Что такое кортекс?

.

Описание актуально на 23.10.2014

  • Латинское название: Cortexin
  • Код АТХ: N06BX
  • Действующее вещество: Полипептиды коры головного мозга скота
  • Производитель: ООО “Герофарм”, Россия

В состав содержащегося в одном флаконе лиофилизированного порошка для приготовления инъекционного раствора входят 5 или 10 мг комплекса водорастворимых полипептидных фракций (кортексина) в качестве активного вещества и 6 или 12 мг глицина в качестве стабилизатора.

Препарат выпускается в виде стерильного лиофилизированного порошка для приготовления раствора для внутримышечного введения.

Картонная упаковка комплектуется двумя контурными ячейковыми упаковками, в каждой из которых содержится по 5 флаконов с лиофилизатом, и руководством по применению.

В аптеках можно приобрести Кортексин 10 мг №10 и Кортексин 5 мг №10.

Кортексин 10 мг выпускается по 22 мг в флаконах емкостью 5 мл. Средство предназначено для лечения взрослых пациентов.

Кортексин 5 мг создан специально для применения в педиатрии. Он выпускается по 11 г в флаконах вместимостью 3 мл.

Кортексин принадлежит к группе ноотропных и гамкергических препаратов, воздействующих преимущественно на ЦНС. На фоне его применения отмечаются:

  • ноотропный;
  • нейропротекторный;
  • антиоксидантный;
  • тканеспецифическийэффекты.

Кортексин — это биорегулятор с полипептидной структурой, который представляет собой комплекс растворимых в воде нейропептидов. Молекулярная масса этих полипептидных фракций не превышает 10 тысяч дальтон, что позволяет им проникать через физиологический барьер, разделяющий центральную нервную и кровеносную системы.

Механизм действия препарата реализуется за счет:

  • активации регуляторных пептидов, нейронов и мозговых нейротрофических факторов;
  • нормализации соотношения аминокислот, выполняющих медиаторные функции возбуждающего и тормозного типов действия, а также важных нейромедиаторов головного мозга дофамина и серотонина;
  • умеренно выраженного GABA-ергического воздействия;
  • снижения уровня пароксизмальной (приступообразной) судорожной активности головного мозга и способности нормализовать показатели его биоэлектрической активности;
  • предотвращения образования продуктов окислительной деградации липидов(свободных радикалов).

Ноотропное действие Кортексина сопровождается улучшением высших мозговых функций, улучшением памяти, повышением способности к обучению и стрессоустойчивости.

Нейропротекторное действие проявляется в способности средства повышать устойчивость ткани мозга к повреждающему воздействию различных эндогенных нейротоксических факторов и снижать токсические эффекты нейротропных веществ.

Антиоксидантное действие проявляется в способности препарата оказывать влияние на окислительный стресс (повреждение клеток, спровоцированное окислительными процессами) и повышать показатели выживаемости нейронов в условиях кислородного голодания.

Механизм этого действия связан с подавлением свободнорадикальных процессов и перекисного окисления липидов клеточных мембран, а также с коррекцией кислородозависимых патологических состояний.

Как результат: замедляется процесс разрушения клеточных мембран, улучшается микроциркуляция, уменьшается проницаемость стенок сосудов, нормализуется уровень содержащихся в крови холестерина и триглицеридов.

Тканеспецифическое действие препарата связано с повышением интенсивности метаболизма нейронов ЦНС и ПНС, стимуляцией репаративных процессов в ЦНС, улучшением функционального состояния коры больших полушарий головного мозга и общего тонуса соматической и вегетативной нервной системы.

Фармакокинетические характеристики не дается определить, поскольку время распада входящих в состав действующего вещества Кортексина аминокислот L-ряда и нейропептидных фракций составляет не более 3-х минут.

Это делает невозможным установление скорости и степени всасывания пептидных остатков, распределения их по различным органам и тканям, а также скорости и путей их экскреции из организма.

Показаниями к применению препарата являются:

  • спровоцированные бактериями или вирусами инфекционные заболевания нервной системы;
  • состояния, сопровождающиеся нарушением кровообращения в головном мозге;
  • ЧМТ и ее последствия;
  • синдром диффузного поражения головного мозга различной природы происхождения;
  • церебральные (надсегментарные) вегетативные нарушения.

В сочетании с другими лекарственными средствами препарат назначают для лечения эпилепсии, а также для лечения острых и хронических воспалительных заболеваний головного и/или спинного мозга различной этиологии.

Для детей показаниями к применению Кортексина являются сниженная способность к обучению, нарушения памяти и мышления, синдром задержки у ребенка психомоторного и речевого развития (ЗПРР), различные формы ДЦП.

Препарат противопоказан пациентам с гиперчувствительностью к кортексину и/или глицину.

Клинические исследования, позволяющие установить действие препарата на организм беременной женщины и развивающийся плод, не проводились. По этой причине препарат не рекомендован к назначению на любом сроке беременности.

Поскольку данные клинических исследований относительно применения препарата в период кормления грудью отсутствуют, при необходимости назначения Кортексина грудное вскармливание рекомендуется прекратить.

Потенциально возможным побочным эффектом являются аллергические реакции, обусловленные индивидуальной чувствительностью к входящим в состав препарата компонентам.

Препарат предназначен для введения в мышцу.

Перед инъекцией содержащийся в флаконе порошок следует развести одном-двух миллилитрах 0,5%-ного раствора прокаина (новокаина), физиологического раствора (изотонического раствора хлорида натрия (0,9%)) или воды для инъекций.

Чтобы предотвратить образование пены, иглу при этом стараются направлять к стенке флакона.

Кортексин разрешено назначать с первых дней жизни. В некоторых ситуациях родителям приходится делать ребенку уколы самостоятельно. И здесь возникают вопросы как правильно сделать укол Кортексина и чем лучше разводить порошок.

Перед тем, как сделать укол, в шприц набирают воду для инъекций, новокаин или физраствор, затем прокалывают крышку флакона и вливают в него набранную жидкость.

Шприц следует снять (иголка при этом остается в крышке) и тщательно взболтать содержимое флакона до полного растворения порошка. После этого шприц снова присоединяют и набирают в него необходимое количество раствора.

Для укола лучше взять новую иглу, поскольку игла, которой вводился растворитель для лиофилизата, уже может быть изрядно затупившейся.

Лекарство вводится медленно, так как быстрое введение может спровоцировать очень сильную боль.

Малышам до полугода внутримышечная инъекция делается в переднюю поверхность бедра (чтобы случайно не повредить седалищный нерв).

Детям, особенно очень маленьким, все инъекции делают на физиологическом растворе или воде для инъекции. Уколы с новокаином менее болезненны, чем уколы на физрастворе, однако разводить лекарственное средство новокаином разрешается лишь в том случае, если есть твердая уверенность, что это не станет причиной аллергической реакции у ребенка (новокаин способен дать сильнейшую аллергию и судороги).

Как и прочие нейрометаболические лекарственные средства, Кортексин рекомендуется колоть до 12-ти часов дня, учитывая его активизирующий эффект и способность провоцировать психомоторное возбуждение.

Взрослым пациентам уколы Кортексина делают раз в сутки, ежедневно на протяжении десяти дней, в дозе, равной 10 мг.

При массивном ишемическом инсульте (МИИ) в острой фазе, а также в раннем восстановительном периоде, указанную дозу рекомендуется вводить пациенту дважды в день (утром и вечером) на протяжении десяти дней. Через десять дней курс следует повторить.

В педиатрической практике лекарство используется для лечения детей с первых дней их жизни.

Пациентам, вес которых не превышает 20-ти кг, препарат назначают в дозе, равной 0,5 мг/кг массы тела. Пациентам, вес которых более 20-ти кг, показана доза, равная 10 мг.

Продолжительность лечения составляет десять дней. При необходимости через три-шесть месяцев пациенту может быть назначен повторный курс.

Препарат крайне редко вызывает побочные эффекты, почти не имеет противопоказаний и может использоваться для лечения даже новорожденных младенцев. Главным его недостатком считают форму выпуска: Кортексин не выпускается в таблетках, и это отчасти усложняет его применение у детей, если последним требуется проведение нескольких курсов.

На сегодняшний день сообщений о побочных эффектах, развившихся вследствие передозировки Кортексином, нет.

Препарат несовместим с лекарственными средствами, имеющими пептидную структуру.

Препарат относится к категории рецептурных лекарственных средств и должен отпускаться из аптек только по рецепту врача.

Кортексин следует хранить в сухом защищенном от солнечного света места при температуре от 2 до 20°С.

Годен к применению в течение 36 месяцев с даты изготовления.

Препарат выпускается исключительно в форме лиофилизата, Кортексин в таблетках не производится.

Препарат не следует смешивать в одном шприце с какими-либо другими лекарственными средствами.

Аналоги Кортексина в ампулах: Армадин, Мексиприм, Нейротропин, Никомекс, Нуклео ЦМФ Форте, Цитофлавин.

Исследования, проводившиеся на лабораторных крысах, показали, что Церебролизин и Кортексин при внутрибрюшинном введении и введении в боковой желудочек головного мозга обладают сходным действием.

Сравнительный анализ центральных эффектов препаратов позволил сделать вывод, что при всей их схожести большей активностью отличается Кортексин.

При этом он провоцирует гораздо меньшее количество побочных реакций и может использоваться с самого рождения (тогда как Церебролизин в педиатрической практике применяется при наличии обоснованных показаний).

По мнению некоторых пациентов, уколы Церебролизина менее болезненны в сравнении с уколами Кортексина.

Инструкция по применению Кортексина для детей разрешает применение этого препарата с первых дней жизни ребенка.

Отзывы врачей на Кортексин для детей подтверждают заявления производителя о том, что препарат практически не вызывает побочных реакций, аллергии, не оказывает тератогенного и канцерогенного действия и хорошо переносится пациентами.

Применение его в неврологии, неонатологии и педиатрии позволяет улучшить поведение ребенка и его общее состояние при различного рода тонусах, нормализовать функцию памяти и речь, снять головные боли.

Кортексин — это препарат, широко применяемый в неврологической практике. Отзывы о Кортексине для взрослых, которые можно найти на многочисленных тематических форумах, свидетельствуют об эффективности применения этого средства для лечения пациентов самых разных возрастов (как для грудничков, так и для людей старческого возраста).

Прием препарата позволяет ускорить процессы восстановления после перенесенных травм и инсультов, а у пожилых людей стимулирует работу головного мозга, повышает способность к запоминанию и сосредоточению, а также препятствует снижению интеллектуальных способностей.

Отзывы о Кортексине для детей позволяют сделать заключение, что препарат чаще всего назначается детям, у которых отмечаются те или иные отклонения в нервно-психическом развитии. В частности показаниями к применению препарата являются ДЦП и поражения головного мозга, которые произошли во внутриутробном периоде (близко к дате родов) или непосредственно в процессе родов.

Уколы детям — и отзывы о Кортексине тому подтверждением — позволяют добиться существенных улучшений: после курса лечения препаратом ребенок становится более спокойным, у него отмечается улучшение мозговой деятельности, повышается интерес к учебе, улучшаются память и речь.

Применение препарата для грудничков (в частности, для новорожденных, появившихся на свет раньше положенного срока) позволяет в довольно сжатые сроки заметить явные улучшения, которые проявляются в более спокойном поведении ребенка или появлении у него новых навыков (например, способности самостоятельно переворачиваться со спины на животик и обратно).

Мамы, детям которых назначали Кортексин, отмечают, что после курса лечения ребенок буквально “оживал на глазах”. Плюсами препарата многие считают отсутствие побочных действий и низкую токсичность препарата. В качестве минусов чаще всего указывают достаточно высокую цену средства и болезненность уколов.

Что касается отзывов врачей о Кортексине, то они, несмотря на довольно высокую оценку препарата на форумах (в среднем 4,1-4,3 по 5-тибалльной шкале), достаточно противоречивы: некоторые медики считают его панацеей, другие — пустышкой с недоказанной эффективностью.

Цена Кортексина 10 мг в Украине — 598-685 грн, цена уколов Кортексина для детей варьируется в пределах от 440 до 520 грн. В Днепропетровске, в Запорожье, в Донецке и других крупных городах купить препарат можно как в сети розничных аптек, так и через интернет-аптеки с доставкой прямо на дом.

Средняя цена Кортексина в ампулах 5 мл по 10 мг в России — 1100-1200 рублей, средняя стоимость ампул по 5 мг — 700-850 рублей.

Источник: http://medside.ru/korteksin

  1. Вс просто! Это 2д игра
  2. «Кортекс (кора по-латыни) или кора головного мозга — это верхний раздел или слой мозга, состоящий преимущественно из нейронов. Нейроны — это нервные клетки, структурные и функциональные единицы нервной системы. Человеческий кортекс занимает обширный отдел мозга, который с точки зрения анатомии можно рассматривать как единое целое, а в период с 12 — 72 месяцев от момента рождения проходит четыре функциональные стадии, которые четко различаются в процессе детского развития и отражают стадии человеческой эволюции. » (с)

Префронтальный кортекс. «Giedd и его коллеги нашли, что в области, которая называется лобовой корой (префрональним кортексом) , мозг, судя по всему, растет опять как раз перед половой зрелостью. Префрональний кортекс — участок, который расположен сразу за лобными костями черепа. Перестройка этого участка вызывает особенный интерес, поскольку именно она выступает как CEO мозга, отвечая за планирование, рабочую память, организацию и настроение человека. Как только префронтальний кортекс созревает , подростки начинают лучше соображать и развивают больше контроля над импульсами. Префронтальний кортекс регион трезвой оценки решений . Пока не созрел префронтальний кортекс, обработка эмоциональной информации остается незрелой и осуществляют ее другие участки мозга, менее заточенные под такую работу. Именно поэтому подростки склонны к неоправданным рискам, в целом, плохо различают разные эмоциональные состояния других людей. » (с)

Кортекс волоса. «Оболочка, покрывающая сердцевину (медулу) волосяного стержня, называется кортексом. Кортекс придает волосам эластичность и определяет формы волос прямые или вьющиеся. В состав наружного покрова кортекса также входят гранулы меланина, пигмента, который вырабатывается при росте волоса в фолликуле и определяет природный цвет волос. » (c)

В биологии, кортексом также называется толстый наружный слой кожи.

Кортекс это большой слой нервной ткани, который содержит функциональные области, специализированные на определенных задачах.

Источник: http://www.domino22.ru/chto-takoe-korteks/

Доставим курьером по Москве
или Санкт-Петербургу за 179 руб.!

Примите участие в настоящей Битве Умов, и пусть победит умнейший! Испытайте свой разум, выполняя интересные и сложные задания на время.

Компоненты настольной игры Кортекс Битва умов. Готовы напрячь серое вещество и пошевелить извилинами? Настольная игра Кортекс: Битва умов бросает вам вызов! Попробуйте быстрее остальных соперников пройти лабиринт, найти парную картинку, подобрать недостающую деталь… Как только решение найдено, накрывайте карту рукой и говорите свой вариант ответа. За правильный ответ игрок забирает карту себе, а за неверный — лишается одной из ранее выигранных.

Интеллектуальное восьмиборье. В настольной игре Кортекс: Битва умов вас ждут испытания восьми типов: тренировка памяти, внимательности, логики и устного счёта, задания на скорость мышления, скорость реакции и координацию, а также специальные тактильные задания, для прохождения которых игроку придётся в буквальном смысле действовать на ощупь. Выигранные в результате испытаний карточки игроки меняют на победные фишки, из которых нужно собрать «сет» – четыре фишки разных цветов.

В одно касание. Тактильные карты испытаний – особые карты, на лицевую сторону которых нанесены рельефные изображения разных типов. Эти карточки все игроки рассматривают перед началом партии, а когда такое задание выпадает во время игры, одному из них предстоит не глядя, положившись лишь на чувство осязания, понять, что за картинка ему попалась в настольной игре Кортекс. Сумеете по одной только текстуре определить, изображён на карте персик или плюшевый мишка?

В состав настольной игры Кортекс входят: 80 карт заданий, 10 тактильных карт, 24 фишки победных очков (по 6 фишек каждого цвета — фиолетового, жёлтого, оранжевого и зелёного), правила игры.

Купить настольную игру Кортекс можно, оформив заказ на сайте или позвонив по телефонам 8 (800) 5555-143, +7 (495) 668-06-08 или +7 (812) 309-00-99.

Оставить свой отзыв (понравилось/не понравилось и почему) вы можете чуть ниже в разделе Отзывы и комментарии

Источник: http://www.igroved.ru/games/cortex-series/cortex-challenge/

Над развитием искусственного интеллекта работают самые сильные мировые компании, которые выделяют миллиарды долларов, чтобы сделать эту технологию более совершенной. Поэтому, если вы хотите быть в тренде самых популярных разработок, вы просто обязаны знать, на каком этапе развития находится искусственный интеллект (ИИ). Проект Cortex (CTXC), о котором мы вам расскажем сегодня, занимается созданием универсальной платформой для разработки и реализации продуктов связанных с ИИ.

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ:

Криптовалюта Cortex (CTXC) – это цифрой токен, являющийся частью основанной на блокчейн платформе для искусственного интеллекта. Токены Cortex (CTXC) – это один из двух инструментов, которые будут выступать в роли платежного средства на платформе. Второй инструмент – это токен «Эндорфин».

Разработчики проекта Cortex, поняли, что использующиеся практически во блокчейн проектах смарт контракты (СК), можно улучшить с помощью ИИ. Для этого, они создали специальный механизм, который позволяет интегрировать ИИ в СК. Кроме этого, на платформе Cortex можно разрабатывать и продавать собственные продукты с использованием ИИ. Чтобы воплотить в жизнь задуманные идеи, команде проекта пришлось разработать целую экосистему, которая состоит из:

– Функции Smart AI Contracts, которая позволяет разрабатывать самообучаемые программы;

– Виртуальной машины, которая еще называется CVM и полностью взаимодействует с виртуальной машиной Эфира;

– Функцию достижения консенсуса для вывода;

– Проект для обучения контрактов вне сети.

Также, на платформе есть специально созданное сообщество Cortex Intelligence Inference Framework, которое занимается машинным обучением во все мире. Это сообщество, загружает на платформу Cortex уже разработанные решения с использованием ИИ, после чего их может купить любой участник платформы.

Несмотря на то, что проект совсем недавно закончил закрытый раунд привлечения инвестиций, и еще только начала свое развитие, у него есть все шансы, чтобы стать востребованным. Помощь в развитии данного проекта, предоставят его более сильные конкуренты, которые в то же время являются его союзниками. Сфера искусственного интеллекта, находится в начале своего пути, поэтому у нее есть потенциал для развития.

Мы считаем, что инвестирование в токены подобных проектов, является правильным решением в разрезе долгого промежутка времени.

Токены CTXC с 24 Апреля торгуются на бирже Huobi, а 26 и 28 Апреля были добавлены в листинг на CoinTiger, OKEx и OTCBTC. Средняя стоимость токенов достигает $2,16. Капитализация проекта превышает 324 миллиардов USD, а суточный объем достигает 126 миллиардов. Исходя из этого, можно предположить, что стоимость токенов в скором времени возрастет.

Друзья, учитывая суточные объемы торгов, можно сказать, что это очень востребованный на рынке проект.

Источник: http://www.bitbetnews.com/altkoin/chto-takoe-kriptovaljuta-cortex-ctxc-prostymi-slovami/.html

Семейство ARM Cortex — новое поколение процессоров, которые выполнены по стандартной архитектуре и отвечают различным технологическим требованиям. В отличие от других ЦПУ ARM, семейство Cortex является завершенным процессорным ядром, которое объединяет стандартное ЦПУ и системную архитектуру. Семейство Cortex доступно в трех основных профилях: профиль A для высокопроизводительных применений, профиль R для реально-временных применений и профиль M для чувствительных к стоимости и микроконтроллерных применений. Микроконтроллеры STM32 выполнены на основе профиля Cortex-M3, которое специально разработано для применений, где необходимы развитые системные ресурсы и, при этом, малое энергопотребление. Они характеризуются настолько низкой стоимостью, что могут конкурировать с традиционными 8 и 16-битными микроконтроллерами. И хотя ЦПУ ARM7 и ARM9 были с успехом интегрированы в стандартные микроконтроллеры, в них все же прослеживается изначальная ориентированность на системы на кристалле (SoC). Это особенно заметно по способам обработки исключительных ситуаций и прерываний, т.к. у разных производителей микроконтроллеров и способы обработки реализованы различным образом. Cortex-M3 является стандартизованным микроконтроллерным ядром, которое помимо ЦПУ, содержит все остальные составляющие основу микроконтроллера элементы (в т.ч. система прерываний, системный таймер SysTick, отладочная система и карта памяти). 4 гигабайтное адресное пространство Cortex-M3 разделено на четко распределенные области кода программы, статического ОЗУ, устройств ввода-вывода и системных ресурсов. В отличие от ядра ARM7, Cortex-M3 выполнено по Гарвардской архитектуре и, поэтому, имеет несколько шин, позволяющие выполнять операции параллельно. Семейство Cortex имеет возможность оперировать с фрагментированными данными (unaligned data), что также отличает его от предшествующих архитектур ARM. Этим гарантируется максимальная эффективность использования внутреннего статического ОЗУ. Семейство Cortex также поддерживает возможности установки и сброса бит в пределах двух областей памяти размером 1 Мбайт по методу bit banding. Этот метод предоставляет эффективный доступ к регистрам и флагам УВВ, расположенных в области статического ОЗУ, и исключает необходимость интеграции полнофункционального битового процессора.


Основой STM32 является процессор Cortex-M3. Он представляет собой стандартизованный микроконтроллер, интегрирующий 32-битное ЦПУ, шинную структуру, блок вложенных прерываний, отладочную систему и предопределенную организацию памяти.

Еще одним ключевым компонентом ядра Cortex-M3 является контроллер векторизованных вложенных прерываний (КВВП). КВВП предоставляет стандартную структуру прерываний для всех Cortex-микроконтроллеров и способы их обработки.

КВВП предписывает векторы прерываний для 240 источников, для каждого из которых может быть установлен свой приоритет. При разработке КВВП особое внимание уделялось быстродействию обработки прерываний. С момента получения запроса на прерывание до выполнения первой команды процедуры обработки прерывания проходит всего лишь 12 циклов. Частично это достигнуто за счет автоматических операций со стеком, выполняемым специальным микрокодом внутри ЦПУ. Если же прерывания возникают практически одновременно, то КВВП использует способ упорядоченной обработки прерываний с задержкой перед вызовом очередной процедуры обработки прерывания всего лишь 6 циклов. В случае наложения прерываний, прерывание с более высоким приоритетом может вытеснить более низкоприоритетное прерывание, не расходуя при этом дополнительных циклов ЦПУ. Структура прерываний также тесно связана с поддерживаемыми ядром Cortex-M3 экономичными режимами работы. Предусмотрена возможность конфигурации ЦПУ на автоматический переход в экономичный режим работы по завершении обработки прерывания. После этого перехода ядро будет бездействовать вплоть до возникновения очередной исключительной ситуации.

Несмотря на то, что ядро Cortex-M3 разрабатывалось как недорогое ядро, оно остается 32-битным ЦПУ и, в связи с этим, поддерживает два режима работы: потоковый режим (Thread) и режим обработчика (Handler), для каждого из которых можно сконфигурировать свои собственные стеки. Благодаря этому, появляется возможность разработки более интеллектуального программного обеспечения и поддержки операционных систем реального времени (ОСРВ). В ядро Cortex также входит 24-битный автоматически перезагружаемый таймер, предназначенный для генерации периодических прерываний и используемый ядром ОСРВ. Если у ЦПУ ARM7 и ARM9 имеется два набора инструкций (32-битный ARM и 16-битный Thumb), то у семейства Cortex предусмотрена поддержка набора инструкций ARM Thumb-2. Он представляет собой смесь 16- и 32-битных инструкций, позволяющие добиться производительности 32-битного набора инструкций ARM и плотности кода, свойственной 16-битному набору инструкций Thumb. Thumb-2 — обширный набор инструкций, ориентированный на компиляторы языков C/C++. Это означает, что программа для Cortex-микроконтроллера может быть полностью написано на Си.

Источник: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/micros/arm/cortex_arh/1_1.htm

Три аминокислотные спирали переплетаясь между собой и навиваясь друг на друга формируют суперспирализованную протофибриллу волоса, которая, таким образом, представляет собой трехжильный витой «шнур». По некоторым данным, волос состоит из 40 миллионов таких элементарных волокон.

Сцепление трех соседних элементарных волокон (альфа-спиралей) обеспечивается поперечными, а именно, дисульфидными связями (или дисульфидными мостами), которые являются отличительной чертой роговидных структур. Это ковалентные связи через атом серы (– S – S -). Это самые прочные связи, которые могут устанавливаться между полипептидными цепочками.

Дисульфидные мостики в волосе образует серосодержащая аминокислота цистеин. Чем больше цистеина в белке, тем более прочные конструкции получаются из белковых молекул (восстановленные S-S связи (дисульфидные мостики)). На разрыве и последующем восстановлении определенного процента этих связей основан принцип химической завивки волос.

11 протофибрилл свиваясь образуют микрофибриллы, которые сплетаются во все более и более толстые шнуры, называемые макрофибриллами. Каждая макрофибрилла состоит из тысяч микрофибрилл (до 1 миллиона в одном волосе!), скрепленных межфибриллярным веществом (матриксом). Обвиваясь друг вокруг друга, макрофибриллы формируют основные волокна коркового слоя. Кортекс не разваливается на отдельные фибриллы благодаря тому, что среди аминокислот, входящих в состав кератина, содержится цистеин.

Содержание пигмента в волосах .

В волосах существуют зерна пигментов всего лишь двух видов — рыжий и чёрный, и от сочетания этих двух цветов, превалирования тех или иных пигментов зависит общий окрас волос.Малое количество, отсутствие, выветривание (вымывание, потеря) пигментов делают волос белым или седым. Седина появляется также из-за образования воздушных пузырьков между отмершими клетками и волокнами волос.Если рассмотреть молекулы эу–меланина под микроскопом, мы увидим три основных цвета: синий, красный, желтый.

Когда мы осветляем волосы, в первую очередь растворяются синие молекулы, они отвечают за глубину и холодность тона. Это самые слабые молекулы. Именно пепельные оттенки быстрее всех вымываются из волоса, так как в основе содержат синий пигмент.Красные молекулы отвечают за яркость и насыщенность цвета. Желтые – самые устойчивые, осветляются плохо, отвечают за яркость цвета.

Фео–меланин, молекула маленького размера, округлой формы желтого и красного цвета. Фео–меланин рассеянный пигмент, более мелкий, он отвечает за фон осветления. Молекулу фео–меланина мы не разрушаем, а осветляем до определенного уровня и проводим нейтрализацию нежелательных оттенков. Если мы разрушим фео-меланин, то разрушим структуру волоса. Вне зависимости от цвета волос под действием солнца происходит их обесцвечивание за счет фотозависимой деградации аминокислот, у брюнетов – цистина, тирозина и триптофана, а у блондинов – гистидина, лизина и пролина. Эу-меланин в волосах брюнетов определяет их большую устойчивость к повреждающему действию солнечных лучей, а продукты распада серосодержащих аминокислот под действием солнца придают волосам желтоватый или коричневатый оттенок. В волосяных фолликулах рыжеволосых и светловолосых людей вырабатывается преимущественно фео-меланин, который практически не обеспечивает необходимую степень фотозащиты: под действием не только ультрафиолета, но даже видимого света он разрушается, и образуются супероксиды, обладающие отбеливающими свойствами. Молекула меланина может измениться под действием сильного окисления или концентрированными щелочными растворами. Активное образование пигмента происходит в фазу анагена, однако с возрастом этот процесс замедляется и волосы седеют.

Химическое строение кератина и физические свойства волос :

Среди основных параметров волос стоит выделить его длину, толщину, эластичность, прочность(растяжимость), пористость(способность впитывать влагу), электростатичность , кислотно-щелочной баланс( рH).

Химическое строение и свойства кератина :
Из 20 аминокислот, существующих в природе, в кератине представлены 18, значительную часть которых составляют серосодержащие аминокислоты (цистеин и метионин). В состав кератина входят 2 аминокислоты, содержащие серу, – метионин и цистеин. Эти аминокислоты метаболически тесно связаны между собой. Цистеин и метионин необходимы для синтеза кератина – основного белка волосяного стержня.
Метионин
Метионин – незаменимая аминокислота, то есть не синтезируется в организме человека. Поэтому метионин должен постоянно поступать в организм вместе с пищей. Метионин – «стартовая» аминокислота при синтезе всех без исключения белков на рибосомах – является основным фактором, обеспечивающим нормальный запуск процессов белкового синтеза. L – метионин основной донор биодоступной серы, поставляет SH-группы, необходимые для синтеза кератина – основного белка волосяного стержня, глутатиона, карнитина, фосфолипидов и других важнейших веществ. Метионин является источником серы при биосинтезе цистеина, который также участвует в синтезе кератина.

Цистин ( Цистеин-дипептид цистина).
Входит в состав α-кератинов, основного белка ногтей, кожи и волос. Он способствует формированию коллагена, улучшает эластичность и текстуру кожи, ускоряет регенерацию кожи после операций, ожогов.. Цистеин входит в состав и других белков организма, в том числе некоторых пищеварительных ферментов. Цистеин — заменимая аминокислота, которая может синтезироваться в организме из серина с участием метионина как источника серы, а также АТФ и витамина В6. Один из самых мощных антиоксидантов, при этом его антиоксидантное действие усиливается при одновременном приеме витамина С и селена или в сочетании с витамином Е. Цистеин является предшественником глутатиона — вещества, оказывающего защитное действие на клетки. Чем выше содержание цистина в α-кератине, тем крепче и жестче его структура (в панцире черепахи 18 % цистина).
Недавно из волосяного волокна выделена еще одна группа белков, содержащая высокий процент аминокислот тирозина и глицина. Это небольшие пеп­тиды, молекулярная масса которых не превышает 10000, отличающиеся незначительным количеством лизина, гистидина, изолейцина, глутаминовой кислоты и не содержащие метионина. На основании анализа диффракции рентгеновских лучей предполагают, что эти белки являются составной частью нефибриллярного матрикса и имеют прямое отношение кпластичности волосяного волокна .
Наиболее характерной особенностьюкератина волос является высокое содержание серы / 2-5 %/, которая почти полностью входит в состав цистина /лишь незна­чительная часть ее находится в виде метионина/ Кератины — особый тип фибриллярных белков, так как полипептидные цепи в них не сворачиваются в глобулы (шары), а остаются в виде линейных цепей, группируясь в протяженные волокна. Кератин — это система межклеточных фибриллярных протеинов, стабилизированных дисульфидными мостиками. Кератин делится на высокосульфидный («твердый»), встречающийся в волосах, рогах, копытах, и низкосульфидный («мягкий»), характерный для наружного слоя эпидермиса.

В зависимости от особенностей вторичной структуры белка ( пространственная форма молекулы )кератины подразделяются на α- и β-кератины.

α-Кератины. Служат основой для волос, шерсти, перьев, ногтей, когтей, рогов, копыт, панциря

черепахи. Вторичная структура — правая α-спираль. Синтезируемый α-кератин образует фибриллы, которые заполняют всю клетку.

Рисунок 1 —Строение главной молекулярной связи цепи α-кератина.


Рисунок 2 —Строение цепей и водородные связи β-кератина.
Рентгенографические исследования и изучение упругих свойств кератина позволили установить, что он может существовать в трех формах: α-, β- и сверхсокращенной, которые прежде всего различаются длиной цепи, выражающейся соотношеним 50: 100:33. Кератин шерсти в нативном состоянии имеет α-форму.Строение главных молекулярных цепей α-кератина принимается в виде α-спирали (рисунок 1). На каждый спиральный виток приходится 3,7 аминокислотных остатка. Ось α-спирали расположена спирально с образованием спиральной спирали или би-спирали.
α-Кератин превращается в β-кератин при растягивании волокна в горячей воде или в атмосфере пара. Сверхсокращенная форма дает дезориентированную рентге­нограмму β-типа. Особенности сверхсокращения изучены мало.

В продольном направлении фибрилла не является однородной: кристаллические зоны чередуются с аморфными. Основой структуры кристаллических зон является α-спираль. Из трех цистиновых остатков, входящих в состав двух параллельно расположенных спиралей, два образуют межцепные дисульфидные связи, а один — внутрицепную связь.В ней чередуются участки, обладающие незначительным развитием поперечных связей, так называемые зоны X, и участки с интенсивным развитием поперечных связей — зоны Y.

Цементирующее вещество, представляющее маточный раствор-матрикс, по своему аминокислотному составу представлено высоким содержанием таких аминокислот, как цистин, метионин, пролин, треонин, серин, и незначительным коли­чеством лейцина, аспарагиновой кислоты, лизина. В поздних стадиях формирования волоса фибриллы образуются из цементирующего вещества, являющегося как бы маточным раствором, из которого возникают фибриллы. Из беспорядочно расположенных и преимущественно глобулярных спиралей образуются α-спирали, соединяющиеся различными поперечными связями в усложненные фибриллярные структуры, которые на некоторых участках имеют повторяющуюся последовательность расположения аминокислотных остатков, создающих кристаллические зоны фибрилл.

Полипептидные спирали цепи цементирующего вещества не упорядоче­ны, имеют преимущественно глобулярную форму и образуют мало межмоле­кулярных связей. Цистиновые остатки в цементирующем веществе распреде­ляются не локализовано, как в кератинах фибрилл, а равномерно и образуют преимущественно внутрицепочечные дисульфидные связи.

Кератины цементирующего вещества отличаются значительно более высокой химической активностью, чем кератины фибрилл. Это объясняется менее интенсивным развитием в них поперечных связей. Химическое взаимодействие в кератинах коркового слоя в первую очередь

осуществляется в цементирующем веществе. В частности, в нем сравнительно легко протекают реакции дисульфидно-сульфгидрильного обмена, которые изменяют характер дисульфидных связей и образовывают новые сульфгидрильные группы. В процессе этих реакций может происходитьактивное взаимодействие между кератинами цементирующего вещества и фибрилл, приводящее к образованию дисульфидных связей между различными гистоструктурными компонентами.

Полипептидные спиральные цепи цементирующего вещества имеют молекулярную массу 3000-10000, неупорядоченное расположение, преимущественно глобулярную форму и образуют небольшое количество межмолекулярных связей. Цистиновые остатки в цементирующем веществе распределяются не локализовано, как в кератинах фибрилл, а равномерно и образуют преимущественно внутрицепочечные дисульфидные связи (рисунок 6). Солевые и водородные связи образуются также в пределах одной цепи, что способствует ее глобулярной конформации (форма молекулы белка ввиде шара).

В кератине цементирующего вещества(матрикс) преобладают основные(щелочные) аминокислотные остатки, в кератине фибрилл — кислотные. Поэтому между кератином фибрилл и цементирующего вещества возможно ионное взаимодействие и даже образование более прочных связей. Кератин микрофибрилл химически менее активен, чем кератин цементирующего вещества.Кератин микрофибрилл более инертен по отношению к влаге, в то время как кератин цементирующего вещества способен энергично сорбиро­вать влагу. Волокнистый(корковый) слой природно состоит из уравновешенного соотношения влаги и протеинов. Это равновесие часто нарушается, например от воздействия тепла, химических процессов (химическая завивка, окрашивание) и тогда волос теряет упругость и его необходимо восстанавливать. Европейские, азиатские и африканские волосы качественно отличаются. Нижестоящая схема поясняет делениена 3 различные географические человеческие группы, согласно соотношению между кератином и влагой.

Европа- Азия- Африка
Кератин:
89% — 95% — 85%
Влага:
10% — 5% — 14%
Минералы:
1% — 1% — 1%
Восстановление. В поврежденных волосах нарушается необходимое равновесие между кератинами и влагой. Единственный путь, чтобы восстановить поврежденные волосы и нарушенный баланс, — это восполнить недостающую составляющую: кератин. Пористые места волос должны заполниться натуральным кератином. Без восполнения кератина фактическое лечение волос практически невозможно.

Благодаря внедренному кератину, волосы становятся объемнее, сильнее и получают большую упругость и эластичность. Как работают большинство косметических продуктов?
+- протеины, в обычном средстве по уходу за волосами, имеют положительный заряд
— — поврежденные волосы заряжены отрицательно
Протеины, в обычном средстве по уходу за волосами, имеют положительный заряд. Напротив, поврежденные волосы заряжены отрицательно. Вследствие этого молекулы протеина работают как магнит. Научно доказано, что только кератин с максимальным весом молекулы 300 может проникать в волосы. К сожалению, кератин, используемый в большинстве косметических марок, имеет больший молекулярный вес. Поэтому, эти молекулы не могут проникать в волосы. Они работают на внешней поверхности волоса, где заполняют пустоты. Вследствие этого волосы легко расчесываются, получают больший блеск и выглядят здоровее. Недостатком является то, что волосы становятся тяжелее и слабее, вследствие этого теряют объем. Поэтому они неэффективны для поврежденных волос. Кроме того, верхний покрывающий косметический слой будет смыт при следующем контакте с шампунем.
Дальнейший решающий аспект для здоровья волос — это уровень pH. Уровень pH указывает кислотность или щелочность измеряемой среды. Величина pH идет от 0 до 14, причем pH-7 считается нейтральным. Естественная уровень pH для волос и кожи находится между 4,5 и 5,5. При этой значение pH волосы более здоровы, они имеют оптимальную энергию, блеск и эластичность. Кожа нежнее всего при этих показателях. РH продуктов совпадает с естественным уровнем pH волос и кожи. Таким образом восстанавливающее действие косметических продуктов проявляется максимально.

Сложный композиционный состав белкового субстрата, чрезвычайно тонкая и сложная надмолекулярная и морфологическая организация волоса обусловливают возможность высоких обратимых деформаций при изменении влагосодержания. При этом изменяется также плотность волокна:

Источник: http://studopedya.ru/1-101220.html

1. Зачем нужна новая кора 2. Об эмоциях и стереогнозе 3. О древней коре

Неокортекс – красивое слово. Но что оно означает в переводе с латинского языка? Наверное, каждый из нас в детстве, при поносе и расстройстве кишечника принимал растительное вяжущее и закрепляющее средство – кору дуба, или Cortex Querkus. Кортекс – означает «кора», корковое вещество. Ну а «neo» — означает новый, и только в фильме братьев Вачовски «Матрица» имя персонажа «Нео» несет другое, сакральное значение – «избранный».

Неокортекс, neocortex – это новая кора мозга человека. В некотором смысле, ее значение для нашей цивилизации действительно избранное. Другое ее название – плащ, pallium, или изокортекс. Она покрывает однородным серым плащом все белое вещество больших полушарий головного мозга, которое представляет собой проводящие пути, «провода», лишенные самостоятельной возможности генерировать импульсы. Когда употребляют термин brain– мозг, то имеют в виду именно эту часть центральной нервной системы.

Название изокортекс – изос – одинаковый, равный – свидетельствует о том, что весь мозг покрыт примерно одинаковой толщины корой, состоящей из шести слоев нейронов. Эта система занимает большую площадь, чем можно занять, будучи гладкой, поэтому изокортекс формирует борозды и извилины.

По большому счету, все жизненные функции можно прекрасно осуществлять и без влияния новой коры. Неокортекс для этого совсем не нужен. Мы сможем дышать, питаться, размножаться, получать удовольствие и даже греться на солнышке.

Но мы не сможем читать, писать, рисовать, заниматься политической деятельностью. Мы не сможем двигать науку и технику, играть на музыкальных инструментах, не сможем зажечь огонь и посадить семечко в землю. Неокортекс – это именно то, что делает нас человеком. Это мышление, эмоции и конечные отделы чувствительных анализаторов. Именно в новой коре лежат первые нейроны произвольных и высококоординированных движений. Без связей новой коры с мышцами была невозможна мелкая моторика, и мы совершали только грубые, автоматизированные движения: прыжки, захват, жевание, совокупление.

Скажем больше: новая кора – это то, что отличает млекопитающих, то есть животных от своих непосредственных предшественников – рыб, земноводных и пресмыкающихся. Конечно, и у этих, более примитивных существ в составе головного мозга есть отделы, которые отвечают за обучение и эмоции, но нет специфической системы, которая освобождена от занятия «хозяйством», то есть от контроля дыхания, кровообращения и других витальных функций.

Неокортекс человека способен выполнять чудесные вещи, которые на нашей планете выполнить больше не может ни один вид живых существ, даже приматы. Выполним простой опыт. Закройте глаза, подойдите к письменному столу или к тумбочке, и возьмите правой рукой любую вещь. Не подглядывая, определите, что это на ощупь. Теперь назовите вслух что это, и посмотрите на предмет. Это может быть монета, ключ, флакон духов, сотовый телефон, спичечный коробок. Просто? Конечно! А теперь посмотрим, что для этого потребовалось нашему организму выполнить за секунду:

  • волевой импульс заставил клетки моторной зоны неокортекса послать двигательный импульс вниз, в белое вещество;
  • импульс распределился на ядра мозжечка, который поддержал равновесие, и вы могли встать и пойти;
  • контролирующий сигнал достиг системы среднего уха и полукружных каналов, которые отдали информацию в мозжечок, что вы начали двигаться, сохраняя нужное положение;
  • часть сигналов достигла мышц ног, и вы начали движение;
  • поскольку вы двигаетесь с закрытыми глазами, включилась система статокинеза. Это мышечное чувство, которое передает в мозг информацию о положении отдельных частей тела в темноте. (Например, при поражении задних столбов спинного мозга человек может ходить, только видя свои ноги, в темноте он падает);
  • ощутив тумбочку, чувствительные тактильные импульсы понеслись вверх в таламус, где находится первичная подкорковая система анализа ощущений;
  • таламус «отрапортовал», что боли не выявлено, и импульс передается дальше, в кору.

Таковы подготовительные, и далеко не полные этапы, а ведь мы еще не начали выполнять опыт!

Теперь мы берем в правую руку спичечный коробок. Как мы догадаемся, что это именно он? По звуку. Он шуршит. В работу включается анализатор слуха, переключаясь через подкорковые центры анализа звуковых раздражителей. Активируется височная доля неокортекса. Далее барорецепторы и тактильные рецепторы дают информацию о плотности, весе, температуре, формах предмета. Вся эта информация устремляется в кору больших полушарий головного мозга, где осуществляется суммация полученных знаний.

Функция узнавания предметов на ощупь называется системой стереогноза. Зона, ответственная за стереогноз, находится в верхней теменной дольке, и занимает совсем незначительную часть новой коры больших полушарий.

А теперь самое интересное: если вы определяли предмет, находящейся в правой руке, то «занималась» стереогнозом левая теменная долька, кзади от центральной извилины. Это значит, что многие функции в коре перекрещены.

Чтобы назвать предмет, требуется функция моторной речи: в работу включается речедвигательная зона Брока, находящаяся в заднем отделе нижней лобной извилины коры больших полушарий головного мозга.

Затем импульс достигает вокальных мышц, языка, верхнего неба, и вы произносите нужное название. Небольшая особенность: если вы никогда не держали в руке этот предмет раньше, функция стереогноза не работает: в коре нет накопленного опыта. И назвать предмет вы можете по его качествам: гладкий, тяжелый, теплый и так далее.

Кроме таких элементарных для нас функций, изокортекс полностью является источником мышления и всей эмоциональной жизни человека.

Тем не менее, если есть новая кора, то самое «серое вещество», то, значит, и есть старая кора. Куда она делась и чем отличается по функции от неокортекса?

Древние зоны коры находятся в глубине головного мозга, в области гиппокампа. Они перестали выполнять высшие функции, свойственные рептилиям и рыбам, и приняли на себя более примитивные функции, тем не менее, плотно интегрировавшись в единое неделимое целое в работу коры и головного мозга в целом. Одним из таких глубоко лежащих образований является лимбическая, или лимбико-ретикулярная система.

В ее состав входит более 12 структур, подлежащих изокортексу, например, обонятельный треугольник, гипоталамус, который является первичным анализатором боли, и ретикулярную формацию, которая считается одним из регулирующих центров сна. Лимбическая система помогает организовывать речь, принимает участие в формировании механизмов памяти, с ее помощью оформляются поведенческие реакции и эмоции. В данном случае, лимбическая система находится на полном контроле у коры больших полушарий, но обладает в значительной части автономностью.

Стоит напомнить, что есть и более глубокие и автономные центры, лежащие ниже лимбической системы, перешедшие к нам по наследству от амфибий и рыб. К ним относится продолговатый мозг, которому «не до эмоций». Он занимается только жизненно важными функциями: регуляцией кровообращения, дыхания, и его повреждение, в отличие от поражения областей коры может привести к смерти.

Кто знает, может быть, и самопознание человека возможно только при выходе за пределы нашего бытия? Наука, в отличие от материального мера, бесконечна, хотя и является порождением «серого вещества».

Источник: http://mozgius.ru/stroenie/neokorteks.html

Попытки понять, как работает мозг, подобны решению гигантской головоломки из кусочков картинки. Вы можете подходить к ее решению двумя способами. Используя подход «сверху вниз», вы начинаете с того, что берете цельную картинку, и, пользуясь ей, решаете, какие кусочки игнорировать, а какие искать. Другой подход, «снизу вверх», когда вы фокусируетесь непосредственно на самих кусочках. Вы изучаете их на наличие особенностей и ищите наиболее подходящие среди других кусочков. Если у вас нет цельной картинки-решения, метод «снизу вверх» является иногда единственным путем.

Головоломка «познай мозг» особенно устрашающая. В отсутствии хорошего теоретического обоснования для понимания интеллекта ученые стараются придерживаться подхода «снизу вверх». Но задача очень трудна, если вообще не неосуществима, если головоломка такая сложная, как мозг. Чтобы ощутить трудность, вообразите головоломку с несколькими тысячами кусочков. Большинство кусочков могут быть интерпретированы различными путями, как если бы у каждого была подходящая картинка на обоих сторонах, но только одна из них правильная. Все кусочки почти одинаковы по форме, так что вы не смогли бы определенно сказать, подходят два кусочка или нет. Большинство из них не будет использовано в конечном решении, но вы не знаете, какие и сколько. Каждый месяц новые кусочки приходят по почте. Некоторые из этих новых кусочков заменяли бы более старые, как если бы разработчик головоломки сказал, «Я знаю, что вы работали с этими старыми кусочками несколько лет, но оказалось, что они не годятся. Извините. Вместо них используйте эти новые кусочки до будущих извещений». К сожалению, у вас нет идей, на что будет похож конечный результат; еще хуже, если у вас были идеи, но они оказались неправильными.

Эта аналогия с головоломкой является великолепным описанием сложности, с которой мы сталкиваемся при создании новой теории кортекса и интеллекта. Кусочки головоломки – это биологические и поведенческие данные, которые ученые собрали за сотни лет. Каждый месяц публикуются новые документы, создающие дополнительные кусочки головоломки. Иногда данные одного ученого противоречат данным другого. Поскольку данные могут быть интерпретированы различными способами, практически во всем есть разногласия. Без теоретических оснований «сверху вниз» не будет консенсуса в том, что искать, что наиболее важно или как интерпретировать горы накопленной информации. Наше понимание мозга застряло на подходе «снизу вверх». Все, что нам нужно – это теоретические обоснования для подхода «сверху вниз».

Модель «память-предсказание» может выступить в этой роли. Она может показать нам, как начинать складывать вместе кусочки головоломки. Чтобы делать предсказания, вашему кортексу нужен способ помнить и хранить знания о последовательностях событий. Чтобы делать предсказания новых событий, кортекс должен сформировать инвариантные представления. Вашему мозгу нужно создавать и хранить модель мира такого, какой он есть, независимо от того, как вы видите его в различных обстоятельствах. Зная, что должен делать кортекс, ведет нас к пониманию его архитектуры, особенно его иерархического дизайна и шестислойной формы.

Когда мы изучим эти теоретические основы, представленные здесь впервые, я перейду на детальный уровень, который может быть многообещающим для некоторых читателей. Большинство концепций, с которыми вы сейчас встретитесь, непривычны даже для экспертов в нейронауках. Но я верю, с небольшим усилием каждый сможет понять фундамент этих теоретических основ. Главы 7 и 8 этой книги гораздо менее технические и более широко исследуют следствия теории.

Наше решение головоломки может теперь обернуться к поиску биологических деталей, которые подтверждают гипотезу «память-предсказание»; это подобно тому, что мы оставим в стороне большой процент кусочков головоломки, зная, что относительно небольшой процент оставшихся кусочков приоткроет решение. Как только мы обнаружим, что ищем, задача станет управляемой.

В то же время я хочу заметить, что эти теоретические основания еще не завершены. Есть множество вещей, которые мне еще непонятны. Но многое я уже сделал, основываясь на дедуктивном выводе, экспериментах, выполненных во множестве различных лабораторий, и знании анатомии. Последние 5 – 10 лет исследователи из множества подобластей нейронаук исследовали идеи, подобные моим, хотя использовали другую терминологию и, насколько мне известно, не пытались сложить эти идеи в одну общую теорию. Они говорят об обработке «сверху вниз» и «снизу вверх», как паттерны распространяются через сенсорные области мозга и как важно инвариантное представление. Например, Габриэль Крейман и Кристоф Кох, нейрофизиологи из Кальтеха, совместно с нейрохирургом Ицхаком Фрейдом из UCLA, обнаружили клетки, которые возбуждаются, когда человек видит изображение Билла Клинтона. Одна из моих целей – объяснить, как образуются эти клетки Билла Клинтона. Конечно, все теории должны делать предсказания, которые могут быть протестированы в лаборатории. Я укажу несколько таких предсказаний в приложении. Сейчас мы знаем, что искать, и очень сложная система больше не выглядит такой сложной.

В следующих разделах этой главы мы глубже и глубже будем зондировать то, как работает модель «память-предсказание». Мы начнем с широкомасштабной структуры и широкомасштабных функций неокортекса, и будем двигаться к предстоящему пониманию более мелких кусочков и того, как они складываются в картинку.

Рисунок 1. Первые четыре области визуального распознавания объектов.

6.1. Инвариантное представление

Ранее я изобразил кортекс как слой клеток размером с обеденную салфетку, такой же толщины, как шесть визиток, где соединения между различными областями задают в целом иерархическую структуру. Сейчас я хочу нарисовать другую картину кортекса, которая высветит ее иерархические соединения. Вообразите, что мы разрезали обеденную салфетку на функциональные области – секции кортекса, которые специализируются на определенных задачах – и сложили эти области одна на другую подобно блинчикам. Если вы разрежете эту стопку и посмотрите со стороны, вы увидите рисунок1. Кортекс на самом деле не похож на это, как вы могли бы подумать, но картинка поможет вам увидеть, как проходит информация. Я показал четыре кортикальных области, в которые снизу поступает сенсорная информация и течет вверх от области к области. Заметьте, информация ходит в обоих направлениях.

Рисунок 1 представляет четыре визуальных области, задействованных в распознавании объектов – то, как вы видите и узнаете кошку, храм, вашу маму, Великую Китайскую Стену. Биологи обозначают их V1, V2, V4 и IT. Визуальная информация, представленная направленными вверх стрелками внизу рисунка 1, возникает в сетчатке обоих глаз и идет в V1. эта информация может рассматриваться как постоянно меняющиеся паттерны, распределенные приблизительно по миллиону аксонов, связанных вместе в оптический нерв.

Мы говорили ранее о пространственных и временных паттернах, но имеет смысл освежить вашу память, поскольку мы будем ссылаться на них очень часто. Вспомните, что ваш кортекс – это большой слой нервной ткани, который содержит функциональные области, специализированные на определенных задачах. Эти области соединяются большими связками аксонов или волокон, которые передают информацию от одного региона к другому, все одновременно. В любой момент времени некоторое множество волокон возбуждается электрическим импульсом, называемым потенциалом действия или спайком, тогда как другие остаются неактивными. Коллективная активность связки волокон и есть то, что обозначает паттерн. Паттерн, поступающий в V1, может быть пространственным, когда ваш взгляд задерживается на объекте, и временными, когда ваш взгляд движется по объекту.

Как отмечалось ранее, примерно три раза в секунду ваши глаза совершают быстрое движение, называемое саккадой, и остановку, называемую фиксацией. Если ученый подключит устройство, отслеживающее движение глаз, вы будете удивлены, какими отрывистыми являются саккады, хотя ваше визуальное ощущение непрерывно и стабильно. Рисунок 2 показывает, как у некоторого человека движутся глаза, когда он смотрит на лицо. Заметьте, что фиксации не произвольны. Теперь вообразите, что вы могли бы видеть паттерн активности, поступающие в V1 от глаз этого человека. Он меняется постоянно с каждой саккадой. Несколько раз в секунду кортекс видит совершенно новый паттерн.

Вы могли бы подумать, «хорошо, но это все еще то же самое лицо, просто смещающееся». В этом есть доля правды, но не так много, как вы думаете. Светочувствительные рецепторы в вашей сетчатке распределены неравномерно. Они плотно сконцентрированы в фовеальной области в центре, и постепенно редеют к периферии. В отличие от этого клетки кортекса распределены равномерно. В результате изображение с сетчатки, отображаемое в первичную визуальную область V1, сильно искажено. Когда ваши глаза фиксируются на носу, а не на глазу того же самого лица, картинка значительно отличается, как если бы ее рассматривали через искажающие линзы, которые постоянно дергаются туда-сюда. Но когда вы видите лицо, оно не кажется вам искаженным, и не кажется прыгающим. Большую часть времени вы даже не осознаете, что паттерны с сетчатки полностью изменяются. Вы видите «просто лицо». (Рисунок 2б показывает этот эффект на примере берегового ландшафта). Это подтверждение загадки инвариантного представления, о котором мы говорили в главе 4. То, что вы воспринимаете – это не то, что видит V1. Как же все таки ваш мозг узнает, что он видит одно и то же лицо, и почему вы не знаете, что поступающая информация изменяющаяся и искаженная?

Рисунок 2а. Как глаза совершают саккады по человеческому лицу. Рисунок 2б. Искажение, вызванное неравномерным распределением рецепторов по сетчатке.

Если мы поместим электроды в V1 и будем наблюдать, как отвечают отдельные клетки, мы обнаружим, что каждая конкретная клетка возбуждается только в ответ на визуальную информацию от крошечной части сетчатки. Этот эксперимент был проделан много раз и является опорным в исследовании зрения. Каждый нейрон в области V1 имеет так называемое рецептивное поле, которое сильно специфично для каждой мельчайшей части общего поля зрения – то есть, цельного мира перед вашими глазами. Представляется, что клетки в V1 совсем не знают о лицах, машинах, книгах или других значительных объектах, которые вы видите все время; они «знают» о крошечных, с игольное ушко, порциях визуального мира.

Каждая клетка в V1 также настроены на специфические виды поступающих паттернов. Например, конкретная клетка может активно пульсировать, когда она видит линию или край, наклоненный под углом в 30 градусов. Эти края сами по себе имеют небольшое значение. Они могли бы быть частью любого объекта – половицы, стволом отдаленного пальмового дерева, стороной буквы М или одной из почти бесконечного числа возможностей. При каждой новой фиксации, рецептивное поле клетки попадает на новую и совершенно отличную порцию визуального пространства. При некоторых фиксациях клетка будет сильно возбуждаться, на других будет возбуждаться слабо или вообще не будет. Таким образом, каждый раз, когда вы совершаете саккаду, множество клеток в V1 вероятнее всего изменяет свою активность.

Однако, нечто волшебное происходит, если вы помещаете электрод в верхнюю область, показанную на рисунке 1, область IT. Здесь мы обнаруживаем некоторые клетки, которые становятся и остаются активными, когда объект полностью появляется где-нибудь в поле зрения. Например, мы могли бы найти клетки, которые возбуждаются только тогда, когда видно лицо. Эти клетки остаются активными до тех пор, пока ваши глаза видят лицо где-нибудь в поле вашего зрения. Они не включаются и не выключаются при каждой саккаде, как это делают клетки в V1. Рецептивное поле этих клеток в IT покрывает большую часть визуального пространства и настроено на возбуждение, когда видно лицо.

Давайте откроем тайну. Походу охвата четырех кортикальных этапов от сетчатки до IT, клетки изменяются от быстро изменяющихся, пространственно специфичных, распознающих крошечные кусочки ячеек, до постоянно возбужденных, пространственно неспецифичных, распознающих объекты. Клетки в IT говорят нам, что мы видим лицо где-то в поле нашего зрения. Эти клетки, называемые обычно нейронами лица, будут возбуждаться независимо от того, наклонено ли лицо, повернуто ли, или частично загорожено. Это часть инвариантного представления для «лиц».

Написать эти слова кажется так просто. Четыре коротких этапа, и Вуаля, мы узнали лицо. Ни одна компьютерная программа или математическая формула не решает эту задачу с надежностью и общностью, близкой к человеческому мозгу. Но мы знаем, что мозг решает ее за несколько шагов, так что ответ не может быть сложным. Одна из основных целей этой главы объяснить, как получаются нейроны лица, нейроны Билла Клинтона или другие. Мы доберемся до этого, но мы должны охватить сначала много другого.

Взглянем на рисунок 1 по-другому. Вы видите, что информация также течет от высших областей к низшим через сеть обратных связей. Эти связки аксонов, которые идут от областей вроде IT к низшим областям вроде V4, V2 и V1. Более того, обратных связей много, если не больше, чем прямых.

Много лет ученые игнорировали обратные связи. Если ваше понимание мозга сфокусировано на том, как кортекс принимает информацию, обрабатывает ее и затем действует на ее основе, вам не нужны обратные связи. Все что вам нужно – это прямые соединения, ведущие от сенсорных областей кортекса к моторным. Но когда вы начинаете понимать, что функция кортекса – предсказание, то вам необходимо ввести в модель обратные связи; мозг должен посылать поступающую информацию обратно к областям, которые получили информацию первыми. Предсказание требует сравнения того, что происходит и того, что вы ожидаете. То, что действительно происходит идет вверх, то, что вы ожидаете идет вниз.

Те же самые прямые и обратные процессы возникают во всех областях кортекса, задействованных во всех органах чувств. На рисунке 3 рядом с визуальной стопкой блинчиков изображены похожие стопки для слуха и осязания. Там также изображена чуть более высшая кортикальная область, ассоциативная, которая получает и интегрирует информацию от нескольких различных органов чувств. Тогда как рисунок 1 основан на знании соединений между четырьмя известными областями кортекса, рисунок 3 чисто концептуальная диаграмма, не пытающаяся охватить действительные кортикальные области. В реальном мозгу человека масса кортикальных областей соединены различными способами. Фактически, большая часть человеческого кортекса состоит из ассоциативных областей. Анимированная характеристика, показанная здесь и на следующих рисунках, предназначена для того, чтобы помочь вам понять, что происходит, не вводя сильно в заблуждение.

Рисунок 3. Формирование инвариантного представления для слуха, зрения и осязания.

Трансформация – от быстро изменяющихся к медленно меняющимся и от пространственно специфичных к пространственно инвариантным – очень хорошо изучена для зрения. И хотя это не так очевидно и требует доказательств, многие нейрофизиологи верят, что то же самое происходит во всех сенсорных областях кортекса, не только в визуальных.

Возьмем слух. Когда кто-то разговаривает с вами, изменения в звуковом давлении происходят очень быстро; паттерны, поступающие в первичную слуховую область, называемую A1, изменяются очень быстро. Но если мы могли бы поместить электроды чуть выше по слуховому потоку, мы нашли бы инвариантные клетки, которые отвечают на слова или даже на фразы. Ваш слуховой кортекс мог бы иметь группу клеток, которые возбуждаются, когда вы слышите «спасибо» и другую группу клеток, возбуждающуюся на фразу «доброе утро». Такие клетки должны оставались бы активными, в течение всего высказывания, полагая, что вы распознали фразу.

Паттерны, получаемые первой слуховой областью могут изменяться очень широко. Слово может быть произнесено с различным акцентом, на различной высоте или с различной скоростью. Но чем выше по кортикальной иерархии, тем менее значимыми становятся низкоуровневые особенности; слово есть слово, несмотря на акустические детали. То же самое верно и для музыки. Вы можете услышать «Three Blind Mice», сыгранное на пианино, на кларнете или спетое ребенком, и ваш A1 будет получать совершенно различные паттерны в каждом случае. Но электрод, помещенный в высшие слуховые области, должен обнаружить клетки, которые монотонно возбуждаются каждый раз, когда играют «Three Blind Mice», не зависимо от инструмента, темпа или других деталей. Такой конкретный эксперимент не был проведен, конечно, потому что он требует слишком больших вмешательств для человека, но если вы согласны, что должен существовать общий кортикальный алгоритм, вы можете быть уверены, что такие клетки существуют. Мы видим, что в слуховом кортексе тот же самый вид обратных связей, предсказания и инвариантного вспоминания, что и в визуальном.

Наконец, осязание должно вести себя точно также. Опять же, конкретные эксперименты не были проведены, хотя полным ходом идут исследования на обезьянах с помощью аппаратуры, отображающей мозг с высоким разрешением. Поскольку сейчас я сижу и пишу, у меня в руке авторучка. Я трогаю колпачок авторучки, и мои пальцы поглаживают его металлический держатель. Паттерны, поступающие в мой соматосенсорный кортекс от сенсорных рецепторов моей кожи, постоянно изменяются, пока мои пальцы двигаются, но у меня постоянное ощущение авторучки. В один момент я могу согнуть металлический держатель пальцами, в другой момент я это сделаю другим набором пальцев или вообще губами. Много информации, поступающей из различных в соматосенсорный кортекс. Однако, наш электрод снова должен найти клетки в областях, удаленных на несколько шагов от первичной, которые инвариантно отвечают на «авторучку». Они должны оставаться активными, пока я поглаживаю авторучку, и им должно быть все равно, от каких именно пальцев или частей моего тела я дотрагиваюсь до нее.

Подумайте над этим. Слухом или осязанием вы не можете опознать объект с одномоментного сенсорного потока. Паттерны, поступающие от ушей или рецепторов кожи содержат недостаточно информации в каждый конкретный момент времени, чтоб сказать вам, что вы слышите или чувствуете. Когда вы воспринимаете серию слуховых паттернов, такую как мелодия, произнесенное слово или хлопающую дверь, или когда вы тактильно ощущаете объект, такой как авторучка, единственный способ сделать это – использовать поток информации во времени. Вы не можете узнать мелодию, услышав одну ноту, вы не можете узнать ощущение авторучки одним прикосновением. Таким образом, нейронная активность, соответствующая ментальному восприятию объекта, такого как произнесенное слово, должно длиться по времени дольше, чем отдельный паттерн. Это просто другой способ прийти к тому же самому выводу, что чем выше область кортекса в иерархии, тем меньше изменений по времени вы должны видеть.

Зрение также базируется на потоках информации во времени и работает тем же самым общим образом, как слух или осязание, но поскольку мы способны узнавать индивидуальный объект за одну фиксацию, оно портит общую картину. Несомненно, эта способность распознавать пространственные паттерны за короткое время фиксации многие годы сбивала с пути исследователей, работавших над машинным зрением. Они в основном игнорировали критическое значение времени. Хотя можно в лабораторных условиях заставить человека узнавать объекты без движения глаз, это не является нормой. Нормальное зрение, такое как чтение этой книги, требует постоянного движения глаз.

Источник: http://studopedia.ru/10_141610_kak-rabotaet-korteks.html

Попытки понять, как работает мозг, подобны решению гигантской головоломки из кусочков картинки. Вы можете подходить к ее решению двумя способами. Используя подход «сверху вниз», вы начинаете с того, что берете цельную картинку, и, пользуясь ей, решаете, какие кусочки игнорировать, а какие искать. Другой подход, «снизу вверх», когда вы фокусируетесь непосредственно на самих кусочках. Вы изучаете их на наличие особенностей и ищите наиболее подходящие среди других кусочков. Если у вас нет цельной картинки-решения, метод «снизу вверх» является иногда единственным путем.

Головоломка «познай мозг» особенно устрашающая. В отсутствии хорошего теоретического обоснования для понимания интеллекта ученые стараются придерживаться подхода «снизу вверх». Но задача очень трудна, если вообще не неосуществима, если головоломка такая сложная, как мозг. Чтобы ощутить трудность, вообразите головоломку с несколькими тысячами кусочков. Большинство кусочков могут быть интерпретированы различными путями, как если бы у каждого была подходящая картинка на обоих сторонах, но только одна из них правильная. Все кусочки почти одинаковы по форме, так что вы не смогли бы определенно сказать, подходят два кусочка или нет. Большинство из них не будет использовано в конечном решении, но вы не знаете, какие и сколько. Каждый месяц новые кусочки приходят по почте. Некоторые из этих новых кусочков заменяли бы более старые, как если бы разработчик головоломки сказал, «Я знаю, что вы работали с этими старыми кусочками несколько лет, но оказалось, что они не годятся. Извините. Вместо них используйте эти новые кусочки до будущих извещений». К сожалению, у вас нет идей, на что будет похож конечный результат; еще хуже, если у вас были идеи, но они оказались неправильными.

Эта аналогия с головоломкой является великолепным описанием сложности, с которой мы сталкиваемся при создании новой теории кортекса и интеллекта. Кусочки головоломки — это биологические и поведенческие данные, которые ученые собрали за сотни лет. Каждый месяц публикуются новые документы, создающие дополнительные кусочки головоломки. Иногда данные одного ученого противоречат данным другого. Поскольку данные могут быть интерпретированы различными способами, практически во всем есть разногласия. Без теоретических оснований «сверху вниз» не будет консенсуса в том, что искать, что наиболее важно или как интерпретировать горы накопленной информации. Наше понимание мозга застряло на подходе «снизу вверх». Все, что нам нужно — это теоретические обоснования для подхода «сверху вниз».

Модель «память-предсказание» может выступить в этой роли. Она может показать нам, как начинать складывать вместе кусочки головоломки. Чтобы делать предсказания, вашему кортексу нужен способ помнить и хранить знания о последовательностях событий. Чтобы делать предсказания новых событий, кортекс должен сформировать инвариантные представления. Вашему мозгу нужно создавать и хранить модель мира такого, какой он есть, независимо от того, как вы видите его в различных обстоятельствах. Зная, что должен делать кортекс, ведет нас к пониманию его архитектуры, особенно его иерархического дизайна и шестислойной формы.

Когда мы изучим эти теоретические основы, представленные здесь впервые, я перейду на детальный уровень, который может быть многообещающим для некоторых читателей. Большинство концепций, с которыми вы сейчас встретитесь, непривычны даже для экспертов в нейронауках. Но я верю, с небольшим усилием каждый сможет понять фундамент этих теоретических основ. Главы 7 и 8 этой книги гораздо менее технические и более широко исследуют следствия теории.

Наше решение головоломки может теперь обернуться к поиску биологических деталей, которые подтверждают гипотезу «память-предсказание»; это подобно тому, что мы оставим в стороне большой процент кусочков головоломки, зная, что относительно небольшой процент оставшихся кусочков приоткроет решение. Как только мы обнаружим, что ищем, задача станет управляемой.

В то же время я хочу заметить, что эти теоретические основания еще не завершены. Есть множество вещей, которые мне еще непонятны. Но многое я уже сделал, основываясь на дедуктивном выводе, экспериментах, выполненных во множестве различных лабораторий, и знании анатомии. Последние 5 — 10 лет исследователи из множества подобластей нейронаук исследовали идеи, подобные моим, хотя использовали другую терминологию и, насколько мне известно, не пытались сложить эти идеи в одну общую теорию. Они говорят об обработке «сверху вниз» и «снизу вверх», как паттерны распространяются через сенсорные области мозга и как важно инвариантное представление. Например, Габриэль Крейман и Кристоф Кох, нейрофизиологи из Кальтеха, совместно с нейрохирургом Ицхаком Фрейдом из UCLA, обнаружили клетки, которые возбуждаются, когда человек видит изображение Билла Клинтона. Одна из моих целей — объяснить, как образуются эти клетки Билла Клинтона. Конечно, все теории должны делать предсказания, которые могут быть протестированы в лаборатории. Я укажу несколько таких предсказаний в приложении. Сейчас мы знаем, что искать, и очень сложная система больше не выглядит такой сложной.

В следующих разделах этой главы мы глубже и глубже будем зондировать то, как работает модель «память-предсказание». Мы начнем с широкомасштабной структуры и широкомасштабных функций неокортекса, и будем двигаться к предстоящему пониманию более мелких кусочков и того, как они складываются в картинку.

Рисунок 1. Первые четыре области визуального распознавания объектов.

6.1. Инвариантное представление

Ранее я изобразил кортекс как слой клеток размером с обеденную салфетку, такой же толщины, как шесть визиток, где соединения между различными областями задают в целом иерархическую структуру. Сейчас я хочу нарисовать другую картину кортекса, которая высветит ее иерархические соединения. Вообразите, что мы разрезали обеденную салфетку на функциональные области — секции кортекса, которые специализируются на определенных задачах — и сложили эти области одна на другую подобно блинчикам. Если вы разрежете эту стопку и посмотрите со стороны, вы увидите рисунок1. Кортекс на самом деле не похож на это, как вы могли бы подумать, но картинка поможет вам увидеть, как проходит информация. Я показал четыре кортикальных области, в которые снизу поступает сенсорная информация и течет вверх от области к области. Заметьте, информация ходит в обоих направлениях.

Рисунок 1 представляет четыре визуальных области, задействованных в распознавании объектов — то, как вы видите и узнаете кошку, храм, вашу маму, Великую Китайскую Стену. Биологи обозначают их V1, V2, V4 и IT. Визуальная информация, представленная направленными вверх стрелками внизу рисунка 1, возникает в сетчатке обоих глаз и идет в V1. эта информация может рассматриваться как постоянно меняющиеся паттерны, распределенные приблизительно по миллиону аксонов, связанных вместе в оптический нерв.

Мы говорили ранее о пространственных и временных паттернах, но имеет смысл освежить вашу память, поскольку мы будем ссылаться на них очень часто. Вспомните, что ваш кортекс — это большой слой нервной ткани, который содержит функциональные области, специализированные на определенных задачах. Эти области соединяются большими связками аксонов или волокон, которые передают информацию от одного региона к другому, все одновременно. В любой момент времени некоторое множество волокон возбуждается электрическим импульсом, называемым потенциалом действия или спайком, тогда как другие остаются неактивными. Коллективная активность связки волокон и есть то, что обозначает паттерн. Паттерн, поступающий в V1, может быть пространственным, когда ваш взгляд задерживается на объекте, и временными, когда ваш взгляд движется по объекту.

Как отмечалось ранее, примерно три раза в секунду ваши глаза совершают быстрое движение, называемое саккадой, и остановку, называемую фиксацией. Если ученый подключит устройство, отслеживающее движение глаз, вы будете удивлены, какими отрывистыми являются саккады, хотя ваше визуальное ощущение непрерывно и стабильно. Рисунок 2 показывает, как у некоторого человека движутся глаза, когда он смотрит на лицо. Заметьте, что фиксации не произвольны. Теперь вообразите, что вы могли бы видеть паттерн активности, поступающие в V1 от глаз этого человека. Он меняется постоянно с каждой саккадой. Несколько раз в секунду кортекс видит совершенно новый паттерн.

Вы могли бы подумать, «хорошо, но это все еще то же самое лицо, просто смещающееся». В этом есть доля правды, но не так много, как вы думаете. Светочувствительные рецепторы в вашей сетчатке распределены неравномерно. Они плотно сконцентрированы в фовеальной области в центре, и постепенно редеют к периферии. В отличие от этого клетки кортекса распределены равномерно. В результате изображение с сетчатки, отображаемое в первичную визуальную область V1, сильно искажено. Когда ваши глаза фиксируются на носу, а не на глазу того же самого лица, картинка значительно отличается, как если бы ее рассматривали через искажающие линзы, которые постоянно дергаются туда-сюда. Но когда вы видите лицо, оно не кажется вам искаженным, и не кажется прыгающим. Большую часть времени вы даже не осознаете, что паттерны с сетчатки полностью изменяются. Вы видите «просто лицо». (Рисунок 2б показывает этот эффект на примере берегового ландшафта). Это подтверждение загадки инвариантного представления, о котором мы говорили в главе 4. То, что вы воспринимаете — это не то, что видит V1. Как же все таки ваш мозг узнает, что он видит одно и то же лицо, и почему вы не знаете, что поступающая информация изменяющаяся и искаженная?

Рисунок 2а. Как глаза совершают саккады по человеческому лицу.

Рисунок 2б. Искажение, вызванное неравномерным распределением рецепторов по сетчатке.

Если мы поместим электроды в V1 и будем наблюдать, как отвечают отдельные клетки, мы обнаружим, что каждая конкретная клетка возбуждается только в ответ на визуальную информацию от крошечной части сетчатки. Этот эксперимент был проделан много раз и является опорным в исследовании зрения. Каждый нейрон в области V1 имеет так называемое рецептивное поле, которое сильно специфично для каждой мельчайшей части общего поля зрения — то есть, цельного мира перед вашими глазами. Представляется, что клетки в V1 совсем не знают о лицах, машинах, книгах или других значительных объектах, которые вы видите все время; они «знают» о крошечных, с игольное ушко, порциях визуального мира.

Каждая клетка в V1 также настроены на специфические виды поступающих паттернов. Например, конкретная клетка может активно пульсировать, когда она видит линию или край, наклоненный под углом в 30 градусов. Эти края сами по себе имеют небольшое значение. Они могли бы быть частью любого объекта — половицы, стволом отдаленного пальмового дерева, стороной буквы М или одной из почти бесконечного числа возможностей. При каждой новой фиксации, рецептивное поле клетки попадает на новую и совершенно отличную порцию визуального пространства. При некоторых фиксациях клетка будет сильно возбуждаться, на других будет возбуждаться слабо или вообще не будет. Таким образом, каждый раз, когда вы совершаете саккаду, множество клеток в V1 вероятнее всего изменяет свою активность.

Однако, нечто волшебное происходит, если вы помещаете электрод в верхнюю область, показанную на рисунке 1, область IT. Здесь мы обнаруживаем некоторые клетки, которые становятся и остаются активными, когда объект полностью появляется где-нибудь в поле зрения. Например, мы могли бы найти клетки, которые возбуждаются только тогда, когда видно лицо. Эти клетки остаются активными до тех пор, пока ваши глаза видят лицо где-нибудь в поле вашего зрения. Они не включаются и не выключаются при каждой саккаде, как это делают клетки в V1. Рецептивное поле этих клеток в IT покрывает большую часть визуального пространства и настроено на возбуждение, когда видно лицо.

Давайте откроем тайну. Походу охвата четырех кортикальных этапов от сетчатки до IT, клетки изменяются от быстро изменяющихся, пространственно специфичных, распознающих крошечные кусочки ячеек, до постоянно возбужденных, пространственно неспецифичных, распознающих объекты. Клетки в IT говорят нам, что мы видим лицо где-то в поле нашего зрения. Эти клетки, называемые обычно нейронами лица, будут возбуждаться независимо от того, наклонено ли лицо, повернуто ли, или частично загорожено. Это часть инвариантного представления для «лиц».

Написать эти слова кажется так просто. Четыре коротких этапа, и Вуаля, мы узнали лицо. Ни одна компьютерная программа или математическая формула не решает эту задачу с надежностью и общностью, близкой к человеческому мозгу. Но мы знаем, что мозг решает ее за несколько шагов, так что ответ не может быть сложным. Одна из основных целей этой главы объяснить, как получаются нейроны лица, нейроны Билла Клинтона или другие. Мы доберемся до этого, но мы должны охватить сначала много другого.

Взглянем на рисунок 1 по-другому. Вы видите, что информация также течет от высших областей к низшим через сеть обратных связей. Эти связки аксонов, которые идут от областей вроде IT к низшим областям вроде V4, V2 и V1. Более того, обратных связей много, если не больше, чем прямых.

Много лет ученые игнорировали обратные связи. Если ваше понимание мозга сфокусировано на том, как кортекс принимает информацию, обрабатывает ее и затем действует на ее основе, вам не нужны обратные связи. Все что вам нужно — это прямые соединения, ведущие от сенсорных областей кортекса к моторным. Но когда вы начинаете понимать, что функция кортекса — предсказание, то вам необходимо ввести в модель обратные связи; мозг должен посылать поступающую информацию обратно к областям, которые получили информацию первыми. Предсказание требует сравнения того, что происходит и того, что вы ожидаете. То, что действительно происходит идет вверх, то, что вы ожидаете идет вниз.

Те же самые прямые и обратные процессы возникают во всех областях кортекса, задействованных во всех органах чувств. На рисунке 3 рядом с визуальной стопкой блинчиков изображены похожие стопки для слуха и осязания. Там также изображена чуть более высшая кортикальная область, ассоциативная, которая получает и интегрирует информацию от нескольких различных органов чувств. Тогда как рисунок 1 основан на знании соединений между четырьмя известными областями кортекса, рисунок 3 чисто концептуальная диаграмма, не пытающаяся охватить действительные кортикальные области. В реальном мозгу человека масса кортикальных областей соединены различными способами. Фактически, большая часть человеческого кортекса состоит из ассоциативных областей. Анимированная характеристика, показанная здесь и на следующих рисунках, предназначена для того, чтобы помочь вам понять, что происходит, не вводя сильно в заблуждение.

Рисунок 3. Формирование инвариантного представления для слуха, зрения и осязания.

Трансформация — от быстро изменяющихся к медленно меняющимся и от пространственно специфичных к пространственно инвариантным — очень хорошо изучена для зрения. И хотя это не так очевидно и требует доказательств, многие нейрофизиологи верят, что то же самое происходит во всех сенсорных областях кортекса, не только в визуальных.

Возьмем слух. Когда кто-то разговаривает с вами, изменения в звуковом давлении происходят очень быстро; паттерны, поступающие в первичную слуховую область, называемую A1, изменяются очень быстро. Но если мы могли бы поместить электроды чуть выше по слуховому потоку, мы нашли бы инвариантные клетки, которые отвечают на слова или даже на фразы. Ваш слуховой кортекс мог бы иметь группу клеток, которые возбуждаются, когда вы слышите «спасибо» и другую группу клеток, возбуждающуюся на фразу «доброе утро». Такие клетки должны оставались бы активными, в течение всего высказывания, полагая, что вы распознали фразу.

Паттерны, получаемые первой слуховой областью могут изменяться очень широко. Слово может быть произнесено с различным акцентом, на различной высоте или с различной скоростью. Но чем выше по кортикальной иерархии, тем менее значимыми становятся низкоуровневые особенности; слово есть слово, несмотря на акустические детали. То же самое верно и для музыки. Вы можете услышать «Three Blind Mice», сыгранное на пианино, на кларнете или спетое ребенком, и ваш A1 будет получать совершенно различные паттерны в каждом случае. Но электрод, помещенный в высшие слуховые области, должен обнаружить клетки, которые монотонно возбуждаются каждый раз, когда играют «Three Blind Mice», не зависимо от инструмента, темпа или других деталей. Такой конкретный эксперимент не был проведен, конечно, потому что он требует слишком больших вмешательств для человека, но если вы согласны, что должен существовать общий кортикальный алгоритм, вы можете быть уверены, что такие клетки существуют. Мы видим, что в слуховом кортексе тот же самый вид обратных связей, предсказания и инвариантного вспоминания, что и в визуальном.

Наконец, осязание должно вести себя точно также. Опять же, конкретные эксперименты не были проведены, хотя полным ходом идут исследования на обезьянах с помощью аппаратуры, отображающей мозг с высоким разрешением. Поскольку сейчас я сижу и пишу, у меня в руке авторучка. Я трогаю колпачок авторучки, и мои пальцы поглаживают его металлический держатель. Паттерны, поступающие в мой соматосенсорный кортекс от сенсорных рецепторов моей кожи, постоянно изменяются, пока мои пальцы двигаются, но у меня постоянное ощущение авторучки. В один момент я могу согнуть металлический держатель пальцами, в другой момент я это сделаю другим набором пальцев или вообще губами. Много информации, поступающей из различных в соматосенсорный кортекс. Однако, наш электрод снова должен найти клетки в областях, удаленных на несколько шагов от первичной, которые инвариантно отвечают на «авторучку». Они должны оставаться активными, пока я поглаживаю авторучку, и им должно быть все равно, от каких именно пальцев или частей моего тела я дотрагиваюсь до нее.

Подумайте над этим. Слухом или осязанием вы не можете опознать объект с одномоментного сенсорного потока. Паттерны, поступающие от ушей или рецепторов кожи содержат недостаточно информации в каждый конкретный момент времени, чтоб сказать вам, что вы слышите или чувствуете. Когда вы воспринимаете серию слуховых паттернов, такую как мелодия, произнесенное слово или хлопающую дверь, или когда вы тактильно ощущаете объект, такой как авторучка, единственный способ сделать это — использовать поток информации во времени. Вы не можете узнать мелодию, услышав одну ноту, вы не можете узнать ощущение авторучки одним прикосновением. Таким образом, нейронная активность, соответствующая ментальному восприятию объекта, такого как произнесенное слово, должно длиться по времени дольше, чем отдельный паттерн. Это просто другой способ прийти к тому же самому выводу, что чем выше область кортекса в иерархии, тем меньше изменений по времени вы должны видеть.

Зрение также базируется на потоках информации во времени и работает тем же самым общим образом, как слух или осязание, но поскольку мы способны узнавать индивидуальный объект за одну фиксацию, оно портит общую картину. Несомненно, эта способность распознавать пространственные паттерны за короткое время фиксации многие годы сбивала с пути исследователей, работавших над машинным зрением. Они в основном игнорировали критическое значение времени. Хотя можно в лабораторных условиях заставить человека узнавать объекты без движения глаз, это не является нормой. Нормальное зрение, такое как чтение этой книги, требует постоянного движения глаз.

Что же насчет ассоциативных областей? До сих пор мы видели, как информационные потоки идут вверх и вниз по конкретной сенсорной области кортекса. Потоки, идущие вниз, замещают поступающую информацию и делают предсказание о том, что мы ощутим далее. Те же самые процессы возникают между различными чувствами — то есть, между зрением, слухом и осязанием. Например, что-то, что я слышу, может привести к предсказанию того, что я должен увидеть или почувствовать. Сейчас я пишу в моей спальне. У нашей кошки Кео есть ошейник, который позвякивает, когда она ходит. Я слышу ее приближающееся позвякивание из коридора. По этой звуковой информации я узнаю мою кошку, поворачиваю голову к коридору и входящей Кео. Я ожидаю увидеть ее на основании ее звука. Если Кео не войдет или появится другое животное, я буду удивлен. В этом примере, звуковая информация сначала привела к слуховому узнаванию Кео. Информация поднялась по слуховой иерархии к ассоциативной области и соединила зрение и слух. Затем образ спустился обратно по слуховой и зрительной иерархии, ведя и к слуховому, и к зрительному предсказанию. Рисунок 4 иллюстрирует это.

Такого рода мультисенсорные предсказания возникают все время. Я сгибаю держатель моей ручки, я чувствую, как держатель соскальзывает с пальцев и я ожидаю услышать щелкающий звук, когда держатель ударится о корпус ручки. Если я не слышу щелчка, следующего за отпусканием держателя, я буду удивлен. Мой мозг точно предсказывает, когда я услышу звук и на что он должен быть похож. Чтоб происходило такое предсказание, информация поднимается через соматосенсорный кортекс и спускается обратно и в соматосенсорный, и в слуховой кортекс, ведя к предсказанию звука и ощущения щелчка.

Другой пример: несколько дней я ездил на работу на велосипеде. В то утро я шел в гараж, брал велосипед и выкатывал его на подъездную дорожку. В процессе этого, я получал множество визуальных, тактильных и слуховых ощущений. Велосипед ударялся о дверной косяк, цепь трещала, педали ударяли по моим ногам, и колеса вращались, когда терлись об пол. В процессе выноса велосипеда из гаража мой мозг встречался с плотиной зрительных, слуховых и тактильных ощущений. Каждый сенсорный поток делает предсказания для других весьма скоординированным образом. То, что я вижу, ведет к точному предсказанию того, что я почувствую и услышу, другие чувства примерно также. Вид велосипеда, ударяющегося об косяк заставляет меня ожидать услышать определенный звук и почувствовать подскакивание велосипеда. Ощущение педалей, ударяющихся о мои ноги, заставляет меня взглянуть вниз и увидеть педали там, где я их почувствовал. Предсказания настолько точны, что я должен сразу заметить, если одно из этих ощущений будет немного не скоординированным или необычным. Информация одновременно течет вверх и вниз по сенсорной иерархии, чтобы создать единый сенсорный опыт, включающий предсказание по всем органам чувств.

Рисунок 4. Информация течет вверх и вниз по сенсорной иерархии, чтобы сформировать предсказания и создать единый сенсорный опыт.

Проведите такой эксперимент. Прекратите читать и сделайте что-нибудь, любое движение, которое включает движение вашего тела и манипулирование объектами. Например, подойдите к раковине и откройте кран. Теперь, когда вы сделали это, попробуйте заметить каждый звук, прикосновение и изменение в визуальной информации. Вы должны сконцентрироваться. Каждое действие глубоко связано со зрением, слухом и тактильными ощущениями. Поднимите или поверните кран, и ваш мозг будет ожидать почувствовать давление на вашу кожу и сопротивление ваших мышц. Вы ожидаете увидеть и почувствовать движение рукоятки крана и услышать звук воды в кране. Когда вода ударится о раковину, вы ожидаете услышать другой звук и увидеть и почувствовать брызги.

Каждый шаг создает звук, который вы предвидите осознанно или нет. Даже простейшее действие — держание книги — ведет к многочисленным сенсорным предсказаниям. Вообразите, что вы почувствовали и услышали закрытую книгу, но визуально она остается открытой. Вы должны быть шокированы и сбиты с толку. Как мы видели в эксперименте с измененной дверью в главе 5, вы постоянно делаете предсказания о мире, которые скоординированы по всем вашим чувствам. Когда я концентрируюсь на всех мелких ощущениях, я поражаюсь, как сильно интегрированы наши сенсорные предсказания. Хотя эти предсказания могут показаться простыми или тривиальными, обратите внимание, какие они всепроникающие и как только они могут происходить с такой координацией паттернов, следующих вверх и вниз по кортикальной иерархии.

Когда вы поймете, как взаимосвязаны чувства, вы придете к выводу, что неокортекс, все сенсорные и ассоциативные области работают как одно целое. Да, у нас есть визуальный кортекс, но он просто один из компонентов одной общей сенсорной системы — изображения, звуки, прикосновения и другие чувства, скомбинированные, текут вверх и вниз по единой иерархии со многими ветвями.

Следующий факт: все предсказания обретаются на опыте. Мы ожидаем в настоящем и в будущем, что держатель авторучки будет издавать щелкающий звук, потому что он так делал в прошлом. Велосипеды, ударяющиеся в гаражах, выглядят, чувствуются и звучат для нас предсказуемым образом. Вы не родились с этими знаниями; вы обрели их благодаря невероятной способности вашего кортекса помнить паттерны. Если для поступающего в ваш мозг паттерна есть соответствующий паттерн, ваш мозг использует его, чтобы предсказать будущие события.

Хотя рисунки 3 и 4 не отображают моторный кортекс, вы можете вообразить его как еще одну стопку блинчиков, также как и сенсорную стопку, подсоединенную к сенсорной системе через ассоциативные области (хотя с более тесными соединениями с соматосенсорным кортексом для выполнения движений тела). В этом смысле моторный кортекс ведет себя почти так же, как и сенсорные области. Информация из любой сенсорной области может подниматься к ассоциативным областям, что может вызвать паттерн, попадающий в моторный кортекс и приводящий к поведению. Точно так же, как визуальная информация может вызвать паттерны, идущие к слуховым и сенсорным областям, она может вызвать и паттерны, идущие к моторному кортексу. В первом случае мы интерпретируем эти потоки вверх-вниз как предсказание. В случае с моторным кортексом — как моторные команды. Как указал Монткастл, моторный кортекс выглядит точно так же, как и сенсорный. Следовательно, как кортекс обрабатывает возвращающиеся сенсорные предсказания, похожим образом обрабатывает и моторные команды.

Вскоре мы увидим, что в кортексе нет чисто моторных или чисто сенсорных областей. Сенсорные паттерны одновременно текут и там и там — и затем возвращаются по всем областям иерархии, ведя к предсказанию или моторному поведению. Хотя у моторного кортекса есть некоторые специальные атрибуты, о нем можно думать всего лишь как о части одной большой системы «память-предсказание». Он практически похож на другие органы чувств. Зрение, слух, осязание и поведение глубоко переплетены.

Следующий шаг в понимании архитектуры кортекса требует взглянуть на кортикальные области по-другому. Мы знаем, что высшие области кортикальной иерархии формируют инвариантное представление. Но почему эта важная функция должна возникать только наверху? Держа на задворках мысли замечание Монткастла о симметрии, я начал изучать различные способы, которыми могли бы соединяться кортикальные области.

Рисунок 1 изображает четыре классических области визуального пути, V1, V2, V4 и IT, где V1 внизу, на нем V2, V4 и на самом верху IT. Каждый из них условно рассматривается и изображен как единая, непрерывная область. Таким образом все клетки V1 предположительно делают одно и то же, хотя в различных частях визуального поля. Все клетки V2 решают задачу подобного типа. Все клетки V4 специализированы подобным же образом.

С традиционной точки зрения, когда изображение лица поступает в область V1, клетки в нем создают грубый набросок лица в терминах простых линейных сегментов и других элементарных деталей. Этот набросок поступает в V2. Затем V2 делает свое дело с изображением, производя более сложный анализ черт лица, и передает результат в V4, и т. д. Инвариантность и распознавание объекта достигается только тогда, когда информация достигает верхней точки, IT.

К несчастью, с такой точкой зрения на V1, V2 и V4 есть некоторые проблемы. Почему инвариантное представление должно возникать только в IT? Если все кортикальные области выполняют одну и ту же функцию, почему IT Должна быть особенной?

Во-вторых, лицо может появиться на левой стороне вашего V1 или на правой, и вы должны узнать его. Но эксперименты ясно показывают, что несмежные колонки V1 не имеют прямого соединения; левая сторона V1 не может знать, что видит правая. Отступите и подумайте над этим. Различные части V1 явно занимаются похожими вещами, так как все они участвуют в распознавании лица, но в то же время они физически независимы. Подобласти или кластеры V1 физически разъединены, но делают одно и то же.

В конечном счете эксперименты показывают, что все высшие области кортекса получают информацию, сходящуюся от двух или более сенсорных областей ниже по иерархии (рисунок 3). В настоящем мозге десятки областей могут сходиться к ассоциативной области. Но в традиционных интерпретациях нижние сенсорные области, наподобие V1, V2 и V4 имеют различные виды соединений. Каждая рассматривается, как если бы у нее был только один вход — только одна стрелка, идущая снизу — без явного схождения информации от других регионов. V2 получает информацию только от V1 и только. Почему некоторые кортикальные области получают сходящуюся информацию, а другие — нет? Это также несовместимо с идеей Монткастла о едином кортикальном алгоритме.

По этим и другим причинам я пришел к уверенности, что V1, V2 и V4 не должны рассматриваться как единые кортикальные области. Наоборот, каждая является набором множества мелких подобластей. Давайте вернемся к аналогии с обеденной салфеткой — плоской версией кортекса. Давайте воспользуемся авторучкой для разметки всех функциональных областей кортекса на нашей кортикальной салфетке. Наибольшей областью безоговорочно является V1, первичная визуальная область. Следующей была бы V2. Они огромны по сравнению с большинством других областей. Я полагаю, что V1 в действительности должна рассматриваться как множество очень маленьких областей. Вместо одной большой области на салфетке мы нарисовали бы множество маленьких областей, которые все вместе занимали бы область, предназначенную для V1. Другими словами, V1 состоит из нескольких отдельных маленьких кортикальных областей, которые не соединяются со своими соседями напрямую, а только через выше или ниже по иерархии. V1 имела бы наибольшее количество подобластей из всех визуальных областей. V2 также состояла бы из меньшего количества подобластей чуть большего размера. Это же было бы верным и для V4. Но со временем, когда вы доберетесь до области IT, это будет действительно единая область, вот почему у клеток в IT «птицеглазое» видение целого визуального мира.

В этом есть привлекательная симметрия. Давайте взглянем на рисунок 5, на котором показана та же самая иерархия, что и на рисунке 3, за исключением того, что там сенсорная иерархия изображена, как я описал выше. Заметьте, что теперь кортекс везде выглядит одинаковым образом. Возьмите любую область, и вы найдете множество нижних областей, обеспечивающих схождение информации. Принимающие области посылают проекции обратно к входным областям, говоря им, какие паттерны они должны ожидать увидеть далее. Высшие ассоциативные области объединяют информацию от нескольких чувств, таких как зрение или осязание. Нижние области, подобные подобластям V2 объединяют информацию от отдельных подобластей в V1. Области не знают — и, конечно же, не могут знать — что обозначает любой из их входов. Подобластям V2 не нужно знать, что они обрабатывают информацию от нескольких частей V1. Ассоциативным областям не нужно знать, что они обрабатывают информацию от зрения и слуха. Наоборот, цель любой кортикальной области — найти, как соотносятся ее входы, запомнить последовательности корреляций между ними и использовать эту память для предсказания того, как входы поведут себя в будущем. Кортекс есть кортекс. Везде происходит один и тот же процесс: общий кортикальный алгоритм.

Рисунок 5. Альтернативный взгляд на кортикальную иерархию.

Это новое иерархическое описание помогает нам понять процесс создания инвариантного представления. Давайте поближе взглянем на то, как это работает в зрительном канале. На первом уровне обработки левая сторона зрительного поля отличается от правой стороны таким же образом, как зрение отличается от слуха. Левый V1 и правый V1 формируют один и тот же вид представления только потому, что на них отображаются подобные паттерны в течение жизни. Как слух и зрение, они могут рассматриваться как отдельные сенсорные потоки, которые объединяются выше.

Подобный образом маленькие области в V2 и V4 являются ассоциативными областями зрения. (подобласти могут перекрываться, но это фундаментально не изменило бы способ работы этих областей). Интерпретация визуального кортекса подобным образом не противоречит и не изменяет что-либо, что нам известно о его анатомии. Информация течет вверх и вниз по всем ветвям иерархического дерева памяти. Паттерны в левом поле зрения могут привести к предсказанию в правом поле зрения тем же путем, как звон колокольчиков моей кошки ведет к визуальному предсказанию того, что она входит в мою спальню.

Наиболее важным результатом этой новой картины кортикальной иерархии является то, что теперь мы можем сказать, что каждая область кортекса формирует инвариантное представление. По-старому у нас не было завершенной картины инвариантного представления — такого, как лица — до тех пор, пока информация не достигала верхнего слоя, IT, который видит цельную картину мира. Теперь мы можем сказать, что инвариантное представление вездесуще. Инвариантное представление формируется в каждой кортикальной области. Инвариантность не является чем то магически проявляющимся, когда мы достигаем верхних областей кортекса, таких как IT. Каждая область формирует инвариантное представление из информации от областей ниже по иерархии. Таким образом, подобласти V4, V2 и V1 создают инвариантное представление на основе того, что поступает в них. Они могут видеть только крошечную часть мира, и словарь сенсорных объектов, с которыми они оперируют, является более простым, но они выполняют ту же самую функцию, что и IT. Также, ассоциативные области выше IT формируют инвариантное представление паттернов от нескольких органов чувств. Таким образом, все области кортекса формируют инвариантное представление мира в изображении нижестоящих областей. В этом есть определенная красота.

Наша головоломка стронулась с места. Мы больше не задаемся вопросом, как формируется инвариантное представление за четыре шага от верха до низа. Вместо этого мы задаемся вопросом, как инвариантное представление формируется в каждой кортикальной области. Это создает ощущение совершенства, если мы всерьез принимаем существование общего кортикального алгоритма. Если одна область хранит последовательность паттернов, то каждая область должна хранить последовательности. Если одна область создает инвариантное представление, но все области создают инвариантное представление. Переосознание кортикальной иерархии подобно тому, как изображено на рисунке 5, делает возможным такую интерпретацию.

Почему неокортекс построен иерархически?

Вы можете думать о мире, перемещаться в нем, делать предсказания будущего, потому что ваш кортекс строит модель мира. Одна из важнейших концепций этой книги — это то, что иерархическая структура кортекса хранит модель иерархической структуры мира. Вложенная структура реального мира отражается вложенной структурой кортекса.

Что я имел в виду под вложенной или иерархической структурой? Подумайте о музыке. Ноты комбинируются, формируя интервалы. Интервалы комбинируются, формируя мелодические фразы. Фразы комбинируются, формируя мелодии или песни. Песни комбинируются в сборники. Подумайте о письменном языке. Буквы комбинируются, формируя слоги. Слоги комбинируются, формируя слова. Слова комбинируются, формируя словосочетания и предложения. Глядя по-другому, подумайте о вашем окружении. Оно возможно состоит из дорог, домов. В домах есть комнаты. В каждой комнате есть стены, потолок, пол, дверь и одно или несколько окон. Каждая из этих частей состоит из еще более мелких объектов. Окна сделаны из стекла, рам, защелок и жалюзи. Защелки сделаны из еще более мелких частей, вроде шурупов.

На минуту взгляните на то, что вас окружает. Паттерны с сетчатки поступают в ваш первичный визуальный кортекс и комбинируются, чтоб сформировать линейные сегменты. Линейные сегменты комбинируются, чтоб сформировать формы. Эти сложные формы комбинируются, чтоб сформировать объекты, такие как нос. Нос комбинируется с глазами и ртом, чтоб сформировать лицо. Лицо комбинируется с другими частями тела, чтоб сформировать человека, который сидит в комнате напротив вас.

Все объекты в мире состоят из субобъектов, которые появляются вместе согласованно; это то самое определение объекта. Когда мы даем чему-то название, мы делаем это, потому что набор свойств согласованно движется вместе. Лицо является лицом именно потому, что два глаза, нос и рот всегда появляются вместе. Глаз является глазом именно потому, что зрачок, радужка, веки и остальное всегда появляются вместе. То же самое может быть сказано о стульях, машинах, деревьях, парках и ландшафте. И, наконец, песня есть песня, потому что серии интервалов всегда появляются вместе в последовательности.

В этом отношении мир похож на песню. Каждый объект в мире состоит из набора мелких объектов, и большинство объектов являются частями больших объектов. Это то, что я называю вложенной структурой. Поняв ее, вы увидите вложенную структуру во всем. В полной аналогии с этим, ваша память о вещах и способ, которым мозг представляет их, сохранены в иерархической структуре кортекса. Ваша память о вашем доме состоит не из одной области кортекса. Она хранится в иерархии кортикальных областей, которые отражают иерархическую структуру дома. Широкомасштабные отношения сохраняются в верхней части иерархии, а мелкомасштабные — в нижней.

Дизайн кортекса и метод, с помощью которого обучается, естественным путем раскрывают иерархические отношения в мире. Вы не родились со знанием языка, домов или музыки. У кортекса хитрый алгоритм обучения, который естественным путем обнаруживает любую существующую иерархическую структуру и захватывает ее. Когда структура отсутствует, мы впадаем в замешательство, даже в хаос.

В один момент времени вы можете ощущать только с подмножеством мира. Вы можете быть только в одной комнате дом, смотреть только в одном направлении. По причине иерархии кортекса, вы способны знать, что вы в доме, в комнате, смотрите в окно, даже хотя в этот момент ваши глаза фиксируются на защелке окна. Высшие области кортекса обрабатывают представление о вашем доме, тогда как нижние области представляют комнату, еще более нижние смотрят на окно. Аналогично, иерархия позволяет вам знать, что вы слушаете и песню и сборник, хотя в любой момент времени вы слышите только одну ноту, которая сама по себе говорит, какая нота будет следующей. Она позволяет вам знать, что вы с вашей лучшей подругой, хотя ваши глаза фиксируются на ее руках. Высшие области кортекса отслеживают большую картинку, тогда как низшие области активно работают с быстро изменяющимися маленькими деталями.

Поскольку мы можем трогать, слышать и видеть только очень маленькую часть мира в любой момент времени, информация, поступающая в мозг, является последовательностями паттернов. Кортексу необходимо изучать эти последовательности, которые возникают снова и снова. В некоторых случаях, таких как мелодия, последовательности паттернов приходят в жестком порядке, порядке интервалов. Большинство из нас знакомо с таким видом последовательностей. Но я собираюсь использовать слово последовательность в более общем смысле, ближе к значению математического термина множество. Последовательность это множество паттернов, которые обычно следуют один за другим, но не всегда в фиксированном порядке. Что важно, так это то, что паттерны в последовательности следуют один за другим во времени, даже если не в фиксированном порядке.

Некоторые примерны должны прояснить это. Когда я гляжу на лицо, последовательность входных паттернов, которую я вижу, не фиксирована, но определяется моими саккадами. В один момент времени я могу фиксировать в порядке «глаз глаз нос рот», а в другой момент — в порядке «рот глаз нос глаз». Компоненты лица — это последовательность. Они статистически соотносятся и обычно возникают во времени вместе, хотя порядок может меняться. Если вы воспринимаете «лицо», когда фиксируетесь на «нос», то вероятнее всего следующим паттерном будет «глаз» или «рот», но не «авторучка» или «автомобиль».

Каждая область кортекса видит потоки таких паттернов. Если паттерны соотносятся таким образом, что область может научиться предсказывать, какой паттерн будет следующим, кортикальная область формирует постоянное представление, или память для последовательности. Изучение последовательностей это наиболее базовый ингредиент для инвариантного представления объектов реального мира.

Объекты реального мира могут быть конкретными, вроде ящерицы, лица или двери, или они могут быть абстрактными, как слово или теория. Мозг обрабатывает абстрактные и конкретные объекты одинаковым образом. И те и другие просто последовательности паттернов, возникающих вместе во времени предсказуемым образом. Фактически, определенные входные паттерны повторяются, что позволяет кортикальной области знать, что эти образы вызваны реальными объектами мира.

Предсказуемость это определение реальности. Если область кортекса обнаруживает, что она может надежно и предсказуемо двигаться по этим паттернам, используя серии физических движений (таких как саккады глаз или скольжение пальца) и может аккуратно предсказывать их, когда они развертываются во времени (как звуки, составляющие песню или произнесенные слова), мозг интерпретирует их, как имеющие причинно-следственные отношения. Разногласия в многочисленных входных паттернах, возникающие в одном и том же отношении снова и снова без очевидной причинной связи, исчезающе малы. Предсказуемые последовательности паттернов должны быть частью большего реально существующего объекта. Таким образом, надежная предсказуемость является надежным способом узнать, что различные события мира физически связаны вместе. У каждого лица есть глаза, уши, рот и нос. Если мозг видит глаза, затем делает саккаду и видит другой глаз, затем еще одну саккаду и видит рот, он определенно чувствует, что видит лицо.

Если бы кортикальные области могли говорить, они могли бы сказать: «Я ощущаю множество различны паттернов. Иногда я могу предсказать, какой паттерн будет следующим. Но эти паттерны определенно соотносятся один с другим. Они всегда возникают вместе, и я могу надежно перепрыгивать между ними. Таким образом, когда я вижу любое из этих событий, я ссылаюсь на них общим названием. Именно это групповое имя, а не индивидуальные паттерны я передаю в высшие области кортекса».

Таким образом, можно было бы сказать, что мозг хранит последовательности последовательностей. Каждая область кортекса изучает последовательности, вырабатывает то, что я назвал «именами» для последовательностей, которые она знает, и передает эти имена в следующие области выше по кортикальной иерархии.

6.5. Последовательности последовательностей

Когда информация движется вверх от первичных сенсорных областей к высшим уровням, мы видим, что они все меньше и меньше изменяются во времени. В первичной визуальной области, типа V1, множество активных клеток быстро изменяется, поскольку новые паттерны падают на сетчатку несколько раз в секунду. В визуальной области IT клетки, возбуждающиеся на паттерны, более стабильны. Что там происходит? Каждая область кортекса имеет репертуар последовательностей, которые ей известны, аналогичные репертуару песен. Области хранят эти песнеподобные последовательности обо всем: звук прибоя, разбивающегося о пляж, лицо вашей матери, путь от дома до ближайшего магазина, как произносить слово «попкорн», как тасовать колоду карт.

У нас есть названия для песен, и подобным образом каждая кортикальная область имеет названия для каждой из последовательностей, которые она знает. Это «имя» — группа клеток, совместное возбуждение которых представляет набор объектов в последовательности. (Не задумывайтесь сейчас о том, как выбираются эти группы клеток; мы придем к этому позже). Эти клетки остаются активными, пока идет последовательность, и именно ее «имя» передается в следующую область по иерархии. Пока поступающие паттерны являются частью предсказуемой последовательности, область выдает постоянно «имя» для следующей области выше по иерархии.

Источник: http://it.wikireading.ru/61456

Опубликовано вс, 11/10/2015 — 12:31

Кортекс или кора головного мозга разделяется на два основных отдела: шестислойный изокортекс ( некортекс) и не-изокортекс. Изокортекс , особенно у человека , развивается быстро и экстенсивно на поздней фазе эволюции , ему предписывается доминантная роль в высших церебральных процессах. Наибольшее количество релевантных в плане биологической психиатрии и нейропсихиатрии, работ посвящено фронтальной и височной областям кортекса, несмотря на также очевидный интерес и к париентальному кортексу. Изокортекс разделяется на разные поля , несколько отличающиеся друг от друга по микроскопическому строению ( поля Бродмана). Каждое поле кортекса закрыто мягкой паутинной оболочкой и содержит в основном дендриты глубоко лежащих в слоях котекса клеток. Пирамидальные клетки с длинными аксонами , находящиеся в пятом слое , направляются к внутренней капсулой, формируя часть пирамидальногог тракта. Грануллярные клетки расположены в четвертом слое и в основном получают сенсорную афферентацию от таламуса ( зрительного бугра) , по контрасту пятый слой хорошо развит в первичном сенсорном кортексе. Церебральный кортекс в основном представлен пирамидальными клетками , в осноном , использующими в качестве нейротрансмиттера — глутамат ( GLU). Клетки Бетца — большие пирамидальные клетки обнаружены в моторном кортексе человекообразных.

Первичный сенсорный соматокортекс локализуется в задней части центральной извилины и эквивалентен 1 и 3 полям Бродмана. Более задняя часть этой области , соединяется с 5 и 7 полями и представляют собой соматический сенсорный ассоциативный кортекс. Визуальная рецептивная область представляет собой стриатный и перистриатный кортекс. ( поле 17 — первичный визуальный кортекс и поле 18 и 19 — визуальный ассоциативный кортекс. Слуховые кортикальные поля находятся в верхней височной извилине ( поля Бродмана 41 и 42). Извилина Гешля ( пересекающая височную извилину) локализуется на дорсальной поверхности верхней височной извилины. Она формирует переднюю границу планум темпорале и представляет собой часть височной покрышки. Она является также частью первичного слухового кортекса и получает аудиальную информацию от медиальных коленчатых тел зрительного бугра и имеет эфферентные ассоциативные связи со слуховым кортексом верхней височной извилины.

В основном моторный кортекс расположен в прецепнтральной извилине , непосредственно рострально по отношению к центральной борозде ( поле 4), основные афферентный связи направляются от этого поля к 6 полю, практически прилегая к нему , получая при этом иннервацию со стороны префронтальных проекций. Поле 8 представляет собой другой регион прецентральной извилины , отражая при этом как фронтальные глазные поля и стимулируя движения глаз в ответ на стимулы ( вызванные движения глаз). Дополнительная моторная область расположена в 6 поле Бродмана. Эта область вовлечена в процессы моторного планирования ( планирования движений или действий) и предварительной подготовки к нему.

В настоящее время известно, что церебральный кортекс состоит из колонн , каждая из которых имеет свое функциональное значение. Кортикальные нейроны формируют связи внутри столбов ( колумнов) , но также разветвляются соединясь с отростками клеток соседних столбов. Подобное распределение усиливает эффект афферентных импульсов , как бы позволяя моторному котексу активно включать в свой процесс поверхностные нейроны, подключающиеся для обеспечения движения сенсорный кортекс , различающий различные стимулы. В дальнейшем позволяющим развивать петли позитивной — обратной связи и тормозящие активность соседних колонн ( столбов) , отвечающих за самовозбуждение, тем самым усиливая эффект и поддерживая процесс торможения. В визуальном кортексе , клетки колонн ориентированы избирательно и в настоящее время в большей степени идентифицированы и многие из которых развиты уже к моменту рождения.

Большая часть внутренних кортикальных нейронов использует GABA нейротрансмиссию, причем поступающую в них ( афферентные связи) из зрительного бугра ( таламуса). В этом процессе также играют роль кортикальные пептиды, включая соматостатин, вазоактивный интестинальный пептид ( VIP) , холецистокинин ( ССК) , нейропептид Y. В коре холинергические нейроны , как показали современные исследования имеют и вазоинтестинальный пептид. Норадренергическая иннервация неокортекса экстенсивно и тангенциально поддвергается орранжировке в столбах. Волокна направляются лонгитудинально проходя через серое вещество и слои VI , V, I и широко разветвляясь , проявляя свою активность в разных полях коры. Они актививируются новыми стимулами и взаимодействуют с таламокортикальными входами на пирамидальных и интернейрональных дендритах. Вазоактивный интестинальный пептид также выделяясь усиливает ( увеличивает ) активность пирмамидальных нейронов и оказывает влияние на церебральную микроциркуляцию. Таким образом, VIP оказывает специфические локальные эффекты , возможно , комплементарно информационным процессам , протекающим в коре и влияющим на эти процессы моноамины.

Фронтальная доля анатомически представлена регионом коры , расположенным между передней и центральной извилиной, включая основные кортикальные зоны, ответственные за контроль над моторным поведением. Термин «префронтальный кортекс» в основном обозначает главным образом переднее поле, иногда эту область называют фронтальный грануллярный кортекс или фронтальный ассоциативный кортекс ( поля Бродмана 9-15 , 46 и 47 ). Префронтальный кортекс всегда проходит этап миелинизации в своем развитии достаточно поздно. Одна из дефиниций префронтального кортекса предполагает, что этот регион получает проекции от ядер медиодорсального таламуса. Топографическая организация происходит в данном случае таким образом , что медиальная часть ядер проецируется на медиальный и фронтальный кортекс , а латеральные ядра к латеральному и дорсальному кортексу. Медиальная таламическая область получает афферентные сигналы ( волокна) от мезенцефальной ретикулярной формации и от миндалины , энториального и нижнего височного кортекса , причем, латеральные нуклеарная область имеет афферентные пути от префронтального кортекса.

Важными префронтальные связи представляют собой мезокортикальные дофаминовые проекции от VTA ( вентральной тегментальной области ) . В отличии от этого субкортикальные ( подкорковые) дофаминовые проекции имеют нейроны с отсутствием или недостатком ауторецепторов. Далее связи гипоталамуса ( орбитальный фронтальный кортекс имеет проекции неокортекса к гипоталамусу) имеют место с миндалиной, гиппокампом, ретросплениальной и энториальной корой. Орбитальный фронтальный кортекс имеет связи миндалиной и имеющей к ней отношение субкортикальными структурами , в то время как дорсальный кортекс образует связи в большей степени с гиппокампом и парагиппокампальной извилиной. Можно сопоставить круг Папеца , но вместо миндалины в данном случае выступает гиппокамп ; таким образом, миндалина — зрительный бугор ( медио дорсальные ядра) — орбитофронтальный кортекс — нижний височный кортекс — миндалина. В том же самом пути , который несет в себе сенсорную информацию от первичного сенсорного кортекса , после прохождения в смежных областях формируются каскады от нижней височной области , префронтального кортекса также имеются проекции от областей для экстенсивной соматической , слуховой и сенсорной информации от теменной области.

Префронтальный кортекс имеет эфферентные пути , но не получает афферентные от стриатуму, исключительно от ядер хвостатого ядра , бледного шара, скорлупы и черной субстанции. Поток моторной информации направляется от префронтальной к премоторной и первичным моторным областям , в дальнейшем образуя петли с базальными ганглиями и латеральным таламусом посредством круга описанного выше. Таким образом, исключая некоторые сенсорные и моторные области , префронтальный кортекс представляет собой структуру, объединяющую внтренние связи разных регионов коры.

Область префронтального кортекса , которая получает преимущественно из дорсомедиальных таламических ядер проецирует обратные петли от дофаминергических нейронов VTA. Внутренние связи префронтальных кортикальных структур крайне сложны. Медиальный кортекс имеет несколько связей с орбитальным кортексом и связи в обратном направлении. Орбитальные сети главным образом коммуницируют с каждой из них образуя таким образом внутренние связи с медиальной фронтальной областью. В орбитальные нейронные сети входят соматосенсорные и висчеральные волокна, включая пути от органа вкуса и тем самым предоставляя информацию о виде пищи и ее вкусе. Выходные пути направляются к базолатеральной миндалине и прилежащим ( accubmens) ядрам. Напротив, медиальные сети имеют некоторые входящие волокна от обонятельного тракта и важные выходы к гипоталамусу и околопроводной серой области (которые имеют очень ограниченные выходы от орбитальной области ) обеспечивающие нисходящий висцеральный контроль. Орбитально фронтальный кортекс получает информацию от прилежащих ядер , миндалины и гиппокампа может приписывать определенные признаки окружающей среде. Латеральный префронтальный кортекс реципрокно взаимодействует с париетальным кортексом , поддерживая рабочую память и планирование последующих действий ; орбитальный фронтальный кортекс посредством внутренних связей оказывает влияние на дорсолатеральный префронтальный кортекс, таким образом, структуры вентральный стриатум обеспечивает возвратные входящие пути кругов, обеспечивающих церебральные субструктуры для координаций мотивации к реализации планов.

Источник: http://minutkoclinic.com/blog-doktora-minutko/korteks-kora-golovnogo-mozga

Комментарии

Комментирование отключено.