Мала академія наук запустила цикл зустрічей із Нобелівськими лауреатами. На лекціях зіркових науковців можна почути історії успіху та епікфейлів, надихнутися прикладами та поставити вченим власні запитання.

19 квітня з МАНівцями спілкувався норвезький нейрофізіолог Едвард Мозер — лауреат Нобелівської премії з фізіології або медицини 2014 року за відкриття системи орієнтування в мозку.

Сьогодні ділимося конспектом найцікавіших тез лекції вченого!

Як науковці досліджували мозок і що допомогло відкрити систему орієнтування?

Вчений розпочав оповідь із того, що робота людського мозку надзвичайно цікавила науковців усіх часів. Вони задавалися питаннями, які механізми та процеси стоять за усвідомленням себе, орієнтуванням і координацією. 

Визначення свого розташування у просторі — надважлива функція для всіх тварин, адже це є запорукою виживання. Саме тому багато вчених зосередилися на вивченні цього нібито простого феномену. Спершу біхевіористи досліджували різні патерни поведінки тварин, зокрема Беррес Фредерік Скіннер визначив, що поведінкою керує взаємодія стимулів і відповідей на них. Саме завдяки цьому можна дресирувати тварин, заохочувати їх стимулами (їжею) до певних дій.

Натомість психолог Едвард Толмен припустив, що робота мозку організована дещо складніше: оскільки і люди, і тварини здатні шукати вигідні та прості шляхи до мети, мозок може формувати когнітивні мапи, утворені з набутих знань. 

Також нейрофізіологи визначили, що центр, який відповідає за орієнтування у просторі, знаходиться в гіпокампі й енторинальній корі мозку. В усіх нервових системах нейрони «комунікують» між собою — посилають електроімпульси.

Аби досліджувати, як і коли клітини посилають ці імпульси, у 50-х роках ХХ століття фізіолог Девід Гантер Г'юбел розробив вольфрамові мікроелектроди, здатні зчитувати імпульси окремо взятого нейрона. Завдяки цій розробці у 1971 році Джон О’Кіф дослідив активність гіпокампу щурів і відкрив просторові нейрони — клітини, що посилали імпульси лише тоді, коли тварина рухалась у певному місці коробки. Далі вчені відкрили нейрони напрямку, а також клітини решітки, за дослідження яких «Нобелівку» 2014 року розділили Едвард і Мей-Брітт Мозер, а також Джон О’Кіф. 

Як відкриття цих нейронів допомагає дослідженню пам’яті та захворювань мозку?

З часом технології вивчення клітин мозку вдосконалилися: вчені винайшли пристрої, здатні охоплювати цілі популяції нейронів — від десятків до тисяч клітин одночасно. Завдяки цьому почали складати мапи клітин решітки (grid cells) і вивчати їхню структуру у великих масштабах. Це допомогло дослідити багатовимірність у розташуванні клітин і те, як нейрони функціонують у великих системах. 

Напрацювання допомогли дослідити епізодичну пам’ять, а також те, що її порушує. Завдяки комплексному вивченню систем нейронів науковці отримали більше можливостей для детального аналізу неврологічних і психічних захворювань, що вражають третину людства. Серед них деменція, шизофренія, епілепсія, мігрені, тривожні розлади й різноманітні залежності. Наприклад, дослідники можуть імплантувати електроди в мозок і спостерігати, як поводять себе ті чи інші нейрони під час нападу епілепсії. Едвард Мозер наголошує, що вивчення хвороб, які частіше розвиваються з віком (наприклад, хвороби Альцгеймера), наразі є ключовими, адже тривалість життя збільшується, а отже і кількість пацієнтів також. 

Як дослідження нейронів допомагає розвивати штучний інтелект?

Едвард зазначає, що розуміння структури мозку допомагає вдосконалювати штучний інтелект. Комп’ютерні технології можуть «вчитися» обчисленням, заснованим на біологічних процесах, а новітня нейроморфна інженерія може наблизитися до відтворення природного інтелекту.

Чому ж між штучним і природним інтелектом все-таки є велика відмінність? Багато хто порівнює людський мозок із комп’ютером. Едвард стверджує, що між ними справді є деякі схожості: разом нейрони працюють подібно до процесора та використовують бінарний код, тобто посилають сигнал або ні.

Проте між мозком і комп’ютером є й великі відмінності. Передовсім мозок складається з нейронів і має низьке споживання енергії — близько 20 Вт, у той час як навіть найбільш енергоефективні суперкомп’ютери споживають багато мегават. Водночас вони все одно здатні опрацювати зовсім небагато з тих функцій, які виконує мозок. А ще мозок працює за логікою ймовірностей, а комп’ютери підпорядковуються чітким правилам. Окрім цього, нейрони дуже пластичні та здатні самостійно навчатися — саме цю здатність учені намагаються наслідувати в розробці машинного навчання. 

Едвард підсумовує, що штучний інтелект має ще багато чого повчитися у людського мозку, і розвиток цієї галузі дозволить нам не лише розвивати технології, а й краще розуміти себе.

Попереду ще багато цікавих лекцій! 

Посилання на форми реєстрації шукай на сайті МАН у розділі «Наукові івенти» ➡️ https://man.gov.ua/events 

І читай найцікавіше з інших лекцій серії ➡️

Про світлодіоди, шлях до «Нобелівки» та мрії: конспект лекції фізика Хіросі Амано

Про мозок, навчання уві сні та саморозвиток у складні часи: конспект лекції Барбари Оклі

Про пам’ять, орієнтацію у просторі та лікування хвороби Альцгеймера: конспект лекції Мей-Брітт Мозер

Фейки про рослин-мутантів, користь від ГМО і небезпека їхньої заборони: конспект лекції Річарда Джона Робертса

Про нейтрино та історію дослідження цієї частинки: конспект лекції Шелдона Лі Ґлешоу

Про нейтрино, таємниці осциляцій і нові закони Всесвіту: конспект лекції Такаакі Кадзіти

Про аквапорини, важливість їх дослідження та єднання націй через науку: конспект лекції Пітера Егра