О том, что мы слишком мало знаем о нашем мозге, особенностях жизни на морской глубине и изучении антропоцена в нашем обзоре новостей науки.
Почему ученым так трудно понять работу головного мозга?
Как показывает ряд описанных в медицине случаев, люди могут функционировать в отсутствие отдельных областей головного мозга, не испытывая при этом ярко выраженных негативных эффектов. Как такое возможно? По мнению корреспондента BBC Future, мы просто слишком мало знаем о нашем мозге.
Сколько мозга нам необходимо для нормального функционирования? В последние месяцы в новостях появилось сразу несколько историй, повествующих о людях с поврежденными или вовсе отсутствующими отделами головного мозга, которые тем не менее живут относительно нормальной жизнью. Если отвлечься от сенсационности этих сообщений и взглянуть на них с точки зрения нейрофизиологии, напрашивается вывод, что мы не просто не до конца понимаем, как работает наш мозг – по-видимому, наше нынешнее представление о механизмах его работы в корне неверно.
В прошлом году пресса сообщала о женщине, родившейся без мозжечка – ярко выраженного отдела головного мозга, расположенного под затылочными долями полушарий. По некоторым оценкам, в мозжечке содержится до половины всех клеток головного мозга человека. В данном случае речь идет не просто о повреждении мозга – мозжечок у 24-летней женщины вообще отсутствует. Тем не менее ее жизнь вполне обычна – она окончила школу, вышла замуж и родила ребенка.
Нельзя сказать, что отсутствие у этой женщины мозжечка не имеет вообще никаких последствий – всю свою сознательную жизнь она страдает от неуверенности и неловкости в движениях. С другой стороны, поразительно то, что она вообще может передвигаться без отдела мозга, который присутствовал уже у первых позвоночных на Земле. Наличие мозжечка обнаружено у ископаемых акул, живших еще во времена динозавров.
Эта история иллюстрирует одну истину, о которой не так часто говорят: в самом элементарном нашем понимании того, как функционирует мозг, имеются огромные пробелы. Ученые до сих пор не могут прийти к общему мнению о том, какие функции выполняют даже самые изученные его отделы, такие как мозжечок. Вся глубина нашего незнания проявляется как раз в таких экстраординарных случаях, как вышеописанный. Время от времени в рамках рутинной больничной процедуры сканирования, выясняется, что мозг пациента удивительным образом отличается от привычного нам представления о его строении. При этом некоторые из таких отличий могут оказывать весьма незначительный наблюдаемый эффект на самочувствие и поведение человека.
Частично эту проблему, по-видимому, можно объяснить особенностями нашего мышления. Мы считаем вполне естественным представление о мозге как аппарате, появившемся в результате естественного отбора, а в инженерной науке, как правило, существует прямое соответствие между конструкцией и ее назначением. Возьмем тостер – хлеб в нем жарит нагревательный элемент, за временем приготовления следит таймер, а за выбрасывание готовых тостов отвечает пружина. Однако случай с отсутствующим мозжечком показывает, что для головного мозга такая простая схема неприменима. Хотя мы часто говорим, что за разные функции, чувства и ощущения – такие как зрение, чувство голода или влюбленность – отвечает свой регион мозга, в действительности это не так, поскольку головной мозг – не технологическая конструкция, в которой каждую из функций выполняет отдельный агрегат.
Возьмем недавний случай, когда в мозге мужчины был обнаружен ленточный червь. Четыре с лишним года червь проделывал в мозге сквозное отверстие, причиняя его владельцу массу неприятностей – включая судороги, проблемы с памятью и ощущение странных запахов. Для человека, мозг которого прогрызло живое существо, мужчина отделался сравнительно легко. Если бы головной мозг работал по принципу большинства устройств, созданных человечеством, все было бы гораздо хуже. Предположим, что червь насквозь прогрыз ваш мобильный телефон – аппарат просто перестанет работать. Вспоминается случай из 1940-х годов, когда одна из ранних электромеханических вычислительных машин вышла из строя из-за моли, попавшей в реле.
Отчасти такая отказоустойчивость мозга объясняется его пластичностью, то есть способностью адаптироваться к изменяющимся условиям благодаря накоплению опыта. Есть, впрочем, и другое объяснение, предложенное умершим в прошлом году американским нейрофизиологом, лауреатом Нобелевской премии Джералдом Эдельманом. Он обнаружил, что за поддержание одной и той же биологической функции зачастую отвечают несколько структур. Так, одни и те же физические особенности организма предопределяются сразу несколькими генами.
Таким образом, произвольное «выбивание» — потеря – одного из генов не влияет на относительно нормальное развитие данной особенности. Эдельман назвал способность множества разных структур поддерживать одну и ту же функцию термином «вырожденность».
Та же концепция применима и к головному мозгу. За каждую из ключевых функций мозга отвечает не конкретный отдел, а несколько областей сразу, зачастую выполняющих одну и ту же работу слегка отличными способами. Если одна область окажется неработоспособной, ее работу возьмут на себя другие.
Данная концепция помогает понять природу проблем с пониманием «зон ответственности» разных отделов головного мозга, которые испытывают нейрофизиологи-когнитивисты. Если подходить к изучению мозга с позиции «один отдел – одна функция», никогда не получится экспериментальным путем распутать клубок взаимосвязей между его областями и выполняемыми ими функциями.
Наиболее известная функция, приписываемая мозжечку, — координация движений. Однако другие отделы мозга, такие как базальные ганглии и двигательные области коры, также напрямую вовлечены в управление моторикой. Вероятно, постановка вопроса о том, какие уникальные функции присущи каждому отделу мозга, просто неверна, поскольку все они вносят свой вклад в общее дело.
Память – еще один пример важной биологической функции, которую поддерживают несколько областей мозга. Столкнувшись с человеком, которого встречали раньше, вы можете припомнить, что он слывет добрым, вспомнить случай, когда он проявил доброту по отношению к вам лично, или у вас появится смутное чувство симпатии к нему – за все эти формы памяти, заставляющие вас испытывать к данному человеку доверие, отвечают разные отделы мозга, выполняющие одну и ту же работу, но разными способами.
Эдельман и его коллега Джозеф Гэлли называли вырожденность широко распространенным биологическим качеством и свойством, присущим сложным системам, утверждая, что она является неизбежным результатом естественного отбора. Эта концепция объясняет, почему травмы или врожденные дефекты строения мозга порой оказываются не такими катастрофичными, какими, по логике вещей, должны быть. А также — почему понимание работы головного мозга дается ученым с таким трудом.
www.bbc.co.uk
У креветок может быть 12 сетчаток
Жизнь на морской глубине – далеко не сахар. Солнечный свет сюда почти не проникает, и для того, чтобы различить хоть что-то в этой темноте, местным жителям приходится прибегать к всевозможным хитростям.
Одни вырабатывают органы биолюминесценции, другие привлекают к сотрудничеству симбиотические бактерии — «живые фонарики», третьи отращивают громадные сверхчувствительные глаза… Но все эти решения делают морских обитателей заметными со стороны и подходят для существ, способных постоять за себя. Как же быть созданиям поскромнее?
У них свои эволюционные пути, и один из них — очень необычный — обнаружили недавно ученые, рассмотревшие крошечных полупрозрачных рачков Paraphronima gracilis. Это обычные представители зоопланктона, обитающие на глубине в несколько сотен метров и достигающие в размерах от 10 до 17 мм. Отправив беспилотный глубинный аппарат в воды тихоокеанского залива Монтерей, исследователи собрали местную фауну для подробного изучения.
Каково же было их удивление, когда у малозаметных креветок Paraphronima gracilisобнаружилась одна весьма примечательная особенность: их глаз содержит сразу 12 независимо работающих сетчаток! Каждая из них получает свое изображение и передает эту информацию в головной мозг рачка, который, несмотря на свои крошечные размеры и простоту, комбинирует их в единую картинку «повышенной яркости». Осталось выяснить, как именно он умудряется выполнять эту сложную работу.
naked-science.ru
Антропоцен начался 16 июля 1945 года
Антропоцен — новая геологическая эпоха — начался в начале 1950-х годов, именно тогда стал увеличиваться глобальный уровень радиации, считает Ян Заласиевич (Jan Zalasiewicz) из департамента геологии Университета Лестера (Великобритания), председатель рабочей группы по антропоцену. Об этом не без юмора пишет газетаThe Independent.
Термин «антропоцен» означает новую геологическую эпоху, начало которой совпадает с моментом, когда активное влияние человека на преобразование поверхности планеты стало качественно важным. Термин придумал эколог Юджин Стормер в 1980-х годах, а в 2000-х его популяризацией занялся нобелевский лауреат по химии Пауль Крутцен. Сторонники антропоцена полагают, что человечество оказало столь глобальный эффект на планету, что впору говорить о смене геологических эпох. А для этого нужно найти границу, где заканчивается голоцен и начинается эта новая эпоха — антропоцен. Они предлагают, что такой границей вполне может служить день испытаний первой ядерной бомбы — 16 июля 1945 года. В этот день американцы взорвали в пустыне штата Нью-Мексико бомбу из плутония.
В прошлом году в Берлине ученые и активисты создали рабочую группу по антропоцену, специально чтобы определить границы новой эпохи и официально ее признать в составе геохронологической шкалы. Срок работы — 2016 год. Рабочая группа действует при Международном стратиграфическом комитете, влиятельной научной организации, которая утверждает и корректирует геохронологические границы. Сейчас официально признано, что мы живем в голоценовую эпоху, начавшуюся 11700 лет назад в конце последнего ледникового периода.
scientificrussia.ru
