Чтение онлайн

Дмитрий Антонович Сахаров, докт.биол.наук, профессор, академик РАЕН, зав. лабораторией сравнительной физиологии, Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, Москва

Уверен, что важнейшая сегодняшняя проблема — образование. Науковеды справедливо считают, что тектонические сдвиги становятся возможными тогда, когда новую парадигму воспримет научная молодёжь, которую не успели зомбировать старыми догмами. В нейробиологии из поколения в поколение воспроизводятся специалисты, которых учили и продолжают учить в рамках рефлекторной парадигмы и её дочернего предприятия — синаптической доктрины. Началось это давно. Результаты экспериментов Г. Гельмгольца и других ранних исследователей животного электричества были ошибочно интерпретированы, породив иллюзию, что нервная система построена из проводников электрического нервного импульса -носителя сенсорного послания эффектору. Заметим, что гораздо ближе к истине столетиями раньше был Р. Декарт, чисто умозрительно догадавшийся, что продукт, служащий посланием эффектору, не имеет сенсорного происхождения, он накапливается и хранится в самом мозге, а сенсорика адаптивно высвобождает этот продукт и придаёт ему нужное направление. Восторжествовали, однако, фантазии Гельмгольца, и дальнейшая история нейрофизиологии стала историей мучительных приспособлений рефлекторной парадигмы к клеточной теории и другим достижениям биологии. Потенциал приспособлений исчерпан, это стало ясно после открытия этологами центральных поведенческих программ и демонстрации нейроэтологами центральных генераторов упорядоченной активности (central pattern generator, CPG). Но агония продлится, пока не станем учить по-новому. Школьникам и студентам нужно объяснять, что живым структурам свойственно самопроизвольное функционирование и что нервные, в частности, клетки, а также их ансамбли активны не потому, что они чему-то на что-то отвечают, а просто потому, что они живые. Обучение мозгу удобно начинать с сердца: тут и спонтанный генератор, и способность к адаптациям. От сердца разумно перейти к локомоторному поведению медузы, столь похожему на сердцебиения. Далее есть смысл детально разобрать локомоторный или какой-то иной из хорошо изученных CPG беспозвоночных — от клеточных и химических механизмов паттернизации выходной активности до механизма перестройки паттерна. Теперь уже недалеко до нейронных ансамблей, входящих в состав сложного мозга. Заодно будет небесполезно разобрать коленный рефлекс, показав, что его простота — результат вторичной редукции. Такое обучение позволит исследователям нового поколения адекватно понимать мозг, изучать и описывать его в понятиях центральных генераторов, гетерохимизма и самоорганизации.

Сильные российские школы были сильны тем, что их создавали сильные личности. Мощным интеллектом обладали И.П. Павлов и А.Ф. Самойлов, их наследие пошло в рост и принесло обильный урожай. А от каких-то других отечественных школ практически ни следа не осталось: назову, к примеру, некогда знаменитую и многолюдную нейрофизиологическую школу Введенского — Ухтомского. Позже тот же личностный фактор стал основой замечательной плодотворности школ, которые, вопреки обстоятельствам, сумели создать П.К. Анохин, Н.А. Бернштейн и Х.С. Коштоянц. Характерно, что из них троих академиком АН СССР был только Анохин, и то почти незаконно: после событий 1950 г. академики едва не изгнали Анохина из своих рядов. Номенклатурный характер академической науки был и остаётся нашей национальной бедой. Некто хорошо вешает лапшу на уши начальству, пробивает звания, награды, финансирование, — и вот такой пробивала загоняет в угол профессионала и командует наукой. Если бы удалось избавиться от этой советской традиции, мы стали бы намного успешней. Но — как?

Владимир Георгиевич Редько, докт.физ.
– мат.наук, проф., зам. директора. по науке Центра оптико-нейронных технологий НИИ системных исследований РАН, Москва

Мне кажется, что сегодня важно как следует разобраться, каковы механизмы памяти отдельного нейрона и нейронной сети. Обычно в компьютерном или математическом моделировании специалисты в области теории нейронных сетей используют гипотезу Хебба: вес синапса изменяется, если одновременно активны преси-наптический и постсинаптический нейроны. Это позволяет строить модели обучения нейронных сетей. Но у многих специалистов эта гипотеза вызывает сомнения. И целесообразно понять, каковы реальные механизмы памяти и как эти механизмы могут быть воплощены в компьютерные и математические модели.

На мой взгляд, для того, чтобы существенно продвинуть науки о мозге, нужны серьезные междисциплинарные исследования на стыке биологии, информатики и когнитивных наук. Очень интересно поставить и исследовать проблему эволюционного происхождения мышления и интеллекта. Целесообразно исследовать когнитивную эволюцию, эволюцию познавательных способностей биологических организмов; исследовать, как и почему произошли способности человека, обеспечивающие научное познание природы. Подход к исследованию когнитивной эволюции изложен в моей статье «Задача моделирования когнитивной эволюции», доступной по адресу: www.wsni2003.narod.ru/RedkoP.zip . Проблема происхождения мышления и интеллекта интересна и ученому, и просто образованному человеку. Исследования этой проблемы могут радикально повысить престиж науки.

Михаил Сергеевич Бурцев, канд. физ.
– мат.наук, лаборатория нейробиологии памяти, отдел системогенеза, НИИ нормальной физиологии им. П.К.Анохина РАМН; отдел математического моделирования нелинейных процессов и синергетики, Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Москва

Очевидно, что результаты обучения животных должны быть в большинстве случаев эволюционно полезными; тем более поразительно то, что современная нейробиология до сих пор не имеет удовлетворительной теории, объясняющей, почему обучение адаптивно. Правило Хебба и основанное на нем правило пластичности, зависящей от времени спайка (spike-timing dependent plasticity, STDP), порождают синхронизацию нервных клеток, но не дают адаптивности. Теория обучения с подкреплением феноменологически описывает процесс обучения на поведенческом уровне, но не дает возможности перейти на уровень механизмов. Выход из этого тупика может дать теория функциональных систем, разработанная в первой половине ХХ в. выдающимся советским нейрофизиологом П.К. Анохиным. Теория говорит, что поведение и обучение направлены на достижение результатов, адаптивность которых проверена естественным отбором в эволюции, что позволяет непротиворечиво увязать физиологический, поведенческий и эволюционный уровни.

Чтобы лучше понять процесс обучения, нам необходимо исследовать самые простейшие биологические системы, способные это деалать. Такой моделью может быть почвенная нематода, состоящая из 900 клеток, треть которых — нейроны, или культура нервной ткани in-vitro. Как показали работы последних лет, сети живых нейронов способны обучаться даже вне мозга — в пробирке. Преимущество изучения формирования адаптивных нейрональных сетей в культуре в том, что такая модельная система более удобна для воздействия и наблюдения, чем целостный организм. Думаю, что область исследования обучения в культурах нейронов будет развиваться и позволит сделать открытия, которые существенно изменят наши знания о работе мозга.

Что же нам даст понимание принципов обучения, увязывающих клеточный и системный уровни? Это не только откроет новые пути к расширению интеллектуального потенциала человека через улучшение обучения и памяти, но и позволит создать новый класс адаптивных искусственных систем. Не старомодные системы искусственного интеллекта, ограниченные узкоспециализированными системами, и не искусственные нейронные сети, неспособные быстро и эффективно решать неожиданные задачи, — появятся системы, которые можно назвать «умными». Умные системы будут обладать целенаправленным поведением, способностью самостоятельно распознавать проблемные ситуации и оперативно находить альтернативные пути получения требуемого результата. Подобные умные системы станут основой для появления нового поколения автономных роботов и компьютерных программ.

Ольга Евгеньевна Сварник, канд. психол. наук, лаборатория нейрофизиологических основ психики им. В.Б. Швыркова, Институт психологии РАН, Москва

Выбрать наиболее перспективную и важную проблему довольно затруднительно, поскольку выбор может осуществляться по разным критериям. Возможно, в плане инвестиций самой перспективной является проблема улучшения памяти, но я бы назвала другую, самую, по моему мнению, важную для понимания принципов работы мозга, важную в фундаментальном смысле. В вышедшей в этом году книге «Человеческий мозг» (Carter, Rita. 2009. The Human Brain Book. Har/Dvdr. DK ADULT,) в главе про память, сказано, что память — синхронизованная активность нейронов, которые были вовлечены в приобретение этой памяти. А вот из главы про восприятие ясно, что при восприятии информация просто «попадает» в мозг для последующей обработки. Так что восприятие кажется мне самой трудной, требующей новых подходов проблемой. Трудно представить, как могут непротиворечиво сосуществовать представления о синхронизации при воспроизведении и последовательном «проходе» информации в голове при восприятии. И это только самый первый вопрос, который возникает.

Отвечая на вопрос о новых методах, хочу отметить, что методы сами по себе не могут перевернуть представления. Представления как-то сами «переворачиваются», и это отдельный интересный научный вопрос — как возникает что-то новое, в том числе и в представлениях. Но такой переворот — довольно маловероятное событие, как предполагают историки и философы науки. Методы могут только как-то «подтвердить» или опровергнуть гипотезы, исходящие из имеющихся представлений. Самыми перспективными я считаю методы, позволяющие регистрировать активность всех нейронов в течение всего онтогенеза организма, во всех видах его поведения. Ключевые параметры моего «идеального» метода: клеточный уровень регистрации активности мозга и возможность непрерывного сопоставления активности клеток с текущим поведением организма. Возможно, что на каком-то этапе своего дальнейшего развития это может быть кальциевый или любой другой имиджинг.

Я думаю, что исследования мозга дадут в будущем простому человеку потенциальную возможность менять свою жизнь или восприятие своей жизни, что в сущности одно и то же, посредством направленного изменения активности своих нейронов. Вся психотерапия показывает, что это может быть крайне востребовано. Что-то вроде «спасение утопающих — дело рук самих утопающих». Лозунг «измени себя» может иметь вполне конкретное физиологическое наполнение.

Российская школа нейрофизиологии сильна идеями и теориями. Глобальностью видения проблемы. Способностью «встать на стол», как рекомендовано в фильме «Общество мертвых поэтов». Это может изменить угол зрения и само восприятие проблемы. Нужно делать школы для молодых ученых, в рамках которых необходимо подумать и «встать на стол», например в рамках работы над проектом, а не просто прослушать что-то новое, что «прилетело и улетело».

Юрий Иосифович Александров, докт. психол.наук, проф., зав. лабораторией нейрофизиологических основ психики им. В.Б. Швыркова, Институт психологии РАН, Москва

Наиболее перспективной и важной областью станут кросс-культурные исследования. Они в наибольшей степени и наиболее быстро изменят наши представления о мозге и о ген-культурной коэволюции. Сильные черты российской нейронауки связаны с культоспецифической тенденцией к системному, холистическому анализу. Эта же характеристика свойственна в России и другим наукам.