Татьяна Черниговская. Познер. "Мозг, язык и
Отсутствие части мозга не помешало женщине выучить два языка и получить учёную степень
Как установили учёные, оставшаяся мозговая ткань реорганизовала когнитивные (интеллектуальные) задачи.
Жительница США без левой височной доли головного мозга (она участвует в обработке речи), сумела выучить русский и английский языки, получить учёную степень и сделать хорошую карьеру. С женщиной несколько лет работала когнитивный нейробиолог из Массачусетского технологического института Эвелина Федоренко. Её пациентка впервые узнала о том, что её мозг не типичен, уже в зрелом возрасте, во время медицинского обследования по другому поводу.
Височная доля мозга отмечена жёлтым цветом
Вероятно, женщина ещё в детстве перенесла инсульт, из-за чего в её левой височной доле головного мозга осталась лишь спинномозговая жидкость. Как рассказала сама пациентка, врачи много лет говорили, что из-за особенностей её мозга она должна страдать от судорог и испытывать сложности с запоминанием и использованием слов.
Тем не менее, серия экспериментов подтвердила, что языковые и умственные способности американки ничуть не уступают способностям обычных людей.
Учёным известно, что, если головной мозг повреждён, он нередко находит способы перенастроить себя — например, слепые люди обычно имеют более чувствительный слух, который развивается в качестве компенсации. Случай пациентки Эвелины Федоренко лишь подтверждает это.
«Если вы можете удалить половину мозга, и он при этом работает нормально, это говорит о том, что в обычном мозге есть много избыточных частей. С инженерной точки зрения это является хорошим способом построения системы», — отметила Эвелина Федоренко.
Темная сторона искусственного света
Вам не нужно летать по всему миру, чтобы испортить свои циркадные ритмы. Рабочие ночные смены или постоянное смещение графика сна ведут себя как хроническая форма смены часовых поясов с потенциально тяжелыми последствиями. Например, рабочие ночной смены чаще страдают ожирением, болезнями сердца, расстройствами настроения и даже раком.
Расположенные в основании головного мозга, главные часы организма работают по собственному 24-часовому циклу и находятся в части гипоталамуса, называемой супрахиазматическим ядром, или SCN.
Гипоталамус является основной, примитивной частью мозга, которая есть у всех позвоночных. Он также управляет такими вещами, как выброс гормонов, температура тела и ваша реакция бей или беги.
«Попытка бодрствовать и пытаться функционировать в неподходящее биологическое время, когда SCN говорит нам, что мы должны спать, или пытаться заснуть, когда SCN говорит нам, что мы должны бодрствовать, увеличивает риск проблем со здоровьем», – говорит Кеннет Райт невролог из Университета Колорадо в Боулдере, которая изучает влияние циркадных нарушений на здоровье. «Более того, искусственный свет и наша склонность смотреть на экраны усугубляют ситуацию».
Уровень гормона мелатонина повышается на закате, чтобы вызвать сон, а затем падает к восходу солнца – или, по крайней мере, это то, что должно произойти. Используя надетые на запястье девайсы для отслеживания воздействия сна и света, а также образцы слюны для измерения колебаний мелатонина, Райт заметила, что в ее исследовании уровень мелатонина у добровольцев остается повышенным в течение нескольких часов после пробуждения. Это говорит о том, что их тела все еще находятся в режиме сна.
«Затем мы забираем их в лагерь и убираем искусственное освещение на целую неделю», – говорит Райт. После недели без искусственного освещения, производство мелатонина участников росло на закате и падало на рассвете, указывая на то, что их биологические часы теперь выровнены с естественным циклом свет-темнота. Изменение демонстрирует, что в искусственно освещенном мире «мы потеряли синхронность с природной средой», – говорит Райт.
Аналогично, наши светоизлучающие устройства нарушают наше расписание сна. Клетки, передающие сигналы в супрахиазматическое ядро, особенно чувствительны к синей длине волны света. Эта длина волны присутствует в солнечном свете и излучается сотовыми телефонами, компьютерами и планшетами. В одном исследовании ученые из Отдела сна и циркадных расстройств в Бригаме и Женской больнице сравнили людей, которые читают обычную книгу перед сном, с людьми, которые читают на светоизлучающем устройстве для чтения электронных книг. У людей, которые читают на электронном ридере, было больше проблем с засыпанием, и у них были проблемы с пробуждением.
Вас также может заинтересовать:
Умный мозг не только большой, но и жаждущий крови
Мозгу нужно много крови, чтобы быть умным.
Нынешняя парадигма состоит в том, что человеческий интеллект становился все более сложным, когда наш мозг становился больше. Однако австралийские и южноафриканские исследователи утверждают, что это только одна сторона медали. Их исследование показало, что увеличение притока крови к мозгу может быть связано с улучшением когнитивных функций.
Используя размеры двух отверстий в основании черепа, которые позволяют артериям проходить к мозгу, исследователи смогли подсчитать, сколько крови использовалось для прохождения через мозг у 11 видов предков гоминида, от австралопитеков до архаичных Homo sapiens. Это охватывает последние 3,5 миллиона лет.
Они обнаружили, что приток крови к мозгу непропорционально увеличивается с объемом мозга. Они выяснили, что показатель притока крови к объему мозга составляет 1.4, как сообщается в исследовании, опубликованном в Royal Society Open Science.
Конечно, чем более метаболически активен мозг, тем больше крови требуется, но новое исследование показывает, что кровоток и объем мозга не увеличиваются согласованно. Опять же, человеческий мозг несколько особенный в том смысле, что он также очень хорошо упакован. А именно, мозг складывается в привычной морщинистой форме ореха, что позволяет формировать больше нервных связей в меньшем объеме. Это может объяснить, почему артерии, направляющие кровь в мозг, увеличиваются в размерах непропорционально размеру мозга.
Используя отверстия в черепе, исследователи определили интенсивность мозговой активности у предков, которые жили миллионы лет назад.
«На протяжении всей эволюции развитие функции нашего мозга, по-видимому, связано с тем, что нам требуется больше времени, чтобы вырасти из детства. Это также связано с семейным сотрудничеством в охоте, защите территории и уходе за молодыми», – сказал соавтор Ваня Бозиочич. «Появление этих признаков, похоже, хорошо следует за увеличением потребности мозга в крови и энергии».
Больше околонаучного у нас на канале t.me/everScience.
В мозговых волнах ученые видят, как нейроны манипулируют возможным будущим
Столкнувшись с решением, мозг взвешивает свои возможности, объединяя их в быстро чередующиеся циклы мозговых волн.
Когда мозг рассматривает несколько направлений действий, он может представлять их как быстро чередующиеся сигналы, которые соответствуют отдельным циклам определенных мозговых волн. Этот процесс упаковывает сценарии вместе, но также сохраняет их раздельными.
Все мы постоянно сталкиваемся с сознательным и бессознательным выбором. Не только о том, что надеть, что поесть или как провести выходные, но и о том, какую руку использовать, когда берете карандаш. Чтобы принимать даже тривиальные решения, наш мозг просеивает кучу «что если» и взвешивает гипотетические данные.
В статье, опубликованной в журнале Cell , команда исследователей из Калифорнии вглядывалась в мозг крыс на пороге принятия решения и наблюдала, как их нейроны разыгрывают конкурирующий выбор, доступный для них. Механизм, который они описали, может лежать в основе не только принятия решений, но и способности животных представлять более абстрактные возможности – что-то похожее на воображение.
Группа, возглавляемая нейробиологом Лореном Фрэнком из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, исследовала активность клеток в гиппокампе, области мозга в форме морского конька, которая, как известно, играет важную роль как в навигации, так и в хранении и извлечении воспоминаний. Они уделили особое внимание нейронам, которые называются «GPS мозга», потому что они мысленно отображают местоположение животного, когда оно движется в пространстве.
Было показано, что клетки очень быстро запускаются в определенных последовательностях, когда животное перемещается в окружающей среде. Эти паттерны нейронной активности, называемые тета-циклами, повторяются у крыс примерно восемь раз в секунду и представляют собой постоянно обновляемую виртуальную траекторию для животных.
Но, как теперь выяснили Фрэнк и его команда, когда животное собирается действовать, нейронная активность, связанная с тэта-циклами, перебрасывается между различными возможными путями будущего – не только для предсказания того, что должно произойти, но и как своего рода скоростного теста предстоящих действий.
Когда Фрэнк и его коллеги еще более внимательно изучили нейронную активность во время тета-ритмов, они обнаружили, что первая часть каждого цикла соответствовала тому, где в настоящее время находилась крыса, а вторая часть показывала левую или правую альтернативу. Весь шаблон выглядел примерно так: текущее местоположение, вариант идти налево, текущее местоположение, вариант идти вправо и повторить.
Больше околонаучного на канале у нас https://t.me/everScience.
Дилемма "разделенного мозга". Мысленный эксперимент (дополнено)
В течение последних лет я интересуюсь вопросами нейробиологии и сознания. Одной из наиболее интересных тем, которая лично меня зацепило это существование пациентов с полностью разделенными полушариями (гемисферами) головного мозга.
Если коротко, то данную операцию проводят в качестве крайней меры пациентам, страдающих от тяжелых форм эпилепсии. Суть операции заключается в рассечении мозолистого тела мозга, что приводит к разрушению связей между левым и правым полушарием. По этой теме имеется много статей и материалов.
Если коротко, то пациенты продолжают в целом жить обычной жизнью и окружающие даже не замечают изменений. Тем не менее, нейробиологи поставили ряд экспериментов, в результате которых были получены данные, свидетельствующие в пользу наличия двух изолированных сознаний левого и правого полушария.
Например, приведу вот такую выдержку:
Благодаря специальному устройству, контролирующему поступление потока визуальной информации в мозг, исследователи стремились доказать, что разделение мозга производит две личности, по одной на полушарие.
Они уже знали, что оба глаза отправляют информацию в оба полушария мозга, которые находятся в сложном взаимодействии друг с другом. Если вы фиксируете одну точку, то все слева от этой точки (левое визуальное поле) обрабатывается правым полушарием, а все справа от вашей точки фиксации (правое поле зрения) обрабатывается левым полушарием. Более того, левое полушарие контролирует правую часть тела и язык (речевой аппарат), а правое полушарие контролирует левую часть тела и отвечает за визуальное восприятие и обработку лиц.
Когда Сперри и Газзанига активировали стимулы в области правого визуального поля (обработанные левым полушарием), пациент реагировал нормально. Однако когда стимулы были показаны в левом визуальном поле (обработанное «немым» правым полушарием), пациент говорил, что ничего не видит. Но его левая рука нарисовала показанное изображение. Когда его спросили, почему его левая рука сделала это, пациент выглядел озадаченным и ответил, что он не знает.
Что же это означает? Левое полушарие не могло видеть левое визуальное поле, поэтому, когда появился стимул, пациент ответил, что действительно ничего не видит. Тем не менее, правое полушарие увидело стимул и указало на это единственным способом, которым располагало, задействовав левую руку. Вывод, сделанный Сперри и Газзанигой, был ясен: одного пациента с разделенным мозгом фактически следует рассматривать как двух пациентов с однополушарным мозгом на каждого, словно сиамских близнецов. Сперри утверждал, что это выходит далеко за рамки простого любопытства, так как исследование в прямом смысле доказало идею о материальной основе сознания. Если при разделении мозга происходит разделение личности, это фактически опровергает идею существования нематериальной души.
Отсюда
(к сожалению, на русском языке мало материала, но есть книги на английском)
В общем, я придумал мысленный эксперимент, касательно проблематики разделенных полушарий.
Как упоминалось выше, операция по разделению полушарий мозга проводится в целях лечения эпилепсии и делается хирургическим путем, что само по себе необратимый процесс разделения полушарий. Тем не менее, вопрос, касательно появления 2 обособленных личностей очень интересен и может иметь далеко идущие следствия. Вот представьте, что Вам на завтрашний день назначили операцию по полному разделению полушарий. Сегодня вы одна целостная личность, ваше привычное субъективное Я. Вот наступает день операции, вы входите в наркоз и засыпаете. Пока все как обычно.
Но теперь наступает момент пробуждения. Хирурги достойно выполнили свою работу и Ваши полушария полностью разделены между собой.
Вопрос №1: Какова вероятность осознать свое Я (как опыт от первого лица) "запертым" в левом/правом полушарии? Вопрос может показаться странным, но он все же имеет значение. Например, лично я бы очень не хотел субъективно "обнаружить" себя в качестве сознания правого полушария, лишившись способности управлять речевым аппаратом - перспектива общаться с помощью левой руки меня совершенно не устроила бы. Или же мне бояться нечего и я гарантированно после операции буду сознанием левого полушария, т.е. у меня гарантированно останется контроль над речевым аппаратом?
Вопрос (дилемма) №2: Предположим нам уже сделали операцию, прошло с тех пор несколько лет. Нас все устраивает, все отлично. Вы себя обнаруживаете в качестве субъекта левого полушария, управляете речевым центром и вроде бы все хорошо (ну не считая периодических синдромов чужой руки, с которыми вы уже привыкли жить и все окей).
И тут на очередном обследовании у нас обнаруживают опухоль в левом полушарии, и врач сообщает, что единственный способ сохранить жизнь - это полное удаление левого полушария (гемисферэктомия). Опустим детали, но предположим, что все обследования говорят нам о том, что оставшаяся половина мозга выживет и сможет функционировать. Подобные операции действительно очень редко, но проводятся.
Но у нас снова появляется тяжелая дилемма - так как вы осознаете себя субъектом левого полушария, то, по сути, удаление левого полушария приведет к вашей смерти. Даже несмотря на то, что вторая половина мозга (и ваше тело) продолжит жизнь.
И вот снова наступает день Х. Вы ложитесь на операционный стол, вам вводят наркоз, вы засыпаете и. есть несколько вариантов:
1. Вы (субъективно) уже никогда не просыпаетесь и попросту умираете вместе со своим левым полушарием. Да для окружающих вы выживете, но это будете не вы, а субъективное сознание вашего правого полушария.
2. Вы просыпаетесь и осознаете себя в правом полушарии.
Предлагаю обсудить эту тему. Как по мне проблема более чем реальная.
Позволю себе немного продолжить наш мысленный эксперимент:
Допустим, мы изобрели некое устройство, которое временно функционально разделяет полушария мозга, а потом снова соединяет (как именно работает устройство не так важно, главное концептуальная часть).
В общем, у нас такое устройство есть, и мы подопытный.
Ход эксперимента: мы будем многократно включать и отключать прибор, при этом включая прибор мы на каждой итерации фиксируем в каком полушарии "оказалось" наше "Я".
Возможные исходы эксперимента:
1. Первый вариант, что мы при эксперименте каждый раз будем "находить" субъективно свое "Я" то в одном, то в другом полушарии. Например:
1 итерация: правое
2 итерация: левое
3 итерация: левое
4 итерация: правое
5 итерация левое
Такой исход эксперимента задаст создаст очень трудную проблему философского уровня, т.к. механизм "переноса Я" будет крайне сложно объяснить и думаю такому исходу эксперимента будут рады те, кто верят в душу и т.п. В то время как нейропсихологам придется серьезно поломать голову, и не факт, что получится найти ответ.
2. Во втором случае - мы каждый раз будем обнаруживать свое "Я" (от первого лица) в одном и том же полушарии, скажем, в левом (ну или в правом). И сколько бы итераций мы не сделали, картина от этого не поменяется.
В таком случае возникает вопрос: "А когда прибор отключен, то мы все равно остаемся в этом полушарии?".
Также мы можем попробовать продолжить функционально "дробить" наш мозг (не затрагивая вегетативные функции ствола мозга) с помощью прибора, уже рассекая его не на 2 части, а на 4, 8 и т.д. И при этом каждый раз фиксировать, работа какого участка будет соответствовать нашему субъективному опыту от первого лица. В итоге может оказаться, что наше "Я" при таком дроблении раз за разом будет оказываться в небольшом участке мозга (скажем, 2х2 сантиметра). Но при отключении прибора все будет возвращаться в целостность.
Тогда автоматически будет возникать еще 2 вопроса:
- Почему при "дроблении" мозга наше "Я" осознает себя именно этим участком мозга, а не другим?
- Что будет, если мы полностью удалим этот участок мозга 2х2 см и что при этом изменится: Если мы это сделаем во время работы прибора и при отключенном приборе.
Если такой эксперимент все же удастся провести в будущем, то думаю он прольет свет на такие философские вопросы как возможность переноса сознания на внешние носители (цифровое бессмертие) и т.п.