НЕЙРОННЫЕ ГИПЕРСЕТИ - СИСТЕМНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ФУНКЦИЙ МОЗГА
Анохин К.В.
Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия; ФГБНУ «НИИ нормальной физиологии им. П.К.Анохина», Москва, Россия; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Несмотря на впечатляющее развитие нейронаук, мы все еще не имеем удовлетворительного понимания принципов работы головного мозга. Главным недостающим звеном здесь являются не просто новые факты, а теоретический каркас, позволяющий осмыслить этот материал. Теория функциональных систем с самого начала разрабатывалась с этой целью. В настоящем докладе будет представлено ее расширение и предложены новые экспериментальные подходы к работе над теорией мозга.
Развиваемая нами гиперсетевая теория мозга основана на идее системного уровня организации, возникшей в российской нейрофизиологии высших функций мозга. В гиперсетевой теории мозга утверждается, что системный уровень организации мозга представляет собой когнитивную сеть, или когнитом. Когнитом — это полный набор всех когнитивных элементов индивида. Как система он может быть отождествлен с памятью когнитивного агента.
Математически когнитом описывается как нейронная гиперсеть - множество связанных между собой гиперсимплексов. Гиперсимплекс это упорядоченное множество узлов с явным n-арным соотношением, определяемым как его вершина. Вершина гиперсимплекса существует на более высоком уровне представления, чем сами узлы. Гиперсимплексам присваиваются имена, и далее они рассматриваются как атомарные объекты на более высоком уровне организации системы.
Гиперсетевая теория мозга предполагает, что атомарными элементами когнитома являются КОгнитивные Группы - КОГи. Физически КОГ представляет собой набор нейронов, опосредующих конкретный субъективный опыт и связанных с ним.
Наш подход к изучению когнитивных групп нейронов основан на опыте зависимой экспрессии немедленных ранних генов. Мы проводим когнитивную индексацию нейронов с использованием двухфотонной визуализации активности немедленных ранних генов при приобретении нового опыта репортерными мышами линии Fos-GFP.
Мы также используем несколько вариантов стратегии целенаправленной рекомбинации в активной популяции (TRAP) для исследования нейроных когнитивных групп. Генетический захват когнитивных групп достигается опытно-зависимой Cre-loxP рекомбинацией в нейронах мышей трансгенных линий Fos-CreERT2 и Arc-CreERT2, скрещенных с различными Cre-репортерными линиями. Захваченная нейронная группа может быть дополнительно помечена путем обычной визуализации немедленных ранних генов при извлечении, угашении или ассоциации этого опыта с другими когнитивными эпизодами.
В сочетании с оптическим просветлением и микроскопией целого мозга эти подходы позволяют проводить широкомасштабную визуализацию аллокации и коаллокации различных форм памяти, а также прослеживать клеточную динамику функциональных систем когнитивного уровня.
Лектор – член-корреспондент РАН, профессор К.В. Анохин (Отдел нейронаук, НИЦ «Курчатовский институт»; Центр нейронаук и когнитивных наук МГУ).
В настоящей лекции будет представлен новый взгляд на проблему сознания и мозга. Сначала мы введем новые представления о том, что такое мозг. Обычно мозг представляют в виде гигантской нейронной сети. Мы будем утверждать, что на максимальном уровне своего существования – том, в котором мозг выступает как причинное целое, он является не сетью нейронов, а нейронной гиперсетью.
Гиперсеть — это сеть, узлы в которой образованы группами узлов нижележащей сети, в данном случае нейронной. Такие высокоуровневые узлы начинают обладать качественно новыми свойствами. В мозге они становятся носителями индивидуального опыта целого организма.
Мы назовем группы нейронов, составляющие узлы такой гиперсети, когнитивными группами – когами; а всю гиперсеть, носительницу субъективного опыта субъекта, когнитомом. Смена взглядов на сущность мозга – от нейронной сети (коннектом) к когнитивной сети (когнитом), представляет собой парадигмальный сдвиг.
Он подобен перемене представлений о ДНК как о химической макромолекуле, наборе нуклетотидов, на представление о ДНК как о геноме, системе биологических элементов – генов. Как изучение ДНК переходит при этом сдвиге из области химии в область биологии, так и мозг переходит в новой парадигме из объекта биологии в объект когнитивной науки, психологии.
Во второй части лекции, опираясь на эти новые представления о мозге как о ментальной структуре, мы рассмотрим вопрос о протекающих в ней специфических процессах – ментальных процессах. Мы разберем, какими свойствами, в отличие от большинства из неосознаваемых ментальных процессов, обладает особый вид траффика в этой нейронной гиперсети – сознание.
