Искусственные воспоминания изобретение кратко
Обновлено: 16.05.2024
За последние несколько лет нейрофизиологи существенно продвинулись в изучении механизмов памяти. На животных, в частности, белых мышах, они показали, что воспоминания кодируются определенной констелляцией нейронов (совокупностью клеток головного мозга и связей между ними). Воздействуя на эти нейронные ансамбли, ученые научились искусственно вызывать воспоминания или, наоборот, стирать их. Но возможно ли нечто подобное с человеческим мозгом, и если да, к каким психологическим и социальным последствиям это приведет?
Для начала подробнее разберемся с данными, полученными на животных. Они были накоплены в результате серии исследований, проводившихся с применением открытого совсем недавно — в 2005 году — метода оптогенетики. Он заключается во встраивании во внешнюю мембрану клеток светочувствительных каналов. Затем на эти клетки может осуществляться воздействие лазерными импульсами.
Первое крупное исследование из этой серии было проведено научной группой лауреата Нобелевской премии Судзуми Тонегавы в 2012 году. Белые мыши, у которых предварительно была осуществлена генетическая модификация нейронов, описанная выше, помещались в специальную клетку. Там их подвергали воздействию электрического тока, они пугались и замирали. В этот момент у них фиксировался возбудившийся нейронный ансамбль. Затем в нейтральной обстановке на эти нейроны воздействовали лазерными импульсами. Мыши испытывали возникавшее ранее чувство страха и опять замирали. То есть воспоминания о ситуации из прошлого порождались искусственным путем.
В 2014 году другая группа исследователей под руководством Танаки Казумасы провела схожий эксперимент, однако вместо активации производилось отключение выявленных констелляций нейронов. После этого мыши снова помещались в опасную для них клетку, но никаких признаков страха или эффекта замирания, в отличие от контрольной группы, у них не наблюдалось. Таким образом, исследователи смогли искусственно стереть или, по крайней мере, блокировать воспоминания.
Будут ли проведены аналогичные эксперименты на человеке? Пока восстанавливать человеческую память с помощью метода оптогенетики еще никто не пытался. Для этого потребовалось бы осуществить генетическую модификацию клеток непосредственно в мозге и воздействовать на них серьезным облучением. Впрочем, не исключено, что в ближайшем будущем метод усовершенствуется и такие эксперименты станут возможны. Это приблизит главную на сегодняшний день цель ученых — научиться восстанавливать работу нейронов под действием света при нейродегенеративных заболеваниях.
Но тогда возникнет закономерный вопрос: можно ли будет таким образом восстанавливать или стирать любое произвольное воспоминание? Ведь даже в экспериментах над мышами реконструировались лишь не так давно образовавшиеся следы памяти. Хранит ли человеческий мозг воспоминания обо всем, что происходит с нами в течение жизни?
На этот счет существует несколько теорий. Согласно одной из них, с течением времени наши воспоминания исчезают насовсем вследствие нарушения процессов хранения памяти или повреждения структурного следа. По другой, они не исчезают, но продолжают храниться где-то глубоко внутри нашего мозга, утрачивается лишь доступ к ним [Киященко, 1972].
Еще в 80-е годы супруги Элизабет и Джеффри Лофтус провели опрос среди представителей различных наук, имеющих дело с памятью, и обнаружили, что 84 процента из них придерживаются второго варианта. Отечественная школа нейропсихологии также склоняется к нему. Но какие доводы позволяют предполагать, что наш мозг хранит абсолютно всю информацию, прошедшую через него?
Доказательства восходят к работам Уайлдера Пенфилда. Во время операций на открытом мозге Пенфилд производил электрическую стимуляцию различных его отделов. Пациент в этот момент находился в сознании и мог говорить. Стимуляция некоторых зон, преимущественно височных долей, вызывала у пациента яркие и максимально детальные воспоминания о событиях из его прошлого. Повторение стимуляции одних и тех же точек приводило к повторному возникновению тех же самых воспоминаний [Penfield, 1952].
Подтверждают эту гипотезу и различные клинические случаи. В литературе описано, как при глубокой амнезии происходит спонтанное восстановление, казалось бы, утерянных воспоминаний. Другим примером может служить включение в конфабуляторную продукцию отдельных воспоминаний о событиях, которые происходили с больным уже после того или иного повреждения мозговых структур и которые вследствие антероградной амнезии он не запоминал (речь идет о ложных воспоминаниях, возникающих при нарушениях памяти) [Киященко, 1972]. Все это говорит о том, что воспоминания сохраняются даже при патологиях, ограничивается лишь доступ к ним. Тот факт, что человек потенциально может запомнить и вспомнить практически все, что с ним происходило, демонстрируют и клинические примеры больных с гипермнезией (патологическим увеличением объема и прочности запоминания материала) [Лурия, 1968; Price, Davis, 2009].
Таким образом, можно предположить, что все наши воспоминания хранятся в мозге и при воздействии на определенные констелляции нейронов их можно будет восстановить или удалить.
К каким последствиям приведет подобное вмешательство? Безусловно, оно способно будет помочь в борьбе с нейродегенеративными заболеваниями, амнезиями различного генеза, возможно, с естественным снижением памяти в пожилом возрасте. Удаление ненужных воспоминаний, вероятно, позволит больным с гипермнезией научиться забывать.
Анастасия Черкасова
Библиография:
Киященко Н.К. Нарушение памяти при локальных поражениях мозга. — М.: Издательство МГУ, 1972. — 103 с.
Лурия А.Р. Маленькая книжка о большой памяти (ум мнемониста) — М.: Издательство МГУ, 1968. — 88 с.
Сакс О. Человек, который принял жену за шляпу и другие истории из врачебной практики [роман: пер. с англ.] — СПб.: Science Press, 2006. — 301 с.
Liu X., Ramirez S., Pang P., Puryear C., Govindarajan A., Deisseroth K. and Tonegawa S. Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall // Nature, 484, 2012. — P. 381–385.
Loftus, Elizabeth F.; Loftus, Geoffrey R. On the permanence of stored information in the human brain. American Psychologist, Vol 35 (5), 1980. — P. 409-420.
Price J., Davis B. The woman who can`t forget: the extraordinary story of living with the most remarkable memory known to science. Free Press, 2009. — 272 p.
Tanaka K.Z., Perzner A., Hamidi A.B., Nakazawa Y., Graham J., Wiltgen B.J. Cortical Representations Are Reinstated by the Hippocampus during Memory Retrieval // Neuron. Vol. 84, Issue 2, 2014. — P. 347-354.
Учёные создали у мышей искусственное воспоминание о запахе цветущей вишни.
Воспоминания важны для ощущения идентичности, возникающего из рассказа о личном опыте. Проведённое исследование демонстрирует, что манипуляция цепями в мозгу может привести к возникновению воспоминаний, отдельных от этого нарратива, причём они могут быть сформированы при полном отсутствии реального опыта. Работа показывает, что нейронный контур, обычно реагирующий на определённый опыт, может быть искусственно стимулирован и взаимосвязан с помощью искусственной же памяти. Эта память актуализируется соответствующими сигналами в реальной среде. Исследования дают понимание фундаментальных процессов, лежащих в основании формирования воспоминаний в мозгу, и составляют часть развивающейся науки манипулирования памятью, включающей знания о передаче, внедрении и стирании памяти. Усилия по созданию искусственной памяти могут оказать огромное влияние на широкий круг людей, борющихся с нарушениями памяти, и тех, кто пережил травматические воспоминания. Кроме того, подобное знание может иметь серьёзные социальные и этические последствия.
В ходе исследования естественная память формировалась путём обучения мышей ассоциированию специфического запаха (цветущей вишни) с ударом тока в ногу; они научились его избегать, переходя в другой конец помещения для испытаний, где был другой запах (тмин). Аромат тмина исходил от химического вещества под названием карвон, а запах цветущей вишни от другого вещества, ацетофенона. Исследователи обнаружили, что ацетофенон активирует определённый вид рецепторов на обонятельной сенсорной нервной клетке дискретного типа.
Затем они обратились к сложной технике, оптогенетике, чтобы активировать именно эти нервные клетки. В оптогенетике светочувствительные белки используются для стимуляции отдельных нейронов в ответ на свет, поступающий в мозг через хирургически имплантированные оптические волокна. В первых экспериментах учёные использовали трансгенных животных, у которых светочувствительный белок был в обонятельных нервах, чувствительных к ацетофенону. Объединив электрический удар в лапе с оптогенетической стимуляцией светом обонятельных нервов, чувствительных к ацетофенону, исследователи научили животных ассоциировать их. Позднее, когда мышей протестировали, позволив им ощутить реальный аромат цветения вишни (с которым они ранее не были знакомы), выяснилось, что мыши этот запах избегают.
Эти шаги показали, что животным не надо ощущать запах, чтобы вспомнить связь между ним и неприятным ударом. Но это была ещё не вполне искусственная память, потому что шок от удара был вполне реальным. Для того чтобы создать полностью искусственную память, учёные должны были стимулировать мозг таким образом, чтобы имитировать и нервную активность, вызванную ударом в ногу.
Предыдущие исследования показали, что конкретные нервные пути, ведущие к структуре, известной как вентральная область покрышки, важны для избегания удара током в ногу. Чтобы создать действительно искусственную память, исследователи должны были стимулировать вентральную область покрышки так же, как стимулировали обонятельные сенсорные нервы. Чтобы использовать оптогенетическую стимуляцию, они стимулировали обонятельные нервы у тех же генетически модифицированных мышей и использовали вирус для размещения светочувствительных белков в вентральной области покрышки. Они стимулировали обонятельные рецепторы светом, чтобы имитировать запах цветов вишни, а затем стимулировали вентральную область покрышки, чтобы имитировать избегание удара в ногу. В результате животные использовали искусственные воспоминания, реагируя на запах, с которым никогда не сталкивались, избежав при этом и ударов током.
Долгое время оставалось загадкой, как формируются воспоминания, и какие физические изменения в мозгу сопровождают их формирование. В данном исследовании электрическая стимуляция конкретных областей мозга привела к тому, что новая память активировала другие участки мозга и участвовала в формировании памяти, в том числе в области, называемой базолатеральная амигдала. Поскольку нервные клетки сообщаются друг с другом с помощью синапсов, предполагается, что изменения в синаптической активности являются причиной формирования воспоминаний. У простых животных, например, у морского слизняка аплизии, воспоминания могут передаваться от одного индивида к другому с помощью РНК, извлечённой из организма, пережившего их. РНК содержит коды белков, образующихся в нервах животного, связанных с памятью. Воспоминания частично передаются с помощью записи электрической активности памяти у предварительно обученных грызунов (в гиппокампе). У животных-реципиентов нервная активность стимулируется по аналогичной модели. Для передачи памяти за основу берётся модель от обученных животных. Важно, что в новом оптогенетическом исследовании модель электрической активности, связанная с памятью, строится в мозгу мыши с нуля, без какого-либо релевантного реального опыта, пережитого подопытным животным. Это первый опыт создания полностью искусственной памяти; полученное в данном исследовании знание поможет сформировать фундаментальное понимание того, как памятью можно осознанно и направленно манипулировать.
Создание искусственных воспоминаний приближает нас к изучению того, как они формируются, и может способствовать пониманию и излечению таких тяжёлых расстройств как болезнь Альцгеймера. Однако, поскольку воспоминания пронизывают саму суть нашей человечности, необходимо сохранять бдительность — чтобы любые манипуляции с памятью рассматривались в первую очередь с точки зрения этики.
Искусственное внедрение ложных воспоминаний — это давняя научно-фантастическая идея, вокруг которой построены сюжеты многих книг и фильмов. Но оказывается, эта концепция уже не совсем фантастична, и опыты по формированию у людей искусственных воспоминаний идут полным ходом.
Основная идея заключается в следующем: подопытных помещают в аппарат функциональной магнитно-резонансной томографии, и люди, находясь внутри аппарата, начинают играть в некую игру. Во время нее их мозг сканируют, а игра дает им обратную связь, под действием которой они формирует новые нейронные связи в мозге. Такой процесс называется нейрофидбэк. С помощью данных, полученных в МРТ, испытуемому рассказывают о том, что происходит в его мозге, а человек в результате начинает контролировать собственную мозговую активность
Основываясь на этой технологии, Такео Ватанабе из университета Брауна создал нечто под названием ассоциативный декодированный МРТ-нейрофидбэк. Эта техника использует МРТ-аппарат, чтобы обучить людей какому-то навыку или же внедрить в них некую ассоциацию — но сам подопытный даже не подозревает о том, что получает какую-то информацию.
Статья Ватанабе о разработке этой техники была опубликована в 2016 году в журнале Current Biology. В ней Ватанабе рассказывает о том, как испытуемые после применения нейрофидбэка стали видеть красный цвет, даже когда им показывали картинку из черно-белых полос.
Подопытным не говорили о цветах, не говорили, что надо представлять какую-то картинку. Им говорили лишь регулировать мозговую активность. Каждый человек делал упражнение 500 раз. Дело же в том, что больше очков испытуемые набирали, когда сканирование показывало, что они представляют себе красный цвет, причем даже в том случае, когда люди смотрели на черно-белые вертикальные полосы. Таким образом, целью нейрофидбэка было усиление ассоциации между вертикальными полосами и красным цветом. В результате многочисленных повторений ученым удалось добиться того, что испытуемые видели красный в черно-белых полосах, когда эксперимент уже закончился. Эффект длился от трех до пяти месяцев. Причем сами подопытные были убеждены, что, регулируя мозговую активность, думали о совершенно других вещах, никак не связанных с цветовой гаммой.
Ватанабе полагает, что подобную технику со временем можно применить для лечения нейрологических и психиатрических расстройств, таких как депрессия или аутизм. В случае депрессии люди будут набирать высокие баллы, когда их мозговая активность будет показывать более позитивное настроение. При аутизме же такая терапия может помочь людям деактивировать зоны, ассоциированные с симптомами болезни.
Сотрудничество между японским научным институтом Riken и Массачусетским технологическим институтом Picower привело к новому открытию. Ученые смогли подсадить мышам конкретные ложные воспоминания. Этот прорыв значительно расширяет наше понимание памяти и расширяет экспериментальные области оптогенетики.
Способность учиться и помнить - жизненно важная часть способностей любого животного для выживания. У человека память также играет важную роль в нашем восприятии того, что значит быть человеком. Человек - это не просто машина для выживания, он читает, строит планы, играет в футбол, взаимодействует с другими людьми и вообще следует на поводу любопытства и потребности учиться.
ТО, как мы забываем, где оставили свои ключи, является стандартной частью человеческого существования, но в последние десятилетия наши знания о более серьезных расстройствах памяти быстро растут. Они варьируются от болезни Альцгеймера, где способность создания новых воспоминаний и осознание самого себя во времени серьезно нарушена, до посттравматического стрессового расстройства, при котором память о неприятном происшествие не может быть подавлена.
Такие расстройства являются мощной движущей силой исследований по обнаружению здоровых процессов функций памяти, чтобы мы могли диагностировать и лечить дисфункциональные функции памяти.
В предыдущей работе, команда исследователей из Центра Picower нейронные цепи генетики смогли определить сборку нейронов в гиппокампе мозга, которая держала памяти инграммы, или данные о последовательности событий, которые имели место ранее. Напомнив памяти, мозг использует эти данные для реконструкции соответствующих событий, но эта реконструкция обычно немного отличается существенно от того, что на самом деле произошло.
Исследователи смогли установить и идентифицировать нейроны, кодирующие конкретные инграммы с помощью оптогенетики. Оптогенетическая нейромодуляция (ОН) – это метод, при котором используется сочетание генетической модификации и оптических стимуляций для контроля деятельности отдельных нейронов в живой ткани, а также измерения последствий таких манипуляций.
Исследователи определили набор клеток головного мозга, которые были активны только тогда, когда мышь оказывалась в новой среде. Эти клетки активировали с помощью генов и света. Этих мышей затем помещают в безопасную среду (в первую коробку), имеющую свой запах свет и форму. Нейроны, которые активно формировали воспоминания, были помечены учеными.
Затем мышей помещали в другую коробку (опасная зона), которая имела другие запах, форму и освещение, и дали несколько импульсов тока по лапам мышей. Одновременно с этим ученые использовали лазерный свет, чтобы стимулировать клетки головного мозга, связанные у мышей с первой безопасной коробкой.
Мышей особенно раздражают такие потрясения, так что это создало негативные ассоциации. Когда мыши были возвращены в первую коробку, в которой они испытывали лишь приятные впечатления, они начали испытывать страх и беспокойство. Ложный страх стал ассоциироваться с безопасной окружающей средой. При этом в новых коробках мыши не испытывали никакого страха, начинали изучение новой среды, но попадая в первую коробку замирали и боялись там находится, даже если не получали ударов токов. Память о ложном страхе может быть вызвана по желанию в любой среде, воздействуя на нейроны, связанные с этой ложной памятью. При этом он исходит из той же части мозга, что и реальный страх, поэтому неотличим от реальных воспоминаний.
Ученые надеются, что найдя объяснение того, как ложные воспоминания могут быть сформированы, в конечном счете, они смогут использовать эти знания, чтобы сообщить, скажем, в зале суда о том, насколько ненадежные показания дает свидетель. Возможно, они также смогут обеспечить решение проблемы потерянных ключей.
Областной футбольный клуб "Тосмо" Ленинградской области вышел в премьер лигу. Губернатор области Дрозденко Александр заявил о том, что в следующем сезоне клуб будет играть на стадионе "Петровский". Принципиальная договоренность уже достигнута, вопрос остался в цене. Тогда значительно легче будет привлечь инвесторов и рекламодателей.
Читайте также: