10 способов создания новых нейронных связей
Интересное
Mar 13, 2021
Читать
6
мин.
Е
сли у вас проблемы с перееданием, курением и прочими отравляющими жизнь вещами, вы можете избавиться от них, тренируя мозг.
Когда вы поймете, как ваш мозг создает новые нейронные связи, вы начнете по-настоящему понимать, как избавляться от нежелательных привычек.
Нейронные связи – это своего рода автобаны мозга, значительно облегчающие для его нейронов передачу той или иной информации. При этом, чем чаще информация проходит по нейронной цепи, тем крепче она становится.
Так, вы можете поймать себя на том, что чем чаще вы курите, тем больше соблазна потянуться за сигаретой в сложной ситуации, или что в кафе вы заказываете привычный гамбургер, даже если в меню множество новых блюд, способных подарить новые ощущения. Именно так мы создаем привычки, но не все они оказываются тем, что нам бы хотелось сохранить.
Однако не все потеряно – после того, как привычка создается в нашем мозгу, она вовсе не обязательно остается там навечно.
Мозг постоянно меняется, и он всегда способен на создание новых нейронных связей, и, соответственно, новых привычек. Эта его способность даже получила название – нейропластичность.
Благодаря нейропластичности, способности мозга изменяться, подстраиваясь ко внешним условиям и нашим потребностям, мы можем добиться чего угодно. Подумайте вот о чем – нейропластичность настолько сильна и универсальна, что она позволяет восстановить практически полноценную деятельность мозга даже людям, перенесшим обширный инсульт – просто благодаря созданию новых нейронных связей и перенаправлению импульсов в нервной системе.
Если у вас проблемы с курением, алкоголем или перееданием, вы тоже можете избавиться от старых привычек и обзавестись новыми – и таким образом радикально изменить свою жизнь.
И в этом вам помогут собранные в этой статье 10 принципов, способных ускорить создание новых нейронных связей. Неважно, помогаете ли вы кому-то избавиться от вредных привычек, работаете ли над своими, или и то, и другое – в любом случае вы сможете использовать понимание этих принципов для того, чтобы гарантировать свой успех.
Вот эти принципы:
1. Определите привычку, от которой хотите избавиться, и обозначьте свое намерение.
Возможно, вы помните шутку одного известного комика о том, что «лампочка должна хотеть перемен, чтобы ее заменили». То же самое относится и к вам. Вы должны хотеть измениться, должны желать этого всем сердцем.
И если у вас будет это желание, то вы непременно добьетесь того, что вам нужно – создания в вашем мозгу новых нейронных связей.
2. Понаблюдайте над тем, как нежелательная привычка влияет на вашу жизнь.
Вглядитесь в ваши чувства, мысли, в то, как тело реагирует на эту привычку, и самое главное – к чему она приводит. Будьте свидетелем того, что происходит в вашей жизни, старайтесь замечать все – и хорошее, и плохое.
И если вы поймете, что эта старая привычка несет лишь негатив – что ж, это придаст дополнительную мотивацию для того, чтобы от нее избавиться.
3. Найдите новую цель.
Это очень важный совет. Для того, чтобы создать новые нейронные связи в мозге, вы должны переключиться со старой привычки на что-то новое – и тогда рано или поздно старая привычка исчезнет, сменившись чем-то новым.
К примеру, если у вас проблемы с перееданием, старайтесь как можно меньше обращать внимание на то, что привлекало раньше – на все эти пончики и торты. Вместо этого постарайтесь переключить внимание на здоровую еду, которая при всем этом может быть не менее вкусной, чем «мусорная».
Как успевать сделать больше за меньшее время: МЕТОД ПОМИДОРА
4114 5458 2111 2877
Анализ криптовалют, динамика цен, последние новости и многое другое
Обновление каждые 15 мин.
ПОДРОБНЕЕ
4. Воспользуйтесь воображением.
Вы можете выстроить в мозге новые нейронные связи несколькими способами. Вы можете это сделать не только с помощью новых поступков и нового поведения, но и с помощью воображения.
Просто «прокручивайте» в уме то поведение, которого вы хотите добиться – снова, снова, и снова. Это постоянное повторение не только мотивирует на воплощение своих мыслей в реальность, но и способствует созданию новых нейронных связей. Направьте ваши мысли на обретение новых привычек и избавление от старых, и тем самым перепрограммируйте ваш мозг.
5. Обрывайте нежелательные мысли и шаблоны поведения, как только они появятся.
Говорите себе «нет» или «хватит», когда в голове будет появляться старая мысль или желание вернуться к старому поведению. Если вам хочется сделать что-то, что не идет на пользу, твердо скажите себе «мне больше не нужно этого делать».
После этого перенаправьте внимание на ту новую нейронную связь, которую пытаетесь создать, и продолжайте двигаться в правильном направлении.
6. Используйте принцип отвращения.
Этот метод подходит далеко не всем. Он не заменяет остальные способы, а скорее дополняет их. Я часто называю его методом «червей на шоколадном торте».
Я раньше ела очень много конфет и прочих слабостей, но даже когда собрала всю волю в кулак и перестала их есть, мне все еще приходилось видеть их каждый день, ведь по пути на работу я каждый день проходила мимо кондитерского магазина. Мне так хотелось зайти туда хотя бы на секундочку, купить хотя бы небольшое пирожное… Хотя бы одно.
Как я поступила? Я попыталась вызвать к себе отвращение к тому, что я видела. «Это не еда, а мусор, – говорила я себе. – Все эти сладости делаются на огромных фабриках, они приторно-сладкие, и мне от них потом очень плохо. Компания-изготовитель битком набивает их сахаром и усилителями вкуса, чтобы подцепить на крючок как можно больше покупателей. Но меня они не поймают».
И у меня каждый раз получалось это сделать – я разворачивалась перед самой дверью магазина и уходила прочь. Хоть этот метод и подходит не для всех, я использовала его со многими клиентами (если они давали на это согласие), помогая им справиться с пристрастием к курению, «мусорной» еде, наркотикам и прочими разрушительными привычками.
7. Создайте конкретный план и четко определите для себя, что будете делать.
Когда вы решаете избавиться от пагубной привычки, определяетесь, чем ее замените и как это сделаете, вы тем самым облегчаете создание новых нейронных связей. Вы превращаете мысли из пустых мечтаний в официальный план, которому вам волей-неволей приходится следовать – если, конечно, вы уважаете себя.
Этот план может быть каким угодно. К примеру, вы можете твердо решить, что хотите похудеть, и для этого будете регулярно заниматься спортом, или, к примеру, что больше не будете есть конфеты и замените их фруктами.
Повторюсь, этот план может быть каким угодно – главное, один раз составив его, начать следовать ему от начала и до конца.
Кроме того, постарайтесь создать «якоря» и мотивирующие сообщения, способные укрепить сделанный выбор. Делая очередной шаг на пути к избранной цели, говорите себе что-то вроде «Я свободен», или, скажем, «Я держу все под контролем».
Нейробиолог Бахрах о тайнах подсознания и озарения: 15 впечатляющих рекомендаций
4114 5458 2111 2877
Аппаратный кошелек не подключенный к Интернету
Самая современная система безопасности
ПОДРОБНЕЕ
8. Превращайте препятствия в нечто иное.
Взгляните на то, что стоит на вашем пути, преграждая путь к цели. Взгляните на то, что вы получаете сейчас благодаря имеющимся привычкам или шаблонам поведения.
А теперь сравните все это с тем, что вам способно дать достижение цели. Взгляните на весь стресс в вашей жизни, и на то, какой она могла бы стать, если бы вы взяли себя в руки, и занялись делом.
Постарайтесь изменить свой взгляд на мир, переключив его с привычного на возможное. И вместо того, чтобы смотреть на препятствия, как на что-то, способное вас остановить, начните видеть их, как нечто, способное преподать вам жизненный урок и продвинуть вперед.
Овладейте своими эмоциями и мыслями и переместитесь с проселочной дороги, которой вы ехали ранее, на широкополосное шоссе вашего разума.
9. Подключитесь к высшему «я», чтобы обрести больше вдохновения и поддержки.
Вслушайтесь в голос собственной души. Поймите, что в вас скрыта великая сила, и вы вполне можете ею воспользоваться – если будете знать, как.
Медитация создает новые нейронные связи и меняет мозг в лучшую сторону. И это не только мое мнение – его придерживаются и многие исследователи, изучавшие эффект действия медитации на структуру мозга.
10. Измените себя и совершите переход.
Знайте, что вы всегда можете измениться, всегда можете создать в мозгу новые нейронные связи – если только будете готовы совершить переход. Когда вы переместите свой разум в пространство мышления, характеризующимся словами «Я смогу, я справлюсь», вам будет проще почувствовать, что вы покончили с тем, что вам больше не подходит, и переходите к чему-то новому и совершенно замечательному.
Не бойтесь неизведанного, если вас не устраивает привычное – и вы добьетесь успеха.
Опубликовано
Mar 13, 2021
в
категории
Интересное
Источник
4114 5458 2111 2877
Крупнейшая криптовалютная биржа в мире
Позволяет полностью контролировать активы, не покидая среду Binance
ПОДРОБНЕЕ
Подробнее
YouTube
Newsletter
как наш мозг создает нейронные связи и формирует привычки и интеллект — T&P
Гормоны влияют на механизмы образования эмоций и действие различных нейрохимических веществ, и, как следствие, участвуют в формировании устойчивых привычек.
Автор книги «Гормоны счастья» заслуженный профессор Калифорнийского университета Лоретта Грациано Бройнинг предлагает пересмотреть шаблоны нашего поведения и научиться запускать действие серотонина, дофамина, эндорфина и окситоцина. T&P публикуют главу из книги о том, как самонастраивается наш мозг, реагируя на опыт и формируя соответствующие нейронные связи.Лоретта Грациано Бройнинг
основатель Inner Mammal Institute, заслуженный профессор Калифорнийского университета, автор нескольких книг, ведет блог «Your Neurochemical Self» на сайте PsychologyToday.com
Перекладывая нейронные пути
«Гормоны счастья»
Каждый человек рождается с множеством нейронов, но очень небольшим количеством связей между ними. Эти связи строятся по мере взаимодействия с окружающим нас миром и в конечном счете и создают нас такими, какие мы есть. Но иногда у вас возникает желание несколько модифицировать эти сформировавшиеся связи. Казалось бы, это должно быть легко, потому что они сложились у нас без особых усилий с нашей стороны еще в молодости.
Однако формирование новых нейронных путей во взрослом возрасте оказывается неожиданно сложным делом. Старые связи настолько эффективны, что отказ от них создает у вас ощущение, что возникает угроза выживанию. Любые новые нервные цепочки являются весьма хрупкими по сравнению со старыми. Когда вы сможете понять, как трудно создаются в мозгу человека новые нейронные пути, вы будете радоваться своей настойчивости в этом направлении больше, чем ругать себя за медленный прогресс в их формировании.
Пять способов, с помощью которых самонастраивается ваш мозг
Мы, млекопитающие, способны в течение жизни создавать нейронные связи, в отличие от видов с устойчивыми связями. Эти связи создаются по мере того, как окружающий нас мир воздействует на наши органы чувств, которые посылают соответствующие электрические импульсы в мозг. Эти импульсы прокладывают нейронные пути, по которым в будущем быстрее и легче побегут другие импульсы. Мозг каждого отдельного человека настроен на индивидуальный опыт.
Ниже приведены пять способов, с помощью которых опыт физически меняет ваш мозг.
Жизненный опыт изолирует молодые нейроны
Постоянно работающий нейрон с течением времени покрывается оболочкой из особого вещества, которое называется миелин. Это вещество значительно повышает эффективность нейрона как проводника электрических импульсов. Это можно сравнить с тем, что изолированные провода могут выдерживать значительно большую нагрузку, чем оголенные. Покрытые миелиновой оболочкой нейроны работают без затраты излишних усилий, что свойственно медленным, «открытым» нейронам. Нейроны с миелиновой оболочкой выглядят скорее белыми, чем серыми, поэтому мы разделяем наше мозговое вещество на «белое» и «серое».
В основном покрытие нейронов миелином завершается у ребенка к возрасту двух лет, по мере того как его тело научается двигаться, видеть и слышать. Когда рождается млекопитающее, в его мозгу должна сформироваться ментальная модель окружающего его мира, что предоставит ему возможности для выживания.
Поэтому выработка миелина у ребенка максимальна при рождении, а к семи годам она несколько снижается. К этому времени вам уже не надо учить заново истины, что огонь обжигает, а земное тяготение может заставить вас упасть.
С достижением периода полового созревания человека формирование миелина в его организме вновь активизируется. Это происходит из-за того, что млекопитающему предстоит осуществить новую настройку своего мозга на поиск наилучшего брачного партнера. Часто в период спаривания животные мигрируют в новые группы.
Поэтому им приходится привыкать к новым местам в поисках пищи, а также к новым соплеменникам. В поисках брачной пары люди также нередко вынуждены перемещаться в новые племена или кланы и постигать новые обычаи и культуру. Рост выработки миелина в период полового созревания как раз всему этому и способствует. Естественный отбор устроил мозг таким, что именно в этот период он меняет ментальную модель окружающего мира.
Все, что вы целенаправленно и постоянно делаете в годы своего «миелинового расцвета», создает мощные и разветвленные нейронные пути в вашем мозгу. Именно поэтому так часто гениальность человека проявляется именно в детстве. Именно поэтому маленькие горнолыжники так лихо пролетают мимо вас на горных спусках, которые вы не можете освоить, сколько ни стараетесь. Именно поэтому таким трудным становится изучение иностранных языков с окончанием юношеского возраста. Будучи уже взрослыми, вы можете запоминать иностранные слова, но чаще всего вы не можете быстро подбирать их для выражения своих мыслей.
Это происходит потому, что вербальная память концентрируется у вас в тонких, не покрытых миелином нейронах. Мощные миелинизированные нейронные связи заняты у вас высокой мыслительной деятельностью, поэтому новые электрические импульсы с трудом находят свободные нейроны. […]
Колебания активности организма в миелинизации нейронов могут помочь вам понять, почему у людей возникают те или иные проблемы в разные периоды жизни. […] Помните, что человеческий мозг не достигает своей зрелости автоматически. Поэтому часто говорят, что мозг у подростков еще не вполне сформировавшийся. Мозг «миелинирует» весь наш жизненный опыт. Так что если в жизни подростка будут иметь место эпизоды, когда он получает незаслуженное вознаграждение, то он накрепко запоминает, что награду можно получить и без усилий. Некоторые родители прощают подросткам плохое поведение, говоря, что «их мозг еще не полностью оформился». Именно поэтому очень важно целенаправленно контролировать тот жизненный опыт, который они впитывают.
Если позволить подростку избегать ответственности за свои действия, то можно сформировать у него разум, который будет ожидать возможности уклонения от такой ответственности и в дальнейшем. […]
Жизненный опыт повышает эффективность работы синапса
Синапс — это место контакта (небольшой промежуток) между двумя нейронами. Электрический импульс в нашем мозгу может передвигаться только при том условии, что он достигает конца нейрона с достаточной силой, чтобы «перепрыгнуть» через этот промежуток к следующему нейрону. Эти барьеры помогают нам фильтровать на самом деле важную входящую информацию от не имеющего значения так называемого «шума». Прохождение электрического импульса через синаптические промежутки — это очень сложный природный механизм. Его можно представить себе так, что на кончике одного нейрона скапливается целая флотилия лодок, которая транспортирует нейронную «искру» в специальные приемные доки, имеющиеся у рядом расположенного нейрона. С каждым разом лодки лучше справляются с транспортировкой.
Вот почему получаемый нами опыт увеличивает шансы передачи электрических сигналов между нейронами. В мозге человека имеется более 100 триллионов синаптических связей. И наш жизненный опыт играет важную роль, чтобы проводить по ним нервные импульсы так, чтобы это соответствовало интересам выживания.
На сознательном уровне вы не можете решать, какие именно синаптические связи вам следует развивать. Они формируются двумя основными способами:
1) Постепенно, путем многократного повторения.
2) Одномоментно, под воздействием сильных эмоций.
[…] Синаптические связи строятся на основе повторения или эмоций, пережитых вами в прошлом. Ваш разум существует за счет того, что ваши нейроны образовали связи, которые отражают удачный и неудачный опыт. Некоторые эпизоды из этого опыта были «закачаны» в ваш мозг благодаря «молекулам радости» или «молекулам стресса», другие были закреплены в нем благодаря постоянным повторениям. Когда модель окружающего мира соответствует той информации, которая содержится в ваших синаптических связях, электрические импульсы пробегают по ним легко, и вам кажется, что вы вполне в курсе происходящих вокруг вас событий.
Нейронные цепочки формируются только за счет активных нейронов
Те нейроны, которые активно не используются мозгом, начинают постепенно ослабевать уже у двухлетнего ребенка. Как ни странно, это способствует развитию его интеллекта. Сокращение числа активных нейронов позволяет малышу не скользить рассеянным взглядом по всему вокруг, что свойственно новорожденному, а опираться на нейронные пути, которые у него уже сформировались. Двухлетний малыш способен уже самостоятельно концентрироваться на том, что доставляло ему в прошлом приятные ощущения типа знакомого лица или бутылочки с его любимой едой. Он может остерегаться того, что в прошлом вызвало у него отрицательные эмоции, например драчливый товарищ по играм или закрытая дверь. Юный мозг полагается уже на свой небольшой жизненный опыт в том, что касается удовлетворения нужд и избегания потенциальных угроз.
Как бы ни строились нейронные связи в мозге, вы ощущаете их как «истину»
В возрасте от двух до семи лет процесс оптимизации мозга у ребенка продолжается.
Это заставляет его соотносить новый опыт со старым, вместо того чтобы накапливать новые переживания каким-то отдельным блоком. Тесно переплетенные нейронные связи и нервные пути составляют основу нашего интеллекта. Мы создаем их, разветвляя старые нейронные «стволы», вместо того чтобы создавать новые. Таким образом, к семи годам мы обычно четко видим то, что уже однажды видели, и слышим уже однажды услышанное.
Вы можете подумать, что это плохо. Однако подумайте над ценностью всего этого. Представьте себе, что вы солгали шестилетнему ребенку. Он верит вам, потому что его мозг жадно впитывает все, что ему предлагается. Теперь предположите, что вы обманули ребенка восьми лет. Он уже подвергает ваши слова сомнению, потому что сравнивает поступающую информацию с уже имеющейся у него, а не просто «проглатывает» новые сведения. В возрасте восьми лет ребенку уже труднее формировать новые нейронные связи, что толкает его на использование уже имеющихся. Опора на старые нейронные цепочки позволяет ему распознать ложь.
Это имело огромное значение с точки зрения выживания для того времени, когда родители умирали молодыми и детям с малых лет приходилось привыкать заботиться о себе. В юные годы мы формируем определенные нейронные связи, позволяя другим постепенно угасать. Некоторые из них исчезают, как ветер уносит осенние листья. Это помогает сделать мыслительный процесс человека более эффективным и целенаправленным. Конечно, с возрастом вы получаете все новые знания. Однако эта новая информация концентрируется в тех областях мозга, в которых уже существуют активные электрические пути. Например, если наши предки рождались в охотничьих племенах, то быстро набирали опыт охотника, а если в племенах землепашцев — сельскохозяйственный опыт. Таким образом мозг настраивался на выживание в том мире, в котором они реально существовали. […]
Между активно используемыми вами нейронами образуются новые синаптические связи
Каждый нейрон может иметь много синапсисов, потому что у него бывает много отростков или дендритов.
Новые отростки у нейронов образуются при его активной стимуляции электроимпульсами. По мере того как дендриты растут в направлении точек электрической активности, они могут приблизиться настолько, что электрический импульс от других нейронов может преодолеть расстояние между ними. Таким образом рождаются новые синаптические связи. Когда подобное происходит, на уровне сознания вы получаете связь между двумя идеями, например.
Свои синаптические связи вы ощущать не можете, но легко можете увидеть это в других. Человек, любящий собак, смотрит на весь окружающий мир через призму этой привязанности. Человек, увлеченный современными технологиями, все на свете связывает с ними. Любитель политики оценивает окружающую реальность политически, а религиозно убежденный человек — с позиций религии. Один человек видит мир позитивно, другой — негативно. Как бы ни строились нейронные связи в мозге, вы не ощущаете их как многочисленные отростки, похожие на щупальца осьминога. Вы ощущаете эти связи как «истину».
Рецепторы эмоций развиваются или атрофируются
Для того чтобы электрический импульс мог пересечь синаптическую щель, дендрит с одной стороны должен выбросить химические молекулы, которые улавливаются специальными рецепторами другого нейрона. Каждое из нейрохимических веществ, вырабатываемых нашим мозгом, имеет сложную структуру, которая воспринимается только одним специфическим рецептором. Она подходит к рецептору, как ключ к замку. Когда вас захлестывают эмоции, то вырабатывается больше нейрохимических веществ, чем может уловить и обработать рецептор. Вы чувствуете себя ошеломленным и дезориентированным до тех пор, пока ваш мозг не создаст больше рецепторов. Так вы адаптируетесь к тому, что «вокруг вас что-то происходит».
Когда рецептор нейрона продолжительное время неактивен, он исчезает, оставляя место для появления других рецепторов, которые могут вам понадобиться. Гибкость в природе означает, что рецепторы у нейронов должны либо использоваться, либо они могут потеряться.
«Гормоны радости» постоянно присутствуют в мозге, осуществляя поиск «своих» рецепторов. Именно так вы и «узнаете» причину своих позитивных ощущений. Нейрон «срабатывает», потому что подходящие молекулы гормонов открывают замок его рецептора. А затем на основе этого нейрона создается целая нейронная цепь, которая подсказывает вам, откуда ожидать радости в будущем.
Изображения: © iStock.
Как клетки мозга укрепляют правильные связи? | eLife Science Digests
Компьютерная модель показывает, как паттерны связей между нейронами влияют на формирование воспоминаний.
- 6 417 просмотров
- Открытый доступ
- Информация об авторских правах
Открыть аннотации (в настоящее время на этой странице 0 аннотаций).
Возбуждающие (+) и тормозные (-) синапсы играют решающую роль в обучении. Изображение предоставлено: Дорман и др. (CC BY 4.0)
Как мы формируем новые воспоминания? Человеческий мозг содержит почти 90 миллиардов нейронов, которые взаимодействуют друг с другом через соединения, называемые синапсами. Каждый нейрон имеет форму, немного напоминающую дерево, и покрыт ветвями, называемыми дендритами. Синапсы обычно образуются между концом одного нейрона и дендритом другого. Большинство ученых считают, что мозг формирует новые воспоминания, изменяя силу этих синапсов. Но остается ряд вопросов о том, как работает этот процесс.
Синапсы бывают двух типов: возбуждающие и тормозные. Когда возбуждающий синапс становится активным, ионы кальция поступают в дендрит принимающего нейрона. Затем ионы кальция запускают процессы внутри клетки, которые необходимы для изменения силы синапса и, таким образом, для формирования памяти. Но что происходит, когда активируется тормозной синапс? Как это влияет на память?
Кроме того, каждый нейрон образует синапсы с тысячами других, причем несколько синапсов находятся на одном дендрите.
Дорман и др. исследовал эти вопросы, разработав компьютерную модель нейрона. Тестирование модели показало, что не все синапсы, связанные с опытом, должны быть активны в одно и то же время, чтобы сформировать воспоминание. Более того, синапсы могут быть распределены по нескольким дендритам. Наконец, модель показала, что тормозные синапсы имеют решающее значение для предотвращения распространения ионов кальция внутри дендритных ветвей и проникновения в неактивные синапсы. Это гарантирует, что только синапсы, активные во время определенного опыта, станут сильнее.
Многие расстройства головного мозга, в том числе злоупотребление психоактивными веществами и зависимость, связаны с ошибками в процессах, лежащих в основе обучения и памяти.
Подпишитесь на оповещения по электронной почте
Уведомление о конфиденциальности
100 триллионов связей: новые усилия Исследование и картирование подробной архитектуры мозга
Одинокий нейрон сидит в чашке Петри и потрескивает от одиночества. Время от времени он спонтанно выпускает волну электрического тока, которая проходит по его длине. Если вы подадите импульсы электричества к одному концу клетки, нейрон может ответить дополнительными всплесками напряжения. Окуните нейрон в различные нейротрансмиттеры, и вы сможете изменить силу и синхронизацию его электрических волн.
То, как наш разум возникает из нашего скопления нейронов, остается глубоко загадкой. Это тот вопрос, на который нейронаука, несмотря на все ее триумфы, была плохо подготовлена, чтобы ответить. Некоторые нейробиологи посвящают свою карьеру изучению работы отдельных нейронов. Другие выбирают более высокий масштаб: они могут, например, посмотреть, как гиппокамп, кластер из миллионов нейронов, кодирует воспоминания. Другие могут взглянуть на мозг в еще более высоком масштабе, наблюдая за всеми областями, которые становятся активными, когда мы выполняем определенную задачу, например, читаем или чувствуем страх.
Тем не менее, некоторые нейробиологи считают, что пришло время принять вызов. Они утверждают, что мы никогда по-настоящему не поймем, как разум возникает из нашей нервной системы, если мы разобьем мозг на отдельные части. Смотреть только на части было бы все равно, что пытаться выяснить, как замерзает вода, изучая одну молекулу воды. «Лед» — бессмысленный термин в масштабе отдельных молекул. Оно возникает только в результате взаимодействия огромного количества молекул, которые коллективно замыкаются в кристаллы.
К счастью, нейробиологи могут черпать вдохновение у других исследователей, которые десятилетиями изучают сложность во многих ее формах — от фондовых рынков до компьютерных схем и взаимодействующих генов и белков в одной клетке.
Может показаться, что клетка и фондовый рынок не имеют много общего, но исследователи обнаружили некоторые общие черты в каждой сложной системе, которую они изучали. Они также разработали математические инструменты, которые можно использовать для анализа этих систем. Нейробиологи подбирают эти инструменты и начинают использовать их, чтобы понять сложность мозга. Это еще рано, но их результаты пока многообещающие. Ученые открывают правила, по которым миллиарды нейронов организуются в сети, которые, в свою очередь, функционируют вместе как единая когерентная сеть, которую мы называем мозгом. Ученые обнаружили, что организация этой сети имеет решающее значение для нашей способности понимать постоянно меняющийся мир. И некоторые из самых разрушительных психических расстройств, таких как шизофрения и слабоумие, могут быть отчасти результатом коллапса сетей мозга.
Нейроны образуют сети за счет удлинения аксонов, которые вступают в контакт с другими нейронами. Эти контакты позволяют сигналу, проходящему через одну нервную клетку, вызвать волну тока в других нейронах.
Создание игрушечного мозга
Как можно изучать нейронную сеть мозга? Какой эксперимент могли бы провести ученые, чтобы отследить миллиарды сетевых подключений? Один из ответов — создать миниатюрную модель мозга, которая продемонстрирует, что происходит, когда нейроны взаимодействуют по-разному. Олаф Спорнс из Университета Индианы и его коллеги сделали именно такую модель. Они создали 1600 смоделированных нейронов, которые расположили вокруг поверхности сферы. Затем они связали каждый нейрон с другими нейронами. В любой момент у каждого нейрона есть крошечный шанс спонтанно возбудиться. Как только нейрон срабатывает, у него есть небольшой шанс вызвать срабатывание других нейронов, связанных с ним.
Спорнс и его коллеги экспериментировали со связями между нейронами и наблюдали за работой своего игрушечного мозга. Сначала они связывали каждый нейрон только с его непосредственными соседями. С помощью этой сети мозг производил случайные небольшие вспышки активности. Когда нейрон спонтанно активировался, он создавал волну электричества, которая не могла распространяться далеко. Затем Спорнс и его команда соединили каждый нейрон с каждым другим нейроном во всем мозге, что привело к совершенно другому паттерну. Весь мозг начал включаться и выключаться регулярными импульсами.
Наконец, ученые дали мозгу промежуточную сеть, создающую как локальные, так и дальние связи между нейронами. Теперь мозг стал сложным. Когда нейроны начали возбуждаться, они породили большие светящиеся пятна активности, которые завихрились по всему мозгу. Некоторые патчи столкнулись друг с другом. Некоторые путешествовали по мозгу кругами.
Игрушечный мозг Спорнса предлагает важный урок о том, как возникает сложность.
Сама архитектура сети формирует модель ее деятельности. Спорнс и другие исследователи извлекают уроки из моделей мозга и ищут похожие паттерны в реальных образцах в наших головах. К сожалению, ученые не могут отслеживать каждый нейрон в реальном мозгу. Таким образом, они используют умные методы для записи активности относительно небольшого числа нейронов и делают важные выводы из своих результатов.
Мозги в тарелке
Дитмар Пленц, нейробиолог из Национального института психического здоровья, и его коллеги исследовали архитектуру мозга, выращивая в чашках Петри кусочки мозговой ткани размером с семена кунжута. Они втыкают в ткань 64 электрода, чтобы подслушивать спонтанную активацию нейронов. Их электроды обнаруживают быстрое стаккато активности, известное как нейронные лавины.
Сначала кажется, что нейроны просто потрескивают от случайного шума. Если бы это было правдой, то каждая нейронная лавина с одинаковой вероятностью была бы крошечной или обширной.
Однако это не то, что обнаружили Пленц и его коллеги. Чаще всего сходили небольшие лавины; большие лавины случались редко; даже более крупные лавины случались еще реже. На графике шансы каждого размера образуют плавную нисходящую кривую.
Ученые уже видели такую кривую. Сердцебиение, например, не все одинаковы. Большинство из них немного длиннее или короче среднего. Меньшее количество ударов намного длиннее или короче, а гораздо меньшее количество еще дальше от среднего. Землетрясения следуют той же схеме. Сдвигающиеся континентальные плиты вызывают множество мелких землетрясений и несколько крупных. Во время эпидемий каждый день обычно может приносить несколько случаев, а время от времени возникает всплеск новых случаев. И если вы нанесете на график частоту сердечных сокращений, землетрясений или количество новых случаев, они образуют экспоненциально падающую кривую.
Эта кривая, известная как степенной закон, является отличительной чертой сложной сети, которая охватывает как короткие, так и дальние связи.
Сотрясение в одном месте на земле может в некоторых случаях распространяться только на ограниченную территорию. В редких случаях движение может распространяться на гораздо более широкую область. Нейроны работают точно так же. Иногда они возбуждают только своих непосредственных соседей, но иногда могут вызвать широкую волну активности.
Форма степенной кривой может дать ученым ключ к разгадке сети, которая ее создала. Пленц и его коллеги проверили ряд возможных сетей нейронов, чтобы увидеть, какие из них будут производить нейронные лавины так же, как это делают настоящие нейроны. Наиболее точно они подошли к сети из 60 кластеров нейронов. Кластеры были связаны, в среднем, с 10 другими. Эти ссылки не были разбросаны случайным образом по кластерам. У некоторых кластеров было много соединений, хотя у многих было всего несколько. В результате количество ссылок из одного кластера в любой другой было очень небольшим. Ученые называют такое устройство сетью маленького мира.
Оказывается, такая сеть может сделать наш мозг очень чувствительным к входящим сигналам, примерно так же, как мощный микрофон может усиливать широкий спектр звуков.
Пленц и его команда применяли электрические разряды разной силы и измеряли реакцию нейронов. Они обнаружили, что слабые удары вызывают реакцию ограниченного числа нейронов. Сильные толчки вызывали сильную реакцию более широкого круга клеток.
Чтобы увидеть, как структура сети влияет на этот ответ, Пленц и его коллеги добавили к нейронам лекарство, ослабляющее связи между нейронами. Теперь клетки не реагировали на слабые сигналы. Ученые получили другой результат, когда вводили препарат, повышающий вероятность возбуждения нейронов в ответ на сигналы от их соседей. Теперь нейроны интенсивно реагировали на слабые сигналы — настолько интенсивно, что их реакция на слабые сигналы ничем не отличалась от реакции на сильные. Эти эксперименты показали, насколько точно могут быть настроены нейронные сети и как эта тонкая настройка позволяет им точно передавать сигналы. Если бы нейроны были организованы в другую сеть, они вместо этого давали бы бессмысленные, бессвязные ответы.
Нейробиологи в конечном счете хотят знать, как активность в лабораторной посуде связана с повседневными умственными процессами.
Осматривая весь мозг, экспериментаторы обнаруживают паттерны спонтанной активности, которые отражают те, которые Пленц находит в своих маленьких кусочках мозговой ткани. Маркус Э. Райхл из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и его сотрудники обнаружили, что волны электричества могут проходить через весь мозг по сложной схеме, когда мы просто отдыхаем, не думая ни о чем конкретном. Недавние эксперименты показывают, что эта спонтанная активность может играть жизненно важную роль в нашей психической жизни. Это может позволить отдыхающему уму размышлять о своей внутренней работе, пересматривать воспоминания и строить планы на будущее.
Нейронные картографы
Чтобы понять, как ведут себя эти волны, нейробиологи пытаются составить карту связей между нейронами по всему мозгу. Учитывая, как трудно ученым, таким как Пленц, выяснить, что происходит в небольшом кусочке ткани, это непростая задача. Sporns руководил одним из самых амбициозных картографических проектов.
Совместно с Патриком Хагманном из Лозаннского университета в Швейцарии и его группой нейровизуализации он проанализировал данные, полученные из мозга пяти добровольцев, используя метод, известный как визуализация диффузионного спектра или DSI. DSI легко захватывает изображения аксонов, покрытых тонким слоем жира, длинных волокон, соединяющих различные области коры, известные как белое вещество. Ученые выбрали почти 1000 областей коры и нанесли на карту связи белого вещества от каждой из них к другим.
Затем ученые создали смоделированную версию этих 1000 областей и экспериментировали с ней, чтобы увидеть, какие узоры она создаст. Каждая область генерировала сигналы, которые могли передаваться в связанные области, в результате чего нейроны там также посылали аналогичные сигналы. Когда ученые включили этот виртуальный мозг, он начал производить медленно меняющиеся волны активности. Примечательно, что эти волны напоминают настоящие волны, которые Рейхл и другие видели в покоящемся мозге.
Сеть, которую Спорнс и его коллеги нанесли на карту мозга, организована очень похоже на меньшую сеть, которую Пленц нашел в своих маленьких кусочках ткани — это сеть маленького мира с несколькими хорошо связанными узлами. Эта крупномасштабная архитектура может помочь нашему мозгу экономить ресурсы и работать быстрее. Нам требуется много ресурсов для роста и поддержания белого вещества. С несколькими хорошо подключенными узлами нашему мозгу требуется гораздо меньше белого вещества, чем с другими видами сетей. А поскольку для перехода от одной части мозга к другой требуется несколько связей, информация обрабатывается быстрее.
В ближайшие годы нейробиологи смогут составить гораздо более точные карты сетей мозга благодаря проекту стоимостью 30 миллионов долларов, запущенному в прошлом году NIH. Известный как Human Connectome Project, он исследует каждую связь между нейронами во взрослом мозге. Но даже эта карта сама по себе не отражает всей сложности мозга. Это связано с тем, что нейроны используют только подмножество соединений мозга для связи с другими нейронами.
От момента к моменту эта сеть может менять форму, поскольку нейроны переключаются с одних связей на другие. Создание моделей мозга, способных охватить эти динамические сети, потребует всех приемов, которые может предложить теория сложности.
Нейрон Уолл-Стрит
Два математика из Дартмутского колледжа, Дэниел Н. Рокмор и Скотт Д. Полс, пытаются проанализировать эту сложность, рассматривая мозг как фондовый рынок. И мозг, и фондовый рынок состоят из множества мелких единиц — трейдеров, нейронов, — которые организованы в крупномасштабную сеть. Трейдеры могут влиять друг на друга в том, как они покупают и продают, и это влияние может воздействовать на всю сеть, заставляя фондовый рынок расти или падать. В свою очередь вся сеть может влиять на нижние уровни. Например, когда фондовый рынок начинает расти, отдельные трейдеры могут захотеть подскочить на ралли, толкая рынок еще выше.
Рокмор, Полс и их коллеги разработали набор математических инструментов для раскрытия структуры сети, лежащей в основе Нью-Йоркской фондовой биржи.
Они загрузили ежедневные цены закрытия 2547 акций за 1251 день и искали сходство в изменении цен различных акций — например, тенденцию к росту и падению примерно в одно и то же время.
Этот поиск выявил 49 кластеров акций. Когда ученые вернулись к своей финансовой информации, они обнаружили, что кластеры в основном соответствуют либо определенным секторам экономики, таким как программное обеспечение или рестораны, либо определенным местам, таким как Латинская Америка или Индия.
То, что они нашли эти категории, просто проанализировав данные, дало ученым некоторую уверенность в своих методах. В конце концов, логично, что акции компаний, предоставляющих доступ в Интернет, имеют тенденцию расти и падать в тандеме. Опасный интернет-червь может создать проблемы для всей группы.
Рокмор и Полс также обнаружили, что эти 49 скоплений на самом деле были организованы в семь сверхскоплений. Во многих случаях эти сверхкластеры соответствовали отраслям, которые зависят друг от друга.
Бизнес торговых центров и строительный бизнес идут рука об руку. Два исследователя обнаружили, что эти сверхскопления были связаны гигантской петлей. Эта петля, вероятно, была результатом обычной практики инвестиционных менеджеров, называемой ротацией секторов. В течение нескольких лет эти менеджеры перемещают свои деньги из одной части экономики в другую.
Теперь Рокмор и Полс используют одни и те же математические методы для построения модели мозга. Вместо того, чтобы финансовая информация перемещалась из одной части рынка в другую, теперь они рассматривают информацию, перемещающуюся из одной области мозга в другую. И точно так же, как финансовые рынки имеют изменчивые сети, мозг может реорганизовать свою сеть от одного момента к другому.
Чтобы проверить свою модель, Рокмор и Полс недавно проанализировали функциональные МРТ-изображения покоящегося мозга субъекта, которые Райхл и его коллеги записали. Они отметили возрастающую и падающую активность в каждом вокселе, кусочке мозга размером с перчинку, который настолько мал, насколько может измерить фМРТ.
Затем они искали близкие отношения в паттернах. Так же, как эти двое нашли кластеры акций на фондовом рынке, теперь они обнаружили, что воксели могут быть сгруппированы в 23 кластера. А эти кластеры, в свою очередь, принадлежали четырем более крупным кластерам. Примечательно, что эти четыре более крупных кластера представляют собой неврологическую версию секторной цикличности, обнаруженную Рокмором и Полсом на фондовом рынке. Они соединены вместе в петлю, и волны активности проносятся через них в цикле.
Теперь, когда Рокмор и Полс могут реконструировать сеть в покоящемся мозге, они обращают внимание на мыслящий мозг. Чтобы понять, как мозг меняет свою организацию, они анализируют данные фМРТ людей, которым показывают ряд объектов. Если их модель сработает, Рокмор и Полс смогут предсказать, какие результаты получит нейробиолог, просканировав человека, увидевшего определенный вид стимула, например, лицо старого друга. Такое достижение подтолкнет нейронауку к истинно предсказательной науке.
Подобные исследования еще очень долго не позволят ученым полностью понять сложность человеческого мозга. Червь-нематода C. elegans представляет собой поучительную историю. Более 20 лет назад исследователи закончили картирование каждой связи, соединяющей все 302 нейрона. Но исследователи до сих пор не знают, как эта простая сеть порождает работающую нервную систему.
Сетевая неврология
Ученым, возможно, не придется рисовать полную схему проводки мозга, прежде чем они смогут извлечь некоторые важные практические уроки. Ряд исследований предполагает, что некоторые мозговые расстройства не являются результатом неправильной работы какой-либо конкретной части мозга. Вместо этого сама сеть может выйти из строя. Спорнс и его коллеги задались вопросом, как может измениться идентифицированная ими сеть маленького мира, если они отключат разные узлы. Если они отключали область мозга, имеющую лишь несколько связей с соседями, сеть в целом продолжала вести себя так же, как и раньше.
Но если они закрывали один концентратор, характер активности во всей сети резко менялся. Это открытие может объяснить загадочную непредсказуемость повреждения головного мозга. Опухоль или инсульт иногда могут нанести сокрушительный вред, выбив крошечный участок нейронов. Но в других случаях они могут стереть большую часть неврологической недвижимости, не вызывая каких-либо заметных изменений в работе мозга.
Ряд заболеваний головного мозга также может оказаться сетевым расстройством. Эд Буллмор, нейробиолог из Кембриджского университета, и его коллеги исследуют возможную связь между сетями мозга и шизофренией. В недавнем исследовании ученые сделали фМРТ-сканирование 40 человек с шизофренией и 40 здоровых людей, лежащих спокойно с открытыми глазами. Затем Буллмор и его команда нанесли на карту сеть областей, все еще активных в их покоящемся мозгу. Ученые обнаружили, что некоторые области этой сети в состоянии покоя были более синхронизированы в мозге шизофреников, чем в нормальном мозге.