Является ли сеть нейронов единственным фактором памяти?

Отвечать

Да, теоретически.

В настоящее время

Согласно моему продолжающемуся неофициальному исследованию, есть две стороны инноваций в области сохранения мозга: 1) сохранение и картирование (построение) коннектома; и 2) восстановление воспоминаний и/или создание сознания из коннектома.

Из http://www.brainpreservation.org/overview/ :

[N]евронаука в настоящее время идентифицирует синаптические и ядерные структуры, которые содержат наши уникальные воспоминания и идентичность, а новые методы визуализации электронной микроскопии (ЭМ) позволяют нам проверить, когда эти структуры были успешно сохранены, от грубой связи в коннектоме, все пути к определенным синаптическим особенностям, распределению рецепторов и даже сигнальным состояниям (фосфорилирование, метилирование, ацетилирование и т. д.) отдельных белков мозга и эпигеномной ДНК.

[…]

Недавно были созданы аппараты МРТ, способные отображать отдельные клеточные белки, как бы невероятно это ни звучало. Такая технология может когда-нибудь дать нам возможность недорого и неразрушающе сканировать сохранившийся мозг, чтобы загрузить молекулярные характеристики памяти и личности.

Из http://www.brainpreservation.org/content-2/connectome/ :

Что такое коннектом?

Коннектом* — это полная карта нейронных связей в головном мозге. Иногда ее называют «схемой соединений» молекулярных соединений между нейронами, используя аналогию мозга с электронным устройством, где аксоны и дендриты являются проводами, а тела нейронов — компонентами. В зависимости от ученого термин коннектом может также включать или не включать релевантные для обучения молекулярные состояния в каждой синаптической связи («синаптом») и любые релевантные для обучения изменения в ядре каждого нейрона («эпигеном»).

Прогресс

Недавно была выиграна «Приз BPF для мелких млекопитающих». Это одно из серии соревнований по сохранению мозга (BP). Этот конкурс делает для BP то же, что XPRIZE делает для космических инноваций, проводя такие конкурсы, как Ansari X Prize.

Команда-победитель использовала комбинацию пластинации (химиоконсервации) и крионики (криоконсервации), чтобы сохранить мозг кролика. Из пресс-релиза http://www.brainpreservation.org/small-mammal-announcement/ :

Премия за сохранение мозга мелких млекопитающих официально присуждена исследователям Медицины 21 века. Используя комбинацию сверхбыстрой химической фиксации и криогенного хранения, это первая демонстрация того, что достижимо почти идеальное долговременное структурное сохранение интактного мозга млекопитающих.

Будущее

Что касается восстановления воспоминаний и/или создания сознания: когда прогрессивные инновации в технологии позволяют отображать весь коннектом, следующим шагом является применение к структуре «среды выполнения». Эта среда выполнения описана Дьёрдь Бужаки в его книге «Ритмы мозга» как «циклы».

В последовательности «циклов» Дьёрдь Бужаки ведет читателя от физики колебаний через организацию сборки нейронов к сложной когнитивной обработке и хранению памяти.

Книжные ресурсы:

• Амазонка: https://www.amazon.com/Rhythms-Brain-Gyorgy-Buzsaki/dp/0199828237
• EDU (PDF): http://www.caam.rice.edu/~yad1/miscellaneous/References/Neuroscience/Papers/Hippocampus/RythmsOfTheBrainBuszaki.pdf

Пример 1

Проект OpenWorm — это пример современной инновации коннектома, который является необходимым шагом для части памяти/сознания BP. С http://www.openworm.org :

OpenWorm — это проект с открытым исходным кодом, посвященный созданию первого в мире виртуального организма на компьютере — нематоды C.elegans. На протяжении многих лет мы создали сеть отношений со многими биологами и нейробиологами, интересующимися C. Elegant.

Из http://www.scientificamerican.com/article/c-elegans-connectome/ :

Поскольку одинокий коннектом представляет собой снимок путей, по которым информация может течь в невероятно динамичном органе, он не может показать, как нейроны ведут себя в реальном времени, и не объясняет множество загадочных способов, которыми нейроны регулируют поведение друг друга. Однако без таких карт ученые не могут полностью понять, как мозг обрабатывает информацию на уровне цепи. В сочетании с другими инструментами коннектом C. elegans действительно многому научил ученых о поведении червя; Частичные коннектомы, которые исследователи установили в нервной системе ракообразных, также оказались полезными. Ученые также учатся создавать коннектомы быстрее, чем раньше, и улучшать предоставляемую ими информацию. Многие исследователи в этой области резюмируют свою философию следующим образом:

Пример 2

Я считаю, что компьютерная модель организма Стэнфорда находится в рамках BP и может стать основой того, что в конечном итоге станет виртуализацией всего мозга/коннектома. Этот прорыв является примером технологических возможностей 2012 года. Теперь, в 2016 году, когда технология ИИ находится на подъеме, экспоненциальный прогресс в этой области может стать реальностью уже при нашей жизни.

Из http://news.stanford.edu/news/2012/july/computer-model-organism-071812.html :

[В 2012 году] Стэнфордские исследователи создали первую полную компьютерную модель организма. Гигантские усилия позволили создать полную компьютерную модель бактерии Mycoplasma genitalium, открыв дверь для автоматизированного биологического проектирования.

Из http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(12)00776-3 :

Понимание того, как сложные фенотипы возникают из отдельных молекул и их взаимодействий, является основной задачей в биологии, которую решают вычислительные подходы. Мы сообщаем о полноклеточной вычислительной модели жизненного цикла человеческого патогена Mycoplasma genitalium, которая включает все его молекулярные компоненты и их взаимодействия. Интегративный подход к моделированию, сочетающий разнородную математику, позволил одновременно включить принципиально разные клеточные процессы и экспериментальные измерения. Наша цельноклеточная модель учитывает все аннотированные функции генов и была проверена на широком спектре данных. Модель дает представление о многих ранее ненаблюдавшихся клеточных реакциях. включая скорость ассоциации белок-ДНК in vivo и обратную зависимость между продолжительностью инициации и репликации ДНК. Кроме того, экспериментальный анализ, направленный на предсказания модели, выявил ранее не обнаруженные кинетические параметры и биологические функции. Мы пришли к выводу, что комплексные модели цельных клеток могут быть использованы для облегчения биологических открытий.