Мозг: новая метафора или почему нейроны - не главное
Мигель Николелис, известный гуру нейроинтерфейсов, вместе с математиком написал книгу. Название с вызовом: “The Relativistic Brain: How it works and why it cannot be simulated by a Turing machine”. Объем небольшой, читается за день-два. Пишу не по свежему впечатлению - дело было в июне - но вот что помнится.
Это, во-первых, попытка описать работу мозга не так, как принято. Не через доктрину нейрона. И во-вторых, обосновать, почему мозг нельзя симулировать на компьютере. За обоснование отвечает, главным образом, математик. За работу мозга - Николелис. Кроме того, это атака на проект Human Brain Project, который оценен в 1.2 млрд. евро и который и без того вызвал скандалы в научных кругах.
Я здесь оставлю вопрос о машине Тьюринга, поскольку эти споры вечны и по большей части бесплодны. Доводы pro и contra давно высказаны, и книга - на мой взгляд - не прибавляет в копилку новых соображений. Когда лень спорить, тема попросту закрывается вопросом: как убедиться, что модель взаправду симулирует мозг?
Насчет живого мозга книга дает куда больше пищи. Николелис предложил нетривиальную идею. Но сперва он кратко останавливается на том, что мы знаем о нейронах после многих лет исследований, в том числе его собственных (подключение животных к компьютеру через вживленные в мозг электроды).
Теперь ясно, что один и тот же нейрон может участвовать в функционально разных клеточных ансамблях, причем одновременно. И обратно, одну и ту же задачу в разное время могут обеспечивать разные сочетания клеток. Есть подозрение, что комбинации вообще никогда в точности не повторяются. Далее, от внутреннего состояния мозга зависит то, как он ответит на стимул. Реакция определяется не столько характером воздействия, сколько контекстом ситуации, т.н. «внутренней точкой зрения» мозга.
Мозг непрерывно перестраивается, причем не только электрически, но и анатомически. Николелис сравнивает это с оркестром, где инструменты меняют свою форму под воздействием той музыки, что они вместе играют. Он подчеркивает, что этот аспект - brain dynamics - от милисекунд до часов и дней (пластичность) почти не представлен в теориях. Но мозг - крайне рекурсивная система, и это важно учитывать.
А главное, что полностью игнорируется в моделях - это электрические поля. Изучают и моделируют хождение импульсов между нейронами, а поля считают сопутствующим шумом. В лучшем случае их используют как ‘эхо’ нейронной активности при снятии ЭЭГ (как приток крови служит индикатором в фМРТ). Николелис утверждает: мозг - это аналого-цифровая машина, где цифровой компонент представлен спайками, а аналоговый - переплетением э/м полей.
[Нажмите для пояснения к картинке]
(A) Distributed groups of neurons produce electrical signals which are transmitted through a vast network of neural fibers, collectively known as the white matter. This defines the digital component. As these electrical signals flow through the white matter, it generates a complex manifold of neuronal electromagnetic field (NEMF), which defines the analog component. The NEMF then influences, by induction, the behavioral of the pools of neurons that gave rise to it. The same concept is showed in (B) using an electrical circuit equivalent, where groups of neurons work as batteries and a coil generates the NEMF that acts upon the original groups of neurons. In (C) a block diagram represents the dynamic and recursive nature by showing that once groups of neurons (digital component) generate an NEMF (analog component), the latter will influence the same group of neurons at a different time epoch, which defines a distinct internal brain state. The neurons, on their turn, generate a new NEMF, allowing the recursive process to continue.
И далее - гипотеза: поля образуют субстрат для ментального пространства (mental space). Они континуально связывают весь мозг, обеспечивая целостность восприятия. Здесь нет последовательного прохождения сигнала по цепочке - есть единое состояние; оно и порождает нелокальные феномены вроде ощущения «Я». В русле этой логики некоторые виды психических переживаний (сны, иллюзии, галлюцинации и т.п.), а также нервные расстройства представимы как искривления ментального пространства. Авторы отмечают, что геометрия ‘mental space’ скорее риманова, нежели эвклидова.
В отдельном разделе они пишут, что мысль про поля не нова, и ссылаются на предыдущие попытки с этой идеей работать. Ближе всего к ним Conscious Electromagnetic (CEMI) Field Theory (McFadden). Новое - это представление о пространственно-временном континууме как «внутренней точки зрения» мозга.
Всю книгу излагать не буду. Кому интересно, можно скачать здесь. Ценное в ней, на мой взгляд, это попытка включить в научное рассмотрение ‘аналоговый’ аспект работы мозга (помимо диффузии). Это неизбежно придется делать, поскольку целостность психических процессов все никак не поддается редукции к возбуждению отдельных нейронов. Авторы настаивают, что мозг надо рассматривать как интегрированную систему, которая обрабатывает информацию как единое целое, где нет разделения на "софт" и "хард", на "память" и "процессинг". Стоит добавить, что:
1. Поля реально могут влиять на активность нейронов.
2. От доктрины нейрона уже начали отказываться (теперь функциональный элемент нервной системы - сеть).
Upd. The Journal of Neuroscience: передача импульса в мозге может идти за счет слабых электрических полей [...]
Это, во-первых, попытка описать работу мозга не так, как принято. Не через доктрину нейрона. И во-вторых, обосновать, почему мозг нельзя симулировать на компьютере. За обоснование отвечает, главным образом, математик. За работу мозга - Николелис. Кроме того, это атака на проект Human Brain Project, который оценен в 1.2 млрд. евро и который и без того вызвал скандалы в научных кругах.
Я здесь оставлю вопрос о машине Тьюринга, поскольку эти споры вечны и по большей части бесплодны. Доводы pro и contra давно высказаны, и книга - на мой взгляд - не прибавляет в копилку новых соображений. Когда лень спорить, тема попросту закрывается вопросом: как убедиться, что модель взаправду симулирует мозг?
Насчет живого мозга книга дает куда больше пищи. Николелис предложил нетривиальную идею. Но сперва он кратко останавливается на том, что мы знаем о нейронах после многих лет исследований, в том числе его собственных (подключение животных к компьютеру через вживленные в мозг электроды).
Теперь ясно, что один и тот же нейрон может участвовать в функционально разных клеточных ансамблях, причем одновременно. И обратно, одну и ту же задачу в разное время могут обеспечивать разные сочетания клеток. Есть подозрение, что комбинации вообще никогда в точности не повторяются. Далее, от внутреннего состояния мозга зависит то, как он ответит на стимул. Реакция определяется не столько характером воздействия, сколько контекстом ситуации, т.н. «внутренней точкой зрения» мозга.
Мозг непрерывно перестраивается, причем не только электрически, но и анатомически. Николелис сравнивает это с оркестром, где инструменты меняют свою форму под воздействием той музыки, что они вместе играют. Он подчеркивает, что этот аспект - brain dynamics - от милисекунд до часов и дней (пластичность) почти не представлен в теориях. Но мозг - крайне рекурсивная система, и это важно учитывать.
А главное, что полностью игнорируется в моделях - это электрические поля. Изучают и моделируют хождение импульсов между нейронами, а поля считают сопутствующим шумом. В лучшем случае их используют как ‘эхо’ нейронной активности при снятии ЭЭГ (как приток крови служит индикатором в фМРТ). Николелис утверждает: мозг - это аналого-цифровая машина, где цифровой компонент представлен спайками, а аналоговый - переплетением э/м полей.
[Нажмите для пояснения к картинке]
(A) Distributed groups of neurons produce electrical signals which are transmitted through a vast network of neural fibers, collectively known as the white matter. This defines the digital component. As these electrical signals flow through the white matter, it generates a complex manifold of neuronal electromagnetic field (NEMF), which defines the analog component. The NEMF then influences, by induction, the behavioral of the pools of neurons that gave rise to it. The same concept is showed in (B) using an electrical circuit equivalent, where groups of neurons work as batteries and a coil generates the NEMF that acts upon the original groups of neurons. In (C) a block diagram represents the dynamic and recursive nature by showing that once groups of neurons (digital component) generate an NEMF (analog component), the latter will influence the same group of neurons at a different time epoch, which defines a distinct internal brain state. The neurons, on their turn, generate a new NEMF, allowing the recursive process to continue.
И далее - гипотеза: поля образуют субстрат для ментального пространства (mental space). Они континуально связывают весь мозг, обеспечивая целостность восприятия. Здесь нет последовательного прохождения сигнала по цепочке - есть единое состояние; оно и порождает нелокальные феномены вроде ощущения «Я». В русле этой логики некоторые виды психических переживаний (сны, иллюзии, галлюцинации и т.п.), а также нервные расстройства представимы как искривления ментального пространства. Авторы отмечают, что геометрия ‘mental space’ скорее риманова, нежели эвклидова.
В отдельном разделе они пишут, что мысль про поля не нова, и ссылаются на предыдущие попытки с этой идеей работать. Ближе всего к ним Conscious Electromagnetic (CEMI) Field Theory (McFadden). Новое - это представление о пространственно-временном континууме как «внутренней точки зрения» мозга.
Всю книгу излагать не буду. Кому интересно, можно скачать здесь. Ценное в ней, на мой взгляд, это попытка включить в научное рассмотрение ‘аналоговый’ аспект работы мозга (помимо диффузии). Это неизбежно придется делать, поскольку целостность психических процессов все никак не поддается редукции к возбуждению отдельных нейронов. Авторы настаивают, что мозг надо рассматривать как интегрированную систему, которая обрабатывает информацию как единое целое, где нет разделения на "софт" и "хард", на "память" и "процессинг". Стоит добавить, что:
1. Поля реально могут влиять на активность нейронов.
2. От доктрины нейрона уже начали отказываться (теперь функциональный элемент нервной системы - сеть).
Click to viewUpd. The Journal of Neuroscience: передача импульса в мозге может идти за счет слабых электрических полей [...]