Ученые обещают в скором времени создать компьютерную модель мозга человека

Ученые в скором времени смогут создать полную компьютерную модель головного мозга. Исследователи из Великобритании научились «переводить» на язык математики данные не только о соединениях нервных клеток, но и об их функциях.

Специалисты из Университетского колледжа Лондона уже на протяжении нескольких лет пытаются разгадать секреты «коннектомики»— новой области в науке, которая предназначена для того, чтобы построить математическую модель связей нервных клеток (синапсов). Такая синаптическая модель позволит ученым понять, каким образом в человеческом мозгу формируются восприятие, мысли, ощущения, и разобраться в причинах возникновения и точных механизмах болезни Альцгеймера, шизофрении и инсульта. Свое название «коннектомика» получила неспроста— по аналогии с геномикой, позволяющей описывать структуры генома.

Картирование связей мозга— задача не из простых. По некоторым оценкам, в головном мозге человека находится около ста миллиардов нервных клеток, причем каждая из них контактирует еще с несколькими тысячами.

«Как мы можем понять работу нервных клеток мозга? — задает сам себе вопрос руководитель исследования Том Мршич-Флогель (Tom Mrsic-Flogel).— Прежде всего нам необходимо разобраться в функции каждого нейрона и узнать, по какой схеме он „общается“ с другими нейронами. Если найти способ отображения сформированных контактов между нейронами, отвечающими за определенную функцию, то можно приступить к разработке полноценной компьютерной модели, которая помогла бы объяснить нам, как нейронные сети формируют мысли, отвечают за движения и т.д.».

Нервные клетки, в зависимости от расположения в головном мозге, выполняют разные функции. Одни отвечают за восприятие слуховой информации, другие— следят за координацией движений, третьи— регулируют дыхание и сердечные ритмы. Британские ученые в своей работе сосредоточились на тех нервных клетках, которые ответственны за восприятие зрительной информации. Интересно, что даже в пределах одной функции нейроны все равно различаются по своим «обязанностям».

Например, некоторые зрительные нейроны «специализируются» на обнаружении краев изображения, другие реагируют на появление горизонтальных краев, третьи— вертикальных, а совсем развитые их «сородичи» отвечают за целостное восприятие лиц— то есть гораздо более сложных образов.
От мышей к людям

В ходе исследования, результаты которого были опубликованы в начале апреля в журнале Nature, ученые из Великобритании провели серию экспериментов на мышах. Ученые изучали зрительную зону грызунов и смотрели, на какие внешние зрительные раздражители реагируют нервные клетки. То есть какой нейрон среагировал на край изображения, а какой— на появление более сложных картинок.

После визуальных тестов исследователи решили разобраться в том, какие синаптические связи формируют обнаруженные нейроны. Для этого они прикладывали небольшие разряды тока к определенным зонам коры головного мозга грызунов.

В результате всех опытов исследователи смогли ответить на вопрос о том, возникают ли связи между нервными клетками спорадически, независимо от выполняемой функции, или же они строго организованы и формируются в ответ на определенные стимулы. Британцы показали, что нервные клетки, которые отвечают на внешние зрительные раздражители, соединяются друг с другом гораздо чаще тех, которые реагируют на другие воздействия.
Загадочный орган

Используя разработанную в ходе исследований технику, ученые надеются создать схемы областей коры больших полушарий, которые отвечают за определенную поведенческую функцию. По их мнению, это поможет им лучше разобраться в механизмах формирования многих мозговых процессов.

«Мы начинаем распутывать клубок загадок, которые подарил нам наш мозг,— говорит Мршич-Флогель.— Как только мы сможем окончательно разобраться в механизмах возникновения соединений между нейронами и научимся полноценно картировать их функции, мы сможем построить компьютерную модель того, как работает наш мозг. Но на это потребуется не один год и довольно большие вычислительные мощности».

checheninfo.ru