Эта микрофотография демонстрирует путь, по которому молодые клетки-предшественники нейронов (желтые) мигрируют из субэпендимальной зоны (зоны нейронов, окружающей боковые желудочки) в обонятельную луковицу. Субэпендимальная зона представляет собой основную область нейрогенеза (зарождения новых нейронов) во взрослом мозге. Кроме нее еще две зоны зарождения новых нейронов расположены, собственно, в обонятельной луковице и зубчатой извилине гиппокампа.
Исследование, из которого мы взяли эту микрофотографию, посвящено изучению полного протеома (набора белков) одной из самых больших зон нейрогенеза. Ученые в нем отвечают на вопрос, чем же эта область мозга принципиально отличается от высокодифференцированной коры. Мы расскажем об этой работе в ближайшее время, следите за обновлениями.
Обнаружены нейронные связи, ответственные за появление сознания
Сознание – одна из величайших загадок, стоящих перед человечеством. Но где и как оно возникает? Действительно ли сознание существует или это просто иллюзия, искусно созданная мозгом? Поиск ответов на эти вопросы – задача невероятно сложная, но ученых, к счастью, это не останавливает. Чтобы попытаться понять, где именно в мозге человека возникает сознание, авторы нового исследования провели эксперимент, в котором приняли участие 98 испытуемых. В ходе исследования большинство испытуемых бодрствовали, некоторые находились под наркозом, а у других наблюдались нарушения сознания и заболевания мозга. Используя функциональную магнитно-резонансную томографию (fMRI) и машинный алгоритм на основе искусственного интеллекта, ученые выяснили, что существуют две биологические нейронные сети, которые напрямую связаны с сознанием. Похоже, так близко к важнейшей из тайн человечества наука еще не подбиралась.
Ученые ищут сознание в мозге человека, пытаясь ответить на вечный вопрос – как появилось сознание и где оно обитает
Биологическая нейронная сеть – это сеть, состоящая из нейронов головного мозга (нервных клеток, которые обрабатывают, хранят и передают информацию с помощью электрических и химических сигналов). Соединяясь между собой в сеть, нейроны формируют функции мозга, память, сознание и др.
Как связаны внимание и сознание?
Представьте, что вам нужно выполнить важную работу: вы сосредоточены на какой-то задаче, но внезапно мысли начинают блуждать и вот вы уже мечтаете о выходных и о том, как здорово их проведете. Это продолжается ровно до тех пор, пока ваш начальник или коллега не напоминают о себе сообщением в рабочем чате или звонком по телефону – все-таки сегодня многие работают из дома из-за пандемии CoVID-19. Подобное “переключение” сознания происходит автоматически и является результатом двух состояний мозга: задней системы внимания (DAT), благодаря которой мы осознаем себя и окружающий мир и сети пассивного режима работы головного мозга (DMN), благодаря которой мы можем сосредоточиться на самих себе (своем внутреннем мире).
В мозге человека насчитывается порядка 65 миллионов нейронов
Авторы нового исследования, которое опубликовано в журнале Science Advances, считают что когда одно из этих состояний активно, второе автоматически подавляется. В общем и целом во время эксперимента ученым удалось продемонстрировать постоянно меняющуюся природу мозга – даже когда человек находился под наркозом или никак не реагировал на импульсы извне – с помощью fMRI и машинного алгоритма на основе искусственного интеллекта. Полученные результаты позволили предположить, что оба этих состояния – нейронные связи – являются функциями мозга более высокого порядка – то есть отвечают за мышление, речь и др. Авторы статьи полагают, что эти функции связаны с сознанием и подавляются когда человек находится в без сознания.
Мы создаем новую картину мозга, которая динамично меняется с течением времени – пишут авторы исследования в своей статье.
Мозг самостоятельно “переключает” нейронные сети
В ходе эксперимента ученые проанализировали паттерны мозговой активности по секундам у 98 испытуемых. Паттерны – это своего рода шаблон регулярно повторяющихся действий. В ходе эксперимента часть испытуемых бодрствовала или находилась под наркозом, у в то время как у другой части испытуемых наблюдались нарушения сознания. В ходе исследования ученые обнаружили, что мозг испытуемых очень быстро “переключался” от одной сети к другой, причем происходило это регулярно и по определенным паттернам. Оказалось, что у пациентов под наркозом и у пациентов с нарушением мозгового кровообращения функционирование высших функций мозга было значительно снижено. Более того, характер “переключения” между сетями зависел от того, находился пациент в сознании или нет.
Человеческие и искусственные нейроны научились связываться друг с другом через интернет
Исследования новых устройств наноэлектроники под руководством Университета Саутгемптона позволили мозговым и искусственным нейронам связываться друг с другом. Это исследование впервые показало, как три ключевых новых технологии могут работать вместе: интерфейсы мозга-компьютера, искусственные нейронные сети и передовые технологии памяти (также известные как мемристоры). Об этом сообщается на сайте Университета Саутгемптона.
Мозг может работать только благодаря нейронам, соединенных вместе микроскопическими, но очень сложными звеньями, называемыми синапсами. В этом новом исследовании ученые создали гибридную нейронную сеть, в которой биологические и искусственные нейроны в разных частях мира могли общаться друг с другом через интернет через центр искусственных синапсов, созданных с использованием ультрасовременной нанотехнологии. Это первый раз, когда все три компонента объединились в единую сеть.
Во время исследования ученые из Университета Падуи в Италии выращивали нейроны крысы в своей лаборатории, а партнеры из Цюрихского университета и ETH Zurich создали искусственные нейроны на кремниевых микрочипах. Виртуальная лаборатория была собрана с помощью сложной системы управления наноэлектронными синапсами, разработанной в Университете Саутгемптона. Эти синаптические устройства известны как мемристоры.
Исследователи из Саутгемптона зафиксировали всплески событий, посылаемых через интернет от биологических нейронов в Италии, а затем распределили их по мемориальным синапсам. Ответы были затем отправлены на искусственные нейроны в Цюрихе также в форме пиковой активности. Процесс одновременно работает и наоборот: из Цюриха в Падую. Таким образом, искусственные и биологические нейроны смогли общаться в двух направлениях и в режиме реального времени.
Теперь исследователи ожидают, что их подход вызовет интерес со стороны ряда научных дисциплин и ускорит темпы инноваций и научных достижений в области исследования нейронных интерфейсов. В частности, способность беспрепятственно соединять разрозненные технологии по всему миру является шагом к демократизации этих технологий, устраняя существенный барьер для сотрудничества.
В США нашли способ кардинально снизить энергозатраты на обучение нейросетей
Новую автоматизированную систему, обеспечивающую снижение затрат электроэнергии на обучение и эксплуатацию нейронных сетей, разработали ученые из США. Статья с описанием результатов работы опубликована на сайте Массачусетского технологического университета (MTI).
Ученые предложили новый подход к обучению нейросетей. Они объединили отдельные нейросети, предназначенные для решения специализированных задач, в единую большую систему, в рамках которой малая нейросеть будет обучаться лишь тогда, когда этого потребует необходимость решения конкретной задачи. В остальных случаях малые нейросети используют опыт обучения одной большой сети и не тратят энергию на обучение каждой отдельной нейросети.
В соответствии с выводами ученых, такой подход значительно сокращает затраты энергии для обучения сетей на больших массивах данных. По оценкам специалистов, помимо снижения затрат электроэнергии на обучение одной нейросети в 1,3 тысячи раз, повышается скорость обработки данных и обучения.
Новый нейроинтерфейс вернул парализованному человеку осязание – ученые
Восстановление подвижности и чувствительности парализованных рук после тяжелой травмы спинного мозга смог обеспечить новый нейроинтерфейс, созданный нейрофизиологами из США. Результаты их исследования опубликованы в научном журнале Cell.
Ученые уже давно и не без успеха разрабатывают нейроинтерфейсы, представляющие собой симбиоз микрочипов и электродов с управлением компьютерными алогоритмами. С их помощью ученые научились подключать к мозгу животных и даже человека различные органы: киберконечности, искусственные глаза и синтетические органы чувств наподобие тепловизоров и рентгеновизоров.
Но, как отмечают авторы исследования из Мемориального института Баттеля (США), применению и дальнейшему совершенствованию киберконечностей мешает отсутствие тактильных ощущений, которые играют важную роль в обучении мозга управлению новыми конечностями. Нейрофизиологи в течение шести лет разрабатывали нейроинтерфейс, позволяющий «подключить» руки пациентов напрямую к головному мозгу, минуя поврежденный позвоночник.
В эксперименте участвовал 28-летний доброволец, который девять лет назад получил травму спинного мозга. Исследователи имплантировали ему в кору головного мозга специальный чип с набором электродов и подключили к ним киберруку.
Доброволец освоил искусственную руку, научился управлять ее простейшими движениями, но дальнейшее освоение навыков застопорилось из-за, как посчитали ученые, отсутствия ощущений от прикосновений к предметам. Нейрофизиологи добавили киберпротезу функционал, позволяющий с помощью внешних датчиков, микромоторов и электродов посылать электрические импульсы в момент касания предметов или движений руки.
Проведенные эксперименты показали, что благодаря этому усовершенствованию пациент стал, не глядя, практически безошибочно узнавать, что он чего-то касается. При этом движения его руки стали быстрее и точнее, а также пациент научился ограничивать силу движений.
Авторы исследования дальнейшим шагом собираются создать версию киберпротеза, обладающего такими возможностями, для использования его в домашней обстановке. Они надеются, что развитие нейроинтерфейсов в этом направлении позволят людям после парализации вернуть возможность самостоятельно вести их жизнь.
