Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
26 июня 2016, воскресенье, 05:43
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

09 ноября 2012, 20:13

Кризис и расцвет нейронаук

Нейроны
Нейроны

Прыжок в будущее

Если ранжировать научные направления по темпам накопления знаний, то когнитивные науки окажутся в числе лидеров. Последние годы они переживают бурный рост, и угнаться за ними, чтобы в общих чертах хотя бы представлять, что там происходит, становится все сложнее. Между тем, пожалуй, именно науки о мозге и мышлении становятся определяющими для формирования нашей картины мира. Не так давно они перехватили эту привилегию у физики, разработав инструментарий (кстати, с ее помощью), который позволяет вплотную подступиться к таким проблемам как память, эмоции, интеллект и сознание.

Результаты когнитивных исследований начинают оказывать влияние на многие области жизни, от политики и бизнеса до воспитания детей и искусства. Учитывая сказанное в самом начале, нет сомнений в том, что степень такого влияния со временем будет только возрастать. В этой связи отслеживание прогресса в изучении мозга превращается почти в необходимость. И просвещение «от первого лица» в такой ситуации приобретает настоящую, неиллюзорную ценность.

Вероятно, сходным образом думают и в редакции журнала «Наука и Жизнь». В конце сентября по инициативе журнала состоялся круглый стол, на котором перед приглашенными гостями с докладами выступили лингвист Светлана Бурлак (кандидат филологических наук, ст. научный сотрудник Института востоковедения РАН) и нейробиолог Константин Анохин (профессор, член-корреспондент РАН, заведующий отделом системогенеза Института нормальной физиологии им. П.К. Анохина). Разница в их специализации предопределила тот факт, что к рассмотрению когнитивных качеств человека ученые подошли с разных сторон, опираясь на разные комплексы данных. Однако, если подняться над частностями, содержание докладов удивительным образом свидетельствовало об одном и том же тренде. На наших глазах происходит переосмысление принятых взглядов на движущие силы эволюции, а совершенствование методов исследования позволяет ставить новые вопросы.

Бурлак интересуется происхождением языка – следовательно, она интересуется происхождением мышления. Одно является условием другого. Так неизбежно лингвист оказывается перед необходимостью погружаться в палеонтологию, сравнительную этологию, анатомию и физиологию. Развитая коммуникативная система, которой пользуется человек, требует, во-первых, определенного строения речевого аппарата и, во-вторых, соответствующего устройства слухового аппарата, позволяющего различать фонемы. И, конечно же, необходим мозг, умеющий искусно управлять тем и другим, а также способный извлекать смысл из звуковых последовательностей.

Светлана Бурлак интересуется происхождением языка – следовательно, она интересуется происхождением мышления. Одно является условием другого. Так неизбежно лингвист оказывается перед необходимостью погружаться в палеонтологию, сравнительную этологию, анатомию и физиологию. 

Изучение систем вокализации современных обезьян и особенностей анатомического строения ископаемых предков человека позволяет проследить, как в ходе эволюции складывались предпосылки, сделавшие возможным появление развитого языка. По словам Светланы Бурлак, у рода Homo в связи с этим произошел целый ряд существенных перестроек организма. Прежде всего, опустилась гортань, подъязычная кость изменила форму и местоположение, слуховой аппарат перенастроился, став восприимчивым к звукам определенной частоты. Изменился и мозг, поскольку рост разнообразия жестовой и вокальной коммуникации потребовал от него более тонкой регуляции и соответствующих ресурсов. Следы возросшей нагрузки можно обнаружить в расширении позвоночного канала, которое повысило связность спинного и головного мозга за счет увеличения числа проходящих через канал нервных волокон.

Излагая данные, собранные из разных источников, С. Бурлак поставила задачу обосновать следующий вывод: когнитивная эволюция шла не по классической дарвиновской схеме. Изменения запускались не генетическими мутациями, удачно закреплявшимися отбором, а модификацией активности самих индивидов. Чем сложнее организм, тем более разнообразен репертуар его поведения, менее стереотипны реакции и тем он гибче в ответах на вызовы окружающей среды.

Предки человека обладали достаточно развитой нервной системой и, соответственно, определенной свободой образа действий. Удачные практики могли поначалу передаваться за счет культурного наследования, лишь позднее закрепляясь генетически. Так, изменения генома, способствующие более эффективному усвоению уже существующей системы сигналов, упрочивали ее дальнейшее использование и поддерживались отбором. Иными словами, по мнению Бурлак, эволюция, приведшая к возникновению полноценного языка, направлялась специфическим механизмом, известным как эффект Болдуина.

В таком предположении нет ничего, что противоречило бы современным данным. Более того, к подобным взглядам приходит все больше эволюционных психологов (см., например, «Эволюционная психология под ударом»). Однако говорить, что эта гипотеза из данных непосредственно следует, пока слишком преждевременно. Судить о когнитивной сфере по ископаемым останкам, будь то части скелета или каменные орудия, следует с большой осторожностью.

Светлана Бурлак поставила задачу обосновать следующий вывод: когнитивная эволюция шла не по классической дарвиновской схеме. ...Однако говорить, что эта гипотеза из данных непосредственно следует, пока слишком преждевременно. Судить о когнитивной сфере по ископаемым останкам, будь то части скелета или каменные орудия, следует с большой осторожностью.

На это обратила внимание присутствующая на докладе Татьяна Черниговская, нейролингвист, профессор Санкт-Петербургского государственного университета, заведующая лабораторией когнитивных исследований. Выводы о необходимом и достаточном развитии конкретных зон мозга, рассмотренные применительно к роду Homo, выглядят сомнительными, если мы, например, вспомним про птиц. Некоторые их виды способны как к сложной вокализации, так и к разбиению на фонемы и развитой категоризации. При этом размер их мозга сравним в лучшем случае с грецким орехом.

Непродолжительная полемика Черниговской и Бурлак показала, что до прояснения вопроса о происхождении языка еще очень далеко. Но возросшие технические возможности, позволяющие, например, по ископаемым останкам выяснить частотный диапазон звуков, воспринимаемых вымершими предками, конечно, производят впечатление. Можно рассчитывать, что продвижение в данной проблеме будет обеспечиваться как совершенствованием методов, так и помощью со стороны нейрофизиологических исследований, обзору которых был посвящен второй доклад.

Начало его, правда, оказалось неожиданным. Константин Анохин удивил присутствующих заявлением о том, что нейронауки в настоящий момент переживают кризис. По его словам, ежегодно публикуется порядка двухсот тысяч научных статей, и ученые не испытывают недостатка в установленных фактах. Однако заметно не хватает теоретического каркаса, который позволил бы осмыслить и связать эти факты воедино.

Константин Анохин удивил присутствующих заявлением о том, что нейронауки в настоящий момент переживают кризис. По его словам, ежегодно публикуется порядка двухсот тысяч научных статей, и ученые не испытывают недостатка в установленных фактах. Однако заметно не хватает теоретического каркаса, который позволил бы осмыслить и связать эти факты воедино.

В отличие от всеобъемлющих теорий в физике, дающих надежные и универсальные предсказания, нейронауки ограничиваются отдельными концепциями, описывающими зачастую небольшой круг феноменов.

В числе главных стратегических целей К. Анохин видит объединение в целостную теоретическую конструкцию трех уровней рассмотрения мозга: генома, коннектома и когнитома. Первый уровень предполагает изучение распределенной экспрессии генов, возникающей в связи с той или иной познавательной активностью. В качестве коннектома рассматриваются характерные связи между нервными клетками, формирующиеся в ходе индивидуального развития. Третий уровень, названный когнитомом, представляет собой набор элементов субъективного когнитивного опыта. Таким образом, задача заключается в том, чтобы соединить науку о мозге с наукой о разуме. Пока же между ними зияет концептуальная дыра, несмотря на ускоряющееся производство новых экспериментальных данных.

Мостом здесь может послужить теория функциональных систем, которая непосредственно увязывает конкретный поведенческий акт с конкретной совокупностью нейронов, разбросанных по ткани мозга. Такие нейроны совместно возбуждаются при воспроизведении данного поведения, что позволяет рассматривать их в качестве функциональной системы (ФС). Соответственно, важным становится вопрос о том, как формируются такие системы и как они взаимодействуют с прочими ФС в рамках одного мозга. Отсюда следует возрастание роли биологии развития, эволюционной теории и их синтеза под флагом так называемой концепции Evo-Devo.

Константин Анохин также предлагает оглянуться назад и обратиться к гипотезам, высказанным давным-давно, в частности Северцовым и Шмальгаузеном. Он отмечает, что эффект Болдуина, идеи эпигенетической эволюции полагаются на потенциал пластичности организма. Возможно, что не гены направляют ход эволюции, а эволюция фенотипа задает изменения генома. В такой системе взглядов значимым фактором эволюционных изменений становится активное поведение, или же, иными словами, нервная система.

Контуры будущей единой «теории мозга и разума» просматриваются пока с трудом, однако можно перечислить требования, которым она должна удовлетворять. Во-первых, ей надлежит объяснить происхождение распределенных когнитивных систем в филогенезе и онтогенезе и их привязку к функционированию взрослого мозга. Во-вторых, она должна разработать язык для описания таких систем, их связи друг с другом и участия в организации адаптивного поведения. Наконец, в-третьих, такая теория обязана предложить решение проблемы клеточных механизмов высших функций мозга, включая восприятие, память и сознание.

Вся мощь современных методов визуализации направлена на воплощение этой программы. Прежде всего, на получение более четкой и детальной картины устройства и работы мозга. Допустим, в процессе научения у бодрствующего животного активируются определенные популяции нервных клеток. С помощью флуоресцентных маркеров можно выборочно регистрировать экспрессию генов в этих клетках. После состоявшегося обучения специальная технология делает мозг мыши оптически прозрачным. Последовательно сканируя его плоским лучом лазера, можно получить трехмерный «снимок» функциональной системы нейронов, задействованных в данном когнитивном акте.

Следующий уровень, картирование связей нейронов в нервной системе, интенсивно изучается нейробиологами в рамках консорциума «Коннектом человека» и ряде проектов Института Аллена. Психические и когнитивные расстройства могут быть результатом выпадения ФС из общей сети, и тогда это проблема, как раз находящаяся на уровне коннектома. Оптогенетические методы, появившиеся относительно недавно и получающие все большее распространение, позволяют не только наблюдать функциональные системы, но и произвольно их активировать и отключать, и даже инициировать появление новых.

Однако трудность на пути продвижения к объединяющей теории состоит, в частности, в том, что когнитивная специализация нейрона неоднозначна. Он может быть компонентом сразу нескольких функциональных систем. Это же свойство делает возможным такое явление как нелинейная ассоциативная память: след участия нейрона в определенной функциональной системе может храниться в нем годами. В случае внешнего воздействия, активирующего другую ФС, в данном нейроне происходит соединение нового элемента опыта со старым.

В ходе своего доклада член-корр РАН проделал очевидный путь. Начав с констатации кризиса, Константин Анохин завершил свой рассказ на оптимистичной ноте. И это объяснимо. Эксперименты, невозможные еще десять лет назад, сегодня становятся реальностью. А значит, появилась перспектива получить ответы на давно созревшие вопросы и сформулировать новые, более точные.

Начав с констатации кризиса, Константин Анохин завершил свой рассказ на оптимистичной ноте. И это объяснимо. Эксперименты, невозможные еще десять лет назад, сегодня становятся реальностью. А значит, появилась перспектива получить ответы на давно созревшие вопросы и сформулировать новые, более точные.

Один из присутствующих поинтересовался у докладчика, верит ли он, что столь мощный когнитивный аппарат появился в результате естественных эволюционных процессов. Анохин без колебаний ответил положительно. Он убежден, что со временем мы поймем, как это произошло. В сравнении с физикой когнитивные науки еще очень молоды. Ученые уже очень многое узнали о работе мозга, но следует иметь в виду, что фактически они, по словам нейробиолога, лишь слегка поскребли по поверхности.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM iPhone MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр Wi-Fi Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика «Ангара» античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология глобальное потепление грибы грипп демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы Сингапур смертность СМИ Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии этнические конфликты этология ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.