Ученые Физико-технического института Иоффе в Санкт-Петербурге создали математическую модель зрительной коры. Это вычисление делает на шаг ближе создание искусственного глаза, вживляемого вместо утерянного или необратимо поврежденного органа.
Обычно под словами «математическая модель» подразумевается нечто абстрактное, в околонаучной среде широко распространен анекдот про «модель сферического коня в вакууме» — совокупность уравнений, описывающую чрезмерно упрощенный объект. Математические модели мозга долгое время оставались если не столь же бесполезны, то как минимум с трудом поддающимися проверке на практике: сравнение реальной электрической активности нервных клеток с предсказанной теорией было очень сложной экспериментальной задачей, особенно если речь шла о живом мозге, а не культуре клеток.
«Относительно недавно, появились экспериментальные методы (особенно in-vivo, на живых животных), которые дают возможность сравнить модель с экспериментом на количественном уровне. И получены факты в пользу того, что наша модель лучшая», — рассказал «МН» старший научный сотрудник ФТИ Антон Чижов. По словам ученого, речь идет не просто об удачной и сугубо фундаментальной теории. «Мы можем воссоздать паттерны активности зрительной коры, если знаем то изображение, которое видит животное или человек. Если бы была уже решена задача, позволяющая передавать эти паттерны в кору, можно было бы сделать видящими тех незрячих, у которых есть повреждения где бы то ни было на пути зрительной информации».
Паттерном в нейронауке принято называть характерную комбинацию сигналов, которая передается по нерву в определенный момент времени. Во время чтения этого текста каждая его буква поступает от сетчатки к зрительной коре мозга посредством определенного сочетания импульсов, а в самой многослойной зрительной коре идет еще более сложный обмен информацией. Если знать, по каким правилам формируются паттерны, можно обмануть мозг и заставить его видеть картинку даже там, где утеряна связь с глазом или сам глаз как таковой, предполагают ученые. А если немного пофантазировать — то так можно и передавать непосредственно в мозг любое формируемое компьютером изображение.
Впрочем, это дело будущего, потому что, как отмечает Антон Чижов, задача передачи паттернов активности в кору головного мозга решения пока не имеет. Но и в области электрофизиологии прогресс не стоит на месте. По словам Чижова, буквально в последние десять лет многие лаборатории получили в свое распоряжение принципиально новый метод работы с нервными клетками. Динамическая локальная фиксация потенциала («динамический кламп») предполагает подключение клетки к микроскопическому электроду, ток через который управляется компьютером в режиме реального времени.
Управление через быстродействующий компьютер позволяет одновременно менять как протекающий через контакты нервной клетки (синапсы) ток, так и управлять проводимостью самих синапсов. «Двум управляющим сигналам можно уподобить педаль газа и руль. Так вот динамический кламп позволяет не только на педаль нажимать, но еще и руль крутить», — говорит Чижов.
Новые работы петербургских физиков, в том числе выполняемые совместно со шведскими исследователями из университета Умеа, уже основаны на этой технике. «Эти два управляющих сигнала несут очень важную информацию об активности нейронов, основных производительных сил мозга, обрабатывающих информацию», — отметил ученый, указав на то, что нам следует ждать и новых открытий, которые позволят совершить и следующие шаги на пути к пока что фантастическим устройствам.
Другая точка зрения
Физики из Санкт-Петербурга приблизили создание полноценного искусственного глаза
Наверх