Константин Владимирович Анохин (род. 3 октября 1957) - российский учёный, нейробиолог, профессор, член-корреспондент РАН и РАМН. Руководитель отдела нейронаук НИЦ «Курчатовский институт», игрок «Что? Где? Когда?».
Лауреат премий Ленинского комсомола, имени Де Вида Нидерландской академии наук, Президиума Российской академии медицинских наук и Национальной премии «Человек года» в номинации «Потенциал и перспектива в науке». Предложил понятие когнитом для обозначения направления - попытки формирования единой теории разума.
Биография
К. В. Анохин - внук П. К. Анохина.
Окончил лечебный факультет 1-го Московского медицинского института им. И. М. Сеченова в 1980 г. В 1984 закончил аспирантуру при НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина РАМН, защитив кандидатскую диссертацию «Роль холецистокинина в механизмах пищевого насыщения». В 1992 состоялась защита докторской диссертации на тему «Ранние гены в механизмах обучения и памяти». Получил звание профессора. В 2002 был избран членом-корреспондентом РАМН по специальности «нейробиология», а в 2008 - членом-корреспондентом РАН по специальности «нанобиотехнология».
Лекции
- Коды мозга(недоступная ссылка с 02-08-2015 ) - об исследованиях по расшифровке механизмов мышления, включая регистрацию мыслительных процессов в мозге человека и животных и создание устройств, способных декодировать мысли и передавать их как сигналы;
- Вспомнить всё : видеолекция. (Видеолекция о том, что такое память человека и как хранится информация.)
- Мозг и разум: видеолекция, стенограмма. - Часть 1.
- Мозг и разум: видеолекция, стенограмма. - Часть 2.
Анохин Константин Владимирович - профессор, нейробиолог, член-корреспондент РАН и РАМН, заведующий лабораторией нейробиологии памяти Института нормальной физиологии им. П.К.Анохина РАМН и руководитель отдела нейрон аук Курчатовского НБИК Центра.
Далее - ссылки на видеоролики с популярными и специальными лекциями и семинарами К.Анохина. Тексты К.Анохина я привожу не дословно, но с сохранением значим ого смысл а сказанного, и то, что показалось наиболее существенным.
Общее замечание: на мой взгляд, Константин Владимирович Анохин имеет наиболее адекватн ые представления и наибольший творческий потенциал в сравнении с другими Российскими исследователями организации психи ки в системе академической науки.
Стоит обратить внимание, что мои замечания основываются на существующей системы взаимовлияющих факторов в организации индивидуальной адаптивн ости и, возможно, они не сразу будут верно восприняты теми, кто имеет свою модель отдельных фрагментов.
Долгое время существовало мнение:
Животные в отличие от нас не могут путешествовать во времени (субъективно). У людей есть способности мысленно за счет сознания переноситься в наше прошлое.. или фантазировать о будущем.. Существует термин: me n tal time travel . Долгое время считалось, что животные живут только в настоящем... Они способны обучаться и адекватн ым образом действовать согласно опыту предыдущего поведения, но это поведение на основе предыдущего поведения вовсе не связано с состоянием сознания, а больше похоже на Декартовский автомат, который вырабатывается как условные рефлексы, реакции и без переживаний и воспоминаний о том, что происходило, действуют в соответствии с повторяющимися ситуациями.
Эта оценка стала меняться в последние полтора десятилетия, в значительной степени под влиянием экспериментальных эмпирическ их фактов, показавших на разных животных, что они, кажется (кажется потому, что это - предмет острых дискуссий специалистов), способны путешествовать во времени, перемещаться как в прошлое, так и в будущее. Например, иметь то, что для человека долгое время считалось одним из основных признаков существования сознания, так называемую эпизодическую память о прошедших событиях, о которых мы вспоминаем только благодаря нашему сознанию, т.е. .
Животные способны отвечать критериям такой эпизодической памяти, сформированным операционно. Критерий www: "что, где, когда".... Если мы способны ответить на вопрос: "что, где, когда", то воспоминание об этом эпизоде квалифицируется как наша субъективная память....Сойки способны, если их накормить едой, начать прятать оставшуюся еду. Сойке давали излишнюю пищу, которую она прятала. Но это было два типа пищи: одно то, что сойки очень любят - мучные черви и то, что они не так сильно предпочитают - орехи. Если проходит длинное время, то черви в заначке портятся и протухают, сойка ищет только спрятанные орехи. А если времени прошло еще немного, то сойка ищет еще не испортившиеся черви. Т.е. сойка помнила не только где она спрятала, но и что она спрятала и в зависимости от времени хранения учитывала, что черви портятся за некоторое время.
Существуют и другие трюки экспериментаторов, в том числе для млекопитающих. Так, мышь помещают в новую обстановку, где она впервые встречается с симпатичной и новой для нее самкой. Но в другой раз она может столкнуться с самцом, который раньше гонял ее по клетке вследствие доминантности. Такие встречи чередуются с разной периодичностью. Оказалось, что когда мышей помещают в новую обстановку, где нет следов ни самки ни самца, мышь способна распознавать, что в этом месте и в это время была самка и начинать искать ее, а в этом месте находился самец и нужно быть очень осторожным.
Подобные эксперименты показали, что даже животные, обладающие совершенно другим мозгом, не похожим ни на мозг млекопитающих, у которого есть кора как у нас, ни на мозг птиц, у которых нет типичной и понятной нам структуры: кора головного мозга, их эволюция шла разными путями, но оказалось, что путешествиями во времени обладают и разные беспозвоночные, в частности, каракатица и осьминог, с совершенно другим строением нервной системы.
Невозможность описать сознание на уровне конкретной организации мозговых структур ставит , что проявляется в большой схожести поведения, характеризующего сознание. И как должно выглядеть сознание у искусственного робота?
Комментарии.
>> сознание является тем, что извлекает такие следы памяти
Здесь нужно уточнить. Конечно, субъективные воспоминания воспринимаются, осознаются только при осознании, это самоочевидно. И сознательно возможно воспоминание того, что в данный момент следует из последовательности осознаваемого, а не просто вызвано внешними стимулами. Но само осознание затрагивает объект внимания не произвольно, а по определенному закону, который внешне проявляется как " " так, что не думать об большой оранжевой обезьяне оказывается невозможно, если только не перейти к еще более большой и яркой обезьяне. Таким образом, не сознание извлекает следы памяти, а сознание следует за процессом, требующим такого извлечения - за процессом "автоматизма мышлени я". При этом под словом мышлени е будем понимать именно цепочку извлекаемых следов субъективных образов в соответствии с приобретаемыми навыками обработки таких образов - навыками осмысл ения (как и поведенческие навыки в виде поведенческих автоматизмов, формируются при осознании данного момента поведения, так и мыслительные автоматизмы в точности так же формируются и корректируются для новых условий ).
>> вопрос о принципиальной, фундаментальной теор ии сознания, которая должна объяснить, что такое сознание вне зависимости от способа его организации
Попытки построения такой теор ии, методом наблюдения уже сложившейся системы, да еще во многом как черный ящик, практически не реализуемы, что и показывает сегодняшняя реальность. А вот если начать с самого начала, задавшись вопросом: а почему в ходе эволюции начали возникать системы, проявляющиеся такими свойствами, то становится понятно, что речь идет об индивидуальной адаптивн ости к новым условиям и развитии систем такой адаптивн ости. Т.е. нужно отбросить попытки рассматривать сразу с позиции разума, а стоит подойти к этому с позиций - как развитие индивидуальной адаптивн ости приводит к эффектам, внешне проявляющимся как разум. Таким образом, это будет предметная область - адаптология, а не когнитология . В плане личной адаптивн ости, прослеживая эффект "ориентировочной реакции", того как формируется поведенческий ответ в данных новых по отношению к привычным условиям, как оценивается (не)желательность реального поведенческого результата, как возникает задача нахождения решения, которое невозможно найти сразу, - формируется система взаимосвязей механизмов личной адаптивн ости, которая и проявляется как разумность. Модель такой системы уже становится возможно представить и с указанием , которая, при этом, добротно обоснована аксиом атикой.
Есть не слишком редкие, изучаемые феномены людей с памятью, позволяющей досконально воспроизводить события давности десятилетий (а что происходило такого-то числа месяца такого-то года?). Это говорит, что существуют некие биологические механизмы, способные поддерживать память в течение длительного времени. Но и обычные люди, возвращаясь к давним событиям, например, рассматривая старые фотографии одноклассников, способны с большой достоверностью воспроизводить значительную часть этой информации.
Может ли такая информация храниться на молекулярном уровне, как генетическая? Память - не свойство отдельных нейрон ов. Но может ли быть память у отдельного нейрон а?
Опыты показывают, что первичная (кратковременная) память хранит очень большое количество информации, но не долго, часы, а затем примерно только 20% остается на долговременное хранение. И есть критический момент, когда один вид памяти переходит в другой. Было показано, что в момент перехода из памяти кратковременной в долговременную, должны протекать активные процессы в нервной системе. Если дать новую информацию, маскирующую старую (однотипную, но другую), то процесс консолидации нарушается, который идет в первые минуты запоминания долговременно. И эти процессы нарушаются при судорожных припадках или при травмах головы или электрошоке и касаются именно нескольких первых минут процесса запоминания. Это было строго подтверждено и на крысах. Обнаружили, что существует всплеск синтеза белка в нервных клетках у животных, учащихся новому событию. Если ввести ингибиторы синтеза этого белка, то долговременного запоминания не происходит, хотя кратковременная память при этом никак не затрагивается. А если синтез не тормозится, то после часа уже ничто не нарушает образованную долговременную память.
Критическим фактором для начала синтеза является новизна в восприятии. Выяснили, что только в активных синапс ах (т.е. тех, которые были возбуждены новым стимулом), происходит локализация неспецифичных (универсальных по назначению и распадающихся в течение нескольких часов) белков (началом чего служит новизна в восприятии), приводящих к формированию проводящего синапс а, который до этого не проводил возбуждение. Так локально регулируется пластичность нервных клеток при обучении.
Еще есть .
Может ли быть, что организация памяти осуществляется не на молекулярном уровне, а на уровне целого мозга? В момент извлечения из памяти происходит что-то необычное - давно знали психологи. Если испытуемому показывать очень необычную картинку, которую трудно распознать и запомнить в деталях, а потом просить вспомнить через некоторые промежутки времени, то каждое воспоминание видоизменяет предыдущий образ . Так, буква М древнеегипетского алфавита у одного студента постепенно с каждым воспоминанием трансформировалась в некое животное с полной уверенностью испытуемого, что именно это и было им видено исходно. Каждая реактивация памяти - есть ее активная реконструкция, сопровождающаяся переоценкой вспомненного, что предполагает и реконсолидацию - переписывание памяти. . Ведь . Опыты с предварительным введением блокаторов белка памяти при воспоминании глубоко нарушает воспоминание через 24 часа. Для человека то же самое можно сделать если при воспоминании предъявить мешающий стимул - старая память нарушается.
Было обнаружено, что процессом, делающим память все более консолидированной, является сон. Во сне реактивируются те ансамбли нейрон ов, которые работали в момент приобретения нового опыта в бодрствовании, и что блокада синтеза белка во время сна способна нарушить эту память. Знания, образующиеся во время сна более категоризировано (отработано по значим ости), отличаясь от знаний этих же знаний до сна (самые разны модели, от выучивания пения птиц и кончая детьми и человеком). Т.е. переактивируясь во время сна, дневные воспоминания дорабатываются значим остью. Так что, .
Появились модели о том, как один нейрон может хранить свое состояние всю жизнь. Это - дополнительный геном в такой клетке.
Комментарии.
Описаны очень показательные для понимания особенностей осознаваемой памяти о событиях факты.
>> Модернизация памяти при воспоминаниях кажется странным и не правдоподобным явлением (зачем это нужно?)
Адаптивность организма заточена не на то, что бы вспоминать, а на то, чтобы приводить текущее состояние в наиболее адекватн ое соответствие с текущими условиями, т.е. соответствие желаемого получаемому.
>> это предполагает стирание старой памяти и образование новой
Не обязательно стирание старой. Дело в том, что если возникло осознание данного образа, это уже значит, что была достаточная новизна и высокая значим ость, которая сфокусировала внимание на образе. Это является условием коррекции памяти для этих новых условий (значим остью может быть осознанная необходимость вспоминания именно этого эпизода, а новизна всегда присутствует потому как тех условий, что были при первом воприятии эпизода уже нет). Так что новое воспоминание просто зафиксируется для этих новых условий, а старое останется доступным для старых. Теперь вспоминаться будет преимущественно новое, но это не значит, что нельзя извлечь и старый вариант, хотя он сильно перекрыт в доступе новым.
>> Опыты с предварительным введением блокаторов белка памяти при воспоминании глубоко нарушает воспоминание через 24 часа .
На самом деле это не означает, что была стерта старая память (да и нет механизма такого предварительного стирания, как это вдруг определенные синапс ы станут опять девственно непроводящими?). Но и сказать, почему именно блокаторы нарушают память при столь недостаточных деталях опыта трудно. Скорее всего, новые связи в течение 24 часов, все же, частично возникали, перекрывая доступ к ассоциации образа в старом виде. Здесь такой механизм: распознаватель данного образа активируется в случае наличия признаков определенных условий, в которых было запоминание плюс некий пусковой стимул. Для новых условий активация, возможно, того же самого распознавателя, но уже с профилем новых условий, в норме образует специфику распознавания в новых условиях при том же или ином пусковом стимуле. Или же функцию распознавания в данной специфике берет на себя соседний, схожий по полю входных признаков нейрон (даже группа нейрон ов).
>> возможно, длительность хранения памяти объясняется такой реконсолидацией во сне .
А как же опыты с феноменами, которые вспоминали даже то, что не вспоминалось ими в этом промежутке времени? Невозможно во сне вспоминать все то, что было в течение жизни постоянно для перезаписи, да это и не требуется для адаптивн ости индивиды (не стоит забывать: для того, чтобы понять функциональность сознания, мы на первое место поставили необходимость адаптироваться. Сознание не является самоцелью эволюции в адаптивн ости к новым условиям.). Вспоминается то, что было днем до сна. Непонятно, что мешает предположить, что образованные связи способны сохраняться при определенных условиях долго ? Особенно если они образуются не на уровне одного-двух нейрон ов, а целой группой нейрон ов. См. .
>> Появились модели о том, как один нейрон может хранить свое состояние всю жизнь. Это - дополнительный геном в такой клетке .
Непонятно, что за проблема с долгим сохранением памяти, если не было воспоминаний. Есть ли данные, что такое видоизменение синапс ов со временем обязательно нарушается и требует перезаписи или других механизмов поддержания? Вроде бы нет.
>> белки, возникающие в гиппокампе при запоминании
Тут должны возникать связи, зацикливающие образ для самоподдержания активности и подключающие его для осознания.
Несколько слов о том, что мы подразумеваем под "сознанием". Этот термин в языке несет огромное количество смысл ов, ведь субъективный мир связан с разными этажами этого процесса. Существует разделение высших уровней сознания, простых уровней, сознания, связанного с восприятием собственного Я, связанного с языком и т.д. Исследователи задаются вопросом: что происходит в мозге, когда мы начинаем что-то осознавать вокруг нас, когда у нас появляется субъективный опыт? .
Ученые придумали несколько экспериментальных уловок, с помощью которых они могут наблюдать за появлением сознания в мозге. Самый простой называется методом обратной маскировки. Если человеку предъявить на очень короткое время 0,03 секунды на экране вспышку, в которой будет написано слово, то мы способны осознать это. Но если сразу же за этим словом, на том месте, где оно было написано, дать вспышку набора каких-то букв, это называется маской, то человек уже не воспримет предыдущее слово. Но если маску отодвинуть на время позже, то с некоторого промежутка (> 0,05 сек) восприятие первого слова выходит из под блокирующего действия маски. Т.е. пока действует маска стимул воздействует на зрительные области мозга, но не осознается. Далее современными методами визуализации было обнаружено пять фундаментальных вещей, что происходит в мозге, когда мы осознаем какие-то события .
1. Когда происходит сознательное восприятие, то области коры, связанные с восприятием, например, зрительные области коры, начинают работать боле активно. Даже не осознаваемые стимулы (маскированные, например) приводят к активации зрительной коры, но при осознании стимула эта активность становится гораздо более высокой, иногда в десять раз более высокой.
2. В тот момент, когда у нас возникает осознание, вовлекаются еще и другие области коры, которые не работали до осознания. Больше всего это касается не сенсорных областей коры (первичных зон), а передних областей мозга, так называемой нижней фронтальной коры, которая связана у человека со многими высшими функциями, ассоциативными процессами, принятием решения и т.д.
3. Для того, чтобы возникло осознание дозированного во времени стимула, мозгу требуется достаточно много времени. Если мы будем регистрировать мозга в ответ на осознаваемые или неосознаваемые стимулы в первые десятки или даже сотни миллисекунд (0,01 - 0,2 сек), то окажется, что мозг их не различает (т.е. разные методы не могут обнаружить разницу в активности мозга в этом начальном интервале осознания). Когда появляется сознание, то разница в активности начинает проявляться в районе 0,27 сек, только затем это осознается.
4. В момент, когда развивается сознание, в мозге появляются определенные виды активности, например, возникает высокочастотная ритмическая активность в интервале 50-100 колебаний в минуту (~1-2 герц) - гамма-активность. По этой активности часто можно определить появление сознания.
5. Эта гамма-активность не только происходит с определенной частотой, но и при этом происходит синхронизация работы большого количества областей мозга.в том числе тех передних, активность которых начала проявляться с сознанием и тех задних (зрительных), которые были активны, но не настолько сильно. Это приводит к тому, что активность передних областей как бы возвращается через обратные связи к задним сенсорным областям, что существенно и усиливает их активность. Вот эта (самоподдерживающася) активность и является наиболее вероятным описанием того, что такое процесс сознания с точки зрения активности мозга.
Но есть вопросы .
Например: пусть существует момент осознания - некая гамма-активность,.. но почему это сопровождается тем субъективным чувством, которое мы называем сознанием?
Почему многие действия, которые мы совершаем вполне целенаправленно и целесообразно при их автоматизации уходят из сознания и выполняются автоматически? Только потом, , мы можем вернуться к этому сознательно. Почему сознание появляется в определенные моменты?
Почему синхронизация активностей большого количества клеток во время приступов эпилепсии не сопровождается сознанием.
Это все говорит о том, что нам необходима некая фундаментальная теор ия, не только описательного характера, но и показывала бы причины (т.е. речь идет о системной модели явления).
Комментарии.
>> Субъективный опыт многими используется как синоним понятия сознания
Собственный субъективный опыт, акутализированный в фокусе внимания - это и есть - осознание, а вот чужой - лишь проявление такого осознание в форме, доступной для восприятия другого.
Это - очень ценные констатации, которые очень хорошо согласуются с уже упомянутой моделью индивидуальной адаптивн ости.
>> пусть существует момент осознания - некая гамма-активность,.. но почему это сопровождается тем субъективным чувством, которое мы называем сознанием?
Гамма-активность - отражение самоподдерживающихся возбуждений , удерживающий субъективный образ даже после отсутствия стимула. Он всегда зацикливается через гиппокапм в момент осознания наиболее актуальной фазы поведенческого или мыслительного автоматизма из всех выполняющихся в данный момент. Степень актуальности - наибольшее произведение новизны и значим ости с точки зрения данной личности, т.е. то, что требует внимания из-за ситуации, не похожей на привычную и, тем самым, требует возможной корректировки поведения, переосмысл ения (это и вопрос о корректировки воспоминаний, эпизодической памяти). После перехода фокуса внимания на более актуальное, происходит переход к осознанию другой фазы, требующей внимания, а предыдущая отключается гиппокампом от лобных долей, но остается пока что (скажем, до гашения во сне или торможением соседней активности) самоподдерживающейся и замкнутой, - там может продолжаться прогностическая обработка поступающей информации и инсайд, привлекающий опять фокус внимания, если результат окажется преобладающе актуальным.
Вот этот самоподдерживающийся образ и является субъективно значим ым потому, что он ассоциирован с ранее связанной значим остью результата поведения - связью с распознавателями (детект орами) значим ости в зоне (стилей поведения в зависимости от условий). Окрашенный в позитивную или негативную значим ость именно для данных условий (в ждугих условиях - другая значим ость), это дает субъекту его значим ость, определяя личное отношение и возможные реакции, которые доступны сознанию в виде прогностических подвозбуждений .
Чтобы понять, что такое для нас, например, зеленый цвет, причем, не вообще, а конкретно в данных условиях, нужно понять, какое эмоциональное отношение с этим связано у данной личности: зеленый лист растения в вазе - одно, зеленая ядовитая лягушка другое, т.е. отношение вырабатывалось в практическом опыте, в данной фазе какого- поведенческой цепочки и строго для каких-то условий. Вот это и станет для этой личности субъективным ощущением. Если мы вызовем воспоминание о каком-то моменте осознанного внимания, то воспроизведем закрепившееся отношение, но уже в новых условиях вспоминания, которые могут привести к переоценке и корректировке. Тут очень много можно сказать, но формально все описано на уровне именно основных принципов организации личной адаптивн ости.
Несколько непривычный взгляд на эти вещи порождает трудности понимания .
>> Почему многие действия, которые мы совершаем вполне целенаправленно и целесообразно при их автоматизации уходят из сознания и выполняются автоматически?
Потому, что целью осознания является отслеживание наиболее актуального с помощью единственного канала внимания (переключатель - гиппокамп) к ситуации новизны, что предполагает неприемлемость ранее привычного поведения. Цель - не просто осознать, а выделить объект внимания для его обработки лобными долями и формирования приемлемого для новых условий варианта с желательным исходом и блокировкой нежелательных вариантов. После выработки такого варианта привлечение внимания уже не нужно, и действие выполняется автоматически, лишь отслеживая сознанием несколько новых условий: лужа на дороге, прогностические варианты: перепрыгнуть, обойти пройти прямо по ней и т.п. Только потом, если оказывается, что что-то идет не так , мы можем вернуться к этому сознательно.
И только если условия таковы, что нет достаточно уверенного прогноза желательного результата, начинается прерывание действия с осмысл ением, с привлечением уже мыслительных автоматизмов решения задачи.
Почему сознание появляется в определенные моменты?
Потому, что канал осознания только один, и гиппокамп подключает к лобным долям только один из образов восприятия-действия по вполне определенному алгоритм у: наиболее актуальный в данный момент.
>> Почему разрушение коры или таламических ядер приводят к потерям сознания, а нарушение интеграции в мозжечке не приводит к этому?
Таламические ядра как раз и обеспечивают распознавание значим ости, связываемые с результатами поведения, то, что придает смысл и определяет отношение и возможные действия. Если его нет, все становится бессмысл енным и неуправляемым, нет субъективной окраски, нет осознания. Мозжечок же формирует цепочки программ поведения, которые не касаются собственно осознания, а являются вторичными программами действий.
>> Почему во время сна, когда существуют медленноволновые фазы сна, не связанных со сновидениями, активность нервных клеток не уменьшается и даже может стать больше?
Здесь необходимы дополнительные исследования по специфике сна .
>> Почему синхронизация активностей большого количества клеток во время приступов эпилепсии не сопровождается сознанием .
Потому, что субъективный образ это - не беспорядочная синхронизация, а определенный ансамбль связанного с данной фазой поведенческой реакции в с элементами восприятия и действия, присущими именно данной фазе реакции. Обширное возбуждение полностью смешает все связанные эмоциональные оценки и сделает все бессмысл енным.
Три вопроса:
1. Возможно ли прочтение, декодирование человеческих мыслей?
2. Возможно ли мысленное управление человеком машинами?
3. Возможна ли передача мыслей человека на мозг другого человека?
Я готов дать утвердительные ответы на каждый из них.
Есть специальные устройства, которые считывают мысли парализованного человека, позволяя ему управлять действиями искусственной руки или других роботизованных устройств.
Рене Декарт задавался вопросом: Декарт проводил пропасть между разумом и телом, что порождает проблему души и тела. Декарт предполагал, что между ними есть взаимодействие. Это - ложно поставленная проблема.
Мысль не может непосредственно без какого-то субстрата подействовать на другую мысль (в другом теле), она сначала должна подействовать на собственное тело, вызвать речевые действия, те через среду подействуют на другое тело и там породят мысль. Но в этом случает нет передачи мысли между двумя телами. Решение в том, что . И эта активность и вызывает активность поведения. И тут уже нет разделения души и тела. Психика и мысль - есть организованная определенным образом во времени синхронная работа групп клеток .
Задача переноса мысли сводится к техническому вопросу: как снять сигналы с одной популяции клеток, представляющую мысль, и передать в роботизированное устройство, осуществляющее движение или в другой мозг, чтобы вызвать там аналогичную активацию и породить мысль.
Если крысе вживить электроды в область коры, управляющей движениями, а затем научить ее нажимать на педаль после чего появление намерения нажать на педаль, эта отведенная активность управляла поворотом кормушки. Через некоторое время крыса перестала сама нажимать на педаль, а только думать об этом в виду достаточности для получения пищи.
Но есть трудность. Оказалось, что соседние два нейрон а могут кодировать совершенно различные действия. Например, один нейрон отвечает за образ чернокожей кинозвезды, а соседний - матери Терезы. Понятно, что никакая поверхностная электроэнцефалограмма не может разделить эти активности.
Комментарии.
>> Психика и мысль - есть организованная определенным образом во времени синхронная работа групп клеток.
В другом ролике К.Анохин задавал вопрос: " существует момент осознания - некая гамма-активность,.. но почему это сопровождается тем субъективным чувством, которое мы называем сознанием? ".
Вот если взять каким-то образом и выделить точную копию таких активировавшихся клеток, будет ли при этом субъективность восприятия? Нет, не будет потому, что текущее - это самый общий контекст отклика системы значим ости на состояние гомеостаза , это текущее воздействия внешних раздражителей, создающий свой , уточняющий более общий и именно в этом контекст е активность самоподдерживающейся активности образа восприятия приобретает определенный смысл (=значим ость ), опять же от системы значим ости, т.е. смысл , который был связан с нею предыдущим опытом подобного восприятия. И все это предполагает возможность перемещаться в пространстве субъективных прогнозов , цепи развития которых могут уводить далеко, но в соответствии с текущим контекст ом. Так что сделанное утверждение - неверно.
Мысль в субъективном плане - связанная последовательность актуализации субъективных образов восприятия-действия, а в плане механизмов организации - результат последовательности смещения фокуса осознанного внимания по ранее сформированным цепям мыслительных автоматизмов с подключением этих звеньев к каналу осознанного восприятия (в лобных долях) . Это - не просто " синхронная работа групп клеток " самоподдерживающейся активности, формирующей гамма-ритм.
А психи ка - проявление общей системы организации индивидуальной адаптивн ости поведения с использованием личной системы значим ости и канала обработки наиболее актуального для текущей адаптивн ости.
>> снять сигналы с одной популяции клеток, представляющую мысль, и передать в другой мозг, чтобы вызвать там аналогичную активацию и породить мысль
Т.к. формирование системы личной адаптивн ости чрезвычайно индивидуально и совершенно не совместимо с такой системой у другой особи, то и передать напрямую субъективные образы, связанные с личным представлением системы значим ости и личным отношением, принципиально невозможно.
>> мысль - такая же организованная активность физиологических процессов, как и действие
Вот это - верно! Как и при формировании поведенческих автоматизмов действия, мыслительные автоматизмы или цепочка стереотипа последовательных воспоминаний образов восприятия, сформированных ранее в моменты осознания, использует в точности те же механизмы. Причем, последовательность осознания не отслеживает звенья цепи какого-то одного поведенческого автоматизма, а перескакивает с одного на другой в соответствии с изменением наибольшей актуальности отслеживания происходящего.
>> соседние два нейрон а могут кодировать совершенно различные действия
Мало того, у разных людей это - совершенно разные нейрон ы или даже их отсутствие. Мало того, в разных условиях за один и тот же образ может отвечать совершенно разные нейрон ы - в силу к .
>> каким образом мысль способна оказать воздействие на физический объект?
Это - условное противопоставление разных сторон одной действительности: субъективного представителя носителя сознания и объективного содержания механизмов субъекетивизации. Разделять это невозможно в точности так же как попытаться разделить форму куба от собственно куба как объекта. Понятно, что никаких форм, никаких объектов в природе не существует. Объекты выделяет наше внимание и придает им определенный смысл форм. Это то, чем оперирует только субъективность. Об этом
Это - необычная вещь, по крайней мере для нейробиолога. Нейрофизиология - эмпирическ ая дисциплина и теор ии в ней почти нет, она отчасти инициируется приходящими физиками или математиками, но большинство нейрофизиологов выросло на скептическом отношении к любым теор етическим поискам .
После это К.Анохин надолго перешел к эмпирике своих экспериментов...
Условием для прогресса в этой области станет пересмотр традиционных представлений о сознании, происходящее из обыденного опыта и созерцательной философии. Должна быть теор ия, описывающая сознание - как результат динамической организации процессов в мозге. Эта теор ия не должна быть просто описательной теор ией, она должна быть формализ ована как математическая теор ия сознания.
В частности, может помочь изучение механизмов эпизодической памяти .
Нейронаука является лишь одной из составляющих когнитивной науки. Несмотря на серию попыток за истекшие более, чем полвека, единой теор ии в когнитивной науке так и не появилось.
Первым методолог ическим условием я выдвигаю, что построение общей теор ии не может быть результатом междисциплинарного синтеза, так же как и создание эволюционной теор ии не может быть синтезом разных дисциплин. Это вытекает из убеждения, что различные локальные взгляды на предмет когнитивной науки не могут соединиться вместе . Они должны стать производными от понимания целостной природы этого предмета. Выражаясь словами Эйнштейна: мы хотим, чтобы наблюдаемые факты вытекали логически из нашего понимания природы. Это не просто сумма существующих представлений, а новое переопределение предмета.
Я введу новое понятие: я обозначу скрытую от непосредственного восприятия и проявляющуюся в феноменологии и поведении когнитивную реальность термином когнитом. Читается так же как геном . Когнитом - полная система субъективного опыта, формированная в организме в процессе видовой эволюции, развития и индивидуального познания. Когнитом представляет собой архитектуру разума, включая бессознательную составляющую.
Главный вопрос теор ии: "как материя мозга рождает субъективное явление?" Другие вопросы - в списке Эдельмана . В частности:
1 . Соотношение мозга и разума
2. Соотношение сознательного и бессознательного
3. Соотношение разума человека и разума животного
4. Соотношение локализованных и распределенных функций мозга.
Любой существующий мозг представляет собой когнитом. Это - очень важное утверждение: эволюция нервных систем представляла собой эволюцию когнитомов, и никакое понимание мозга невозможно без теор ии когнитома. И далее глубокое погружение в этот еще не познанный, но уже объявленный объективно существующим объект: когнитом.
Существуют проекты, строящие сетевые связи между нейрон ами реального мозга и это - первый шаг в построении теор ии. Разум с его элементами тоже можно рассматривать как сеть , и тогда проблема соотношения мозга и разума - это проблема картирования и проекции одной сети на другую - как двух математических объектов.
Но коннектом - тупик в решении проблемы общей теор ии. Это не означает, что мы не должны пользоваться сетевым представлением о мозге, с возможностью применения теор ии сетей. Это означает, что сетевые представления о мозге не достаточны для создания единой теор ии: если мы рассматриваем все, вытекающее из работы нервной сети, но не даем неких новых специальных правил, то сталкиваемся с тем, что нервной системе не нужен разум, а разум не связан с нервной системой. Так что необходима теор ия более высокого уровня.
Когнитом, обладая зернистой структурой, состоит из когов - когнитивных частиц групп нейрон ов качественно специфического индивидуального опыта - квант системы индивидуального опыта, обладающий качественными характеристиками. Это нечто, обобщающее понятие функциональных систем П. Анохина и клеточных ансамблей Д.Хебба. Далее - глубокое погружение в эту теор етическую идею.
Но теор ия сетей - это - тупик. Сеть формализ ует попарные, но не множественные отношения объектов. И эта теор ия не имеет аппарата описания новых уровней в многоуровневых системах. С начала 2014 года у меня существует другая позиция: гиперсети, теор ия которых была развита физиком Р.Аткеном в 60-у годы. Гипресети обобщают понятие сетей и гиперграфов и т.д. это - сети сетей сетей.
Когнитом - гиперсеть мозга, где коги - гиперсимплексы, основания которых образованы нейрон ными когнитивными группами (?) , а вершины образуют узлы гиперсети. и т.д. очень скомкано.
Константин Анохин - профессор, член-корреспондент Российской академии медицинских наук, заведующий отделом системогенеза Института нормальной физиологии им. П.К. Анохина и руководитель российско-британской лаборатории нейробиологии памяти. Лекция посвящена новейшим исследованиям физиологии памяти, механизмам хранения, извлечения и воспроизведения информации, способности к запоминанию, зависимости процессов памяти от обстоятельств.
Стенограмма лекций Константина Владимировича Анохина
:
На симпозиуме в Массачусетском технологическом институте, который назывался «Будущее мозга», выражая общее мнение многих. И есть все основания думать, что в 21-ом веке, в науке 21-го века наука о мозге и разуме будет занимать такое же место, как в 20-ом веке занимала наука о генах и наследственности. И за этим стоит очень конкретная мысль.
Точно так же, как наука о генах, молекулярная биология создала единый язык, объединив огромное количество биологических дисциплин единой концептуальной базой: собственно биологию, ее различные отрасли, биологию развитии я, эволюционную биологию, микробиологию, вирусологию, затем далее - молекулярную медицину, в том числе и молекулярную биологию мозга среди всех отраслей, точно так же ожидается, что развивающиеся в 21-ом веке науки о мозге и разуме будут цементирующим фактором, объединяющим и дающим объективные основания для всех видов человеческой интеллектуальной деятельности, всего, что связано с этим. Начиная от развития человека и нашей личности, образования, обучения, языка, культуры, и двигаясь в области, которые пока еще не почерпнули конкретные сведения о том, как это делает мозг, в области поведения человека в экономических ситуациях, которая получает сейчас название нейроэкономики. В области и поведения человека вообще в социальных системах. И в этом смысле социология, история, юриспруденция, искусство, потому что все искусство - это, с одной стороны, то, что генерирует человеческий мозг, а, с другой стороны, то, как наш человеческий мозг воспринимает что-то, как произведение искусства. Все они будут зависеть от этого нового синтеза, науке о мозге и разуме.
Но этот синтез многим из вас может казаться естественным. Я хочу противопоставить его тому, что было раньше, чтобы было понятно, где мы находимся и в какую фазу мы переходим?
Платон писал в одном из своих «Диалогов» о важности умения разделять природу по суставам, то есть, разделять ее на естественные составные части так, чтобы после этого анализа мы могли вернуться естественным образом к синтезу. Кстати, эту способность в устах Сократа Платон назвал диалектикой, противопоставляя это неумению некоторых поваров разрубать тело на разные части, несмотря на суставы, это ведет к бессмысленному набору частей, которые очень трудно потом синтезировать.
Вот у нас есть основание сегодня думать, что Платон в разделении природы по суставам, делал крупную ошибку. Великие умы делают великие ошибки. Он разделил мозг и разум, он разделил тело и душу. Вслед за этим такое разделение, разделение мозга и разума, укоренилось после трудов другого великого философа Рене Декарта. По Декарту, весь мир можно разделить на две фундаментальные части.
Первая - это протяженная материальная субстанция, res extensa - это наши тела, это наш мозг, это тела животных, то, чем обладают животные. А вторая - это бессмертная душа, не протяженная духовная субстанция, которой обладает только человек. Значит, животные - это автоматы, они способны вести себя без участия души и разума, человек же обладает душой, она определяет его действия. И эти два мира трудно совместимы, потому что это мир пространственных и непространственных явлений.
Вот, по сути, мы находимся в, как минимум, 400-летней традиции и инерции восприятия мира, разделенного на эти две части - мозг и разум. И то, что происходит сегодня в науках о мозге, почему это важный момент - стирает эту грань и показывает, что работа мозга - это и работа разума, что мозг работает как огромная популяция из миллионов, десятков миллионов, может быть, иногда сотен миллионов синхронно активирующихся, включающихся вместе с какую-то деятельность нервных клеток. Эти группы клеток, функциональная системы хранятся как структура нашего индивидуального опыта. А наш разум - есть манипуляция этими группами.
Таким образом, что одна группа способна вызывать к действию другую группу, и свойствами этих огромных групп являются не просто физиологические свойства, а те субъективные состояния - мысли, эмоции, переживания, которые мы и испытываем. В этом отношении наш мозг и разум едины.
Кстати, идеи такие же древние, как и идеи Платона о раздельности, потому что Аристотель придерживался как раз концепции единства мозга и разума, или души и тела.
Собственно, вот биологическую программу объединения мозга и разума, возвращения разума в природу, сформировал другой великий мыслитель 19-го века Чарльз Дарвин. И это очень важно. Он соединил назад разум животных и разум человека, введя эволюционную идею, он записал в своей записной книжке, которая называлась «М» - метафизическая, он начал ее под влиянием разговором с отцом, и записывал там свои мысли о поведении и разуме.
Кстати, после расшифровки этих записных книжек, опубликованных в 80-е годы, начинаем понимать, насколько глубок был Дарвин, и как он глубоко думал о мозге и разуме, и о душе и мышлении, так же глубоко, как о биологии в целом и об эволюции. И, как видите, он записал в 38-ом году, кстати, удивительно, за полтора месяца до его знаменитой записи, когда его осенила идея о естественном отборе, продиктованным чтением Мальтуса. Он записал это в августе 38-го года: «Происхождение человека теперь доказано, эти мысли бродили в нем.
И после этого метафизика должна процветать, потому что тот, кто понимает бабуина, сделает больше для метафизики, чем Локк». Это программа биологических исследований. Это программа, показывающая, что наш мозг и разум составляют единое целое. Разум является функцией мозга, возникавшей в эволюции. Она нужна была для адаптации, и мы не отличаемся от животных кардинальными свойствами присутствия души или разума и отсутствия их у животных. Мы должны создать новую теорию того, как мозг генерирует процессы мышления, сознания, психики, опираясь на эти эволюционные принципы.
И вот, собственно говоря, 20-й век стал свидетелем одной из таких радикальных программ. Когда то, что считалось на протяжении многих веков свойством человеческой души, память, и, кстати, еще в начале 20-го века в учебниках психологии вы могли увидеть такое определение: «Память - это свойство души». Так вот то, что считалось свойством нашей души, а это наша личность, наша память, наш субъективный опыт, был переведен в изучение того, как биологические процессы движут, формируют нашу память и как она работает в мозге.
Иначе говоря, в 20-ом веке наука о памяти, возникшая, как писал историк науки Ян Хакинг, чтобы секуляризовать душу, эту неподатливую сердцевину, западной мысли и практике, двигалась под влиянием трудов нескольких из выдающихся ее пионеров Эббингауза в Германии, Рибо во Франции, Корсакова в России, от философии к объективным исследованиям в философии. И потом, что более важно, к исследованиям памяти в работающем мозге. Память в середине 20-го века стала изучаться не как явление, находящееся вовне человеческого мозга и продукт человеческого мозга, но и как процессы, происходящие внутри человеческого мозга, когда он запоминает или извлекает воспоминания.
И объективных нейробиологических исследованиях памяти принято разделять вопрос о механизмах памяти на три вопроса, на три проблемы.
Первая - как память формируется в мозге? Вторая - как память хранится в мозге на протяжении многих лет? И третья - как память избирательно извлекается, когда это необходимо? Один из первых вопросов, который подвергся объективным исследованиям, был вопрос о формировании памяти. И здесь исследования за последние несколько десятков лет перешли от наблюдения за поведением в момент формирования памяти у человека, животных, к тому, как память хранится за счет работы генома нервных клеток?
Первые шаги в этом отношении сделал молодой начавший молодым заниматься памятью немецкий… Эббингауз, он наткнулся на книгу «Объективной психологии» Лунта, который описывал объективно психологические исследования восприятий, и подумал о том, что, может быть, память человека можно использовать таким же… можно исследовать таким же образом? И он насочинял небольшое количество бессмысленных слогов, которые написал на табличках, тасовал эти таблички и показывал их самому себе, потом, проверяя через некоторое время свою способность вспомнить их через разные интервалы времени. И одна из первых вещей, которая была им обнаружена, что память в момент запоминания, проходит две фазы. Первая - это короткая фаза в течение первых минут после получения новой информации, где мы способны хранить почти всю полученную информацию.
Затем происходит резкое уменьшение объема заполненной информацией, но оставшаяся после этого периода информация хранится очень долго. Она способна хранится на неизменном уровне в течение недели или даже месяцев, как обнаружил Эббингауз. Таким образом, Эббингауз сделал фундаментальное открытие - он показал, что процессы запоминания неравномерны и имеют две фазы. Первую кратковременную, где хранится много информации, и вторую, долговременную, где объем информации невелик, но она поддерживается в течение длительного времени.
Очень быстро, вдохновленный работами Эббингауза, два других немецких психолога Мюллер и Пильцекер, работавшие в Геттингене в конце 19-го века, задались вопросом, а что происходит на границе этого перехода от одной фазы памяти к другой? Активный ли это процесс? И они показали, что, если в момент запоминания и перехода от кратковременной в долговременную память человеку дается новая задача, которую он должен запомнить, то эта новая задача мешает запоминанию старой информации, интерферирует с ним. Они назвали это ретроградной интерференцией, влиянием новой информации назад, на процесс, который происходит в мозге.
Исходя из этого, они решили, что в мозге, когда происходит запоминание, идет очень активный процесс, и он требует максимального количества ресурсов. Если мозгу дать в это время другую задачу, то вторая задача перекрывает первую, и не дает памяти сформироваться. Очень интересно, что, если эти вторую задачу давать чуть позже, через 15-20 минут, то этого не происходит. Из этого они сделали важный вывод, что память переходит в мозге в этом переходном этапе в устойчивую фазу хранения.
Неврологи очень быстро подтвердили это своими наблюдениями, что в случаях нарушений, связанных, например, с контузиями, с сотрясениями мозга, память теряется на короткое время, предшествовавшее этому сотрясению, что опять говорит о том, что воздействие на активный процесс не дает запомниться недавней информации. Кстати, такие же вещи происходят и при судорожных припадках.
Стало ясно, что, первое - память можно исследовать объективно. Второе - что в формировании памяти существуют некие фазы, связанные с активными процессами в мозге, нервной системе, и, соответственно, эти активные процессы в нервной системе могут быть объектов для изучения, для того, чтобы понять, как формируется память.
Дальше был довольно большой период, когда фундаментальных открытий в этой области не было, потому что исследовать эти процессы на человеке чрезвычайно сложно. Вы же не будете искусственно травмировать или создавать сотрясение человеку для того, чтобы проверить, что он запомнил, что нет? Вы не сможете или, по крайней мере, в те годы нельзя было заглянуть в то, что происходит в мозге человека во время этих процессов. И поэтому следующий радикальный шаг в этой программе редукции психического, редукции души, движением молекул в клетках мозга был сделан, когда американский психолог Карл Дантон показал, что у животных все то же самое. Если хотите, это замечательная иллюстрация дарвиновской программы возвращения разума в природу.
Он показал, что крысы запоминают массу вещей. Это было известно до него во многих исследованиях. Дальше он показал следующую вещь. Что, если крысам после того, как они выучили какую-нибудь новую задачу, нанести интерферирующее воздействие, например, вызвать у них кратковременный приступ судорог электроконвульсивным шоком, то, если эти судороги наносятся сразу после того, как животное училось чем-то, оно не способно запомнить на долгое время эту информацию. У него есть кратковременная память, а долговременная память не формируется. То есть, это вот переход, который был открыт Эббингаузом, он есть у животных, и он точно также подвержен воздействию на нервную активность.
А оказалось, что так же, как в опытах Мюллера и Пильцекера, если этот электроконвульсивный шок отодвинуть, например, на 15 минут после сеанса обучения, то он никак не влияет на формирующуюся память. Значит, эти процессы универсальны. И действительно, последующие 20-30 лет оказалось, что их можно наблюдать у всех животных, способных к обучению, начиная от приматов, и кончая беспозвоночными, например, виноградными улитками. Вы можете вызывать у виноградной улитки судорожную активность, введя специальные препараты, вызывающие судороги, и она запомнит то, чему она училась, если это судороги, которые наносятся сразу после обучения. Значит, это универсальная биология процесса.
Но дальше возник вопрос, если мы теперь обладаем инструментарием для моделирования памяти и ее консолидации в мозге животных, мы можем задать и следующий вопрос - каковы механизмы, что происходит в клетках мозга? Это была эпоха расцвета молекулярной биологии. И сразу несколько групп ученых подумал, что, то, что хранится в течение длительного времени как информация в клетках организма, должно быть связано с генетической информацией, потому что белки разрушаются очень быстро, значит, должны произойти какие-то изменения в активности геномов, которые связаны с ДНК нервных клеток и изменениями ее свойств.
И возникла гипотеза, что, может быть, формирование долговременной памяти, смотрите какой скачок от души, - это изменение в свойствах активности генома нервных клеток, изменение в свойствах работы и их ДНК.
Чтобы проверить это, шведский ученый Хольгер Хиден делал разнообразные и очень красивые эксперименты. Например, он учил крыс добираться до кормушки с едой по… балансируя по тонкой натянутой наклонной струне. И животные учились новому навыку, вестибулярному навыку, и моторному навыку ходить по этой струне. Или, например, доставать пищу лапой, которые животные не предпочитают доставать ее из цилиндра, а среди крыс есть так же, как среди нас, левши и правши, он смотрел какое это животное, а потом давал ему возможность достать только противоположной лапой. Опять животные учились.
Оказалось, что, когда животные учатся этим и другим задачам, в их мозге происходит всплеск экспрессии генов, происходит увеличение синтеза РНК и увеличение синтеза белка. И это происходит как раз в эту фазу сразу после приобретения новой информации и перехода ее в долговременную форму, которую открыл Эббингауз. То есть, здесь опять все совпадает.
Но в биологических исследованиях, как правило, вслед за чисто коррелятивными исследованиями, особенно, если это касается животных, где можно манипулировать биологическими процессами, следуют и причинные вопросы. Мало того, что одновременно с обучением увеличивается синтез РНК и белка, то есть, экспрессируются гены, важно задать - а нужны ли они для того, чтобы запомнилась новая информация? Это может быть случайно сопутствие одного процесса другому. И чтобы проверить это, очень быстро несколько групп исследователей, например, группа Флекснера в США, начали вводить животным, когда они учатся новой задаче, ингибитора синтеза белка или РНК, то есть, препятствовать этой волне, всплеску, экспрессии генов, сопровождающих процесс научения.
Оказалось, что животные при этом нормально учатся, у них не нарушаются никакие старые формы поведения уже выработанные, более того, они способны в течение короткого времени помнить то, чему научились. Но, как только дело доходит до длинной фазы перехода в долговременную память и хранения этой памяти в течение недели, месяцев, эта память у животных отсутствует. То есть, вмешательство в работу генома и препятствие синтезу молекул РНК и белков в моменты обучения не дает сформироваться долговременной памяти. Значит, долговременная память, действительно, зависит от работы генома нервных клеток. И очень важно понять тогда вопросы, что за гены включаются в нервных клетках, что запускает их в момент обучения, и каковы их функции? Каким образом это переходит в то, что мы способны ощущать сами как субъективный … наш субъективный опыт?
В середине 80-х (70-х) годов две группы исследователей, одна в Советском Союзе, а вторая в Германии и в Польше, одновременно обнаружили такие гены. В группе, работавшей у нас в стране, мы направлено искали эти гены вместе с сотрудниками в Институте молекулярной биологии и молекулярной генетики. И нам помогла их найти гипотеза, что процессы, происходящие в мозге в момент формирования нового опыта, может быть, вовлекают те же клеточные принципы и механизмы, которые вовлекаются в процессы развития нервной системы, установление связей и дифференцировкой клеток?
И, обнаружив работу одного из генов-регуляторов развития кодирующего белок, управляющий работой многих, многих других генов, так называемый «транскрипционный фактор», мы решили посмотреть,здесь эта экспрессия показана красным, видите, да, красным цветом в коре головного мозга у 19-дневного эмбриона крысы. Мы решили посмотреть, а что происходит во взрослом мозге с работой этого гена?
Оказалось, что животные, которые находятся в условиях знакомой им обстановке и не учатся ничему новому, практически не экспрессируют этот ген, нервные клетки не содержат продуктов работы этого гена. Но, как только животное попадает в ситуацию, которая для него нова и она ее запоминает, в мозге происходит взрыв экспрессии этого гена.
Причем, как вы видите, по полям этой экспрессии, эта экспрессия касается огромного количества нервных клеток. Расположен в самых разных структурах мозга. Как потом оказалось, места экспрессии очень сильно зависят от того, какой субъективный индивидуальный опыт приобретается в данный момент мозгом. Для одних форм памяти - это одни зоны экспрессии, для других - другие. Мы вернемся еще к этому, когда будем говорить о картирование памяти.
А пока посмотрим на упрощенную схему того, что происходит в клетках нервной системы, когда возникает обучение? Стимулы, транслируясь в те или иные химически молекулы, действующие на мембрану нейрона, нервной клетки, передают сигналы через цитоплазму клетки к ядру. И здесь и активируются гены, которые я показал, один из них на предыдущем слайде, это транскрипционный фактор c-Fos.
Транскрипционные факторы отличаются тем, что синтезируемые ими белки - это появление белков в цитоплазме - не остаются в цитоплазме, а возвращаются назад в ядро. И в случае с генами семейств c-Fos и c-Jun, второй ген, который, оказалось, тоже активируется в ряде ситуации обучения, они образуют сложные комплексы белков друг с другом, способные влиять на огромное количество участков в геноме нервной клетки. Эти участки - это регуляторные участки других генов. Иначе говоря, сигнал, приходящий к нервной клетке при обучении, через многие, многие входы, переходит в узкое место активации нескольких транскрипционных факторов, а дальше их эффект разветвляется и изменяет программу работу целой клетки, потому что некоторые из этих генов - мишеней, регулируемых транскрипционными факторами, увеличивают свою активность, а некоторые - подавляются. Если хотите, клетка перестраивает программу своей работы под влиянием ситуации обучения.
Чем эта схема оказалась интересной? Во-первых, оказалось, что формирование памяти проходит как бы две фазы синтеза белка и экспрессии генов. Первая - это сразу после обучения, тогда, когда это видел Эббингауз, и тогда активируются так называемые ранние гены. Но, вслед за этим существует вторая волна активации после действия продуктов ранних генов на геном. Так называемые поздние гены.
Второе - поскольку структура ранних генов, их регуляторные участки, а также их способность действовать на определенные регуляторные участки других генов были хорошо изучены в клеточной биологии, появилась возможность расшифровать и другие два вопроса. Значит, мы, первое - узнали какие это гены? Второе - двигаясь назад от таких генов, вот здесь показан, например, один из ранних генов. Вы видите, что на регуляторном участке этого гена, представленном вот этой последовательностью, группируется масса транскрипционных факторов, среди которых есть фос и джуна, о которых я говорил, есть гены, имеющие другие название, есть транскрипционный фактор, имеющие другие названия, например, креп.
И оказалось, что, двигаясь назад по этой цепочке, задавая вопрос при обучении, активировались ранние гены, что их вызвало, какие сигналы сели на их регуляторные участки, какие сигналы вызвали связывание регуляторов с их регуляторными участками, какие из вторичных посредников клетки передали эти сигналы, и, наконец, какие рецепторы были активированы?
Удалось расшифровать последовательность сигналов от ядра, от мембраны к геному нервной клетки, работающих при обучении. И один из пионеров в этих исследованиях, американский нейробиолог Эрик Кендел из Колумбийского университета получил Нобелевскую премию за расшифровку этого каскада.
В этих исследованиях есть масса интересных следствий. Они оказались неожиданными. Например, оказалось, что дефекты в некоторых из этих элементов каскада не только вызывают нарушение обучения у взрослых животных, но и являются причиной заболеваний, связанных с нарушениями умственного развития у детей. Это удивительная вещь. Потому что такие заболевания, например, синдром Рубинштейна -Тэйби считались в течение долгого времени врожденными заболеваниями. Теперь мы поняли, что в действительности это нарушения, которые ведут к недостаткам возможности раннего обучения, формирование памяти у ребенка в первые недели, месяцы их жизни. И именно из-за этого нарушается умственное развитие.
И следствия для этого тоже разные. Одно дело, когда по медицинским причинам этот ребенок может получать те или иные препараты, улучшающие эти способности обучения; другое дело, было считать, что это врожденное заболевание, которое не подвергается терапии после рождения.
Другая неожиданная вещь, которая постепенно стала выясняться в расшифровке этих каскадов, что они жутко, действительно, напоминают по своим составным частям те клеточные процессы, которые происходят во время дифференцировки нервных клеток в развивающемся мозге. Они используют часто одни и те же молекулы сигнальные, причем, некоторые из этих молекул вначале были открыты при развитии, а потом, оказалось, как, например, различные нейротрофины, что они являются сигнальными молекулами и в моменты обучения.
А другие молекулы, например, глютамат- и NMDA-рецепторы, которые принимают его, вначале исследовались в связи с обучением, а потом оказалось, что они играют критическую роль и во время, зависимое от активности стадии установления нервных связей в развитии. Точно также касалось и различных вторичных мессенджеров протеинкиназ, и, наконец, транскрипционных факторов и генов-мишеней.
В результате мы получаем картину, что, когда мы смотрим на развитие и обучение, мы видим очень сходные молекулярные каскады. Это означает, что каждый эпизод развития очень напоминает эпизод обучения, или, что во взрослом мозге процессы развития никогда не заканчиваются. Каждый акт познания для нас - это маленький эпизод морфогенеза и следующего развития. Но обратите внимание -какой? - под когнитивным контролем, в отличие от того, что происходит во время эмбрионального развития. Иначе говоря, наши знания, наша психика, наш разум, определяя процессы приобретения новых знаний, являются также триггерами и для дифференцировки клеток, хранящих эти знания.
И, наконец, еще одно важное следствие. То, что память имеет молекулярные механизмы и многие из них связаны с процессами, происходящими не между клетками, а внутри клетки, когда сигнал передается от мембраны геному, означает, что кроме психотропных препаратов, которые появились в психиатрии в 50-х годах и способны действовать на передачу сигналов между нервными клетками, которые способны регулировать наше восприятие, эмоции, боль, поведение и так далее.
А в перспективе у нас появится, и начинают появляться мнемотропные препараты, которые обладают совершенно другим эффектом. Поскольку они действуют и должны будут действовать на процессы, происходящие уже после переработки информации в нервных сетях, связанных только с их хранением, мы не заметим их эффектов на наше поведение, они не будут иметь побочных эффектов возбуждения, торможения, изменения процессов нашего восприятия или внимания. Но они способны будут модулировать процессы запоминания информации на долгое время. И такие препараты сейчас ищутся.
Таким образом, вопросы молекулярной биологии памяти, возникшие из исследований биологических основ хранении информации в мозге, привели к следующим решениям: что формирование долговременной памяти основано на активации универсального каскада ранних и поздних генов, ведущей к перестройке обучающегося нейрона, его молекулярного, белкового фенотипа.
Мы также знаем из исследований последних лет, то, о чем я не говорил пока, что хранение памяти на протяжении жизни осуществляется за счет эпигенетических перестроек, то есть, изменяется состояние хроматина нервных клеток. Изменяется состояние эпигенетической памяти у нейрона, состояние дифференцировки клетки, хранящееся в результате обучения возможно также долго, как состояние дифференцировки клетки, сохраняющее ее свойства нервной клетки определенного типа в момент развития.
Давайте, мы закончим вот этот фрагмент. По-моему, я говорю 42 минуты, да? У нас есть некоторое время на вопросы?
Вопрос:
(плохо слышно) У меня такой вопрос. … теория, ..бессознательно быть…
Ответ:
Может. Я расскажу об этом во второй части.
Вопрос:
Спасибо. И тогда второй вопрос. Насколько конечная наша память…
Ответ:
Никакие из экспериментальных попыток определить объем и пределы памяти не приводили к лимитам. Например, в одном из экспериментов, проведенным канадским психологом Стенлингом, исследовалось, сколько лиц способны запомнить испытуемые студенты. И им показывали разные фотографии с интервалом коротким, а потом, через некоторые время, показывая две фотографии, просили узнать, какая из них показывалась, а какая является новой? Оказалось, что первое, что точность воспроизведения высока и не зависит от объема, то есть, все было ограничено только утомляемостью студентов. До 12 тысяч фотографий, например, воспроизводилось с точностью до 80 процентов.
Обратите внимание, здесь, конечно, важно, что делалось, здесь была память на узнавание, а не активное воспроизведение. Но, тем не менее, это другая форма памяти.
Вопрос:
Добрый день!
Ответ:
Добрый день.
Вопрос:
Студентка РГГУ, если вы позволите, я хотела бы задать следующий вопрос. Вот в вводной части лекции вы говорили о такой новой проблеме, как наука о мозге и наука о разуме. Это, безусловно, связано и с той проблематикой, которой вы занимаетесь, это искусственный интеллект. Вот со временем, мне кажется, интеллектуальные формы жизни должна стать адаптивными революционными развивающимися, что, в общем-то, может привести, выйти из-под контроля. Вот насколько сейчас данная проблематика изучается и когда она может стать актуальной? И второе, что, создавая вот такие новые формы интеллектуальной жизни, как вам кажется, мы будем готовы к развитию таких событий, когда эти новые интеллектуальные формы жизни станут, ну, возможно, таким же существами, как сейчас являемся мы, ведь когда-то это тоже не за горами и возможен такой вариант событий. Спасибо.
Ответ:
Я боюсь ошибиться в прогнозе. Вообще, опыт последних лет показывает, что успехи, которые делаются в этой области, в области исследования мозга и разума, кстати, не в такой же степени в области искусственного интеллекта, там прогресс медленнее, но, тем не менее, настолько удивительны и непредсказуемы, что любые прогнозы могут оказаться ошибкой уже через несколько лет. Но мой прогноз будет следующим.
Мы пока не имеем существ, способных в качестве искусственного интеллекта к - первое: решению тех же задач, которые решает человек, даже приблизительно, особенно в условиях меняющихся адаптивных ситуаций.
Специалисты из ДАРПА, оборонного агентства США, пару лет назад начали новую программу искусственного интеллекта, сказав, что они перестают финансировать все исследования по классическим схемам искусственного интеллекта, потому что они посчитали, что в условиях решения адаптивных задач биологический мозг превосходит по эффективности лучший из существующих форм искусственного интеллекта, построенных на текущие архитектуры, в разы от миллиона до миллиарда раз. Представляете разница?! Это не вопрос скорости операций. Это вопрос способности к генерации новых решений в динамически меняющейся среде.
Когда будет преодолен этот барьер в миллионы и миллиард раз? Ну, может быть, это обозримое будущее, по крайней мере, несколько групп университетов и компания IBM начали исследование новой архитектуры, где элементы ее одновременно и учатся и способны вычислять, то есть, похоже на то, что делает реально нервная система, где нет отдельного хранилища памяти, а отдельно - информационных элементов.
Я думаю, что у искусственного интеллекта есть еще другая сложная проблема. Что до сих пор все системы, которые мы создаем, начальное условие их поведения вкладываются в них творцом человека, то есть, она не способна сама генерировать эти начальные условия. У нее не было эволюции. Но и это преодолевается в моделях искусственной жизни, эволюционной работике, где начинают с очень простых нервных сетей. Затем дают им развиваться в окружающей среде, решая постепенно адаптивные задачи. И даже сами адаптивные задачи возникают для этого интеллекта новые, которых не было заложено создателями.
Так что, может быть, в ближайшие 10-15 лет мы увидим существенный прогресс в этих областях. Достигнут ли они субъективного опыта и психики человека - это очень сложный вопрос, думаю, что нет.
Вопрос:
….Марина… гимназия 1529. если на сегодняшний день нам известны механизмы обучения человека, то как вы расцениваете возможность моментального изучения языков, моментального приобретения навыков человеком, которые… многие контакты?
Ответ:
Из того, что мы знаем про обучение у человека и животных, это процесс, который состоит из отдельных, повторяющихся актов. В каждом из них приобретается некая единица нового знания. Для того, чтобы освоить язык, мы не можем это сделать одним скачком. Для этого нужны тысячи, или десятки тысяч повторений у ребенка, который генерирует новые гипотезы относительно окружающего мира и звуков, которые он воспринимает, пробует их, отбрасывает их, утверждается, строит схему.
Перенести результаты такого обучения, которое, кстати, исторично в том смысле, что у каждого ребенка оно проходит по-своему, механически в голову другого человека или даже в искусственный интеллект, это невозможная сегодня задача. Одномоментного обучения новому языку невозможно так же, как одномоментное приобретение опыта пяти лет жизни ребенка.
Вопрос:
Спасибо.
Ответ:
Пожалуйста. Перерыв? Как мы думаем, перерыв или есть еще вопросы?
Вопрос:
Новиков Дмитрий, гимназия 1529, я хотел спросить, я слышал, есть такие препараты, способствующие улучшению развитию памяти, есть результаты, и какие процессы в мозге они купируют?
Ответ:
Такие препараты существуют. Они известны давно. Некоторые из них - это средства, известные веками, это, как правило, растительные препараты. Другие из них, это химические препараты. Например, препараты из группы амфетаминового ряда, регулирующего процессы передачи сигналов в нервных клетках, использовались для стимуляции способностей к запоминанию, вниманию, обучению еще во время Второй мировой войны, причем, обеими сторонами, и немецкой и английской, и американкой.
В 50-е годы был бум их попыток использования их, например, и студентами для улучшения способностей запоминать большие объемы информации во время подготовки к экзаменам. И сейчас более мягкие версии этих препаратов, таких как риталин, например, ходят по…, по крайней мере, по американским университетам, и часть студентов пользуются ими. Но стало ясно, что они имеют побочные эффекты.
Что, во-первых, они не влияют специально на память, они влияют, скорее, на процессы, связанные вот... они являются психотропными, а не мнемотропными, они влияют на процессы, связанные с восприятием, вниманием, концентрацией, так далее.
Второе. К ним может вырабатываться зависимость, это очень неприятно. Чем в более раннем возрасте это происходит, тем более опасным это может оказаться. Сейчас создаются препараты, которые способны действовать на сигналы, передающиеся уже внутри нервной клетки. Часть из этих каскадов, которые были открыты, они запатентованы. Ищутся препараты, способные избирательно модулировать эти свойства памяти, без влияния на психотропную составляющую, то есть, на психогенную составляющую.
Рынок таких веществ пока очень мал, они создаются в основном для лечения все-таки нарушения памяти у пожилых людей, особенно при нейродегенеративных заболеваниях, но некоторые из них, может быть, будут использоваться в будущем и как когнитивные стимуляторы. По крайней мере, в последние годы ведется активная дискуссия об использовании таких когнитропных или мнемотропных препаратов здоровыми людьми. Об ответственности использования есть специальные этические комиссии, которые обсуждают, допустимо ли это или нет? Но тенденция тут явная. Такие витамины памяти.
Перерыв? У нас есть 10 минут.
Голос за кадром:
Нам нужно записать ваше прощание с аудиторией, можно сделать?
-Хорошо. Да, давайте.
На прощание мне хотелось сказать следующее, что вот, видите, вопросы, которые были заданы, они касались тех или иных технологий, то есть, возможности управления памятью, возможности получить сразу большой объем информации, возможности перенести и освоить язык за короткое время, возможности получить безопасные и эффективные таблетки улучшении памяти. Это все так. Но, поскольку мы находимся на канале «Культура», мне хочется сказать о другой стороне, что познания нашей памяти - это познание нами самих себя. Потому что, как сказал Габриэль Гарсия Маркес: «Жизнь - это не те дни, которые прожиты, а те, которые запомнены». И изучение механизмов работы мозга и памяти - это в значительной степени для ученых, исследующих этот вопрос, не проблема создания новых технологий, хотя это важно, а проблема следования древнему оракулу, инструктировавшему - познай самого себя!
Давайте будем обращать внимание и на это. Спасибо большое.
Константин Анохин - профессор, член-корреспондент Российской академии медицинских наук, заведующий отделом системогенеза Института нормальной физиологии им. П.К. Анохина и руководитель российско-британской лаборатории нейробиологии памяти.
Анохин: На симпозиуме в Массачусетском технологическом институте, который назывался «Будущее мозга», выражая общее мнение многих. И есть все основания думать, что в 21-ом веке, в науке 21-го века наука о мозге и разуме будет занимать такое же место, как в 20-ом веке занимала наука о генах и наследственности. И за этим стоит очень конкретная мысль.
Точно так же, как наука о генах, молекулярная биология создала единый язык, объединив огромное количество биологических дисциплин единой концептуальной базой: собственно биологию, ее различные отрасли, биологию развитиия, эволюционную биологию, микробиологию, вирусологию, затем далее - молекулярную медицину, в том числе и молекулярную биологию мозга среди всех отраслей, точно так же ожидается, что развивающиеся в 21-ом веке науки о мозге и разуме будут цементирующим фактором, объединяющим и дающим объективные основания для всех видов человеческой интеллектуальной деятельности, всего, что связано с этим. Начиная от развития человека и нашей личности, образования, обучения, языка, культуры, и двигаясь в области, которые пока еще не почерпнули конкретные сведения о том, как это делает мозг, в области поведения человека в экономических ситуациях, которая получает сейчас название нейроэкономики. В области и поведения человека вообще в социальных системах. И в этом смысле социология, история, юриспруденция, искусство, потому что все искусство - это, с одной стороны, то, что генерирует человеческий мозг, а, с другой стороны, то, как наш человеческий мозг воспринимает что-то, как произведение искусства. Все они будут зависеть от этого нового синтеза, науке о мозге и разуме.
Но этот синтез многим из вас может казаться естественным. Я хочу противопоставить его тому, что было раньше, чтобы было понятно, где мы находимся и в какую фазу мы переходим?
Платон писал в одном из своих «Диалогов» о важности умения разделять природу по суставам, то есть, разделять ее на естественные составные части так, чтобы после этого анализа мы могли вернуться естественным образом к синтезу. Кстати, эту способность в устах Сократа Платон назвал диалектикой, противопоставляя это неумению некоторых поваров разрубать тело на разные части, несмотря на суставы, это ведет к бессмысленному набору частей, которые очень трудно потом синтезировать.
Вот у нас есть основание сегодня думать, что Платон в разделении природы по суставам, делал крупную ошибку. Великие умы делают великие ошибки. Он разделил мозг и разум, он разделил тело и душу. Вслед за этим такое разделение, разделение мозга и разума, укоренилось после трудов другого великого философа Рене Декарта. По Декарту, весь мир можно разделить на две фундаментальные части.
Первая - это протяженная материальная субстанция, ресэкстенция - это наши тела, это наш мозг, это тела животных, то, чем обладают животные. А вторая - это бессмертная душа, не протяженная духовная субстанция, которой обладает только человек. Значит, животные - это автоматы, они способны вести себя без участия души и разума, человек же обладает душой, она определяет его действия. И эти два мира трудно совместимы, потому что это мир пространственных и непространственных явлений.
Вот, по сути, мы находимся в, как минимум, 400-летней традиции и инерции восприятия мира, разделенного на эти две части - мозг и разум. И то, что происходит сегодня в науках о мозге, почему это важный момент - стирает эту грань и показывает, что работа мозга - это и работа разума, что мозг работает как огромная популяция из миллионов, десятков миллионов, может быть, иногда сотен миллионов синхронно активирующихся, включающихся вместе с какую-то деятельность нервных клеток. Эти группы клеток, функциональная системы хранятся как структура нашего индивидуального опыта. А наш разум - есть манипуляция этими группами.
Таким образом, что одна группа способна вызывать к действию другую группу, и свойствами этих огромных групп являются не просто физиологические свойства, а те субъективные состояния - мысли, эмоции, переживания, которые мы и испытываем. В этом отношении наш мозг и разум едины.
Кстати, идеи такие же древние, как и идеи Платона о раздельности, потому, что Аристотель придерживался как раз концепции единства мозга и разума, или души и тела.
Собственно, вот биологическую программу объединения мозга и разума, возвращения разума в природу, сформировал другой великий мыслитель 19-го века Чарльз Дарвин. И это очень важно. Он соединил назад разум животных и разум человека, введя эволюционную идею, он записал в своей записной книжке, которая называлась «М» - метафизическая, он начал ее под влиянием разговором с отцом, и записывал там свои мысли о поведении и разуме.
Кстати, после расшифровки этих записных книжек, опубликованных в 80-е годы, начинаем понимать, насколько глубок был Дарвин, и как он глубоко думал о мозге и разуме, и о душе и мышлении, так же глубоко, как о биологии в целом и об эволюции. И, как видите, он записал в 38-ом году, кстати, удивительно, за полтора месяца до его знаменитой записи, когда его осенила идея о естественном отборе, продиктованным чтением Мальтуса. Он записал это в августе 38-го года: «Происхождение человека теперь доказано, эти мысли бродили в нем.
И после этого метафизика должна процветать, потому что тот, кто понимает бабуина, сделает больше для метафизики, чем Локк». Это программа биологических исследований. Это программа, показывающая, что наш мозг и разум составляют единое целое. Разум является функцией мозга, возникавшей в эволюции. Она нужна была для адаптации, и мы не отличаемся от животных кардинальными свойствами присутствия души или разума и отсутствия их у животных. Мы должны создать новую теорию того, как мозг генерирует процессы мышления, сознания, психики, опираясь на эти эволюционные принципы.
И собственно говоря, 20-й век стал свидетелем одной из таких радикальных программ. Когда то, что считалось на протяжении многих веков свойством человеческой души, память, и, кстати, еще в начале 20-го века в учебниках психологии вы могли увидеть такое определение: «Память - это свойство души». Так вот то, что считалось свойством нашей души, а это наша личность, наша память, наш субъективный опыт, был переведен в изучение того, как биологические процессы движут, формируют нашу память и как она работает в мозге.
Иначе говоря, в 20-ом веке наука о памяти, возникшая, как писал историк науки Ян Хакинг, чтобы секуляризовать душу, эту неподатливую сердцевину, западной мысли и практике, двигалась под влиянием трудов нескольких из выдающихся ее пионеров Эббингауза в Германии, Рябо во Франции, Корсакова в России, от философии к объективным исследованиям в философии. И потом, что более важно, к исследованиям памяти в работающем мозге. Память в середине 20-го века стала изучаться не как явление, находящееся вовне человеческого мозга и продукт человеческого мозга, но и как процессы, происходящие внутри человеческого мозга, когда он запоминает или извлекает воспоминания.
И объективных нейробиологических исследованиях памяти принято разделять вопрос о механизмах памяти на три вопроса, на три проблемы.
Первая - как память формируется в мозге? Вторая - как память хранится в мозге на протяжении многих лет? И третья - как память избирательно извлекается, когда это необходимо? Один из первых вопросов, который подвергся объективным исследованиям, был вопрос о формировании памяти. И здесь исследования за последние несколько десятков лет перешли от наблюдения за поведением в момент формирования памяти у человека, животных, к тому, как память хранится за счет работы генома нервных клеток?
Первые шаги в этом отношении сделал молодой начавший молодым заниматься памятью немецкий исследователь Эббингауз, он наткнулся на книгу «Объективной психологии» Лунта, который описывал объективно психологические исследования восприятий, и подумал о том, что, может быть, память человека можно исследовать таким же образом? И он насочинял небольшое количество бессмысленных слогов, которые написал на табличках, тасовал эти таблички и показывал их самому себе, потом, проверяя через некоторое время свою способность вспомнить их через разные интервалы времени. И одна из первых вещей, которая была им обнаружена, что память в момент запоминания, проходит две фазы. Первая - это короткая фаза в течение первых минут после получения новой информации, где мы способны хранить почти всю полученную информацию.
Затем происходит резкое уменьшение объема заполненной информацией, но оставшаяся после этого периода информация хранится очень долго. Она способна хранится на неизменном уровне в течение недели или даже месяцев, как обнаружил Эббингауз. Таким образом, Эббингауз сделал фундаментальное открытие - он показал, что процессы запоминания неравномерны и имеют две фазы. Первую кратковременную, где хранится много информации, и вторую, долговременную, где объем информации невелик, но она поддерживается в течение длительного времени.
Очень быстро, вдохновленный работами Эббингауза, два других немецких психолога Мюллер и Плезеке, работавшие в Геттингене в конце 19-го века, задались вопросом, а что происходит на границе этого перехода от одной фазы памяти к другой? Активный ли это процесс? И они показали, что, если в момент запоминания и перехода от кратковременной в долговременную память человеку дается новая задача, которую он должен запомнить, то эта новая задача мешает запоминанию старой информации, интерферирует с ним. Они назвали это ретроградной интерференцией, влиянием новой информации назад, на процесс, который происходит в мозге.
Исходя из этого, они решили, что в мозге, когда происходит запоминание, идет очень активный процесс, и он требует максимального количества ресурсов. Если мозгу дать в это время другую задачу, то вторая задача перекрывает первую, и не дает памяти сформироваться. Очень интересно, что, если эти вторую задачу давать чуть позже, через 15-20 минут, то этого не происходит. Из этого они сделали важный вывод, что память переходит в мозге в этом переходном этапе в устойчивую фазу хранения.
Неврологи очень быстро подтвердили это своими наблюдениями, что в случаях нарушений, связанных, например, с контузиями, с сотрясениями мозга, память теряется на короткое время, предшествовавшее этому сотрясению, что опять говорит о том, что воздействие на активный процесс не дает запомниться недавней информации. Кстати, такие же вещи происходят и при судорожных припадках.
Стало ясно, что, первое - память можно исследовать объективно. Второе - что в формировании памяти существуют некие фазы, связанные с активными процессами в мозге, нервной системе, и, соответственно, эти активные процессы в нервной системе могут быть объектов для изучения, для того, чтобы понять, как формируется память.
Дальше был довольно большой период, когда фундаментальных открытий в этой области не было, потому что исследовать эти процессы на человеке чрезвычайно сложно. Вы же не будете искусственно травмировать или создавать сотрясение человеку для того, чтобы проверить, что он запомнил, что нет? Вы не сможете или, по крайней мере, в те годы нельзя было заглянуть в то, что происходит в мозге человека во время этих процессов. И поэтому следующий радикальный шаг в этой программе редукции психического, редукции души, движением молекул в клетках мозга был сделан, когда американский психолог Карл Дантон показал, что у животных все то же самое. Если хотите, это замечательная иллюстрация дарвиновской программы возвращения разума в природу.
Он показал, что крысы запоминают массу вещей. Это было известно до него во многих исследованиях. Дальше он показал следующую вещь. Что, если крысам после того, как они выучили какую-нибудь новую задачу, нанести интерферирующее воздействие, например, вызвать у них кратковременный приступ судорог электроконвульсивным шоком, то, если эти судороги наносятся сразу после того, как животное училось чем-то, оно не способно запомнить на долгое время эту информацию. У него есть кратковременная память, а долговременная память не формируется. То есть, это вот переход, который был открыт Эббингаузом, он есть у животных, и он точно также подвержен воздействию на нервную активность.
А оказалось, что так же, как в опытах Мюллера и Плезейкера, если этот электроконвульсивный шок отодвинуть, например, на 15 минут после сеанса обучения, то он никак не влияет на формирующуюся память. Значит, эти процессы универсальны. И действительно, последующие 20-30 лет оказалось, что их можно наблюдать у всех животных, способных к обучению, начиная от приматов, и кончая беспозвоночными, например, виноградными улитками. Вы можете вызывать у виноградной улитки судорожную активность, введя специальные препараты, вызывающие судороги, и она запомнит то, чему она училась, если это судороги, которые наносятся сразу после обучения. Значит, это универсальная биология процесса.
Но дальше возник вопрос, если мы теперь обладаем инструментарием для моделирования памяти и ее консолидации в мозге животных, мы можем задать и следующий вопрос - каковы механизмы, что происходит в клетках мозга? Это была эпоха расцвета молекулярной биологии. И сразу несколько групп ученых подумал, что, то, что хранится в течение длительного времени как информация в клетках организма, должно быть связано с генетической информацией, потому что белки разрушаются очень быстро, значит, должны произойти какие-то изменения в активности геномов, которые связаны с ДНК нервных клеток и изменениями ее свойств.
И возникла гипотеза, что, может быть, формирование долговременной памяти, смотрите какой скачок от души, - это изменение в свойствах активности генома нервных клеток, изменение в свойствах работы и их ДНК.
Чтобы проверить это, шведский ученый Холгер Хеден (?) делал разнообразные и очень красивые эксперименты. Например, он учил крыс добираться до кормушки с едой по… балансируя по тонкой натянутой наклонной струне. И животные учились новому навыку, вестибулярному навыку, и моторному навыку ходить по этой струне. Или, например, доставать пищу лапой, которые животные не предпочитают доставать ее из цилиндра, а среди крыс есть так же, как среди нас, левши и правши, он смотрел какое это животное, а потом давал ему возможность достать только противоположной лапой. Опять животные учились.
Оказалось, что, когда животные учатся этим и другим задачам, в их мозге происходит всплеск экспрессии генов, происходит увеличение синтеза РНК и увеличение синтеза белка. И это происходит как раз в эту фазу сразу после приобретения новой информации и перехода ее в долговременную форму, которую открыл Эббингауз. То есть, здесь опять все совпадает.
Но в биологических исследованиях, как правило, вслед за чисто коррелятивными исследованиями, особенно, если это касается животных, где можно манипулировать биологическими процессами, следуют и причинные вопросы. Мало того, что одновременно с обучением увеличивается синтез РНК и белка, то есть, экспрессируются гены, важно задать - а нужны ли они для того, чтобы запомнилась новая информация? Это может быть случайно сопутствие одного процесса другому. И чтобы проверить это, очень быстро несколько групп исследователей, например, группа Флекснера в США, начали вводить животным, когда они учатся новой задаче, ингибитора синтеза белка или РНК, то есть, препятствовать этой волне, всплеску, экспрессии генов, сопровождающих процесс научения.
Оказалось, что животные при этом нормально учатся, у них не нарушаются никакие старые формы поведения уже выработанные, более того, они способны в течение короткого времени помнит то, чему научились. Но, как только дело доходит до длинной фазы перехода в долговременную память и хранения этой памяти в течение недели, месяцев, эта память у животных отсутствует. То есть, вмешательство в работу генома и препятствие синтезу молекул РНК и белков в моменты обучения не дает сформироваться долговременной памяти. Значит, долговременная память, действительно, зависит от работы генома нервных клеток. И очень важно понять тогда вопросы, что за гены включаются в нервных клетках, что запускает их в момент обучения, и каковы их функции? Каким образом это переходит в то, что мы способны ощущать сами как субъективный … наш субъективный опыт?
В середине 80-х (70-х) годов две группы исследователей, одна в Советском Союзе, а вторая в Германии и в Польше, одновременно обнаружили такие гены. В группе, работавшей у нас в стране, мы направлено искали эти гены вместе с сотрудниками в Институте молекулярной биологии и молекулярной генетики. И нам помогла их найти гипотеза, что процессы, происходящие в мозге в момент формирования нового опыта, может быть, вовлекают те же клеточные принципы и механизмы, которые вовлекаются в процессы развития нервной системы, установление связей и дифференцировкой клеток?
И, обнаружив работу одного из генов-регуляторов развития кодирующего белок, управляющий работой многих, многих других генов, так называемый «транскрипционный фактор», мы решили посмотреть,здесь эта экспрессия показана красным, видите, да, красным цветом в коре головного мозга у 19-дневного эмбриона крысы. Мы решили посмотреть, а что происходит во взрослом мозге с работой этого гена?
Оказалось, что животные, которые находятся в условиях знакомой им обстановке и не учатся ничему новому, практически не экспрессируют этот ген, нервные клетки не содержат продуктов работы этого гена. Но, как только животное попадает в ситуацию, которая для него нова и она ее запоминает, в мозге происходит взрыв экспрессии этого гена.
Причем, как вы видите, по полям этой экспрессии, эта экспрессия касается огромного количества нервных клеток. Расположен в самых разных структурах мозга. Как потом оказалось, места экспрессии очень сильно зависят оттого, какой субъективный индивидуальный опыт приобретается в данный момент мозгом. Для одних форм памяти - это одни зоны экспрессии, для других - другие. Мы вернемся еще к этому, когда будем говорить о картирование памяти.
А пока посмотрим на упрощенную схему того, что происходит в клетках нервной системы, когда возникает обучение? Стимулы, транслируясь в те или иные химически молекулы, действующие на мембрану нейрона, нервной клетки, передают сигналы через цитоплазму клетки к ядру. И здесь и активируются гены, которые я показал, один из них на предыдущем слайде, это транскрипционный фактор цефос (?).
Транскрипционные факторы отличаются тем, что синтезируемые ими белки - это появление белков в цитоплазме - не остаются в цитоплазме, а возвращаются назад в ядро. И в случае с генами семейств цефос и цеджун, второй ген, который, оказалось, тоже активируется в ряде ситуации обучения, они образуют сложные комплексы белков друг с другом, способные влиять на огромное количество участков в геноме нервной клетки. Эти участки - это регуляторные участки других генов. Иначе говоря, сигнал, приходящий к нервной клетке при обучении, через многие, многие входы, переходит в узкое место активации нескольких транскрипционных факторов, а дальше их эффект разветвляется и изменяет программу работу целой клетки, потому что некоторые из этих генов - мишеней, регулируемых транскрипционными факторами, увеличивают свою активность, а некоторые - подавляются. Если хотите, клетка перестраивает программу своей работы под влиянием ситуации обучения.
Чем эта схема оказалась интересной? Во-первых, оказалось, что формирование памяти проходит как бы две фазы синтеза белка и экспрессии генов. Первая - это сразу после обучения, тогда, когда это видел Эббингауз, и тогда активируются так называемые ранние гены. Но, вслед за этим существует вторая волна активации после действия продуктов ранних генов на геном. Так называемые поздние гены.
Второе - поскольку структура ранних генов, их регуляторные участки, а также их способность действовать на определенные регуляторные участки других генов были хорошо изучены в клеточной биологии, появилась возможность расшифровать и другие два вопроса. Значит, мы, первое - узнали какие это гены? Второе - двигаясь назад от таких генов, вот здесь показан, например, один из ранних генов. Вы видите, что на регуляторном участке этого гена, представленном вот этой последовательностью, группируется масса транскрипционных факторов, среди которых есть фос и джуна, о которых я говорил, есть гены, имеющие другие название, есть транскрипционный фактор, имеющие другие названия, например, креп.
И оказалось, что, двигаясь назад по этой цепочке, задавая вопрос при обучении, активировались ранние гены, что их вызвало, какие сигналы сели на их регуляторные участки, какие сигналы вызвали связывание регуляторов с их регуляторными участками, какие из вторичных посредников клетки передали эти сигналы, и, наконец, какие рецепторы были активированы?
Удалось расшифровать последовательность сигналов от ядра, от мембраны к геному нервной клетки, работающих при обучении. И один из пионеров в этих исследованиях, американский нейробиолог Эрик Кендел из Колумбийского университета получил Нобелевскую премию за расшифровку этого каскада.
В этих исследованиях есть масса интересных следствий. Они оказались неожиданными. Например, оказалось, что дефекты в некоторых из этих элементов каскада не только вызывают нарушение обучения у взрослых животных, но и являются причиной заболеваний, связанных с нарушениями умственного развития у детей. Это удивительная вещь. Потому что такие заболевания, например, синдром Рубинштейна-Тейби считались в течение долгого времени врожденными заболеваниями. Теперь мы поняли, что в действительности это нарушения, которые ведут к недостаткам возможности раннего обучения, формирование памяти у ребенка в первые недели, месяцы их жизни. И именно из-за этого нарушается умственное развитие.
И следствия для этого тоже разные. Одно дело, когда по медицинским причинам этот ребенок может получать те или иные препараты, улучшающие эти способности обучения; другое дело, было считать, что это врожденное заболевание, которое не подвергается терапии после рождения.
Другая неожиданная вещь, которая постепенно стала выясняться в расшифровке этих каскадов, что они жутко, действительно, напоминают по своим составным частям те клеточные процессы, которые происходят во время дифференцировки нервных клеток в развивающемся мозге. Они используют часто одни и те же молекулы сигнальные, причем, некоторые из этих молекул вначале были открыты при развитии, а потом, оказалось, как, например, различные нейротрофины, что они являются сигнальными молекулами и в моменты обучения.
А другие молекулы, например, глютамат и энметилдуеспартатные рецепторы, которые принимают его, вначале исследовались в связи с обучением, а потом оказалось, что они играют критическую роль и во время, зависимое от активности стадии установления нервных связей в развитии. Точно также касалось и различных вторичных мессенджеров протеинкиназ, и, наконец, транскрипционных факторов и генов-мишеней.
В результате мы получаем картину, что, когда мы смотрим на развитие и обучение, мы видим очень сходные молекулярные каскады. Это означает, что каждый эпизод развития очень напоминает эпизод обучения, или, что во взрослом мозге процессы развития никогда не заканчиваются. Каждый акт познания для нас - это маленький эпизод морфогенеза и следующего развития. Но обратите внимание -какой? - под когнитивным контролем, в отличие оттого, что происходит во время эмбрионального развития. Иначе говоря, наши знания, наша психика, наш разум, определяя процессы приобретения новых знаний, являются также триггерами и для дифференцировки клеток, хранящих эти знания.
И, наконец, еще одно важное следствие. То, что память имеет молекулярные механизмы и многие из них связаны с процессами, происходящими не между клетками, а внутри клетки, когда сигнал передается от мембраны геному, означает, что кроме психотропных препаратов, которые появились в психиатрии в 50-х годах и способны действовать на передачу сигналов между нервными клетками, которые способны регулировать наше восприятие, эмоции, боль, поведение и так далее.
А в перспективе у нас появится, и начинают появляться мнемотропные препараты, которые обладают совершенно другим эффектом. Поскольку они действуют и должны будут действовать на процессы, происходящие уже после переработки информации в нервных сетях, связанных только с их хранением, мы не заметим их эффектов на наше поведение, они не будут иметь побочных эффектов возбуждения, торможения, изменения процессов нашего восприятия или внимания. Но они способны будут модулировать процессы запоминания информации на долгое время. И такие препараты сейчас ищутся.
Таким образом, вопросы молекулярной биологии памяти, возникшие из исследований биологических основ хранении информации в мозге, привели к следующим решениям: что формирование долговременной памяти основано на активации универсального каскада ранних и поздних генов, ведущей к перестройке обучающегося нейрона, его молекулярного, белкового фенотипа.
Мы также знаем из исследований последних лет, то, о чем я не говорил пока, что хранение памяти на протяжении жизни осуществляется за счет эпигенетических перестроек, то есть, изменяется состояние хроматина нервных клеток. Изменяется состояние эпигенетической памяти у нейрона, состояние дифференцировки клетки, хранящееся в результате обучения возможно также долго, как состояние дифференцировки клетки, сохраняющее ее свойства нервной клетки определенного типа в момент развития.
Вопрос: Насколько конечная наша память?
Ответ: Никакие из экспериментальных попыток определить объем и пределы памяти не приводили к лимитам. Например, в одном из экспериментов, проведенным канадским психологом Стенлингом, исследовалось, сколько лиц способны запомнить испытуемые студенты. И им показывали разные фотографии с интервалом коротким, а потом, через некоторые время, показывая две фотографии, просили узнать, какая из них показывалась, а какая является новой? Оказалось, что первое, что точность воспроизведения высока и не зависит от объема, то есть, все было ограничено только утомляемостью студентов. До 12 тысяч фотографий, например, воспроизводилось с точностью до 80 процентов.
Обратите внимание, здесь, конечно, важно, что делалось, здесь была память на узнавание, а не активное воспроизведение. Но, тем не менее, это другая форма памяти.
Вопрос: Добрый день! Студентка РГГУ, если вы позволите, я хотела бы задать следующий вопрос. Вот в вводной части лекции вы говорили о такой новой проблеме, как науке о мозге и наука о разуме. Это, безусловно, связано и с той проблематикой, которой вы занимаетесь, это искусственный интеллект. Вот со временем, мне кажется, интеллектуальные формы жизни должна стать адаптивными революционными развивающимися, что, в общем-то, может привести, выйти из-под контроля. Вот насколько сейчас данная проблематика изучается и когда она может стать актуальной? И второе, что, создавая вот такие новые формы интеллектуальной жизни, как вам кажется, мы будем готовы к развитию таких событий, когда эти новые интеллектуальные формы жизни станут, ну, возможно, таким же существами, как сейчас являемся мы, ведь когда-то это тоже не за горами и возможен такой вариант событий. Спасибо.
Ответ: Я боюсь ошибиться в прогнозе. Вообще, опыт последних лет показывает, что успехи, которые делаются в этой области, в области исследования мозга и разума, кстати, не в такой же степени в области искусственного интеллекта, там прогресс медленнее, но, тем не менее, настолько удивительны и непредсказуемы, что любые прогнозы могут оказаться ошибкой уже через несколько лет. Но мой прогноз будет следующим.
Мы пока не имеем существ, способных в качестве искусственного интеллекта к - первое: решению тех же задач, которые решает человек, даже приблизительно, особенно в условиях меняющихся адаптивных ситуаций.
Специалисты из ДАРПА, оборонного агентства США, пару лет назад начали новую программу искусственного интеллекта, сказав, что они перестают финансировать все исследования по классическим схемам искусственного интеллекта, потому что они посчитали, что в условиях решения адаптивных задач биологический мозг превосходит по эффективности лучший из существующих форм искусственного интеллекта, построенных на текущие архитектуры, в разы от миллиона до миллиарда раз. Представляете разница?! Это не вопрос скорости операций. Это вопрос способности к генерации новых решений в динамически меняющейся среде.
Когда будет преодолен этот барьер в миллионы и миллиард раз? Ну, может быть, это обозримое будущее, по крайней мере, несколько групп университетов и компания IBM начали исследование новой архитектуры, где элементы ее одновременно и учатся и способны вычислять, то есть, похоже на то, что делает реально нервная система, где нет отдельного хранилища памяти, а отдельно - информационных элементов.
Я думаю, что у искусственного интеллекта есть еще другая сложная проблема. Что до сих пор все системы, которые мы создаем, начальное условие их поведения вкладываются в них творцом человека, то есть, она не способна сама генерировать эти начальные условия. У нее не было эволюции. Но и это преодолевается в моделях искусственной жизни, эволюционной работике, где начинают с очень простых нервных сетей. Затем дают им развиваться в окружающей среде, решая постепенно адаптивные задачи. И даже сами адаптивные задачи возникают для этого интеллекта новые, которых не было заложено создателями.
Так что, может быть, в ближайшие 10-15 лет мы увидим существенный прогресс в этих областях. Достигнут ли они субъективного опыта и психики человека - это очень сложный вопрос, думаю, что нет.
Вопрос: Марина гимназия 1529. Если на сегодняшний день нам известны механизмы обучения человека, то как вы расцениваете возможность моментального изучения языков, моментального приобретения навыков человеком?
Ответ: Из того, что мы знаем про обучение у человека и животных, это процесс, который состоит из отдельных, повторяющихся актов. В каждом из них приобретается некая единица нового знания. Для того, чтобы освоить язык, мы не можем это сделать одним скачком. Для этого нужны тысячи, или десятки тысяч повторений у ребенка, который генерирует новые гипотезы относительно окружающего мира и звуков, которые он воспринимает, пробует их, отбрасывает их, утверждается, строит схему.
Перенести результаты такого обучения, которое, кстати, исторично в том смысле, что у каждого ребенка оно проходит по-своему, механически в голову другого человека или даже в искусственный интеллект, это невозможная сегодня задача. Одномоментного обучения новому языку невозможно так же, как одномоментное приобретение опыта пяти лет жизни ребенка.
Вопрос: Новиков Дмитрий, гимназия 1529, я хотел спросить, я слышал, есть такие препараты, способствующие улучшению развитию памяти, есть результаты, и какие процессы в мозге они купируют?
Ответ: Такие препараты существуют. Они известны давно. Некоторые из них - это средства, известные веками, это, как правило, растительные препараты. Другие из них, это химические препараты. Например, препараты из группы амфетаминового ряда, регулирующего процессы передачи сигналов в нервных клетках, использовались для стимуляции способностей к запоминанию, вниманию, обучению еще во время Второй мировой войны, причем, обеими сторонами, и немецкой и английской, и американкой.
В 50-е годы был бум их попыток использования их, например, и студентами для улучшения способностей запоминать большие объемы информации во время подготовки к экзаменам. И сейчас более мягкие версии этих препаратов, таких как риталин, например, ходят по…, по крайней мере, по американским университетам, и часть студентов пользуются ими. Но стало ясно, что они имеют побочные эффекты.
Что, во-первых, они не влияют специально на память, они являются психотропными, а не мнемотропными, они влияют на процессы, связанные с восприятием, вниманием, концентрацией, так далее.
Второе. К ним может вырабатываться зависимость, это очень неприятно. Чем в более раннем возрасте это происходит, тем более опасным это может оказаться. Сейчас создаются препараты, которые способны действовать на сигналы, передающиеся уже внутри нервной клетки. Часть из этих каскадов, которые были открыты, они запатентованы. Ищутся препараты, способные избирательно модулировать эти свойства памяти, без влияния на психотропную составляющую, то есть, на психогенную составляющую.
Рынок таких веществ пока очень мал, они создаются в основном для лечения все-таки нарушения памяти у пожилых людей, особенно при нейродегенеративных заболеваниях, но некоторые из них, может быть, будут использоваться в будущем и как когнитивные стимуляторы. По крайней мере, в последние годы ведется активная дискуссия об использовании таких когнитропных или мнемотропных препаратов здоровыми людьми. Об ответственности использования есть специальные этические комиссии, которые обсуждают, допустимо ли это или нет? Но тенденция тут явная. Такие витамины памяти.
На прощание мне хотелось сказать следующее, что вот, видите, вопросы, которые были заданы, они касались тех или иных технологий, то есть, возможности управления памятью, возможности получить сразу большой объем информации, возможности перенести и освоить язык за короткое время, возможности получить безопасные и эффективные таблетки улучшении памяти. Это все так. Но, поскольку мы находимся на канале «Культура», мне хочется сказать о другой стороне, что познания нашей памяти - это познание нами самих себя. Потому что, как сказал Габриэль Гарсия Маркес: «Жизнь - это не те дни, которые прожиты, а те, которые запомнены». И изучение механизмов работы мозга и памяти - это в значительной степени для ученых, исследующих этот вопрос, не проблема создания новых технологий, хотя это важно, а проблема следования древнему оракулу, инструктировавшему - познай самого себя!
Видео лекции Константина Анохина на телеканале «Культура»
Константи́н Влади́мирович Ано́хин (род. 3 октября ) - российский учёный, нейробиолог , профессор, член-корреспондент РАН и РАМН . Руководитель отдела нейронаук .
Окончил лечебный факультет в 1980 г. В 1984 закончил аспирантуру при НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина РАМН, защитив кандидатскую диссертацию «Роль холецистокинина в механизмах пищевого насыщения». В 1992 состоялась защита докторской диссертации на тему «Ранние гены в механизмах обучения и памяти». Получил звание профессора. В 2002 был избран членом-корреспондентом РАМН по специальности «нейробиология», а в 2008 - членом-корреспондентом РАН по специальности «нанобиотехнология».
Лекции
- (недоступная ссылка с 02-08-2015 (1463 дня)) - об исследованиях по расшифровке механизмов мышления, включая регистрацию мыслительных процессов в мозге человека и животных и создание устройств, способных декодировать мысли и передавать их как сигналы;
- : видеолекция. (Видеолекция о том, что такое память человека и как хранится информация.)
Напишите отзыв о статье "Анохин, Константин Владимирович"
Примечания
Отрывок, характеризующий Анохин, Константин Владимирович
Пьер не остался обедать, а тотчас же вышел из комнаты и уехал. Он поехал отыскивать по городу Анатоля Курагина, при мысли о котором теперь вся кровь у него приливала к сердцу и он испытывал затруднение переводить дыхание. На горах, у цыган, у Comoneno – его не было. Пьер поехал в клуб.В клубе всё шло своим обыкновенным порядком: гости, съехавшиеся обедать, сидели группами и здоровались с Пьером и говорили о городских новостях. Лакей, поздоровавшись с ним, доложил ему, зная его знакомство и привычки, что место ему оставлено в маленькой столовой, что князь Михаил Захарыч в библиотеке, а Павел Тимофеич не приезжали еще. Один из знакомых Пьера между разговором о погоде спросил у него, слышал ли он о похищении Курагиным Ростовой, про которое говорят в городе, правда ли это? Пьер, засмеявшись, сказал, что это вздор, потому что он сейчас только от Ростовых. Он спрашивал у всех про Анатоля; ему сказал один, что не приезжал еще, другой, что он будет обедать нынче. Пьеру странно было смотреть на эту спокойную, равнодушную толпу людей, не знавшую того, что делалось у него в душе. Он прошелся по зале, дождался пока все съехались, и не дождавшись Анатоля, не стал обедать и поехал домой.
Анатоль, которого он искал, в этот день обедал у Долохова и совещался с ним о том, как поправить испорченное дело. Ему казалось необходимо увидаться с Ростовой. Вечером он поехал к сестре, чтобы переговорить с ней о средствах устроить это свидание. Когда Пьер, тщетно объездив всю Москву, вернулся домой, камердинер доложил ему, что князь Анатоль Васильич у графини. Гостиная графини была полна гостей.
Пьер не здороваясь с женою, которую он не видал после приезда (она больше чем когда нибудь ненавистна была ему в эту минуту), вошел в гостиную и увидав Анатоля подошел к нему.
– Ah, Pierre, – сказала графиня, подходя к мужу. – Ты не знаешь в каком положении наш Анатоль… – Она остановилась, увидав в опущенной низко голове мужа, в его блестящих глазах, в его решительной походке то страшное выражение бешенства и силы, которое она знала и испытала на себе после дуэли с Долоховым.
– Где вы – там разврат, зло, – сказал Пьер жене. – Анатоль, пойдемте, мне надо поговорить с вами, – сказал он по французски.
Анатоль оглянулся на сестру и покорно встал, готовый следовать за Пьером.
Пьер, взяв его за руку, дернул к себе и пошел из комнаты.
– Si vous vous permettez dans mon salon, [Если вы позволите себе в моей гостиной,] – шопотом проговорила Элен; но Пьер, не отвечая ей вышел из комнаты.
Анатоль шел за ним обычной, молодцоватой походкой. Но на лице его было заметно беспокойство.
Войдя в свой кабинет, Пьер затворил дверь и обратился к Анатолю, не глядя на него.
– Вы обещали графине Ростовой жениться на ней и хотели увезти ее?