Tag Archives: нейронные связи

Обоняние как уход за бонсай

подрезка дерева бонсай как метафора работы мозгаЗапахи способны вызывать яркие воспоминания из прошлого. Мы все это знаем, когда, вдохнув аромат печенья, уносимся на кухню к бабушке. Но как именно это происходит?

Более века назад Марсель Пруст (1871-1922) описал, как главный герой романа «В поисках утраченного времени», макая бисквитное печенье Мадлен в чашку чая, переживает воспоминания о своей юности, вызванные ароматом.

Даже появился термин «Эффекта Пруста» означает явление, когда определенный аромат вызывает яркие воспоминания о конкретном времени или месте из прошлого. Как объясняет это Кретьен ван Кампен в аннотации к своей книге “Эффект Пруста: Чувства как двери к утраченным воспоминаниям:

«[Этот эффект] относится к яркому переживанию событий из прошлого с помощью сенсорных стимулов. Многие из нас знакомы с теми особыми моментами, когда вас застает врасплох крошечный сенсорный стимул (например, запах мыла вашей матери), который вызывает интенсивное и эмоциональное воспоминание об эпизоде из вашего детства.”

Как эти яркие “прустовские” воспоминания, связанные с ранними стадиями детского развития, навсегда запечатлеваются в нашем мозгу? Новое исследование обоняния на мышах, проведенное учеными из Университета Кюсю в Японии, дает некоторые новые подсказки.

Ученые на примере обонятельных нейронов мыши изучали невероятные сложные процессы участия многих белков, в частности, белка BMPR-2, в регуляции ветвления нейронов путем укрепления нейронных связей, связанных с определенным запахом во время раннего развития.

Используя удобную для обывателя метафору, японские нейробиологи описывают механизмы, вовлеченные в избирательную обрезку или укрепление нейронных связей, участвующих в обонянии мозга в период раннего развития, как «биомолекулярное дерево бонсай».

По принципу «используй или потеряешь», только те дендриты, которые активируются специфическим запахом, образуют прочные и долговечные связи, в то время как неиспользуемые дендриты подрезаются или отрезаются, как лишние ветки на ухоженном дереве бонсай.

Авторы говорят: «В начале развития нейронов они образуют избыточное количество связей, которые постепенно устраняются по мере укрепления других. Вопрос о том, как нейронные цепи ремоделируются со временем, особенно на ранних стадиях развития, остается открытым в нейробиологии. Основная причина, по которой мы используем обонятельные нейроны, заключается в том, что они легко доступны и изучаемы, а митральные клетки развивают только одну ветвь. Когда обонятельный нейрон обнаруживает специфическую молекулу, которую мы чувствуем, он посылает сигнал на определенную «путевую станцию» в обонятельной луковице мозга, называемую гломерулой. Затем этот сигнал передается в мозг через митральные клетки. Одна митральная клетка получает сигналы для одного конкретного запаха».

Источник


Невероятные связи

зрение и шизофрения

Группа тайваньских ученых (Chen et al., 2020) показала на большой группе людей (около миллиона), что диагнозу шизофрении у молодых людей с большой вероятностью предшествуют общие проблемы со здоровьем. Например, повышенное давление, болезни сердца, сердечнососудистые заболевания, хронические обструктивные легочные заболевания, астма и синдром раздражённого кишечника.

Уже известно, что и другие заболевания сильно коррелируют с психическими заболеваниями (поразительное исследование датчан).

На первый взгляд, это хорошая иллюстрация того, как психическое здоровье связано с физическим. Но интереснее другое – недавно подтвердился хорошо известный психиатрам, но казавшийся мифическим факт, что люди, рождённые слепыми, никогда не заболевают шизофренией (Love, 2020).

Между тем, врожденная слепота – результат генетической мутации, травмы мозга или инфекционного заболевания. Все эти причины подходят и для шизофрении. Но если потеря зрения происходит уже после рождения, то вероятность шизофрении растет колоссально.

Если врожденная слепота дает защиту от шизофрении – и, по словам одного исследователя, это единственная известная сегодня 100% защита от шизофрении, то в этом определенно есть ответ на одну из бесчисленных тайн нашего мозга.

Одно из аргументированных объяснений выдал в прошлом году Фил Корлетт (Phil Corlett), профессор психиатрии и психологии в Йельском Университете. Он считает, что одна их важнейших задач мозга – делать предсказания будущего. Мы не видим мир таким, какой он есть, получая всеобъемлющие и правдивые сигналы от него: мы создаем модель мира и пытаемся в этой модели делать предсказания о том, что случится через секунду, минуту или часы. Все для того, чтобы элементарно обеспечить выживание. Создавая предсказания каждые мгновения, наш мозг сравнивает их с тем, что случилось на самом деле, становясь более точным.

Зрение играет в сборе информации о мире основную роль, и когда его нет, то делать предсказания и получать обратную связь становится очевидно сложнее. С другой стороны, не видя мира, мы не поддаемся на множество иллюзий и создаем меньше искажений восприятия.  Это, по мнению ученого, ведет к более точному строительству модели мира, основанной на других сенсорных чувствах, кроме зрения, и делает ее более стабильной.

Есть и другое объяснение. Стив Сильверстайн, психиатр в Рутгерс Университете, полагает, что врожденная слепота вынуждает мозг осваивать множество компенсационных навыков и создавать больше нейронных связей. По сути, речь идет о некоем брейнфитнесе, но гораздо более суровом: каждодневным и интенсивном, но который и приносит защиту от психических заболеваний. Шизофрения – это ведь, в первую очередь, нарушения восприятия, памяти, внимания и речи. Галлюцинации и абберантное поведение, которые характеризуют шизофрению – следствия этих нарушений.

Сильверстайн приводит в своей работе 20 когнитивных отличий рожденного слепым человека от человека с шизофренией (Silverstein, Wang, & Keane, 2013):

сравнение когнитивных функций

Но как быть с нарушением здоровья, примеры которого приведены в начале этой статьи? В одном клубке мы видим и инфекционные заболевания, и общие проблемы со здоровьем, и когнитивные нарушения, и проблемы со зрением, и шизофрению.

Как, например, это объясняет различного рода проблемы со зрением – с перемещением глазного яблока, скорость моргания, и прочие, которые характерны для людей с диагнозом шизофрения? Что интересно, проблемы со зрением появляются до начала проявлений шизофрении (Keane at al., 2016). По движениям глаз ее и можно диагностировать, раньше, чем дойдет дело до психиатра. Я писал об этом в статье Диагностика шизофрении с помощью ай-трекинга и развитие способностей.

Как и в той статье, мне интересна идея, что, похоже, гипотетически возможно разработать специальные упражнения для глаз – особую мышечную гимнастику, перцептивные паззлы, и чисто когнитивные упражнения ,которые смогут предупреждать или даже лечить психиатрические заболевания, и, возможно, другие заболевания. Например, используя цвета и формы для лечения.

В программе 51 день, которая запускается в марте, будет одна из таких линий: как можно использовать зрительные иллюзии для практической пользы.

Chen, Y.-L., Pan, C.-H., Chang, C.-K., Chen, P.-H., Chang, H.-M., Tai, M.-H., . . . Kuo, C.-J. (2020). Physical illnesses before diagnosed as schizophrenia: A nationwide case-control study. Schizophrenia Bulletin. doi: 10.1093/schbul/sbaa009

Keane, B. P., Paterno, D., Kastner, S., & Silverstein, S. M. (2016). Visual integration dysfunction in schizophrenia arises by the first psychotic episode and worsens with illness duration. Journal of abnormal psychology, 125(4), 543–549. https://doi.org/10.1037/abn0000157

Love, S. (2020). People born blind are mysteriously protected from schizophrenia. Vice.com, 11 Feb 2020. Ссылка https://www.vice.com/en_uk/article/939qbz/people-born-blind-are-mysteriously-protected-from-schizophrenia

Silverstein, S., Wang, Y., & Keane, B. (2013). Cognitive and neuroplasticity mechanisms by which congenital or early blindness may confer a protective effect against schizophrenia. Frontiers in Psychology, 3(624). doi: 10.3389/fpsyg.2012.00624


Красота нейронных связей

Нейронные связи мозгаСейчас проект по картированию нейронных связей – постоянный гость в  новостях от нейронауки. The Human Connectome Project – амбициозный проект, направленный на то, чтобы составить карту нейронных соединений головного мозга. Аналогично карте генома, этот проект объединяет многих людей, лабораторий и компаний, которые добывают и делятся данными о структурных и функциональных связях мозга. Вот несколько ссылок по проекту: одна и вторая. Там много красивых картинок!

Уже сегодня видно, что картина, которая предстает перед нами, отличается от той, традиционной, нашего представления о мозге. Посмотрите на довольно прямолинейную геометрию нейронных связей, словно телефонные, электрические и оптоволоконные кабеля в сложной системе большого города. Эти картинки могут попытаться многое объяснить – как, например, малое количество генов может описывать такую сложную систему; как происходила эволюция мозга от простейшего, как у червяка, до человеческого.
The Human brain connectome

Изображения (кликабельны) из Wedeen et al., 2012.

Wedeen, V. J., Rosene, D. L., Wang, R., Dai, G., Mortazavi, F., Hagmann, P., Kaas, J. H., & Tseng, W.-Y. I. (2012). The geometric structure of the brain fiber pathways. Science, 335(6076), 1628-1634.