2017: умерено объркан преглед на годината в невронауката

Дойдохме, видяхме се, пазарувахме малко

Кредит: Pixabay

Какво по дяволите. Съжалявам, искам да кажа: здравей, и добре дошли в прегледа на The Spike за 2017 г. на годината в невронауката. Благодаря на всяко преминаващо божество, което се случва за слушане, не е нужно да пиша рецензия за годината в политиката. Комбинираната злонамерена некомпетентност на президента на САЩ и правителството на Обединеното кралство вероятно ще изчерпа всички възможни преследвания на условията на злоупотреба до юни 2018 г .; след това техните все по-ограничени решения и произнасяния ще преминат без отговор, защото ще използваме All The Words. Всеки един. Дори френските. Va te faire foutre Тръмп, например.

Мозъци. За това сме тук. Като зомбита, но с образование. Тази година имаше много звук и ярост в невронауките. Публикациите в Highbrow като Quanta и MIT Technology Review са избухнали от невронаучни истории. Нейрон публикува толкова много статии на мнения, че те трябваше да им посветят цял ​​кървав въпрос. Ако има някакъв признак, че една област на науката е достигнала връх горещ въздух, това е, че едно от елитните й списания издава брой без наука. И Neuron публикува две в рамките на 12 месеца (аз съм наясно с иронията да се оплаквам от мнения в блог, благодаря). Звук и ярост; и много силни претенденти за Нобеловата награда в изказването на Bleedin 'очевидни.

Но какво ти липсваше сред malestrom? Тук за вашето изтриване са четири изпращания, пристигнали през 2017 г. от по-езотеричните достижения на невронауката. Видът на невронауката, която може да се окаже епохална; или просто обикновен стар интересен. И какво повече може да пита човек?

(1) Спя малко червейче, не плачи; Мануел ще ти изпее приспивна песен

Сънят е много великолепно нещо. Той ни ревитализира и прочиства мозъка ни. Изглежда съществено за ученето и за креативността. Всички бихме искали повече от него. Без него умираме. Бозайниците се нуждаят от сън толкова зле, че, лишени от сън, парченца от мозъка си ще отидат да спят независимо от останалите, докато животното прави неща. С неудобни последици. Ужасно изоставащите от джета участници на международни конференции ще разпознаят това като ухапване по време на сесията за плакати, където вкарвате главата си първо в таблото за плакати, докато явно все още говорите, защото парченца от моторната ви кора са отишли ​​„боже, това е скучно, аз съм отивам да спя".

Затова всички бихме искали да знаем повече за това как мозъкът спи. Но мозъците са големи зловещи зверове - как можем да изучим как цял мозък отива да спи? Мануел Цимер и неговият екип постигнаха решение: проучване на съня в мъничкия червей C Elegans. Да, очевидно червеи с 302 неврона в цялото си тяло заспиват. Технически той навлиза в състояние на летаргус: червеят отива офлайн, но има малко доказателства, че мечтае (освен този ужасяващ повтарящ се кошмар, че е хванат да яде бактерии с отворена уста).

Цимер и екипът ни показаха нервната активност да обикаля целия мозък, докато червеят се завърта (и се извива), след което рязко спира, докато червеят спи. Около 75 процента от нейните неврони се затварят изцяло; а останалите продължават да бъдат активни, но по начин, който не е свързан с тяхната активност в събуждането. С други думи, те влязоха в различно глобално състояние - такова, което много приличаше на случайна разходка около фиксирана точка (ако се вълнувате от такива неща. Кой съм аз. Но тогава кодирам динамични модели на системи за забавление. Така че, знаете, не приемайте думата ми за това). Това, което получихме тук, е да разглеждаме съня не като нещо, създадено от някаква подробна, дискретна „схема“ на съня, а като превключвател в състоянието на динамиката на целия мозък.

Но тази книга беше забележителна и по дълбочината на нейното съдържание. Често се оплакваме, че документите в най-елитните научни списания, „Натури и науки“, са пълни с уста и без панталони: те отчитат невероятни резултати при най-малкото доказателство. Но този документ, в Science, прекара първите няколко страници за задълбочена и подробна характеристика на това, как едва доловимо различни родове на C Elegans (всички едни и същи видове, помнете) са имали различни способности да изпаднат в летаргично състояние и как това се е променило спрямо техните развитие. Беше като огън на дълбока наука: без голяма картина, нищо наперен, но дълбока внимателна работа за намиране на точния тип червей, най-подходящ за въпроса какво се случва, когато червеите спят. В науката. Луди глупости. Има ли надежда още?

(2) Искате ли да чуете гласове?

Слухови халюцинации. Човек би си помислил, че това е дребнава трудна задача за обективно изследване, тъй като те практически определят личното субективно преживяване. (Претенциозно, мое?) И все пак, тъй като халюцинациите са изтощителна отличителна черта на шизофрения и други когнитивни разстройства, знаейки нещо за това как мозъкът ги създава, би било доста полезно. Тази година Фил Корлет и съучастници се удариха върху кокетната идея: защо да не създадете слухови халюцинации както при здрави хора, така и при хора, които спонтанно страдат от тях? Защото ако след това измерим разликата в това колко лесно е да създаваме халюцинации в двете групи, може да научим нещо за това как мозъците на халюцинаторите действат различно.

Защото се оказва, че можем да накараме обикновените хора да имат слухови халюцинации. Нищо страшно, просто да чуя нещо, което го няма. Това е обезоръжаващо просто: сдвоете светкавицата на светлината с кратък звук, който можете почти да чуете. Правете това много. След това просто мигайте светлината самостоятелно. Дори обикновените хора съобщават, че чуват тона в добър процент от времето. И така, основата на това ново изследване беше: нека да направим това и при хора, които вече чуват слухови халюцинации и да попитаме дали чуват повече халюцинирани тонове? И ако да, защо?

Отговорът беше: да, да. Много повече. И за много по-тихи звуци също. Но ключовото разбиране тук беше, че авторите са използвали тези данни, за да направят модел на "защо". И отговорът беше, предвидимо - предсказване. Тези двойки светлина и звук настройват мозъка да прави прогнози. Той предсказва, че светлината означава, че звук също присъства. Така че, когато светлинната светкавица идва сама, мозъкът върви напред и прогнозира звук, когато няма такъв. При обикновените хора понякога това предсказание печели срещу сетивните доказателства, че не е имало звук и се чува звук там, където никой не трябва да бъде намерен. Но в халюцинаторите това предсказване доминираше, така че те чуха много повече измислени звуци.

Което се вписва в интересна теория за халюцинациите, че те се появяват, когато мозъкът започне да добавя твърде много доверие към прогнозите, които прави, вместо да използва информацията, идваща от външния свят. Като футболни умопомрачители. По принцип теорията за халюцинациите какво-по дяволите е-Алан-Шиърър говори-за-сега-направи-дори-дори-гледа-че-съвпадение.

(3) Голямо списание публикува нулев резултат Заглавието на този бит не е типографска грешка. eLife публикува документ, който почти изцяло се отнася до липсата на ефект.

Още през 2004 г., силно влиятелна статия в Science, предполага, че пациентите с болестта на Паркинсон, които са напускали и изключвали лекарствата си с допамин, изглежда са научили различни неща за една и съща задача. Тези на лекарства се научиха да избират опции, които най-вероятно ще бъдат възнаградени, което предполага, че са се научили най-добре от положителни отзиви. Онези, които не са приемали лекарства, се научиха да избягват варианти, които най-малко вероятно ще бъдат възнаградени, което предполага, че са се научили най-добре от отрицателна обратна връзка (т.е. от липса на награда). Това откритие предизвика цял начин на мислене за това как допаминът контролира обучението чрез въздействието му върху бучките неврони, които наричаме базални ганглии.

Документ от 2012 г. предполагаше, че нещо е нередно. Там Shiner и съобщават, че действително пациентите, които са на прием и извън лекарствата, могат да научат задачата еднакво и да я научат също толкова добре, колкото контролна група. Но това, което пациентите не можеха да направят, беше да обобщи това, което бяха научили, когато се сблъскаха с нови комбинации от опции - те не бяха в състояние да вземат наученото и да го използват по нови начини. И така, кой беше? Променя ли допаминовите лекарства стила на учене или способността за адаптиране на научената информация към нов избор?

Целта на проучването eLife тази година от Liz Coulthard, ръководено от Джон Гроган, беше да стигне до дъното на мистерията, като повтори цялото проучване отново и във всички възможни комбинации дали пациентите са били на или не на лекарства по време на учене или по време на тестване. И не намериха нищо, nada, niente, не наденица. Пробвай всички. Те не откриха разлика между пациентите и няма разлика между пациентите и контрола върху нищо. И го намерих три пъти. Много убедителен нулев резултат, всичко казано.

Огромен обем работа, без „положителен“ резултат и все пак публикуван в елитно списание. Лекият недостатък е, че схващането ни за допамин сега е още повече като панда с езика си, уловен в кубката на Рубик: болезнено озадачена.

(4) Превръщане на една нервна система в друга.

На много въпроси как работят мозъците не може да се отговори при сложни животни. Неща като: може ли едно и също поведение да възникне от различни невронни вериги?

Пол Кац знае как да заобиколи тези проблеми: използвайте тъпи като морски безгръбначни. В една феноменална творба, за която невролозите на бозайниците могат само да мечтаят, Сакураи и Кац взеха два тясно свързани вида плувни морски охлюви и показаха, че въпреки че имат едно и също плувно движение и много подобни неврони, свързването между тези неврони е различно , Същото поведение, същите неврони, но различни вериги.

Ритмичните движения като плуване се произвеждат от вериги, които се самоосцилират, които имат неврони, спукани с активност на редовни интервали, като всеки спукване води до свиване на мускула. Така че S&K каза: точно, така че тези две вериги трябва да произвеждат едно и също спукване, но по различни начини. За да докажат това, те блокираха синапсите на една и съща двойка неврони и при двата вида. При единия вид това позволява на другите неврони да попаднат в модели на бавно разрушаване, които не се подредиха точно. В другата тази блокада тотално унищожи спукване. Същите неврони, различни ефекти.

Тези два морски охлюви имат общ прародител. Така че тези две различни вериги предполагат, че еволюцията е задвижвала различно окабеляване на тази верига, но въпреки това е запазила същото поведение. Еволюцията тук действаше върху проводниците между невроните, а не върху типовете неврони, нито по отношение на видовете предаватели, които са използвали. Ако е вярно, това би трябвало да означава, че можем да вземем една верига и да я пренасочим, за да съответства на другата, и да завършим със същите модели на стрелба и в двете. Някои научни фантастични губета точно там. Искам да кажа, представете си, ако можехме това.

Ние можем. Точно това направи S&K.

Като начало те опростиха задачата си, като блокираха отново една и съща двойка неврони, сваляйки схемата до само четири неврона и при двата вида. Отново получиха бавно, неправилно спукване в едно; и копка всички в другата. Всичко, което беше различно, бяха две връзки в бавно разрушаващата се верига, които липсваха във веригата за копка. Така че те сами са направили тези връзки - направиха изкуствени синапси. Те записват от изходния неврон, преобразувайки изхода на невроните в прогнозирания набор от малки колебания, които би трябвало да предизвика в неврон в другия край; и инжектира получения сигнал като електрически вход в целевия неврон. Voila, изкуствен синапс. Изплакнете и повторете и за двете липсващи връзки.

И ето, веригата за копка започна бавно, погрешно спукване по едни и същи начини във всички едни и същи неврони. Те превърнаха нервната система на едно животно в нервна система на друго животно.

Този висок хленчещ звук, който можете да чуете, е неврологът на бозайниците тихо кипи от ревност. Морски смоки рок (защитата на доктора на Анджела Бруно):

И 2017 г. имаше толкова много повече. Рафаел Юсте най-накрая трябва да запише ВСИЧКИ НЕУРОНИ (е, Кристофър Дюпре записа всички неврони). Променящата играта сонда Neuropixels, проследена в миналогодишния преглед, най-накрая беше публикувана. Елсайд и Кънингам зададоха неудобния въпрос: знаете ли всички онези вълнуващи неща, които продължаваме да откриваме в голяма популация от неврони - знаете ли, тези документи от природата - ами ако те са само артефакти на събиране на много единични неврони с наистина скучна настройка и нищо общо със специалния сос от „населението“? Дадоха ни куп начини да тестваме; и открих, че има някакъв специален сос в края на краищата. Пфу. Отбелязахме 200-годишнината от „Есе на треперещата парализа“, тракта от Джеймс Паркинсън, който стартира систематичното изследване на неврологичните разстройства. И открихме, че „научните доклади са намалели за четене през последните няколко десетилетия“ - авторите пропускат иронията на това изречение. Да, думите, използвани в научните трудове, с времето стават по-сложни. И най-лошият нарушител? Генетика. Но ние знаехме това вече.

Едно нещо, което учените може би недооценяваме е, че - ако обръщате внимание - непрекъснато ще чувате добри новини. На напредъка в нашето разбиране за природния свят; на технологичните пробиви; от медицински чудеса. И в тези идиотски времена на раздробен национализъм, ние чуваме за страните, които работят заедно, за сътрудничеството, което надхвърля всички различия.

ITER достигна половината път. С ядрения синтез може би единственото жизнеспособно постоянно решение на нашите едновременни въглеродни и енергийни кризи и ITER е единственият опит на масата да го накара да работи комерсиално в близко бъдеще, връщането му на път може да бъде само чудесно нещо. И като сътрудничество между 35 държави, които в исторически план не се справят така добре (включително САЩ, Русия, Китай от една страна, и Китай, Япония и Корея от друга), това също означава, че все още можем стегни се.

Още по-добре, тази година се отвори нов синхротрон. Чудесно, мислиш, друг източник на светлина с висока интензивност за гледане на кристали. Whoop дьо Doop. А, но този е единственият синхрон на Близкия изток. Базиран в Йордания, но изграден от сътрудничество между Иран, Йордания, Египет, Израел и Палестина. Ще те оставя да се върнеш и отново да прочетеш този списък с държави. Науката отново надхвърля конфликта и политиката.

О, и го нарекоха: Синхротрон-светлина за експериментална наука и приложения в Близкия Изток. Да, официалният акроним е: SESAME. А проектът за официално финансиране? Сезам отвори се. За смях. Ще бъдем наред.

Искам още? Следвайте ни в The Spike

Twitter: @markdhumphries