nauki ścisłe
Autor: Max Bertolero i Danielle S. Bassett | dodano: 2019-07-25
Jak materia nauczyła się myśleć

Nowa dyscyplina – sieciowa neurobiologia – pozwala zrozumieć, jak aktywność umysłu rodzi się z dokładnie dostrojonych interakcji pomiędzy różnymi obszarami mózgu.

sieci są wszechobecne w naszym życiu. Każdego dnia korzystamy ze skomplikowanych sieci dróg, linii kolejowych, szlaków morskich i tras powietrznych między lotniskami. Czasem sieci te wykraczają poza nasze bezpośrednie doświadczenie. Pomyślmy o World Wide Web, sieciach wysokiego napięcia czy całym Wszechświecie, którego Droga Mleczna jest tylko drobnym węzłem w bezkresnej sieci galaktyk. Ale z tej niezliczonej liczby najbardziej skomplikowanych sieci połączeń mało która może równać się skalą złożoności z tą, która znajduje się w naszej czaszce.

Neuronauki zdobyły sławę w ostatnich latach – dziś wielu ludzi świetnie rozpoznaje efektownie kolorowane obrazy „zapalających się” obszarów w mózgu podczas wykonywania różnych umysłowych czynności. Jednym z takich obszarów jest płat skroniowy odpowiedzialny za pamięć, innym – płat potyliczny, w tylnej części czaszki, gdzie analizowane są sygnały wzrokowe.

W tej układance dotyczącej sposobu funkcjonowania ludzkiego mózgu brakowało dotąd holistycznego podejścia, ukazującego, jak wszystkie te odrębne obszary współdziałają i jak z tego wyłania się nasza wyjątkowość. W naszym laboratorium, a także w innych ośrodkach, z pomocą języka zapożyczonego z matematycznej teorii grafów, próbujemy opisywać, analizować i przewidywać złożone interakcje zachodzące w mózgu, zasypując w ten sposób przepaść między pozornie chaotycznym przekazywaniem sygnałów elektrycznych przez neurony a najrozmaitszymi zadaniami poznawczymi, takim jak odczuwanie, zapamiętywanie, podejmowanie decyzji, uczenie się czy inicjowanie ruchu. Ta nowa dziedzina sieci neuronalnych opiera się na idei, że poszczególne regiony mózgu odpowiedzialne są za przeprowadzanie odrębnych, określonych aktywności. Mówiąc najbardziej ogólnie: nasz mózg, a co za tym idzie i naszą osobowość, można zdefiniować jako rozgałęziającą się sieć 100 mld komórek nerwowych i co najmniej 100 bln połączeń między nimi, czyli synaps, gdzie przesyłane są sygnały.

Nauka o sieciach neuronalnych próbuje dotrzeć do jądra tej złożoności. Potrafimy już modelować dane dostarczane przez obrazowanie mózgu w postaci grafów złożonych z krawędzi i wierzchołków. W tego typu grafach wierzchołki reprezentują dowolne jednostki, np. neurony lub – w innym kontekście – lotniska. Krawędzie służą jako połączenia między wierzchołkami – możemy to sobie wyobrazić jako rozchodzące się dendryty lub ścieżki lotu statków powietrznych. W naszej pracy cały ludzki mózg zredukowaliśmy do około 300 wierzchołków. Poszczególne obszary można łączyć krawędziami odpowiadającymi strukturalnym połączeniom w obrębie mózgu: grubym wiązkom neuronowego okablowania, zwanym istotą białą, które wiążą różne mózgowe ośrodki. Dzięki opisowi i analizie tych sieci potrafimy już lepiej zrozumieć funkcje poznawcze mózgu, nie mówiąc o możliwości lepszego diagnozowania różnych zaburzeń psychicznych, takich jak depresja. Wybiegając w przyszłość, zrozumienie sieci neuronalnych będzie sprzyjało postępom w budowaniu sztucznej inteligencji, opracowywaniu nowych leków, a także technice pozwalającej korygować źle funkcjonujące obwody neuronalne w przypadkach depresji, a może i rozwojowi terapii genowych do radzenia sobie z chorobami psychicznymi.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 08/2019 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
08/2019
09/2019 - specjalny
Kalendarium
Wrzesień
20
W 1966 r. wystrzelono amerykańską sondę księżycową Surveyor 2.
Warto przeczytać
Podobnie jak setki tysięcy turystów przyjeżdżasz w 1938 roku do Niemiec. Na parkingu we Frankfurcie podchodzi do ciebie Żydówka i prosi, byś zabrał stąd jej nastoletnią córkę, bo tu nie przeżyje. Co robisz?

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Max Bertolero i Danielle S. Bassett | dodano: 2019-07-25
Jak materia nauczyła się myśleć

Nowa dyscyplina – sieciowa neurobiologia – pozwala zrozumieć, jak aktywność umysłu rodzi się z dokładnie dostrojonych interakcji pomiędzy różnymi obszarami mózgu.

sieci są wszechobecne w naszym życiu. Każdego dnia korzystamy ze skomplikowanych sieci dróg, linii kolejowych, szlaków morskich i tras powietrznych między lotniskami. Czasem sieci te wykraczają poza nasze bezpośrednie doświadczenie. Pomyślmy o World Wide Web, sieciach wysokiego napięcia czy całym Wszechświecie, którego Droga Mleczna jest tylko drobnym węzłem w bezkresnej sieci galaktyk. Ale z tej niezliczonej liczby najbardziej skomplikowanych sieci połączeń mało która może równać się skalą złożoności z tą, która znajduje się w naszej czaszce.

Neuronauki zdobyły sławę w ostatnich latach – dziś wielu ludzi świetnie rozpoznaje efektownie kolorowane obrazy „zapalających się” obszarów w mózgu podczas wykonywania różnych umysłowych czynności. Jednym z takich obszarów jest płat skroniowy odpowiedzialny za pamięć, innym – płat potyliczny, w tylnej części czaszki, gdzie analizowane są sygnały wzrokowe.

W tej układance dotyczącej sposobu funkcjonowania ludzkiego mózgu brakowało dotąd holistycznego podejścia, ukazującego, jak wszystkie te odrębne obszary współdziałają i jak z tego wyłania się nasza wyjątkowość. W naszym laboratorium, a także w innych ośrodkach, z pomocą języka zapożyczonego z matematycznej teorii grafów, próbujemy opisywać, analizować i przewidywać złożone interakcje zachodzące w mózgu, zasypując w ten sposób przepaść między pozornie chaotycznym przekazywaniem sygnałów elektrycznych przez neurony a najrozmaitszymi zadaniami poznawczymi, takim jak odczuwanie, zapamiętywanie, podejmowanie decyzji, uczenie się czy inicjowanie ruchu. Ta nowa dziedzina sieci neuronalnych opiera się na idei, że poszczególne regiony mózgu odpowiedzialne są za przeprowadzanie odrębnych, określonych aktywności. Mówiąc najbardziej ogólnie: nasz mózg, a co za tym idzie i naszą osobowość, można zdefiniować jako rozgałęziającą się sieć 100 mld komórek nerwowych i co najmniej 100 bln połączeń między nimi, czyli synaps, gdzie przesyłane są sygnały.

Nauka o sieciach neuronalnych próbuje dotrzeć do jądra tej złożoności. Potrafimy już modelować dane dostarczane przez obrazowanie mózgu w postaci grafów złożonych z krawędzi i wierzchołków. W tego typu grafach wierzchołki reprezentują dowolne jednostki, np. neurony lub – w innym kontekście – lotniska. Krawędzie służą jako połączenia między wierzchołkami – możemy to sobie wyobrazić jako rozchodzące się dendryty lub ścieżki lotu statków powietrznych. W naszej pracy cały ludzki mózg zredukowaliśmy do około 300 wierzchołków. Poszczególne obszary można łączyć krawędziami odpowiadającymi strukturalnym połączeniom w obrębie mózgu: grubym wiązkom neuronowego okablowania, zwanym istotą białą, które wiążą różne mózgowe ośrodki. Dzięki opisowi i analizie tych sieci potrafimy już lepiej zrozumieć funkcje poznawcze mózgu, nie mówiąc o możliwości lepszego diagnozowania różnych zaburzeń psychicznych, takich jak depresja. Wybiegając w przyszłość, zrozumienie sieci neuronalnych będzie sprzyjało postępom w budowaniu sztucznej inteligencji, opracowywaniu nowych leków, a także technice pozwalającej korygować źle funkcjonujące obwody neuronalne w przypadkach depresji, a może i rozwojowi terapii genowych do radzenia sobie z chorobami psychicznymi.