Александр Волошин – Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе (страница 71)
Рисунок 64 Флейта окарина
Примечательно в этих музыкальных инструментах – то, что они способны менять свои акустические свойства, не изменяя объёма, а только открывая и закрывая отверстия в корпусе. Я не утверждаю, что именно по такому принципу могут храниться биты информации в нейроне. Но, что-то в этом есть. Тем более что других предположений на сегодняшний день не много.
И совсем уж смелое предположение. Если допустить, что нейрон принципиально подобен окарине, и количество бит информации зависит от количества дендритов. Да это же просто невообразимый объём информации, несоизмеримо превосходящий все современные предположения.
История будущего. Заключение
Эта история, как и любая другая, начинается в прошлом.
Сантьяго Рамон-и-Кахаль в конце XIX века проявил чудеса проницательности. Он не знал, да и не мог знать, как работают нейроны и какова природа нервного импульса. Просто изучая сотни препаратов нервной ткани, разглядывая нейроны под микроскопом, он сформулировал четыре принципа, составляющих нейронную доктрину – теорию организации нервной системы, которая с тех пор составляет основу всех наших современных представлений о ней.
В числе прочего Кахаль предположил, что отдельный нейрон посредством многих пресинаптических окончаний обычно связан с дендритами многих клеток-мишеней. Тем самым единственный нейрон может широко распространять получаемую им информацию по различным нейронам-мишеням, иногда находящимся в разных участках мозга. Напротив, дендриты нейрона-мишени могут получать информацию от пресинаптических окончаний нескольких других нейронов. Тем самым в нейроне может суммироваться информация, поступающая от нескольких нейронов, даже расположенных в разных частях мозга. И это тоже полностью соответствует современному представлению о нейронах.
Более того, в современных источниках указывается, что в нервной клетке, точнее, в её теле (соме) происходит не только суммирование, но и
На этом история современных представлений заканчивается.
Дело в том, что, если сложить неважно сколько нервных импульсов в том виде, как мы их сейчас представляем мы всегда будем получать один нервный импульс. И он ничем не будет отличаться от любого из тех, что участвовали в сложении. Абсурд?
Ещё бо́льший абсурд состоит в кодировании результирующего импульса. Поскольку, сколько его ни кодируй, в результате должен получиться всё тот же исходный нервный импульс. Ведь электрический потенциал действия не несёт в себе никакой информации, кроме того, что он либо есть, либо его нет.
Наш мозг – это колоссальное аналитическое устройство, возможно, самое сложное в природе. Ну неужели в таком совершенном создании возможна такая примитивная схема передачи сигналов – «Один источник – Одна линия – Одна цель»? По такому принципу работали первые телефоны, ещё до изобретения коммутаторов и систем уплотнения каналов. Мало того, в качестве азбуки этого языка используется всего одна буква (один символ).
А если всё работает примерно так
Рассмотрим, вариант того, как это может работать на примере схематического рисунка нейрона.
R1-Rn – это дендритные входы. Информация с рецепторов проходит через входы-дендриты, через тело нейрона на выход-аксон. Задача нервной системы донести информацию от рецептора до мозга. В простейшей схеме, изображённой на рис.45 это возможно только при условии, что сигналы индивидуально различимы. То есть выходной сигнал несёт в себе информацию о конкретном рецепторе, с которого пришёл нервный импульс.
А теперь немного усложним задачу. Предположим, что нервные импульсы с выходов двух нейронов передаются на третий, суммирующий. В нашем примере нервный импульс на выходе схемы должен содержать информацию не только о рецепторе (дендрите), с которого он поступил, но и обо всех нейронах, через которые он предавался. Можно предположить, что каждый нейрон, участвующий в передаче импульса, привносит в него свою информационную составляющую.
Тогда все нервные импульсы неповторимы как штрихкоды на товарах в супермаркете, как отпечатки пальцев. Они уникальны и несут в себе информацию и о факте раздражения конкретного рецептора, и о пройдённом маршруте.
Это самая примитивная гипотетическая схема, и, скорее всего, всё работает как-то иначе. Но это пример того как может повлиять возможность индивидуализации нервных сигналов на наше представление о работе нервной системы. (Вообще-то, такая схема кодирования имеет нечто общее с технологией блокчейн.)
Предположим, что в соме нервной клетки происходит логическая обработка (суперпозиция) поступивших на её входы-дендриты нейросигналов некоторой пусть пока неизвестной нам природы, и что такой сигнал движется по аксону с некоторой небольшой скоростью, и ведёт себя и как частица, и как волна. И несёт в себе неразрушаемую в процессе передачи информацию. И кто бы это мог быть? Конечно, солитон.
Именно солитоны, будучи волнами, в некоторых случаях ведут себя как частицы – сталкиваются, отражаются, а при прохождении друг сквозь друга не смешиваются. Осталось определиться с физической природой солитонов…
И напоследок. Риторический вопрос, что является причиной болезни, патология о́ргана или патология управляющего о́рганом сигнала? Теоретически возможно и то, и другое, причём в равной степени вероятности. Так что же лечит современная терапия? Ответ – патологию органов.
Но, может быть, плацебо и гомеопатия, над которой вежливо посмеиваются «настоящие» доктора, не такая уж и глупость, основанная на самовнушении пациента, а как раз и есть пример лечения путём корректировки системы управления.
Что если возможно лечение путём имитации правильного управляющего сигнала или, вообще, путём перезапуска отдельных систем управления (как в случае с дефибриллятором)?
К примеру, если стимулировать работу сердца не электрическими импульсами по принципу «лягушачьей лапки», а свойственным ему от природы управляющим сигналом. Может, тогда и операция по вживлению имплантата не нужна, достаточно приложить генератор к любой части тела или к любому нейрону и сигнал сам найдёт свою цель.
И вот уже на руке у больного пациента появляется прибор похожий на браслет или часы. И этот прибор регулярно посылает команду в нервную систему. Какую? Каждому свою. Это будет электроцевтика, которая лечит.
PS. К моменту издания книги опубликован Указ Президента Российской Федерации от 10.10.2019 №490 «О развитии искусственного интеллекта в Российской Федерации»
Обращение к читателю
Дорогой читатель, спасибо Вам, если Вы дочитали книгу до этой главы! И приветствую тех, кто ещё не решился на сей умственный подвиг, кто листает её с конца!
Несколько лет назад, когда я занимался проектом, связанным с акустикой и гидродинамикой, жизненные обстоятельства заставили меня переключить своё внимание на проблемы заболеваний нервной системы, обусловленных нарушением функционирования и гибелью нейронов, точнее, с демиелинизацией аксонов в нервной системе. Болезнь эта пока неизлечима. Сразу оговорюсь, я не нашёл волшебного способа лечения. Но, начав изучение предмета от современных представлений о работе нервной системы я, как следователь из детективного романа расследовал историческую цепь открытий, приведших нас к тому, что мы в итоге имеем.
Прежде, как и у большинства наших граждан, мои знания о работе нервной системы ограничивались школьной программой и горячими новостями в СМИ. То, что я узнал в результате погружения в тему, повергло меня в уныние. Мало того, что наши представления о нервных клетках крайне скудны. При существующей динамике открытий, у нас мало шансов реально продвинуться в этой области в ближайшие годы и даже десятилетия.
Написана книга в форме познавательных рассказов, имеющих целью скорее развлечь читателя, чем учить, и одновременно сообщает ему много интересного и правдивого из области нейронаук. Всякий раз, когда мне подворачивался случай, я переключался на описание каких-либо занимательных фактов, так или иначе, связанных с темой.
В первой части книги вы найдёте серию увлекательных историй, приведших нас к современному представлению о нервной системе и нервном импульсе. В этой части вы узнаете откуда в нервной системе электричество, о взаимодействии нейронов, о нейронных сетях, об искусственном интеллекте, о нынешнем состоянии и перспективах нейронных технологий. Также мы зададимся вопросом, почему так медленно развиваются исследования и технологии в области нейронаук.
Только в конце второй части мы порассуждаем об альтернативных версиях объяснения распространения нервных импульсов.
Интеллектуальная карта книги не может быть напечатана по причине своего большого размера, но найти её можно на сайте книги http://neyroton.ru.
Все авторские доходы от продажи этой книги будут использованы для поддержки исследований нервной системы, особенно молодых амбициозных учёных. А всем, кто пришлёт мне через сайт или по почте фотографию любой страницы зачётной книжки медицинского или другого вуза, подтверждающую отношение к нейронаукам, обещаю бесплатно выслать электронную книгу.