Category: образование

Category was added automatically. Read all entries about "образование".

если бы я умел видеть, я увидел бы нас так, как мы есть

Взрослые грамотные люди легко справляются с задачей добавления произвольного звука к слову в любом месте, а взрослые, здоровые, с нормальным интеллектом, но неграмотные - не могут это сделать. При обучении чтению возникает сама категория отдельного звука, понимание, что он может существовать сам по себе, без слова. Умение читать изменяет структуру связей в мозге, соединяя зоны анализирующие звуки речи и воспроизводящие эти звуки со зрительными зонами, анализирующими форму объектов и управляющими зрительным вниманием. У грамотных людей при повторении слов и псевдослов со слуха (то есть без чтения вообще, задача принципиально исключительно слуховая) активируются эти зрительные зоны, а у неграмотных - нет *. Причем при повторении существующих слов в основном активируется верхнетеменная кора (там зрительное внимание, манипуляции с предметами под управлением зрения, такое все), а при повторении псевдослов работает целый набор зон коры и подкорки в левом полушарии: инсула, зона Брока и несколько лобных зон рядом с ней, базальные ганглии, таламус, мозжечок. Потому что новое слово - это важно, его произношение, звучание и контекст произнесения надо на всякий случай сохранить. То есть, поколение всеобщей грамотности принципиально отличается от поколения неграмотных. Структурой мозга отличается, куда уж больше.

Теперь дальше, в область предположений. Поколение всеобщей компъютерной грамотности тоже будет отличаться от предыдущего. Мы пока точно не знаем чем, навскидку я бы предположила, помимо очевидных моторных навыков, развитие системы пространственного внимания из-за компъютерных игр быстрого реагирования, улучшение времени реакции на зрительные стимулы, смещение акцентов запоминания с "что" на "где": необходимость в запоминании конкретных деталей уже сейчас меньше, а вот запоминание путей того, как эти детали быстро найти, наоборот, дико важно, потому что оптимизация пути сокращает время работы во много раз. Возможно также улучшение зрительного воображения за счет тренировки навыков визуализации. В целом все это зрительное дело навевает ассоциации с неандертальским мозгом, который был ничуть не меньше нашего, но с ростом размеров в сторону затылка, где преимущественно зрение. Возвращаемся к истокам: эволюционная линия приматов в животном мире отличается прогрессивным увеличением роли зрения и пропорции зон коры, связанных со зрением.
Будет это хорошо или плохо? А изменение мозга грамотностью было хорошим или плохим? Можно всю жизнь читать только дамские романы, и это будет одна жизнь, а можно книги по химии, и это будет совсем другая.

--------
Castro-Caldas, Petersson, Reis, Stone-Elander and Ingvar
The illiterate brain. Learning to read and write during childhood influences the functional organization of the adult brain. Brain 1998.

(no subject)

После грандиозных изменений в университетской системе IT начальник отдела IT с группой приближенных сотрудников собрался сделать с большой помпой презентацию новой системы для нашего факультета. Вопрос на знание жизни: состоялась ли презентация? При ответе учитывайте, что тем утром рабочие копали ямку рядом с нашим зданием.

***
Много интересного можно узнать о себе спустя годы, если ты аутичен и плохо понимаешь эмоции других людей. Мне тут родители рассказали, что моя учительница литературы меня ненавидела, после моего отбытия из школы передергивалась при упоминании моей фамилии и чморила мою тишайшую двоюродную сестру просто потому что мы родственники. Причина до крайности проста: когда она перевирала цитаты, я их негромко, чисто для себя, поправляла. С несколько отстраненным, мечтательным видом.

***
Наконец поняла, как описать поведение граммар-наци. Это филологическая реакция организма.

***
Русская булочная в районе Балаклава называется "Baker in the rye". Это идеальное название, лучше придумать просто нельзя.

***
из разряда жалоб на жизнь:
однако, за время пути могло бы хоть раз повезти

уснуть и видеть сны. или не видеть.

Оказывается, есть такая штука - синдром отсутствия сновидений, или анонерия. Причем она бывает как минимум в двух видах. При поражении проводящих путей центральных областей лобной коры (white matter medial-frontal lesions) и нижних теменных долей (inferior parietal lobes, Brodmann areas 39 and 40) развивается полное отсутствие сновидений. Относительно последних слишком сложно сказать почему так, поскольку зоны 39 и 40 зело большие и включают в себя достаточно разнородные подзоны. Но в целом они связаны с пониманием семантики речи, как ни странно. Хотя, конечно, всегда остается вероятность, что разрушены проводящие пучки от первичных зрительных зон к специализированным зонам теменной коры, занимающихся пространственным вниманием и планированием движений, совершаемых под контролем зрения. С центральными лобными немного понятней, потому что у они с гиппокампом сильно связаны, а для нарушений работы гиппокампа кака раз характерны проблемы со зрительным воображением, потому что гиппокамп работает с картами пространств, в том числе и воображаемых.

А при двусторонних поражениях внутренних затылочно-височных областей (bilateral medial occipito-temporal lesion) случается расстройство только зрительной части снов, причем у этих последних несчастных еще в бодрствовании отсутствует зрительное воображение. Потому что эти зрительные зоны, располагающиеся высоко в иерархии процесса зрительного распознавания и связанные со зрительной памятью. При разрушении первичных зрительных зон такой фигни не происходит.

Бывает и наоборот, когда снов слишком много и они буйные, это в случае поражений передних частей лимбической системы (anterior limbic lesions). Частые повторяющиеся кошмары возникают при эпилептических очагах в височных долях.

Еще есть расстройство поведения в фазе сна с быстрыми движениями глаз. Натурально плохо ведут себя люди, могут причинить вред себе и окружиющим, потому что у них не полная блокировка прохождени сигналов от мозга к мышцам (нарушение атонии), и действия во сне дублируются в реальность. Так бывает в начале всяких заболеваний, связанных с гибелью части нейронов: например, паркинсонизма или деменций.

А в одной чудесной статье авторы задались целью выяснить, как связаны предъэкзаменационные кошмарные сны о провале на экзамене с результатон экзамена. Они опросили 719 абитуриентов медицинских факультетов накануне вступительного экзамена. 60.4% видели перед экзаменом сон, у 78% от видевших сон он был кошмарным, либо на тему провала, либо на тему опоздания на экзамен. После оглашения результатов оказалось, что видевшие кошмар на деле статистически значимо чаще сдавали экзамен и поступали. Потом они еще исследовали сны поступивших, и оказалось, что успеваемость лучше у тех, кто видит кошмары на тему учебы.
(Вообще не в первый раз замечаю, что человек либо боится что тупой, либо взаправду тупой. )

Это я просматриваю статьи и абстракты про нарушения сна, и там прямo дивный новый мир. Вообще-то я собиралась искать про чисто физиологические последствия расстройств сна, но сновидения - это такая вещь, что остановиться невозможно.

восторг освоения нового как удовольствие от превращения новизны в рутину

Опять выдержки из лекции, точнее двух, Melvyn Goodale о параллельных путях проведения зрительной информации от глаза к разным частям мозга и Trichur Vidyasagar о проблеме скорости осознавания, тоже в контексте зрительной системы. И в конце все это дополнено моими собственными бреднями.

Существование параллелльных зрительных путей показано давно, в 1973, когда David Ingle опубликовал статью "Two visual systems in the frog" - "Две зрительные системы лягушки", о том, что два вида зрительного поведения лягушки - охота на муху и избегание неподвижных объектов типа барьера - контролируются двумя независимыми зрительными путями от глаза в мозг. И при разрушении одного другой остается совершенно нормальным.
Дикое количество человекочасов, потраченных исследователями зрительной системы с тех пор, позволяет нам теперь сказать, что у человека относительно независимых зрительных путей как минимум пять:
- для регуляции циркадных ритмов (от сетчатки в гипоталамус, ядро SCN)
- зрительного контроля положения тела (ядра добавочного зрительного тракта AOTd, AORi, AOTm)
- зрительного контроля локомоции (ядра вентрального таламуса и подушки, нет, я не сошла с ума, она же pulvinar)
- автоматических движений глаз - саккад (ядра верхнего четверохолмия - SC)
- и, наконец, для собственно зрения (через латеральные ядра таламуса LGN).
При этом осознаются результаты деятельности только последнего пути, и то далеко не полностью. Для простоты изложения именно его мы назовем зрительной системой.

Большей частью зрительной информации мы пользуемся бессознательно. Мы не рассчитываем траекторию движения руки от клавиатуры к чашке кофе, и не размышляем, куда двигать глаза при чтении. И даже в случае собственно «зрительного» пути осознается результат, но не процесс. Любопытной иллюстрацией этого разделения на процесс и результат является случай потери цветового зрения. Из-за высокой метаболической активности зоны цветового зрения особенно чуствительны к недостатку снабжения кислородом и, в частности, к отравлению СО, отчего иногда возникает селективная потеря только зветового восприятия. Зона V4 у человека является чем-то вроде конечной станции цветовой обработки, где вычисляется цветовая константность – способность определять цвет предмета всегда одинаково независимо от освещения. Эта функция аналогична балансу белого современных цифровых фотоаппаратов: всякий, кто ими пользуется знает, что без баланса белого фотографии сделанные в середине дня отдают в голубой, а те что сняты вечером – в желтый. Это просходит из-за разницы цветовой температуры освещения:

http://lumenhouse.ru/articles/779/

Цветовая константность позволяет правильно идентифицировать один и тот же объект независимо от условий освещения. Но вот только если зона V4 у человека поражена, то он теряет не только константность, а вообще перестает видеть цвета, даже при том, что другие чувствительные к цвету зоны – V1 и V2, предшествующие V4, у него полностью сохранились. То есть, промежуточных результатов цветовой обработки вам не покажут, как бы сильно вы этого не хотели. Они не осознаются ни в каком случае, и нельзя натренировать себя видеть цвета без константности.
Осознаваемые и неосознаваемые процессы зрения ассоциированы с разными зрительными путями. Goodale и Milner показали разделение зрительной коры на две функционально разные системы: дорсальную, или систему действия, и вентральную, систему восприятия. Они отличаются не только местоположением в коре (дорсальная – вверху, вентральная - внизу), но прежде всего конечным результатом обработки изображения. Дорсальная дает быстрый и прямой выход на совершение действий, но это далеко не всегда сопровождается пониманием причин действия. Вентральная позволяет сознательно воспринимать изображение, но делать при этом что-либо не обязательно. Такое разделение систем обусловливает появление эффекта blindsight – «слепого зрения», когда при поражении ключевой для вентральной системы зоны V1 человек теряет зрение, но не способность ориентироваться в пространстве. То есть, если его попросить угадать, где расположена дверь, то он покажет ее правильно, но если спросить, видит ли он дверь, то окажется, что он не видит не только двери, но и вообще ничего. У него теряется сознательная часть зрения, но сохраняется неосознаваемая, ведущая напрямую к действиям. Aglioti, De Souza и Goodale поставили эксперимент, показывающий такое разделение на здоровых испытуемых, используя иллюзию Эббинхгауза:

http://en.wikipedia.org/wiki/Ebbinghaus_illusion

На этой картинке оранжевые круги одинаковой величины, но соседство с кругами другого размера приводит к искажению восприятия. Группа Goodale создала 3D-версию этой иллюзии и предложила людям сперва оценить размер центрального кружка, а потом взять его за края двумя пальцами. Они показали, что несмотря на неверную оценку изображения, движения пальцев при попытке взять кружок были правильными. Та часть зрительной системы, которая дает команду движениям пальцев, не нуждается в инструкциях сознания и даже полностью их игнорирует.

Vidyasagar обсуждает этот вопрос дальше, акцентируясь на проблеме скорости реакций в сравнении со скоростью осознавания. Он приводит пример старой работы Libet (1967). Libet ставил эксперименты по прямой электростимуляции у человека некоторых зон теменной и моторной коры. Моторная кора создает команду для мышц, которые обеспечивают движения. Поэтому при точечной стимуляции моторной коры возникают собственно физические движения. А теменные области участвуют в планировании движений, и при их стимуляции возникает желание сделать что-то. Это желание можно дальше и не осуществлять. Ключевым моментом является тот факт, что для возникновения осознаваемого человеком намерения совершить действие нужно стимулировать теменную кору не менее 500 миллисекунд. Это очень долго по сравнению со скоростью многих совершаемых человеком действий. Например, в крикете спортсмен должен быть способен примерно за 30 мс оценить траекторию мяча и изменить положения тела оптимальным для отбивания образом. У сознания нет ни единого шанса встроиться в процесс на этом этапе просто потому, что осознавание – слишком медленный процесс. Сознание вступает в игру уже постфактум. Однако показано, что осознавание необходимо для обучения и запоминания. Оно и нужно потом, для планирования действий на основе полученной новой информации.

Сознание дает возможность создавать новые варианты реакций на события, тонко адаптируясь к изменению ситуации. А когда бывшее новым начинает становиться повторяющимся, выгоднее создать систему быстрого и автоматического реагирования. При этом сознание из процесса лучше исключить, потому что оно тормознутое. Получается, что эволюционно всегда будут существовать две направляющие силы отбора: одна за осознавание и адаптивность, другая за неосознавание и скорость. И никакого расширения сознания нам не будет без потери скорости. Характерной особенностью сознания является то, что одномоментно мы способны осознавать только одно целостное событие. Это принципиальный момент, который, возможно, связан с необходимостью интеграции информации от разных сенсорных систем в единый образ происходящего. Два образа могут существовать только последовательно, внимание концентрируется только на одном процессе. Мы всегда находимся только в одном сейчас. Поэтому если вы думаете, что человек-то эволюционному давлению не подвержен и уж он-то может расширять, то представьте себе, как вам понравится прогулка по улице с приятелем, полностью осознающим движения своих ног. И больше ничего. Получется, что логичным эволюционным продолжением нашей линии стало бы изобретение эволюцией мультизадачного сознания. С мультизадачностью автоматических действий эволюция справилась вполне неплохо, почему бы не повторить трюк с сознанием? Если фантазировать дальше, то можно представить случаи раздвоения личности как движение в эту сторону, вот только для достижения успеха нужно создать надсистему, оценивающую результаты сознательной обработки информации разными личностями. В этом нет ничего принципиально невозможного, случаи эволюционного возникновения новых систем, например, при удвоении какой-то старой вполне известны. Есть версия, что таков один из механизмов возникновения новых зон коры. Так что будем ждать апгрейда человечества от шизофреников. Давно пора, а то скучное оно какое-то.

(no subject)

Приехал новый студент, из Ирана. Начальство, как водится, практически сразу зажало его в угол, взяло за пуговицу и стало пропагандировать насчет того, что всякий мыслящий человек должен немедленно отказаться от поедания мясной пищи. Но коса нашла на камень, точнее, мораль налезла на мораль: новый студент - прогрессивный иранец, он гордится тем, что ест свинину.

***
Кстати, о вегетарианстве. Я давно замечаю, что у всякого достаточно сильного ученого обязательно есть или идея-фикс, обычно нелепая, или замысловатое хобби. В диапазоне от отрицания бактериальной природы инфекций до профессионального жонглирования. Чем ученый сильнее, тем эта штука должна быть заковыристей. Вот я и думаю, достаточно ли мне дрессировки поссумов и рисования натюрмотов, или надо поддать жару?

***
Продолжение индийской мелодрамы, поставляемой нашей студенткой на регулярной основе:
- Придется опять ехать в Индию, моя кузина выходит замуж. Она выбрала мужа по каталогу. Сказала: "Хочу вот этого", они созвонились, поговорили и решили пожениться. После чего кузина запретила жениху появляться поблизости или звонить. Говорит: "Если я в нем разочаруюсь, то пускай это произойдет после свадьбы".

(no subject)

Каждый год в декабре факультет собирается чтобы настроить планов на будущий год. Планы всегда примерно одни и те же: как нам обогнать всех прочих в мировом рейтинге, привлечь кучу студентов и начать уже наконец кататься как сыр в масле. Кстати, о масле и сыре. После напряженного дня планирования всегда происходит ужин. В прежние года я им как-то пренебрегала, как оказалось, зря. В этот раз ужин начался с того, что все пытались угадать, чем эдаким занимался тот человек, именем которого назван зал для ужинов. Версий было множество, и не угадал никто. В связи с чем постановили считать славу делом пустым и сосредоточиться на еде. Декан встал и произнес впечатляющую речь: "Всем празднующим Рождество я желаю счастливого Рождества, и всем празднующим Хануку - того же самого". После чего все хлопнули рождественские хлопушки, из которых выпали бумажки с шутками, замшелыми настолько, что их уже можно предлагать в антикварных магазинах. Академический состав приободрился, скатал бумажки в шарики и организовал увлекательный матч по бросанию бумажных шариков через стол в бокалы сидящих напротив. Когда бумажки улетали на пол, их поднимали и веселье продолжалось. Над всем этим непрерывно сиял одобрительной улыбкой из-под моржовых усов наш декан.
Раньше я думала, что академики Пратчетта из Незримого Университета - вольная фантазия автора. Чем дальше, тем яснее становится, что Пратчетт - писатель-реалист.

***
Из новостей:

"Премьер-министр Австралии Джулия Гиллард включилась в дискуссию о надвигающемся конце света, записав видеообращение к соотечественникам. В нем она подтвердила опасения, что грядет апокалипсис, но заверила австралийцев, что будет защищать их от любой, даже самой невероятной угрозы.

"Мои дорогие оставшиеся в живых австралийцы, - начала свою речь Гиллард. - Независимо от того, наступит ли конец от кровожадных зомби, демонов - исчадий ада или от тотального триумфа K-Pop (корейской популярной музыки. - Прим. ред.), вы должны знать одну вещь - я буду бороться за вас до самого конца". Стоя на фоне государственных флагов с серьезным выражением лица, глава страны также отметила, что конец света не наступил в 2000 году, не наступил и после ввода ее правительством налога на эмиссию СО2, но теперь он действительно близок.

Женщина-политик не исключила, что конец света действительно обернется катастрофой. Но даже в таком развитии событий Гиллард способна увидеть положительную сторону: "Во всяком случае, мне больше не придется участвовать в Q&A (ток-шоу на телеканале ABC, поясняет International Business Times. - Прим. ред.)"."

(http://www.newsru.com/world/06dec2012/gillard.html)

По этому поводу я хочу заметить две вещи. Во-первых, почему не упомянуто грядущее пробуждение Ктулху?
Во-вторых, если австралиец не шутит, потыкайте в него палочкой. Возможно, он дохлый.

невольная воля

Приезжал Daniel Dennett, классик в области философии сознания. Давал лекцию на тему free will – свободы воли. В смысле, есть ли она, или все предопределено. Как известно, на этом поле есть две основных команды: инкомпатибилисты и компатибилисты (люблю философский сленг, он сразу делает текст таким умным). Инкомпатибилисты считают, что детерминизм и свобода воли несовместимы, потому что если события имеют причины и слдствия, будущее зависит от настоящего, и если то же верно и для содержимого головы, то где же там взяться свободе? То есть, применительно к мозговедению, «если за нас все решает физиология, то мы не несем за это ответственности». Инкомпатибилисты бывают двух полярных разновидностей: детерминисты, которые считают что нет свободы воли, и метафизические либертарианцы, которые считают, что нет детеминизма мозги фуфло, а решения принимается душой на метафизическом плане. Компатибилисты, к числу которых принадлежит Dennett, пытаются как-то помирить детерминизм и свободу воли.

Что касается лекции, то она была скучная. Рассуждая о free will, Dennett проделывает классический для философов трюк переопределения понятия таким образом, чтобы для переопределенного варианта все работало. Лекция так и называлась, «Свобода воли как моральная компетенция». То есть, он говорит, что если мы будем считать, что свобода воли – это такое свойство, которое позволяет человеку осознанно участвовать в разных общественных договорах, понимая свои выгоды от заключения договора наравне с ответсвенностью за его нарушение. Как по мне, это такой подход капитана Очевидность: ну да, при создании закона подразумевается, что люди ответственны за свои действия. Но все вопросы о том, как основы этой ответственности устроены биологически остаются на том же месте, что и до Dennettа.

Повторяться неохота, я уже писала подробно о нейрофизиологических исследованиях проблемы свободы воли (http://catta.livejournal.com/100588.html). Их уже набралось довольно много, и основной смысл там такой: в задачах, где испытуемого просят совершать какое-то действие «когда у него возникнет внутреннее намерение», экспериментатор может предсказать действие раньше, чем испытуемый его осознает сам. Собственно, Dennett про биологию свободы воли предпочитает не говорить вовсе, в основном отделываясь несмешными шутками в адрес ученых, работающих в этой области, типа «не играйте на деньги с нейрофизиологом, который засунул вашу голову в томограф». Это жалко, потому что для меня внутриголовная часть и есть самое интересное.

И, кстати, даже такой с лица тупой субъект как я способен за двадцать минут вычислить пару-тройку вопросов в связи с экспериментами Либета и другими подобными.
1) Во-первых, где гарантия того, что во время эксперимента вообще происходит какое-то «волеизъявление»? Свободный выбор происходит в момент, когда человек соглашается на эксперимент. В эксперименте же человек выполняет последовательность рутинных действий, навязанных экспериментатором. Почему не предположить, что никакого желания и основанного на желании выбора на самом деле нет, а есть, например, попытка рендомизировать свои ответы?
Любое осознаваемое решение требует больше времени, чем неосознаваемое, и потому потенциально опасно. Для организма было бы логично свести их к минимуму.
2) Может быть так, что осознание и формулировка желания сами по себе требуют некоторого времени. То есть, человек уже знает, какую кнопку нажать, но пока он спрашивает себя «чего бы мне в точности хотелось?» и получает от себя ответ, проходит какое-то время. При этом желание формируется раньше ответа, что желание сформировано.
3) И, наконец, если представить, что формирование акта свободной воли – это процесс, почему все его элементы должны быть осознаваемы для того, чтобы мы считали его свободным? Предположим, что в процессе реального «волеизъявления» нужно учесть ряд возможностей и последствий действий. Часть этой оценки может быть сознательной (или только сознательной), а часть – нет. Например, несознаваемыми могут быть все вещи, связаные с метаболическими последствиями действия: насколько энергоемко данное движение, насколько оно оптимально в данной ситуации, не нужно ли для его совершения радикально изменить положение тела, и.т.п. Все эти вещи могут оцениваться либо до осознаваемой части, либо просто быстрее осознаваемой части. В результате мы можем с некоторой вероятностью предсказать действие еще на этапе неосознаваемой к нему подготовки. И чем больше доля «метаболических» оценок в данном волевом акте, тем лучше будет предсказание.

Конечно, самый большой пряник получит тот, кто сообразит, как порождение свободы воли может происходить в голове. Варианты отсутствия свободы воли придумывать куда проще, достаточно комбинация из трех частей:
- представлений о мире как об иллюзии (по принципу «мы видим цвета, но на самом деле это всего лишь произвольно выделяемые нашими рецепторами диапазоны длин световой волны, их не существует»),
- уверенности в предопределенности поведения, происходящего из генетики и влияния среды
- знания о том, что решение человека можно предугадать раньше, чем его узнает сам человек.
Готово, можно подавать.

Лично меня хватает только на вариант, порождающий иллюзию свободы воли.
Действия, которые мы осознаем, заведомо сложнее тех, которые мы не осознаем, и включают оценку вероятности события. Оценка вероятности происходит долго, потому что система принятия решений (decision making) – пороговая, для каждого решения устраивается конкуренция ответов двух (или более) групп нейронов, и выигрывает то решение, где совокупный ответ нейронов дорастает до некоторого порога за определенное время. Ответ каждого нейрона сам по себе вероятностен: для каждого импульса необходимо преодолеть некоторый порог изменения потенциала мембраны. Если необходимо спланировать сложное действие в будущем, для каждого компонента действия работает собственный генератор принятия решения, и общий ответ будет совокупностью ответов нескольких генераторов. В результате уровень случайности процесса оказывается так велик, что всякое чувство предопределенности его результата абсолютно невыгодно, результата может запросто не быть из-за общей ненадежности системы принятия решений. Поэтому действия на основе таких решений нужно отличать от других, результат которых хорошо предсказуем. Для этого вводится два различных ощущения: «механистичные действия» в диапазоне от дыхания до езды на велосипеде, и «свобода воли» - все решения с непредсказуемым результатом. Разница в ощущениях тут принципиально важна для оценки результата: если не далась попытка взять со стола яблоко, нужно сразу сильно пугаться, потому что это означает наличие проблемы либо со зрением, либо с координацией движений, либо с яблоком. А если не удалась сложная многоходовка класса планов Остапа Бендера относительно Рио-де-Жанейро, то лучше заранее осознавать ее зыбкость, чтобы меньше разочаровываться.

заколебался - заколеби другого

Markus Siegel, Tobias H. Donner, & Andreas K. Engel
Spectral fingerprints of large-scale neuronal interactions
Nature Reviews Neuroscience 13, 121-134 (February 2012)

Краткое содержаие обзора, пишется в основном для себя, мне надо будет про это моим студентам рассказать. Если перевести и записать, то информация в процессе записывания упорядочивается и проще запомнить. Выкладываю на случай, если кому еще пригодится. Вдруг где-то еще есть пытливые студенты кроме моих. Короче. Вышел новый обзор про то, что некоторые виды когнитивных процессов, требующие совместной работы участков коры, удаленных друг от друга, можно опознавать по характеру ритмической активности, возникающей между этими удаленными областями. Я вообще с каким-то нутряным подозрением отношусь ко всей теме важности осцилляций для того и сего, потому что энцефалограф сравнительно дешев, а обучить за ним работать можно смышленую гориллу, поэтому энцефалографических работ постоянно возникают бешеные тыщи, и разобраться сколько там правды мне сложно. Но иногда из этого раствора выпадают какие-то ценные кристаллы. Это именно такой случай, тем более, что обобщаются результаты, полученые не только с помощью энцефалографии и магнитоэнцефалографии, а еще и непосредственного введения в мозг электродов, а этому обучить гориллу уже сложнее.

Обзор про возникновение не просто осцилляций, а про их синхронизацию в разных областях коры. То есть, в одной области при работе массы нейронов возникает свое колебание потенциала (LFP – local field potential), а в другой – свое, но иногда они синхронизуются. Почему такая синхронизация может быть важна? Во-первых, показано, что нейроны в ряде случаев работают как «coincidence detectors» – детекторы совпадений: синхронно приходящие на вход нейрона (пресинаптическую мембрану) импульсы имеют больше шансов заставить этот нейрон отвечать, чем несинхронные. Один из способов запустить эту пресинаптическую синхронизацию – запустить синхронные колебания мембранного потенциала в обеих областях, так чтобы «запускающие» импульсы приходились на ту часть колебания, когда принимающему нейрону проще всего выдать ответ (в фазу деполяризации). Конечно, при этом получается, что нейрон не может быть всегда одинаково готов к передаче сигнала, но, видимо, на состояние постоянной готовности надо тратить слишком много энергии. Проще выдавать сигналы пачками и пачками же принимать. Уже есть работы, подтверждающие увеличение вероятности передачи импульса в опредеденную фазу колебаний и для коры, и для гиппокампа. И даже понятен механизм (ну, или часть его). Чтобы запустить импульс, нужно деполяризовать мембрану клетки до определенного порога. Если «входящие» импульсы приходят несинхронно, то порог у некоторых нейронов не достигается, потому что натриевые каналы,открывшиеся при деполяризации мембраны, очень быстро захлопываются обратно, а натриевого тока от одного входного импульса нехватает для запуска ответа.

Есть два основных метода померять степень синхронности колебаний между областями коры: подсчет когерентности и подсчет амплитудной корреляции. Про когерентность хорошо сказано в Википедии: «когерентностью называется скоррелированность (согласованность) нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты. Классический пример двух когерентных колебаний — это два синусоидальных колебания одинаковой частоты. Когерентность волны означает, что в различных точках волны осцилляции происходят синхронно, то есть разность фаз между двумя точками не зависит от времени. Отсутствие когерентности, следовательно — ситуация, когда разность фаз между двумя точками не постоянна, а меняется со временем». Применительно к мозгам это обозначает ситуацию, когда две группы нейронов выдают колебания одной и той же частоты (со сдвигом во времени или без него). То есть, внимание, когерентность не говорит нам напрямую о связанности областей коры. Знания о связанности получаются другими путями, из анатомических данных, например. Для подсчета когерентности надо сперва разложить существующую активность группы нейронов на разные частоты, а потом уже считать когерентность этих частот. Неприятность тут в том, что у нейронов в разных областях коры могут быть очень разные характерные частоты импульсации. В таком случае можно использовать амплитудную корреляцию: вычисляется амплитуда колебаний в каждой области, и считается скорреллированность изменений амплитуды. (Кстати, есть бесплатное приложение под Матлаб для подсчета когерентности и ряда других вещей, называется Chronux, качается отсюда вместе в мануалом и уроками по использованию: http://chronux.org/).
Авторы обзора обсуждают результаты изучения тех процессов, для которых явно нужно установить сообщение между довольно удаленными участками коры: внимание и decision-making – принятие решения (как правило сенсомоторного, в виде различения стимулов и выбора соответсвующей стимулу моторной реакции). В обзоре описывается сильно много экспериментов, я приведу только несколько из них и общий вывод по группе работ.

Внимание
Оно бывает двух видов. Bottom-up – восходящее: непроизвольное, вызываемое сильным внешним стимулом. Где-то что-то выспыхнуло – вы повернули голову, чтобы это рассмотреть. Top-down – нисходящее: произвольное, сознательное привлечение внимания к какому-то объекту. Наример, при поиске: надо найти среди хлама на столе синюю ручку – ищем среди прочих синих и продолговатых объектов.
Первым исследованием, в котором удалось зарегистрировать активность совместно работающих нейронов в удаленных областях коры, была работа Saalman, Pigarev and Vidyasagar (2007)*. В этом эксперименте обезьянам показывали сперва одно изображение в некоторой области пространства, а потом другое, которое могло быть таким же по расположению и ориентации, а могло отличаться по любому из этих параметров. Обезьяны должны были сравнивать первое изображение со вторым и по-разному нажимать на кнопки в зависимости от того, совпадали два стимула или нет. Регистрировались ответы нейронов двух областей коры: LIP (боковой внутритеменной области), которая занимается простанственным вниманием, и MT (медиальная височная), которая анатомически с ней связана и хорошо реагирует на ориентацию изображения. Получили, что когда оба нейрона в паре (один из области LIP, другой из MT) реагировали на первый стимул, между ними незадолго до появления второго стимула устанавливались синхронные колебания в верхнем бета-диапазоне (на частотах 20–35 Гц). В данном случае ведущей была область LIP, потому что сдвиг фазы колебания был в ее пользу, то есть активность сперва возникала в ней, а только потом в МТ, это нисходящее (top-down) внимание. Эти данные были подтверждены другой группой в том же году. Buschman & Miller** тоже регистрировали активность нейронов в двух областях коры, но у них обезьяны выполняли две разные задачи: на восходящее внимание (простое привлечение внимания сильным стимулом) и нисходящее (поиск объекта на экране). Они тоже получили, что нисходящее, сознательное привлечение внимания сопровождается синхронизацией колебаний в верхнем бета-диапазоне, а также что спровоцированное внешним стимулом внимание характеризуется синхронными колебаниями в гамма-диапазоне (35-55 Гц). Похожие результаты были неоднократно получены на людях методами энцефалографии и магнитоэнцефалографии. И на обезьянах, и на людях результаты экспериментов свидетельствуют в пользу того, что в организации внимания принимают участие зоны дорсального пути (от затылочной зрительной коры к дорсальной теменной и лобной). Это области с премущественным входом от быстрых M-ганглиозных клеток сетчатки глаза. М-путь нечувствителен к цвету, со слабым пространственнм разрешением, но зато он очень чувствителен к контрасту и очень быстрый, что хорошо подходит для целей быстрого привлечения внимания или переориентации внимания на новый стимул. Зоны коры, принадлежащие к дорсальному пути, организуют внимание к определенной части пространства в других областях коры, куда приходят медленные проекции от сетчатки, с большей разрешающей способностью и чувствительные к цвету. К моменту попадания в кору этой «медленной» картинки за счет привлечения внимания уже известно, какую часть зрительной информации нужно пристально обрабатывать. В системе дорсального пути возникает два типа синхронных колебаний: в верхнем бета-диапазоне для нисходящего внимания, и в гамма-диапазоне для восходящего. Кроме того, для поддержания внимания еще характерно падение амплитуды и синхронности альфа-ритма в техже областях.

Принятие решений, или sensorimotor decision-making
Работы последних лет показывают, что интеграция сенсорной информации в процессе принятия решения происходит в сети, образованной заднетеменной (PPC) и дорсальной префронтальной областями коры, и в этих областях возникают синхронизованные колебания в нижнем бета-диапазоне (12-25 Гц). Наример, такой результат получен в эксперименте, в котом участникам нужно было определять, присутствует ли движение в определенную сторону в зашумленном сигнале (когда среди хаотично движущихся точек есть точки, движущиеся в одном направлении), и нажимать на кнопки в зависимости от ответа либо левой, либо правой рукой. Бета-осцилляции возникали, когда испытуемый принимал решение, и амплитуда этих осцилляций предсказывала, будет ли решение правильным до того, как человек нажимал на кнопку***. В эксперименте на обезьянах с мультиэлектродными внутрикорковыми отведениями был получен сходный результат. Обезьянам предъявляли два вибротактильных стимула – прикладывали к руке пластину, вибрирующую с определенной частотой. Обезяны должны были сравнивать частоту вибрации и нажимать на две разные кнопки в зависимости от того, была частота второго стимула больше чем у первого или меньше. Получили, что по бета-осцилляциям между медиальной префронтальной и моторной областями коры можно предсказать выбор обезьяны****. Эти осцилляции отсутствовали в контрольном эксперименте, когда стимулы были такими же, но различать их было не нужно, обезьяна просто нажимала на одну кнопку после любой пары стимулов.
Таким образом, получается, что разные когнитивные процессы могут иметь разные маркеры в виде частоты и синхронизованности колебаний в вовлекаемых областях коры.
______________________________________________________________________________________________

*Saalmann, Y. B., Pigarev, I. N. & Vidyasagar, T. R. Neural mechanisms of visual attention: how top-down feedback highlights relevant locations. Science 316, 1612–1615 (2007).
**Buschman, T. J. & Miller, E. K. Top-down versus bottom-up control of attention in the prefrontal and posterior parietal cortices. Science 315, 1860–1862 (2007).
***Donner, T. H., Siegel, M., Fries, P. & Engel, A. K. Buildup of choice-predictive activity in human motor cortex during perceptual decision making. Curr. Biol. 19, 1581–1585 (2009)
****Hernandez, A. et al. Decoding a perceptual decision process across cortex. Neuron 66, 300–314 (2010).

а хотите, я его стукну? он станет фиолетовым в крапинку...

У человека способность воспринимать числа и оперировать ими связана с работой специфической области теменной коры – внутритеменной извилиной (intraparietal sulcus). Внутритеменные извилины, разумеется, есть в обоих полушариях. В работе с числами в большей степени учествует область правой внутритеменной извилины. Любопытно, что у обезьян эта область в обоих полушариях состоит из нескольких зон, каждая из которых имеет отношение к восприятию пространства и операциям в пространстве: с пространственным вниманием, с планированием движений в околоперсональном пространстве, с картой пространства вообще. У человека кора внутритеменных извилин тоже сохранила эту функцию. Например, при ее повреждении возникает поражение пространственного внимания - одностороннее пространственное игнорирование (hemispatial neglect), когда человек перестает вопринимать все, что находится впространстве с одной стороны от середины тела. Причем у людей чаще встречается полное игнорирование левой части пространства при поражении правого полушария, чем игнорирование правой части при поражении левого. Объяснется это те, что правое полушарие в большей степени занято обработкой информации о пространстве, и делает это для обеих половин пространства, а в левом полушарии площади заняты под работу с языком, и места хватило только на правую сторону пространства, продублировать контроль за пространством с обеих сторон не получается, мозгов не хватает.

Предполагается, что области восприятия чисел и развились эволюционно из областей пространственного восприятия. Во всяком случае, это объясняяет и близкое расположение этих областей, и очень часто встречающуюся у людей синестезию, при которой числа или время воспринимаются в строго связи с пространством (time-number-space (TNS) synesthesia). Например, числа меньше десяти все слева, а больше десяти – справа, или они идут только снизу верх, или, допустим, зимние месяцы года снизу, летние сверху, и тому подобное. Предполагается, что эта синестезия вызвана частичным нерасхождением зон восприятия пространства и операций с числами. Интересно, что такая синестезия дает преимущества в выполнении некоторых задач, например, в пространственном вращении геометрических фигур или в простых вычислениях. Но только в том случае, если задачу можно решить удобным для синестетика способом. А если нельзя, то синестезия наборот ухудшает выполнение задачи. Например, если нужно сравнивать числа по принципу больше-меньше, то человек со стойкой привязкой чисел к пространственной шкале «ноль слева, большие числа справа» будет выдавать ответ очень быстро если в паре сравниваемых чисел большее расположено справа, но существенно медленнее если поставить их наоборот.

При поражении правой внутритеменной области может возникать акалькулия – полная неспособность воспринимать числа и производить вычисления. При проблемах с развитием этой области – дискалькулии - существенные затруднения при обучении даже самым простым арифметическим операциям вроде сложения или вычитания. По статистике, в той или иной степени дискалькулия есть примерно у 5% людей. При этом дискалькулия вообще не связана с общим поражением умственных способностей, человек может быть не просто нормален, но и талантлив в том, что не связано с числами. Также понятно, что дискалькулия жизни совсем не облегчает, и что-то с ней надо делать, чтобы эти пять процентов могли как-то адаптироваться к ужасной жизни, полной магазинов, номеров мобильных и счетов за электричество.

Одна из первых попыток повлиять на восприятие чисел – работа оксфордской группы Roi Cohen Kadosh, Sonja Soskic, Teresa Iuculano, Ryota Kanai, and Vincent Walsh. Они использовали технологию прямой стимуляции коры слабыми токами (transcranial direct current stimulation - TDCS). При этом на кожу головы устанавливается два электрода, через которые проходит слабый постоянный ток. В результате в коре под электродом меняется возбудимость нервных клеток. Причем в зависимости от полярности электрода это изменение будет разным: под анодом увеличивается способность нейронов к спонтанной выдаче импульса, а под катодом – наоборот, нейроны замолкают. Поэтому область под электродом можно стимулировать или заглушить в зависимости от того, как подается ток. При возбуждении области облегчается так называемая долговременная потенциация в синапсах – улучшение передачи сигнала от нейрона к нейрону, необходимое для формирования памятного следа. Понятно, что способ довльно грубый, типа мешком по голове, но, в конце концов, не то чтобы он был особенно грубее привычных методов психиатрии, когда по всей медиаторной системе таблеткой.

Экспериментаторы решили проверить, что будет, если стимулировать правую внутритеменную извилину на фоне обучения испытуемых распознаванию и сравнению «искусственных» чисел, когда привычные нам арабские цифры заменяются на совершенно новые знаки. Такая замена нужна, во-первых, чтобы не повредить в процессе уже существующую систему распознавания чисел, и, во-вторых, чтобы сымитировать процесс научения обращению с числами.

Электроды были установлены симметрично над внутритеменными извилинами правого и левого полушарий, а испытуемые были разделены на три группы: одной группе стимулировали правую внутритеменную извилину, другой ее заглушали, а третьей – чередовали тридцитисекундные интервалы стимуляции и контрстимуляции (контрольная группа). Обучение новой цифровой схеме на фоне стимуляций проводилось по 20 минут в течение 6 дней. Каждый день после стимуляции тестировалось владение этими числами в двух задачах. В «числовой задаче Струпа» (numerical Stroop task): на мониторе предъявляется две цифры, которые надо как можно быстрее сравнить и дать ответ, какая из них физически больше, то есть просто по размеру. При этом одна из них может быть больше другой еще и математически (например, 2 и 4), и тут есть три варианта пар: когда физические размеры и математическая разница совпадают (2, 4), когда физические размеры различаются, а математически числа равны (2 и 2), когда физическая разница не соответствует математической (2, 4). Интересен здесь именно последний случай, потому что показано, что у взрослых людей без дискалькулии время оценивания в этом случае существенно больше, чем когда физическая разница соответствует математической. То есть, у здоровых людей в процессе обучения образуется что-то типа функциональной синестезии, когда размер цифры трудно анализировать сам по себе, потому что мешает числовой смысл, который обычно важнее размера. При дискалькулии этот эффект отсутствует. Если учить человека новой системе цифр, то эффект Струпа начнет проявляться именно тогда, когда новые символы приобретут смысл настоящих цифр.
Второй тест – задача расположения чисел на шкале (number-to-space task): дается линейная шкала определенной длинны, и человек должен расположить произвольное число на этой шкале как можно ближе к его настоящей позиции исходя из длины шкалы. Опять же, взрослые здоровые люди со средним образованием успешно справляются с этой задачей, в то время как дети и представители племен без развитой арифметики располагают числа не линейно, а скорее псевдологарифмически, когда маленькие числа группируются кучкой на одном конце шкалы, а большие отстоят от маленьких гораздо дальше с противоположной стороны, чем нужно.

Эти тесты позволили оценить степень владения заученными новыми цифрами в зависимости от того, стимулировали правую внутритеменную извилину или подавляли. Оказалось, что стимуляция приводила к существенному улучшению способности оперировать цифрами по сравнению с контролем, и в то же время подавление этой области блокировало научение обращаться с цифрами, причем, как пишут авторы, у этой группы «уровень владения цифрами не превышал способностей шестилетнего ребенка». Способности оперировать обычными, привычными цифрами при этом у людей не изменились, то есть на уже приобретенные навыки этот метод не действует.
Но самым интересным эффектом является устойчивость этого воздействия. Когда через 6 месяцев было проведено повторное тестирование тех же людей, оказалось, что различия между группами сохранились. То есть, существует возможность усилить эффект обучения. Есть шанс, что это поможет детям с дискалькулией. А может, и в других случаях тоже, потому что стимулировать в процессе обучения можно не одну эту область.

_____________________________________________________________________________________________

Roi Cohen Kadosh, Sonja Soskic, Teresa Iuculano, Ryota Kanai, and Vincent Walsh
Modulating Neuronal Activity Produces Specific and Long-Lasting Changes in Numerical Competence
Current Biology, 2010

Roi Cohen Kadosh, Limor Gertner and Devin Blair Terhune
Exceptional Abilities in the Spatial Representation of Numbers and Time: Insights from Synesthesia
The Neuroscientist, 2011

Roi Cohen Kadosh
Dyscalculia
Current Biology, 2007

Roi Cohen Kadosh, Bahador Bahrami, Vincent Walsh, Brian Butterworth, Tudor Popescu and Cathy J. Price
Specialization in the human brain: the case of numbers
Frontiers in Human Neuroscience, 2011