Пересчитали нейроны рыбки, но о чем она думает - неизвестно. Мозг человека - сложнейшая из систем. По своему устройству он сопоставим только с организацией Вселенной. По приблизительным оценкам состоит из 86 миллиардов клеток и более 10 триллионов соединений между ними. Связи в мозге возникают и разрушаются в течение долей секунд! Как работает эта система, люди до сих пор не понимают, хотя упорно пытаются разгадать. Разговор о загадках человеческой «вселенной» шел в Нижнем Новгороде на девятом фестивале наук и искусств и технологий «Фенист-2017. Общий код».

Как летает «боинг»
Исследования мозговой деятельности занимают одно из главных мест в мировой науке. И это неудивительно, страны, которые продвинутся в этом направлении, получат колоссальные преимущества в самых разных сферах жизни - в информатике, безопасности, медицине, экономике, решении социальных проблем. Европейцы, американцы, японцы, китайцы в изучение мозга вкладывают огромные деньги и ресурсы.
Работ на эту тему издано огромное множество. Только за последний год в области нейронаук вышло 200 тысяч статей (!). Количество знаний накапливается, но проанализировать, интегрировать их одному человеку просто не под силу.
- В изучении мозга допускается методологическая ошибка, - уверен доктор биологических наук, заведующий лабораторией биомедицинской информатики Института вычислительной технологии Сибирского отделения РАН Александр Ратушняк, который приехал на нижегородский фестиваль науки в столицу Приволжья.
По его словам, современные попытки разобраться в том, как он работает, сравнимы с тем, как по анализу отдельных частей «боинга», по случайным железкам, стремиться понять, как тот летает. А для этого надо знать законы реактивного движения…
Есть точка зрения, что нужно отталкиваться от физических механизмов процесса думанья, мышления и там искать некие законы природы.
Загадки на молекулярном уровне
- Я считаю, что стоит задача изучения мозга на молекулярном уровне. Каждая клетка мозга - нейрон – это отдельный организм. Он может обучаться. Мы его учим простым вещам, потому что у нас возможности с ним взаимодействовать очень маленькие. Если бы можно было расширить это взаимодействие, то один нейрон (как это ни парадоксально) мог бы по своим функциям заменить мозг, - солидарен с сибирским коллегой доктор биологических наук, заведующий лабораторией ННГУ имени Лобачевского Сергей Парин.
До сих пор «серое вещество» изучают, рассматривая его отдельные части, отделы. Такой подход применялся со времен Средневековья. Еще тогда считалось, что в мозге есть три структуры: одна отвечает за воображение, другая за память, третья за мышление.
Анализ ранений участников Первой и Второй мировых войн помогал укрепиться в этом подходе, так как врачи видели, что в результате повреждения той или иной части головы, человек лишался той или иной функции. Но все не так просто.
- Ученые довольно много знают о нейронах и о том, как устроены их сети. Да, есть отдельные зоны, которые отвечают за речь, зрительные образы, память, но при этом мозг занимается всем. Если кирпич упадет на зону Брока, то человек перестанет говорить. Это факт! Но при этом нельзя однозначно утверждать, что речью управляет отдельная зона, - об этом говорила в своем выступлении на нижегородском фестивале кандидат психологических наук, научный сотрудник лаборатории психофизиологии им В.Б.Швыркова Института психологии РАН Ольга Сварник (Москва).
Нельзя однозначно ответить на вопрос, отвечает ли гиппокамп (извилина или отдел головного мозга, отвечающий за закрепление воспоминаний) за память, за навигацию. Известный нейробиолог Ольга Виноградова пишет, что нет такой функции, которую нельзя было бы вызвать с гиппокампа, эта подкорковая структура связана буквально со всеми частями мозга.
- Попытка составить список функций и распределить их между структурами мозга - это тупиковый подход. Потому что мы не знаем, есть, например, такая функция, как математические приближения, или такая функция, как точные математические вычисления или неточные математические вычисления, - говорит Ольга Евгеньевна.
Сегодня в современных учебниках отказались от изображения границ описываемых тех или иных областей головного мозга. Все его структуры состоят из отдельных клеток. Кора состоит из нескольких слоев клеток, но говорить о том, что какую-либо функцию выполняет отдельный слой, тоже неверно. Не бывает такого момента, чтобы все клетки того или иного слоя были одновременно активны или возбуждены. Если это происходит, то значит, «шарики» работают неправильно, и такое бывает при эпилепсии.
Как причудливая мозаика
Мозг в норме должен сменять работу одних своих нейронных групп на другие. У нейронов, в отличие от других клеток, есть очень длинные отростки, которые им позволяют взаимодействовать с огромным числом клеток. Если посмотреть на «серое вещество» мыши под микроскопом (а сегодня люди научились заглядывать внутрь - открывать черепную коробку или истончать череп и наблюдать за его активностью), то можно увидеть постоянно меняющийся узор – активность разных его клеток. Это подобно тому, как на новогодней гирлянде переключаются лампочки. Однако также заглянуть в человеческий мозг пока возможности нет.
 В любой момент времени в нем происходит смена одного узора на другой. Активизируются разные нейроны. Самое удивительное их свойство в том, что они активизируются в зависимости от того, что делает человек. Ученые уже научились регистрировать нейроны у животных. Нашли группы, которые возбуждаются у кошки при попадании света на сетчатку глаза, и у крысы, когда она смотрит в определенную сторону. Так были найдены способы навигации в «черепной коробке». За это в 2014 году американскому ученому Джону О’Кифу была вручена Нобелевская премия по физиологии и медицине.
Помогла Дженнифер Энистон
В 2005 году был зарегистрирован нейрон Дженнифер Энистон. Пациентам, которым предстояло удаление эпилептического очага, вмонтировали электроды внутрь мозга, чтобы как можно точнее определить очаг возбуждения. Этим людям стали показывать фотографии знаменитостей, и у одного из пациентов был найден нейрон Дженнифер Энистон, он активизировался при взгляде на фотографию № 32. Но, как ни странно, этот нейрон не активизировался, когда Дженнифер Энистон была на фотографии со своим мужем. Правда, он также «оживал», когда показывали другую актрису Лизу Кудроу, с которой Дженнифер Энистон играла в сериале «Друзья».
Регистрируя нейроны, можно заглянуть во внутренний мир человека, их активность могла бы многое рассказать о человеке, но ученые пока не сумели освоить язык этих клеток.
Любопытно и то, что есть и обратная зависимость - можно воздействовать на нейроны и менять внутренний субъективный мир. Был поставлен такой эксперимент - крысе произвели имплантацию оптоволокна. Загорается лампочка, нейроны активизируются, и животное начинает есть.
Ученые изучают отдельные нейронные сети у животных. Сегодня уже доказано, что прежде, чем принять решение, пойти направо или налево, крыса мысленно перебирает имеющийся у нее опыт прохождения лабиринта, то есть у нее активируются нейроны, связанные с поиском выхода.
- Сегодня мы сумели зарегистрировать все нейроны в динамике у крошечного малька рыбки Данио. Но о чем малек думал, мы не знаем, - констатирует Ольга Сварник.
Работу нашего мозга, то, как включаются разные нейроны, можно сравнить с тем, как во время игры оркестра вступают разные инструменты. Все они исполняют свои партии, а звуки сливаются в единую мелодию, и рождается музыка, - так поэтично закончила свое выступление ученая дама.
Александра МАХЛИНА. Фото Александра ВОЛОЖАНИНА.
Это интересно!
Объем информации в мозге занимает 2,5 петабайта, или 1000 терабайт (это 3 миллиона часов просмотра телевизионных передач, на что потребуется 300 лет непрерывного просмотра).
80 процентов информации не доходит до сознания, так как именно мозг управляет работой внутренних органов, правда, этого человек до поры до времени не замечает.
Не все зоны мозга одновременно развиваются. Например, те, которые решают сложные задачи, дозревают к 18 - 20 годам.
Занятия музыкой, начатые в раннем детстве, очень ускоряют и активизируют развитие мозга. Они улучшают качество нейронной сети, обеспечивают лучшую пластичность мозга, так как мозг тренируется особым образом, влияют на состояние мозга в пожилом возрасте, в частности - при восприятии устной речи, которое ухудшается с возрастом.

Компетентно
Доктор биологических и филологических наук, член-корреспондент РАО, заслуженный деятель науки Татьяна ЧЕРНИГОВСКАЯ:
 - Мозг все время учится. Он запоминает все, мимо чего бы человек ни прошел, чтобы он ни понюхал, ни попробовал. Мозг не решето - из него ничего не высыпается. Поэтому не нужно слушать плохую музыку, читать плохие книги, есть и пить всякую дрянь, общаться с плохими людьми. Этот яд остается. Мозг живет своей жизнью и что хочет с этим, то и делает.

Детские вопросы
- Где у нас хранится память? Есть мнение, что она находится в четвертом измерении?
Александр РАТУШНЯК:
- Память везде, в каждой молекуле. Если молекул много, то можно говорить о памяти клетки. Если есть системы более высокого уровня, то возможно, что память действительно там. Но о существовании таких систем сегодня нам ничего не известно.
- Говорят, что если тяжко вздыхаешь, то погибают нервные клетки, действительно ли это так?
Ольга СВАРНИК:
- Нервные клетки восстанавливаются. Это доказано. Вот уже 25 лет, как это не новость. Каждый день в одном только гиппокампе рождается около 1,5 тысячи новых нейронов. Их появление связывают с тем, что на них может быть записан новый опыт. Да, поврежденные отрезки у нейронов восстанавливаются не полностью, не со всеми своими отростками. На сегодня известно, что увеличение разветвленности нейрона наблюдается до 15 – 20 лет.
- Насколько процентов человек использует возможности своего мозга?
Ольга СВАРНИК:
- Я занимаюсь регистрацией нейронов у животных. Если мы двигаем микроэлектродом через толщу коры мозга, то видим, что очень небольшой процент нейронов, который там есть, активизируется в этот момент. По разным оценкам, активны не более одного - пяти процентов. Казалось бы, что это связано с тем, что мы не используем мозг целиком. Но нам и не нужно использовать все 100 процентов клеток одновременно. Когда мы катаемся на велосипеде, едим, слушаем лекцию, каждый раз бывают задействованы разные нейронные группы. Для каждого опыта есть своя нейронная группа.
- Почему у слона мозг больше, чем у человека, а слоны нас глупее?
Сергей ПАРИН:
- Есть такое утверждение, что всегда можно найти очень глупую собаку и очень умную курицу. У слонов есть серьезный ритуал - они хоронят своих близких. Слоны владеют достаточно развитым языком и взаимодействуют друг с другом. То, что мы не всегда понимаем, чего они хотят, это еще ничего не значит! Человек очень самодовольное существо, объявившее себя венцом природы. Но так ли это? Если посмотреть, что мы с этой природой сделали, то становится стыдно. Мозг дельфина намного крупнее человеческого. Мозг афалина (крупного дельфина) - 1 кг 800 г, у человека в среднем - 1 кг 400 г. Кто сказал, что они глупые? Двадцать лет назад стало известно, что они дают своим детенышам при рождении имена. А года три назад стало понятно, что они дают своим детям еще и фамилии. Дельфины постоянно между собой разговаривают и на очень сложные темы. (Есть работы, в которых отчасти удалось расшифровать их беседы.)

Тем временем
Дополнительный ресурс человеку может дать синтез разума с искусственным интеллектом
Синтез мозга с искусственным интеллектом, возможно, решит проблему с невротическими и психическими заболеваниями, число которых в последние 30 лет серьезно выросло. Так считает профессор Московского госуниверситета Александр Каплан.
- За время эволюции мозг был зашлифован, подготовлен для жизни в пещере, но он не был подготовлен к современности с ее скоростями. Еще 300 лет назад все было такое же, как и тысячу лет назад: конные экипажи, во дворцах не было горячей воды - все было законсервировано долгое время. Но последние 20 - 30 лет все изменилось, и меняется именно нагрузка на мозг, - отметил ученый во время сессии о нейронауках на XIX Всемирном фестивале молодежи и студентов.
Профессор пояснил, что нагрузки увеличиваются не только из-за роста объемов информации, но и в результате ускорения темпа жизни за счет технических средств и требований общества. Человечество достигло определенных успехов в борьбе с большинством болезней (например, раком, туберкулезом и прочими), но при этом резко выросло число страдающих невротическими и психическими заболеваниями.
- И не только процент заболеваемости идет вверх, они становятся более злокачественными, летальность растет, они быстрее прогрессируют. И никто не может сказать, почему именно. Но это явно связано с тем, что происходит в последние годы. И что делать? Пойдем обратно в пещеры? - задается вопросом ученый.
По его мнению, исправить ситуацию сможет «рафинирование информации»: нужно найти способ готовить ее к «употреблению» так же, как тысячи лет назад человек научился обрабатывать пищу, чтобы ее было «проще есть». Искусственный интеллект не может заменить человеческий мозг, потому что не может так осмысливать полученные данные, зато выполняет операции на большей скорости и обладает практически неограниченной памятью.
- Может, как-то можно так сделать, чтобы мозг, мощный аналитический орган, напрямую получал информацию? Возможно, получится мозг соединить с каким-то внешним носителем, чтобы он получил и преимущества искусственного интеллекта - это сейчас называется нейроинтерфейсом. Сейчас становится технически возможным создать сеточки из тончайших нейтронов, которые бы опутывали мозг, дали ему понять, что у него есть дополнительный ресурс - такое третье полушарие, - и мозг мог бы этот внешний ресурс использовать, - добавил Каплан.
Марина МУРОМЦЕВА.