Ученые в поисках происхождения нашего мозга

Содержание

7 фактов о мозге, подтвержденных исследованиями

Ученые в поисках происхождения нашего мозга

Наталия Широкова

Каждый день ваш мозг генерирует напряжение, достаточное для образования молнии. Когда вы смотрите телевизор, мозг практически не работает, а когда решаете задачки начальной школы — трудится вовсю. А если вы пытаетесь делать несколько дел одновременно, то можете потерять часть серого вещества.

Рассказываем о результатах любопытных исследований в сфере нейробиологии, описанных в наших книгах.

Гендиректор мозга

Когда мы чему-нибудь учимся, в мозге задействуется целый ряд связанных между собой участков и отделов. Например, гиппокамп почти всегда работает под плотным «присмотром» со стороны префронтальной коры.

Вообще префронтальная кора контролирует нашу активность — и физическую, и мыслительную, — получая сигналы извне и затем отдавая команды через нейронную сеть мозга. Префронтальную кору можно представить в виде своеобразного начальника.

Она прежде всего отвечает за оценку окружающей ситуации, задействуя рабочую память, формируя импульсы и отдавая команды к действиям, суждениям, планированию, предвидению и так далее — то есть разнообразным исполнительным функциям.

Иллюстрация из книги «Как работает тело»

В качестве генерального директора мозга префронтальная кора всегда находится в тесном контакте с исполнительным директором — двигательной зоной коры головного мозга, а также с другими его отделами.

Гиппокамп представляет собой нечто вроде штурмана, который получает сведения из рабочей памяти, связывает их с уже имеющимися данными, сравнивает, создает новые ассоциации и направляет в префронтальную кору. Ученые полагают, что память — это набор фрагментов информации, рассредоточенных в мозге.

Гиппокамп, как некое депо, получает фрагменты информации из коры, связывает и направляет назад в виде новой карты нейронных связей.

Сканирование мозга человека показывает: когда он заучивает новое слово, префронтальная кора его головного мозга активизируется (как и гиппокамп, и некоторые другие прилегающие участки, например слуховая кора).

После того как благодаря химическим сигналам глутамата создана новая нейронная цепочка и слово зафиксировано в памяти, активность префронтальной коры снижается.

Она проконтролировала начальные этапы проекта, а теперь может переложить ответственность на других членов команды и заняться очередными проблемами.

У подростков мозг переформатируется

Постоянно работающий нейрон с течением времени покрывается оболочкой из особого вещества, которое называется миелин. Он значительно повышает эффективность нейрона как проводника электрических импульсов. Это можно сравнить с тем, что изолированные провода могут выдерживать значительно большую нагрузку, чем оголенные.

Покрытые миелиновой оболочкой нейроны работают без затраты излишних усилий, что свойственно медленным, «открытым» нейронам. В основном покрытие нейронов миелином завершается у ребенка к возрасту двух лет, по мере того как его тело научается двигаться, видеть и слышать.

К семи годам выработка миелина снижается, а в период полового созревания активизируется вновь.

Это происходит из-за того, что млекопитающему предстоит осуществить новую настройку своего мозга на поиск наилучшего брачного партнера.

В это время наши предки нередко были вынуждены перемещаться в новые племена или кланы и постигать новые обычаи и культуру. Рост выработки миелина в период полового созревания как раз всему этому и способствует.

Естественный отбор устроил мозг таким, что именно в этот период он меняет ментальную модель окружающего мира.

Мозг = движение

Мозг нужен только двигающемуся живому существу. Это доказывает исследование маленького, похожего на медузу морского животного под названием асцидия.

Имеющее от рождения примитивный спинной мозг и три сотни нейронов, это мешкообразное существо плавает в неглубоких местах, пока не находит подходящий отросток коралла, к которому и прирастает. После появления асцидии на свет у нее всего 12 часов, чтобы сделать это, иначе она погибает.

Прикрепившись к кораллу, асцидия медленно съедает свой мозг. Бóльшую часть жизни она выглядит скорее как растение, а не как животное. Поскольку асцидия не передвигается, мозг ей не нужен.

Когда асцидия перестает двигаться, она утрачивает мозг. Источник

По мере того как человеческий вид эволюционировал, чисто физические навыки его представителей превращались в абстрактные способности предвидеть, оценивать, проводить связь между явлениями, планировать, наблюдать за собой, выносить суждения, исправлять ошибки, менять тактику, а затем и запоминать все, что делалось в целях выживания. Те нейронные цепочки, которые наши далекие предки использовали, чтобы добывать огонь, мы сегодня применяем, например, для изучения французского языка.

Молнии и белые вороны

Хотя электрический потенциал покоя у клеток мозга меньше, чем у обычной пальчиковой батарейки, заряд, проходящий через их мембраны, имеет колоссальное напряжение — около 50 милливольт на одну клетку. Умножьте это на 100 миллиардов клеток — минимум в четыре раза больше, чем нужно для появления молнии во время грозы!

С момента рождения мозг генерирует такие электрические импульсы во всей своей структуре. Каждая мысль, ощущение и действие сопровождаются различными их комбинациями в виде волн.

Врач видит их на электроэнцефалограмме (ЭЭГ), так же как сердечный ритм — на электрокардиограмме (ЭКГ).

На графике генерируемые мозгом волны выглядят как непрерывные линии с повышенной или пониженной частотой, то есть быстрые и медленные.

Бета-волны — это волны внимания. Они появляются на ЭЭГ во время зрительной сосредоточенности при выполнении задачи. За бета-волнами в порядке замедления следуют альфа-, тета- и дельта-волны, которые отражают диапазон расфокусированного восприятия от полного расслабления до медитации и глубокого сна.

Гамма-волны — белые вороны. Они быстрее бета-волн, но появляются как в сфокусированном, так и в расфокусированном сознании, что позволяет предположить схожесть этих состояний.

Каждая «настройка» волн соответствует отдельной функции мозга.

Для максимальной продуктивности во всем — работе по дому, преподавании, руководстве компанией, игре в шахматы, научных исследованиях — необходимо знать, когда и как переключаться между настройками. А главное — понимать: с помощью этих волн мозг оптимизирует свое состояние для выполнения текущей задачи.

Многозадачность съедает мозг

Хотя некоторые гордятся своей многозадачностью, сами по себе краткосрочные достижения сомнительны.

Если действительно доводить до конца все начатые дела, то выбьешься из сил — батарейки в фонаре внимания мозга сядут, и придется брести наугад в полной темноте.

Шрини Пиллэй, автор книги «Варгань, кропай, марай и пробуй», называет это «синдром расшатанного мозга», при котором успокаивающее воздействие сети пассивного режима работы мозга (СПРРМ) полностью нейтрализуется.

Аспирант Кеп Ки Ло и когнитивный нейробиолог Риота Канаи описали этот феномен, обнаруженный во время изучения медиамногозадачников — людей, которые ведут переписку за просмотром телевизора и одновременно листают интернет-страницы. У них в детекторе конфликтов мозга — передней поясной коре (ППК) — плотность серого вещества ниже, чем у тех, кто пользуется устройствами по очереди.

Создалось впечатление, что многозадачность поглотила ткани мозга в данной области.

Чем чаще выполнять несколько дел одновременно, тем хуже связь между СПРРМ и ППК. В результате большой объем задач создает непреодолимый конфликт. Выражаясь простым языком, это запутывает, вызывает дискомфорт, забывчивость и мешает сконцентрироваться.

Простые примеры и живое общение

Изучение мозга методом томографии позволило определить способы, помогающие активизировать передние части лобных долей. Именно эта часть мозга отвечает за наиболее сложные его функции. Способы просты.

• Читать вслух, писать и считать — недолго, но ежедневно и очень сосредоточенно. Это не только способствуют активной работе передних частей лобных долей, но и улучшают функции мозга в целом.

Решение сложных примеров менее эффективно, чем быстрое решение простых.

Ниже показаны изображения мозга, полученные при исследовании на томографе во время разных видов деятельности. Красным и желтым обозначены области активности мозга (в них быстрее циркулирует кровь). Желтый цвет говорит о наиболее интенсивной работе.

Иллюстрации из тетради «Тренируем мозг»

• Общаться. Передние части лобных долей активны и во время общения, особенно если беседовать глядя друг другу в глаза.

Во время телефонных разговоров лобные доли почти не действуют. Именно поэтому так важны личные встречи и живое общение.

• Развивать мелкую моторику. Отлично «включает» мозг, когда человек, например, готовит еду, играет на музыкальных инструментах, рисует, пишет, шьет или занимается другим рукоделием. Но если просто перебирать пальцами, то есть совершать движения, при которых не задействовано зрение, передние части лобных долей мозга вообще не работают, поэтому такие движения неэффективны.

Кишечник защищает мозг

На риск развития болезней головного мозга оказывают большое влияние бактерии кишечника. Их баланс и разнообразие регулируют степень воспалительного процесса в организме. А именно воспаление — основа дегенеративных состояний, в том числе диабета, рака, заболеваний сердечно-сосудистой системы и болезни Альцгеймера.

Здоровый уровень разнообразия полезных бактерий ограничивает продуцирование воспалительных химических веществ.

Кишечные бактерии также производят важные для здоровья головного мозга химические вещества, в том числе BDNF, различные витамины, такие как В12, и даже нейромедиаторы, такие как глутамат и GABA.

Кроме того, они ферментируют определенные вещества, получаемые организмом с пищей, например полифенолы, на более мелкие противовоспалительные компоненты, которые путем абсорбции попадают в ток крови и защищают головной мозг.

По материалам книг «Кишечник и мозг», «Тренируем мозг. Тетрадь № 6», «Варгань, кропай, марай и пробуй», «Гормоны счастья», «Зажги себя!»

Обложка поста — unsplash.com

Источник: https://blog.mann-ivanov-ferber.ru/2017/12/07/7-faktov-o-mozge-podtverzhdennyx-issledovaniyami/

Последние открытия в нейробиологии: как управлять мозгом, регулировать зрительную память и по-новому использовать ресурсы человека

Ученые в поисках происхождения нашего мозга

Китайцы выделяют огромные ресурсы на науку. Последней из значительных инвестиций стало вложение в создание научно-исследовательского центра по изучению мозга HUST-Suzhou Institute for Brainsmatics — 450 миллионов юаней (67 миллионов долларов).

Этот центр в первую очередь будет заниматься составлением полного атласа головного мозга, дающего максимально широкое представление о работе нашего сознания.

Для этого мозг режется на супертонкие пласты, которые просматриваются через мощнейший электронный микроскоп, с тем чтобы «считать» связи нейронов между собой, после чего все собранные нейронные корреляторы будут внесены в некое подобие атласа. Начнут с мышей, а следующий этап — мозг человека.

На самом деле это не первая подобная попытка в науке. Уже сейчас существует похожий «атлас», который был составлен сотрудниками Алленовского института исследований мозга.

Их работы лежат в открытом доступе в интернете.

Однако китайцы собираются уделить особое внимание не ткани мозга как таковой, а нейронным коррелятам (небольшим группкам нейронов), которые отвечают за сознание и направленность внимания.

Как максимально использовать ресурсы мозга

Нейроисследователи из Высшей школы экономики и университетской клиники Шарите в Берлине выяснили, что может влиять на скорость реакции спортсменов на старте: почему одни срываются с места сразу, как слышат «Марш!», а другие задерживаются на доли секунды, теряя драгоценное время. Оказывается, все зависит от того, на какую фазу колебаний мозга пришелся стимул (например, слово «марш»).

Эти колебания влияют не только на скорость реакции, но и на работоспособность человека в целом. Например, от них зависит даже запоминание информации: одну фразу вы выучиваете с лету, а из другой никак не можете вызубрить самое простое.

Так вот: ученым удалось разработать новый метод, предсказывающий, в какие именно моменты мозг обрабатывает информацию быстрее, а в какие — медленнее.

Делается это с помощью обычного электроэнцефалографа (ЭЭГ), замеряющего частоту колебаний нейронов. В скором будущем можно ожидать появления гаджета, который позволит переводить наш мозг в новый регистр работы, более продуктивный для тех или иных целей.

Как управлять мозгом?

Исследователи из Университета штата Нью-Йорк в Баффало научились управлять живыми существами. В прямом смысле. Совсем недавно они продемонстрировали, как заставляли мышей бежать, крутиться на месте, повергали их в ступор, так что ни одна лапка не могла пошевелиться.

Но в этом опыте обычные животные не участвовали, так как пока для такого рода управления сознанием подходят лишь генетически модифицированные особи.

Сначала подопытным грызунам встроили ген белка, который реагирует на температуру, из-за чего нейроны начинают действовать так или иначе под воздействием тепла.

Затем в определенную часть мозга этих мышей ввели магнитные наночастицы из феррита кобальта и феррита марганца, которые работают как «нагреватель» и меняют температуру нейронов. Далее дело за малым — поместить мышей в пространство с переменным магнитным полем.

Это поле, направленное извне, повышает или понижает активность разных участков мозга, и сознание становится управляемым.

Кстати, магнитно-температурная стимуляция с целью воздействия на мозг применяется давно.

Как заставить вас вспомнить то, чего вы никогда не видели

Исследователи из Токийского университета провели интересный эксперимент над обезьянами. Сначала макак в течение трех месяцев учили распознавать знакомые и незнакомые изображения. Потом им показывали разные картинки, одновременно стимулируя определенную группу нейронов с помощью света или электричества, — и в результате обезьяний мозг стал все путать.

В зависимости от того, какой подавался сигнал (световой или электрический), итог эксперимента был диаметрально противоположным:

  • стимуляция периренальной коры импульсом света превращала незнакомые предметы в знакомые;
  • электрические сигналы, направленные в заднюю часть коры, делали все объекты незнакомыми (хотя при стимуляции передней коры эффект был тот же, что и при световом воздействии).

Это значит, что периренальная кора играет ключевую роль в различении того, что нам доводилось видеть, и незнакомых объектов. Если опыты будут идти успешно, в дальнейшем стимуляция коры может помочь в лечении расстройств, связанных с памятью.

Как мозг человека распознает знакомые и незнакомые лица

Исследователи из Гарварда узнали, что у нас в голове при рождении нет никакой зоны, отвечающей за распознавание знакомых и незнакомых, — она развивается по ходу жизни. Оказывается, чтобы мозг научился узнавать какой-то образ, его нужно «установить» в голову, а потом сделать так, чтобы зрительный анализатор свыкся с конкретным объектом.

К этому выводу ученых привел эксперимент на обезьянах. Часть новорожденных макак забрали от родителей и поместили в бокс, а других оставили в обществе обезьян. Первых кормили и поили исключительно в масках, никогда не показывая свои лица, вторым давали еду без масок.

Когда и тем и другим исполнилось по 200 дней, им показали групповой портрет людей и обезьян. В итоге та группа макак, которая выросла в обществе себе подобных, различала на фото и родителей, и незнакомых, а приматы, жившие в одиночестве, почти не обращали внимания на лица с фотографии, они смотрели на руки.

Что интересно, обе группы макак прошли сканирование в магнитно-резонансном томографе незадолго до того, как им показали фото.

И знаете, что обнаружилось? Что у одиноких обезьян в зрительной коре полностью отсутствовали участки, отвечающие за идентификацию лиц, зато были чрезмерно развиты зоны, ответственные за распознавание рук.

Это, вероятно, объясняется тем, что еду и ласку обезьяны получали «от рук», не видя лиц ученых.

Новые данные могут помочь при работе с психоневрологическими расстройствами вроде прозопагнозии, когда больной не узнает даже свое лицо. Исследователи допускают, что если научиться выборочно развивать зрительные зоны, то можно будет избегать подобных проблем.

Источник: https://knife.media/scientific-news-3/

6 самых важных открытий в области мозга за последний год

Ученые в поисках происхождения нашего мозга

Наконец, получен ответ на считавшийся всегда риторическим вопрос: где у человека совесть? Она находится в боковой фронтальной коре головного мозга, т.е. прямо над бровями.

Ученые из Оксфорда нашли у человека совесть, главное, по их мнению, наше отличие от животных. Об этом 29 января сообщили британские СМИ.

Область мозга, которая не позволяет нам принимать плохие решения, оксфордские ученые открыли при помощи сканирования мозга 25 мужчин и женщин.

Затем они сравнили снимки мозга добровольцев со снимками макак, которые являются одними из ближайших наших родственников. Боковая фронтальная кора состоит из 12 отделов.

11 из них одинаковые и у людей, и у обезьян, а вот 12-й, боковой лобный полюс, у животных отсутствует.

Грубо говоря, совесть является маленьким сгустком нервной ткани в форме шарика и располагается в боковой фронтальной коре мозга.
«Мы обнаружили область мозга,- объяснил профессор Мэттью Рашуорт,- которая является исключительно человеческой и которой нет у животных».

Как и следовало ожидать, совесть у людей разного размера. У одних совсем маленькая, размером с кочанчик брюссельской капусты; у других побольше, с мандарин.

Эта часть головного мозга особенно важна в многозадачной деятельности. Например, если человек решит что-то сделать, то она будет размышлять о других вариантах и представлять их последствия.

Из статьи в журнале Neuron, где оксфордские ученые опубликовали результаты своего исследования, следует, что эта часть мозга также позволяет нам учиться на чужих ошибках, ускоряет приобретение новых навыков и умений и имеет еще много полезных функций. Одна из них – выбор между добром и злом.

В прошлом году ученые много исследовали мозг человека и животных. Мы выбрали шесть наиболее важных, на наш взгляд, открытий в этой области.

1. Мозг мужчин и женщин устроен по-разному

Внимательно изучив снимки головного мозга 428 представителей сильной и 521 представительницы слабой половин человечества в возрасте от 8 до 22 лет, ученые из университета Пенсильвании пришли к выводу, что женские мозги отличаются от мужских. У женщин сильнее развиты связи между левым и правым полушариями мозга в то время, как у мужчин – между передней и задней его частями.

Это незначительное, на первый взгляд, отличие и объясняет разницу в процессах мышления между полами.

Поскольку левое полушарие мозга больше связано с логическим мышлением, а правое – с интуитивным, мужчинам лучше удается выполнение задач, связанных с восприятием и скоординированными действиями, а женщинам – с социальной деятельностью и всем, что связано с памятью. Это, кстати, делает их лучше приспособленными к многозадачному режиму работы.

2. Лишние килограммы и увлечение порнографией в интернете негативно влияют на память

Ученые из шведского университета Умео установили, что у тучных людей страдает память. Они в течение полугода наблюдали за 20 полными женщинами старше 60 лет, которых посадили на диету.

Вместе с потерей лишних килограммов улучшилась и память, активизировалась работа областей мозга, отвечающих за идентификацию и сравнение лиц, повысилась эффективность процесса извлечения информации.

В университете Дуйсбурга-Эссена считают, что проще всего превратиться в рассеянного и забывчивого человека, подсев на порнографию в сети.

Все 28 участников эксперимента были гетеросексуалами и имели средний возраст 26 лет.

Им много раз показывали на экране компьютера снимки как порнографического содержания, так и не имеющие к сексу никакого отношения. Причем, многие повторялись.

Участники эксперимента нажимали кнопку «да», когда им показывали те, что они уже видели в числе четырех последних снимков, и «нет», когда видели что-то новое.

Выяснилось, что больше всего ошибок, добровольцы допускали при просмотре порнографических снимков. Причем, разница по сравнению с несексуальными снимками оказалась довольно существенная. В среднем они отвечали правильно в 67% случаев, когда видели порнографию, и 80%, когда – снимки несексуального содержания.

3. Голубой свет помогает сохранить бодрость и концентрацию внимания

Шведские исследователи из университета Мид Сведен сравнили действие голубого света и кофеина на мозг человека. Оказалось, что голубой свет обладает достаточной силой, чтобы включать в организме человека определенные биологические функции. По положительному эффекту он превосходит кофеин.

Голубой свет лучше кофе позволяет сохранить бодрость. Кроме этого, он помогает сохранять концентрацию внимания на высоком уровне и улучшает такие познавательные способности, как память и реакцию.

4. Мозг по-разному реагирует на еду

Путь к сердцу мужчины, впрочем, так же, как и женщины, лежит не через желудок, а через голову, уверены в Институте клинической психологии в Пизе Особенно наглядно эта зависимость проявляется в любви некоторых людей к сладкому. Одних даже обычная фотография шоколада приводит в дикий восторг, а другие относятся к сладкому абсолютно равнодушно. И у первых, и у вторых так же, как у всех остальных людей, за симпатии и антипатии в еде отвечает мозг.

Итальянские ученые доказали, что мозг людей по-разному реагирует на еду. Они кормили участников эксперимента шоколадными пирожными и показывали им сладости на экране монитора и при этом следили за деятельностью их мозга. У одних реакция была приглушенной. Передняя часть их мозга находилась как бы в состоянии спячки. У сладкоежек же она проявляла повышенную активность.

Нездоровая еда вызывает такое же привыкание, как героин или сигареты. Опыты показывают, что бургеры, чипсы и прочая еда из ресторанов быстрого питания заставляет наш мозг требовать все больше сахара и соли.

5. Способность помнить то, чего не было, имеет объяснение

Сусуми Тонагава из Массачусетского технологического института с помощниками вживил мыши ложную память. Это удалось сделать при помощи манипуляции с отдельными нейронами, т.е.

оптогенетики, методики, позволяющей контролировать клетки мозга. Тонагава изменил клетки в гиппокампе грызуна, которые отвечают за выработку белка родопсина.

Когда клетки с родопсином облучают синим светом, они как бы просыпаются и начинают энергично работать. 

Мышь помещали в камеру и разрешали досконально ее изучить. При этом соответствующие клетки вырабатывали родопсин, то есть проходил процесс запоминания. На второй день ту же самую мышь переселяли в другую камеру.

Там ей давали слабый электрический шок для того, чтобы она запомнила испуг. Одновременно включали синий свет, чтобы включить воспоминания о первой камере.

Таким образом, в памяти грызуна испуг начинал ассоциироваться с первой камерой.

После этого мышь возвращали в первую камеру. Она замирала на пороге и показывала все классические признаки испуга, хотя никаких отрицательных воспоминаний, связанных с ней, у нее не было.

6. Мозг работает с астрономической скоростью

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) доказали ошибочность расхожей фразы: «Что-то я медленно соображаю». Наш мозг работает почти в 8 раз быстрее, чем считалось ранее. Для того, чтобы «зафиксировать» зрительный образ, ему нужны не 100 миллисекунд, как считалось ранее, а всего 13.

Участников эксперимента просили находить в сериях из 6-12 показываемых им в течение 13-80 миллисекунд снимков картинки пикников и улыбающихся пар. С поставленной задачей они справились вполне успешно.

Ранее считалось, что человеку необходимо не меньше 100 миллисекунд для того, чтобы различать визуальные образы. опубликовано econet.ru

Источник: https://econet.ru/articles/104361-6-samyh-vazhnyh-otkrytiy-v-oblasti-mozga-za-posledniy-god

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.