В ЦАРСТВОТО НА НЕВРОНА ИМА ХИЛЯДИ НЕРАЗГАДАНИ ТАЙНИ

Съвременното познание по медицинските въпроси е доста ограничено и за да добием представа за това, трябва да погледнем структурата на неврона.

Невроните, изграждащи централната нервна система, „говорят” един на друг чрез празнини, наречени синапси. Тези малки празнини са местата на контакт между дендритите (клоновидните израстъци) на отделните нервни клетки.

Всеки човек притежава милиарди такива клетки и от всяка една могат да израснат дузина или дори стотици дендрити (смята се, че възлизат общо на над 10 трилиона), което означава, че във всеки един момент възможните комбинации от сигнали, прескачащи през синапсите, превишават броя на атомите в познатата Вселена.

Сигналите общуват помежду си със скоростта на светлината. За да прочетете само едно изречение, на мозъка ви са му необходими няколко хилядни от секундата, за да се подреди точен модел от милиони сигнали, само за да ги разпадне в същия миг и никога вече да не ги повтори в точно този вид.

ЧОВЕШКАТА НЕРВНА СИСТЕМА ПРИЛИЧА НА КОМПЮТЪР

В действителност процесите в синапсите на нервната система приличат на работата на космически компютър, пригоден за микрокосмически мащаб. Този страховит компютър оперира продължително, справя се със стотици програми едновременно, работи с много милиарди „байтове” информация всяка секунда и което е най-чудно, знае как да ръководи сам. Тук грешката не е в нашата медицинска школа. Как би могло в един учебник да се опише целият този процес?

Мисленето означава образуване на модели вътре в нас, които са точно толкова сложни, мимолетни и разнообразни, колкото и самата действителност. Мисленето е едно истинско огледало на света. Науката просто няма средства да наблюдава феномена. Живото тяло продължава да е загадка за учените и те няма да спрат да го изучават, докато не разкрият всичките му тайни. Едно поразително събитие преобръща с главата надолу цялото познание на мозъка.

През 1986 г. мексиканският невролог д-р Игнасио Мадрасо присажда успешно нови здрави клетки в мозъка на пациент с Паркинсонова болест. Присадените клетки не само не са отхвърлени, но и това се е смятало за невъзможно. Пациентът на всичко отгоре показал удивително завръщане към нормалните функции (около 85 процента). Бил е засегнат значително от заболяването въпреки своите 30 години и като мексикански фермер бил в почти безпомощно състояние.

Болестта на Паркинсон засяга около 1 процент от хората над 50 г. Тя започва с мускулен тремор, вдървеност на крайниците и забавени движения. Непосредствената причина за тези симптоми е недостиг на допамин, същото вещество, което в прекомерно количество води до шизофрения.

По все още неизвестни причини нервните клетки, помещаващи се в този дял от мозъчния ствол, наречен субстанция нигра, и произвеждащи допамин, започват да загиват, предизвиквайки недостиг. Без достатъчно допамин мозъчната способност да регулира движението на мускулите се уврежда и накрая се губи.

Признаците на болестта на Паркинсон с времето се засилват, докато болният се изтощи изцяло.

ИМА ПРИМЕРИ, КОИТО ГРАНИЧАТ С ЧУДО

В Мексико пациентът на д-р Мадрасо, макар и значително по-млад от повечето жертви на болестта на Паркинсон, бил прикован на легло, страдащ от постоянни ритмични треперения, които не му позволявали да ходи без придружител. След операцията той можел да ходи, да бяга, да се храни сам, да работи в градината и да държи в ръце своите малки дечица.

Операцията на д-р Мадрасо дава надежда на страдащите от болестта на Паркинсон. За една година били направени 200 операции. От тях някои сполучливи, други не. Но всичките 20 операции на д-р Мадрасо били успешни. Той смята, че неговият успех се дължи на точното място, което избира за своите имплантации. С това изследователите невролози се сблъскват с фантастичните възможности за „мозъчна трансплантация”.

Шокът след присаждането на каквато и да било мозъчна тъкан идва оттам, че медицината винаги е смятала мозъка за неспособен да се лекува сам – ето защо всяко мозъчно увреждане, независимо дали е резултат от злополука или болест, се е смятало за необратимо. Около 80 години по-късно един изследовател от Кеймбридж, Голфри Рейзман, доказва с помощта на електронен микроскоп, че от увредените нервни клетки могат да изникнат нови.

Д-р Мадрасо показва как мозъкът не само може да се лекува сам, но и да приема тъкан от други органи. Неговият трансплантант за болестта на Паркинсон представлява клетки от надбъбречната жлеза, която също произвежда допамин; операцията може да бъде извършена с мозъчна тъкан от друг човек или дори от свински зародиш. Учените невролози предполагат, че мозъкът е надарен със сложна биохимична система за възстановяване, почти напълно неизвестна допреди няколко години.

Шведски изследователски екип доказа, че загубата на паметта у плъхове може да бъде предотвратена, като им се инжектира едно от основните вещества, възстановяващи мозъка – ключовият протеин, наречен фактор на нервния растеж (ФНР). По аналогия мозъчно увреждане, свързано с болестта на Алцхаймер, включващо и загуба на паметта, може да бъде лекувано по същия начин. Така не се изисква хирургическа намеса.

Пуснато на: Съб Юни 07, 2008 1:11 pm Заглавие :

НЕВРОННИТЕ МРЕЖИ И ПСИХИАТРИЯТА

Обобщение: Статията описва накратко невронните мрежи и някои от скорошните им приложения за разбирането на психиатричните заболявания.

Какво е невронна мрежа?

Терминът "невронна мрежа" описва голям клас от изчислителни техники, които свободно използват идеята за паралелната обработка. Мозъкът обработва информацията най-вече паралелно, т.е. милиарди операции се случват едновременно из целия мозък, а те от своя страна образуват нашите съзнателни и несъзнателни мисловни процеси, както и изпълняват моторните актове, регулират автономната нервна система и т.н. Това е в рязък контраст с компютърните програми, които обикновено изпълняват операциите една след друга т.е. серийно. Идеята на невронните мрежи е да се подходи към проблемите така, както го прави мозъкът, и в процеса да се съберат данни за начина, по който мозъкът работи.

В една обширна невронна мрежа се изграждат група симулирани неврони, обикновено в паметта на компютър. Всеки неврон може да осъществи контакт или да образува синапс с всеки друг неврон. Всеки неврон получава много входящи сигнали и в зависимост от характеристиките на тези сигнали той предизвиква някои прости трансформации у тях, като след това изпраща този резултат на всички неврони, с които има синапси. Трудното е да се реши как да се изгради физическата архитектура, как да се направят връзките, така че мрежата да направи нещо интересно. За щастие, съществуват начини да се създаде свободна структура и да се позволи на мрежата да учи.

Под учене аз разбирам модифициране на връзките въз основа на опита. Предполага се, че на някакво ниво мозъкът прави именно това. Едно типично приложение, което в действителност е много сложно, би било да се запомнят лица. Истинският мозък не среща трудности при разпознаването на лицата, въпреки че никой не вижда едно лице, обърнато по един и същи начин или разположено в еднакъв контекст. Един от начините да се симулира това е да се вземат няколко образа на лица, заснети под различен ъгъл и с различни изражения, и да се позволи на мрежата да ги научи.

И така, всеки цифров образ в действителност е съставен от няколко хиляди елемента (пиксела), всеки от които може да бъде представен от единствен неврон или в ретината, или в зрителната мозъчна кора. Може да се изгради втори слой неврони, с който невроните от първия слой правят синапси. А този втори слой може да се свърже с още един, трети слой, който вероятно е доста по-ограничен и в който невроните биха кодирали сложни характеристики, вероятно "носота", "окота" и т.н. Някоя комбинация на характеристиките трябва еднозначно да определя всяко лице.

Мрежата се учи, като й се представят много образи, казва й се кой образ на кого принадлежи и й се позволява да модифицира синапсите си, така че най-накрая, когато й се покаже един образ, тя да разпознае притежателя му. Това е пример за насочвано обучение - мрежата се научава да разпознава лицата под нечий надзор (например на някой програмист). Вероятно не това е начинът, по който мозъкът работи, защото не е възможно една част на мозъка да обучи друга част, без самата тя да е била обучена предварително. Следователно съществуват други видове мрежови алгоритми, които използват ненасочвано обучение. Много често те се определят от подробна анатомична и физиологична информация за истинския мозък.

Приложения в психиатрията

Съществуват няколко опита да се приложат техниките на невронните мрежи към психиатричните заболявания. Не е изненадващо, че повечето от предложените модели са насочени към Свещения Граал на психиатрията - шизофренията. Ралф Хофман е използвал ранен модел невронна мрежа, наречена мрежа на Хопфийлд, която може да съхранява нещо като спомени. Въпреки че тя определено е нефизиологичен модел на паметта, тя е способна да възстанови видени по-рано схеми въз основа на техни фрагменти. Хофман използва този модел, за да съхрани няколко образа, и след това премахва някои от синапсите.

Той се основава на откритията за хипофронталността, предполагайки, че е налице загуба на неврони в предните дялове на мозъка. Чрез модела той установява, че прекаленото намаляване на невроните довежда до фрагментарност на паметовите схеми, и така вместо да възстанови първоначалното изображение въз основа на част от него, мрежата възпроизвежда части от няколко образа.

Той също така установява, че ако мрежата загуби изключително много неврони, в нея се появяват паразитни огнища. Тези паразитни огнища се приемат за участъци, които упорито показват едни и същи модели на активност, която обаче не принадлежи към никой от научените от мрежата модели. Той смята, че тези огнища са части от мозъчната кора, които по същество притежават свое собствено съзнание (думите не са негови). Въпреки че тази идея е много привлекателна, мрежата на Хопфийлд е много опростен модел на дейността на мозъка и на ниво неврони противоречи на повечето от данните на физиологията.

Коен и Серван-Шрайбер предлагат малко по-реалистичен модел, такъв, който представя влиянието на един истински невротрансмитер - допамина. Тяхната основна хипотеза е, че една от функциите на допамина в мозъка е да увеличава ефективността на невроните. Увеличаването на ефективността означава да се подпомогне способността на невроните да отделят истинския сигнал от шума.

Те представят шизофренията като недостиг на допамин и обучават една мрежа по версия на Continuous Performance Test (CPT - ---Тест за продължително представяне). Целта на този тест е човек да разпознае определен символ сред непрекъснат поток от други символи. След като обучават мрежата да се справя с тази задача и намаляват ефективността на отделните неврони, те установяват, че мрежата прави грешки, които наподобяват грешките при шизофрения. Въпреки че този модел е по-близо до физиологията от модела на Хофман, и той разчита на насочваното обучение, което трудно се открива у истинския мозък. Въпреки всичко моделът на Коен и Серван-Шрайбер се съгласува с голяма част от данните за функциите на допамина и ролята му за шизофренията.

Насоки за бъдеща работа

В момента се осъществява изригване на данни за мозъка, от нивото на гените до поведението. Научаваме невероятно много както за най-малките частици на мозъка, невроните, така и за най-големите, поведението. Как следва са се свърже работата на отделния неврон с работата на мозъка? Компютърното моделиране може и да е средството да открием това. Сега съществуват подробни модели за работата на групи от стотици неврони, за функционирането на таламуса, за това как се обработват зрителните образи, и всички те биха били невъзможни без компютърните симулации.

Съществуват дори силиконови неврони и силиконови ретини. Предвиждам, че с натрупване на информация за отделните функции на мозъка компютърът ще се превърне в единственото средство да съединим парчетата. Означава ли утвърждаването на превъзходството на биологичната психиатрия края на психотерапията? Твърдо не. Както вече се изясни, физическата структура на мозъка се преобразува от опита. Като се разбере по-добре процеса на промени в синапсите, вероятно ще стане възможно да се създадат сензорни стимули, които имат за цел да повлияят на определени части от мозъка. Може да се случи така, че психотерапията под формата на думи, образи, звуци и т.н. да се превърне в много по-прецизен начин за промяна на невротрансмитерите от настоящата фармакология.
---------------------------------------------------------
Грегори С. Бърнс
-----------------
Превод: Добрина Василева