Всего за 589 руб. Купить полную версию
Мозг похож на компьютер в такой степени, что физические аналогии между мозгом и компьютером возникли на самой заре цифровой эпохи, еще в 1957 году, когда Джон фон Нейман, математик и изобретатель первых компьютерных технологий, написал книгу «Computer and the Brain» («Компьютер и мозг»). Фон Нейман утверждал, что математические операции и конструктивные принципы цифровых машин, вероятно, похожи на феномены и механизмы мозговой деятельности. Отчасти сходство, подтолкнувшее фон Неймана к таким параллелям, очевидно. И мозг, и компьютер, как известно, зависят от электричества. Биоэлектрическую активность нервной системы можно зарегистрировать даже удаленно при помощи электродов, размещенных вне мозговых клеток и даже вне головы, так что биоэлектрическая активность служит особенно наглядным показателем мозговой деятельности. Если вам когда-нибудь делали электроэнцефалографию (ЭЭГ), то вы наблюдали это явление в действии: к коже головы прикрепляли тоненькие проводки (или надевали шапочку с ними), после чего считывали данные об электрической активности мозга. Электроэнцефалограмма позволяет распознать признаки эпилепсии, мигрени и других расстройств.
Электрические сигналы мозга обусловлены крошечными перепадами напряжения на мембранах, окружающих нейроны, как перепады между клеммами батарейки (см. рис. 2). Но, в отличие от батареек, трансмембранные перепады напряжения (мембранные потенциалы) динамически колеблются в зависимости от времени, поскольку через клеточную мембрану течет поток электрически заряженных молекулионов. Если напряжение нейронной мембраны колеблется сильнее 20 милливольт относительно уровня, когда клетка находится в покое, может возникнуть гораздо более сильный всплеск напряжениятак называемый потенциал действия, или спайк. Во время потенциала действия ионы мечутся туда-сюда по крошечным канальцам в мембране, и напряжение нейрона меняется примерно на 100 милливольт и возвращается к исходной величине всего за несколько миллисекунд. Если у нейрона возникают такие всплески электрической энергии, мы говорим, что он «стреляет». Потенциалы действия распространяются по нервным волокнам быстрее мчащегося гепардаблагодаря этому разные участки мозга способны взаимодействовать с достаточной скоростью, чтобы обеспечивать восприятие и когнитивные функции. Большинство нейронов выстреливает потенциалами действия с частотой от нескольких в секунду до около 100 в секунду. В этом отношении нейронные потенциалы действия напоминают электрические импульсы, приводящие в действие наши модемы и роутеры и позволяющие нашим компьютерам и другим цифровым устройствам производить вычисления и налаживать связь друг с другом. Измерения этой электрофизиологической активностиоснова экспериментальной нейрофизиологии, а электрические сигналы часто считают языком, на котором клетки мозга разговаривают друг с другомэтакой мозговой lingua franca.
Рис. 2. «Электронно-вычислительные» аналогии с функционированием мозга. Вверху: зависимость трансмембранного потенциала от времени при потенциале действия, на врезке показана модельная электрическая схема, которая позволяет рассчитать этот процесс с точки зрения обычной электротехники. На основе работы A. L. Hodgkin, A. F. Huxley; внизу слева: нервная структура гиппокампа, иллюстрация знаменитого нейроанатома Камилло Гольджи; внизу справа: плата памяти современного компьютера (по лицензии Adobe Stock)
Есть в мозгах и электрические нейронные сети, чем-то напоминающие интегральные микросхемы в компьютерах. Нейронные сетиэто группы нейронов, соединенных между собой синапсами. Многие нейрофизиологи считают синапсы самыми фундаментальными единицами нейронных связей, поскольку синапсы модулируют нервные сигналы при переходе от клетки к клетке. В этом смысле синапсы напоминают транзисторыатомарные элементы устройства компьютера, которые то включаются, то выключаются и регулируют поток электрического тока при цифровой обработке сигналов. Человеческий мозг содержит миллиарды нейронов и триллионы синапсовгораздо больше, чем транзисторов в обычном персональном компьютере в наши дни
1
Hilary Putnam, «Reason, Truth, and History» (New York: Cambridge University Press, 1981).
2
Amy Harmon, «A Dying Young Womans Hope in Cryonics and a Future», «New York Times», 12 сентября 2015 г.
3
На сайте «Alcor Life Extension Foundation», компании, которая заморозила и хранит мозг Ким Суоцци, перечислены десятки других клиентов, решивших подобным образом сохранить свой мозг.
4
Цит. по: Stanley Finger, «Minds Behind the Brain: A History of the Pioneers and Their Discoveries» (New York: Oxford University Press, 2000).
5
«Introduction to Neuroanatomy», Massachusetts Institute of Technology, 2001.
6
L. L. Moroz, «On the independent origins of complex brains and neurons», «Brain, Behavior and Evolution» 74 (2009): 177190.
7
S. Kumar and S. B. Hedges, «A molecular timescale for vertebrate evolution», «Nature» 392 (1998): 917920.
8
N. D. Leipzig and M. S. Shoichet, «The effect of substrate stiffness on adult neural stem cell behavior», «Biomaterials» 30 (2009): 68676878.
9
Jennifer Hay, «Complex Shear Modulus of Commercial Gelatin by Instrumented Indentation», «Agilent Technologies», 2011.
10
Henry McIlwain and Herman S. Bachelard, «Biochemistry and the Central Nervous System», 5th ed. (Edinburgh, UK: Churchill Livingstone, 1985).
11
«National Nutrient Database for Standard Reference Release 28, Entry for Raw Beef Brain», US Department of Agriculture, 18 марта 2017 г.
12
J. V. Ferraro et al., «Earliest archaeological evidence of persistent hominin carnivory», PLoS One 8 (2013): e62174.
13
Craig B. Stanford and Henry T. Bunn, eds., «Meat-Eating and Human Evolution» (New York: Oxford University Press, 2001).
14
L. Werdelin and M. E. Lewis, «Temporal change in functional richness and evenness in the eastern African Plio-Pleistocene carnivoran guild», «PLoS One» 8 (2013): e57944.
15
Ferraro et al., «Earliest archaeological evidence».
16
Mario Batali, «Calves Brain Ravioli with Oxtail Ragu by Grandma Leonetta Batali», http://www.mariobatali.com/recipes/calves-brain-ravioli/
17
Diana Kennedy, «The Cuisines of Mexico» (New York: William Morrow Cookbooks, 1989).
18
Мусульмане, в отличие от христиан и иудеев, верят, что Ибрагим (Авраам) собирался принести в жертву не Исаака, а Исмаила (Измаила).
19
Ian Crofton, «A Curious History of Food and Drink» (New York: Quercus, 2014).
20
P. P. Liberski et al., «Kuru: Genes, cannibals and neuropathology», «Journal of Neuropathology & Experimental Neurology» 71 (2012): 92103.
21
D. C. Gajdusek, «Correspondence on the Discovery and Original Investigations on Kuru: Smadel-Gajdusek Correspondence, 19551958» (Bethesda, MD: National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke, National Institutes of Health, 1975).
22
Shirley Lindenbaum, «Kuru Sorcery: Disease and Danger in the New Guinea Highlands», 2nd ed. (New York: Routledge, 2013).
23
Dimitra Karamanides, «Pythagoras: Pioneering Mathematician and Musical Theorist of Ancient Greece», Library of Greek Philosophers (New York: Rosen Central, 2006).
24
Nina Edwards, «Offal: A Global History» (London: Reaktion Books, 2013).
25
Речь идет о базе данных www.allrecipes.com; поиск блюд из печени, желудка, языка, почек и мозгов проводился 4 марта 2014 года.
26
Katherine Simons, «Food Preference and Compliance with Dietary Advice Among Patients of a General Practice» (PhD thesis, University of Exeter, 1990).
27
S. Mennell, «Food and the quantum theory of taboo», «Etnofoor» 4 (1991): 6377.
28
S. M. Sternson and D. Atasoy, «Agouti-related protein neuron circuits that regulate appetite», «Neuroendocrinology» 100 (2014): 95102.
29
J. B. Ancel Keys, Austin Henschel, Olaf Mickelsen, and Henry L. Taylor, «The Biology of Human Starvation» (Minneapolis: University of Minnesota Press, 1950).
30
D. Baker and N. Keramidas, «The psychology of hunger», «Monitor on Psychology» 44 (2013): 66.
31
Stanley Finger, «Minds Behind the Brain: A History of the Pioneers and Their Discoveries» (New York: Oxford University Press, 2000).
32
P. Wright, «George Combephrenologist, philosopher, psychologist (17881858)», Cortex 41 (2005): 447451.
33
William Douglas Woody and Wayne Viney, «A History of Psychology: The Emergence of Science and Applications», 6th ed. (New York: Routledge, 2017).
34
Stephen J. Gould, «The Mismeasure of Man» (New York: W. W. Norton, 1996).
35
Brian Burrell, «Postcards from the Brain Museum: The Improbable Search for Meaning in the Matter of Famous Minds» (New York: Broadway Books, 2004).