Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Нейробиология

Мозг строит странные структуры в 11 измерениях

21.06.2020 14:14:12 | Автор: admin

Работа мозга величайшая загадка науки

Мозг продолжает удивлять нас своей великолепной сложностью. Новаторские исследования, сочетающие нейробиологию с математикой, свидетельствуют о том, что когда мозг обрабатывает информацию, он создает нейронные структуры до 11 измерений. Под «измерениями» ученые подразумевают абстрактные математические пространства, а не другие физические области. Тем не менее, исследователи «нашли мир, который мы себе не представляли», сказал Big Think Генри Маркрам, директор проекта Blue Brain, автор нового открытия.

Мозг строит песчаные замки

Цель проекта Blue Brain, который базируется в Швейцарии, заключается в цифровом создании биологически детализированной симуляции человеческого мозга. Создавая цифровой мозг с «беспрецедентным» уровнем биологической информации, ученые стремятся продвинуть наше понимание невероятно сложного устройства человеческого мозга, в котором насчитывается порядка 86 миллиардов нейронов.

Чтобы получить более ясное представление о том, как работает такая огромная сеть для формирования наших мыслей и действий, ученые использовали суперкомпьютеры и особую отрасль математики. Команда основывала свои текущие исследования на цифровой модели неокортекса, которую закончила в 2015 году. Исследователи хотели выяснить, как реагирует этот цифровой неокортекс, используя математическую систему алгебраической топологии. Это позволило им определить, что наш мозг постоянно создает очень сложные многомерные геометрические фигуры и пространства, которые выглядят как «песчаные замки».

Неокортекс или новая кора это самый новый внешний отдел головного мозга или рациональный мозг. Отвечает за высшие когнитивные функции (речь, письмо, решение задач), а также управляет аналитическим и математическим мышлением.

Без использования алгебраической топологии раздела математики, описывающего системы с любым числом измерений, визуализация многомерной сети была бы невозможна. С помощью нового математического подхода исследователи смогли увидеть высокую степень организации в том, что раньше казалось «хаотическими» паттернами нейронов.

Алгебраическая топология подобна телескопу и микроскопу одновременно: она может увеличить масштаб сети, чтобы найти скрытые структуры деревья в лесу и увидеть пустые пространства поляны все в одно и то же время.

Автор исследования Кэтрин Хесс.

В ходе исследования ученые сначала провели тесты на созданной ими виртуальной мозговой ткани, а затем подтвердили результаты, проведя те же эксперименты на реальной мозговой ткани лабораторных крыс. При стимуляции каждый виртуальный нейрон соединяется с другим таким образом, что образуется определенный геометрический объект клика. Большое количество нейронов добавляло больше измерений, количество которых в некоторых случаях доходили до 11. Эти структуры должны были образоваться вокруг высокоразмерной дыры, которую исследователи назвали «полостью». После того, как мозг обработал информацию, клика и полость исчезли.

Слева: цифровая копия части неокортекса, наиболее развитой части мозга. Справа: фигуры различных размеров и геометрий, представляющие собой структуры в диапазоне от 1 измерения до 7 измерений и более. «Черная дыра» в середине символизирует комплекс многомерных пространств полости.

Чтобы всегда быть в курсе последних научных открытий в области биологии, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram!

Появление высокоразмерных полостей, когда мозг обрабатывает информацию, означает, что нейроны в сети реагируют на стимулы чрезвычайно организованным образом. Это похоже на то, как если бы мозг реагировал на стимул, строя а затем разрушая башню из многомерных блоков, начиная со стержней (1D), затем досок (2D), затем кубов (3D), а затем более сложных геометрий с 4D, 5D и т. д. Прогрессирующая активность мозга напоминает многомерный замок из песка, который материализуется из песка и затем распадается.

Это открытие позволяет ученым глубже понять «одну из фундаментальных тайн нейробиологии — связь между структурой мозга и тем, как он обрабатывает информацию», — уточнила Кэтрин Хесс в интервью журналу Newsweek.

Вам будет интересно: Тайны мозга: действительно ли перед смертью нас ждет эйфория?

Исследователи надеются использовать алгебраическую топографию для изучения роли «нейропластичности», которая представляет собой процесс укрепления и ослабления нейронных связей при стимуляции — ключевой компонент процесса обучения мозга. Они видят дальнейшее применение своих открытий в изучении человеческого интеллекта и формировании памяти. Работа опубликована в журнале Frontiers in Computational Neuroscience.

Подробнее..

Чипирование началось Neuralink проследила за мозговой активностью свиньи

29.08.2020 14:02:35 | Автор: admin

Илон Маск и робот-хирург для чипирования людей

Основатель компаний Tesla и SpaceX Илон Маск (Elon Musk) занимается не только разработками в сфере электрических автомобилей и аэрокосмической техники. В 2016 году он открыл компанию Neuralink, главная цель которой создание полноценного нейроинтерфейса, связывающего человеческий мозг с компьютером. Вот уже два года подряд он проводит презентации, в рамках которых рассказывает, каких успехов успели достичь специалисты компании. С момента проведения мероприятия в 2019 году, исследователи уменьшили размеры чипа и количество электродов, которые присоединяются к мозгу. А это значит, что устройство стало менее заметным и более безопасным для установки. Чтобы показать, как оно выглядит, насколько хорошо работает и в каких целях может использоваться, представители Neuralink подключили устройство к мозгу свиньи. Выбор пал именно на это животное, потому что оно очень похоже на человека и тоже любит поесть.

Нейроинтерфейс это технология, которая позволяет связать человеческий мозг и компьютер. При помощи мысленных команд, в будущем человек сможет управлять электронными устройствами, даже не касаясь их. К тому же, нейроинтерфейсы должны решить некоторые медицинские проблемы.

Устройство для чтения мыслей

Прямая трансляция с мероприятия велась на YouTube-канале Neuralink и до сих пор доступна для просмотра всем желающим. Впервые нейроинтерфейс Neuralink был продемонстрирован в 2019 году до того момента все работы были засекречены. На прошлогоднем мероприятии публике было показано устройство, состоящее из крепящегося к голове чипа и идущих от него в мозг 3072 микроэлектродов. Тогда и сейчас для установки нейроинтерфейса необходимо хирургическое вмешательство, но в идеале компания хочет внедрять технологию при помощи лазера. Уже сейчас подключением мозга к компьютеру занимается специальный робот-хирург, который был показан во время презентации.

В отличие от прошлогодней версии, обновленный Neuralink стал меньше. Размеры чипа составляют всего лишь 2,30,8 миллиметра. Отныне он не виден, потому что спрятан под кожу. От устройства к мозгу идут 1024 электрода, тогда как в прошлой версии их было 3072 штуки. Нити толщиной от 4 до 6 микрометров тоньше человеческих волос и необходимы для слежения за активностью различных отделов головного мозга. Считываемая ими информация идет к подкожному чипу, который управляется по беспроводной связи посредством BLE версии Bluetooth, которая потребляет минимум энергии. Радиус передачи данных достигает 10 метров. Для управления нейроинтерфейсом Neuralink компания хочет разработать мобильное приложение все-таки, смартфоны сейчас используются чаще компьютеров.

Нейроинтерфейс Neuralink. Большая часть устройства все-таки будет видна, а не спрятана под кожей

Как и вся другая электроника, устройство Neuralink требуется в зарядке. Для восполнения уровня заряда, к нему присоединяется магнитный кабель. Одного заряда хватает примерно на день работы, а восполнение происходит за ночь. К сожалению, компания не уточнила, сколько часов она подразумевает за ночью. А количество потребляемой энергии со временем может возрасти, ведь на данный момент устройство обладает минимумом возможностей. В дальнейшем набор поддерживаемых ею функций может заметно увеличиться и они будут требовать довольно много энергии.

Зарядка Neuralink

Зачем нужен Neuralink Илона Маска?

Илон Маск объявил, что на данный момент компания сконцентрирована на решении медицинских проблем. В прошлом году он сообщал, что технология предназначена для лечения людей с полным параличом. Сейчас же компания хочет использовать устройство для изучения активности мозга при депрессии, травмах головного мозга и других заболеваниях. Собранные данные могут быть использованы для разработки новых методов лечения заболеваний. А в 2019 году, в подкасте искусственный интеллект с Лексом Фридманом, основатель Neuralink говорил о возможности лечения таких проблемных болезней, как аутизм, потеря памяти и шизофрения. Только вот после этих слов на Илона Маска навалилась критика со стороны Национального аутистического общества Великобритании (NAS). Его представители отметили, что аутизм не является болезнью и его нельзя вылечить. Подробнее об этой ситуации можно почитать в этом материале.

Робот-хирург Neuralink

В далеком будущем технология Neuralink может позволить людям использовать мозг для непосредственного управления электронными устройствами. Илон Маск сообщал, что после внедрения нейроинтерфейса, люди смогут писать сообщения и листать ленты новостей в социальных сетях даже не дотрагиваясь до смартфона и компьютера. Судя по всему, такие возможности нейроинтерфейс пока предоставить не может. Но то, что компания показала на примере свиньи, тоже впечатляет.

Операция по внедрению Neuralink в мозг

Эксперименты на свиньях

В рамках презентации публике была показана свинья с устройством Neuralink, который был вживлен за два месяца до мероприятия. То, как подключенные к мозгу электроды считывают активность свиного мозга, можно было наблюдать в режиме реального времени, в ходе прямой трансляции. Для вживления устройство был использован робот-хирург, только как он работает, Илон Маск не рассказал. Больше всего интересно то, что как он проводит операцию автоматически, или управляется человеком? Также хотелось бы узнать, к каким областям мозга подключаются электроды. Ранее сообщалось, что они крепятся к областям, ответственным за движения и ощущение внешних раздражителей.

Так выглядит мозговая активность свиньи

Также во время презентации была показана свинья, в мозг которой тоже были вживлены электроды. Их сняли незадолго до мероприятия и животное чувствовало себя хорошо, то есть никаких побочных эффектов от использования нейроинтерфейса Neuralink нет. По крайней мере, их нет у свиней, а как на электроды отреагирует человеческий организм, не ясно. Нужны испытания на людях, но для этого компании необходимо получить множество разрешений, на что уходит очень много времени. А ведь для того, чтобы их получить, необходимо доказать безопасность технологии.

Судя по всему, эксперименты над свиньями велись в лаборатории для испытаний на животных, о которой мы писали в этом материале

Интересные факты о Neuralink

В твиттере Neuralink можно задавать вопросы команде разработки. Вот некоторые интересные факты о нейроинтерфейсе, основанные на ответах представителей компании:

  • при помощи Neuralink, в теории, можно управлять автомобилем Tesla и играть в компьютерные игры;
  • чип сделан по 6-нанометровому техпроцессу, то есть потребляет минимум энергии и мало греется;
  • при длительном использовании технологии можно будет восстанавливать всю нервную систему человека, то есть парализованные люди снова смогут начать ходить, а слепые снова начнут видеть;
  • чип помещается под кожу головы, а само устройство практически не видно под волосами.

Подробнее о технологии Neuralink можно почитать в серии статей от автора Hi-News.ru Ильи Хеля. Начните с первого материала, обозначенного как Колосс Человеческий и двигайтесь дальше по списку. Приятного чтения!

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2020, umnikizdes.ru