Код мозга и память. Загадка гиппокампа

в 13:41, , рубрики: биоинформатика, искусственный интеллект, мозг, Научно-популярное, нейронаука, нейронные сети

Код мозга и память. Загадка гиппокампа

Совсем недавно были объявлены Нобелевские лауриаты 2014 года. Премию по физиологии или медицине разделили американец Джон О`Киф и супруги норвежцы Эдвард Мозер и Мэй-Бритт Мозер. Исследования, которые получили столь высокую оценку, касались небольшого участка мозга, называемого гиппокампом. Это название происходит от греческого ἱππόκαμπος — морской конек, именно на на него чем-то отдаленно похож этот удивительный орган.

Код мозга и память. Загадка гиппокампа
В 1971 году Джон О‘Киф открыл в гиппокампе клетки места (O’Keefe J., Dostrovsky J., 1971). Эти клетки реагируют подобно внутреннему навигатору. Если крысу поместить в длинный коридор, то по активности определенных клеток можно будет точно сказать, в каком его месте она находится. Причем реакция этих клеток не будет зависеть от того, как она попала в это место.

В 2005 году в энторинальной области коры, которая является частью гиппокампальной формации, Мозерами были обнаружены нейроны, кодирующие положение в пространстве, образующие нечто наподобие координатной сетки (Hafting T., Fyhn M., Molden S., Moser M.B., Moser E.I., 2005).

Вполне естественно, что оба этих открытия были объединены в одну премию с формулировкой: за открытие клеток, составляющих систему позиционирования в головном мозге.

Но эти открытия не сняли вопросы о роли гиппокампа, а скорее умножили их. В 2011 году оказалось, что в гиппокампе есть клетки, которые определенным образом кодируют временные интервалы. Их активность образует ритмические узоры, даже если ничего другого вокруг не происходит (Christopher J. MacDonald, Kyle Q. Lepage, Uri T. Eden, Howard Eichenbaum, 2011). То есть получается, что кроме ориентации в пространстве гиппокамп отвечает и за ориентацию во времени.
Но мало того, уже давно показано, что именно гиппокамп играет ключевую роль в формировании памяти. В 1953 году пациенту, которого принято называть H.M., хирург полностью удалил гиппокамп (W. Scoviille, B. Milner, 1957). Это была рискованная попытка вылечить сильную эпилепсию. Было известно, что удаление гиппокампа одного из полушарий действительно помогает при этой болезни. Учитывая исключительную силу эпилепсии у H.M., врач удалил гиппокамп с обеих сторон. В результате у H.M. полностью исчезла способность что-либо запоминать. Он помнил, что было с ним до операции, но все новое вылетало у него из головы, как только его внимание переключалось. Загадочность усиливает то, что удаление гиппокампа только с одной стороны или с обоих сторон, но частичное, способность запоминать новое практически не затрагивает.

Есть гипотезы, что гиппокамп — это хранилище краткосрочной памяти, которая затем перераспределяется в долговременную память, наподобие ОЗУ компьютера. Но никто так и смог дать внятных объяснений по поводу того как такая память может быть устроена и как воспоминания могут передаваться с места на место.

Конечно, можно предположить, что гиппокамп – это просто такое место мозга где случайно пересеклось несколько совершенно разных систем, каждая со своей независимой функцией. Но, следуя логике хорошего детектива, все эти чудесные свойства гиппокампа не могут быть случайным совпадением. В детективе, а в науке всегда то же самое, должно найтись такое объяснение, которое покажет неразрывную связь всех улик и высветит их скрытый ранее смысл.

Несложно сообразить, что разгадка гиппокампа должна, не много ни мало, объяснять, как устроена человеческая память. А понятно, что объяснить устройство памяти нельзя, не ответив на вопросы о том, как мозг вообще кодирует и обрабатывает информацию. К сожалению, никаких общепризнанных теорий на эту тему не существует. Сложность в том, что информационные алгоритмы, реализуемые на компьютерах, не удается сопоставить с работой нейронов реального мозга. А те возможности, что принято приписывать биологически достоверным нейронным сетям не позволяют реализовать ничего мало мальски интересного.

Те, кто читал мои предыдущие материалы знают, что я работаю над моделью коры, которую называю паттерно-волновой. Конечно, это прозвучит нескромно, но похоже, что основные загадки информационного кода мозга и механизма памяти в этой модели удалось разрешить. Так получается, что не последнее место в этом объяснении отводится тому самому загадочному гиппокампу. В паттерно-волновой модели получилось естественным образом свести вместе все его столь удивительные свойства. Причем не подогнать объяснение под то, как все вышеперечисленное может уживаться вместе, а показать, что в той модели памяти, что в моем подходе свойственна реальной коре, все свойства гиппокампа оказываются неизбежно предопределенными.

Если мне удалось вас заинтриговать, то ниже относительно свежая запись лекции, где дается мое объяснение принципов работы мозга и роли гиппокампа во всем этом.

К сожалению «Лекториум», который вел запись, сильно напортачил со звуком, в связи с чем я долго колебался стоит ли выкладывать это на Хабр(Гиктайм). Но такое совпадение как Нобелевская премия именно за исследования гиппокампа стало решающим доводом за.

Алексей Редозубов

Автор: AlexeyR

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля