Российские ученые Университета Лобачевского совместно с зарубежными коллегами впервые теоретически обосновали существование так  называемых концептуальных клеток. Это отдельные нейроны, каждый из которых отвечает за свое абстрактное понятие, например музыкальную ноту «ля».
Бабушкины клетки
Доказательство существования таких клеток опровергает распространенную теорию, утверждающую, что возникновение абстрактных понятий в мозге происходит исключительно благодаря активации больших комплексов нейронов. Это открытие может сыграть важную роль в развитии искусственных нейронных сетей.
- Мозг любого живого существа очень сложен. Ключевую роль в его работе  играют клетки нервной системы (нейроны), которые отвечают за прием, обработку, хранение и передачу сигналов, - рассказывает руководитель проекта по гранту Российского научного фонда, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела фундаментальных и прикладных исследований Центра трансляционных технологий Валерия Макарова.
Сейчас в науке распространено мнение, что появление абстрактных понятий в человеческом мозге требует сложного и идеально организованного взаимодействия многих нейронов. Однако существует гипотеза, что за подобные задачи могут отвечать так называемые концептуальные клетки. Это отдельные нейроны, в одиночку формирующие абстрактные понятия, на которых они специализируются, например, имя человека. Так, в 2005 году был установлен «нейрон Дженнифер Энистон», который активировался всякий раз, когда на экране возникал портрет актрисы. Такие нейроны, которые реагируют на предъявление какого-либо образа, называют «бабушкины клетки», - поясняет ученый.
Исследователи предполагают, что концептуальные клетки могут играть важную роль и в эпизодической памяти. Их существование ставит под сомнение распространенную гипотезу, что сложные когнитивные (познавательные) процессы требуют идеально организованного взаимодействия множества нейронов.
Как звучат ноты
Российские ученые университета Лобачевского совместно с зарубежными коллегами впервые составили модель, имитирующую работу нейронов в гиппокампе - в той части мозга, которая отвечает, в частности, за память и ориентацию в пространстве.
- С помощью математических расчетов мы определили три фундаментальных принципа, которые обеспечивают высокие когнитивные способности отдельных клеток. Во-первых, это строгая иерархия нейронных слоев. Мы исследовали связи между разными слоями нейронов. Первый (селективный) выделял сигналы, а второй (концептуальный) их обрабатывал и связывал с абстрактными понятиями. Во-вторых, мы обратили внимание на связи одного нейрона концептуального уровня с множеством принимающих нейронов. В-третьих, важную роль играет синаптическая пластичность, то есть изменение силы передачи информации между нейронами. Эти теоретические принципы позволяют клеткам концептуального слоя обучаться и значительно увеличивать свои когнитивные способности, в результате чего они становятся концептуальными клетками, - поясняет Валерий Макаров.
Авторы исследования использовали музыкальные ноты, чтобы проиллюстрировать возможность такого развития. Они составили нейронную сеть из 3200 клеток на селективном уровне и 1600 на концептуальном. Клетки фиксировали восемь разных звуковых волн, в каждой из которых было по восемь фазовых сдвигов, то есть колебаний. Нейроны воспринимали эти колебания как отдельные сигналы, поэтому на один сигнал приходилось около 50 нейронов принимающего уровня. Изначально они могли воспринимать широкий круг случайных сигналов, но после обучения их область действия сужалась и специализировалась. Как показал эксперимент с Девятой симфонией Бетховена, принимающие нейроны улавливали отдельные звуковые волны, а на концептуальном уровне клетки обрабатывали полученную информацию и определяли, какая именно нота прозвучала, действуя как концептуальные клетки.
- Современные нейронные сети копируют структуру биологических систем. В результате этого они уже превосходят людей в распознавании образов, но пока отстают в когнитивных способностях. Поэтому для дальнейшего развития этой области необходимо лучше понимать, как мозг осознает информацию. Обнаружение концептуальных клеток, существование которых теперь можно обосновать с помощью трех фундаментальных принципов, может иметь огромное значение для нейробиологии и теории нейронных сетей, - прокомментировал открытие ученый.
Данная научная работа опубликована в журнале Scientific Reports. Исследование проводилось совместно с учеными из университета Лестера (Англия) и Мадридского университета Комплутенсе (Испания) при поддержке Российского научного фонда (РНФ).

Наука языком цифр
По данным Нижегородстата, в области наукой занимаются 90 организаций, основная доля которых (треть, является научно-исследовательскими, а также промышленные предприятия, имеющие научно-исследовательские или проектно-конструкторские подразделения (каждое пятое).
Наибольшую численность среди научного персонала нашей области составляют исследователи – 45,5%, что позволяет занимать лидирующую позицию в округе по этому показателю. Из общего числа нижегородских исследователей 12% имеют ученую степень, в том числе 23% – доктора наук, а 77% – кандидата наук. По числу организаций, ведущих подготовку аспирантов и докторантов, Нижегородская область является одним из лидеров в округе.
Основная масса нижегородских исследователей традиционно занята в области технических и естественных наук – 82% и 15% соответственно. В этих областях также зафиксирована наибольшая доля исследователей, имеющих ученую степень. Так, почти 62% исследователей имеют степень доктора в области естественных наук, 25% - в области технических наук. Исследователи со степенью кандидата наук также сосредоточены в основном в области естественных и технических наук – 53% и 34% соответственно. Нижегородская область находится на третьем месте среди  ведущих пользователей передовых производственных технологий (ППТ) в ПФО после Пермского края и Республики Башкоркостан.

Вопрос дилетанта
Зачем мы тянем резину, кота и другие подробности...
- Как можно объяснить, с точки зрения работы головного мозга, почему человек ленится, откладывает важные дела на потом?
- Склонность к постоянному откладыванию важных и срочных дел в психологии называется прокрастинация. Это не лень, это замещение актуальной деятельности на гораздо менее значимую. Например, вместо того, чтобы делать важную работу, человек читает новости в интернете, занимается уборкой или другими несрочными делами. Таким образом, наш мозг вместо того, чтобы взяться за одну большую задачу, начинает решать мелкие проблемы и получать от этого положительные эмоции. Откладывание серьезных дел может приводить к тому, что в итоге  важную задачу человек выполняет плохо. Но психологи увидели в этом и положительные моменты. Активная прокрастинация - работа под давлением в состоянии небольшого стресса может быть полезна для достижения конечной цели.  
Когда человеку поручен серьезный проект в понедельник, а он за него никак не возьмется, то у него нарастает стресс от этого, и накопившийся норадреналин помогает собраться и эффективно решить поставленную задачу в назначенный срок. Многие люди, да и я в том числе, прокрастинаторы. Убежден, что нужно осмыслить свою склонность к откладыванию дел на потом, планировать свое время, чтобы в итоге эффективно выполнять необходимую работу в срок, - разъясняет доктор биологических наук,  профессор кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ, специалист в области физиологии мозга Вячеслав Дубынин.

Евгения Александрова.