мозг

Лес стареет по-разному. В одном месте деревья редеют постепенно, как будто устали расти, а в другом — упорно цепляются за жизнь, тратя силы на починку повреждённых ветвей. Примерно так же выглядит старение коры мозга, если посмотреть на неё через призму тысяч МРТ-снимков. Учёные взяли снимки 952 здоровых людей и разбили кору на 148 участков.

Джазовое трио играет в полумраке клуба. Пианист ведёт мелодию, контрабасист держит ритм, барабанщик рассыпает дробь. Если слушать только пары музыкантов, можно уловить, как пианист подстраивается под бас или бас под барабаны. Но главное рождается, когда все трое импровизируют одновременно: одна фраза пианиста меняет игру барабанщика, а та, в свою очередь, подталкивает контрабасиста к новому ходу.

В 1980-х годах соревнование DARPA по распознаванию речи положило конец спору между статистическими методами и рукописными правилами, задав единый стандарт для всей области. Для речевых нейроинтерфейсов, переводящих мозговую активность в слова, такого общего эталона до сих пор не было: каждая система использует свой словарь, способ записи и тип речи.

В тёмной комнате сканера человек следит за редкими вспышками на экране. Инфракрасная камера снимает его зрачок тысячу раз в секунду, а магнитно-резонансный томограф в это время записывает, какие участки мозга включаются.

В 2023 году в Бельгии 101 человек в возрасте от 50 до 69 лет провёл несколько дней в лаборатории, где его мозг сканировали, записывали сон и просили решать задачи на память и внимание. Так родился набор данных COFITAGE, в котором каждый участник описан с пяти сторон: молекулярной, структурной, физиологической, генетической и когнитивной.

На многолюдном приёме пожилой человек переспрашивает собеседника снова и снова: слова тонут в гуле голосов. Так выглядит мост, по которому звук идёт от уха к смыслу. Пока этот мост крепок, шум лишь мешает, но не обрывает разговор. С возрастом опоры моста изнашиваются, и первыми сдают те, что держат не только слух, но и саму способность думать.

Класс затихает после урока, но в голове у ребёнка всё ещё звучит эхо: лица, предметы, места. Именно это эхо, а не сам урок, решает, что останется в памяти. Исследователи впервые поймали его у детей от 6 до 17 лет. Дети запоминали сцены в томографе: им показывали комнату, затем предмет или лицо в определённом месте. После этого пять минут они просто смотрели на крест.

Река начинается высоко в горах: у одного русла больше воды, у другого меньше. Так и социальное положение человека задаёт русло его жизни, но не напрямую роет мозг, а через притоки: привычки, давление, сахар в крови. Учёные измерили эти притоки у 36 878 человек, чтобы понять, какие из них сильнее всего уносят годы. Для каждого участника определили возраст мозга по снимкам МРТ.

Геолог идёт по горному склону и водит прибором над камнями. Прибор показывает, где под поверхностью залегает железная руда, а где порода дала трещину. Примерно так же работает магнитная карта мозга: она выявляет, где в тканях скопилось железо, а где повреждена оболочка нервных волокон. После сотрясения мозга такая съёмка особенно важна.

Старый атлас автомобильных дорог лежит на столе. На его страницах линии соединяют города, а толщина линий говорит о том, насколько оживлённым было сообщение. Нейросеть смотрит на такую карту и называет возраст машины, которая по ней ездила. Примерно так устроена модель, которую обучили предсказывать возраст человека по карте связей его мозга.

Мозг можно представить как оркестр, где дирижёр — кора больших полушарий, а таламус — первая скрипка. Таламус — это центральная ретрансляционная станция: он получает сенсорные сигналы, в том числе зрительные от глаз, и передаёт их в соответствующие области коры, например в зрительную кору.

Мозг можно представить как оркестр, где дирижёр — кора больших полушарий, а таламус — первая скрипка. Таламус — это центральная ретрансляционная станция: он получает сенсорные сигналы, в том числе зрительные от глаз, и передаёт их в соответствующие области коры, например в зрительную кору.

Манекен, закреплённый в кресле, опрокидывается назад — его голова ударяется о пол. Внутри головы, в трёх чашках Петри, культивируются нервные клетки человека. Они испытывают механическое воздействие, сходное с тем, что переживает настоящий мозг при падении. Эксперимент поставлен просто: манекен роняли из положения сидя под углами 30, 60 и 90 градусов.

Одиночный удар по голове — это серьёзно. Но что происходит при серии ударов? Здесь всё сложнее, и обычные компьютерные модели мозга этого не учитывают: они рассматривают каждый удар как первый. Однако мозг — не железный шар, он «помнит» прошлые нагрузки.

Спрятанный в толстой шкатулке колокольчик можно заставить звенеть, не открывая крышку. Достаточно послать звуковую волну сквозь стенки — и язычок задрожит.

Клетки кровеносного сосуда высеяли на прозрачную плёнку толщиной 700 нанометров — в сотню раз тоньше человеческого волоса. Под плёнкой спрятаны плоские электроды. Они посылают слабый переменный ток и слушают, как меняется сопротивление.

Магнитоэнцефалограф — прибор, похожий на шлем с сотнями датчиков, — улавливает слабые магнитные поля, которые создают работающие нейроны. Если человек слушает речь, в этих сигналах прячутся отпечатки услышанных слов. Но достать их оттуда непросто: сигнал от тысяч источников сливается в запутанный клубок.

Представьте стадион, заполненный зрителями, который впервые слышит голос комментатора — и мгновенно вся толпа приходит в движение. Сообщение звучит снова и снова, но откликается лишь горстка людей на соседних рядах.

Представьте стадион, заполненный зрителями, который впервые слышит голос комментатора — и мгновенно вся толпа приходит в движение. Сообщение звучит снова и снова, но откликается лишь горстка людей на соседних рядах.

Мозг — это оркестр, где каждая группа инструментов должна вступать вовремя. При болезни Альцгеймера музыканты теряют ноты: связи между областями мозга путаются, и слаженная игра превращается в какофонию. Учёные давно видят эти сбои на снимках, но не знали, можно ли исправить ситуацию, тронув лишь одну струну.

Ночью, когда мы проваливаемся в глубокий сон без сновидений, в глубине мозга начинается прилив. Каждый удар сердца и каждый вдох посылают по заполненным жидкостью полостям (желудочкам) мягкие толчки. Днём эти толчки робкие и однообразные — жидкость плещется туда-сюда почти на одном месте. Но с наступлением медленного сна ритм меняется.

Ночной город: в одних окнах горит свет, в других темно. Если соединить линиями окна, которые зажигаются одновременно, получится паутина связей. Такую паутину исследователи изучили для крошечных мозговых органоидов — живых скоплений нервных клеток, выращенных в лаборатории.

Облако атомов, охлаждённое почти до абсолютного нуля, внезапно начинает вести себя как мозг. Один возбуждённый атом запускает цепную реакцию — соседи «загораются» следом, и по газу бежит лавина активности. Физики называют это ридберговским облегчением: атомы легче возбуждаются, если рядом уже есть возбуждённый.

Мозг в медитации можно представить как оркестр, где внимание — дирижёр. Когда вы сосредоточены на дыхании, все «инструменты» играют слаженно. Но вот мысль-виолончель берёт фальшивую ноту — это естественное блуждание ума. Опытный дирижёр не паникует: он мгновенно улавливает диссонанс и мягко возвращает оркестр к главной мелодии — дыханию. Учёные построили компьютерную модель этого процесса.

Мозг обладает собственной системой выведения отходов: по узким периваскулярным каналам, окружающим артерии, течёт спинномозговая жидкость – ликвор. Стенки этих каналов мягкие, податливые и ритмично колеблются в такт пульсовой волне, а окружающая мозговая ткань пориста, словно губка.

Современный стандартный подход к обучению искусственного интеллекта можно сравнить с ребёнком, запертым в библиотеке: он запоминает миллионы книг, но не знает, что огонь обжигает, а падение приносит боль.

Нейроморфные чипы функционируют по принципам, отличным от классических компьютеров, построенных по архитектуре фон Неймана с раздельными блоками памяти и процессора.

Исследователи отобрали 16 повседневных действий — от мытья посуды до приседаний — и разложили движения на элементарные составляющие, подобно тому, как спектроскоп разделяет свет на спектр частот. Они сравнили три подхода к анализу и обнаружили неожиданный ключ к распознаванию: для идентификации действия достаточно усреднённого стоп-кадра, то есть статичной позы.

Электронный микроскоп — гигантский орган: вместо труб — электромагнитные линзы, вместо воздуха — поток ускоренных электронов. Раньше он лишь рисовал немые фрески атомного мира, обрекая учёных на изнурительную расшифровку.

Внутри каждого из нас тикают невидимые часы. Они управляют выбросом кортизола — гормона, который помогает просыпаться по утрам, справляться с тревогой и держать иммунитет в тонусе. При надпочечниковой недостаточности эти часы ломаются: организм не может сам производить нужное количество кортизола.

В большом оркестре мироздания у каждого инструмента свой ритм. Электроны в атоме совершают квантовые скачки за фемтосекунды, нейроны в мозгу обмениваются сигналами миллисекундами, а человеку, чтобы осознать «сейчас», нужны десятые доли секунды. Физики давно ищут дирижёра, который сводит эти разномасштабные партии в единую мелодию направленного времени.

Исследуя далёкие экзопланеты — планеты за пределами Солнечной системы, учёные ищут биосигнатуры — следы жизни, такие как вода и углеродсодержащие соединения, — а также техносигнатуры: радиосигналы или гигантские инженерные сооружения вроде сфер Дайсона.

Мозг не учит каждую задачу с нуля — он переносит опыт с одного дела на другое. Но как узнать, какие задачи действительно родственны? Нейробиологи придумали остроумный ход: дать искусственной сети «подсмотреть» активность мозга во время одной задачи и попробовать предсказать активность во время другой. Если получается хорошо — значит, задачи близки.

Живой организм — это машина, которая постоянно пропускает через себя энергию и превращает её в тепло. Такой внутренний круговорот называют внутренним производством энтропии (мерой рассеяния энергии). Но примерно 2,5 миллиона лет назад наши предки запустили второй контур — внешний. Они взяли в руки заострённый камень, а потом и горящую ветку.

Нейрон похож на электрическую цепь с батарейками и переменными резисторами. Роль резисторов играют ионные каналы — белковые поры в мембране, которые открываются и закрываются, пропуская заряженные частицы. От того, как быстро и при каком напряжении срабатывают эти поры, зависит, родится ли нервный импульс.

В 1990-х годах философ Джон Сёрл придумал мысленный эксперимент: человек сидит в комнате и, не зная китайского, по инструкциям выдаёт правильные ответы на китайском. Со стороны кажется, что он понимает язык, но внутри — лишь механическое следование правилам.

Когда дирижёр покидает оркестр, музыканты ещё какое-то время играют по памяти. Но без единого ритма каждый начинает ускоряться или замедляться сам по себе, и слаженная симфония превращается в разрозненный шум. Примерно так же, судя по новой работе, ведут себя мозг и сердце в последние часы жизни человека.

Большой симфонический оркестр играет, но каждая группа инструментов ведёт свою партию, не слыша остальных. Скрипки выводят мелодию сердца, виолончели — ритм печени, а духовые — пульс мозга. Звучит разрозненно, хотя по отдельности партии безупречны.

Кассир в супермаркете в час пик не запоминает каждую пробитую покупку — он держит в голове общую сумму и следит за очередью. Примерно так же мозг распределяет свои силы: дорогая и точная кора (то, что отвечает за обдумывание) и более простые, экономные подкорковые ядра (где живут привычки) работают в паре.

Каждое утро вы берёте в руки одну и ту же кружку, но кофе кажется то горьким, то в самый раз. Дело не в кофе — и не в вашем характере. Внутри нас постоянно сдвигается невидимый пульт с десятками ползунков: усталость, голод, тревога, уровень гормонов. В разное время дня они стоят в разных положениях, и один и тот же сигнал из внешнего мира даёт на выходе совсем другой результат.