Чтение мыслей?

Другой пионер декодирования мозга, японец Камитани, в 2013 году опубликовал результаты дешифровки снов по наблюдению картины активности мозга в ходе сновидения. Оказалось, что напрямую расшифровать поток причудливо сменяющихся визуальных образов пока трудно, но отдельные объекты, появляющиеся во сне (машины, люди, животные и т. п.) алгоритм Камитани распознает с точностью 60%. Группа Галанта пытается найти, какие картины активности мозга отражают появление у человека намерения что-то сделать. А за спиной экспериментаторов уже стоят заинтересованные дельцы, которые хотели бы применить их методы для выяснения, например, какие машины или одежда больше всего нравятся покупателям, лжет человек или говорит правду и так далее, список и потенциальную доходность таких коммерческих применений легко себе представить.

И все же насчет завтрашней угрозы чтения мыслей журнал «Экономист» явно поторопился. Достаточно сказать, что все ныне существующие алгоритмы декодирования мозга индивидуальны. Иначе говоря, программа опознает картины только в мозгу того человека, по длительным наблюдениям за которым она построена. Если предъявить ту же сценку с женщиной другому человеку и показать компьютеру картину активности в его мозгу, программа ее не опознает. Оказывается, на предъявление одного и того же объекта мозги разных людей отвечают разной картиной активности (разве что речь идет о самых простейших случаях – например, на какую из двух предъявленных фотографий человек в данную минуту смотрит, на правую или на левую).

Ясно, что нелепо говорить о проверке людей на ложь или на тайную склонность к той или иной покупке бессмысленно, пока не найден единый алгоритм для всех или хотя бы большинства людей. Но исследователи-энтузиасты, понимая сложность этой задачи, все же надеются ее решить. Конечно, не из коммерческих, а из научных интересов. Ведь если вдуматься, декодирование мозга – это некий путь к пониманию работы самого мозга, к пониманию того, каким образом сам мозг кодирует поступающую в него информацию, как он превращает ее в память, где он ее хранит, как вызывает при надобности и так далее.

Реально ли создать такие единые схемы декодирования мозга для множества людей сразу? С одной стороны, эта интересная отрасль нейрологии очень нова - она родилась каких-нибудь 12 лет назад, когда в журнале Science появилась статья американца Хаксби, в которой впервые был предложен путь расшифровки работы мозга. Так что скромность нынешних достижений декодирования вполне оправданна, и надежды пионеров новой науки на большее вполне понятны. С другой стороны, есть чисто научные основания для серьезных сомнений в принципиальной возможности создания единообразного алгоритма для декодирования множества разных индивидуальных сознаний. Это связано как с огромной сложностью работы мозга вообще, так и с чисто техническими особенностями метода визуализации мозговой активности.

Это очень интересный метод. Он вырос из обычного магнитного ядерного резонанса, или MRI, как его вариация, приспособленная специально и только для изучения мозга, причем именно в процессе его функционирования (работы). Потому он и называется «функциональный» MRI, или fMRI. Грубо говоря, когда какой-нибудь участок мозга включается в работу, ему требуется дополнительная энергия. Поэтому, как только нейроны данного участка возбуждаются приходящими сигналами, они выделяют вещество глютамат. Глютамат раздражает вспомогательные клетки мозга (астроциты), и те начинают усиленно втягивать в это место кальций.

В ответ на кальций в этом месте выделяется окись азота, которая обладает замечательным свойством расширять сосуды. А сосуды, расширяясь, начинают втягивать в этот участок больше крови, а с ней и больше глюкозы. Эта дополнительная кровь приходит по артериям и потому богата кислородом. Когда кислород и глюкоза поступают в нейроны, происходит окисление глюкозы и выделение добавочной энергии, необходимой возбужденным нейронам для продолжения начатой работы. В процессе этой работы кислород потребляется внутри возбужденного участка мозга, так что уходящая от этого участка венозная кровь уже беднее кислородом. Метод fMRI как раз и использует эту разницу.

Дело в том, что гемоглобин в богатой кислородом крови имеет одну форму, а в крови, насыщенной углекислым газом, другую. В первой форме молекула гемоглобина магнитна, а во второй антимагнитна. И если наложить на мозг магнитное поле определенной частоты, то эти два вида гемоглобина реагируют на него по-разному: первый вид посылает в прибор более сильный ответный сигнал, чем второй. Так что появление такого контраста в каком-то участке мозга напрямую говорит, что нейроны здесь активны, выполняют какую-то функцию. На экране прибора этот участок светится, и можно видеть, какие участки мозга отвечают на то или иное возбуждение (то есть выполняют ту или иную функцию). Вот почему метод fMRI стал сегодня основным орудием для научного изучения мозга и некоторых клинических применений. Но для «чтения мыслей» он, увы, оказался недостаточен.

Дело в том, что он позволяет уловить только суммарный сигнал - от участков размером не меньше, чем кубический миллиметр. А в нем содержится несколько миллионов нейронов и десятки миллиардов синапсов (мест контакта с другими нейронами). Такое разрешение позволяет приближенно сказать, например, что когда человек думает, что пьет кока-колу, у него возбуждаются одни участки мозга, а когда он думает, что пьет не кока-колу, то возбуждаются другие. И когда он видит автомашину одного типа, у него возбуждается не тот участок мозга, что при виде автомашины другого типа. Но понятно, что такие наблюдения имеют характер грубых качественных корреляций, а не однозначных закономерностей. К тому же они меняются от человека к человеку и не очень надежны. Но более тонко изучить работу отдельных нейронов при таком разрешении невозможно.

Так что уж говорить о настоящем «чтении мыслей», пусть даже самых примитивных? Увы. Что бы ни говорили журналы, мысли пока еще приборам недоступны.

Рафаил Нудельман
"Окна", 12.06.14

************************************************

Загадки тираннозавров

В незапамятные времена, задолго до Великого астероида, посреди нынешней Северной Америки колыхалось огромное море, разделявшее сей континент на две неравные части – северную и южную. А также западную и восточную. Море это колыхалось долго, целых 25 миллионов лет (с 95-го до 70-го миллиона лет до н. э.). И на восточных, ближе к южным, берегах этого огромного моря, на полуострове Ларамидия, жили в ту пору огромные животные по имени тираннозавриды, среди которых особенно выделялся один, которого все они именовали «Принц крови с гор Аргеста». Сей Принц выделялся прежде всего своими размерами, которые у него достигали 9 метров в длину, а также необычайно широкой плоской головой, ширина которой позволяла двум смотрящим вперед глазам иметь бинокулярное зрение. Короче, он по всем статьям (или статям) был похож на знаменитого тираннозавра рекса, а поскольку жил на пару десятков миллионов лет раньше него, то вполне заслуживал звания его предшественника.

Как вы сами понимаете, все эти названия героям нашего рассказа дали ученые (в данном случае американские), которые четыре года назад нашли череп вышеописанного Принца, а в октябре 2013 года опубликовали результаты его обследования. Самый интересный из этих результатов, по их мнению, состоит в том, что этот выдающийся своими размерами тираннозаврид жил около 80 млн лет назад, что доказывает, что отличительные признаки знаменитого тираннозавра рекса появились на 10 млн лет раньше, чем считалось до сих пор. А главное - благодаря своим достоинствам этот литронакс аргестес (таково его строго научное название) пополнил и без того длинный список выдающихся динозавров, найденных только в Северной Америке и во многом отличающихся от тех же динозавров, найденных в других местах, например в Китае.

Однако с более общей точки зрения, а не такой сугубо узкоамериканской, как у авторов данного открытия, главная важность его состоит в другом. Ученых-динозавроведов уже давно интересовало происхождение гигантских тираннозавров вообще. Главный из них, наш тираннозавр рекс (длиной 12 метров), был найден американским палеонтологом Осборном в 1905 году. Долгое время после этого считалось, что эти гиганты были прямыми потомками живших ранее хищных аллозавров, достигавших 9 метров в длину. Но в конце 1990-х годов выяснилось, что родоначальниками гигантов-тираннозавридов на самом деле были небольшие существа, которые появились уже 165 млн лет назад, но поначалу увеличивались в размерах очень медленно. Так, живший 150 млн лет назад стиксозавр кливлендский хотя уже имел широкую плоскую голову и характерные для тираннозавров коротенькие передние конечности, но в длину достигал всего 2-3 метров, что, естественно, не позволяло ему соревноваться на-равных с аллозаврами.

Но вот не так давно палеонтологи нашли в Китае скелет типичного аллозавра примерно 80-миллионолетней давности, который имел в длину уже всего 5-6 метров. А с другой стороны, как мы только что видели, американские ученые в 2009 году нашли тираннозавра того же времени, уже достигшего 9-метровой длины. И совсем недавно, в 2012 году, китайские палеонтологи нашли у себя на родине тираннозавра такого же размера, как описанный выше литронакс. Все это показывает, что уже 80 млн лет назад тираннозавры решительно взяли верх над аллозаврами, и эта победа обеспечила им беспрепятственное, а потому и быстрое развитие, которое уже через каких-нибудь 15 млн лет завершилось появлением супергигантского тираннозавра рекса.

Таким образом последние открытия позволили увидеть всю линию развития тираннозавров, от первых «малышей» до поздних супергигантов (живших почти перед самым падением – 65 млн лет назад – того астероида, который вообще уничтожил всех динозавров на земле). Осталось лишь выяснить, что обусловило их победу над аллозаврами. Но это не единственная загадка тираннозавров, которую нужно разгадать. Повестка дня тираннозавроведов содержит еще немало таких же увлекательных загадок. Например, чему служили коротенькие, кончающиеся двумя когтями «руки» тираннозавров? На первых порах ученые думали, что этими «руками» самцы придерживали самок в процессе спаривания. Затем эту точку зрения сменила гипотеза, что эти «руки» являются либо зачаточным органом, либо атавизмом, как, например, хвост у человеческого зародыша. Но такие органы вряд ли нуждались бы в той мускулатуре, следы которой обнаруживаются на останках «рук» тираннозавров. Наличие мышц говорит о том, что эти «руки» что-то делали – но что? Недавно было предложено новое объяснение. Эти не пригодные для тяжелой работы «руки» служили тираннозаврам-самцам, чтобы красоваться перед самками, подобно тому, как красуются бесполезными хвостами павлины.

Кстати насчет павлинов. Тираннозавры, возможно, в отличие от своих соперников-аллозавров обладали еще одним украшением - перьями. Во всяком случае на костях некоторых найденных в Китае тираннозавров были найдены следы прикрепления примитивных перьев – предшественников того оперения, которым располагают нынешние птицы (произошедшие, как известно теперь, именно от динозавров). Однако другие специалисты считают, что это были не перья, а пух. Представляете себе – пушистые тираннозавры! Как, интересно, супруга именовала тираннозавра рекса в минуты нежности - «мой пушочек»? А он ее - «моя цыпочка»? Это еще одна из многих не разгаданных загадок тираннозавроведения.

Михаил Вартбург
"Окна", 12.06.14

**********************************************

Предка узнают по зубам

Бывает, какие-то сложившиеся представления держатся десятилетиями, а потом вдруг начинают меняться так быстро, что и не уследишь. Вот так случилось и с одним из наших древних предков – так называемым гейдельбергским человеком, он же гомо гейдельбергенсис. Почти сто лет подряд, с момента нахождения первых его костей вблизи Гейдельберга в Германии, он считался предшественником неандертальцев, а также нашего вида гомо сапиенс. И вот недавно его этого звания лишили. И на каком основании? Не подошел, видите ли, по зубам.

Но давайте по порядку. Не будем воскрешать всю запутанную историю нашего семейства, напомним лишь, что между видом гомо эректус, возникшим в Африке 2 млн лет назад, и много более поздними видами – гомо сапиенс и неандертальцами – в науке зияла неприятная пустота. Но вот за минувшие 100 лет были открыты останки нового вида существ, которые жили как в Европе (600-400 тысяч лет назад), так и в Африке (около 700-800 тысяч лет назад). Даты позволяли думать, что именно эти существа были промежуточными между видом гомо эректус и видами - неандертальцы и люди.

А поскольку очень большое скопление этих костей, только более «молодых», возрастом порядка 600 тысяч лет, нашли в пещерах Атапуэрки вблизи границы Испании и Франции, это подкрепляло мысль, что отдельные представители этих гейдельбергцев, как их назвали, каким-то образом проникли в Европу и стали прямыми предками неандертальцев. Ученые прикинули, что это могло произойти примерно 400 тысяч лет назад. С другой стороны, поскольку у неандертальцев много общего с гомо сапиенс, можно было также думать, что мы с неандертальцами произошли от одного и того же предка, и лучше гейдельбергцев на эту роль никого нельзя было придумать, поскольку часть их осталась в Африке. По мнению ученых, эти оставшиеся дали начало африканским гомо сапиенс, что произошло около 200 тысяч лет назад.

Так мы с неандертальцами обрели себе родителя, и неплохого - ростом под метр семьдесят пять, весом за 60 килограммов, с объемистым черепом (1400 кубиков против наших 1350). И внушительный список свершений: первый гоминид, который жил в холодном климате, уже умел изготовлять деревянные копья, уже охотился на крупную дичь, уже строил постоянные жилища из сучьев и камней, уже (скорее всего) умел разводить огонь, уже (скорее всего) имел зачатки языка и, наконец, уже (судя по некоторым приметам) хоронил своих умерших. Таким предком можно только гордиться. И вот теперь, как я уже сказал выше, нас хотят его лишить.

Первым, кто начал наступление на гейдельбергцев, стал известный американский антрополог профессор Стрингер из Музея естественной истории в Вашингтоне. Он и его группа все время высказывали сомнения по поводу датировки находок в Атапуэрке. С одной стороны, у тамошних гейдельбергцев было слишком много неандертальских примет. С другой стороны, нашедшие их испанские археологи настаивали на том, что этим останкам не меньше 600 тысяч лет, а то и весь миллион. Но как могли такие древние существа быть так похожи на неандертальцев, которые, судя по всем без исключения находкам, появились не раньше 400 тысяч лет назад?

Трудность состояла в том, что находки в Атапуэрке с трудом поддавались датировке радиоактивными методами. И вот в июне 2012 года Стрингер, пытаясь разрешить вышеуказанный парадокс, выдвинул предположение, что существа из Атапуэрки имели возраст 400, а не 600 тысяч лет. И были не предками неандертальцев, а самими неандертальцами, только самыми ранними (и все вышеописанные достижения – это на самом деле их достижения). А уже более поздние неандертальцы расселились в более северных районах Европы (Германия, Франция и т. п.).

Стрингер не брался объяснить, когда и каким образом неандертальцы вообще появились в Европе. Он лишь настаивал, что его гипотеза ничего не меняет в смысле происхождения неандертальцев. По его мнению, и они, и вид гомо сапиенс все-таки имели общего предка и этим предком по-прежнему был гейдельбергец, только африканский, никакого «европейского гейдельбергца» никто еще не нашел. По гипотезе Стрингера, череп, найденный под Гейдельбергом, можно думать, принадлежал все тому же неандертальцу, так что термин «гейдельбергский человек» лучше всего было бы вообще отбросить.

Но гипотезой Стрингера дело не кончилось. Год спустя, в октябре 2013 года, в журнале PNAS («Доклады национальной академии наук», США) появилась статья антрополога Вашингтонского университета Аиды Гомец-Роблес и ее коллег, в которой объявлялось, что существа, жившие в Африке 600-800 тысяч лет назад, не могли быть общими предками гомо сапиенс и гомо неандерталенсис, поскольку эти общие предки жили значительно раньше, миллион лет назад, а то и больше. А так как наука еще не знает, какие виды гоминидов доминировали тогда в Африке, то она не может также сказать, кто вообще был общим предком вышеупомянутых двух видов. Как говорят иногда в таких случаях, хоть стой, хоть падай.

Свое решительное утверждение Аида Гомец-Роблес выдвинула не на пустом месте. Она давно уже придерживалась мысли, что общих предков можно искать по зубам. «Наиболее вероятная форма зубов у общего предка, - пишет она, - должна быть промежуточной между теми формами, которые обнаруживаются у двух дочерних видов». А если так, форма зубов у общего предка неандертальцев и людей должна быть промежуточной между формами зубов этих двух видов. Вооружившись этой гипотезой, группа Гомец-Роблес собрала около 1200 зубов тринадцати разных видов гоминидов (15% зубов были взяты из находок в Атапуэрке, которые группа в отличие от Стрингера по-прежнему считает гейдельбергскими), произвела их детальный анатомический анализ, нашла «критические точки», восстановила по ним вероятный вид зубов общего предка людей и неандертальцев, а затем сравнила их с зубами всех древних существ, ранее предлагавшихся на роль этого предка (гомо гейдельбергенсис, гомо эректус. гомо антецессор, гомо родезиенсис), и пришла к выводу, что ни один из кандидатов на эту роль не подходит.

Более того, «истинный» общий предок, говорится в заключение статьи, жил в Африке очень давно, потому что, судя по результатам исследования зубов, идущие от этого существа эволюционные линии людей и неандертальцев разошлись уже миллион лет назад, а не 350-400 тысяч лет назад, как считалось раньше, и даже не 600-800 тысяч лет назад, как предлагает гипотеза Стрингера. «Наше исследование, - говорят авторы, - заставляет думать, что нужно искать останки еще неизвестных науке гоминидов. Все найденные в Африке кости возрастом около одного миллиона лет и более заслуживают пристального повторного изучения, ибо среди них могут оказаться останки общего предка неандертальцев и современных людей».
А мы-то думали, что эти останки давно нашли и даже дали им название. Не тут-то было, прошлое – оно непредсказуемо.

Рафаил Нудельман
"Окна", 12.06.14