Как работает мозг человека (краткий ликбез)

Мозг — величайшая загадка, над которой на протяжении десятилетий бьются ученые из самых разных областей науки. Профессор биологии и нейрологии Стэндфордского университета Роберт Сапольски в одной из своих книг признается, что несмотря на многочисленные научные публикации и конференции, он и его коллеги до конца не понимают как работает мозг. Тем не менее, устройство мозга и его морфологию успели изучить довольно хорошо.

По своей структуре человеческий мозг похож на мозг других млекопитающих, однако он значительно больше по отношению к размеру тела, чем мозг любого другого животного. В среднем его вес равняется полутора килограммам, что составляет примерно 2% от веса человеческого тела.

Мозг — это командный центр центральной нервной системы. Он получает сигналы от органов чувств организма и передает информацию мышцам.

Мозг состоит из более чем 100 миллиардов нейронов, которые взаимодействуют при помощи синапсов. Синапсы служат для передачи нервного импульса между двумя клетками, а их количество исчисляется триллионами.

Эта сложная взаимосвязь клеток порождает наши мысли и все аспекты существования.

Перед прочтением статьи

Краткий глоссарий:

• Нейрон: электрически возбудимая клетка, которая предназначена для приема извне, обработки, хранения, передачи и вывода вовне информации с помощью электрических и химических сигналов.
• Синапс: место контакта между двумя нейронами.Служит для передачи нервного импульса между двумя клетками.
• Серое вещество: главный компонент центральной нервной системы позвоночных животных и человека.Серое вещество содержится в разных частях мозга и состоит из разных типов клеток вроде нейронов.
• Белое вещество: часть спинного и головного мозга, образованная нервными волокнами.
• Базальное ядро — скопления серого вещества в толще белого вещества больших полушарий головного мозга позвоночных, участвует в координации двигательной активности и формирования эмоциональных реакций.
• Нервная трубка: зачаток центральной нервной системы у хордовых.

Почему мы — особенные?

Миллионы лет эволюции привели к появлению уникального организма — Homo Sapiens. Именно интеллект делает человека человеком. Сегодня мы заселили практически каждый уголок земного шара, построили города, ракеты и даже были на Луне. Ни одно другое живое существо на планете не способно на нечто подобное.

Все дело в мозге

Разрыв между интеллектуальными способностями человека и наших ближайших родственников шимпанзе огромен. А ведь эволюция преодолела его за довольно короткий промежуток времени — шесть или семь миллионов лет.

Ученые полагают, что причина наличия интеллекта у человека кроется в нейронах и извилинах. У людей больше нейронов в мозге, чем у других животных. А еще мы обладаем самой большой лобной долей в животном мире.

Размер мозга не всегда свидетельствует о высоких интеллектуальных способностях. Например, мозг кашалота более чем в пять раз тяжелее человеческого, но вряд ли кто-то осмелится утверждать, что кашалоты умнее людей.

Но это не сравнимо с возможностями человека.

К тому же, согласно данным центра временной динамики Калифорнийского университета в Сан-Диего у животных соотношение между размером мозга и размером тела может являться более точным показателем ума. Но у нас все иначе.

По словам невролога и президента Института науки о мозге Аллена (Allen Institute for Brain Science) Кристофа Коха, мозг гениев мог иметь размер больше или меньше среднего.

Например, мозг Ивана Тургенева весил чуть более двух килограммов, а мозг писателя Анатоля Франса едва достигал одного килограмма.

Есть еще кое-что. Вне зависимости от того, как сложился день у каждого из нас, мы можем рассказать о нем в мельчайших подробностях. В отличие от шимпанзе, кашалотов, пчел и голубей. Никакие другие живые существа не могут так свободно общаться. Бесконечно сочетая слова, мы рассказываем друг другу о своих чувствах, делимся впечатлениями, объясняем законы физики и изобретаем новые термины.

Наши разговоры не ограничиваются сегодняшним днем. Мы размышляем о прошлом и будущем, заново переживаем уже прошедшие события, опираясь на ощущения разных органов чувств. Именно благодаря мозгу мы способны прогнозировать будущее и планировать дальнейшие действия.

А что внутри?

До рождения мозг человека сформирован всего на 25%. Остальная часть мозга развивается с большой скоростью уже после рождения.

По мере роста и развития мозга происходит формирование нейронных сетей — контактов между нейронами: нужные усиливаются, а ненужные убираются.

Этот процесс длится всю жизнь и дарит возможность даже пожилым людям запоминать и учить новые слова. Но основное формирование нейронных сетей происходит в первые 10 лет жизни.

Мы начинаем изучать мозг с периода эмбрионального развития, которое формирует его строение. Именно в это время передняя часть зачатка центральной нервной системы или нервной трубки образует три части, которые дают начало мозгу и связанным с ним структурам:

Передний мозг — состоит из двух отделов: промежуточного мозга и больших полушарий.

Средний мозг — часть ствола мозга. Ответствен за осуществление многих важных физиологических функций.

Задний мозг — задняя часть головного мозга вследствие делится на задний мозг и продолговатый мозг.

Сформированный мозг взрослого человека управляет внутренними функциями организма, объединяет сенсорные импульсы и информацию, формирует восприятие, мысли и воспоминания. Мы осознаем себя, мыслим, говорим , двигаемся и меняем окружающий мир не только благодаря постоянно формирующимся нейронным сетям, но и конкретным участкам мозга.

Кора головного мозга

Кора головного мозга насчитывает более 15 миллиардов нервных клеток и волокон. Кора — это структура головного мозга, слой серого вещества толщиной 1,3—4,5 мм, расположенный по периферии полушарий и покрывающий их. Из-за того что кора не гладкая, она, можно сказать «смята» в извилины и разделена бороздами.

Извилины формируют суперструктуру из четырех долей: лобной, теменной, височной и затылочной.

• Лобные доли отвечают за решение проблем, суждение и моторные функции.• Теменные доли ответственны за ощущения, способность писать от руки и положение тела.• Височные доли связаны с памятью и слухом.• Затылочные доли отвечают за систему визуальной обработки информации.

Кора головного мозга дарит нам сознательный контроль над действиями.

Кора — самая наружная часть мозга и самая новая его часть. Большая часть сенсорной информации сходится сюда и здесь обрабатывается.

Именно из коры к мышцам поступает команда двигаться, здесь происходят математическое и пространственное мышление и формируется и запускается речь.

Помимо прочего, кора хранит воспоминания и она же ответственна за наши решительные действия. Иными словами, мышление человека и все сознательные движения берут свое начало здесь.

Ствол головного мозга

Ствол головного мозга представляет собой протяжённое образование, продолжающее спинной мозг. В ствол входит четыре структуры: варолиев мост, продолговатый мозг, средний мозг и промежуточный мозг. Все структуры связаны между собой.

Ствол головного мозга передает сигналы от спинного мозга и управляет основными функциями организма.

Помимо передачи сенсорных сигналов, структуры головного мозга управляют непроизвольными функциями. Варолиев мост помогает контролировать ритмы дыхания. Продолговатый мозг управляет пищеварением и кровообращением, а также рефлексами, такими как глотание, кашель и чихание. Средний мозг управляет движением, отвечает за зрение и слух, а также за зрительные и слуховые рефлексы.

Промежуточный мозг

Конечный отдел ствола головного мозга — промежуточный мозг — сверху покрыт большими полушариями. Несмотря на небольшой размер, промежуточный мозг играет важную роль в здоровом функционировании мозга и организма — он отвечает за сенсорные, двигательные и вегетативные реакции. Промежуточный мозг подразделяется на таламус, эпиталамус и гипоталамус.

Промежуточный мозг управляет эмоциями и целыми внутренними системами.

Таламус, гипоталамус и эпиталамус

Таламус передает сенсорные и двигательные сигналы в кору головного мозга — то есть первым получает и обрабатывает информацию.

После передачи информации в кору и после обработки этой информации, кора вновь передает информацию таламусу.

И только после этого таламус передает информацию в другие части мозга, таким образом играя большую и важную роль в циклах сна и бодрствования.

В свою очередь гипоталамус соединяет нервную систему с эндокринной системой, ответственной за выработку гормонов. Гипоталамус также отвечает за поддержание гомеостаза — попыткой вашего тела поддерживать нормальный баланс, например, температуры тела и артериального давления.

Эпиталамус занимает небольшой объем мозга и кроме различных нервных образований содержит железу внутренней секреции эпифиз (или шишковидное тело). Функции эпиталамуса связаны с обонянием и регулировкой циклов сна и бодрствования.

Мозжечок

Мозжечок или «маленький мозг» расположен в основании и задней части мозга. Мозжечок связан со стволом мозга тремя парами ножек (нижних, средних и верхних). Нижние ножки соединяют его с продолговатым и спинным мозгом, средние — с варолиевым мостом, а верхние — со средним мозгом и таламусом.

Мозжечок играет важнейшую роль во всех высших функциях мозга — движении, внимании, мышлении, планировании и принятии решений.

Долгое время считалось, что мозжечок отвечает только за координацию движений и равновесие. Однако, согласно последним исследованиям, мозжечок участвует в выполнении и высших функций мозга. В мозжечке в четыре раза больше нейронов, чем в коре головного мозга.

Крупные нервные клетки коры мозжечка — клетки Пуркинье. Своё название клетки получили в честь их первооткрывателя, чешского врача и физиолога Яна Эвангелисты Пуркинье.

Лимбическая система

Лимбическая система — древняя часть головного мозга, которая отвечает за вегетативные функции, простейшие физиологические реакции и элементарные эмоции: страх, гнев, ярость, удовольствие, отвращение. Полностью согласованного списка структур, составляющих лимбическую систему, не существует, поэтому мы рассмотрим три основных ее составляющих:

Миндалина или миндалевидное тело — так называемое базальное ядро — одно из многочисленных ядер или скоплений нейронов, выполняющих разнообразные функции в головном мозге. Основная функция миндалевидного тела — управление базовыми эмоциями. Кстати, широко известная реакция «бей или беги» берет свое начале именно в миндалевидном теле.

Гиппокамп — участок мозга, который служит важным центром памяти. В нем формируется кратковременная память и начинается ее превращение в долговременную. Это важнейший для формирования визуально-пространственных представлений отдел мозга. Передняя часть гиппокампа активно участвует в управлении эмоциями.

Поясная извилина — располагается глубоко в центральной части мозга. Именно этой части мозга мы обязаны способностью переключать внимание с одного объекта на другой, переключаться с одной мысли на другую и видеть различные варианты решений. Считается, что поясная извилина также отвечает за ощущение безопасности.

Эти структуры образуют связи между лимбической системой и гипоталамусом, таламусом и корой головного мозга. Сама по себе лимбическая система играет центральную роль в контроле эмоциональных реакций.

Левое и правое полушария

Помимо рассмотренных выше областей, мозг разделен на левую и правую половины или полушария. В первом приближении они кажутся зеркально симметричными.

Важно отметить, что за исключением относительно небольшого числа срединных структур, части головного мозга парные ( левое и правое миндалевидное тело, левый и правый гиппокамп, височные доли и.т.д.

) По своим функциям они часто специализированы.

Каждое полушарие контролирует противоположную сторону тела. Если инсульт происходит в правом полушарии, ваша левая рука или нога могут оказаться ослабленными или парализованными.

Принято считать, что левое полушарие — более аналитическое, а правое активнее вовлечено в творческие и интуитивные процессы. Однако доказательств, подтверждающих особые функциональные различия между полушариями нет.

Тем не менее, существуют некоторые важные различия между этими областями.

В левом полушарии находится область, контролирующие речь и язык (называемые зона Брока и область Вернике соответственно), а также математические вычисления и поиск фактов.

Самый сложный орган тела человека состоит из множества областей, связанных между собой. Нейроны внутри каждой области взаимодействуют достаточно сложным путем. Поэтому, говоря об обеспечении высших функций мозга, не стоит «привязывать» определенную функцию к определенной области. Лучше сказать, что некая конкретная область имеет отношение к эмоциям, речи и памяти.

Точно также не стоит забывать о том, что человек — это не только мозг, но еще и тело. Понять работу мозга, не рассматривая взаимодействие мозговых систем с различными системами организма нельзя.

Иногда это очевидно — помните реакцию «бей или беги»? В стрессовой ситуации мозг реагирует повышением бдительности, внимания и улучшением памяти, выбрасывая в кровь «гормоны стресса»: эпинефрин, норэпинефрин и кортизол.

Фраза «в здоровом теле — здоровый дух» — как раз об этом.

Сегодня можно сказать, что большое количество белых пятен исчезло с карты мозга. Мы хорошо представляем, как работает одна нервная клетка, выявляем и лечим многие болезни мозга и даже понимаем механизм возникновения чумы ХХI века — депрессии. И несмотря на то, что работы еще хоть отбавляй, мы на правильном пути.

Мы продолжим рассказывать вам о самом сложном органе простым языком. Следите за обновлениями.

• Используемые материалы:
• Материал подготовлен специально для Critical Thinking
• Любовь Соковикова
• Редактор: Виталий Соковиков

Обнаружили ошибку или у вас остались вопросы? Напишите нам: [email protected]

Источник: https://crithin.livejournal.com/3078.html

Как работает мозг?

Этот пост написан по мотивам лекции Джеймса Смита, профессора Висконсинского университета в Мадисоне, специализирующегося в микроэлектронике и архитектуре вычислительных машин. История компьютерных наук в целом сводится к тому, что учёные пытаются понять, как работает человеческий мозг, и воссоздать нечто аналогичное по своим возможностям.

Как именно учёные его исследуют? Представим, что в XXI веке на Землю прилетают инопланетяне, никогда не видевшие привычных нам компьютеров, и пытаются исследовать устройство такого компьютера.

Скорее всего, они начнут с измерения напряжений на проводниках, и обнаружат, что данные передаются в двоичном виде: точное значение напряжения не важно, важно только его наличие либо отсутствие.

Затем, возможно, они поймут, что все электронные схемы составлены из одинаковых «логических вентилей», у которых есть вход и выход, и сигнал внутри схемы всегда передаётся в одном направлении.

Может быть, инопланетяне разгадают роль тактового сигнала и обратной связи; но вряд ли они смогут, изучая современный процессор, распознать в нём фон-неймановскую архитектуру с общей памятью, счётчиком команд, набором регистров и т.п.

Дело в том, что по итогам сорока лет погони за производительностью в процессорах появилась целая иерархия «памятей» с хитроумными протоколами синхронизации между ними; несколько параллельных конвейеров, снабжённых предсказателями переходов, так что понятие «счётчика команд» фактически теряет смысл; с каждой командой связано собственное содержимое регистров, и т.д. Для реализации микропроцессора достаточно нескольких тысяч транзисторов; чтобы его производительность достигла привычного нам уровня, требуются сотни миллионов. Смысл этого примера в том, что для ответа на вопрос «как работает компьютер?» не нужно разбираться в работе сотен миллионов транзисторов: они лишь заслоняют собой простую идею, лежащую в основе архитектуры наших ЭВМ.

Моделирование нейронов

Кора человеческого мозга состоит из порядка ста миллиардов нейронов. Исторически сложилось так, что учёные, исследующие работу мозга, пытались охватить своей теорией всю эту колоссальную конструкцию. Строение мозга описано иерархически: кора состоит из долей, доли — из «гиперколонок», те — из «миниколонок»… Миниколонка состоит из примерно сотни отдельных нейронов.

По аналогии с устройством компьютера, абсолютное большинство этих нейронов нужны для скорости и эффективности работы, для устойчивости ко сбоям, и т.п.; но основные принципы устройства мозга так же невозможно обнаружить при помощи микроскопа, как невозможно обнаружить счётчик команд, рассматривая под микроскопом микропроцессор. Поэтому более плодотворный подход — попытаться понять устройство мозга на самом низком уровне, на уровне отдельных нейронов и их колонок; и затем, опираясь на их свойства — попытаться предположить, как мог бы работать мозг целиком. Примерно так пришельцы, поняв работу логических вентилей, могли бы со временем составить из них простейший процессор, — и убедиться, что он эквивалентен по своим способностям настоящим процессорам, даже хотя те намного сложнее и мощнее. На рисунке, приведённом чуть выше, тело нейрона (слева) — небольшое красное пятнышко в нижней части; всё остальное — дендриты, «входы» нейрона, и один аксон, «выход». Разноцветные точки вдоль дендритов — это синапсы, которыми нейрон соединён с аксонами других нейронов. Работа нейронов описывается очень просто: когда на аксоне возникает «всплеск» напряжения выше порогового уровня (типичная длительность всплеска 1мс, уровень 100мВ), то синапс «пробивается», и всплеск напряжения переходит на дендрит. При этом всплеск «сглаживается»: вначале напряжение за 5..20мс растёт до порядка 1мВ, затем экспоненциально затухает; таким образом, длительность всплеска растягивается до ~50мс. Если несколько синапсов одного нейрона активизируются с небольшим интервалом по времени, то «разглаженные всплески», возбуждаемые в нейроне каждым из них, складываются. Наконец, если одновременно активны достаточно много синапсов, то напряжение на нейроне поднимается выше порогового уровня, и его собственный аксон «пробивает» синапсы связанных с ним нейронов. Чем мощнее были исходные всплески, тем быстрее растут разглаженные всплески, и тем меньше будет задержка до активизации следующих нейронов.

Кроме того, бывают «тормозящие нейроны», активация которых понижает общее напряжение на связанных с ним нейронах. Таких тормозящих нейронов 15..25% от общего числа.

У каждого синапса своё «сопротивление», понижающее входящий сигнал (в примере выше — со 100мВ до 1мВ).

Это сопротивление динамически подстраивается: если синапс активизировался сразу перед активацией аксона — то, видимо, сигнал с этого синапса хорошо коррелирует с общим выводом, так что сопротивление понижается, и сигнал будет вносить больший вклад в напряжение на нейроне.

Если же синапс активизировался сразу после активации аксона — то, видимо, сигнал с этого синапса не имел отношения к активации аксона, так что сопротивление синапса повышается.

Если два нейрона связаны несколькими синапсами с разной длительностью задержки, то такая подстройка сопротивлений позволяет выбрать оптимальную задержку, или оптимальную комбинацию задержек: сигнал начинает доходить именно тогда, когда от него больше всего пользы.

Таким образом, модель нейрона, принятая исследователями нейронных сетей — с единственной связью между парой нейронов и с мгновенным распространением сигнала от одного нейрона к другому — весьма далека от биологической картины.

Кроме того, традиционные нейронные сети оперируют не временем отдельных всплесков, а их частотой: чем чаще всплески на входах нейрона, тем чаще будут всплески на выходе.

Те детали устройства нейрона, которые отброшены в традиционной модели — существенны или несущественны они для описания работы мозга? Нейробиологи накопили огромную массу наблюдений об устройстве и поведении нейронов — но какие из этих наблюдений проливают свет на общую картину, а какие — лишь «детали реализации», и — как и предсказатель переходов в процессоре — не влияют ни на что, кроме эффективности работы? Джеймс считает, что именно временны́е характеристики взаимодействия между нейронами и позволяют приблизиться к пониманию вопроса; что асинхронность так же важна для работы мозга, как синхронность — для работы ЭВМ.

Ещё одна «деталь реализации» — ненадёжность нейрона: с некоторой вероятностью он может активизироваться спонтанно, даже если сумма напряжений на его дендритах не достигает порогового уровня.

Благодаря этому, «обучение» колонки нейронов можно начинать с любого достаточно большого сопротивления на всех синапсах: вначале никакая комбинация активаций синапсов не будет приводить к активации аксона; затем спонтанные всплески приведут к тому, что понизится сопротивление синапсов, которые активизировались незадолго до этих спонтанных всплесков.

Таким образом нейрон начнёт распознавать конкретные «паттерны» входных всплесков. Что самое важное, паттерны, похожие на те, на которых нейрон обучался, — тоже будут распознаваться, но всплеск на аксоне будет тем слабее и/или позднее, чем меньше нейрон «уверен» в результате.

Обучение колонки нейронов получается намного эффективнее, чем обучение обычной нейронной сети: колонке нейронов не нужен контрольный ответ для тех образцов, на которых она обучается — фактически, она не распознаёт, а классифицирует входные паттерны.

Кроме того, обучение колонки нейронов локализовано — изменение сопротивления синапса зависит от поведения лишь двух соединённых им нейронов, и никаких других. В результате этого, обучение приводит к изменению сопротивлений вдоль пути следования сигнала, тогда как при обучении нейронной сети веса изменяются в обратном направлении: от нейронов, ближайших к выходу — к нейронам, ближайшим ко входу.

Например, вот колонка нейронов, обученная распознавать паттерн всплесков (8,6,1,6,3,2,5) — значения обозначают время всплеска на каждом из входов. В результате обучения, задержки настроились на точное соответствие распознаваемому паттерну, так что напряжение на аксоне, вызываемое правильным паттерном, получается максимально возможным (7): Та же самая колонка отреагирует на похожий входной паттерн (8,5,2,6,3,3,4) меньшим всплеском (6), причём напряжение достигает порогового уровня заметно позднее:

Распознавание изображений

Источник: https://habr.com/post/250625/

Интересные особенности работы мозга

С одной стороны, работа головного мозга изучена достаточно хорошо благодаря трудам сотен исследователей и современной аппаратуре. С иной – никто из учёных не может в подробностях рассказать, как работает мозг человека. Фактически вся наука и медицина основаны на предположениях, догадках, недоразумениях, косвенных результатах экспериментов и даже вере.

Изучение функционирования этого сложнейшего и самого непонятого в мире объекта – очень перспективное занятие, как для молодых специалистов, так и для опытных учёных, медиков, психологов. Мы попытаемся привести принципы работы головного мозга человека, основываясь на результатах экспериментов и достижениях современной науки.

Что такое мозг?

Это главный орган ЦНС, расположенный и хорошо защищённый от влияния на него факторов внешней среды черепной коробкой и мозговой жидкостью. Череп защищает от сильных механических воздействий, а жидкость, в которой мозговое вещество словно плавает, играет роль амортизатора.

Он состоит из двух тесно взаимодействующих полушарий, в состав коих входят миллиарды нейронов – нервных клеток. Каждая клетка является структурной единицей и связана с соседней массой нервных отростков – аксонов.

Те, в свою очередь, являются каналами передачи нервных импульсов и связаны синоптическими связями. Сигналы (нейромедиаторы) вырабатываются самими нейронами и передаются по каналам (аксонам), причём разные типы нейронов и вещества вырабатывают различные.

Интересный факт! Известно, что все нейроны общаются между собой, даже находясь на значительном для их размеров расстоянии. Если бы это общение осуществлялось благодаря электрическим сигналам, внутри черепа «блуждали» бы огромные токи, но таковых нет.

Работа головного мозга человека достаточно подробно объяснена на молекулярном уровне, насколько это позволяет современное оборудование, но понимания того, как в результате взаимодействия миллиардов клеток головной мозг работает как единый организм, нет. Также никто не знает, какими принципами и механизмами координируется взаимодействие столь большого числа клеток.

Тут можно провести аналогии с пчелиной или муравьиной семьёй: один муравей или пчела, и даже несколько десятков или сотен особей, пускай в столь небольшой семье будут присутствовать все классы (рабочие, матка, кормящие расплод), не способны функционировать как один организм, полноценная семья. Только их число достигнет критического количества, всё встаёт на свои места, все делают своё дело, вроде кто-то всеми ими руководит со стороны.

Строение

Каждое полушарие выполняет определённые функции в организме и психической деятельности людей. Если с обеспечением существования тела картина хотя бы в общих чертах понятна, то ментальный план (мышление) для людей пока неосязаем. Как человек думает, неизвестно.

Головной мозг соединяется со спинным – массивным пучком нервных волокон, состоящим из более, чем 30 сегментов. По нему все сигналы передаются в головной мозг и обратно. Сам орган боли не чувствует, потому как не обладает нервными окончаниями.

Человеческий мозг окружен 3-мя оболочками:

• твёрдая – соединительная ткань;
• мягкая – обволакивает орган, заполняя собой все извилины, в ней не расположен ни один кровеносный сосуд;
• паутинная – расположена между предыдущими, под ней находится подпаутинное пространство, заполненное спинномозговой жидкостью, амортизирующей резкие физические перегрузки (удары).

Кора – это пара полушарий, соединенных мозолистым телом – пучком нервов. Полушария условно разделены на отделы и центры, выполняющие преимущественно управление какой-либо одной функцией организма: кровообращение, дыхание. Строение мозга очень сложное, рассматривать все аспекты физиологии органа не будем.

Функционирование

Установлено, что полушария отвечают за работу противоположных частей тела: левое, по большему счёту, заставляет работать правую часть организма, а правое – левую. Общаются они между собой посредством моста – мозолистого тела.

Правое полушарие в целом отвечает за предметно-образное мышление, которое на порядки быстрее символьного (лучше раз увидеть, чем 7 раз услышать).

Людям с развитым левым полушарием (левши) проще оперировать образами, а не числами, им трудно понимать чертежи, диаграммы и графики.

Активизация и развитие левого полушария делает левшей творческими людьми (изобретатели, писатели, асы в разного рода искусствах и видах деятельности), одним словом – творцами.

Левая часть – это абстрактно-логическая деятельность. Работа человеческого мозга с более развитым этим полушарием делает своего владельца интеллектуалом, способным врать, не видеть целостности вещей, процессов и связей между ними.

То, что не увидишь

Эмоции – от них во многом зависит деятельность как мозга, так и организма в целом.

За выделение большинства гормонов, которые управляют почти всеми процессами в теле и его эмоциональным состоянием, отвечает лимбическая система.

Недостаток или чрезмерное количество гормонов приводит к тем или иным сбоям и изменениям в функционировании организма, изменению его эмоционального состояния. Во многом работа мозга человека зависит от уровня гормонов.

Мысли и память

Споры о том, что такое мысли, где находится память и каков принцип интеллектуальной деятельности, ведутся второй век, как минимум, но ответов на вопрос нет.

Одни ссылаются на отсутствие необходимой аппаратуры, которая ещё и не создана, скорее всего, вторые утверждают, что людям на нынешней ступени развития не дано многого понять, третьи доказывают, что ответ нужно искать не только под черепом.

До сих по не найдены центры или участки, в которых хранится весь наш опыт, отвечающие за память. Предположения того, что ячейки памяти находятся где-то далеко, а не в голове, становится всё более интересными научным кругам.

Ответ, как работает эта система, скрывается в молекуле ДНК, она является ключом к пониманию многих процессов во Вселенной, в том числе и в мозгу.

Как объяснить общение клеток между собой, если пропускной способности нервных волокон для передачи сигналов явно недостаточно.

Вывод: головной мозг человека работает на совершенно иных принципах, чем предполагают учёные. И тут необходимо присмотреться к основам квантовой механики.

Ритмы

Любой вид мозговой деятельности происходит на определённых частотах работы органа – ритмы. Их два вида:

• альфа – частота 7-17 Гц, характеризуется состоянием сознательного покоя (медитация, сон);
• бета – частота около 20 Гц – излучаются мозгом почти всегда.

Что интересно, бета-ритмы соответствуют частоте стоящих электромагнитных волн, расположенных между ионосферой и поверхностью Земли (волны Шумана).

Альфа-волны частотой 7,8 Гц генерируются процессами, происходящими на Солнце и в облаках. Они задают ритм жизни на планете, им и подчиняется мозговая деятельность. 2-я гармоника резонанса Шумана равняется 14 герцам, что соответствует состоянию мозга, когда он готов обучаться – получать, усваивать и обрабатывать информацию, а также вырабатывать на её основе новую.

Если кто так и не понял, как работает мозг человека, значит всё в порядке. С одной стороны – это очень сложный орган, электрохимическая машина, работа коего издали напоминает функционирование транзистора (но очень сложного), а с иной – это не самодостаточный орган, он тесно взаимосвязан с окружающим миром, происходящими вокруг и вдали от нас процессами, а также активностью Солнца.

• Немалый процент учёных согласны, что 95-98% ДНК, относимых к мусорным генам, играют важную роль в жизнедеятельности живых организмов.
• Что такое сознание и бессознательное, сновидения, куда девается сознание во время сна или, например, получения серьёзных травм, как мозг связан с окружающей средой, куда деваются мысли, почему многие вещи мы делаем рефлекторно…вот лишь мизерная часть вопросов, ответ на которые должен дать человек в ближайшем будущем.

Источник: https://vsepromozg.ru/teoriya/rabota-mozga

Как работает человеческий мозг | CMT: Научный подход

Александр Каплан (МГУ им. Ломоносова. Лаборатория нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов) провёл в стенах университета ИТМО лекцию «Мифы и реалии мозга человека: нейроинтерфейсы, искусственный интеллект, киборги и симбиоты», в которой рассказал про работу мозга и поделился мыслями о будущем взаимодействия человека и машин.

Кадр из кинофильма «Джонни Мнемоник»

Вокруг мозга и интеллекта много мифов, которые в перспективе могут стать устойчивым знанием. Наша работа сосредоточена на том, чтобы развеять эти мифы, — Александр Каплан

Из чего состоит человеческий мозг?

Это 86 миллиардов нервных клеток. Для понимания их работы важнее изучить не сами клетки, а их контакты друг с другом — каждая нервная клетка мозга (нейрон) имеет 10-15 тысяч контактов с другими клетками. Это миллион миллиардов операциональных единиц. Наш мозг управляет 640 мышцами и 360 суставами.

Например, 1 шаг — это работа 300 мышц, а поцелуй — 34.

Наш мозг особо не изменился по сравнению с кроманьонцами. Наш мозг уникален тем, что он не меняет свою структуру под внешние условия, а изменяет окружающую среду под себя.

86 миллиардов — это много или мало?

86 миллиардов нейронов — это очень много. У таких сравнительно умных животных, как обезьяна и дельфин — по 6-8 миллиардов нервных клеток. Настоящий рекордсмен — это слон; в его мозгу 250 млрд нейронов.

Почему слон не пишет музыку и не летает в космос, если у него так много нервных клеток? Дело в том, что у слона почти все нейроны размещены в мозжечке. Слон — очень крупное животное, ему нужно координировать огромное количество мышц, чтобы двигаться. Мозжечок как раз отвечает за координацию движений.

Как учёные считают количество нервных клеток?

Откуда мы знаем про то, сколько нервных клеток в мозге живых организмов? Все эти подсчёты сделала Сюзанна Херкулано-Хузел, профессор нейроанатомии из Рио-де-Жанейро (Бразилия). Результаты своего исследования она опубликовала в 2009 году.

Сюзанна брала мёртвый мозг и взбивала его в блендере, пока не получала что-то вроде смузи. Ядра клеток довольно прочные, поэтому они не пострадали от механического воздействия лезвий. Измерив количество нервных клеток на единицу объёма мозгового смузи, Сюзанна смогла посчитать примерное количество нейронов в мозгу человека, слона или дельфина.

Джонс — наркозависимый бывший военный дельфин из фильма «Джонни Мнемоник». Развитый интеллект этого дельфина позволял животному взламывать системы безопасности противника.

Как мы видим то, что мы видим?

Наши глаза — настоящее природное чудо. Свет фокусируется и попадает на дно глазного яблока, на котором располагаются примерно 120 миллионов светочувствительных «колбочек».

Нервные клетки возбуждаются и отправляют по нервному каналу электрический разряд, попадающий в заднюю часть мозга. Но эти разряды не несут в себе никаких изображений, как в компьютере.

После того, как отдел мозга получает электрический разряд от «колбочек», происходит реконструкция изображения.

На основании прошлого опыта. Здесь есть опасность, что мы можем обмануться в том, насколько соответствуют наши внутренние психические образы реальным.

Что такое красный цвет? Откуда мы вообще знаем, что красный — это красный, а зелёный — это зелёный? Цвет является результатом общественного договора. Большинство людей считают так.

Наша внутренняя психическая модель образа зависит от общественного мнения.

На протяжении всей жизни мы выстраиваем модель окружающего нас мира. Эта модель невероятно сложна. В ней мы учитываем даже физические законы, иначе мы бы не могли предсказать самим себе, как полетит мяч, например. Мы подгоняем реальность под нашу индивидуальную модель мира, и картина мира в мозгу достраивается постоянно.

Кадр из кинофильма «Матрица». Мир «Матрицы» является нейроинтерактивной моделью Земли конца XX века. Можно сказать, что принципы моделирования окружающего мира мозгом человека перешли и в Матрицу.

Наш мозг испытывает потребность в достраивании этой модели. Это желание побуждает нас изучать мир вокруг. Наша ментальная модель напрямую зависит от опыта.

Какой у нас объём памяти?

В мозге есть синапсы — контакты между нервными клетками. Эти контакты выступают в роли ячеек памяти. Память кодируется в конфигурации связей между этими синапсами.

Сам по себе синапс не очень скоростной. Время его отклика составляет 0,1 секунды, что крайне долго в сравнении с вычислительными возможностями современных компьютеров. Чтобы повысить свою скорость работы, синапсы действуют сообща. Такое сетевое распределение значительно повышает скорость работы мозга.

На сегодняшний день раскрытие тайны кодирования информации в мозге — наиболее финансируемая часть исследований нейронауки. Чтобы узнать это, учёные занимаются моделированием мозга и его работы — специальными рентгеновскими ножами они разрезают мозг на тончайшие пластинки, которые затем сканируются и «картографируются».

Мозг — это не вычислительная, а пространственно-распредёленная система.

Каковы ресурсы мозга?

На сегодняшний день неврологические заболевания стали более летальными, чем сердечно-сосудистые заболевания и даже онкология. Можно сделать вывод, что наш мозг «упёрся в потолок» и исчерпывает свои ресурсы. Чтобы разгрузить наши головы, мы развиваем искусственный интеллект и системы автоматизации вычислительных модулей.

Сейчас ни в одном уголке мира нет настоящего искусственного интеллекта. По сути всё, что мы имеем сейчас — лишь эволюция калькуляторов. Мы не знаем, что назвать искусственным интеллектом, потому что не знаем, какой процесс назвать интеллектуальным, а какой — вычислительным.

Кто такой Homo augumenticus?

Александр Каплан считает, что будущее — за технологиями, которые используют различную периферию для расширения возможностей мозга по управлению техникой.

Например, Илон Маск (CEO Tesla и основатель компании Space X) создал компанию «Neuralink». Маск понимает, что для расширения возможностей мозга нужен интерфейс между мозгом и технической «надстройкой».

Кампания «Neuralink» призвана разрабатывать такие интерфейсы.

Кадр из кинофильма «Матрица»

Возможно, в будущем машины будут скрещены с человеком посредством нейроинтерфейсов. Люди станут так называемыми симбионтами — совсем как в серии видеоигр Deus Ex).

Трейлер к видеоигре Deus Ex: Mankind Divided показывает будущее, в котором люди массово пользуются различными улучшениями для тела. Такими, как многофункциональные протезы конечностей, имплантаты и многое другое.

Влад ЧертыковВпервые опубликовано в журнале «NEWTONEW», 12.05.2017

Источник: https://cmtscience.ru/article/kak-rabotaet-chelovecheskiy-mozg

Как работает мозг. Мечты

Сегодня мы рассмотрим такие вопросы как: что такое мозг, из чего он состоит, какие функции выполняет и каким образом мы мыслим, вспоминаем и принимаем решения.

Что такое головной мозг и из чего состоит?

Это наш центральный процессор, системный администратор нашего тела, это орган ЦНС (Центральной нервной системы). От животных мы отличаемся способностью мыслить и прогнозировать, принимать невыгодные решения, но во благо других людей.

Почти 80% мозга состоит из воды (в основном в цитоплазме клеток), а еще 10-12% липидов (жира) и 8% протеина.

Хотя на его долю приходится всего 2% от массы тела, головной мозг использует полностью 20-25% поставок организмом кислорода, питательных веществ и глюкозы (в качестве топлива), все из которых поставляются постоянным потоком крови.

Головной мозг защищен толстыми костями черепа и гематоэнцефалическим барьером, но характер (как сложной системы) человеческого мозга, тем не менее, делает его неустойчивым ко многим видам заболеваний.

Около 100 миллиардов нейронов передают сигналы друг другу с помощью 1000 триллионов синаптических связей. Происходит постоянный приток и анализ различной информации из вне.

Мозг отвечает за контроль всех телесных действий и функций. Это также центр мышления, обучения и памяти. Мозг дает нам способности, чтобы думать, планировать, говорить, представлять, спать, использовать разум и эмоции.

Как мы размышляем?

В данный момент вы читаете этот текст, вы видите каждую букву, понимаете ее. Разберемся, почему же вы понимаете, что читаете и, твердо убеждены в правильности своих мыслей.

Это задача не из легких, но любую задачу можно решить, применив метод анализа, тоесть дробления сложного вопроса на понятные элементы, соответствующую статью CleverMind.ru скоро выпустит.

1. Органы чувств. Они так называются, потому что взаимодействуют с окружающим вас миром. Выделяют 6 органов чувств: глаза, уши, нос, кожа, язык и вестибулярный аппарат. У животных в процессе эволюции были развиты еще и эхо-локация, ощущение магнитного поля Земли и другие чувства.

С органами чувств разбираться глубоко не будем, итак понятно, что такое кожа или уши. Но вернемся к нашему примеру, мы читаем, задействуем свои глаза. Что происходит дальше.

1. Рецепторы. Любой из органов чувств имеет свои рецепторы, это нервные клетки находящиеся «в связке» с каким-либо органом чувств. Рецепторы в глазах трансформируют картинку от глаз, упорядочивают ее. Систематизируется информацию об оттенках цветов, которые вы видите, где какой цвет находится, о различных физических предметах и их местоположении в пространстве, о многих других вещах. Вся систематизируемая информация направляются во вставочные нейроны.

В нашем примере с чтением, на этом этапе, вы еще ничего не понимаете.

1. Вставочные нейроны. Это нейроны-посредники, они получают информацию от рецепторов и меняют ее в электрические сигналы. Что-то наподобие азбуки Морзе, только вместо букв и точек мы имеем картинку перед нашими глазами и эти самые электрические сигналы. Весь этот поток «летит» к коре головного мозга, к нейронам, находящимся в нем. Представьте, что нейрон – это проходная комната. И первыми «открывают дверь в комнату» дендриты.

Ваш мозг все еще не понимает слов.

1. Дендриты – это «входная дверь» в нейрон, уже в мозге (на самом деле информация может «пробить стену и влететь в нейрон» и без двери). Дендрит ПОНИМАЕТ, что пришла какая-то информация. Но сам он нифига не понимает, что это значит. Для него вы читаете что-то вроде «N?n h?o, w? de x?nx?», непонятные слова, ошибка 404. Дендрит отправляет эту информацию в «дверь выхода» — аксон.
2. Аксон в нервной клетке имеет множество ответвлений, он ищет совпадения поступающей информации в других нейронах. И находит их! Ваш мозг, ВНЕЗАПНО, осознает, что знает русский язык, так как информации полно в других нейронах. И «дорожки» от одного нейрона к другому постоянно используются, они надежные, крепкие. Параллельно с этим, в аксонах вырабатываются нейромедиаторы, отвечающие за наше настроение, энергию и здоровье. И вот нейроны поздравляют друг друга нейромедиаторами за «взаимное согласие и понимание».

Вот как работает мозг в познавательной деятельности!

Резюмируя: глаза/уши/язык..

собирают информацию, она накапливается в соответствующих рецепторах, те ее структурируют и посылают во вставочный нерв, где она трансформируется в электрические сигналы, эти сигналы принимают нервные клетки и их дендриты в коре мозга. Дендриты направляют эту информацию в аксон «на поиск соответствия». Аксон «ищет совпадения» через нейронные связи с другими нейронами. Все это происходит за доли секунды.

Если аксон не находит «совпадения», то создается тоненькая связь с новым нейроном (да, они все-таки создаются). Чем больше вы учите новой информации – тем больше создается связей и тем они крепче.

Обратное правило: если вы не учите что-то, забываете, то связи становятся тоньше. Но их можно быстро восстановить!

А. Представьте, что вы впервые сели за руль. Вокруг столько кнопочек, 3 педали (ну или 2), всякие коробки, зеркала, так еще нужно представлять габариты автомобиля, понимать, «проеду ли я тут?». И ведь вы вроде знаете, что «выжимаем тормоз, снимаем с ручника…». Вы пробуете это делать, но руки не слушают, ноги, случайно, педали выжимают не до конца, забыли включить фары и т.д. Что происходит?

Связи между нейронами, где хранится память о вождении авто есть, но нет связей проходящих к мышцам. Цель обучения – создавать и укреплять эти нервно-мышечные связи и создавать новые между нейронами в мозге. Чем больше учишься – тем больше связей между нейронами и тем они крепче.

Замечали, как быстро вы выключаете будильник по утрам?) Б.

На вас летит кирпич! Типичная ситуация, с кем не бывало) Как только вы это осознаете, вы не ищете связи между нейронами с памятью о физике, вы не думаете, что «судя по его траектории, он пролетит мимо» или «он небольшой и попадет в плечо, а у меня толстая куртка и я ничего не почувствую».

Как только до дендритов доходит информация «о летящем на вас кирпиче», вся логичность просто выключается, за дело берутся инстинкты, и вы отпрыгиваете, даже если у вас болит нога/спина/живот и вообще вам лень. Где есть угроза жизни – рулят инстинкты. Где нет – происходит поиск в нейронах мозга и нервно-мышечных связях.

В. Ищете ручку. Вам поступил важный звонок, нужно кое-что быстренько записать. Вы начинаете искать ручку, ищете глазами, спрашиваете у кого-то, нигде нет. Мозг работает очень активно, проверяются десятки тысяч связей между нейронами.

Вырабатываются стрессовые нейромедиаторы, которые подгоняют мозг, как суровый офицер в армии гоняет солдат.

Стресса еще больше, вдруг начинают проверяться альтернативные варианты как записать, и вы записываете на своем же телефоне, на компьютере, забираете чужой мобильник и там пишете, пытаетесь запомнить. Вам уже плевать на все, нужно тупо записать.

Теперь понимаете, почему вы можете потерять дома мобильный, но никогда полностью не разучитесь водить машину.

И еще! Наверно вы слышали, что продавцы в магазинах часто дают подержать товар в руки – это не просто так! Таким образом у вас задействованы почти все органы чувств, вы видите товар, чувствуете его, еще и продавец его нахваливает (звук) – нейроны и связи создаются очень быстро. Быстрее, чем вы бы просто прочитали обзор на этот товар. Вот такая тонкая психология.)

   Как мы мечтаем?

Мы можем мечтать абсолютно где угодно и когда угодно, это очень важная функция мозга! Мечты расслабляют человека, придают ему оптимизма, что, в конечном итоге, положительно сказывается на его отношении к окружающему миру. Ведь каким мы видим мир – такой он и есть.

Мечты добавляют осмысленность, логичность в нашу жизнь, как бы это странно не звучало. Они показывают к чему нам стремиться, и пока мы стремимся к мечте – мы счастливы.

Традиционно считается, что за мечты отвечает правое полушарие головного мозга. Формально это не совсем так, человек активно мечтает, когда «выключена» логика и рациональность + вырабатываются нейромедиаторы: эндорфин, ГАМК, серотонин, мелатонин. Необязательным условием является подавление «возбуждающих» нейромедиаторов.

Вспомните свое состояние, перед тем как начинаете мечтать, это монотонное и рутинное действие, когда вы не решаете никаких задач и нет стресса и «отключаетесь». Что происходит в голове в момент «отключения» от реальности? Рассмотрим на примере.

Достаточно лишь одной маленькой, но приятной мысли. Вы идете по знакомой улице, ничего не мешает, не спешите, нет медведей и других опасностей. Заметили красивое дерево, оно вам напомнило что-то приятное.

Аксон помог найти эту информацию в каком-то нейроне и выработал положительные нейромедиаторы.

Нейромедиаторы попали в клетку с этим воспоминанием, та, в свою очередь, «обрадовалась» этим положительным моментом и направила и в свой аксон запрос на поиск совпадений. Тот находит их очень быстро и их тысячи, везде вырабатываются положительные нейромедиаторы.

Аксоны активно ищут еще больше совпадений, и вот уже условно весь мозг рад) Он стремится продлить это воспоминание и «дорисовывает» еще больше красок + вы уже фантазируете о будущем, теперь «совпадения не ищутся», а «создаются» исходя из прошлых событий.

— А как пройти до улицы Ленина? — кто-то вас спросил.

Так, встряска, норадреналина нам, глутамата, «отрубить» весь мелатонин… Мозг очень быстро перестраивается, что от нас хотят? Как пройти до Ленина, аксонам приказываю искать ответ в нейронах…

(Через 2-3 секунды вы отвечаете) – А, это вам туда до упора.

Вы, вдруг, осознаете, что не помните, как прошли последние 100-200 метров. Ведь только что были «шашлыки, озеро». Случалось?

   Итог:

1. Мозг – очень сложная система примерно с квадриллионом связей между нейронами. Другое дело, что одни мы используем постоянно и они крепкие, надежные. Другие слабые – то, о чем мы не вспоминаем, они постепенно отмирают.

   Познавая новое – на месте старых нейронов создаются новые.

2. Обычно мозг работает через органы чувств, рецепторы, вставочные нейроны, нейроны, дендриты и аксоны. Память и мечты изначально «копаются в нейронах», без применения органов чувств.

3. В зависимости от обстоятельств мы мыслим по-разному.
4. Мы рассказали поверхностно, ибо тема эта очень очень глубокая, возможно потянет даже на целую книгу. В любом случае, после прочтения этой статьи, мы думаем у вас появились несколько новых связей между нейронами.

Удачи в обучении, впереди много интересного и познавательного.

Источник: https://clevermind.ru/kak-rabotaet-mozg-i-mechty/