, потому что существуют затруднения в физике для математиков современности, к примеру, мы никогда не сможем вывести формулу для описания рыбы или черепа. Но мы уже можем использовать математический язык для описания хотя бы в общих чертах формы раковины улитки, завитка рога, контура листа, текстуры ткани, структуры скелета, волшебного кружева крыла насекомого. Даже для этого мы должны научиться у математиков упрощению и обобщению, способности держать в голове типовой случай и забывать про отклонения.

Преобразования одного круга (или сферы) в два круга (или сферы) с точки зрения математики является чрезвычайно сложной трансформацией, а с точки зрения физики это может быть сделано очень просто. Маленькая круглая тыква вырастает в большую округлую или овальную тыкву. Если перетянуть плод посередине, то те же самые силы роста преобразуют круглую структуру в две сообщающиеся сферы. Варьируя положение перетяжки или добавляя новые, можно получить большое разнообразие форм. Ясно, что мы можем объяснять многие обычные биологические процессы развития или изменения формы существованием линий, сдерживающих или определяющих действие сил роста, которые в противном случае были бы однородными и симметричными.

Это очень похоже на действия стеклодува. Стеклодув начинает с трубочки, которую он замыкает с одной стороны, чтобы получить полый пузырек, внутри которого вдуваемый воздух создает равномерное давление на все стенки. Получившаяся сфера, которая создается однородной расширяющей силой, модифицируется в любую другую форму при помощи разделителей, позволяющих стеклодуву неравномерно нагревать или охлаждать разные части пузырька.

Оливер Вендел первым отметил эту любопытную аналогию между действиями стеклодува и природы, которая тоже обычно начинает с полой трубочки. Пищеварительная система, кровеносная система (включая сердце), центральная нервная система позвоночных (включая мозг) закладываются как простые полые структуры, с которыми природа поступает, как стеклодув. Природа может расширить трубочку здесь и сузить ее там, утолщить ее стенки или сделать их тоньше, выдуть боковое ответвление или слепой отросток, согнуть или скрутить трубочку или сделать ее стенки складчатыми – на этом природа удовлетворяется. Форма человеческого желудка может быть легко объяснена с этих позиций – это просто плохо выдутый пузырь; пузырь, рост одной из сторон которого, был замедлен, чтобы не допустить симметричного увеличения в размерах.

Флорентийское стекло или любая друга ручная работа стеклодува всегда прекрасна, поскольку ее контуры, как и в живой природе, отражают силы, которыми они были созданы. Это пример математической красоты, от которой мы не найдем и следа в изготовленной фабричным способом бутыли. -- перевод главы 9

“Morphology is not only a study of material things and the forms of material things, but has its dynamical aspect, under which we deal with the interpretation, in terms of force, of the operations of energy.” -- D'Arcy W. Thompson, On Growth and Form


Наши дни. Constructal Theory.
“For a flow system to persist in time (to survive) it must evolve in such a way that it provides easier and easier access to the currents that flow through it”. - Adrian Bejan (MIT).


V. Fleury, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 45, 30101 (2009)
Clarifying tetrapod embryogenesis, a physicist's point of view [ PDF ]

Several lines of work reviewed here show that the topology of the tetrapods may be directly related to the structure of the earliest movements in embryos. The bio-mechanical approach leads to important consequences for the constraints on evolution of the craniates. Such consequences have received a controversial welcome in the last decade, although they may encapsulate the true origin of craniates, esp. simians, and eventually homo.

Отдельный блог для разбора вышеуказанной работы:
http://cteappv.wordpress.com/
homuncul

Коллективное пищеварение и дворцы

Фрагмент из книги “Мир общественных насекомых» (Кипятков В.Е.):

Еще в начале XX в. была экспериментально доказана способность низших термитов годами жить, питаясь химически чистой целлюлозой, например промокательной бумагой. Затем ученые установили, что усваивать целлюлозу термитам помогают одноклеточные животные — жгутиконосцы, населяющие их кишечник. Если жгутиконосцев уничтожить, поместив термитов на время в чистый кислород или повысив температуру, то такие термиты больше не смогут питаться целлюлозой. В дальнейшем стало ясно, что в кишечнике термитов имеется сложнейший «микробиоценоз» — сообщество простейших и микроорганизмов, живущее по своим, еще недостаточно нами понятым законам. Союз термитов и их кишечных организмов — пример обязательного и обоюдовыгодного симбиоза. Термиты не могут существовать без своих симбионтов. Но и жгутиконосцы их кишечника не встречаются более нигде в природе.

В кишечнике термитов самый обширный отдел — вздутая как пузырь толстая кишка. Она служит основным вместилищем симбионтов и потому занимает значительную часть брюшка рабочего термита. Ведь количество симбионтов огромно: на них приходится от 16 до 50% массы термита! В толстой кишке низших термитов найдены десятки видов жгутиковых, относящихся к 17 семействам. По их видовому составу можно различать семейства и даже роды термитов. Некоторые жгутиконосцы свободно плавают в кишке, иные прикрепляются к ее стенкам, причем одни виды сидят в передней половине кишки, другие — в задней. Кроме простейших в толстой кишке обитают разнородные и многочисленные бактерии. Количественные соотношения между видами симбионтов довольно постоянны. Если их нарушить, термиты не смогут нормально жить. Read more...Collapse )
homuncul

Эрвин Чаргафф "Белибердинское столпотворение"

Есть смысл напомнить старый текст патриарха биохимии. О том, какой наука была в эпоху открытий середины ХХ в. и во что она стала превращаться после. Э. Чаргафф - одна из ключевых фигур в расшифровке структуры ДНК. Пишет жестко и называет вещи своими именами: отдельные фразы достойны того, чтобы их распечатать и повесить на стену лабораторий. Как ни странно, со временем текст выглядит лишь более актуальным – 30 лет назад автор уже отчетливо видел тенденции, полностью захватившие науку сегодня.
Особенно будет полезно тем молодым людям, которые полагают, что занимаются настоящей наукой.


II
Однако здесь я не хочу писать о книге Уотсона — это я в свое время уже сделал. Мне хотелось бы сказать несколько слов о том, каково было заниматься наукой, особенно нуклеиновыми кислотами, в те доисторические времена (до эры Уотсона—Крика), когда еще не дошло дело до откровений, преподносимых наподобие нагорной проповеди, когда «невидимые коллективы» еще не начали играть неприглядную роль замкнутых гильдий, сдерживающих прогресс, и когда журнал «Nature» еще не печатал бойких научных фельетонов. Кроме того, я хотел бы добавить несколько слов о том, что я думаю о нынешнем положении дел. Read more...Collapse )
homuncul

Автор нейронного дарвинизма, ч.2

Джеральд Эдельман (Gerald М. Edelman)
Нобелевская премия по физиологии и медицине (1972)

О нейронном дарвинизме, многоуровневых сетях, памяти и сознании. Фрагмент интервью. начало


Вы ввели выражение «нейронный дарвинизм», а Манфред Эйген употребляет выражение «молекулярный дарвинизм». Здесь есть какая-то связь?

В общем, нет. Думаю, мы оба понимаем, что не следует путать механизм отбора и принципы отбора. Некоторые люди, как например, Фрэнсис Крик, не понимают этого. Крик раскритиковал меня и употребил выражение «нейронный эдельманизм». С точки зрения общих принципов система, в которой идет отбор, должна отвечать трем условиям: (1) наличие генератора различий; (2) наличие механизма опроса для того, чтобы две области, не находящиеся в причинной взаимосвязи, могли провзаимодействовать с достаточной полнотой (если иммунная система не проведет опроса и молекулы антитела и антигена не соединятся, то человек умрет); (3) наличие механизма усиления, дающего выборочное преимущество, например при выработке антитела нужного вида. Эти три принципа имеют совершенно разные механизмы в теории эволюции, иммунологии и науке о мозге. Молекулярный дарвинизм, так, как его понимает Эйген, это просто определенный механизм, подчиняющийся принципам, которые сами по себе являются дарвиновскими. Но естественный отбор — это только один из механизмов. Возможно, самый значимый, но есть и много других. Нужно различать принципы и механизмы. И уж, конечно, тщательно разъяснять прилагательные, используемые вместе со словом «дарвинизм». Одно из самых неудачных сочетаний — «социальный дарвинизм». Read more...Collapse )
homuncul

Я играл в науку. Часть I.

Даниел Карлтон Гайдузек
Нобелевская премия по физиологии и медицине (1976)


Уже к 18-19 годам я понял, что яркие личности всегда околачиваются неподалеку от других ярких личностей. Это касается и тех, кто не умеет говорить. Есть такие люди, которые никогда не выражают себя с помощью речи, некоторые из них вообще глухие. Яркие личности выделяют из себя яркие идеи точно так же, как мы все выделяем углекислый газ и воду, пукаем и выделяем азот, мочу, пот и фекалии. Я полностью разделяю мнение Лайнуса Полинга, который говорил, что нам не следует искать истоки наших идей, потому что мы всегда можем пройти по этому пути дальше еще на шаг или несколько шагов, и тогда может выясниться, что пришедшие нам в голову мысли восходят к еще более ранним источникам. Вы же не говорите всем окружающим: «Эй, вы ведь выдыхаете мой водяной пар и мой углекислый газ». Когда я слышу выражение типа «Мне первому пришла в голову эта мысль», я представляю себе человека, который собирает в мешок свое дерьмо. В 1940-х гг. в Калтехе мы смеялись над теми, кто говорил о своих идеях и своих теориях. Мы называли их «собиратели дерьма». Read more...Collapse )
homuncul

Микро- Мега биология

Академик РАН Заварзин Г.А
Составляет ли эволюция смысл биологии? -- Вестник РАН. 2006. № 6.

Вопрос, поставленный в заголовок статьи, появляется как сомнение в утверждении Ф. Добжанского и его коллег по созданию Синтетической теории эволюции (СТЭ) - Е. Майра и Дж.Г. Симпсона - в середине прошлого столетия: "В биологии ничего не имеет смысла вне освещения с эволюционной точки зрения". Основатели СТЭ поставили знак равенства между макро- и микроэволюцией и, более того, Симпсон утверждал, что если микро- и макроэволюция окажутся принципиально различными, то изучение микроэволюции станет малозначащим для эволюционного процесса в целом. Read more...Collapse )