Лебедев про мозг

From the "Philosophical Parables" column:

Once upon a time, Daniel Dennett and David Chalmers were eating a herring.

Dennett started from the head, and Chalmers from the tail. Somewhere in the middle, they met.

"Well, there you go," Dennett said. "Whichever end you approach the question of consciousness from, the result is always the same."

"Indeed," Chalmers replied. And fell into thought.

#philosophicalparables

Из рубрики «Подражание Сапольски»

История о двух мозгах

Возьмите действие — лишение жизни другого представителя нашего вида — и открутите время назад. Что произошло за миллисекунды до этого? Поток потенциалов действия из миндалевидного тела (amygdala) подавил слабые тормозные сигналы из вентромедиальной префронтальной коры (vmPFC). За секунды до этого? Внешний триггер активировал нейронные магистрали, распознающие объект как «чужого» (Outgroup), с одновременным запуском островковой доли (insula), отвечающей за висцеральное отвращение. За месяцы и годы? Физиология обеих нейронных сетей была системно сформирована средой.

Первая нейронная сеть — мозг Джонатана Росса. Он совершил убийство представительницы ЛГБТ-сообщества с маркерной вербальной реакцией «fucking bitch». На гистограмме его прошлого — классическое институциональное обусловливание. Служба в подразделении по отлову нелегальных мигрантов тренировала его островковую долю и миндалину на постоянный выброс глутамата и кортизола при виде определенных категорий людей. Социум буквально перепрошил его префронтальную кору, снизив порог торможения агрессии в отношении тех, кого система поместила в категорию «чужих». Когда биологический паттерн агрессии полностью совпадает с вектором социальной нормы структуры, которой он служит, система не воспринимает его поведение как патологию. Этот мозг не понес наказания: его миндалина реагировала ровно так, как ее научили реагировать.

Вторая нейронная сеть — мозг Кристи Пайк. Здесь мы имеем дело не с обусловливанием, а со структурным разрушением. Хронический пренатальный стресс, высокий уровень глюкокортикоидов в раннем детстве, физическая и эмоциональная депривация. В таких условиях развитие префронтальной коры критически задерживается, а объем миндалевидного тела и гиппокампа изменяется патологическим образом. На момент совершения убийства в 18 лет этот мозг физически не обладал нейронным субстратом, способным к нормальному контролю импульсов и оценке долгосрочных последствий. Это была органическая поломка механики саморегуляции. Однако юриспруденция, полностью игнорируя нейробиологию развития, применила к этому поврежденному субстрату концепцию «сознательного зла». После трех десятилетий в условиях сенсорной депривации камеры-одиночки инъекция пентобарбитала разрушила высшие корковые функции, вызвав необратимое поражение головного мозга (permanent brain damage) и оставив сохранными лишь базовые стволовые автономии.

Правовая система продолжает функционировать на фундаментально ложном допущении — вере в существование бесплотного агента («свободы воли»), который каким-то образом принимает решения независимо от биологического состояния организма. Но никакого агента нет. Есть только детерминированный вектор, складывающийся из активности рецепторов, уровня гормонов, раннего детского опыта и эпигенетических меток, полученных еще в утробе.

Случай Росса — это пример того, как социум целенаправленно программирует миндалину на дегуманизацию и оставляет результат безнаказанным, если он служебный. Случай Пайк — это пример того, как социум сталкивается с тяжело поврежденной биологической системой и вместо лечения поломки тратит 30 лет на её физическое уничтожение. Называть эти процессы «правосудием» или «преступлением» — значит проявлять донаучное мышление. До тех пор пока мы наказываем биологические механизмы за результаты их детерминированной работы, мы просто демонстрируем собственное незнание того, как устроен мозг.

#нейробиология #поведение #мозг #психология #криминология #свободаволи
#подражаниесапльски

В продолжение предыдущего поста.

Нейрофизиология планирования: спинальное планирование или неучтенный мышечный тонус?

Разбираем классическую работу Yifat Prut & Eberhard E. Fetz (Nature, 1999), посвященную активности спинного мозга в фазе подготовки к движению.

Контекст исследования
До выхода этой статьи господствовала представленная в литературе иерархическая модель: высшие моторные зоны (премоторная кора, SMA, M1) формируют и планируют моторную программу, а спинной мозг выступает лишь исполнительным реле.

Прут и Фетц использовали парадигму с задержкой (instructed delay task): обезьяне подавали сигнал о характере предстоящего изометрического усилия (сгибание или разгибание кисти), однако само выполнение разрешалось только после Go-сигнала через 1–2 секунды.

Ключевой результат: в период ожидания, при отсутствии видимого сокращения мышц, спинальные интернейроны (IN) демонстрировали выраженную модуляцию частоты импульсации. На основе этого авторы сделали вывод, что процессы планирования движения протекают параллельно на всех уровнях ЦНС, включая спинальный, а отсутствие преждевременного движения обеспечивается механизмом наложенного торможения (superimposed global inhibition).

В чем уязвимость интерпретации?
Главный методологический вопрос к данной работе — степень полноты контроля мышечной активности (exhaustive EMG control).

Ограниченность регистрации ЭМГ:
Авторы регистрировали ЭМГ с 6–12 мышц предплечья. Однако при изометрических усилиях и в условиях ожидания сигнала животное может задействовать глубокие мышцы-фиксаторы, проксимальную мускулатуру плечевого пояса или мышцы туловища для позной стабилизации. Отсутствие активности в поверхностных мышцах предплечья не гарантирует полного отсутствия мышечного напряжения в других группах.

Физиологический статус спинальных интернейронов:
В отличие от нейронов коры, отстоящих от исполнительного органа на несколько синаптических эшелонов, спинальные интернейроны имеют прямые или малосинаптические связи с альфа-мотонейронами. Изменение их активности непосредственно меняет синаптический приток к мотонейронному пулу.

Альтернативная гипотеза:
С точки зрения строгого анализа, зарегистрированная активность спинальных интернейронов может отражать не «ментальную подготовку» или «субпороговое планирование», а реальную смену позного тонуса или субпороговое перераспределение активности между синергистами и антагонистами, не попавшими в поле зрения ЭМГ-электродов.

Почему аргументация авторов убедила рецензентов?
Паттерны ингибирования: Около 34% интернейронов снижали частоту разряда в период задержки, но активировались при последующем выполнении усилия. Авторы интерпретировали это как доказательство активного торможения, а не простого фонового возбуждения.

Технологический уровень: Для 1999 года одновременная регистрация одиночных юнитов спинного мозга и множественных ЭМГ-каналов у бодрствующего примата являлась пределом экспериментальных возможностей.

Вывод
Работа Prut & Fetz остается важнейшей вехой в исследовании параллельных процессов в моторной системе. Тем не менее, без тотального контроля ЭМГ всех потенциально вовлеченных мышц конечности и корпуса полностью исключить фактор незафиксированного мышечного напряжения невозможно.

https://depts.washington.edu/fetzweb/assets/prutfetznature99.pdf

Красивые нейрофизиологические парадигмы и суровая реальность видеозаписей

Есть в нейронауке классическая методика — instructed-delay task (задача с задержкой по инструкции). Придумали её для обезьян, чтобы изучать чистую подготовку движения.

Логика простая:

Обезьяне показывают целевую точку, куда нужно совершить движение рукой (например, на touch screen).
Наступает фаза задержки (delay) — делать движение пока нельзя.
По сигналу (GO-cue) обезьяна тянется к цели и получает сок.
Считается, что фаза задержки — это идеальный «чистый» эксперимент. Движения нет (мышечная активность якобы на нуле), а нейроны в премоторной или теменной коре уже вовсю кипят, скрыто (covertly) подготавливая моторную программу. Красота?

Красота, пока не посмотришь на обезьяну внимательно.

Во время instructed delay приматы далеко не всегда сидят как статуи. Они напрягают мышцы асимметричным образом, смещают центр тяжести, а иногда — прямо-таки двигают пальцем. Как-то раз на докладе (то ли у Ричарда Андерсона, то ли у Кришны Шеноя) показывали видео такого эксперимента. Обезьяна упирается рукой в сенсорный экран, получает инструкцию, ждёт... И прямо на видео видно, как за время задержки её палец медленно микро-скользит по экрану в сторону цели.

Электромиограмму (ЭМГ) мышц руки в большинстве таких классических работ, разумеется, не записывали. Но если бы записывали — там гарантированно была бы мышечная активность.

Отменяет ли это сотни статей и результаты, полученные с помощью этой методики?

Нет, не отменяет. Моторная кора всё равно занимается планированием, а вызванные паттерны активности дают нам огромный пласт знаний о работе мозга и построении нейроинтерфейсов.

Но это отличный напоминатель: в интерпретациях нужно быть предельно осторожными. То, что мы привыкли считать «чистой ментальной подготовкой» в условиях отсутствия движения, на деле может частично оказываться банальной микро-динамикой позы и изометрическим напряжением мышц.

#нейронаука #нейрофизиология #эксперимент #мозг #наука

From the series "Philosophical Parables"

Once, Sadhguru told Ksenia Sobchak:

— Exhale. Inhale. Exhale.

At that point, Sadhguru got distracted by a question from Herman Gref.

Ksenia sits there waiting for the "Inhale" command. 15 minutes passed. Ksenia saw a corridor of bright light, and in the middle of it—a bald man with a small beard and a squint.

It was Lenin, but Ksenia decided not to mention this later when describing her experience. She only talked about the light, the euphoria, etc.

#philosophicalparables

Картинка дня

Момент истины

Из рубрики «Железная логика»

На снимке — цитата из произведения Гегеля «Логика».

#железнаялогика

Ксения Кирцова

Последнее время было много сообщений о пленочных электродах от разных групп (МГУ, LIFT, …), которые предлагается использовать, например, для картирования речевых зон во время нейрохирургии. Но как будет выглядеть сигнал с такого устройства? Никто не показывает; придется мне. А примерно так. (Это, правда, sEEG, а не ECoG.) Черт ногу сломит на самом деле.

Георгий Бойков и Надежда Стародубцева

Олевия Кибер

Надежда Стародубцева

Конференция молодых ученых