Як працює уява?
Уява, нарівні з романтичною любов’ю, лідирує в списку найбільш міфологізованих механізмів людського мозку. Звідки беруться нові симфонії, як люди додумалися до винаходу перших знарядь праці, хто підказує, як представити проект так, щоб всі ахнули, – всі ці питання довго вважалися риторичними. До тих пір, поки студент Дартмутського інституту Алекс Шлегель не підійшов до них з усією серйозністю. Описуючи результати свого дослідження, він говорить про те, що в основі роботи уяви лежить масштабна нейронна мережа – «інтелектуальне робочий простір». Саме вона працює з образами, символами, ідеями і формує фокус мислення, необхідний для вирішення проблем і генерації ідей.
Про наявність такої нейронної мережі говорилося давно, але от однозначних доказів у теорії не було. Проводячи їх пошук, команда дослідників під керівництвом Шлегеля відібрала 15 добровольців. Їм було дано завдання уявляти собі абстрактні зорові образи, а потім комбінувати їх, ускладнюючи. В цей час їх мозок сканувався за допомогою МРТ. Дослідники виявили нейронну мережу, розподілену по значній частині мозку, – саме вона відповідала за уявні маніпуляції з образами. Отримані дані практично повністю підтвердили наявні теоретичні дані про «інтелектуальному робочому просторі».
«Наша знахідка допомагає зрозуміти, як саме пристрій мозку виділяє наш вид серед інших і в перспективі може допомогти у відтворенні тих же креативних процесів в машинах», – не без гордості говорить Алекс Шлегель.
Народжені бути емпатії
Дослідження про те, звідки береться одна з найважливіших рис нашого виду – здатність до співпереживання, – провели вчені з Університету Вірджинії.
Керівник проекту Джеймс Коан і його колеги хотіли дізнатися, які області мозку відповідають за емпатію і коли вона включаються. Експеримент полягав у тому, що мозок 22 добровольців сканувався в томографі, в той час як їх самих, одного з їхніх друзів або стороннього їм людини злегка били струмом. Як і припускали вчені, області мозку випробовуваних, відповідальні за реакцію на загрозу, активізувалися, коли удар погрожував їм самим. У разі загрози удару незнайомця ці області виявляли слабку активність. Однак коли вдарити повинні були одного, мозкова активність у випробовуваних була точно такою ж, як і коли вчені збиралися вдарити струмом їх самих.
Таким чином, експеримент показав, що ми відчуваємо емпатію з іншими від того, що асоціюємо їх з собою. «Грубо кажучи, інші люди стають частиною нас самих – і це не метафора, що не лірика, це реальність, – говорить Джеймс Коан. – Внаслідок цього наша самоідентифікація в чому заснована на тому, кому ми співпереживаємо».
Емпатія, додає Коан, цінне еволюційне придбання – люди жили і живуть під загрозою позбавлення ресурсів, але, будуючи дружбу, вони набувають тих, кому можуть довіряти і хто стає частиною їх самих. Таким чином, можливості до отримання та захисту ресурсів розширюються, а цілі стають загальними – це частина стратегії виживання. І хоч часи і змінюються, стратегія залишається незмінною. Напевно, й на краще.
Відкриваючи очі вранці, ми навряд чи замислюємося про те, яку величезну аналітичну роботу проводить наш мозок, просто щоб ми побачили будильник, люстру і фіранки. Але форма предметів у нас в голові знаходить сенс не сама собою, а якраз завдяки цьому аналізу. Де саме і як це відбувається, вивчали Девід Зокколан з італійського інституту SISSA спільно з командою Ріккардо Зецціна з Політехнічного університету Туріну.
Область мозку, цікавила вчених, – нижневисочной кора. Це найрозвиненіша з сенсорно-візуальних зон мозку, кінцева станція обробки зображення, зафіксованого сітківкою. Її дослідження велися давно, але нове слово в них з’явилося на рубежі 2007-2008 рр. Якщо до цього вчені були впевнені, що, обробивши картинку, нижневисочной кора «передає» її далі, в інші області мозку, де та знаходить семантичний сенс, то після з’явилася теорія про те, що ця ж зона мозку відповідає і за зміст зображень.
Розібратися, як все йде насправді, і спробували Зокколан з колегами. Проаналізувавши великий обсяг даних, отриманих на приматах, учені прийшли до несподіваного висновку – нижневисочной кора «не розмінюватися». Для всіх класів об’єктів вона займається тільки візуальної обробкою, а от коли мова заходить про клас «тварини з 4 ногами», то вона ж відповідає і за семантичну класифікацію, тобто за оцінку «функціоналу» побаченого об’єкта. Крім цього, італійцям вдалося з’ясувати, що ця ж зона мозку відповідає і за «низькорівневе» кодування зображень, але значення цього відкриття вченим тільки належить з’ясувати.
14 речей, про які знають тільки ті, хто надто багато думає.
Фальшиве минуле
Феномен помилкової пам’яті досить поширений, він згадується, наприклад, у судовій практиці – буває, що жертва або свідок визнають свою провину, після чого криміналістам вдається з’ясувати, хто ж справжній злочинець. Як саме створюються помилкові спогади (і спогади взагалі), досліджувала команда нобелівського лауреата Тонеґава Сусуму з Массачусетського технологічного інституту.
Асоціативні спогади формуються як ланцюжок з взаємопов’язаних елементів – картинок, звуків, запахів, відчуттів. Ці асоціації кодуються хімічними і фізичними змінами в нейронах і нейронних зв’язках. Мережі нейронів, що зберігають спогад, називаються слідами пам’яті, або енграма. Саме з ними і працювали вчені. Ключовим було питання, чи можливо справжню енграма замінити помилковою. Фальшиві спогади «вселяли» мишам.
Спочатку миша садили в клітку А. Після того як вона вивчала її, їй активували певні клітини пам’яті. На наступний день миша поміщали в клітку B і там злегка вдаряли струмом. В цей же час їй активували ті ж нейрони, що і в клітці A. На третій день миша знову садили в клітку A, де вона тут же завмирала від страху – при тому, що тут вона не отримувала розряду струму. Справа в тому, що у неї включалися фальшиві спогади: миша відчувала страх у клітці A, тому що разом з ударом в клітці B вона переживала спогади про клітці А.
Дослідники виявили, що відразу після виклику помилкової пам’яті рівень активності в «центрі страху» мозку миші був точно таким, як і при реальних спогадах.
«Ми з’ясували, що можемо реактивировать і змінювати спогади в мозку. Це означає, що зараз ми можемо отримати відповіді на питання, які до цього піднімалися хіба що в sci-fi серіалах», – радіє один з дослідників Стів Рамірез.
Де народжується математика?
Наукові відкриття починаються не з успішного експерименту і навіть не з формулювання гіпотези. Досить часто вони стають відкладеним результатом плідних наукових дебатів. Саме на цій стадії перебуває зараз масштабне і багатообіцяюче дослідження того, звідки ж береться математика.
Сьогодні мовою формул можна описати весь спектр відомих науці явищ, від спіралі ДНК до спіральних галактик. При цьому єдиної думки про те, чи є математика власною мовою всесвіту або винаходом людського розуму, поки немає. Його-то і обговорили четверо вчених з ініціативи Фонду норвезького фізика-мультимільйонера Фреда Кавлі.
Нейробіологи, активно досліджують області мозку, відповідальні за математичне мислення, вважають, що математика «береться з голови». «Числа – це не властивість всесвіту, але швидше відображення біологічної підоснови того, як люди осмислюють світ навколо себе», – говорить Рафаель Нуньєз, професор когнітивістики Каліфорнійського університету. З ним погоджується, Брайан Баттеруорт, почесний професор когнітивної нейропсихології Інституту когнітивної нейронауки Університетського коледжу Лондона: «Числа – швидше потужний спосіб опису деяких аспектів всесвіту, ніж її невід’ємна частина».
Опонентами Нуньєз і Баттеруорт стали фізики Симеон Хеллерман і Макс Тегмарк. «Думаю, багато фізиків погодяться, що повинно існувати якесь повний опис Всесвіту і законів природи, і в цьому припущенні імпліцитно те, що Всесвіт за своєю природою математична», – говорить Хеллерман, доцент Інституту фізики і математики Всесвіту Університету Токіо. Тегмарк, професор фізики Массачусетського технологічного інституту, згоден з колегою: «Люди всього лише відкривають математичні структури Всесвіту, що існують незалежно від них». Дискусія пройшла публічно в Google Hangouts, і залишається сподіватися, що вона стане основою для подальших, ще більш успішних досліджень.
Як пам’ять стає довгою?
Пам’ять – це, по суті, те, чим ми є. Взаємодіючи з оточуючими людьми і середовищем, ми постійно звертаємося до минулого досвіду. Але як саме він формується і як короткострокова пам’ять стає довгостроковою, поки відомо дуже смутно. Це питання і вивчала команда дослідників під керівництвом докторів Тазу Аокі і Хітоші Окамото з японського Інституту досліджень мозку RIKEN.
Японські вчені проводили дослідження на рибку даніо реріо. Рибок за допомогою легких ударів струмом навчали реагувати на червоний світлодіод як сигнал небезпеки. З часом його світло почав викликати точкову нервову активність в тій частині мозку рибок, яка відповідає людській корі головного мозку. Потім у даніо реріо видаляли цей регіон мозку, але вони як і раніше були здатні реагувати на сигнал про небезпеку. Правда, пам’ять про нього стала виключно короткочасної, довготривалі ж спогади не зберігались. «Це говорить про те, що довгострокова і короткочасна пам’ять формується і зберігається в різних відділах мозку. Ми думаємо, що короткочасна пам’ять стає довготривалої у кортикальной області мозку», – говорить Аокі.
Ще одне дослідження включало в себе навчання рибки відразу двом сигналам – червоного і синього світлодіодів. Експеримент показав, що за запам’ятовування кожного з них відповідали різні групи нейронів кінцевого мозку. Це говорить про те, що різні поведінкові програми зберігаються і відтворюються різними групами нервових клітин. Отримані результати стали першим досвідом спостереження «складання» пам’яті.