Газета «Новости медицины и фармации» 7 (361) 2011

Ученые сделали из компьютера… шизофреника

Исследователи из Йельского университета и университета Техаса объявили о том, что им удалось создать компьютер — шизофреника, который оказался не в состоянии отличить реальность от вымысла. Основой для столь неожиданного эксперимента стала одна из теорий возникновения шизофрении — гиперобучаемость, которая утверждает, что мозг шизофреников не в состоянии отсеять и забыть незначащие или малозначимые факты, являющиеся помехами или шумами, в которых скрыта необходимая информация. Перегруженный «шумовой» информацией мозг оказывается не в состоянии сделать правильные выводы, построить логические цепочки, что приводит к возникновению нереальных образов и чувству причастности к несовершенным поступкам.

«Еще одной гипотезой теории гиперобучаемости является предположение, что на эту функцию мозга влияет концентрация гормона допамина, который блокирует возможности мозга разделять важность и достоверность приобретаемых данных и опыта, — рассказывает Ули Граземан, ученый из университета Техаса. — Когда концентрация допамина превышает установленный предел, мозг начинает считать, что исключительно все поступающие данные достоверны, и строит логические выводы, основываясь на данных, которые мозг обычного человека попросту игнорирует».

Ученые использовали компьютерную реализацию нейронной сети под названием Discern. Они начали подавать ряд данных в память Discern способом, очень похожим на способ, которым человеческий мозг принимает и сохраняет информацию, — не как различные единицы данных, а как набор связанных между собой слов, предложений, сценариев и историй.

Отладив этот механизм, ученые смоделировали условия гиперобучаемости, сымитировав чрезмерную концентрацию допамина, и начали процесс обучения сначала. После «переквалификации» компьютер Discern начал помещать себя в центр фантастических, полубредовых ситуаций, которые включали элементы из совершенно не связанных между собой историй, использовавшихся в процессе первоначального обучения. К примеру, в одном из случаев компьютер добровольно взял на себя ответственность за гипотетический террористический акт.

В некоторых других случаях, отвечая на заданные вопросы, компьютер нес «бред сумасшедшего»: беспорядочный набор предложений, резкие отклонения от темы заданного вопроса, постоянные возвраты к началу ответа и беспорядочные переходы к повествованию от первого или третьего лица.

«Обработка информации в нейронных сетях имеет тенденцию весьма походить на обработку информации человеческим мозгом, — рассказывает Граземан. — Таким образом, мы надеялись, что компьютер «свихнется» схожим с человеком способом. Что, собственно, и произошло».

Полученные в ходе этих исследований результаты не являются абсолютным доказательством того, что теория гиперобучаемости правильна, но они показывают, что ученые действительно находятся на верном пути и когда-нибудь эти исследования могут привести к разработке новых методов профилактики и лечения тяжелых психических заболеваний.

Специальный вирус может «взломать» мозг, помогая сбросить лишний вес

Хотите обмануть мозг с целью сбросить лишний вес? Некоторые исследователи предлагают использовать для этого специальные импланты, а результаты исследований других ученых говорят, что необходимо всего лишь зара­зиться специально выведенным для этого видом вируса.

Этот новый вирус, спроектированный и выведенный учеными университета Джонса Хопкинса, с помощью внедренных в него биологических механизмов запрещает синтез белка neuropeptide Y (NPY) в области головного мозга, ядра гипоталамуса (dorsomedial hypothalamus nucleus), которая отвечает за чувство голода, аппетита, насыщения и удовлетворения. Этим вирусом была инфицирована группа подопытных крыс, поведение которых сравнивалось с поведением крыс другой контрольной группы, которые не были инфицированы вирусом.

Инфицированные крысы съели практически в два раза меньше пищи и, соответственно, имели меньший вес. Но это еще не все. Когда ученые начали кормить под­опытных крыс чрезвычайно калорийной пищей, исследователи обнаружили, что в организмах крыс начали образовываться отложения из особого вида жира, который потом легко «сжигается» организмом, а не из вида жира, который обычно откладывается в «пивных животах» и очень трудно подвергается сжиганию. После того как крысам перестали давать калорийную пищу, излишки жира были быстро сожжены их организмом, и животные снова приняли «стройный» вид.

Так что тем, для кого это актуально, пора готовиться к появлению новых вирусных методов борьбы с излишним весом.

Изобретен прибор для чтения мыслей

Группа ученых из католического университета города Лувен в Бельгии объявила об изобретении устройства, которое преобразует сигналы мозга в слова и предложения, а также позволяет мысленно диктовать текст. Об этом сообщает университетское издание Campus Insight.

Как пояснил руководитель проекта профессор Марк ван Хюлле, это небольшой прибор-электроэнцефалограф, отслеживающий колебания электрической активности мозга, с помощью которого люди могут силой мысли печатать текст. Это означает, что парализованные или страдающие расстройствами речи люди смогут общаться с внешним миром.

Сам прибор размером чуть больше спичечного коробка, присоединяется к специальной шапочке, похожей на плавательную, к которой прикреплены электроды. Сигналы электрической активности мозга, записанные прибором, через USB-порт передаются в компьютер, где они расшифровываются с помощью специального программного обеспечения.

Для написания слова человек должен приложить некие усилия, сосредоточить внимание на одной из букв из набора знаков, выведенных на экран компьютера. Каждый из символов на экране подсвечивается с определенной частотой, и когда нужная буква выделяется, мозг реагирует на это. Спустя несколько сеансов компьютер начинает понимать сигналы мозга, после чего можно начинать мысленную диктовку.

«Устройство может писать буквы и даже может автоматически завершать слова или предложения. Мы проверяли эту систему примерно на дюжине пациентов, которые перенесли кровоизлияние в мозг, и все они смогли успешно писать слова со скоростью до десяти знаков в минуту», — говорит ван Хюлле.

Приборы для интерпретации сигналов мозга ранее разрабатывались во многих странах. В частности, в декабре 2009 года в статье, опубликованной в журнале PLoS ONE, американские ученые сообщили об экспериментах с компьютерной томографией, в ходе которых они пытались считывать информацию в мозге людей, находящихся в одном из типов коматозного состояния, и вступать с ними в контакт.

Также успешный эксперимент провели ученые из Международного научно-исследовательского института фундаментальной технологии электричества и связи в Японии. Они впервые разработали способ прочтения образов, возникающих в головном мозгу.

Мозговой компьютерный имплант Brain­gate остается работоспособным уже на протяжении 2000 дней

Ученые университета Брауна (Brown University) разработали революционное устройство Braingate, которое переводит нервные импульсы в электрические сигналы, использующиеся для управления компьютером или движением автоматизированного инвалидного кресла. Команда недавно объявила, что этот мозговой имплант продолжает нормально функционировать спустя 2000 дней, прошедших с его установки пациенту. Парализованные пациенты, получившие имплант Braingate, связавший нейроны их головного мозга и электрические цепи компьютера, могут, думая «в определенном направлении», перемещать курсор по экрану компьютера или самостоятельно передвигаться в инвалидном кресле.

Пациентка, известная под кодовым именем S3, совсем недавно прошла курс усиленного обследования, в ходе которого выяснялась работоспособность имплантированного ей в 2005 году импланта Braingate, который представляет собой устройство размером 4 на 4 миллиметра, имеющее 100 электродов для приема сигналов. За это время большинство из ста электродов импланта вышли из строя, но достаточная часть осталась работоспособной, что обеспечило достаточно высокую точность (91,3 %) процесса управления курсором на экране.

Как упоминалось в журнале Journal of Neural Engineering, пациентка S3 получила имплант в 2005 году. В 2008 году ученые провели с ней программу испытаний, получившую название «1000 дней спустя», в ходе которой выяснилось, что только 41 электрод импланта обеспечивал передачу значащих сигналов, остальные электроды к этому времени вышли из строя. За прошедшее с 2008 года время имплант пациентки потерял еще какое-то количество электродов, но во время последнего обследования сигналы оставшихся электродов были перекалиброваны, что обеспечило дальнейшее нормальное функционирование импланта. Пока еще члены команды Braingate не опубликовали подробных данных по пациентке S3, данный материал только готовится к публикации. В настоящее время область мозговых имплантов и интерфейсов между мозгом и компьютером находится еще в самой ранней стадии развития. Поэтому важность этих первых шагов, первых экспериментов для дальнейшего развития чрезвычайно высока. Импланты и интерфейсы являются путем выживания парализованных и больных людей во внешнем мире, и есть надежда, что когда-либо настанет момент, когда каждый нуждающийся сможет использовать их в свое благо. А когда это произойдет, надо быть уверенным, что имплант будет работать и 1000 дней, и 10 000 дней, и всю оставшуюся жизнь пациента.