Анна Ильющенкова
Как поймать сознание
Сайт НЕВРОНЬЮС, который Вы собираетесь посетить, содержит материалы исключительно для работников здравоохранения. Нажимая на кнопку «Войти» Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Где в мозге «живет» сознание и что это вообще такое? Этот вопрос на протяжении столетий рассматривался философами, психологами, а в последнее время – неврологами и даже специалистами в области искусственного интеллекта. Новое исследование ученых из Тель-Авивского университета в Израиле, опубликованное в журнале Nature Communications, позволило сделать ещё один шаг навстречу пониманию этого феномена.
Человеческое сознание – это та загадка, которая не позволяет сегодня создать искусственный разум. Для начала нужно полностью изучить разум естественный.
«Компьютеры и роботы взаимодействуют с миром, не обладая сознанием. Но внутри нашего мозга происходит нечто чудесное, что позволяет нам воспринимать мир с субъективной точки зрения», — рассказывает ведущий автор исследования Хагар Гелбард-Сагив (Hagar Gelbard-Sagiv).
Добровольцами стали девять пациентов с эпилепсией, которым ранее в мозг вживляли электроды, позволяющие контролировать болезнь. Они довольно часто приглашаются в исследования, связанные с глубокой стимуляцией мозга – так, в 2017 году у ученых получилось поспособствовать тому, чтобы молодой человек с электродами в мозге увидел радугу. Так им удалось выяснить, что определенные отделы веретенообразной извилины отвечают только за один тип восприятия – распознавание цветов или лиц.
Исследователи провели 20 сеансов, на протяжении которых испытуемые смотрели на пару изображений, каждое из которых располагалось перед одним из глаз. Поскольку каждый глаз видел только одно изображение, мозг не мог слить их в единую картинку. Вместо этого он должен был работать лишь с одним из них в определённых момент времени. Свечение монитора тем временем стимулировало зрительную кору мозга.
Зачастую эти два процесса – визуальную стимуляцию и собственно осознание увиденного – бывает трудно разделить. Однако эксперимент позволил сделать это и измерить время, проходящее между разными этапами распознавания изображения.
Испытуемые сообщали исследователям, когда им удавалось увидеть тот или иной образ. Как оказалось, средняя лобная извилина (часть лобной доли), отвечающая за осознанные действия, активируется на целых две секунды раньше того, как испытуемый понимает, что перед ним то или иное изображение. Секундой позже подключается средняя височная извилина, находящаяся в височной доле – она отвечает за обработку визуальной и слуховой информации и участвует в образовании долговременной памяти.
«Две секунды – долгое время с точки зрения активности нейронов. Мы считаем, что активность этих отделов мозга не только коррелирует с восприятием, но и может принимать участие в процессе, который приводит к возникновению сознательного восприятия», — считают авторы работы.
Пока нельзя сказать, позволит ли это и другие открытия создать полноценный искусственный разум. Также нет ответа и на вопрос о том, становится ли сознание самостоятельным инструментом познания или просто побочным эффектом прочих процессов, но учёные надеются, что по мере накопления данных это удастся прояснить.
Текст: Алла Салькова
Сайт НЕВРОНЬЮС, который Вы собираетесь посетить, содержит материалы исключительно для работников здравоохранения. Нажимая на кнопку «Войти» Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Память о полученном страшном опыте позволяет избавиться от страха. О нейробиологических основах этого явления в журнале Science рассказали швейцарские исследователи. Они выяснили, что поведенческая терапия на основе нейронной сети или энграммы, в которой записан страх, перезаписывает это воспоминание на нейтральное, если во время встречи с триггером не происходило ничего вредящего.
Наши собственные страхи доставляют нам множество неудобств и практически не проходят сами по себе, если с ними не бороться. В то или иное время они отравляют жизнь более трети населения планеты В сложных ситуациях жуткие воспоминания перерастают в фобии и посттравматические стрессовые расстройства (ПТСР), которые трудно поддаются лечению. Так, каждый год, по данным статистики, ПТСР появляется у одного процента от общей популяции людей.
Однако, если активировать нейронные ансамбли (энграммы) с записанными неприятными воспоминаниями в безопасных условиях, то страх со временем проходит. На этом эффекте основана когнитивно-поведенческая терапия, которая действительно работает, но ее нейробиологические основы оставались неясными, особенно в отсроченном периоде.
Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) сначала изучили то, какие клетки активизируются, когда записывается страшное воспоминание. Они вводили мышам вирусный вектор, который доставлял в клетки мозга гены флуоресцентных белков и встраивал их в ДНК, а затем наблюдали за формированием нейронного «рисунка» воспоминания в зубчатой извилине гиппокампа (часть мозга, ответственная за память), когда мышь помещали в бокс и воздействовали слабым током на ее лапы.
С помощью этих манипуляций (называющихся engram-tagging) они выяснили, в каких конкретно клетках записалась память о стрессовом опыте, и когда даже через месяц помещали животное в тот же самый бокс, наблюдали реакцию страха (отсутствие движения, прижатые к голове уши) и активацию этой энграммы. Но если действие повторялось, то через несколько дней животное переставало реагировать на бокс настороженно, однако, энграмма при этом все еще оставалась активной.
С помощью хемогенетики (сконструированный рецептор, активирующийся исключительно сконструированным лекарством, DREADD) исследователи пытались выключить эту энграмму и выяснили, что в этом случае животные хуже отучались бояться, нежели в контрольной группе. Однако, если энграмма искусственным образом активизировалась, то реакция страха проходила у мышей быстрее.
Авторы считают, что поведенческая терапия работает по тем же самым механизмам. В контролируемых условиях кабинета врача на пациента воздействуют триггерами его страха – показывают фотографии, видео или дают послушать шум, но на этом все и заканчивается. И получается, что память перезаписывается наподобие диска DVD-RW, «сохраняя» на основе нейронной сети страшного воспоминания новое – безопасное.
Текст: Анна Хоружая
Сайт НЕВРОНЬЮС, который Вы собираетесь посетить, содержит материалы исключительно для работников здравоохранения. Нажимая на кнопку «Войти» Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего нашли связь между мигренями и количеством нитратвосстанавливающих бактерий, которые живут во рту пациентов. В работе, опубликованной в mSystems, анализируются результаты секвенирования генома бактерий здоровых респондентов и страдающих мигренями.
Мигрень – хроническое неврологическое заболевание сосудистого характера, выражающееся сильными головными болями. Не связанное с травмами, опухолями или другими повреждениями, оно часто приводит к частичной и малопредсказуемой по периодичности потере работоспособности. Мигренями разной степени страдает от 10 до 15 процентов людей – почти миллиард человек. При этом однозначной единой причины возникновения болезни не выявлено, а провоцировать приступы могут многие факторы.
Одним из возможных факторов риска называют употребление нитратов. Нитраты – соли азотной кислоты – содержатся в составе многих продуктов питания, а также в лекарствах как действующие вещества. Попадая в организм, нитраты восстанавливаются до нитритов (это обеспечивают обитающие во рту бактерии), а в крови превращаются в оксид азота (II). Он играет важную роль в различных процессах жизнедеятельности организма – иммунных, регенеративных, функционирования сердечно-сосудистой системы, работе мышц, передаче импульсов. Именно эффект, который оксид азота оказывает на давление и кровоток, в качестве побочного продукта, по-видимому, может способствовать развитию сосудистых спазмов мигренозного типа.
«Существует теория, что некоторые продукты вызывают мигрень — шоколад, вино и продукты, содержащие нитраты», — говорит автор исследования Антонио Гонсалес. Однако, не у всех людей. Учитывая роль бактерий в цепочке процессов превращения нитратов в оксид азота, ученые решили проверить, есть ли разница в микробиоме людей, страдающих мигренями, и контрольной группы.
Из всех исследованных бактерий заметная разница в распределении различных штаммов наблюдалась среди микроорганизмов родов Pseudomonas и Streptococcus. Итоги секвенирования генома бактерий различались у больных мигренью и контрольной группы. С помощью программы PICRUSt ученые выяснили, что бактерии полости рта у страдающих от мигрени имеют больше генов, которыми кодируются ферменты, отвечающие именно за прохождение цепочки превращений нитраты – нитриты – оксид азота.
Это может означать, что такие бактерии «работают с большим энтузиазмом», чем бактерии здорового человека, поэтому больной в перспективе может из того же количества пищи получать больше оксида азота, провоцирующего приступ. Исследования роли бактерий могут помочь при разработке схем лечения и профилактики заболевания.
Текст: Полина Гершберг
Сайт НЕВРОНЬЮС, который Вы собираетесь посетить, содержит материалы исключительно для работников здравоохранения. Нажимая на кнопку «Войти» Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Госкорпорация Ростех создала консорциум «Трансляционная медицина» для разработки, апробации, серийного производства и вывода на международный рынок нейротренажера на базе виртуальной реальности ReviVR, который поможет в реабилитации пациентов, перенесших инсульт. В состав консорциума вошел Национальный медико-хирургический Центр имени Н.И. Пирогова, АО «Инженерно-маркетинговый центр Концерна «Вега» (входит в холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех) и Самарский государственный медицинский университет (СамГМУ).
Основной принцип работы тренажера ReviVR – погружение пациента в виртуальную среду, где он может увидеть себя от первого лица в вертикальном положении, самостоятельно «ходить» по открытому пространству – «футбольному полю» и «набережной». А также слышать и ощущать свои шаги за счет одновременного тактильного воздействия на стопы при помощи пневмостимуляции. За счет этого активизируются определенные группы мышц, которые в свою очередь стимулируют мозговую активность. Благодаря чему восстанавливаются нейронные связи в поврежденных из-за инсульта или травмы участках головного мозга. Человек «привыкает» к вертикальному положению.
Главная задача консорциума – обеспечение скорейшего выхода инновационной разработки на рынок и успешная коммерциализация ReviVR. На сегодняшний момент нейротренажер имеет статус технического средства реабилитации, получен сертификат качества продукции, в ближайшее время ожидается получение регистрационного удостоверения Росздравнадзора.
Нейротренажеры ReviVR станут первой разработкой медицинского вуза, переданной в серийное производство крупной российской корпорации. ИМЦ Концерна «Вега» располагает всеми необходимыми лицензиями на производство подобного оборудования. По оценкам Концерна «Вега», инвестиции в проект могут составить до 20 млн рублей.
«Промежуточные результаты клинических исследований показали, что у пациентов после прохождения курса восстановления с применением традиционный методик реабилитации и занятий с ReviVR в полтора-два раза улучшились показатели двигательной активности. Планируется модификация нейротренажера: создание новых виртуальных сред, а также выпуск модели тренажера для восстановления движения верхних конечностей», — прокомментировал директор Института инновационного развития СамГМУ, профессор РАН Александр Колсанов.
Текст: СамГМУ
Машинное обучение находит гены аутизма
Сайт НЕВРОНЬЮС, который Вы собираетесь посетить, содержит материалы исключительно для работников здравоохранения. Нажимая на кнопку «Войти» Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Учёные из Принстонского университета разработали новый подход на основе машинного обучения с использованием функциональной карты мозга для анализа полного генома человека и предсказания генов, которые могут быть связаны с аутистическими расстройствами. По результатам такого анализа число генов, связанных с этим расстройством увеличилось с 65 до 2500 генов. Результаты опубликованы в журнале Nature Neuroscience.
Новый подход был валидирован в независимом исследовании «случай-контроль». Исследователи также создали удобный и интерактивный веб-портал, где любой биомедицинский исследователь, биоинформатик или клиницист может получить доступ к данным и изучить результаты исследования.
«Наша работа имеет большое значение для генетиков, которые могут использовать наши данные для будущих исследований секвенирования, что позволяет намного быстрее и дешевле выявить гены аутизма », — говорит ведущий автор исследования Арджун Кришнан (Arjun Krishna), научный сотрудник Принстонского университета.
Как полагают авторы, учёные могут использовать их модели прогнозирования для определения и интерпретации результатов полногеномного секвенирования (GWAS). Биомедицинские исследователи могут использовать эти предсказания и данные анализа, чтобы представить любой ген в аутизм-ассоциированных функциональных и анатомических контекстах.
Старший автор исследования Ольга Троянская, профессор информатики и геномики в Принстоне, добавляет: «В работе мы впервые сделали предсказание генов, связанных с расстройством аутистического спектра по всему геному человека. Метод, который мы разработали поможет выявить гены, ассоциированные с аутизмом , даже если ранее они не были связаны с ним. Мы добиваемся этого используя функциональную карту мозга (мозг-специфические генные сети), генерируемую за счет интеграции тысячи геномных наборов данных».
Текст: Алексей Паевский
«Мозг неандертальца» вырастили в пробирке
Сайт НЕВРОНЬЮС, который Вы собираетесь посетить, содержит материалы исключительно для работников здравоохранения. Нажимая на кнопку «Войти» Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Ученые воспользовались технологией выращивания органоидов и внесли в ДНК стволовых клеток, которые стали основой имитации коры головного мозга, мутацию из генома неандертальца, расшифрованного около десяти лет назад. Такая манипуляция позволила пронаблюдать за тем, как развивался мозг наших предков, и оказалось, что его форма и конструкция нейронных связей весьма отличаются от таковых у современных людей. Авторы рассказали о своей работе на конференции Imagination and Human Origins, однако подробности доклада настолько заинтересовали всех, что они были опубликованы в редакционной заметке журнала Science.
Человечество впервые узнало, какие особенности в себе таит геном неандертальца, в 2009 году, когда международная группа генетиков под руководством Сванте Паабо объявила об окончании проекта по его расшифровке, который начался в 2006 году. Ученые прочитали 3,7 миллионов пар нуклеотидов ДНК, взятой из фаланги пальца взрослой неандертальской женщины возрастом 50 тысяч лет, который нашли в Денисовой пещере. С тех пор исследователи пытаются выяснить, какие биохимические, молекулярные и гистологические детали жизнедеятельности могли обуславливать те или иные особенности генома предков человека.
Понятное дело, что мозг, как самый сложный и один из наиболее интересных с точки зрения эволюции органов, сильно интересовал ученых. Технологии редактирования генома, а также выращивания в чашке Петри из плюрипотентных клеток любые органоиды, в том числе участки мозговой ткани, предоставили возможность исследователям увидеть своими глазами, как в процессе развития видоизменяется мозг с частично неандертальским вариантом генома, и что происходит на микроструктурном уровне.
С помощью системы CRISPR/Cas9 научная группа под руководством Алиссона Мюотри (Alysson Muotri) внесла изменения в единственный ген NOVA1 ДНК фибробластов (из 200 функционально значимых), которые затем «переформатировали» в стволовые клетки и заставили с помощью «коктейля» из ростовых факторов дифференцироваться в нейроны. Продукт этого гена – белок, который контролирует процесс созревания РНК (сплайсинг), следовательно, его видоизменение могло привести и к перестройке целого пула других белков, подконтрольных матричным РНК.
Получившиеся из таких клеток органоиды, которые росли в течение нескольких месяцев, несколько отличались по форме от органоидов из клеток современного человека. Они, по словам ученых, казались сморщенными и похожими на «попкорн», тогда как контрольные органоиды имели ровные округлые очертания. Изменения прослеживались и на микроструктурном уровне: клетки в неандероидах (так исследователи назвали органоиды с неандертальской мутацией) мигрировали быстрее, строили со своими «соседями» меньше количество связей, напоминая то, как выглядят нейронные сети в мозге детей с аутизмом.
Тем не менее, Сванте Паэбо, сейчас уже директор Института эволюционной антропологии им. Макса Планка в Лейпциге, Германия, отнесся к результатам опыта скептично, потому что невозможно предсказать, какие генетические различия «функционально релевантны». К тому же органоид крайне слабо отражает реакции, которые происходят в мозге взрослого человека, да и случайные мутации в процессе его роста не исключены. Однако, его научная группа также начала подобные эксперименты, и только в большом количестве информации и повторяющихся опытов, по его мнению, найдется некая истина.
Текст: Анна Хоружая
Сайт НЕВРОНЬЮС, который Вы собираетесь посетить, содержит материалы исключительно для работников здравоохранения. Нажимая на кнопку «Войти» Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Терапия стволовыми клетками помогла регенерировать нейронам в поврежденных областях спинного мозга и снова начать двигаться данио-рерио – популярной аквариумной рыбке семейства карповых и одному из лучших модельных животных в нейробиологии. Возможно, такой способ лечения можно будет применить и на парализованных людях с травмой спинного мозга. Исследователи из университета Монаша (Австралия) представили свою работу на Международной конференции по исследованию стволовых клеток в Мельбурне на этой неделе.
Данио-рерио — небольшие тропические рыбки, которые известны как «мастера регенерации». Они умеют восстанавливать многие ткани или органы после травмы, а наблюдать за этим процессом можно практически в режиме реального времени.
Исследователи изолировали группу стволовых клеток и клеток-предшественников нейронов, которые очень быстро колонизируют и восстанавливают поврежденный спинной мозг рыбы. Наблюдая за изолированным участком благодаря методам конфокальной микроскопии и микроскопии световым листом, они смогли отслеживать регенерацию нервов: они увидели, как эти клетки двигаются, ведут себя и восстанавливают спинной мозг.
Ученые выделили две «волны» регенерации: миграцию клеток-предшественников к месту повреждения, а затем активацию стволовых клеток в областях, окружающих участок травмы. Процесс регенерации занял от двух до четырех дней у взрослой рыбы и не более двух дней у личинки.
Исследователи считают: если изучить этот процесс на молекулярном и генетическом уровне, получится узнать, применим ли такой же процесс терапии для людей с травмами спинного и головного мозга.
Текст: Любовь Пушкарская
Сайт НЕВРОНЬЮС, который Вы собираетесь посетить, содержит материалы исключительно для работников здравоохранения. Нажимая на кнопку «Войти» Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Влияют ли размеры мозга и сложность его строения на способность горевать, взялись выяснить итальянские исследователи. Изучив поведение дельфинов и китов, которые могут проявлять чувства по отношению к умершим сородичам, прийти к однозначному выводу учёные не смогли. О подробностях эксперимента они рассказали в заметке на сайте Science.
Помимо людей скорбеть из-за потери близкого существа способны также шимпанзе, бабуины и слоны. Такая реакция считается естественной, однако нельзя точно сказать, могут ли переживать и другие виды млекопитающих. Поведение, похожее на проявления грусти от утраты, часто наблюдается у китообразных, о чём свидетельствуют многочисленные фото и видео. Например, на некоторых самки дельфинов плывут вместе со своими мертвыми детенышами, подталкивая их тела своим туловищем.
Команда учёных вместе с биологом Джованни Беарци (Giovanni Bearzi) из Центра изучения и сохранения дельфинов в Порденоне в Италии исследовала около 80 научных свидетельств скорбящего поведения на протяжении 46 лет, начиная с 1970 по 2016 год. Исследователи выяснили, что грусть проявляется у 20 из 88 видов китообразных, в основном у дельфинов рода Sousa и Tursiops, а также китов- горбачей Megaptera novaeangliae.
В результате авторы работы, опубликованной в научной статье в журнале Zoology, нашли взаимосвязь между размером мозга китообразных и его сложным устройством. Выяснилось, что у дельфинов мозг больше и сложнее по сравнению с представителями подотряда усатых китов. Такой результат, по мнению авторов, может быть спровоцирован многочисленными исследованиями, в ходе которых на протяжении 50 лет биологи изучали в основном дельфинов. Несмотря на это, выражение скорби, скорее всего, присуще только социальным животным со сложно организованным и крупным серым веществом головного мозга.
Учёные считают, что для однозначного ответа на вопрос о способности к переживанию у морских млекопитающих требуются дополнительные данные. К примеру, записи звуков скорбящих китообразных или анализ выдыхаемой воды на содержание гормонов могли бы дополнить картину и помочь сделать точный вывод. А пока эмоциональность китообразных остаётся загадкой.
Текст: Екатерина Заикина
Нейростарости: растворимые сенсоры в мозге
Сайт НЕВРОНЬЮС, который Вы собираетесь посетить, содержит материалы исключительно для работников здравоохранения. Нажимая на кнопку «Войти» Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Ученые из Медицинской школы Университета штата Вашингтон в Сент-Луисе и инженеры из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне в 2016 году создали датчики, которые нейрохирурги смогут имплантировать под черепную коробку без необходимости их впоследствии удалять: по окончании работы датчики просто растворяются. О своей разработке команда сообщила в престижном журнале Nature.
Сообщество исследователей и разработчиков двух университетов создали датчики размером с кончик простого карандаша, которые нейрохирурги могут имплантировать во время операций под черепную коробку для постоянного точного мониторинга внутричерепного давления и температуры. Датчики растворяются в течение нескольких десятков часов.
«Электронные устройства и их биомедицинские применения активно развиваются. Но главное препятствие состояло в том, что имплантаты часто вызывают иммунную реакцию, которая может оказаться проблематичной для пациентов. Преимущество новых устройств в том, что они растворяются со временем, поэтому не останутся в мозге надолго и их не придется доставать обратно, что резко уменьшает риск инфекции и дальнейших осложнений», — говорит доктор Рори Дж. К. Мерфи, нейрохирург в Медицинской школы Университета штата Вашингтон в Сент-Луисе и Еврейского госпиталя Барнс в Сент-Луисе, соавтор статьи.
Важность таких датчиков неоспорима: только в США погибает от черепно-мозговых травм более 50 000 человек в год. Новые устройства в основном сделаны из полимолочной кислоты, сополимеризованной с гликолевой кислотой (PLGA) и силикона. В первом «раунде» испытаний их погружали в физиологический раствор, где они растворялись в течение двух дней, после чего провели испытания на мышах. Теперь ученые приступают к исследованиям на людях.
Текст: Алексей Паевский
Сайт НЕВРОНЬЮС, который Вы собираетесь посетить, содержит материалы исключительно для работников здравоохранения. Нажимая на кнопку «Войти» Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Сотрудники компании Volta Medical закончили пятилетнюю разработку программного обеспечения AIFib для искусственного интеллекта, который обеспечит врачей-кардиологов дополнительным инструментом диагностики фибрилляций предсердий. Об этом сообщает портал Med Tech Innovation News.
В клинической практике для определения первопричины, кардиологи вынуждены манипулировать зондами внутри сердца, чтобы определить электрические сигналы и обнаружить их визуально. Volta Medical – французская компания – разработчик медицинский устройств, которая объединила усилия десятилетних исследований и последние пять лет работала над созданием искусственного интеллекта для диагностики фибрилляции предсердий. Подход сотрудников заключался в автоматизации этой процедуры и повышении доступа к ней большинства хирургов.
По сравнению с традиционными компьютерными методами, идентификация при помощи которых затруднена из-за высокого уровня сложности, новая система способна избавить и врача, и пациента от долгих процедур и повысить эффективность работы. Как рассказывают авторы разработки, AIFib позволит лечить наиболее сложных и тяжелобольных пациентов во всех оснащённых медицинских учреждениях, что до сих пор можно было сделать только в ограниченном количестве экспертных центров.
Программное обеспечение показало себя многообещающим по результатам первых тестов. Испытание состояло из анализа внутрисердечных электрических сигналов при хирургической абляции (устранении электрического очага) фибрилляции предсердий. Производительность AIFib превзошла показатели, зафиксированные группой из 28 кардиологов. Теперь компания собирается провести дополнительные исследования, чтобы подтвердить эффективность программного обеспечения.
Сотрудники Volta Medical считают, что такое сложное программное обеспечение очень просто использовать, в чем заключается некий парадокс. Однако, в этом и состояла их цель — сделать сложное простым, — цитирует разработчиков Med Tech Innovation News.
Текст: Екатерина Заикина