Как управлять человеком силой мысли, чем мужской мозг отличается от женского, откуда берутся фальшивые воспоминания, что такое нейрон ожирения и где спрятано чувство времени — «Теории и практики» вспоминают самые интересные открытия в науке, которая вскоре обещает изменить нашу жизнь — нейробиологии.
Ученые из Университета Пенсильвании (США) доказали, что в работе головного мозга у мужчин и женщин есть различия. У женщин оказались сильнее связи между нейронами правого и левого полушарий, а у мужчин — между нейронами лобной и затылочной областей, а также между нервными клетками мозжечка. Специалисты подчеркивают, что речь идет не о том, что у представителей одного из полов не хватает каких-то нейронных связей, а лишь о том, что в зависимости от пола определенные связи оказываются усилены.
В ходе исследования ученые проанализировали результаты диффузионно-тензорной томографии 1000 людей в возрасте от 8 до 22 лет. Выяснилось, что различия в интенсивности нейронных связей впервые проявляются у подростков старше 13 лет. Начиная с этого возраста, и в дальнейшем девочкам легче дается логическое мышление, у них хорошо развивается интуиция. У мальчиков же улучшается моторика и восприятие, возрастает способность к ее интерпретации. Большее количество «продольных» нейронных связей позволяет мужчинам быстрее осваивать новые навыки и заниматься спортом, тогда как женщины благодаря интенсивности «поперечных» связей лучше осознают эмоции, понимают намерения других людей и механизмы работы социальных институтов.
Открытие американских ученых поможет нейробиологам не только лучше понять механизмы работы мозга, но и усовершенствовать методы лечения неврологических и психических расстройств. Кроме того, результаты исследования могут изменить подход к диагностике трансгендерности, когда гендер человека не совпадает с его биологическим полом.
Команде японских и американских ученых впервые в истории удалось смоделировать ложные воспоминания. Эксперимент проводился на генетически модифицированных лабораторных мышах. В их головной мозг предварительно был введен специально разработанный доброкачественный вирус. Он создал в нервной ткани ионные каналы, способные реагировать на свет (этот экспериментальный метод носит название «оптогенетика»). Направляя на модифицированные участки мозга свет лазера по тончайшим оптоволоконным нитям, специалисты могли «включать» и «выключать» их.
В ходе исследования мышей сначала поместили в отсек определенного вида и с определенным запахом — «Контекст А». Здесь грызуны могли посидеть спокойно. Затем их переместили в «Контекст B», вид и запах которого был уже совсем другим. В новом отсеке мыши получили легкие удары током в подошвы лапок. Одновременно вспышки лазера стимулировали в их мозгу область, ответственную за восприятие «Контекста А». Когда грызунов вернули в первый отсек, они испугались. Ведь у них сформировались ложные воспоминания о том, что они получали удары током в «Контексте А». Когда же специалисты переместили мышей в третий отсек, «Контекст С», животные успокоились.
Результаты проведенного исследования способны перевернуть наше представление о ложных воспоминаниях. Ведь на «молекулярном» уровне они выглядят, как настоящие. Опыт на многострадальных мышах помогут нам понять, как «фальшивые» воспоминания формируются у людей.
Ученым из университета Вашингтона удалось создать первый в истории интерфейс для передачи прямых сигналов между одним головным мозгом и другим. В ходе эксперимента один из исследователей управлял рукой другого исследователя. При этом участники опыта находились в разных концах университетского комплекса. Специалисты использовали две известные технологии: электроэнцефалографию (ЭЭГ) и транскраниальную магнитную стимуляцию — метод, позволяющий неинвазивно стимулировать кору головного мозга при помощи коротких магнитных импульсов.
В ходе исследования первый участник неподвижно сидел перед монитором, на который транслировалась простая видеоигра: необходимо было нажать на кнопку и попасть из виртуального пистолета по мишени. Все желаемые движения испытуемый должен был совершать мысленно. Данные его ЭЭГ между тем транслировались через интернет на другой компьютер, расположенный в комнате второго участника. С помощью специальной программы они трансформировались в магнитные импульсы, которые попадали на двигательная зона коры головного мозга испытуемого. В результате указательный палец его руки, лежавшей на клавиатуре, дергался, нажимал на кнопку, и пушка стреляла.
Второй участник эксперимента утверждает, что по ощущениям это напоминало нервный тик. Первый же исследователь заявил, что управлять чужой рукой было «захватывающе и жутко». При этом ученые уверены, что в ближайшее время люди едва ли начнут «влезать друг другу в голову». Ведь для проведения эксперимента потребовалась масса специфической аппаратуры и идеальные лабораторные условия. Тем не менее, ученые надеются, что однажды подобный интерфейс начнет использоваться, к примеру, в авиации, чтобы предотвращать авиакатастрофы.
Исследователи из Университета Ист-Англии (Великобритания) обнаружили, что число клеток гипоталамуса, отвечающих за аппетит, может меняться в течение жизни. До сих пор считалось, что их количество определяется в ходе внутриутробного развития, и все расстройства питания предопределены генетически.
Теперь мы знаем, что это не так. Ученые выяснили, что специфически клетки в головном мозге — танициты — способны вести себя, как стволовые клетки. Длинные отростки таницитов глубоко уходят в гипоталамус, где из них могут появиться новые «пищевые» нейроны. Эти клетки способны возникать в любом возрасте, что может спровоцировать возникновение пищевого расстройства и связанных с ним проблем: ожирения, диабета и сердечнососудистых заболеваний.
Специалистам предстоит определить группы генов и клеточных процессов, ответственных за производство новых нервных клеток в «центрах аппетита». В дальнейшем это поможет разработать лекарства для контроля за их количеством и деятельностью. Ученые ожидают, что первые таблетки от пищевых расстройств появиятся уже через 10 лет.
Сегодня полностью парализованные пациенты могут пользоваться нейрокомпьютерным интерфейсом, который позволяет им управлять виртуальной рукой, используя электрические импульсы мозга. Это не всегда бывает удобно: ведь большую часть дел мы делаем двумя руками. Однако в будущем у таких больных может появиться возможность управлять двумя анимированными ладонями.
Ученым из университета Дьюка (США) впервые удалось научить обезьян пользоваться обеими конечностями виртуального аватара. В ходе экспериментов двум макакам-резусам вживили в головной мозг множество тонких электродов. Обезьян научили ассоциировать себя с анимированным персонажем на экране и управлять им. Используя аватар, резусам нужно было дотянуться до предметов на экране. Если попытки оказывались успешными, их вознаграждали сладким соком. В ходе исследования одной из макак удалось освоить управление аватаром сначала с помощью джойстика, в то время как другая научилась пользоваться анимированными руками, лишь пассивно наблюдая за своим персонажем. Именно так учатся управлять нейрокомпьютерным интерфейсом парализованные люди. Тем не менее, ученые заявили, что до создания полноценного «бимануального» интерфейса еще далеко.
Специалистам из Университета Монреаля (Канада) и Медицинского центра Регины Марии (Румыния) удалось обнаружить электрическую активность мозга у пациента, находящегося в глубочайшей коме. Необычные импульсы были зарегистрированы после появления у больного изоэлектрической (плоской) ЭЭГ, которая до сих пор считалась признаком смерти мозга. На фоне введения больному противоэпилептических препаратов «мертвая» электроэнцефалограмма отразила новые волны. Они выглядели так, будто гиппокамп — парная структура, расположенная в медиальных височных отделах полушарий и отвечающая за перевод кратковременной памяти в долговременную, — посылал запросы в «управляющий центр» или стимулировал нейроны коры, чтобы сохранить их в рабочем состоянии.
Ученые назвали эту удивительную электрическую активность «ню-комплексом». Чтобы изучить ее, они погрузили в обратимую медикаментозную кому 26 кошек. У каждой из них после появления плоской ЭЭГ были зарегистрированы вспышки в гиппокампе. Открытие ню-комплекса не означает, что со дня на день все находящиеся в коме пациенты проснутся. Однако оно вынуждает нас пересмотреть представления о том, когда наступает смерть мозга. Кроме того, исследования могут помочь врачам поддерживать в тонусе мозг пациентов, введенных в искусственную кому, — ведь мозг, который долго бездействовал, после пробуждения может оказаться в худшей форме, чем мозг, который функционировал минимально.
Еще пару месяцев назад это было фантастикой из разряда комиксов про Железного человека: управляемый силой мысли игрушечный вертолет летает по залу, один за другим преодолевая препятствия. Но сегодня это реальность. Специалистам из Университета Миннесоты (США) удалось создать интерфейс, который позволяет человеку контролировать движения миниатюрного летающего дрона. При этом никаких чипов в мозг «пилоту» вживлять не требуется. Ему достаточно лишь надеть на голову шапочку с датчиками для ЭЭГ.
Управлять дроном несложно. Для того, чтобы он повернул направо или налево, нужно представить, что вы подняли правую или левую руку. Для того, чтобы дрон набрал высоту или снизился — вообразить, что вы подняли или опустили обе руки. Ну, а сам полет обеспечивают мысли о постоянном движении вперед. Датчики считывают электрическую активность мозга и перенаправляют ее в компьютер. Там специальная программа трансформирует сигнал мозга в команду: «Направо», «налево», «вверх», «вниз» или «вперед», — и передает ее дрону по Wi-Fi.
Изобретение американских ученых может помочь людям, прикованным к инвалидному креслу и даже лишенных способности говорить. В будущем с помощью подобного интерфейса парализованные пациенты смогут управлять инвалидными креслами нового образца и другими устройствами.
Всем нам знакомо это ощущение: внезапно ты осознаешь, что стоишь в душе слишком долго и опаздываешь на работу. Ученые много лет задаются вопросом, что за структура в нашем мозге позволяет нам чувствовать, сколько времени прошло или осталось. До сих пор считалось, что такая структура должна быть всего одна. Однако недавно специалисты из Университета Калифорнии (США) выяснили, что чувство времени может быть устроено куда сложнее.
У исследователей было два «подозреваемых»: полосатое тело, расположенное в конечном мозге, и гиппокамп, находящийся в медиальных височных отделах полушарий. Полосатое тело обыкновенно активизируется, когда человек обращает внимание на то, сколько времени прошло. Однако способность ощущать объем затраченного времени также требует, чтобы мы помнили, как долго обычно продолжается то или иное действие. С такой задачей полосатое тело справиться не может. За долговременную память отвечает гиппокамп. При этом люди, у которых он поврежден, все равно оказываются способны запоминать короткие отрезки времени.
Для того, чтобы подтвердить свои предположения о сложности «временных» структур мозга, исследователи обучили подопытных крыс различать промежутки времени. Грызуны должны были выбрать запах, ассоциирующийся у них с нужным интервалом. Когда они реагировали правильно, то получали угощение. При этом у некоторых крыс гиппокамп был временно деактивирован с помощью специальных химических веществ. Ученые заметили, что такие грызуны могли отличить друг от друга очень разные временные промежутки (3 минуты и 12 минут), в то время как похожие интервалы (8 и 12 минут) ставили их в тупик. Это говорит о том, что гиппокамп позволяет головному мозгу различать только похожие между собой отрезки времени, а для оценки разных интервалов он не нужен. Значит, в мозгу и впрямь существует два «будильника», и сам механизм работы чувства времени устроен куда сложнее, чем мы привыкли думать.
Швейцарские исследователи начали работу по созданию полноценной действующей компьютерной модели человеческого мозга — Human Brain Project (HPB). Благодаря этой разработке ученые смогут как никогда глубоко изучить особенности его устройства и принципы работы, найти лекарство от синдрома Альцгеймера и других болезней.
В обществе HPB уже окрестили «Большим адронным коллайдером от нейрофизиологии». В рамках проекта исследователи намерены воссоздать головной мозг в самых мелких деталях: «От генетического, молекулярного уровня к нейронам и синапсам, далее к цепям нейронов, макроцепям, мезоцепям, долям мозга — до тех пор, пока не возникнет понимание того, как связаны между собой все эти уровни и как они определяют поведение и формируют сознание». Первый этап создания Human Brain Project должен завершиться в 2016 году. К этому моменту все технические средства и программное обеспечение модели должны быть готовы. Затем специалисты приступят к тестированию. К 2019 году «мозг» должен быть способен начать полноценную работу. Именно к этому моменту, по расчетам специалистов, компьютерная техника окажется достаточно развитой для того, чтобы обеспечить функционирование модели.
Занятые в проекте исследователи утверждают, что разработка HPB не приведет к созданию искусственного интеллекта. По их словам, это будет лишь модель, а не точная копия человеческого мозга, которая не сможет воспроизвести его работу на 100%.
Специалистам Кливлендского ветеринарного медицинского центра (США) и Западного резервного университета Кейза (США) удалось совершить настоящую революцию в области протезирования конечностей. Здесь создали искусственную руку, способную осязать. Для ее разработки ученые использовали манжетные электроды, подключенные к пучкам нервов в травмированной конечности участника эксперимента. Миниатюрные семимиллиметровые манжеты закрепили на радиальном, центральном и радиальном нервных пучках и подсоединили к 20 осязательным областям на протезе. Вся конструкция по объему получилась не больше горошины. Сам же протез был создан на базе стандартного миоэлектрического интерфейса, который позволяет направлять мышечные сигналы натуральной руки в протез кисти, который располагается ниже.
В результате пациент, потерявший правую руку три года назад, оказался способен не только вновь почувствовать, каковы предметы на ощупь, но и, к примеру, без проблем вынуть косточки из вишен. Владельцы традиционных протезов, как правило, не могут справиться с подобными задачами из–за того, что не ощущают свою искусственную руку и не могут правильно рассчитать силу ее движения.
Пока протез нового поколения доступен для тестирования только в лаборатории, однако специалисты надеются, что в скором времени он будет доработан и сможет изменить к лучшему жизнь множества пациентов.
Комментарии (0)