Teabe edastamine valguse kaudu ajju. Teaduslik raamatukogu - konspektid - teabe edastamise ja aju struktuurse korralduse põhimõtted

Samal ajal võimaldas teadlaste rakendatud aju-arvuti-internet-arvuti-aju liides, vaatamata sekundilise viivituse murdosadele, ühel inimesel juhtida teise inimese liigutusi. Kuna see töö käib USA armee uurimisbüroo egiidi all, siis pole üllatav, et viimasel demonstratsioonil kasutati tulistamismängu ja simuleeritud lõhkeaineid. USA sõjavägi näeb selles tehnoloogias võimalust mööda minna keelebarjäärist ja kogemuste erinevustest kahe inimese vahel, kes peavad tegema koostööd, et teha mõnda, võimalik, et ohtlikku tööd, kasutades otsest teabeedastust.

Selle süsteemi toimimise esimene demonstratsioon toimus eelmisel aastal. Ja praegune demonstratsioon mitte ainult ei kinnitanud idee enda tõhusust, vaid näitas ka mõningaid selle täiustatud funktsioone. Nagu varemgi, paneb üks osalejatest, kes juhib kaugjuhtimisega teise inimese tegevust, EEG-andurid, mille abil arvuti loeb teatud ajupiirkondades ajutegevuse mustreid. Need andmed digiteeritakse ja edastatakse Interneti kaudu teise arvutisse, mis teostab kogu jada vastupidises järjekorras. Teine inimene, esineja, on magnetvälja mõju all, mille tekitab mähis, mis on suunatud aju piirkonda, mis kontrollib käte liigutusi. Inimoperaator võib saata käskluse teisele inimesele ja selleks ei pea ta isegi end liigutama, peab vaid ette kujutama, et ta liigutab kätt. Inimesineja saab transkraniaalse magnetergastuse tehnoloogia abil käsklusi väljast ja tema käed liiguvad teadvusest sõltumatult.

Oma katsetes katsetasid teadlased süsteemi jõudlust kolme osalejapaari peal. Operaator ja esineja asusid alati kahes majas, mille vahe oli 1,5 kilomeetrit ja mille vahele vedas vaid üks digitaalne sideliin. «Esimene operaator osales arvutimängus, milles ta pidi kaitsma linna rünnakute eest, kasutades selleks erinevat tüüpi relvi ja tulistades alla vaenlase poolt välja lastud rakette. Samal ajal võeti ta täielikult ilma võimalusest mängule füüsilist mõju avaldada. Ainus viis, kuidas operaator sai mängu mängida, oli oma käte ja sõrmede liigutusi vaimselt kontrollida, kirjutavad Washingtoni teadlased. - Mängu täpsus paariti oli väga erinev ja jäi vahemikku 25–83 protsenti. Ja kõige suurem vigade tase langes vigade osakaalule tulekäsu täitmisel.

Teadlased saavad praegu W. M. Kecki fondilt miljon dollarit toetust, et aidata neil oma uurimistööd jätkata ja laiendada. Uue etapi raames hakkavad teadlased õppima keerukamate ajuprotsesside dešifreerimist ja edastamist, laiendama edastatava teabe tüüpide hulka, mis võimaldab edastada mõisteid, mõtteid ja reegleid. Tänu sellele, vähemalt teadlased loodavad sellele, on lähitulevikus võimalik realiseerida selliseid fantastilisi tehnoloogiaid, mille abil saavad näiteks säravad teadlased oma teadmisi otse õpilastele või virtuoossetele muusikutele edasi anda. või kirurgid saavad kaugjuhtimisega operatsioone teha teiste kätega.

Inimese aju koostis hõlmab struktuursed ja funktsionaalselt omavahel seotud neuronid. See imetaja elund sisaldab olenevalt liigist 100 miljonit kuni 100 miljardit neuronit.

Imetajate iga neuron koosneb rakust – elementaarstruktuuriüksusest, dendriitidest (lühike protsess) ja aksonist (pikk protsess). Elementaarse struktuuriüksuse kehas on tuum ja tsütoplasma.

akson lahkub raku kehast ja tekitab sageli palju väikeseid oksi enne närvilõpmeteni jõudmist.

Dendriidid ulatuda närviraku kehast ja saada sõnumeid teistelt närvisüsteemi üksustelt.

sünapsid- need on kontaktid, kus üks neuron ühendub teisega. Dendriidid on kaetud sünapsidega, mis moodustuvad süsteemi teistest struktuuri- ja funktsionaalsetest üksustest pärit aksonite otstest.

Inimese aju koostises on 86 miljardit neuronit, mis koosnevad 80% ulatuses veest ja tarbivad umbes 20% kogu organismile mõeldud hapnikust, kuigi selle mass moodustab vaid 2% kehamassist.

Kuidas ajus signaale edastatakse

Kui funktsionaalse süsteemi neuronid võtavad vastu ja saadavad sõnumeid, edastavad nad piki oma aksoneid elektrilisi impulsse, mille pikkus võib varieeruda sentimeetrist ühe meetrini või rohkemgi. see tundub väga keeruline olevat.

Paljud aksonid on kaetud mitmekihilise müeliinkestaga, mis kiirendab elektriliste signaalide edastamist mööda aksonit. See kest moodustatakse glia struktuuri spetsiaalsete elementaarüksuste abil. Orelis keskne süsteem, glia nimetatakse oligodendrotsüütideks ja perifeerses närvisüsteemis Schwanni rakkudeks. Ajukeskus sisaldab vähemalt kümme korda rohkem gliat kui närvisüsteemi üksusi. Glia täidab palju funktsioone. Gliumi tähtsus transpordis toitaineid neuronitele, surnud neuronite osa puhastamine, töötlemine.

Signaalide edastamiseks ei tööta ühegi imetaja kehasüsteemi funktsionaalsed üksused üksi. Närviahelas mõjutab ühe elementaarse struktuuriüksuse tegevus otseselt paljusid teisi. Et mõista, kuidas need interaktsioonid ajufunktsiooni kontrollivad, uurivad neuroteadlased närvirakkude vahelisi seoseid ja seda, kuidas nad ajus signaale edastavad ja aja jooksul muutuvad. See uuring võib aidata teadlastel paremini mõista, kuidas närvisüsteem areneb, puutub kokku haiguste või vigastustega, ajuühenduste loomulikud rütmid on häiritud. Tänu uus tehnoloogia Pildindusteadlased suudavad nüüd paremini visualiseerida ahelaid, mis ühendavad inimaju piirkondi ja koostist.

Meetodite väljatöötamine, mikroskoopia ja arvutiteadus võimaldab teadlastel hakata looma üksikute närvirakkude vahelisi seoseid paremini kui kunagi varem kaardistama.

Inimese aju koostist üksikasjalikult uurides saavad teadlased valgust ajuhäiretele ja närvivõrgu arengus esinevatele vigadele, sealhulgas autismile ja skisofreeniale.

Võrkkestast suunatakse signaalid analüsaatori keskossa piki nägemisnärvi, mis koosneb ligi miljonist närvikiust. Optilise kiasmi tasemel lähevad umbes pooled kiududest aju vastaspoolkera, ülejäänud pooled samasse (ipsilateraalsesse) poolkera. Nägemisnärvi kiudude esimene ümberlülitumine toimub talamuse külgmistes geniculate kehades. Siit saadetakse uued kiud läbi aju aju visuaalsesse ajukooresse (joon. 5.17).

Võrkkestaga võrreldes on genikulaarkeha suhteliselt lihtne moodustis. Siin on ainult üks sünaps, kuna sissetulevad nägemisnärvi kiud lõpevad rakkudega, mis saadavad impulsse ajukooresse. Geniculate keha sisaldab kuut kihti rakke, millest igaüks saab sisendi ainult ühest silmast. Neli ülemist on väikeserakulised, kaks alumist suurerakulised, seega nimetatakse ülemisi kihte parvotsellulaarne(parvo - väike, cellula - rakk, lat.) ja alumised magnotsellulaarne(magnus - suur, lat.)(Joon. 5.18).

Need kahte tüüpi kihid saavad teavet erinevatelt seotud ganglionrakkudelt erinevat tüüpi bipolaarsed rakud ja retseptorid. Iga genikulaarse keha rakk aktiveeritakse võrkkesta vastuvõtlikust väljast ning sellel on "on" või "ofrV" keskused ja vastupidise märgi perifeeria. Genikulaarse keha rakkude ja võrkkesta ganglionrakkude vahel on aga

Riis. 5 17 Visuaalse teabe edastamine ajju. 1- silm; 2 - võrkkest; 3 - nägemisnärv; 4 - optiline kiasm; 5 - väline geniculate keha, 6 - visuaalne kiirgus; 7 - visuaalne ajukoor; 8 - kuklasagarad (Lindsney, Norman, 1974)

aju - füüsiline alus nägemus. Enamik radu, mis viivad võrkkestast poolkerade taga asuvasse visuaalsesse ajukooresse, läbivad lateraalset geniculate keha. Selle subkortikaalse struktuuri ristlõikel on nähtavad kuus rakukihti, millest kaks vastavad magnotsellulaarsetele ühendustele (M) ja neli parvotsellulaarsetele (P) (Zeki, 1992).

On erinevusi, millest olulisim on genikulaarrakkude vastuvõtuvälja perifeeria märksa enam väljendunud võime tsentri mõju alla suruda, st nad on spetsialiseeritumad (Huebel, 1974).

Lateraalsete genikulaatkehade neuronid saadavad oma aksonid esmasesse visuaalsesse ajukooresse, mida nimetatakse ka tsooniVI (visuaalne - visuaalne, Inglise). esmane visuaal (vööt) ajukoor koosneb kahest paralleelsest ja suuresti sõltumatust süsteemist, magnotsellulaarsest ja parvotsellulaarsest, mis on nimetatud talamuse genikulaarsete kehade kihtide järgi (Zeki ja Shopp, 1988). Magnotsellulaarne süsteem esineb kõigil imetajatel ja seetõttu on see varasemat päritolu. Parvotsellulaarset süsteemi leidub ainult primaatidel, mis viitab selle hilisemale evolutsioonilisele päritolule (Carlson, 1992). Magnotsellulaarne süsteem on kaasatud visuaalse ruumi kujundite, liikumise ja sügavuse analüüsi. Parvotsellulaarne süsteem osaleb primaatidel välja töötatud visuaalsetes funktsioonides, nagu värvitaju ja peente detailide tuvastamine (Merigan, 1989).

Genikulaarkehade ja vöötkoore ühendamine toimub suure topograafilise täpsusega: VI tsoon sisaldab tegelikult kogu võrkkesta pinna "kaarti". Võrkkesta VI tsooniga ühendava närviraja mis tahes osa kahjustus viib selle ilmnemiseni absoluutse pimeduse väljad, mille mõõtmed ja asend vastavad täpselt pikkusele ja pikkusele

kahjustuse lokaliseerimine VI tsoonis. S. Henschen nimetas seda tsooni kortikaalne võrkkest (Zeki, 1992).

Lateraalsetest genikulaatkehadest tulevad kiud puutuvad kokku ajukoore neljanda kihi rakkudega. Siit levib teave lõpuks kõikidele kihtidele. Ajukoore kolmanda ja viienda kihi rakud saadavad oma aksonid sügavamatesse ajustruktuuridesse. Enamik vöötkoore rakkudevahelisi ühendusi kulgeb pinnaga risti, külgmised ühendused on enamasti lühikesed. See viitab lokaalsuse olemasolule selle piirkonna teabe töötlemisel.

Võrkkesta piirkond, mis toimib ajukoore lihtsale rakule (raku vastuvõtlik väli), nagu võrkkesta ja geniculate kehade neuronite väljad, jaguneb "sees" ja "väljas" piirkondadeks. Need väljad on aga kaugel tavalisest ringist. Tüüpilisel juhul koosneb retseptiivne väli väga pikast ja kitsast “op” alast, millega mõlemalt poolt külgnevad laiemad “o!G” alad (Huebel, 1974).

Siin räägime ka teabest. Aga et mitte sattuda segadusse sama sõna erinevates tõlgendustes, defineerime kohe selgelt, millist infot käsitletakse.. Seega on aju võimeline fikseerima ainult seoseid. Seda tüüpi teavet (ühendust) aju mäletab. Protsessi, mille abil ta seda teeb, nimetatakse "mäluprotsessiks", kuid me oleme harjunud nimetama teavet, mida aju ei mäleta. Need on meid ümbritseva maailma tõesti eksisteerivad objektid. See on kõik, mida peame koolis või kolledžis õppima. Räägime sellest teabest nüüd. Mõelgem välja, kuidas aju reageerib reaalsetele objektidele, tekstilisele teabele ja väga erilisele teabetüübile - sümboolsele (või täpsele) teabele. Loetletud teabe liigid - reaalsed objektid, tekstid, telefoninumbrid (ja sarnane teave) aju ei mäleta. Aga kogemus näitab, et midagi eeltoodust meenub siiski. Kuidas toimub sellise teabe meeldejätmine ja taasesitamine?

1. PILDID 2. TEKSTIINFO 3. ALLIINFO

Esiteks analüüsime aju reaktsiooni päriselu objektidele. Kuidas suudab aju neid reprodutseerida, kui ükski teadlastest ei suuda ajus visuaalseid kujutisi tuvastada? Loodus on käitunud väga kavalalt. Igal päriselu objektil on sisemised seosed. Aju suudab neid seoseid tuvastada ja meeles pidada. Kas olete kunagi mõelnud, miks tegelikult on inimesel vaja mitut meeleelundit? Miks me saame nuusutada, maitsta, näha ja kuulda objekti (kui see väljastab helisid) Päris elus olev objekt saadab kosmosesse füüsilisi ja keemilisi signaale. See on sellelt peegelduv või selle kiirgav valgus, need on igasugused õhu vibratsioonid, objektil võib olla maitse ja selle objekti molekulid võivad lennata sellest kaugele. Kui inimesel oleks vaid üks meeleelund, siis aju seoseid fikseeriv mälusüsteem ei suudaks midagi meelde jätta. Kuid ühe objekti üldinfovälja jagab meie aju mitmeks komponendiks. Teave siseneb ajju erinevate tajukanalite kaudu. Visuaalne analüsaator annab edasi objekti piirjooned (olgu selleks õun). Kuulmisanalüsaator tajub objekti tekitatud helisid: õuna hammustamisel kostab iseloomulik krõbin. Maitseanalüsaator tajub maitset. Paari meetri kaugusel asuv nina suudab kinni püüda küpsetest õuntest eralduvad molekulid. Osa objekti kohta käivast informatsioonist võib ajju siseneda käte kaudu (puudutus) Objekti kohta info osadeks jagamise tulemusena saab aju võimaluse luua seoseid. Ja need ühendused tekivad loomulikult. Kõik, mis ühel ajahetkel meeles on, on seotud ehk meelde jäänud. Selle tulemusel tuvastab aju õuna uurimise ajal, seda uurides, käes keerutades, maitstes selle loodusobjekti erinevaid omadusi ja loob nende vahel automaatselt seoseid. Ükski omadus ei jää iseenesest meelde. . Meelde jäävad ainult seosed. Tulevikus, kui meie nina õunte lõhna tunneb – see tähendab, et ajju siseneb stiimul – hakkavad toimima varem tekkinud ühendused ja aju loob meie mõtetes sellele objektile muid omadusi. Meenutame õuna terviklikku kujutlust Loomuliku meeldejätmise mehhanism on nii ilmne, et sellest on isegi imelik rääkida. See meeldejätmise meetod annab meile võimaluse TUNNISTADA meid ümbritseva maailma objekte vaid väikese osa neid puudutavast teabest.