Исследования мозга и личности, перспективы эмуляции сознания. Февраль 2018

Это ежемесячный обзор наиболее важных и интересных новостей от экспертной группы проекта Технологии Долголетия. Сайт группы www.rlegroup.net

Исследования деятельности мозга, моделирование умственных процессов, исследования нейрональных коррелятов сознания. Исследования возможностей расширения возможностей мозга с помощью нейроинтерфейсов, восстановление утраченных функций. Перспективы оцифровки сознания/личности

Форма и точное пространственное положение структур мозга влияют на модель взаимодействия нейрональных популяций.

Существует ряд работ, результаты которых говорят о том, что сила связности/степень взаимодействия множества нейронных популяций из разных функциональных структур (brain connectivity) коррелирует с поведением и когнитивными способностями (например, интеллектом). В недавно вышедшей в Elife статье команда нейроученых из Оксфордского университета заявила, что форма и точное пространственное положение структур мозга сильно влияют на модель взаимодействия нейрональных популяций, поэтому топография функциональных структур мозга является хорошим предсказывающим показателем некоторых поведенческих черт и когнитивных способностей. Интересно, что для анализа исследователи взяли данные функциональной магнитно-резонансной томографии в состоянии покоя из проекта Human Connectome Project. Были проанализированы снимки 820 человек.

https://elifesciences.org/articles/32992

Глубокая стимуляция средней височной доли улучшила рабочую память.

Глубокую стимуляцию мозга для лечения расстройств движений и неврологических заболеваний используют уже на протяжении двух десятков лет. Эта инвазивная техника, когда электроды вводят в глубокие слои мозга и стимулируют электричеством определенные нейронные сети. Недавно этот метод был опробован для улучшения работы памяти. Однако результаты были получены противоречивые. И вот совсем свежая статья по теме опубликована в Nature Communications.

Группа исследователей из Университета Пенсильвании отобрала пациентов из нейрохирургического отделения, у которых уже были имплантированы электроды для лечения эпилепсии. Этим волонтерам показывали ряд слов и просили запомнить их, чтобы воспроизвести позднее. При этом велась запись активности нейронов с разных участков мозга, ответственных за запоминание. Затем с помощью алгоритмов машинного обучения была построена “модель памяти” для каждого участника — изменяющиеся паттерны низко- и высокочастотной активности нейронов по всем задействованным сетям. Алгоритм тренировали таким образом, чтобы по считываемой нейронной активности он мог предсказать какова вероятность запоминания того или иного слова. Если вероятность его забыть была более 50%, то испытуемому стимулировали левую латеральную височную долю коры. В результате результаты пациентов улучшились на 15%. Новизна исследования заключается в том, что, как считается, этот участок мозга не является центральным для процессов памяти, но играет важную роль в речевых механизмах.

При этом забавно, что у этой же команды исследователей в прошлом году вышла работа, в которой они показали, что если алгоритм показывает, что нейронные сети работают слаженно и вероятность запомнить слово высока, то глубокая стимуляция, наоборот, приводит к более низким результатам.

https://www.quantamagazine.org/with-strategic-zaps-to-the-brain-scientists-boost-memory-20180206/

https://www.nature.com/articles/s41467-017-02753-0

Ген Tet2 предотвращает возрастное ухудшение когнитивных способностей и улучшает результаты взрослых мышей.

Исследовательская группа под руководством Сола Виледы из Калифорнийского университета в Сан-Франциско открыла один из молекулярных механизмов, который может объяснить омолаживающий эффект, наблюдаемый при переливании крови молодых животных.

Известно, что переливание крови молодых мышей позволяет замедлить развитие многих признаков старения у их старших сородичей. «Омолодить» лабораторных животных удается даже инъекциями крови подростков-людей. Этот эффект связывают с работой регуляторных белков, пока в точности не идентифицированных.

Сол Виледа и его коллеги несколько лет назад показали, что процедура парабиозиса (переливания старым мышам крови молодых) улучшает работу памяти и обучаемость первых. Схема работала и наоборот: инъекции «старой» крови молодым животным стимулировали «старение» их мозга. Чтобы найти причину этих изменений, авторы хирургически соединяли кровеносные системы разных возрастов – детенышей 3 месяцев от рождения, молодых 6- и зрелых 18-месячных, обнаружив, что некие факторы, содержащиеся в «молодой» крови, стимулируют в клетках мозга активность гена Tet2. Виледа и его исследовательская группа смогли заблокировать активность этого гена в мозге трехмесячных мышей. Обнаружилось, что у таких животных впоследствии было уменьшенное число нейронов в гиппокампе, и они хуже проявляли себя в тестах на когнитивные способности. Затем ученые получили искусственные вирусные частицы, способные проникать в клетки гиппокампа и повышать синтез Tet2 у взрослых мышей. Такие вирусы были внесены в организмы шестимесячных мышей, что повысило регуляторную активность их генома и стимулировало развитие нейронов. Повышение когнитивных функций было не столь заметно, как их деградация в предыдущем опыте, однако умеренные улучшения тесты все-таки показали.

http://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(18)30156-6

https://naked-science.ru/article/sci/nayden-mehanizm-omolozheniya-mozga

Активация нейронов в мозге мыши возможна с помощью наночастиц.

Ученые из японского института исследования мозга RIKEN в сотрудничестве с коллегами из Национальных университетов Токио и Сингапура предложили способ активации нейронов в мозге мыши при помощи наночастиц.

Исследователи успешно синхронизировали активность нейронов в гиппокампе спящих животных и «заставили» их генерировать тета-ритм. Ученым также удалось воспроизвести более впечатляющий эксперимент на бодрствующих мышах, ранее реализованный при помощи стандартной схемы оптогенетики. Помещая мышей в клетку, в которой их било током, ученые записали картину активации нейронов гиппокампа, вовлеченных в формирование плохого воспоминания и связанной с ним реакции — страха. При помощи выборочной активации этих нейронов инфракрасным излучением ученые вызывали у мышей страх даже в безопасном месте.

Работы с наночастицами — перспективное направление для оптогенетики млекопитающих. Обычно для управления нейронами в мозг модельным животным приходится вводить оптоволокно, так как биологические ткани не пропускают свет видимого спектра.

https://nplus1.ru/news/2018/02/12/NP-stimulation

Раскрыт один из молекулярных механизмов формирования долговременной памяти в области CA3 гиппокампа.

Нейрофизиологи из Массачусетского технологического института раскрыли молекулярный механизм, который позволяет синапсам усиливаться во время формирования памяти. Полученные результаты дают представление о том как долговременные воспоминания кодируются в CA3 области гиппокампа. Исследователи обнаружили, что белок Npas4, который известен как основной регулятор экспрессии генов, вызванной нейронной активностью, контролирует силу связей между нейронами в CA3 и в зубчатой ??извилине. Без Npas4 долговременные воспоминания не могут сформироваться.

Нейроны в CA3 области играют решающую роль в формировании контекстных воспоминаний, то есть воспоминаний, которые связывают событие с местом, где оно произошло, или с другой контекстной информацией, такой как время или эмоции. Нейроны из этой области гиппокампа получают «синаптические входы» (т.е. сигналы от групп функционально идентичных синапсов) из трех разных путей, и ученые предположили, что один из этих входов, из зубчатой ??извилины, имеет решающее значение для кодирования новых контекстуальных воспоминаний. Однако механизм кодирования этой информации не был известен.

Исследование было опубликовано в Neuron.

http://news.mit.edu/2018/study-reveals-molecular-mechanisms-memory-formation-0208

Автор обзора Екатерина Шахбазян

Источник: RLE, scientific expert group

Источник: news.mit.edu

Комментарии: