Новітні дослідження людського мозку: 11 вимірювань для нейронів і формула інтелекту

Незважаючи на весь розвиток науки і техніки, людина так до кінця і не розібралася з одним з найважливіших питань: як же все-таки працює сіра штуковина в нашій голові, яка змушує розвивати науку і техніку і задаватися усіма цими питаннями. Виходить цікава рекурсія: щось всередині нас хоче дізнатися, як працює той, хто хоче дізнатися, як воно працює. На це витрачаються колосальні ресурси, проводиться безліч досліджень, ми більш-менш розуміємо загальні принципи, але скласти все в єдину струнку картинку досить складно.

Зате це настільки цікаво, що "Сегодня" зібрала всі останні дослідження про головний мозок і з'ясувала, як працює інтелект, чому ми бачимо сни і скільки вимірювань використовують нейрони головного мозку, щоб обробляти вхідні сигнали. Ласкаво просимо у вашу голову – і не бійтеся того, що ви там побачите.

11 ВИМІРІВ: ЯК СПІЛКУЮТЬСЯ НЕЙРОНИ

Деокупація півдня країни – як українські військові відвойовують території

Заборона на пересування країною для військовозобов'язаних – всі деталі

Ракетні удари по мирних українськиих містах - липень 2022

Ядерний тероризм Росії

Проект Blue Brain, що базується в Швейцарії, вже кілька років займається невдячною справою: нейробіологи намагаються з'ясувати всі про головний мозок людини (та інших істот, що володіють цим органом). В останньому дослідженні вони застосували до нього математику (точніше – алгебраїчну топологію, яка описує властивості об'єктів і просторів незалежно від змін їх форми) і ахнули від подиву. Не чекайте якихось висновків, самі вчені поки не розуміють, з чим зіткнулися, однак початок досить інтригуючий: всередині нашої голови знаходиться, кажучи математичною мовою, багатовимірний простір.

Наш мозок – це приблизно 86 мільярдів нейронів, зв'язки між якими простягаються в усіх напрямках, утворюють надскладну мережу, яка і формує свідомість.

У своєму експерименті нейробіологи використовували детальну комп'ютерну модель неокортексу – це "нова кора", найсучасніша частина мозку, яка сформувалася найпізніше і відповідає за свідомість і сприйняття. В процесі моделювання проходження сигналів вчені помітили, що нейрони об'єднуються в групи, і кількість нейронів в цих групах показує розмір багатовимірного геометричного об'єкта.

"Ми виявили світ, про який навіть не підозрювали, – розповідає керівник проекту Генрі Маркрам. – Навіть в маленькій крупинці мозку таких об'єктів десятки мільйонів, у яких до семи вимірів. А в деяких мережах їх кількість доходила до 11".

Розробивши модель, вчені протестували її на віртуальних стимулах, а потім взялися за щурів. Сигнал створює "багатовимірні будинки" з нейронів і порожніх просторів між ними. Спочатку зв'язок виглядає як паличка, потім – двовимірна площина-дошка, потім – куб, а потім і більш складні фігури з чотирма, п'ятьма, шістьма вимірами. І так аж до 11. Варто, втім, відзначити, що не йдеться про фізичні виміри – всередині нашого мозку немає інших мізків, захованих в прихованих складках реальності. Багатовимірність тут – це кількість зв'язків, які утворюють нейрони. Ми в цьому плані теж багатовимірні: скільки людей, з якими спілкуєтеся в даний момент, стільки і вимірювань. Єдина проблема – вченим ще належить розібратися, чому групи нейронів збираються в такі конструкції.

МАТЕМАТИКА: ФОРМУЛА ІНТЕЛЕКТУ

Ведучий нейробіолог Університету Августи в Джорджії доктор Джо Тзін вважає, що вивів формулу інтелекту: N = 2i – 1. А ще, як каже сам доктор, інтелект дорівнює "Невизначеність і нескінченні можливості". Але це лірика, а нам слід звернутися до роботи, опублікованої в Frontiers in Systems Neuroscience, в якій Тзін перевірив свою теорію і з'ясував, що вона виконується для семи різних областей мозку, визначаючи базиси на кшталт годування, пам'яті і страху.

17 років тому Тзін за допомогою генної інженерії створив "розумну мишу", яка навчалася і вирішувала складні лабіринти швидше звичайних побратимів. Через пару років він виявив, що клітини гіпокампу мишей – центру пам'яті мозку – варіюються залежно від подій, що відбуваються. Одні включалися на подію в цілому, інші були більш прискіпливими і "розбирали" те, що відбувається на елементи. При складанні карти Тзін зауважив, що нейрони формують кластери – від специфічних до загальних. Це і стало основною теорії пов'язаності: формула вченого демонструє, як нейромережі здійснюють цей перехід.

Головна думка Тзіна в тому, що окремий нейрон не може стати основною обчислювальною одиницею мозку, цю роль на себе беруть нейромережі, звані "кліками", що дозволяє мозку не ламатися кожен раз, як нейрон виходить з ладу, тому що ви отруїли його алкоголем. Прості кліки переплітаються у великі мережі, які називаються FCM (functional connectivity motifs – функціональні мотиви зв'язків) згідно із Законом N = 2i – 1, де N – це число нейронних кліків, з'єднаних різними способами, а i – типи одержуваної інформації.

Якщо тварина хоче їжі і самок, потрібно три нейрокліки, щоб задовольнити ці потреби

Наприклад, у вас є тварина, яке хоче їжі і самок. Тобто i = 2. Відповідно, щоб задовольнити ці потреби, потрібно три кліки (2 х 2 – 1 = 3). Це нагадує кубики конструктора, з яких можна будувати різні структури в залежності від інформації, що надходить. Більш складні завдання вимагають більш складних побудов, але основний принцип залишається тим же. Причому, на думку Тзіна, ці блоки програмуються заздалегідь. У сенсі в нашій голові вже є відповіді практично на всі питання (або алгоритми їх вирішення). Так мозок змішує "роботу" і "гроші", перетворюючи їх в "економіку".

Щоб підтвердити цінність самої формули, вчені засунули в мозок мишей електроди і дали їм корм, цукор, рис і знежирене молоко. Відповідно до теорії, мишам треба 15 нейронних кліків, щоб повністю представляти кожен тип їжі і їх комбінації. Чи варто говорити, що саме 15 кліків і було виявлено? Повторивши експеримент зі страхами (вибух, землетрус, падіння, удар струмом), дослідники знову отримали 15 кліків.

Щоб упевнитися, що цей алгоритм вже існує в мозку, а не вивчається, експеримент повторили, але з генетично модифікованими мишами, у яких не вистачало рецепторів, необхідних для зміни нейромереж через навчання. Результат повторився.

Що з цим робити, поки неясно. Сам Тзін вважає, що його теорія дозволяє переглянути зберігання спогадів в мозку і проллє світло на те, як хвороба і старість впливають на мозок на клітинному рівні. А ще це дозволить навчати штучний інтелект гнучкості і цікавості, але це вже зовсім інша історія.

Покращена миша Дугі. Її доктор Тзін створив 17 років тому. Фото: www.princeton.edu

ПАМ'ЯТАТИ, ЛІКУВАТИСЯ, ВИЖИВАТИ: НАВІЩО БАЧИТИ СНИ

Якось вже так вийшло, що у всього на цій планеті є причина. У тому числі і у такої недолугої на перший погляд речі, як сни. Ми нарахували аж десять. Переспіть з цією думкою і вибирайте самі, яка вам більше подобається.

• Щоб капелюх залишався капелюхом

Свідомість кожного з нас – жорстокий і страшний цензор, що пригнічує агресивні і сексуальні інстинкти, і тільки уві сні несвідоме розкриває все підгрунтя і зриває завісу моралі! Так сказав Фрейд, він створив психоаналіз і взагалі носив красиву бороду, схожу на ... хм, на добраніч!

• Щоб поліпшити самопочуття

Інші, не менш злісні дослідники, пішли далі і зовсім не давали людям бачити сни – як тільки починалася фаза ШРО, пацієнтів будили. З'ясувалося, що сон без сновидінь – так собі затія: учасники експерименту стали напруженими, у них виникали проблеми з концентрацією, координація порушувалася, збільшувалася вага і до того ж з'явилися галюцинації.

• Щоб лікуватися

Багато психологів вважають, що найчастіше людській істоті складно відокремити подію від супроводжуючих її емоцій. У сенсі ви, звичайно ж, не дарма втекли від того страшнючого кролика і півдня волали від жаху, представляючи його моторошні вуха і похмурий погляд.

Але розібратися, наскільки сильно він погрожував вашому житті, допоможе саме сон, який як би відділить сильну емоцію на кшталт страху, любові або печалі і допоможе мозку обробити окремо подію, окремо почуття і взагалі поглянути на те, що відбувається, під іншим кутом, докопавшись до самої суті гніву або щастя, які так раптово звалилися на вашу голову. Так що в будь-який незрозумілій ситуації і справді краще поспати.

• Щоб пам'ятати

Цілий день частина мозку під назвою гіпокамп працює, не покладаючи нейронів, щоб накопичити всі-всі важливі спогади (купити молоко, обличчя тієї дівчини, як називається та наспівувана нова пісня). А уві сні, як показують дослідження, гіпокамп перекачує весь цей потік в кору головного мозку. Причому іноді відтворює весь день в зворотному порядку. Так що постарайтеся добре відсипатися після дня, повного яскравих вражень.

• Щоб не було розладів

У 2009-му вчені з Гарварду провели дослідження, яке знайшло дивний зв'язок між сновидіннями і біполярним розладом. Мало того, проблеми зі сном у дітей і дорослих підвищують ризик розвитку цього самого розладу. Це вся пов'язано з тим, що переривання ШРО-сну впливає на рівні нейротрансмітерів і гормонів стресу, а гормональні дисбаланси призводять до психічних розладів. Так що дивіться свої сни і не сходіть з розуму.

• Щоб заспокоїтися

У 2009 році п'ятеро дослідників знайшли 35 здорових студентів і 20 депресивно-тривожних і змусили їх спати. А потім будили – через 10 хвилин в фазі швидкого руху очей (ШРО), коли мозок працює активно і ми бачимо сни, і через 10 хвилин в фазі НЕ-ШРО (коли мозок заспокоюється). Після чого нещасних змушували проходити тести на пам'ять, настрій і самооцінку. Що і треба було довести: депресивно-тривожні студенти бачили уві сні агресію і самокатування, але ШРО-сон дивним чином допомагав їм справлятися з цими емоціями.

• Щоб обробляти інформацію

Виявляється, під час ШРО-сну ми створюємо абстракції. У сенсі беремо якісь нові поняття і пов'язуємо їх з тим, що вже знаємо або хоча б віддалено розуміємо. Дослідження показало, що сни виникають, коли ми починаємо усвідомлювати ці зв'язки (фрагменти звуків, зображень і рухів). Мозок як би намагається зрозуміти, що відбувається, і малює фантасмагоричну, але дуже логічну на той момент картинку з різних шматків, паралельно і справді укладаючи інформацію цеглинка за цеглинкою, поки ми дивимося мультики.

• Щоб бути фоном

З 1977 року деякі нудні вчені, що створили модель активації-синтезу, думають, що лімбічна система нашого мозку час від часу активується, "спалахуючи", і включає якісь там рандомні картинки. Просто тому що може. Так що сни – це як би інтерпретація біологічних сигналів, а всі сонники вигадали ідіоти. Втім, тут же вибачаються автори теорії, ці набори картинок все ж несуть позитивну функцію і допомагають нам створювати нові ідеї.

• Щоб пристосуватися

Коли не спимо, ми (і всі інші сновидці планети) робимо помилки, які можуть призвести до небажаних наслідків на зразок смерті. А ось під час сну перетворюємося в експертів з безпеки, ховаємося в самому-самому захищеному місці і зберігаємо життя. Ця поведінкова стратегія, взагалі-то, допомогла вижити безлічі живих істот, які фінішували в природному відборі. Але ось що цікаво: чи варто однієї ночі провести в фазі ШРО-сну менше часу, як наступної організм прагне надолужити згаяне і показує сни довше! Так що спокійно біжіть за рожевими диванами на равликоциклі з крилами кажана – це еволюційно.

• Щоб відбити атаку

Фінські дослідники з Університету Турку придумали таку штуку, як "теорія стимуляції загрози". Вони виявили, що діти, які живуть в небезпечних умовах (неблагополучні сім'ї, неблагополучні країни) або були так чи інакше травмовані, бачать більш яскраві сни, ніж ті, що живуть в спокійних умовах. І система стимуляції загроз у них працює краще: під час сну вони як би репетирують роботу механізмів сприйняття, що дозволяють сприймати і уникати небезпеки! Так що не бійтеся боятися уві сні, це допоможе, коли за вами насправді буде гнатися гігантський джміль з бензопилою.