МОЗГ - ЭТО ГИПЕРСЛОЖНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ТРАНСЛЯТОР, ИЛИ ПАРИЖСКИЙ РАЗГОВОР С ЮРИЕМ БУЖАКИ
Одним ранним июньским утром в кафе Le Gentilhommiere на бульваре Сен-Жермен корреспонденту журнала «В мире науки» удалось встретиться с Юрием Бужаки (Gyоrgy Buzsаki), одним из наиболее успешных современных исследователей мозга... Беседа, предполагавшая быть недолгой, неожиданно переросла в увлекательный рассказ, краткую запись которого мы предлагаем нашему читателю
— Юрий, какие интересные эксперименты проводятся в вашей лаборатории в Рутгерсе?
 |
| Юрий Бужаки, венгр по происхождению, уже более 20 лет живет и работает в США, заведует лабораторией, изучающей мозговые осцилляции в гиппокампе и неокортексе при Центре молекулярных и поведенческих нейронаук в Университете Рутгерса (http://osiris.rutgers.edu/frontmid/indexmid.html), занимает сегодня лидирующее положение в топе самых цитируемых авторов научных работ, которых у него самого более 200 (опубликованы в таких журналах, как Cell, Neuron, Nature Neuroscience, Science, PNAS и т.д.), автор недавно вышедшей книги-бестселлера Rhythms of the Brain («Ритмы мозга») |
— Не является ли данная спонтанная активность мозга шумом, помехой для «реальной» жизненно важной деятельности?
— Многие ученые рассматривают это как проблему. «Спонтанная активность мозга — шум, который не несет никакой полезной информации, и поэтому должен быть отфильтрован мозгом при осуществлении вычислительных операций» — говорят они. Для меня же этот «шум» — самая интересная часть когнитивной деятельности мозга, потенциальный источник нашей познавательной способности, интеллекта.
— Современное представление о работе памяти сводится примерно к следующему ряду: слова, запахи, фотографии, музыка — внешние стимулы; мистическая «лампочка» в мозге — некий библиотекарь, который знает, где хранятся файлы, т.е. наши воспоминания, которыми в свою очередь являются нейрональные ансамбли. Получается, что в нашем мозге все статично? Или все же клеточные ансамбли наших воспоминаний постоянно трансформируются в зависимости от текущего состояния мозга, опыта индивидуума, и нет «чистого» неизменного прошлого?
— Не совсем так. Мозг не имеет ни прошлого, ни настоящего, ни будущего состояния, для него не существует ни времени, ни пространства — это более сложная структура, чем просто набор, хоть и большой, разных популяций нейронов, аксонов и глиальных клеток. Мозг — гиперсложный транслятор, где x-y-z координаты пространства переводятся в категории времени — миллисекунды. Все физические характеристики пространства, все, что в нем находится, перекодируется в интервалы времени, разряды спайков, временной код, который в свою очередь транслируется в долговременную потенциацию или депрессию синапсов, которые формируют функциональные связи клеточных ансамблей и сами ансамбли. Сила этих связей может варьировать в зависимости от времени и паттерна приходящих спайков, одни синаптические контакты усиливаются, другие ослабляются, и все это формирует разные шкалы клеточной памяти. Таким образом, трехмерное пространство транслируется в одномерное — время, и хранится в памяти синаптических контактов.
— Это очень интересная концепция четырехмерного транслятора. А как экспериментально можно увидеть его работу в живом мозге?
— В гиппокампе, структуре мозга, отвечающей за память и обучение, есть так называемые «клетки места», открытые Джоном О‘Кифом (John O’Keefe) из Лондонского университета в далеком 1971 г. Их главная задача — кодировать точные x-y координаты животного в пространстве (клетки места есть и у человека, они создают как бы внутреннюю карту окружающей среды, в которой человек находится. — Прим. О.С.). Если мышь или крысу поместить в специальный миниатюрный длинный коридор и заставить просто бегать вперед и назад в поисках сладкой подкормки, одновременно ведя регистрацию большого числа нейронов в гиппокампе через имплантируемые электроды, то экспериментатор удивится тому, что каждый отдельный сегмент коридора будет представлен одним или несколькими нейронами, они будут выдавать максимальное количество спайков только в определенных точках пространства, как бы и когда животное ни бежало, таким образом «помечая» эти места во внутреннем «навигаторе» — гиппокампе. Итак, если посмотреть, что происходит в крохотный промежуток времени — всего 100 мс, десятая часть секунды, — то в этом «окне» будут активными многие и многие нейроны. Возникает вопрос, зачем это нужно, и как их активность соотносится друг с другом? Приведу один пример: если животное перемещается слева направо по коридору, и нейрон А «выстрелит» спайки первым, а за ним последуют нейроны B, C, D и т.д., то их территории кодирования будут на определенном расстоянии, например 30 см друг от друга. Если животное бежит со скоростью 30 см/c, значит, нейрон B будет максимально активным через полсекунды после нейрона A, но их территории кодирования перекрывают друг друга, например нейрон B начнет производить спайки через 10 мс после начала активности нейрона А.
Если взять теперь другую клетку в цепочке, например нейрон С с территорией кодирования, т.е. точкой максимума активности, находящейся на расстоянии 40 см от максимума нейрона В, это означает, что сдвиг начала его активности будет уже 12 мс по отношению к нейрону В, и т.д. Больше расстояние в пространстве между максимумами территорий кодирования — больше временной сдвиг между активностью клеток места. Время теперь представляет пространство, какие-то его особенности. Что удивляет еще больше — если взять все тот же небольшой интервал времени в 100 мс, то всего один цикл, колебание так называемых theta-осцилляций (волновая активность мозга с частотой пульсаций 4–12 циклов в секунду (Гц) у грызунов, 4–8 Гц у человека — Прим. О.С.), при этом регистрируя большое число клеток места одновременно, то все эти нейроны, их активности, выстроятся в упорядоченную цепочку активностей нейронов А, В, С, D и так далее, всего на одном цикле theta-ритма. Более того, этот паттерн всего в 100 мс будет кодировать активность клеток места пространства размером в 2–3 м, и по этой последовательности можно легко предсказать, какие нейроны и где будут максимально активными по ходу дальнейшего движения животного по коридору.
— Получается, что в гиппокампе информация о пространстве и расстояниях сжимается, упаковывается в более компактный код; сантиметры и метры переходят в миллисекунды, так? Для чего это нужно? Наш «медленный» мир, в котором все значимые события происходят в шкале секунд и минут, должен быть каким-то образом представлен в мозге, который оперирует только миллисекундами?
— Совершенно верно! Секундные события в нашем «медленном» мире должны быть как-то представлены в шкале, по которой работают нейроны. Это означает: для того чтобы связать в мозге два отдельных события вместе, они должны быть конвертированы во временную шкалу, в которой работает синаптическая пластичность. В мозге нет механизма (или по крайней мере пока мы о нем не знаем), который мог бы связать два события, происходящие за несколько секунд; синаптическая интеграция происходит, и клеточная память формируется в нейронах, которые детектируют пресинаптическую активность в диапазоне нескольких десятков, максимум сотен миллисекунд. Поясню на примере. Если нейроны А и В связаны синапсами с общим нейроном С, посылают ему информацию в виде двух пачек спайков (каждый нейрон — свою), и эти пачки придут к нейрону C с задержкой в несколько секунд, то эти два события будут расценены нейроном С как два независимых события. Но если расстояние между ними находится в диапазоне миллисекунд — тогда как одно событие. Так мозг создает ассоциации интересных сведений о мире, который его окружает.
— Таким образом, современная клеточная теория формирования памяти — синаптическая пластичность, в основу которой легли два противоположных по направленности процесса — долговременная потенциация и депрессия, открытые Тимом Блиссом (Tim Bliss) из Англии и Терье Ломо (Terje Lomo) из Норвегии в 1966–1972 гг., может быть расширена вашей новой теорией об осцилляциях?
— Для того чтобы сделать какой-то синапс сильным, как бы «помнящим» что-то, необходимы условия, при которых пресинаптический нейрон или ансамбль нейронов разряжаются спайками в очень короткий промежуток времени, раз за разом, другими словами, синхронизация — основа клеточной памяти. Один нейрон, говоря образно, в поле не воин, он не может существенно повлиять на постсинаптический нейрон (если только постсинаптический нейрон не активирован синхронно, в одно и то же время с пресинаптическим нейроном, что может привести также к усилению синапса. — Прим. О.С.). Но когда нейроны разряжаются спайками вместе, их влияние на постсинаптический нейрон суммируется, образуется устойчивая синаптическая связь (связи), а группа нейронов с синхронной активностью образует нейрональный ансамбль, кодирующий какую-то особенность окружающей среды, пространства, его энную переменную, другими словами, кодирующий одну и ту же часть информации. Интересно, что в то же самое время данный клеточный ансамбль должен быть сегрегирован, обособлен от тысяч других одновременно существующих в мозге, в данной структуре, в данное время. Интеграция и сегрегация — одни из самых фундаментальных процессов в природе; что схожее, что разное — всегда зависит от контекста. «Нарезать» информацию кусочками, разделить ее и упаковать по схожести в отдельные файлы, плюс составить каталог всех файлов и постоянно его обновлять — это главные рутинные задачи мозга. Все, что мы называем словом «информация», имеет начало и конец, как в ДНК все протеины закодированы в генах, каждый из которых имеет и начальный и конечный старт- и стоп-сигналы, соответственно. Если применить эту идею к мозгу, то очевидно: будь мозговая активность постоянной, без начала и конца, для мозга это означало бы полную информационную смерть. Время в мозге — это все! От малейших вариаций в синхронизации работы двух нейронов или двух популяций нейронов зависит, будет или нет усилен синапс между ними, и таким образом будет или нет образован долговременный клеточный ансамбль, хранящий какой-то бит информации.
— Как же в мозге формируется логичная, строго адекватная картина мира, когда ему приходится оперировать таким колоссальным объемом информации, поступающей практически постоянно от пяти различных органов чувств?
— Это действительно очень интересно! Чем больше я занимаюсь изучением мозга, тем больше восхищаюсь гениальностью «конструкции» этого устройства. Осцилляторная активность в мозге образуется за счет протекающих одновременно ингибирующих и возбуждающих процессов, которые имеют разную силу в каждый момент времени. Если некий нейрональный ансамбль в гиппокампе кодирует некую энную характеристику пространства, то его суммарная активность постоянно флюктуирует в промежутке одного theta-цикла в 100 мс, на конце которого все нейроны неожиданно становятся молчащими или почти умолкнувшими, и так с каждым theta-колебанием. Это прекрасные старт- или стоп-сигналы для мозга в процессе «упаковывания» информации и «нарезания» ее на отдельные сегменты. Как в языке гласные и согласные звуки формируют слова, которые складываются в речь, так эти периоды молчания в каждом theta-цикле нейрональных ансамблей — в удобочитаемые для мозга единицы информации. Одна траектория пути животного по коридору кодируется последовательностью нейронов A, B, C, D, другая, после стоп-сигнала, — нейронами E, F, G, H и т.д., и все это за момент времени всего в 200 мс; без theta-осцилляций разделить эти два нейрональных ансамбля было бы невозможным, и соответственно, два разных пути следования по коридору перестали бы существовать в мозге животного. Такая интеграция и сегрегация за счет осцилляций происходят в мозге очень эффективно и почти без энергетических затрат.
— Завершая наш разговор, я хотел бы задать «ненаучный» вопрос. Есть ли в жизни Бужаки другие интересы кроме науки? Какие-то хобби?
— Мне приятно, что сейчас молодежь живо интересуется нейронауками, задается вопросом: «Как работает мозг?» Да, хобби у меня есть! (смеется) Когда я был тинейджером, я увлекался любительским радио, это был мой первый источник вдохновения для того чтобы исследовать разные виды коммуникаций, кодирования (я был тогда хорошим знатоком кода Морзе) и осцилляций (я построил сам почти все свое оборудование). Мое увлечение сейчас — современная архитектура, я особенно интересуюсь архитектурными сооружениями, идеями и технологиями, которые легко масштабируются, т.е. могут быстро и эффективно быть перестроены под разные нужды. Масштабирование функций, кстати, это одна из главных проблем, интенсивно изучаемых и относительно мозга.
— В околонаучной среде постоянно ходят слухи, что легче попасть на Луну, чем в аспиранты к Бужаки. Так ли это? Есть ли вообще возможность для какого-нибудь пытливого студента из Москвы или Питера работать с вами?
— Я могу похвастаться: два русских ученых, Антон Брагин и Антон Сирота, работали у меня более восьми лет। Кроме того с короткими визитами меня посещали и другие российские исследователи, например Рустам Казипов, который сейчас работает в Марселе. В настоящее время в лаборатории мы говорим аж на 12 разных языках. Русские всегда хорошо подкованы в математике, физике и инженерных науках, а такой «технический» базис сейчас — просто первая необходимость в нейронауках.
Эффект сверхзапоминания
Недавние исследования мозга человека, проводившиеся учеными Стэнфордского университета, еще раз подтвердили тот факт, что среднестатистический житель планеты даже при активной мыслительной деятельности использует малую толику своего потенциала, а именно 2%. В то же время, по заключению экспертов, гений XX века Альберт Эйнштейн, задействовал всего 15% своих умственных способностей. Ни это ли лучшее доказательство безграничности человеческих возможностей!?Возможно, вам приходилось слышать о том, что йоги могут по нескольку дней подряд читать наизусть строки из упанишад, не повторяясь и не ошибаясь. Причем, делают они это без видимых особых усилий, не затрачивая предварительно месяцы и недели на заучивание. А как вам тот факт, что аспиранты в мусульманских странах выдерживают серьезнейшие вступительные экзамены, где обязаны продемонстрировать абсолютное владение текстом Корана!?
Подобные феномены не могли не заинтересовать такого талантливого психотерапевта и востоковеда, как Георги Лозанов. В свое время болгарский ученый потратил невероятное количество сил и времени на исследование феномена гипермнезии. Как он выяснил, согласно основным постулатам древнеиндийского учения, способность к запоминанию или вспоминанию фантастических объемов информации есть не что иное, как умение входить в особое состояние, в котором человек получает доступ к информации, записанной не в его голове, а хранящейся в пространстве, откуда он ее и считывает.Лозанов был первым из ученых, кто обратил внимание на природу гипермнезии и исследовал различные уровни волновой активности мозга – «бета», «альфа», «тета», «дельта». Он обнаружил, что именно альфа-ритм (мозг функционирует со скоростью 8-13 волн в секунду), соответствующий состоянию умеренного расслабления, является идеальным для обучения. При условии достижения состояния неглубокой медитации на фоне мягкой классической музыки между правым и левым полушариями устанавливается полная гармония, за счет чего процесс абсорбирования мозгом и сохранения новой информации ускоряется многократно.
Это открытие стало настоящим прорывом в области изучения человеческих возможностей и послужило толчком для создания и развития суггестопедического метода обучения.
Суть метода
Во время экспериментальных занятий Лозанова студенты устраивались поудобнее на своих местах и закрывали глаза. Комнату наполняла ненавязчивая музыка, частота ритма которой непременно равнялась 60 ударам в минуту. Именно этот фактор оказывал столь необходимое синхронизирующее воздействие на работу обоих полушарий мозга обучаемых. Спустя какое-то время педагог начинал зачитывать списки иностранных слов, повторяя их несколькими способами. По окончании занятия ученики возвращались в привычное мыслительное состояние и проходили тестирование. Результат всегда был ошеломляющим: студенты усваивали 98% информации!
За 10 лет упорной работы (1969 – 1979 гг) Лозанов сумел добиться феноменальных эффективности своего метода. Если в 1969 году он мог обучать студентов 150 новым словам в течение трехчасового занятия, то в 1979 год этот показатель достиг 3000 новых слов за один учебный день. Невероятно, но факт, что спустя полгода обучаемые могли воспроизвести 67% материала, в то время как средний уровень запоминания в американских высших школах достигал всего лишь 10%.
Охота за секретной технологией
В карьере Георги Лозанова был весьма примечательный факт. Стоило иностранной разведке узнать о существовании необыкновенного метода, который применялся при подготовке разного рода особых сотрудников, как на «секретное оружие» была объявлена настоящая охота. Спасти чудо-технику от посягательств западных шпионов удалось, пойдя на маленькую хитрость.
После длительных переговоров Лозанов дал-таки согласие на проведение занятий в европейских университетах. Его лекции имели потрясающий успех. Казалось бы, эффект сверхзапоминания рождался на глазах у западных специалистов, однако самостоятельно смоделировать гениальную технологию им так и не удалось. По примеру Лозанова во время своих экспериментов они включали звуковое сопровождение с частотой 74 удара в минуту и… разумеется, не достигали чудесного эффекта. Это и был один из секретов болгарского ученого. В начале показательных занятий он умышленно включал ритм 74 удара в минуту, который через несколько минут плавно переходил на нужную частоту – 60 ударов.Однако и спустя много лет, разгадав все компоненты технологии и воспроизведя ее, западные педагоги не смогли получить столь же впечатляющих результатов. Это доказывает огромное значение личностного фактора.
Метод Лозанова открыл новые возможности для скоростного обучения. Эффективность технологии доказана не только в отношении запоминания иностранных слов и любой другой объемной информации, но и выработки новых ментальных привычек и стиля поведения.
http://moikompas.ru/compas/chastoty_mozg_voln
Комментариев нет:
Отправить комментарий