Самоорганизация мозга: как нейроны строят мысли без инструкций
Исследователи из Университета Миннесоты и Франкфуртского института подтвердили: кора головного мозга — мастер такого самостроительства. Она берет случайный шум и преобразует его в четкие, повторяющиеся модели работы нейронов. Статья об этом вышла в Nature Communications.
«Самое важное здесь — что вся эта магия происходит внутри самой коры, — объясняет соавтор работы Гордон Смит. — Мозг не ждет инструкций извне. Он сам выстраивает свои функции по мере развития».
А теперь представьте последствия, если этот тонкий баланс нарушится. «Сбой в локальных связях между нейронами может кардинально изменить работу всего мозга, — продолжает ученый. — А это, в свою очередь, влияет на восприятие мира и может лежать в основе некоторых расстройств, например, аутизма». Звучит как напоминание о хрупкости нашей сложной нейроархитектуры, не правда ли?
В самоорганизующейся системе простое правило «сотрудничай с соседом, но не давай распускаться дальним» приводит к рождению глобальных структур. Ученые соединили теорию с экспериментом и показали: одни и те же математические законы управляют и рисунком на чешуе рыб, и расстоянием между песчаными дюнами, и формированием нейронных сетей в нашем мозге. Вселенная любит паттерны.
Откуда берутся мыслительные «узоры»
«Наши данные показывают, что паттерны активности в молодой коре возникают динамически, через петли обратной связи, — говорит соавтор Маттиас Кашубе. — Это баланс между локальным возбуждением и торможением по соседству. Так мы подтвердили гипотезу, которой уже несколько десятилетий».
Фундамент этой гипотезы заложил всё тот же Тьюринг со своей теорией морфогенеза. Получается, гениальный математик предсказал принцип работы мозга, даже не думая о нейробиологии?
Чтобы это доказать, команда использовала высокоточные оптические методы. Они наблюдали, как крупные нейросети формируются изнутри, а не копируют внешний шаблон. Подопытными стали генномодифицированные хорьки — их мозг удобен для подобных наблюдений.
«Передовые технологии позволили нам проверить старую теорию и показать: мозг действительно самоорганизуется на самых ранних этапах», — резюмирует доктор Смит.
Что дальше? Ученые хотят детально описать, как именно меняется кора, и понять, как ранняя самоорганизация нейронов влияет на восприятие взрослого существа. Это ключ к разгадке причин аутизма и, возможно, к пониманию того, как мы вообще учимся чувствовать этот мир.
В топе
