0,0
рейтинг
15 октября 2014 в 17:41

Код мозга и память. Загадка гиппокампа



Совсем недавно были объявлены Нобелевские лауреаты 2014 года. Премию по физиологии или медицине разделили американец Джон О`Киф и супруги норвежцы Эдвард Мозер и Мэй-Бритт Мозер. Исследования, которые получили столь высокую оценку, касались небольшого участка мозга, называемого гиппокампом. Это название происходит от греческого ἱππόκαμπος — морской конек, именно на на него чем-то отдаленно похож этот удивительный орган.



В 1971 году Джон О‘Киф открыл в гиппокампе клетки места (O’Keefe J., Dostrovsky J., 1971). Эти клетки реагируют подобно внутреннему навигатору. Если крысу поместить в длинный коридор, то по активности определенных клеток можно будет точно сказать, в каком его месте она находится. Причем реакция этих клеток не будет зависеть от того, как она попала в это место.

В 2005 году в энторинальной области коры, которая является частью гиппокампальной формации, Мозерами были обнаружены нейроны, кодирующие положение в пространстве, образующие нечто наподобие координатной сетки (Hafting T., Fyhn M., Molden S., Moser M.B., Moser E.I., 2005).

Вполне естественно, что оба этих открытия были объединены в одну премию с формулировкой: за открытие клеток, составляющих систему позиционирования в головном мозге.

Но эти открытия не сняли вопросы о роли гиппокампа, а скорее умножили их. В 2011 году оказалось, что в гиппокампе есть клетки, которые определенным образом кодируют временные интервалы. Их активность образует ритмические узоры, даже если ничего другого вокруг не происходит (Christopher J. MacDonald, Kyle Q. Lepage, Uri T. Eden, Howard Eichenbaum, 2011). То есть получается, что кроме ориентации в пространстве гиппокамп отвечает и за ориентацию во времени.
Но мало того, уже давно показано, что именно гиппокамп играет ключевую роль в формировании памяти. В 1953 году пациенту, которого принято называть H.M., хирург полностью удалил гиппокамп (W. Scoviille, B. Milner, 1957). Это была рискованная попытка вылечить сильную эпилепсию. Было известно, что удаление гиппокампа одного из полушарий действительно помогает при этой болезни. Учитывая исключительную силу эпилепсии у H.M., врач удалил гиппокамп с обеих сторон. В результате у H.M. полностью исчезла способность что-либо запоминать. Он помнил, что было с ним до операции, но все новое вылетало у него из головы, как только его внимание переключалось. Загадочность усиливает то, что удаление гиппокампа только с одной стороны или с обоих сторон, но частичное, способность запоминать новое практически не затрагивает.

Есть гипотезы, что гиппокамп — это хранилище краткосрочной памяти, которая затем перераспределяется в долговременную память, наподобие ОЗУ компьютера. Но никто так и смог дать внятных объяснений по поводу того как такая память может быть устроена и как воспоминания могут передаваться с места на место.

Конечно, можно предположить, что гиппокамп – это просто такое место мозга где случайно пересеклось несколько совершенно разных систем, каждая со своей независимой функцией. Но, следуя логике хорошего детектива, все эти чудесные свойства гиппокампа не могут быть случайным совпадением. В детективе, а в науке всегда то же самое, должно найтись такое объяснение, которое покажет неразрывную связь всех улик и высветит их скрытый ранее смысл.

Несложно сообразить, что разгадка гиппокампа должна, не много ни мало, объяснять, как устроена человеческая память. А понятно, что объяснить устройство памяти нельзя, не ответив на вопросы о том, как мозг вообще кодирует и обрабатывает информацию. К сожалению, никаких общепризнанных теорий на эту тему не существует. Сложность в том, что информационные алгоритмы, реализуемые на компьютерах, не удается сопоставить с работой нейронов реального мозга. А те возможности, что принято приписывать биологически достоверным нейронным сетям не позволяют реализовать ничего мало мальски интересного.

Те, кто читал мои предыдущие материалы знают, что я работаю над моделью коры, которую называю паттерно-волновой. Конечно, это прозвучит нескромно, но похоже, что основные загадки информационного кода мозга и механизма памяти в этой модели удалось разрешить. Так получается, что не последнее место в этом объяснении отводится тому самому загадочному гиппокампу. В паттерно-волновой модели получилось естественным образом свести вместе все его столь удивительные свойства. Причем не подогнать объяснение под то, как все вышеперечисленное может уживаться вместе, а показать, что в той модели памяти, что в моем подходе свойственна реальной коре, все свойства гиппокампа оказываются неизбежно предопределенными.

Если мне удалось вас заинтриговать, то ниже относительно свежая запись лекции, где дается мое объяснение принципов работы мозга и роли гиппокампа во всем этом.



К сожалению «Лекториум», который вел запись, сильно напортачил со звуком, в связи с чем я долго колебался стоит ли выкладывать это на Хабр(Гиктайм). Но такое совпадение как Нобелевская премия именно за исследования гиппокампа стало решающим доводом за.

Продолжение о мышлении и роли эмоций.

UPD.
Спасибо пользователю Alexufo за обработку звука, которая несколько уменьшила помехи.
Алексей Редозубов @AlexeyR
карма
157,0
рейтинг 0,0
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (24)

  • +5
    Спасибо за разъяснение очень сложных вещей словами, доступными для неподготовленной публики. Обычно, приходя на какие-либо лекции по различным разделам биологии, уносил оттуда только недоумение и огромный список терминов для изучения.
  • +2
    Судя по экспериментам с искусственным гиппокампом, он скорее не оперативная память, а контроллер записи в ПЗУ.
    А то, что в нём присутствуют разные функции, тоже ничего удивительного. Эволюционно это же древнейший отдел мозга.
    • +2
      Эксперименты хорошие, я в предыдущем цикле статей разбирал их. Сравнение гиппокампа с контроллером лучшем чем с озу, но то же плохое. Сам принцип хранения памяти сильно отличается от того, что свойственно компьютеру. Подробнее в видео.
  • 0
    Интересует как объясняется распознавание одинаковых образов но разных размеров.
    Например, есть два образа: большой квадрат и маленький. По идее эти образы должны запускать разные узоры волн потому что картинки занимают разные «пиксели». Т.е волна от большого квадрата должна отличаться от волны малого квадрата.
    • 0
      Это совершенно отдельный и долгий разговор. Картинка не запускает волн. С сетчатки уже выходит не пиксельная картина, а код (паттерн) того какой угол границы объекта виден в том или ином месте. При этом каждому углу соответствует свой уникальный паттерн. Далее кора работает с этими описаниями, преобразуется их так, что новые описания оказываются инвариантны к различным преобразованиям, в том числе и масштабу. Но рассказ о том как это происходит и какие механизмы за это отвечают займет не один час. Мы сейчас как раз работаем над моделированием зрительной системы там все более чем интересно.
      Вообще же видео стоит воспринимать как описание элементарной схемотехники мозга и не пытаться сразу в лоб толковать достаточно сложные операции.
      • 0
        предположим на картинке не квадраты а окружности разных размеров (углов нет) тогда что?
        • 0
          В малой области дуга и прямая одинаковы. Вопрос как создать описание удачно описывающее окружность. Это может быть, например, такое описание: снизу горизонтальный участок, сверху горизонтальный, справа вертикальный, слева вертикальный, под углом 45 гр. участок -45 гр. и так далее. Такое описание будет инвариантным для всех окружностей. Собственно, создание первичной зрительной коры — это и есть формирование такой системы детекторов в которых смогут при саморганизации возникнуть такие описания.
      • 0
        «Далее кора работает с этими описаниями, преобразуется их так, что новые описания оказываются инвариантны к различным преобразованиям, в том числе и масштабу.»
        А после универсального вида уже идут волны видимо, но тогда этап преобразования образов в универсальный вид получается самой важной частью.
        • 0
          Это все части одного и того же. Возможность колонок детекторов создать локальный паттерн, который гиперколонка преобразует во внешнее понятие — основа таких информационных процессов.
  • 0
    Очень интересно. Хотелось бы увидеть статью по поводу распознавания образов, о которых писали в комментариях.
    Сам об этом недавно «много думал»)

    Вы хотите сказать, что квадрат распознается как «четыре угла»?.. Интересная идея. Т.е. все видимые объекты распознаются как совокупность образов?)
    Что такое «угол» для ИИ?) Что такое «линия»?)
  • +5
    Ну вот… а ваши предыдущие статьи были на хабре… Все сломалось перемешалось(
    • +3
      Предыдущий цикл раскидало по двум сайтам :(
  • +3
    150 минут видео, эх….а вы не планируете ± тоже, но текстом и в несколько более сжатом виде?
    • 0
      Столько всего планирую, что боюсь загадывать по срокам :(
  • +12
    Кому нужен хаб «Мозг» на geektimes ставьте плюс
    • 0
      Всем спасибо, хаб сделали
      • 0
        Здорово!
  • +1
    Слушаю вашу лекцию…
    Пока, вы путаете action potentila, распространение спайка по аксону с кальциевым спайком.
    кальций там не причем, там Na (натрий).
    Смотрите любую картинку в гугле по запросу «axon action potential» ну или Kandel )
    • +1
      Вы правы, пересматривая обнаружил еще и другие оговорки. Что есть, то есть.
  • 0
    а второй день лекции на ютубе есть?
    • 0
      Есть. Планирую завтра сделать статью об этом.
      • 0
        хотелось бы услышать, каким образом в рамках вашей теории можно объяснить шизофрению или другие психические заболевания
        • 0
          Могу вас огорчить. Никто не знает ни что такое шизофрения (которая никакими анализами крови и пр. не выявляется. Туда сейчас записывают всех поголовно, особенно нариков) и ни каким научным критерием не выделяется другие психические заболевания кроме субъективной оценки психиатров.
          • 0
            Трудно говорить о заболеваниях вообще, слишком легко впасть в блуд. Однако, хорошо объясняется аутизм и связанный с ним синдром саванта. Каждая зона коры описывает происходящее в понятиях, свойственных этой зоне. Эти описания не обязательно образуют иерархию, то есть одни строятся строго на других. Скорее каждая зона видит в описании, сложенным из всех остальных, что-то свое. Это как газеты — все пишут об одном и том-же, но со своим уклоном. Если одна из зон формируется неверно, то часть понятий выпадает из описания. Появляется «слепота» в определенных областях. Как правило страдает социальный сектор, как формируемый позднее всего (если что-то по дороге пойдет не так, то на нем это будет наиболее заметно). Но свято место пусто не бывает. Пустующая зона начинает выделять понятия каково-либо другого спектра, что приводит к сверх способностям в какой-либо самой неожиданной области.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.