Нейроны, отвечающие за «концепцию» Мэрилин Монро, боролись в голове человека с нейронами, привязанными к понятию «Майкл Джексон». Результат соперничества учёные выводили на экран (иллюстрация Moran Cerf, Maria Moon/Caltech).
Человек способен усилием воли регулировать активность конкретного нейрона в коре своего мозга. Это открытие американских исследователей не только проливает свет на тонкости работы мозга, но и даёт надежду на появление техники, способной визуализировать сны людей, видения психически больных или мысли парализованных.
Нынешний эксперимент корнями уходит в 2005 год. Тогда невролог Кристоф Кох (Christof Koch) из Калифорнийского технологического института (Caltech) и профессор нейрохирургии Ицхак Фрид (Itzhak Fried) из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) установили, что признанием той или иной знаменитости в мозге заведуют отдельные клетки.
Тот опыт оказался серьёзным подкреплением теории о «клетке бабушки» (Grandmother cell). Она гласит: в мозге есть единичные нейроны, ответственные за реакцию человека на абстрактные понятия, конкретные достопримечательности, отдельных людей, в том числе и собственную бабушку, что дало название.
Таким образом в языке исследователей появились «нейрон Холли Берри», «нейрон Эйфелевой башни» и так далее. При этом данные нейроны активировались не только при воздействии соответствующего визуального стимула, но и при произнесении вслух имени/названия объектов и в том случае, если испытуемый сам думал о них.
Открытие «нейронов бабушки» не сильно помогло в понимании механизмов узнавания. Ряд учёных всё равно склоняются к мысли, что эти клетки являются лишь ключевым звеном в большой нейронной цепочке, занимающейся декодированием информации. Зато нахождение таких нейронов проложило дорогу к новому опыту, давшему куда больше пищи для размышлений.
Теперь Кох, Фрид, выпускник калифорнийского технологического Моран Серф (Moran Cerf) и ряд их коллег воспользовались любезностью двенадцати больных эпилепсией. Чтобы найти в их мозге источники припадков, медики имплантировали пациентам набор электродов в медиальную височную долю, связанную с памятью и эмоциями. Учёные решили выяснить, как работают клетки в этом регионе при просмотре различных изображений.
Сначала экспериментаторы опросили добровольцев, выявив их интересы. Далее исследователи составили для каждого набор из 100 изображений, на которые человек реагировал наиболее отчётливо. Показывая картинки подопытным, учёные искали корреляцию между ними и сильным откликом единичных нейронов.
Из каждой сотни нашлось примерно с десяток явных совпадений, то есть десять «нейронов бабушки». Далее исследователи работали всего с четырьмя из них.
В следующей фазе опыта добровольцев просили думать о конкретных снимках, например Мэрилин Монро, а активацию «нейрона Монро» переводили в движение курсора на экране. Так человек получал обратную связь и учился произвольно усиливать мысли о выбранном объекте.
Кстати, строго говоря, каждый нейрон, связанный с тем или иным объектом, являлся представителем целой группы клеток, откликающихся на конкретный стимул. Просто учёные упростили задачу, рассуждая о единичных нейронах.
Схема опыта. Всего пациентам были имплантированы 64 электрода, но авторы эксперимента сосредотачивали внимание на четырёх каналах, соответствующих четырём знаменитостям.
Регистрируя частоту всплесков активности в этих «нейронах бабушки», электроника давала команду на проявление того или иного изображения на экране (иллюстрация Moran Cerf, Christof Koch, Itzhak Fried/Nature).
После первой тренировки условия опыта усложнили. Когда доброволец, сидя перед пустым экраном, начинал думать о Монро, компьютер выводил на дисплей её снимок, но тут же микшировал с отвлекающим изображением, например Майкла Джексона.
Игра начиналась с равновесной смеси двух полупрозрачных кадров. Задача испытуемого — усилием воли сделать портрет Монро более ярким, а портрет Джексона — растворить.
Испытуемые нашли свои собственные стратегии для выигрыша: некоторые просто думали о снимке, другие повторяли имя персонажа вслух или сосредотачивали взор на конкретной детали изображения. Во всех случаях успешными оказались 70% из 900 попыток.
Произвольно управляя интенсивностью сигналов, выдаваемых «нейроном Монро», испытуемые учились проявлять её изображение на экране, затушёвывая соперничающий образ силой мысли (иллюстрация с сайта gizmag.com).
Даже в положении, когда конкурирующий кадр составлял уже 90% суммарного, люди оказались способны отыграть всё назад и проявить нужный портрет.
Это открытие авторы опыта посчитали едва ли не самым ценным. Ведь наш мозг постоянно заполнен реакцией на самые разные стимулы — визуальные, тактильные, обонятельные. Мы думаем сразу о множестве вещей, но можем произвольно отбросить ненужное и сосредоточиться на каких-то одних мыслях. Как точно это происходит — до сих пор не вполне ясно.
И вот теперь Серф рассказывает: «Представьте, что целевое изображение – Билл Клинтон, а Джордж Буш — отвлекающее. Когда пациент проваливает опыт, изображение Буша доминирует. Пациент видит Буша, но должен думать о Клинтоне. Испытуемый выясняет, как управлять потоком информации, чтобы проявился нужный кадр, при этом изображение в его мозге оказывается сильнее, чем гибридное изображение на экране».
После определения точек, реагирующих на портреты знаменитостей, учёные записывали их отклик в сложной задаче с конкурирующими снимками.
Череда всплесков активности в соперничающих областях приводила к скачкам в прозрачности того или иного наложенного кадра, но в среднем испытуемые справлялись с заданием примерно за три-пять секунд – на экране оставалось только желаемое изображение. Разными цветами показаны графики восьми испытаний одного из добровольцев (иллюстрация Moran Cerf, Christof Koch, Itzhak Fried/Nature).
«Часть мозга, которая хранит инструкцию „думай о Клинтоне“, связывается с медиальной височной долей и возбуждает множество нейронов, „отвечающих за Клинтона“. Одновременно она подавляет „нейроны Буша“ и вместе с тем оставляет большинство клеток, представляющих другие понятия или людей, равнодушными», — объясняет Кох.
От этого наблюдения логичный шаг к технике чтения мыслей. Правда, для него необходимо составить обширную библиотеку «нейронов бабушки» для каждого конкретного человека. Последнюю можно создать, регистрируя активность клеток при просмотре набора фильмов. Далее найденные закономерности можно проверить, записывая работу нейронов во время сна и сравнивая полученные картины с описанием сновидений добровольца.
На пути к такой мечте встают трудности и чисто технического порядка — электроды необходимо имплантировать в мозг, ведь нам нужно фиксировать тонкую разницу в работе множества соседствующих нейронов. Но развитие технологии позволяет рассчитывать, что вскоре подобный мониторинг можно будет проделывать неинвазивным путём.
Куда сложнее, впрочем, добиться хорошего соответствия составляемых компьютером образов и реальных видений. Тут пригодятся опыты по регистрации и расшифровке сигналов из зрительной коры. В них учёные сначала набирали статистику в отклике нейронов на те или иные узоры, а потом по фиксируемым сигналам восстанавливали зрительные образы.
И ещё одна аналогия будет нелишней. У «нейронов бабушки» есть собратья — «нейроны места». Эти единичные клетки, как показали опыты на животных, активизируются при нахождении испытуемого в конкретном участке лабиринта. То есть после обучения задаче в мозге животных возникали «нейрон первого правого поворота», «нейрон дверки с крошкой хлеба» и «нейрон Т-образного перекрёстка».
Что важно, при последующем воспоминании о лабиринте включаются те же самые нейроны, даже без реального прохождения коридоров. И это верно как для случая, когда подопытное животное стоит на развилке и прокручивает в голове дальнейший план действий, так и когда зверёк спит и видит лабиринт во сне.
Подробности опыта Коха (на снимке) со товарищи раскрывают статья в Nature и пресс-релизы Caltech и UCLA, а также обстоятельный ролик в конце материала (фото с сайта klab.caltech.edu).
Данные опыты показывают, что специфические клетки, увязанные с теми или иными понятиями, работают как в момент признания объектов на снимках, так и при простом воспоминании о предмете. А значит, библиотека нейронов может действительно дать ключ к расшифровке сновидений.
Последнее, конечно, нужно не только для развлечения. Проникнуть в мысли психически больных пациентов, к примеру, — давняя мечта медиков. Да и другие приложения подобной технологии напрашиваются сами собой – более быстрые системы мысленного письма, более тонкие наборы для мысленного управления играми, роботами, инвалидным креслом.
Это всё будущее. Пока же стоит радоваться хотя бы тому, что благодаря опыту добавились подробности в сложную картину связи между мышлением и работой единичных нейронов. Кстати, опираясь на ряд экспериментов, учёные уже не один год твердят, что возможности одного нейрона ранее недооценивались.
Теперь же получается, что коллектив нейронов, отражающий волю субъекта, может произвольно влиять на работу единственного нейрона и наоборот. «Так это мы управляем нашими нейронами или это нейроны управляют нами? — философски спрашивает сам себя Фрид. – Ответ может быть предельно редукционистским — мы и есть наши нейроны».
По материалам: Леонид Попов, membrana.ru
