Нейронний портрет людського розуму

Основоположниця сканування мозку Ненсі Кенвішер використовує МРТ сканування, щоб переглянути активність в областях мозку (часто її власного). Вона розповідає про те, що дізналася разом з її колегами: мозок складається з двох вузькоспеціалізованих компонентів та ділянки загального призначення. Ще один сюрприз: там ще стільки всього залишилося вивчати.

Сьогодні я хочу розповісти

про проект, який реалізується

науковцями по всьому світу.

Його ціллю є намалювати нейронний
портрет людського розуму.

І головна ідея цієї роботи в тому,

що людський розум і мозок -

це не є простий,
багатоцільовий процесор,

а колекція
вузькоспеціалізованих деталей,

кожна з яких вирішує іншу
конкретну проблему,

і при цьому вони роблять
нас тими,

ким ми є - людськими істотами
та мислителями.

Щоб ви могли краще
зрозуміти цю ідею,

уявіть наступну ситуацію.

Ви йдете до дитячого садку,
куди ходить Ваша дитина.

Зазвичай там є дванадцятеро дітей,

які чекають, коли їх заберуть,

але в цей раз

дитячі обличчя виглядають
незвично схожими,

і Ви не можете з'ясувати, яка дитина Ваша.

Вам потрібні нові окуляри?

Чи Ви божеволієте?

Ви швидко оцінюєте
свій психічний стан.

Та ні, Ви, здається, ясно мислите,

і ваш зір показує
гранично чітке зображення.

І все виглядає нормально,

окрім дитячих облич.

Ви можете бачити обличчя,

але їх не розпізнати,

і жодне з них не виглядає
добре знайомим.

І лише виявивши
помаранчеву стрічку на волоссі

Ви знаходите свою дочку.

Така раптова втрата здатності
розпізнавати обличчя

справді відбувається з людьми.

Це називається прозопагнозія,

і є наслідком пошкодження

певної частини мозку.

Вражає те,

що погіршується тільки
розпізнавання облич;

все інше працює просто відмінно.

Прозопагнозія є одним з багатьох
на диво конкретних психологічних дефіцитів,

який може відбутися після
пошкодження головного мозку.

Впродовж тривалого часу
ці синдроми разом

наводили на думку,

що розум розділений на окремі компоненти,

але спроба виявити ті компоненти

досягла недосяжної швидкості

з винаходом технології
сканування головного мозку,

особливо МРТ.

МРТ дозволяє побачити внутрішню анатомію

при високій роздільній здатності.

Я збираюся показати вам

набір МРТ зображень
знайомих нам предметів

у поперечному перерізі.

Ми проглянемо їх наскрізь,

і Ви спробуєте
з'ясувати, які то є об'єкти.

Приступаємо!

Це не так просто. Це артишок.

Добре, давайте спробуємо ще один.

Починаємо з нижньої частини
і переходимо вверх.

Броколі! Це головка броколі.

Хіба це не прекрасно?
Мені подобається.

Добре, ось ще один. Це мозок, звісно.

Насправді, це мій мозок.

Ми проходимо через прошарки
моєї голові.

Це мій ніс справа.

Зараз ми рухаємося сюди.

Так ця картинка гарна,
якщо я говорю так,

але вона показує тільки анатомію.

Дійсно здоровий прогрес
у функціональному скануванні

відбувся, коли вчені з'ясували,
як зробити фотографії,

які показують не тільки анатомію,
але й діяльність,

тобто, місце, де активуються нейрони.

Ось, як це працює.

Мозок, як м'язи.

Коли вони стають активними,

вони потребують збільшення припливу крові,
щоб підтримувати цю діяльність,

і на щастя для нас, управління
кровотоку до мозку є локальним.

Якщо в'язка нейронів, скажімо,
прямо там

стає активною
і починає збуджуватися,

потім кровотік збільшується
прямо туди.

Функціональна МРТ покращує
збільшення кровотоку,

виробляючи більш високу
МРТ реакцію там,

де нейронна активність зростає.

Таким чином, щоб дати Вам
конкретне розуміння

про те, як функціональне
МРТ дослідження триває

і що Ви можете, і не можете

дізнатися про нього,

дозвольте мені описати одне з моїх перших
досліджень.

Ми хотіли знати, чи є спеціальна
частина мозку для розпізнавання облич.

У нас вже була причина думати,
що саме така частина повинна існувати,

базуючись на основі явища
прозопагнозії,

про яке я розповідала хвилину тому.

Але ніхто ніколи не бачив цю частину мозку

у нормальної людини,

тому ми мали намір шукати її.

Я була першою.

Я підійшла до сканера, лягла на спину,

і утримувала голову так нерухомо,
як тільки могла,

годинами розглядаючи фотографії облич,
таких як ці,

і таких предметів, як ці.

І обличчя, і предмети годинами.

Наблизившись дуже близько
до світового рекорду

загальної кількості годин,
проведених всередині МРТ-сканера,

я можу вам сказати,
що одна з навичок,

яка дуже важлива для МРТ дослідження, -

це контроль сечового міхура.

(Сміх)

Коли я вийшла з-під сканера,

я зробила швидкий аналіз даних,

шукаючи певні частини
мого мозку,

які продукували сильнішу реакцію,
коли я дивилася на обличчя,

ніж тоді, коли я дивилася на предмети.

І ось що я побачила.

Зараз це зображення виглядає просто жахливо,
за сьогоднішніми мірками,

але в той час я думала,
що воно було красивим.

На ньому показана ділянка,

та мала крапля,

розміром з маслину,

яка розташована в нижній частині
мого мозку

близько двох з половиною сантиметрів
праворуч.

Ця частина мого мозку

дає вищу МРТ відповідь.

Тобто вищу нейронну активність,

коли я дивилася на обличчя,

ніж тоді, коли я дивилася на предмети.

Що ж, це дуже класно,

але як ми знатимемо,
що це не випадковість?

Найпростіший спосіб -

це повторити експеримент ще раз.

Тому я повернулася під сканер,

я продивилася більшу кількість облич
та предметів

і отримала аналогічну грудочку,

а потім я зробила це ще раз,

і ще раз,

і ще, і ще.

І десь після того

я повірила, що це дійсно так.

Але все-таки, може, це
щось дивне з моїм мозком

і ніхто інший не має
нічого такого?

Щоб з'ясувати це,
ми просканували групу людей,

і виявили, що в значній мірі

кожен має ту маленьку ділянку
для обробки облич

в аналогічній частині мозку.

Тому наступним запитанням було те,

що робить ця частина насправді?

Чи дійсно вона спеціалізується
тільки на розпізнаванні облич?

Можливо й ні, погодьтеся?

Можливо, вона відповідає
не тільки за обличчя,

але й за будь-яку частину тіла?

Можливо, вона реагує на все людське

чи щось живе,

чи щось кругле?

Єдиний спосіб впевнитися,
що ця ділянка

спеціалізується на розпізнаванні обличчя, -

це перевірити решту гіпотез.

Найближчі кілька років
ми провели багато часу,

скануючи людей,
коли вони дивилися на безліч

різноманітних видів зображень,

і ми встановили,
що та частина мозку

реагує сильніше,
коли Ви дивитеся

на зображення облич
будь-якого типу.

Вона реагує значно слабше
на зображення,

на решту зображень,

як, наприклад, ці.

Тож ми, нарешті, затвердили факт,

що ця ділянка є необхідною
для розпізнання обличчя?

Ні.

Сканування мозку ніколи не скаже Вам,

чи є ця область необхідною
для чого-небудь.

Все, що Ви можете зробити
із зображенням головного мозку -

це дивитися, як ділянка
вмикається і вимикається,

коли люди думають про щось.

Щоб дізнатися, чи необхідна якась
частина мозку для розумової діяльності,

Вам треба поморочитися з цим
і подивитися, що відбувається,

і, як правило, ми не робимо цього.

Але зовсім недавно трапилася
дивовижна можливість,

коли кілька моїх колег

перевіряли цього чоловіка,
який страждає на епілепсію.

Тут він на лікарняному ліжку,

де йому щойно розмістили електроди

на поверхні мозку,

щоб визначити джерело його припадків.

Цілком випадково виявилося,

що два електроди

опинилися над ділянкою
розпізнавання облич.

За згодою пацієнта,

лікарі запитали в нього,
що відбувалося,

коли вони електрично стимулювали
ту частину його мозку.

Пацієнт не знає,

де ці електроди розміщені,

і він ніколи не чув про ділянку
розпізнавання облич.

Отже, давайте подивимося,
що відбувалося.

Все починається з умови контролю,

коли буде майже непомітний
червоний напис "SHAM"

в лівому нижньому кутку,

коли струм не подається.

Ви почуєте спершу розмову невролога
з пацієнтом. Давайте дивитися.

(Відео) Невролог: Добре, просто
подивіться на моє обличчя

і скажіть мені, що відбувається,
коли я роблю так.

Добре?

Пацієнт: Добре.

Невролог: Один, два, три.

Пацієнт: Нічого.
Невролог: Нічого? Добре.

Я зроблю це ще раз.

Подивіться на моє обличчя.

Один, два, три.

Пацієнт: Ви просто перетворилися
на когось іншого.

Ваше обличчя видозмінилося.

Ваш ніс провис, він схилився вліво.

Ви майже схожі на когось,
кого я бачив раніше,

але когось іншого.

Оце була подорож.

(Сміх)

Ненсі Кенвішер: Цей експеримент -

(Оплески) -

Цей експеримент, нарешті,
підтверджує аргумент,

що ця ділянка мозку не тільки

вибірково реагує на обличчя,

але й принагідно бере участь
у сприйнятті обличчя.

Я пройшла через усі ці деталі

про ділянки обличчя,
щоб показати вам,

як довелося встановлювати той факт,
що частина мозку

селективно бере участь
у конкретному психічному процесі.

Далі я швидко розповім

про інші спеціалізовані
ділянки мозку,

які ми та інші науковці знайшли.

Щоб здійснити це,
я провела багато часу

під сканером за останній місяць.

Я можу показати Вам ці речі
в моєму мозку.

Так що, давайте розпочнемо.
Ось моя права півкуля.

Зображення орієнтоване так.
Ви дивитеся на мою голову в такий спосіб.

Уявіть, що забираємо череп

і дивимося на поверхню мозку ось так.

Як Ви бачите,

поверхня мозку вся в складках.

Це не зручно.
Матеріал може бути прихований там.

Ми хочемо побачити цілісну річ,

так що давайте розпрямимо її,
щоб ми могли бачити все це.

Давайте знайдемо ділянку
розпізнавання облич,

яка реагує на ось такі зображення.

Щоб побачити це,
давайте повернемо мозок навколо

і побачимо внутрішню поверхню знизу.

Ось вона, ця ділянка.

Праворуч є ще одна ділянка,

яка показана фіолетовим кольором,

вона відповідає за обробку
кольорової інформації.

Біля тих та інших ділянок,

які беруть участь у сприйнятті місця.

Я бачу цю схему простору
навколо себе

і ці зелені ділянки

є дійсно активними.

Є ще одна на зовнішній поверхні,

де є дві додаткові ділянки
розпізнавання облич.

Крім того поблизу є ділянка,

яка селективно бере участь

в обробці візуального руху,

як оці рухомі точки.

Вона позначена жовтим кольором
у нижній частині головного мозку.

Поруч є ділянка, яка реагує

на зображення тіла і частин тіла, як це.

Та ділянка зафарбована
жовто-зеленим

в нижній частині головного мозку.

Зараз всі ці ділянки, які я показала
Вам щойно,

беруть участь у конкретних аспектах
візуального сприйняття.

Чи є у нас спеціалізовані ділянки мозку,

для інших відчуттів, таких як слух?

Так, є. Якщо ми трохи повернемо
мозок навколо,

ось область темно-синього кольору,

про яку ми повідомили
пару місяців тому.

Ця ділянка сильно реагує,

коли ви чуєте звуки з високим тоном,
як ось ці.

(Звук сирени)

(Звуки віолончелі)

(Дверний дзвінок)

На відміну від цього, та ділянка
не реагує сильно,

коли ви чуєте добре знайомі звуки,

які не мають високого тону.

(Жування)

(Барабанний дріб)

(Змив у туалеті)

Поруч з ділянкою "високого тону"

є інша група ділянок,
які вибірково реагують

на звуки мови.

Тепер давайте подивимося
на такі ж ділянки.

У моїй лівій півкулі є
аналогічний пристрій -

не ідентичний, але схожий.

Більшість з тих же ділянок є тут,

хоча іноді відрізняються розміром.

Все, що я показувала Вам досі, -

це ділянки, які беруть участь у
різних аспектах сприйняття,

зору та слуху.

Чи маємо ми також
спеціалізовані ділянки мозку

для дійсно химерних та складних
психічних процесів?

Так, маємо.

Ось рожевим зафарбовані
мої "мовні" ділянки.

Протягом довгого часу
було відомо,

що та ділянка мозку

бере участь в обробці мови,

але зовсім недавно ми показали,

що ці рожеві ділянки

реагують вкрай вибірково.

Вони реагують, коли ви розумієте
сенс речення,

але не тоді, коли ви вирішуєте
інші складні розумові завдання,

як от усний рахунок,

або запам'ятовування інформації,

або оцінювання складної структури

частини музичного твору.

Найдивовижніша ділянка,
яка була знайдена, -

це ось тут праворуч,
бірюзового кольору.

Ця ділянка реагує,

коли ви задумуєтеся про те,
що інша людина думає.

Це може здатися божевіллям,

але насправді, ми, люди,
робимо це весь час.

Ви робите це, коли ви розумієте,

що ваш партнер турбуватиметься,

якщо Ви не подзвоните і не попередите,
що ви спізнюєтеся.

Я роблю це за допомогою тієї ділянки
мого мозку прямо зараз,

коли я розумію, що ви,

ймовірно, тепер зацікавилися

всіма тими сірими незвіданими
областями мозку,

і тим, що там відбувається.

Що ж, мені також це цікаво.

Ми робимо багато експериментів
в моїй лабораторії

для того, щоб спробувати
знайти ряд інших

можливих спеціалізацій мозку

для інших конкретних
психічних функцій.

Що важливо: я не думаю, що у нас є

спеціалізації в мозку

для кожної важливої психічної функції,

навіть для тих, які мають
вирішальне значення для виживання.

Справді, кілька років тому

в моїй лабораторії працював учений,

який був переконаний,

що він знайшов область мозку,

яка визначає їжу.

І вона дійсно сильно реагувала
при скануванні,

коли люди дивляться
на ось таке зображення.

Далі він знайшов схожу реакцію

в більш-менш такому ж розташуванні

у 10 з 12 піддослідних.

Тому він був у захваті,

і він бігав по лабораторії,

розповідаючи всім,
що він планує піти на шоу Опри

зі своїм великим відкриттям.

Але тоді він придумав критичний тест.

Він показав такі предметні зображення їжі

і порівняв їх із зображеннями
з дуже схожими кольорами та формами,

але то не була їжа.

І його ділянки зреагували так само

на два набори зображень.

Так що це не була ділянка їжі,

це була просто область,
якій сподобалися кольори та форми.

От вам і Опра.

Але тоді постає запитання:

як ми обробляємо
решту інформації,

якщо ми не маємо спеціалізованої
ділянки мозку для цього?

Я вважаю, що відповідь у тому,
що, на додаток

до цих описаних мною
вузькоспеціалізованих компонентів,

ми також маємо ділянки із дуже загальним
призначенням в наших головах,

які дозволяють нам вирішувати

проблему, яка з'являється.

Справді, нещодавно ми показали,

що ці ділянки, тут білі,

реагують, коли Ви виконуєте
будь-якої складності розумове завдання.

Так було

зі всіма сімома, кого ми протестували.

Кожен з відділів головного мозку,
які я описала

Вам сьогодні,

присутній приблизно в тому ж місці

в кожної нормальної людини.

Я могла б взяти будь-кого з Вас,

помістити під сканер,

і знайти кожен з цих відділів
у Вашому мозку.

Це виглядатиме дуже схоже на мій мозок,

хоча відділи несуттєво будуть відрізнятися

точним місцезнаходженням
та розмірами.

Для мене в цій роботі найважливіше

не те, що це окремі місця відділів мозку,

а простий факт, що у нас є

селективні, специфічні компоненти
розуму та мозку

насамперед.

Мається на увазі, все могло б бути інакше.

Мозок міг би бути простим

процесором загального призначення,

більш схожим на кухонний ніж,

ніж на швейцарський армійський ніж.

Натомість, сканування мозку показало

складну та цікаву картину
людського розуму.

Отже, ми маємо це зображення
структури загального призначення

в наших головах

в додаток до цього дивовижного комплекту

вузькоспеціалізованих компонентів.

Це перші дні проекту.

Ми намалювали всього лише перші мазки

нейронного портрету
людського розуму.

Найбільш фундаментальні запитання
залишаються без відповіді.

Наприклад, що саме робить кожен
з цих відділів?

Чому нам потрібні три ділянки
розпізнавання обличчя

і три ділянки сприйняття простору?

Який розподіл функцій між ними?

По-друге, як всі ці речі

пов'язані в мозку?

За допомогою дифузійного МРТ,

Ви можете побачити,
як пучки нейронів,

підключаються до різних частин мозку,

і за допомогою цього методу

можна прослідкувати з'єднання
окремих нейронів,

які, ймовірно, колись дадуть нам
схему з'єднань

всього людського мозку.

По-третє, як вся ця

дуже систематична структура
була побудована

під час розвитку в дитячому віці

і в цілому в еволюції нашого виду?

Для вирішення таких завдань

зараз вчені сканують

інші види тварин,

і також немовлят.

Багато людей виправдовують високу
цінність нейронаукових досліджень,

вказуючи, що це колись
допоможе нам

лікувати захворювання головного мозку,
такі як хвороба Альцгеймера та аутизм.

Це надзвичайно важлива мета,

і я буду в захваті, якщо будь-яка з моїх робіт
буде мати вклад в цю справу.

Але виправлення помилок,
які зроблені в цьому світі,

не єдине, що варто робити.

Зусилля задля того, щоб зрозуміти
людський розум і мозок

вартісні, навіть якщо вони
не сприяли лікуванню

жодного захворювання.

Що може бути більш захоплюючим,

ніж розуміння фундаментальних механізмів,

які лежать в основі людського досвіду,

щоб, по суті, зрозуміти, хто ми такі?

Я думаю, що це найбільший предмет
наукових досліджень

за весь час.

(Оплески)