Биологическая Обратная Связь единым усилием мозга...

ЛАБОРАТОРИЯ ПРОСТРАНСТВ 
galactic.org.ua 

ЧЕЛОВЕК 

Зеркальные нейроны
03.2002.  Знание-сила
«Человек один не может» — заклинал в предсмертном полузабытьи любимый герой Хемингуэя.
«Не может, не может» — вторят ему культурологи, социологи, психологи, нейрофизиологи. И вот — удивительная серия экспериментов по изучению так называемой зеркальной рефлексии.
В экспериментах, о которых пойдет речь ниже, исследуются явления рефлексии на уровне групп нейронов и локальных зон в коре головного мозга высших млекопитающих.
Примечательно вот что: хотя действие и начинается с нейронов, заканчивается оно выходом на проблему зарождения речи у человека, затрагивая попутно весьма популярную в свое время и остро дискуссионную «теорию жеста» — связи первоначальных звуковых высказываний с жестами. Речь — это та самая особая способность нашего вида, которая порождает его поистине необъятные коммуникативные возможности. И которая делает возможным эффективное решение проблем и конфликтов в пространстве рефлексивных отношений.
С рефлексии (нейронной) начинаем — рефлексией (общечеловеческой) кончаем.

Кому не случалось наблюдать, как другой человек пытается повернуть неподатливую гайку или продеть нитку в неухватное ушко иглы? И кто при этом не испытывал странное ощущение в мышцах — будто они напрягаются в попытке повторить движения этого человека, как бы стараясь ему помочь? Что же это в нас так внимательно следит за этими движениями и так точно, хотя и мысленно, воспроизводит их?
Вопрос этот, давно интересовавший многих нейробиологов, недавно получил неожиданное решение, которое, в свою очередь, породило целый спектр новых вопросов и привело к появлению любопытных и интригующих гипотез. Оказалось, что всему виной особые нейроны, которые, в силу специфики своего действия, получили название «зеркальных».
Эти нейроны были впервые обнаружены итальянскими учеными Галлезе, Риццолатти и другими из Пармского университета.
В начале 1990-х годов они начали изучать мозг мартышек. Вживляя в него электроды, они изучали активность нейронов в одной определенной зоне обезьяньего мозга — зоне Ф5. У человека ей соответствует зона Брока в левом полушарии, связанная, как сегодня считается, с процессом речи. Зона Ф5 у мартышек расположена в той части коры, которая заведует обдумыванием и осуществлением движений, и нейроны в зоне Ф5 становятся активными («выстреливают» сигналы), когда обезьяна выполняет какие-либо целенаправленные моторные действия.
И вот, показывая мартышкам, что они должны сделать, экспериментаторы неожиданно обнаружили, что нейроны зоны Ф5 выстреливают так, как если бы обезьяны сами выполняли те действия, которые у них на глазах производил человек. Если же предметы, с которыми это действие нужно было совершить, просто лежали на земле, нейроны Ф5 оставались пассивны. Иначе говоря, они реагировали только на показ, причем реагировали, как зеркало, — мысленно повторяя наблюдаемое действие. Поэтому исследователи и назвали их «зеркальными нейронами».
Тот факт, что зеркальные нейроны именно «повторяли» наблюдаемое действие, а не просто возбуждались при его наблюдении, подтвердился, когда экспериментаторы поощряли обезьян проделать то же действие своими руками. Оказалось, что при этом возбуждаются в ;точности те же нейроны, что при показе, и характер выстреливания сигналов тоже такой же. С другой стороны, зеркальные нейроны оказались весьма избирательными. Каждая их группа реагировала на какое-то определенное действие (и не реагировала даже на чуть-чуть отличные), причем реагировала строго определенным образом. Все это усиливало впечатление, что зеркальные нейроны — именно зеркальны: с их помощью мозг обезьян как бы постигал мозг экспериментаторов в его внешних проявлениях, в физических действиях.
Примерно то же происходит, видимо, в мозгу собаки, когда она бросается на человека, когда он еще только задумал сделать угрожающее движение. Этот феномен обычно объясняют тем, что собака видит те, едва заметные, самим человеком еще даже неосознаваемые изменения в стойке корпуса, положении рук и ног и т.п., которые мозг уже приказал телу произвести для подготовки к самому угрожающему движению. Но как она знает, что эти микроскопические изменения действительно возвещают угрозу? Возможно, и здесь собачьи нейроны, мысленно воспроизводя увиденные неприметные движения человека, создают в теле собаки напряжения, свойственные ей, когда она нападает сама. Иными словами, мозг собаки «читает» мозг человека.
Открытие зеркальных нейронов неожиданно вывело итальянских исследователей напрямую к давней загадке — могут ли животные понимать себе подобных, и если да, то каким способом. Известно, что матери-бабуинихи зачастую не откликаются на призывы своих заблудившихся в лесу детенышей. Экспериментаторы, обнаружившие этот факт, объяснили его тем, что бабуины не способны понять, что поведение им подобных подобно их собственному поведению. Не видя детенышей, они не понимают, что значат их крики.
Ученые видят в этом одно из проявлений общей проблемы, которую можно определить как проблему «чтения» другого мозга. Несомненно, даже обезьяны в какой-то степени способны на такое «чтение» — во всяком случае, когда видят себе подобных перед собой.
Описанные выше опыты итальянских ученых свидетельствуют, что обезьяны способны отчасти «читать» даже мозг человека. Люди наверняка наделены такой способностью — каждый из нас может привести множество соответствующих примеров. Но ученые не могут придти к согласию относительно того, как происходит такое «чтение». Одни считают, что оно осуществляется с помощью «теории другого»: наш мозг, накапливая жизненный опыт и обобщая его с помощью разумных гипотез, постепенно создает у себя своего рода «модель» того, как  действует другой человек в тех или иных обстоятельствах, чего следует от него ожидать. По иной теории, «чтение» другого происходит с помощью своеобразной имитации: мы как бы ставим себя на место другого и мысленно имитируем то, что он должен думать, чувствовать и делать.
Открытие зеркальных нейронов не только выводит на эту фундаментальную проблему, но и склоняет отдать предпочтение тому ее решению, которое объясняет феномен «чтения другого» с помощью имитации. (Это, кстати, подкрепляет позицию тех ученых, которые считают, что процессы имитации играют важнейшую роль не только в культурной, но и в биологической эволюции.) Но поначалу зеркальные нейроны были обнаружены только у обезьян. Имеются ли они и у людей? Проверить это с помощью вживления электродов в человеческий мозг, разумеется, нельзя — люди не обезьяны. Но косвенные эксперименты, проведенные Лучано Фадиджо, показали, что при наблюдении каких-то определенных движений соответствующие мышцы подопытных людей непроизвольно сжимались так, словно они сами готовились произвести такие движения. А затем Риццолати и Графтон применили для наблюдения активности нейронов недавно разработанные методы прямой визуализации мозга. Оказалось, что и у людей имеется нечто вроде зеркальных нейронов, причем сосредоточены они в области Брока — той самой, если помните, которая соответствует зоне Ф5 у обезьян.
Значение этого открытия тем более существенно, что область Брока, как уже сказано, связана с речью. Исходя из этого, итальянские исследователи выдвинули дерзкое предположение, что именно зеркальные нейроны были главным фактором появления речи у людей. По их мнению, эти нейроны стали первым мостиком между людьми.
Это могло произойти следующим образом. Наблюдая действия другого человека, первобытный охотник, точно так же, как и мы сегодня, мысленно воспроизводил эти действия с помощью зеркальных нейронов. Одновременно эти нейроны отдавали его собственным мышцам приказ совершать те же действия. Мышцы напрягались соответствующим образом, но сами действия не совершались — их подавляли сильные запрещающие импульсы, обычно подаваемые в таких случаях спинным мозгом. Иногда, однако, напряжение преодолевало запрет и прорывалось в непроизвольном и коротком «подражательном» действии. Такое действие, по мнению итальянских ученых, было зародышем жеста, дававшего возможность другому увидеть, что его «поняли». Иными словами, это был зародыш коммуникации. На следующем этапе из таких жестов родилась и собственно речь, управление которой, как прежде — управление жестами, сконцентрировалось в том участке, где у людей сосредоточены зеркальные нейроны — в участке Брока.
Впрочем, в последние месяцы группа Галлезе как будто бы обнаружила присутствие зеркальных нейронов и в некоторых других областях человеческого мозга, связанных уже не с моторикой, а с ощущениями. И это подвигнуло итальянских исследователей на еще более масштабную гипотезу, согласно которой зеркальные нейроны и осуществляемая ими имитация того, что происходит в мозгу другого человека, могут объяснить и такие явления, как сочувствие к другому человеку, сострадание, а также эмпатия, или «чтение» чувств другого человека. Гипотеза увлекательная и интригующая, но ее еще нужно подтвердить, прежде чем обсуждать.
Далее по теме см. заметку "Мы все телепаты"

Мозг высших приматов может управлять лишними конечностями?
Известия Науки
Необычайное и, можно сказать, сенсационное открытие сделали нейробиологи университета Дюка, проанализировав эксперименты, в ходе которых обезьян обучали управлять механическими манипуляторами "силой мысли". Выяснилось, что обезьяны стали воспринимать подчиняющиеся им механические манипуляторы как свои собственные дополнительные конечности.
Суть эксперимента сводилась к следующему. Для начала мартышек научили играть в простенькую видеоигру, управляемую джойстиком. В мозг этим мартышкам вмонтировали специальные электроды, воспринимавшие импульсы, отвечающие за сокращения мышц при движении обезьяньей руки. Так что, когда джойстик отключили, обезьяна продолжала полагать, что она играет с помощью джойстика. Впрочем, недолго: очень быстро мартышки поняли, что могут управлять игрой, и не используя конечности.
Следующей задачей стала передача команд механической руке, способной двигаться и осуществлять хватательные движения. Всего два дня потребовалось для того, чтобы обезьяны смогли сопоставить особенности движения руки с собственными двигательными импульсами. К концу обучения обезьяны владели искусственной рукой не хуже, чем настоящими конечностями.
И вот сейчас, после анализа колоссального массива данных по нейроимпульсам, полученных в ходе экспериментов, стало ясно, что обезьяны воспринимали и воспринимают эти механические манипуляторы не как замену собственным конечностям, но как дополнение, как третью руку, которой они могут орудовать одновременно со своими натуральными руками. Таким образом, мозг этих животных продемонстрировал, в буквальном смысле, замечательный потенциал к "расширяемости".
"Наша гипотеза состоит в следующем: структуры мозга способны адаптироваться так, чтобы расширять возможности организма и использовать искусственные манипуляционные дополнения без потери функциональности (натуральных конечностей). В зависимости от цели, животное может использовать и свою руку, и механический манипулятор, а иногда - и то, и другое", - заявил один из основных участников исследований, доктор Мигель Николелис.
Результаты их опытов доказывают теорию, которая в научных кругах считалась весьма сомнительной: что мозг высших приматов, включая человека, способен подстраиваться под использование искусственного инструментария вне зависимости от того, контролируются ли они мозгом напрямую, или с помощью каких-то дополнительных приспособлений. Это касается и механического манипулятора, это касается компьютерной клавиатуры и теннисной ракетки - всего, чего угодно. Все эти инструменты внедряются в наше нейронное "пространство" и воспринимаются мозгом фактически как часть организма.
"Немногие исследователи демонстрировали готовность постулировать такой выдающийся потенциал мозга к адаптации", - говорит Николелис. По его словам, долгое время считалось, что нашей способностью обучаться использованию искусственных инструментов, изготавливать их самостоятельно, а также самими творческими способностями мы обязаны коре фронтовой доли мозга, и что это характерно только для мозга человека.
"Мы предполагаем, что на самом деле способность "встраивать" новые инструменты в саму структуру мозга является фундаментальной особенностью высших приматов", - говорит Николелис. По его мнению, способность воспринимать инструменты как часть самое себя, лежит в области самосознания человека (или другого высшего примата).
Что же касается сугубо практической стороны вопроса, то очевидно, что в первую очередь результаты опытов Николелиса, его коллеги Михаила Лебедева и их сотрудников пригодятся для того, чтобы реабилитировать инвалидов, возвращая им возможность передвигаться и использовать необходимые им предметы.

Человек может научиться не замечать боль с помощью томографа
Medzone.ru
Человек может научиться контролировать боль при помощи метода биологической обратной связи, предложенного калифорнийскими учеными. Они считают, что если дать человеку четкое представление об активности участков мозга, контролирующих болевые ощущения, он может научиться подавлять их. Эта теория нашла подтверждение в ряде экспериментов.
Для этих опытов ученые из Стенфордского университета использовали метод функциональной магниторезонансной томографии. Восьми добровольцам на экране в виде язычка пламени разной величины или диаграммы демонстрировалась активность участка мозга, отвечающего за интенсивность и эмоциональную окраску болевых ощущений – ростральной передней цингулярной коры.
В ходе таких сеансов добровольцам приходилось терпеть боль от сильного жара на ладони. Их просили регулировать уровень ощущений, регистрируемых томографом, а также периодически давать оценку уровня болевых ощущений.
Трех 13-минутных сеансов оказалось достаточным, чтобы испытуемые научились такой регуляции, то есть смогли до определенного предела контролировать боль.
Одновременно с этой группой подобное задание получала и контрольная, которой демонстрировались ложные данные по активности болевого центра, либо данные по активности другого, не связанного с болью, центра мозга, либо вообще не давались данные от томографа. Это позволило отбросить другие возможные объяснения эффективности метода.
Как отметил Питер Розенфельд (Peter Rosenfeld), один из пионеров изучения биологической обратной связи, еще 20 лет назад он проводил аналогичные опыты на мышах, добиваясь изменения уровня болевого порога. Но тогда опыты включали введение электрода в мозг и не могли, конечно, быть воспроизведены на человеке.
Рассказывая о своем открытии на конференции Общества когнитивной неврологии, авторы отметили, что метод мог бы помочь не только для того, чтобы справляться с болью, но и при некоторых заболеваниях, когда необходимо изменить активность определенных участков мозга, например при депрессии. Его распространение, конечно, сильно ограничено высокой стоимостью томографов.

Медленное дыхание может улучшить контроль давления при резистентной гипертонии
08.07.2003. Cardiosite.ru
"По-видимому, замедленное дыхание оказывает определенный модулирующий эффект на сердечно-сосудистую систему - повышает чувствительность барорецепторов, вариабельность сердечного ритма, венозный отток, уменьшает периферическое сопротивление и т.д." полагают д-р Reuven Viskoper и его коллеги (Медицинский Центр Barzilai, Ашкелон, Израиль). Они применяли технику медленного дыхания у 17 больных с уровнем артериального давления (АД) 140-160/90-100 мм рт. ст. на фоне приема 3 и более антигипертензивных препаратов в максимальных дозах. Ежедневные дыхательные упражнения (с помощью специального прибора) длились по 15 мин, в течение 8 недель.
В итоге офисное АД снизилось в среднем на 12.9/6.9 мм рт. ст., домашнее - на 6.4/2.6 мм рт. ст. Ответили на вмешательство 14 из 17 пациентов, а у 9 участников уровень офисного АД достиг нормальных или высоких нормальных значений (ниже 140/90 мм рт. ст.).
Более выраженным снижение АД было у тех участников, у кого исходно давление было выше. Показатели домашнего АД улучшились лишь у пациентов с исходным средним АД не ниже 98 мм рт. ст. (выше 135/85 мм рт. ст.).
Частота сердечных сокращений практически не изменилась. Ни у одного из участников не было зарегистрировано побочных эффектов. Приверженность терапии превышала 70%, сообщают ученые в июньском выпуске American Journal of Hypertension.
"Отсутствие побочных эффектов, эффективность и хорошая комплаентность позволяют шире применять эту методику в клинической практике, особенно у лиц с неудовлетворительным медикаментозным контролем АД", полагают израильские ученые.

Выключатель боли: электроды-имплантаты стимулируют мозг
29.07.2003  membrana
Как сообщает британская Guardian, оксфордский профессор Типу Азиз (Tipu Aziz) начал тестировать свою систему с электродами на 40 пациентах, чью долгосрочную боль, невозможно облегчить другими способами.
Речь идёт о людях, страдающих от болезни Паркинсона — прогрессирующего заболевания головного мозга — а также о тех, кто уже потерял всякую надежду справиться с бесконечной болью, чья жизнь стала настолько невыносимой, что, мечтая о прекращении страданий, они подумывают о самоубийстве.
Профессор Азиз изучает возможности имплантации электродов для борьбы с агонией с середины 1990-х. По его расчётам, с болью можно справиться примерно в 80% случаев: у кого-то снять совсем, у кого-то – заметно ослабить.
Метод, который Азиз испытывает на четырёх десятках несчастных пациентов, называется глубокой стимуляцией мозга.
В черепе больного проделываются два крошечных отверстия так, чтобы электроды можно было внедрить глубоко в мозг. Электроды подключены к стимулятору, которые подаёт электрические импульсы. Напряжение низкое.
Во время двухчасовой операции пациент не прибывает под наркозом — используется местная анестезия. Погружая электроды в мозг профессор разговаривает с подопечным, спрашивает, проходит ли боль.
Через неделю после операции пациенту имплантируется и сам стимулятор. Его "вживляют" в брюшную полость или рядом с ключицей. Регулировать напряжение пациент может сам — для этого у него есть переключатель. Таким образом, страдающий от боли весь комплект носит в буквальном смысле в самом себе.
Большинство пациентов, участвующих в испытаниях, говорит, что глубокая стимуляция мозга действительно облегчила их страдания. После выключения стимулятора невыносимая боль возвращается примерно за 10 минут. Во всяком случае, хуже из-за метода профессора Азиза не стало никому.
Азиз предполагает, что здесь затрагивается функционирование нервных цепей мозга. В результате нарушения мозг больше не может получать сигналы из некоторых частей тела, таким образом, создаётся зона "тишины".
"Я думаю, что, как только нервные клетки мозга перестают получать необходимую информацию, они начинают колебаться, — сообщил профессор. — Внедряя стимулирующие электроды, мы обеспечиваем клетки правильным сигналом, так что область "тишины" заполняется".

Волшебное устройство
16.09.2003.  Мembrana
Игра Wanderful Alcove ("Удивительная ниша") рассчитан на двоих волшебников. Именно столько имеется палочек, играющих роль компьютерного интерфейса. Участники действа берут в руки палочки и видят пейзаж, точнее — его проекцию. Как действуют эти самые палочки, им неизвестно. Но скоро они замечают, что, помахивая волшебным прутиком, можно менять происходящее на картине. Далее, изучив специальные волшебные жесты, пользователь начинает управлять Солнцем и Луной, вызвать дождь или радугу. "Альков" напрочь лишён соревновательности, напротив – он поддерживает слаженные совместные действия. Предлагается интуитивно создавать что-нибудь красивое вместе.
На выходе — ощущение погружения, поощрение социального контакта, сотрудничества и взаимодействия друг с другом.
Разумеется, за волшебством стоят технологии. К примеру, первый опытный образец оборудован датчиками наклона. Следующий обзаведётся акселерометром, системой распознавания речи, то есть всем, что необходимо начинающим "гаррипоттерам".

Action Stick заставляет игроков двигать телом
19.11.2003.  Мembrana
Южно-корейские разработчики решили они внести в виртуальные игрища физкультуру, то есть реальную усталость."Исследования показали, что игра с нашим устройством в течение получаса — лучше, чем плавание или бег трусцой", — гордо заявили представители корейской компании Bestsoft. Их творение именуется Action Stick, или "Палка действия". Впрочем, выглядит эта штуковина, скорее, как микрофонная стойка на треноге. Складывается она, во всяком случае, подобным образом. Но всё не так просто. Action Stick заменяет собой джойстик и заставляет игрока махать руками, ногами, прыгать и вообще — пошевеливаться. Чем больше прикладываешь усилий, тем интереснее и веселее.
И во что же, спросите вы, с этой палкой можно играть? Ну, учитывая, что она совместима с компьютером, PlayStation и X-Box, в самые разные игры с элементами "экшн".

Google вставят нам в мозги
05.03.2004. www.webplanet.ru
В будущем станет возможно имплантировать сайт Google в мозг каждого пользователя. Об этом на конференции Search Engines Strategies рассказал технический директор Google Крейг Сильверштейн.
Несколько лет назад Крейг Сильверштейн (Craig Silverstein) говорил о будущем, в котором поисковые технологии распространятся повсеместно. Он сделал прогноз, что технический прогресс приведет к тому, что с поисковыми сайтами можно будет разговаривать вслух, а они будут давать ответы на человеческом языке. Теперь, по его мнению, этот прогноз близок к воплощению в реальность, поэтому пришло время строить дальнейшие планы.
Утром 3 марта 2004 г. на конференции Search Engines Strategies Сильверштейн высказал еще более фантастический сценарий будущего. Его речь напоминает сюжет фантастического романа, автор которого обладает поистине неограниченной фантазией. По словам тех. директора Google, через сотни лет станет возможным существование персональных поисковых животных или «биознаек» (search pets) на клеточном уровне. Эти генетически модифицированные существа можно будет присоединить к нервным окончаниям мозга и общаться с ними напрямую, то есть функция поиска будет встроена прямо в мозг.
Технологии значительно эволюционируют через сотни лет. К тому времени все известные человечеству факты можно будет поместить в контейнер (микросхему, организм, etc) сверхминиатюрного размера. Этот контейнер станет составной частью биологической поисковой системы, встроенной в мозг, поэтому получение ответов на обычные вопросы станет банальным — ответы будут выдаваться почти автоматически. Роль поисковых нейросуществ, интегрированных в человеческий мозг, будет другой, гораздо более сложной: они научатся распознавать человеческие эмоции и смогут отвечать на вопросы, в которых ответ не является фактом. По мнению Сильверштейна, эти расширения для человеческого мозга будут чрезвычайно полезны даже в спальне. Вы спрашиваете у жены «Что случилось?», она говорит «Ничего». На самом деле ее ответ означает, что определенно что-то случилось, а поисковые «биознайки» смогут мгновенно просмотреть миллионы аналогичных случаев с другими парами и через секунду сообщить вам ответ, что все-таки случилось — вот такая будет их основная функция, потому что формализуемые знания уже давно будут разложены по полочкам и структурированы в иерархическую БД с постоянной актуализацией через интернет.
Помогая людям находить вопросы на типичные вопросы вроде вышеприведенного, «биознайки» будут всё лучше познавать мир и взаимоотношения между людьми. Объединенные в сеть, они смогут передавать накопленный опыт друг другу и самообучаться. Они смогут грамотно понимать контекст поискового запроса, улавливать смысловые оттенки и безошибочно распознавать, что означает каждый поисковый запрос в социальном и политическом смысле. Кроме того, «биознайки» внесут значительный вклад в медицину, облегчив задачу докторов по определению диагноза. Контролируя состояние своего хозяина, они смогут самостоятельно выявить симптомы наступающей болезни.
Говоря о роли Google в технологиях будущего, Сильверштейн констатирует: «Сейчас мы всё ещё ищем факты, но, по всей вероятности, факты будут содержаться в мозговом имплантанте». Получается, что поисковые алгоритмы будут работать прямо в мозге. Как вам такая перспектива — имплантировать себе Google прямо в мозг?
В комментариях к речи Сильверштейна один из интернетчиков говорит, что не зря куки Google имеют срок действия до 2038 г. Возможно, к тому времени руководство Google соберет крупную базу наших ID и придумает, наконец, как реализовать систему «pay-per-thought».

 1   оглавление   3    4    5    6     7